Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

自然由来の重金属含有岩石・土壌が持つ土壌・地下水汚染の潜在的なリスク（嫌気的環境下で発生するAsの溶出リスク、好気的環境下で発生するCd、Pbの溶出リスク）を浮き彫りにできた。嫌気的環境下で発生するAsの溶出では主として嫌気条件下で酸化鉄あるいは水酸化鉄の還元溶解が起こり、そこに吸着したAsも溶液側に溶け出すために生じることを明らかにした。また、好気的環境下で発生するCd、Pbの溶出の増大は主として硫化物の形態で存在するCdやPbが硫化物の酸化とともに溶出するために生じることを明らかにした。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

－ 自然由来汚染土壤・岩石の評価方法の提案－

現時点で土壌溶出量基準はクリアーしているものの、将来的に土壌溶出量基準超過の恐れのある土壌・岩石を判定する方法として、嫌気または好気条件下での長期溶出試験を提案する。この方法でAsの嫌気溶出リスク、Pb、とCdの好気溶出リスクが判定可能である。試験方法は現行の土壌溶出量試験を行う設備を有していれば容易に実施できるものである。

### 6. 国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない

## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（查読あり）>

1) 小川泰正，山田亮一，山崎慎一，井上千弘，土屋範芳：資源地質,63(3),125-131,(2013)「堆積岩からの重金属類の水溶出試験結果に対する粒径の影響」

2）簡梅芳、宮内啓介、井上千弘、北島信行、遠藤銀朗：土木学会論文集(G分冊)，69(1)，19-24，(2013)「宮城県主要河川沖積平野部の土壌ヒ素濃度と東北地方太平洋沖地震津波の影響」

3）小川泰正、増田俊介、篠田弘造、須藤孝一、井上千弘：地学雑誌（印刷中）「海成堆積物を含む建設残土からのヒ素の溶出」

## くその他誌上発表（査読なし）>

1）井上千弘、小川泰正、須藤孝一、土屋範芳：土壌環境センター技術ニュース、19,32-36(2012)「竜の口層試料からの重金属類の溶出」

2) 小川泰正、須藤孝一、井上千弘：ケミカルエンジニアリング, 58(1), 36-44(2013)「石炭灰中の有害元素の存在形態の特定と封じ込め技術の開発」
## （2） 口頭発表（学会等）

1) S. Masuda, Y. Ogawa, K. Suto, C. Inoue : Goldschmidt 2011, Prague, Czech Republic, 2011

“Experimental study on As and Cd releases from anoxic sedimentary rock under anoxic and aerobic conditions”

2) Y. Ogawa, N. Shikazono, K. Iwane, Y. Takahashi, K. Suto, C. Inoue : Goldschmidt 2011, Prague, Czech Republic, 2011

“Geochemical behavior of As originated from acidic thermal water during river transport and sedimentation mechanism”

3) 増田俊介・小川泰正・須藤孝一・井上千弘（2011）「建設残土堆積場における重金属類の形態評価」第17回 地下水・土壤汚染とその防止対策に関する研究集会講演集CD，153-156.

4) 小川泰正・増田俊介・須藤孝一・井上千弘（2012）「堆積岩中の自然由来重金属の化学形態とその溶出挙動への影響」 第18回地下水・土壌汚染とその防止に関する研究集会講演集CD, 128-133.

5) 小川泰正，井上千弘，須藤孝一，榊原健人（2013）「石炭灰に含まれる水溶性有害元素の固定化」第19回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会講演集（CD）

6）井上千弘(2014）「自然的要因に起因するヒ素土壌汚染問題とその修復技術」 平成26年度日本生物工学会大会講演集（アブストラクト提出済）

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

（４）シンポジウム、セミナー等の開催（主催のもの）

1) 11th International Workshop on WATER DYNAMICS, Environmental Geology Session (26年3月12日、東北大学片平キャンパスEspace、観客40名)

（５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない

(6) その他

特に記載すべき事項はない

### 8 \. 引用文献

1) 狩野真吾、土屋範芳、井上千弘、原淳子、駒井武、白鳥寿一、神宮宏(2008) 「地圈インフォマティクスのデータベース構築とその応用例」 Journal of MMIJ, 124 (2), 148-153
2) 須藤孝一，米田剛，小川泰正，山田亮一，井上千弘，土屋範芳(2010)「竜の口層の堆積岩における重金属類の溶出挙動および形態変化に及ぼす風化の影響」応用地質, 51 (4), 181-190

3) 富樫茂子、今井登、奥山康子、田中剛、岡井貴司、狛武、村田泰章、青山秀喜（2001）「日本列島の“クラーク数”若い島孤の上部地殻の元素依存度」地質ニュース，558,25-32

4) Tessier A, Campbell PGC, Bisson M (1979) “Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals” Anal. Chem. 51. 844–851

5) Singh SP, Tack FM, Verloo MG (1998) “Heavy metal fractionation and extractability in dredged sediment derived surface soils” Water, Air and Soil Pollution, 102, 313-328.

6) Tack FMG., Singh SP, Verloo MG (1998) “Heavy metal concentrations in consecutive saturation extracts of dredged sediment derived surface soils” Environ. Pollution, 103, 109–115.

7) Wenzel WW, Kirchbaumer N, Prohaska T, Stingeder G, Lombic E, Adriano DC (2001) “Arsenic fractionation in soils using an improved sequential extraction procedure” Analitica Chimica Acta, 436, 309–323.
# Elucidation of Form Change of Heavy Metals in Environment Causing Naturally Occurring Soil Contamination

Principal Investigator: Chihiro INOUE

Institution: Tohoku University

Graduate School of Environmental Studies

6-6-20 Aobayama, Aramaki, Aoba, Sendai-City,

Miyagi 980-8579 Japan

Tel: +81-22-795-7403 / Fax: +81-22-795-7403

E-mail: inoue@mail.kankyo.tohoku.ac.jp

[Abstract]

Key Words: Heavy metals, Soil and groundwater contamination, Soil environmental standard, Naturally occurring, Chemical forms

Recently, we are faced on the problem that how should deal with "naturally occurring contamination with heavy metals". However, by the evaluation method for current soil environmental standard, it is not considered that a change of chemical form of heavy metals in various environmental conditions. For heavy metals in rock and soil samples derived from nature, evaluation technique based on scientific backgrounds. A purpose of this study is to establish methodology to evaluate potential of soil and groundwater contamination caused by heavy metals in rock and soil. A method for judging of the pollution with heavy metals derived from nature is proposed by this study.

Rock and soil samples which contained small amount of heavy metals were collected from 12 sites in Japan. Chemical form changes of heavy metals occurred in these rock and soil samples at various environmental conditions were analyzed. As a result, a risk of As elution which occurred under an anaerobic environment and the risk of Cd and Pb elution which occurred under an aerobic environment became clear. These risks were evaluated by performing the long-term elution examination under an anaerobic or aerobic condition. The elution of the As which occurred under an aerobic environment was confirmed in 12 samples out of 16 samples, and As elution quantity increased with progress at exudation time. It was thought that the elution of As occurred with reduction and dissolution of iron oxide or iron hydroxide. An increase of the elution of Cd which occurred under an aerobic environment was found in 4 samples out of 16 samples. An increase of the elution of the Pb was accepted in 3 samples out of 16 samples. Originally Cd and the Pb existed in the form of sulfide, and these metals were eluted with the oxidation of these sulfides.
平成 26 年度

# 環境研究総合推進費補助金 研究事業 総合研究報告書

# スラッジ再生セメントと産業副産物混和材を 併用したクリンカーフリーコンクリートによる 鉄筋コンクリート部材の開発研究 (3K123015)

平成27年3月

鹿島建設株式会社 閑田 徹志
補助事業名 環境研究総合推進費補助金研究事業（平成24年度～平成26年度）

所管 環境省

国庫補助金 26,019,000 円（複数年度の総計）

研究課題名 スラッジ再生セメントと産業副産物混和材を併用したクリンカーフリーコンクリートによる鉄筋コンクリート部材の開発研究

研究期間 平成24年6月8日～平成27年3月31日

研究代表者名 閑田 徹志 (鹿島建設)

研究分担者 笠井 哲郎 (東海大学工学部)

百瀬 晴基 (鹿島建設)

親本 俊憲 (鹿島建設)

全 振煥 (鹿島建設)

青木 真一 (三和石産)

大川 憲 (三和石産)
## 目次

総合研究報告書概要 …… 1

本文

1．研究背景と目的 …… 11
1.1 研究背景 …… 11
1.2 研究目的 …… 11

2．研究方法 …… 12
2.1 コンクリート用スラッジ再生セメント (SR セメント) の開発研究 …… 12
2.2 R-CF コンクートの配(調)合方法の確立に関する研究 …… 16
2.3 R-CF コンクートの耐久性確保に関する研究 …… 19
2.4 R-CF コンクートによるプレキャスト RC 部材の実用化に向けた耐久性・構造性能の確保と製造方法確立に関する研究 …… 26

3．結果と考察 …… 37
3.1 コンクリート用スラッジ再生セメント (SR セメント) の開発研究 …… 37
3.2 R-CF コンクートの配(調)合方法の確立に関する研究 …… 44
3.3 R-CF コンクートの耐久性確保に関する研究 …… 51
3.4 R-CF コンクートによるプレキャスト RC 部材の実用化に向けた耐久性・構造性能の確保と製造方法確立に関する研究 …… 62

4．結論 …… 78

5．研究発表 …… 80

6．知的財産権の取得状況 …… 80

研究概要図 …… 81
英文概要 …… 82
研究課題名：スラッジ再生セメントと産業副産物混和材を併用したクリンカーフリーコンクリート

による鉄筋コンクリート部材の開発研究

研究番号 : 3K123015

国庫補助金清算所要額：26,019,000 円（複数年度の総計）

研究期間：平成24年6月8日～平成27年3月31日

研究代表者名：___ 閑田 徹志（鹿島建設）

研究分担者：笠井 哲郎（東海大学工学部），百瀬 晴基（鹿島建設），親本 俊憲（鹿島建設），全振煥（鹿島建設），青木 真一（三和石産），大川 憲（三和石産）

## 研究目的

本研究は，循環型社会形成推進及び廃棄物に関わる問題解決に加え， $ CO_{2} $ 排出量とエネルギー消費量の抑制に貢献するための，以下の3つの課題の克服を目指して，建設副産物である戻りコンクリートを原料とするスラッジ再生セメント（SRセメント）を主たる結合材とし，フライアッシュ等の副産物混和材を大量添加した超低炭素型のクリンカーフリーコンクリート（以下，R-CFコンクリート）を開発し，プレキヤスト製造による鉄筋コンクリート(RC)部材として建設構造物へ汎用的に適用する技術を開発することを目的とする。

Ⅰ.建設産業に関わる主要な建設副産物である戻りコンクリートの廃棄量縮減と再生利用

Ⅱ.建設産業による $ CO_{2} $ 排出量及びエネルギー消費量の抑制

Ⅲ.東日本大震災後に重要性を増した石炭灰の廃棄量縮減と有効利用

## 研究方法

1 コンクリート用スラッジ再生セメント(SR セメント)の開発研究

1)達成目標：普通ポルトランドセメント(以下，普通 PC)に対する強度比が 40%以上

2)達成目標の妥当性：SR セメント製造のコストは，バージンセメントの 40% 以下にはならないことがこれまでの経験からわかっており，開発技術の経済性確保の観点から前記目標を設定した。

3) 研究内容 · 手法

SR セメントの開発基盤となる再生結合材は, 概要図1に従い三和石産社で戻りコンクリートより製造され, 地盤改良材の增量材として実績がある。再生結合材は, 戻りコンクリートのセメント初期水和進展が再生処理までの時間, 気温などに影響されて品質が変動し, さらに初期水和で未水和のセメント鉱物成分の一部が消失してコンクリート性能に影響を与える。この課題に対し, 本研究では SR セメント製造実験による製造条件確立, 戻りコンクリート初期水和による逸散成分の同定と練混ぜ実験による補助
材の検討を行った。前者では，戻りコンクリート初期水和の抑制のため，注水から再生処理開始までの限界時間に与える外気温の影響把握，ミキサー車への遅延剤投入の影響検討を行った。後者では，SRセメントを対象に，粒度分布測定，SEM画像(概要写真1)による観察，成分分析を行うと共に，石膏等の逸散鉱物を加えフレッシュ・硬化性能の改善を検討した。

概要図１再生結合材の製造フロー

概要写真 1 SEM 反射電子像

## 2 R-CF コンクートの配(調)合方法の確立に関する研究

1) 達成目標：設計基準強度 $ 24 ~N / mm^{2} $ 以上，プレキヤスト RC 部材製造が可能な施工性

2)達成目標の妥当性：開発技術の展開先は汎用コンクリート製品であり，同製品の一般的な強度レベルが24N/mm²であること，および同製品の製造がプレキヤストにて行われることから達成目標を設定した。

## 3 ) 研究内容 · 手法

本検討では，広範なモルタルおよびコンクリートを対象とした練混ぜ実験(概要写真2)により，水結合材比，フラアッシュ・高炉スラグ微粉末の混合率，養生条件を実験要因とし，概要写真3に示すフレッシュ性状(空気量，スランプ等，およびそれら経時変化)，概要写真4に示す硬化後の材料力学性能（圧縮強度，弾性係数，引張強度）を確認し，その結果として，圧縮強度と施工性の標記目標を達成可能とする材料・配(調)合を選定した。本研究では，モルタル練混ぜ実験による事前検討により材料・配(調)合を絞り込み，コンクリート練混ぜ実験により配(調)合方法の検討を行った。

概要写真2 練混ぜ用ミキサ

概要写真 3 スランプ試験例

概要写真 4 圧縮強度試験例

## 3 R-CF コンクートの耐久性確保に関する研究

1)達成目標：①高炉セメント B 種コンクリートに対して同等以上の中性化抵抗性

②コンクリートの収縮率が $ -10\times10^{-4} $ 以下

③プレキャスト RC 部材ひび割れ制御方法の確立
2)達成目標の妥当性：汎用的なプレキャスト鉄筋コンクリート部材と同等の耐久性を確保する観点から，前記達成目標を設定した。

## 3 ) 研究内容 · 手法

本研究では，R-CF コンクリートの耐久性確保を目指し，前記目標を達成すべく，①中性化促進試験に基づく中性化抵抗性予測方法の検討および長期暴露実験による耐久性確認，②収縮特性の把握および収縮低減方法の検討，③プレキャスト部材を模擬した拘束ひび割れ実験によるひび割れ抵抗性の検討を行った。

①では，コンクリートの耐久性を短期間で評価する試験として一般的な促進中性化試験(概要図2)を行うことにより，材料と配(調)合の影響を把握すると共に，これらを考慮した中性化深さの予測に関する実験式を検討した。更には，供用環境条件での中性化抵抗性を把握するため，実大の壁部材およびφ100×200mm円柱供試体を作製し，10年間に及ぶ長期暴露実験を開始した。②では，100×100×400mmの試験体を用いて，コンクリートの収縮率を評価する乾燥収縮試験に準じた試験を行うことにより，R-CFコンクリートの収縮特性を把握すると共に，石膏添加などの経済的な収縮低減方法の効果を検討した。③では，プレキャスト部材への適用を念頭に，蒸気養生を行うプレキャスト部材を模擬した拘束ひび割れ実験を行った。プレキャスト部材の製造では，初期強度を早期に発現させるため，硬化初期に60℃程度の蒸気養生を行うことが一般的であり，本実験においても同様の蒸気養生を実施した。また，試験体の拘束程度は，一般的なプレキャスト部材の中で，拘束が大きくひび割れが生じやすいと予想される梁部材を模擬し，R-CFコンクリートのプレキャスト部材における収縮ひび割れ抵抗性を検討した。

概要図２ 促進中性化試験の作業手順

4 R-CF コンクートによるプレキャスト RC 部材の実用化に向けた耐久性・構造性能の確保と製造方法確立に関する研究

1)達成目標：R-CF コンクリートによるプレキャスト RC 部材の耐久性・構造性能の確保と製造方法確立

①一般プレキヤスト工場で製造が可能

②計画供用期間 65 年を満足する耐久性

③一般 RC 部材と同等の曲げ構造性能

2)達成目標の妥当性：一般的なプレキャスト RC 部材と同等の耐久性・構造性能を確保する観点から，前記達成目標を設定した。

3) 研究内容 · 手法
本研究では，R-CF コンクリートによるプレキヤスト RC 部材の実用化に向けた耐久性・構造性能の確保と製造方法確立を目指し，前記目標を達成すべく，①プレキヤスト工場での製造検討，②鉄筋腐食抵抗性の検討，③曲げ構造性能の検討を行った。

①では，実際のプレキャスト工場にて，室内試験による混和剤検討実験および調合検討実験，実大規模の部材製作実験を実施し，R-CF コンクリートの施工性，脱型時強度，コア強度の検討を行った。本検討により，一般プレキャスト工場において，R-CF コンクリートによるプレキャスト部材の製造が可能であることを確認した（概要写真5，概要写真6）。②では，電気化学に基づく鉄筋腐食メカニズムを仮定し，模擬RC試験体の自然電位，分極抵抗を測定することで，R-CF コンクートの腐食抵抗性の評価を普通PC コンクリートと比較した。③では，前記部材製作実験と併せて実大の板状試験体を製作し構造実験を行った（概要図3）。実験では，床スラブ等の曲げ部材を想定して曲げ載荷を行い，その結果からR-CF コンクリートによるRC部材の曲げ耐力や剛性が，普通PC コンクリートによるRC部材と同等であり，既存式で設計可能であることを確認した。

概要写真 5 部材製造の例

概要写真 6 製造する部材の例

概要図 3 実大部材曲げ実験例

## 結果と考察

## 1 ．コンクリート用スラッジ再生セメント(SR セメント)の開発研究

普通 PC モルタルに対する SR セメントモルタルの圧縮強度の比を概要図 4 に示す。概要図 4 から，SR セメントの比表面積が増大するに従い，同強度比は低下し，品質変動を考慮すると SR セメントの比表面積を $ 8000 \, cm^{2}/g $ 以下にすることで，普通 PC に対する強度比 40% 以上を満足できることが確認された。また，SR セメントの比表面積に大きな影響を及ぼす製造工程として，スラッジ水から処理開始までの時間が重要であることが確認され，概要図 5 から，この処理過程の時間を 2.5 時間以内に管理することで，夏期においても比表面積 $ 8000 \, cm^{2}/g $ 以下の SR セメントが製造可能であることが確認された。

概要図 4 普通 PC に対する SR セメントの強度比

概要図 5 スラッジ水から処理までの時間の影響
モルタル練混ぜ実験から，無水石膏の添加により，練混ぜ直後のこわばりおよび流動性の低下が軽減され，圧縮強度も若干増大する傾向が認められたことから，補助材として無水石膏の可能性が確認された。また，各種分析結果から，SRセメント中には未水和セメント以外に，砂や水和生成物などの凝集が認められ，未水和セメントの残存率は65%程度であることが明らかとなった。概要図6から，SRセメントの比表面積が増大した際に，細かい粒子が凝集し300μm程度の見掛け上粒径の大きな粒子が増大しているが，この300μm程度の粒子を分級などにより除去することで，普通PCと同様の粒度分布となるSRセメントを製造できる可能性が示唆された。

概要図 6 SR セメントの粒度分布測定結果および SEM 画像

## 2 ．R-CF コンクートの配(調)合方法の確立に関する研究

R-CF コンクリートのフレッシュ性状は, SR セメントおよび併用する混和材の比表面積が大きいため, 普通コンクリートに比べて粘性が増大する傾向となる。しかし, 普通強度のレベルであれば大きな施工上の問題はなく, 概要図 7 に示す様に所要のスランプも得られる結果となった。以上のことから, プレキヤスト RC 部材の製造に対して, 十分施工可能なフレッシュ性状を有していると考えられる。

概要図8から，R-CF コンクリートは普通コンクリートと同様に，結合材水比が増大するに従い圧縮強度が大きくなることから，結合材水比と圧縮強度の関係式を用いて配(調)合設計が可能になると考えられる。また，R-CF コンクリートの圧縮強度は最大 $ 60N/mm^{2} $ 程度であることから，設計基準強度 $ 24N/mm^{2} $ 以上の圧縮強度を十分満足できることが確認された。

概要図 7 スランプ試験結果

概要図 8 結合材水比と圧縮強度の関係
## 3 R-CF コンクートの耐久性確保に関する研究

概要図9の促進中性化試験の結果から，R-CFコンクリートの配合を最適化し強度を高めることで，高炉セメントB種コンクリートに対して同等以上の中性化抵抗性を付与できることが確認された。同実験結果から，中性化速度係数の実験式を提案し，本実験式を活用して耐久性設計を行うことで，概要表1の計画供用期間の級に応じた設計かぶり厚さと所要の圧縮強度を算定した。さらに，供用環境条件での中性化抵抗性を把握するため，概要写真7の実大の壁部材およびφ100×200mm円柱供試体を作製し，10年間に及ぶ長期暴露実験を開始した。コンクリートの自由収縮試験結果から，R-CFコンクリートの収縮率は普通コンクリートよりも2×10^{-4}程度大きくなること，石膏の添加により普通コンクリートよりも収縮率を低減できることが明らかとなり，これらの知見から収縮率-10×10^{-4}以下のR-CFコンクリートを実現する方法を見出した。概要図10のプレキセスト部材を模擬した拘束ひび割れ実験結果から，R-CFコンクリートにおいてもひび割れが生じておらず，R-CFコンクリートによりプレキセスト部材を製造した際に，収縮ひび割れが過大となる可能性は低いことが分かった。

概要表1 耐久性を満足するために必要な設計かぶり厚さ毎の標準養生28日圧縮強度

配合	設計かぶり厚さ(mm)
屋内	屋外
20	30mm	40mm	30mm	40mm	50mm
SR(4800)60-F10-B30	45.8	41.3	36.8	40.4	31.3	22.3
SR(4800)40-F10-B50	49.1	44.6	40.1	43.7	34.6	25.6
SR(4800)80-F10-B10	42.6	38.1	33.6	37.2	28.1	19.1
SR(7930)60-F10-B30	53.0	48.4	44.0	47.6	38.5	29.4
SR(4800)50-B40-H10	40.0	35.4	30.9	34.6	25.5	16.4

概要図 9 促進中性化試験の結果

概要写真７ 長期暴露実験の外観

概要図 10 結合材水比と圧縮強度の関係

## 4 R-CF コンクートによるプレキャスト RC 部材の実用化に向けた耐久性・構造性能の確保と製造方法確立に関する研究

実際のプレキャスト工場にて，室内試験による混和剤検討実験および調合検討実験，実大規模の部材製作実験を実施した結果，プレキャスト部材製造に必要な脱型時強度(概要図11)，および構造性能確保のためのコア強度(概要図12)などを満足する結果が得られ，一般プレキャスト工場において，R-CFコンクリートによるプレキャスト部材の製造が可能であることが確認された。模擬RC試験体の自然電位，
分極抵抗を測定することで，R-CF コンクートの腐食抵抗性の評価を普通 PC コンクリートと比較した。概要図 13 は，自然電位の測定結果であり，R-CF コンクートの腐食抵抗性は普通コンクリートと同程度であることが確認された。中性化抵抗性については，上述の中性化抵抗性予測方法を用いた性能設計により，計画供用期間 65 年の耐久性を有した R-CF コンクリートのプレキセスト RC 部材を実現できるものと考えらえる。前記部材製作実験と併せて実大の板状試験体を製作し構造実験を行った。概要図 14 の構造実験の結果から，R-CF コンクリートによる RC 部材の曲げ構造性能が，普通 PC コンクリートによる RC 部材と同等であり，既存式で設計可能であることが確認された。

概要図 11 脱型時圧縮強度の結果

概要図 12 面部材コア強度の結果

概要図 13 自然電子測定結果

概要図 14 実大曲げ実験結果

## 環境政策への貢献

貢献1．建設産業に関わる主要な建設副産物である解体コンクリート塊の廃棄量縮減と再生利用

日本全体の年間産業廃棄物量 4.2 億 t のうち，建設産業に起因するものは 20% 程度(7700 万 t)を占め，そのうち最終処分される建設廃棄物は全体の 25% 程度の 600 万 t に達し，環境行政にとってその縮減は重要である。建設廃棄物の種類別では,解体コンクリート塊が最も多く 3200 万 t に及ぶ。解体コンクリートは,2000 年のグリーン購入法制定などの施策により再資源化率が 95% 以上と著しく高まり，最終処分量は 100 万 t 程度に抑制されているが，再資源化の用途は路盤材を主とし，近年の道路建設需要の低下から，最終処分量は再び増加傾向にある。仮に再資源化率が 1% 低下すれば 30 万 t の最終処分量の増加が見込まれることから，再資源化率を保持するため路盤材以外の再利用用途の確保が非常に重要となる。

解体コンクリート塊の有力な排出起源のひとつが戻りコンクリートである。戻りコンクリートは，生コン出荷量全体の約1.6％とされ，年間200万 $ m^{3} $ に達するそれらのほとんどは産業廃棄物として
処理されており，骨材分を除いて縮減されることで，100万t程度が廃棄物として排出されていると推測される。

本研究によれば，この戻りコンクリートを処理してリサイクルセメントを製造し，さらにはプレキヤスト部材として有効に利用することが可能となる。本研究の成果に基づき，戻りコンクリート起源の廃棄物量100万t全量の再資源化が実現すれば，解体コンクリート塊に対する前記再資源化率の低下3%分に相当する量を回復できることになる。このように，戻りコンクリート再生利用の有効手段を実現する本研究の成果は，今後予測される建設廃棄物の排出増加を回避するため効果的に貢献できるものと考えられる。

## 貢献2．建設産業による$\mathrm{CO}_{2}$排出量及びエネルギー消費量の抑制

日本全国の $ CO_{2} $ 排出量は年間約 12 億 t であるが, そのうち建設産業で使用するセメントの製造に起因するものは, およそ 4% の 42,500 千 t に達する。また, セメント製造起源のエネルギー消費量は年間 $ 20,000 \times 10^{7} MJ $ を超え, 全国消費量の 1% を上回る膨大な量となる(概要表 2)。また, 同表にあるように, 本技術が普及すれば, 特に $ CO_{2} $ 排出抑制に対して効果が大きく, 全国の $ CO_{2} $ 総排出量の 0.7% に相当する 850 千 t の削減, さらにエネルギー消費削減効果はセメント製造起源の 1% 程度である $ 230 \times 10^{7} MJ $ となる。

概要表 2 セメント製造起源の CO₂ 排出量およびエネルギー消費量と本技術による削減可能量

CO₂排出量
(千t/年)	エネルギー消費
(10⁷MJ/年)	備考
一般セメント製造起源	42,500	20,204	全国のCO₂総排出量に対し4%, エネルギー消費総量に対し1%を占める
本技術により削減可能な量	848	230	• 全国のCO₂総排出量12億tの0.7%の削減に相当
• セメント製造起源のエネルギー消費の1%削減

本技術によれば $ CO_{2} $ 排出とエネルギー消費を大きく削減することができる。一般に，セメント製造による $ CO_{2} $ 排出原単位は 725kg/t と大きいが，本技術では一般セメントを代替し，SR セメントに加え産業副産物の高炉スラグ，フライアッシュを組み合わせることで，概要図 15 のように $ CO_{2} $ 排出原単位を 90% 低減して 130kg/t とでき，削減効果が非常に大きい（SR セメント：高炉スラグ：フライアッシュ=6：2：2 の組合せの場合）。また，エネルギー消費原単位に関しても，約 50% の削減が達成できる。

## 貢献3．東日本大震災後に重要性を増した石炭灰の廃棄量縮減と有効利用

2009 年度の石炭灰の排出量は 11,000 千 t と膨大であるが，有効利用率（再利用率）が 97% 以上と高く埋立処理分量は 300 千 t 程度に止まるとされる。しかし，石炭使用量全体に対し電力事業が占める割合が 70% を超える現状において，東日本大震災以降の原子力発電所の稼働制限により，石炭火力発電の稼働が活発化することで石炭使用量の増加が見込まれ，石炭灰の排出量は 13,000 千 t へ近づくことが予想される。また，再利用の用途別では，セメント原料としての使用が全体の 70%
程度を占めるが，セメント生産量の漸減傾向が続いていることから，再利用先に石炭灰増加分の処理能力の余力は乏しく，埋立処分量が増加することが懸念される。

本技術成果によれば，貢献2で述べたように，結合材のうちSRセメントに加え20%のフライアッシュが利用できるため，その普及に伴い260千tに及ぶ石炭灰の再利用先が生まれることになる。この量は，現状の石炭灰の埋立処分量に相当し，前述した今後予想される埋立処分量の増加傾向の緩和へ効果的に貢献できると考えられる。

概要図 15 本技術による $ CO_{2} $ 排出原単位およびエネルギー消費原単位の削減

## 研究成果の実現可能性

本技術の実用化は，研究目標が全て達成された場合には比較的容易と考えられる。さらに，本技術の広範な普及を目指すために最も重要な点は経済性で，本技術にて結合材として使用するSRセメント，フライアッシュ，高炉スラグ微粉末は，競合する一般セメントと比較し製造単価が半分以下と推定され高い潜在競争力を有している。一方，普及にあたっての経済性確保における大きな課題は流通コストである。しかし，戻りコンクリートの処理費削減にニーズを有するレディミクストコンクリートの共同販売組合の協力を得て，SRセメント製造の拠点整備を進め，さらに地産地消の原則を守ることで流通コスト低減に向けた課題解決が図れると考えられる。

## 結論

本研究の目標は，i）地盤改良材の增量材に利用されるスラッジ再生結合材をベースとしたコンクリート用 SR セメントの開発，ii）構造用 R-CF コンクートの材料組合せ及び配(調)合方法の確立，iii)同コンクートの耐久性確保，iv）同コンクリートによるプレキヤスト RC 部材の耐久性・構造性能の確保と製造方法確立の4項目とし，研究を実施した。

コンクリート用スラッジ再生セメント(SR セメント)の開発研究では，SR セメントの実規模製造実験を実施し，目標品質を確保するため製造プロセス改良を行った。その結果，SR セメントの未水和成分が減少することで品質が低下する夏期の製造においても，スラッジの脱水処理までの時間を
一定以下に制御することで普通 PC に対する強度比が 40%以上の品質を実現できることが明らかとなった。

R-CF コンクートの配(調)合方法の確立に関する研究では，モルタルおよびコンクリートの練混ぜ実験を実施し，設計基準強度 $ 24 ~N / mm^{2} $ 以上，および良好な施工性を達成できる見通しが得られ，さらには材料構成や結合材水比により圧縮強度を推定する調合方法に目途をつけた。施工性については，フレッシュ時における時間経過に伴う流動性の保持に課題があったが，SR セメントの製造までの過程で逸散していると考えられる石膏を添加することで改善できることがわかった。

R-CF コンクートの耐久性確保に関する研究では, ①中性化促進試験に基づく中性化抵抗性予測方法の検討および長期暴露実験による耐久性確認, ②収縮特性の把握および収縮低減方法の検討, ③プレキヤスト部材を模擬した拘束ひび割れ実験によるひび割れ抵抗性の検討を行った。①では, 促進中性化試験の結果から, R-CF コンクリートの配合を最適化し強度を高めることで, 高炉セメントB種コンクリートに対して同等以上の中性化抵抗性を付与できることを確認し, 耐久性設計により, 計画供用期間の級に応じた設計かぶり厚さと所要の圧縮強度を算定した。②では, コンクリートの自由収縮試験結果から, R-CF コンクリートの収縮率は普通コンクリートよりも $ 2 \times 10^{-4} $ 程度大きくなること, 石膏の添加により普通コンクリートよりも収縮率を低減できることが明らかとなり, これらの知見から収縮率 $ -10 \times 10^{-4} $ 以下の R-CF コンクリートを実現する方法を見出した。③では, プレキヤスト部材を模擬した拘束ひび割れ実験結果から, R-CF コンクリートにおいてもひび割れが生じておらず, R-CF コンクリートによりプレキヤスト部材を製造した際に, 収縮ひび割れが過大となる可能性は低いことが分かった。

R-CF コンクートによるプレキャスト RC 部材の実用化に向けた耐久性・構造性能の確保と製造方法確立に関する研究では，①プレキャスト工場での製造検討，②鉄筋腐食抵抗性の検討，③曲げ構造性能の検討を行った。①では，実際のプレキャスト工場にて，室内試験による混和剤検討実験および調合検討実験，実大規模の部材製作実験を実施した結果，R-CF コンクリートの施工性，脱型時強度，コア強度などの実製造に必要なデータが得られ，一般プレキャスト工場において，R-CF コンクリートによるプレキャスト部材の製造が可能であることが確認された。②では，模擬 RC 試験体の自然電位測定結果から，R-CF コンクートの腐食抵抗性は普通コンクリートと同程度であること，計画供用期間 65 年の耐久性を有していることを確認した。③では，実大の板状試験体による構造実験の結果から，R-CF コンクリートによる RC 部材の曲げ構造性能が，普通 PC コンクリートによる RC 部材と同等であり，既存式で設計可能であることを確認した。

上記研究結果から，本技術によれば i) 建設産業に関わる主要な建設副産物である解体コンクリート塊の廃棄量縮減と再生利用，ii) 建設産業による CO₂ 排出量及びエネルギー消費量の抑制，iii) 東日本大震災後に重要性を増した石炭灰の廃棄量縮減と有効利用の 3 つの環境政策への貢献が期待され，その実現性も高いと考えられる。
### 1. 研究背景と目的

本研究は，循環型社会形成推進及び廃棄物に関わる問題解決に加え，CO₂排出量とエネルギー消費量の抑制に貢献するため，以下の3つの課題の克服を目指して，建設副産物である戻りコンクリートを原料とするスラッジ再生セメント（SRセメント）を主たる結合材とし，フライアッシュ等の副産物混和材を大量添加した超低炭素型のクリンカーフリーコンクリート（以下，R-CFコンクリート）を開発し，プレキヤスト製造による鉄筋コンクリート(RC)部材として建設構造物へ汎用的に適用する技術を開発することを目的とする。

Ⅰ.建設産業に関わる主要な建設副産物である戻りコンクリートの廃棄量縮減と再生利用

Ⅱ.建設産業による $ CO_{2} $ 排出量及びエネルギー消費量の抑制

Ⅲ.東日本大震災後に重要性を増した石炭灰の廃棄量縮減と有効利用

上記課題の解決に寄与する既存技術には様々な問題が残されている。課題Ⅰ.については，回収水および回収骨材の利用については進展が見られるが，スラッジの利用については有望な技術は見当たらない。また，課題Ⅱ.とⅢ.に関連するクリンカーフリーコンクリートは多くの提案があるが，補強鉄筋の腐食抵抗性に劣り，一般的なRC部材として適用することが難しく，原材料が高コストで経済性に乏しい例が多い。これら問題に対し，SRセメントは戻りコンクリートの有力な再利用対策で，強いアルカリ性を硬化体にて保持可能なため鉄筋腐食抵抗性に優れ，比較的簡易な設備・工程での製造により低コストとなるなど解決が可能であり，一般的な建設市場を対象に展開可能である見通しを得ている点に大きな特色がある。

本研究の研究目標は，i）地盤改良材の增量材に利用されるスラッジ再生結合材をベースとしたコンクリート用 SR セメントの開発，ii）構造用 R-CF コンクートの材料組合せ及び配(調)合方法の確立，iii）同コンクートの耐久性確保，iv）同コンクリートによるプレキヤスト RC 部材の耐久性・構造性能の確保と製造方法確立の 4 項目とする。これら目標の達成により，超低炭素型のリサイクルコンクリートを用いながら，既存技術と同等以上の性能を有するに加え，一般構造物へ汎用的に適用可能な経済性を併せ持つ独創的な RC 部材を実現し，上記課題の解決への多面的な貢献により，廃棄物と CO₂ の排出量削減を目指す環境政策の実現に資することが可能となる。
### 2. 研究方法

## 2 ．1 コンクリート用スラッジ再生セメント(SR セメント)の開発研究

#### 2.1.1 研究概要

1)達成目標：普通 PC に対する強度比が 40%以上

2)達成目標の妥当性：SR セメント製造のコストは，バージンセメントの 40% 以下にはならないことがこれまでの経験からわかっており，開発技術の経済性確保の観点から前記目標を設定した。

## 3 ) 研究内容 · 手法

SR セメントの開発基盤となる再生結合材は，三和石産社で戻りコンクリートより製造され，地盤改良材の增量材として実績がある。再生結合材は，戻りコンクリートのセメント初期水和進展が再生処理までの時間，気温などに影響されて品質が変動し，さらに初期水和で未水和のセメント鉱物成分の一部が消失してコンクリート性能に影響を与える。この課題に対し，本研究ではSR セメント製造実験による製造条件確立，戻りコンクリート初期水和による逸散成分の同定と練混ぜ実験による補助材の検討を行った。前者では，戻りコンクリート初期水和の抑制のため，注水から再生処理開始までの限界時間に与える外気温の影響把握，ミキサー車への遅延剤投入の影響検討を行った。後者では，SR セメントを対象に，粒度分布測定，SEM 画像による観察，成分分析を行うと共に，石膏等の逸散鉱物を加えフレッシュ・硬化性能の改善を検討した。

#### 2.1.2 SR セメント製造実験による製造条件の確立

SR セメントの比表面積の年間変動を図 2.1.1 に示す。これまでの検討結果から，SR セメントの比表面積が大きいほど，結合材として用いた場合の強度は低下すること，SR セメントの比表面積は，外気温が高い夏期は $ 10000 \, cm^{2}/g $ 程度，外気温が低い冬期は $ 6000 \, cm^{2}/g $ 程度であり，外気温の影響により大きく変動することが確認されている。夏期に比表面積が低い SR セメントを製造することは現状難しく，これを克服することが製造条件確立に向けた大きな課題となる。課題解決に向け，実際の製造プラントを用い，SR セメントの製造実験を実施した。

SR セメント製造実験の実験要因と水準を表 2.1.1 に，SR セメント製造過程にて検討すべき工程を図 2.1.2 に示す。SR セメント製造実験は，特に夏期での製造条件の確立のため，7 月および 9 月の 2 回実施した。実験要因は，①練混ぜから処理開始までの時間，②スラッジ水になってから処理開始までの時間，③コンクリートの混和剤種類，④アジテータ車への遅延剤投入量，⑤遅延剤種類の 5 つとした。特に大きな影響を及ぼす要因は①と②の 2 つと予想され，これらを検討とした。また，様々な種類のコンクリートが原料となるため複数の混和剤種類を対象とし，さらには SR セメントの品質向上を期待し，アジテータ車への遅延剤添加を検討した。遅延剤の添加は，コンクリート練混ぜから 1.5h 経過した時点でアジテータ車に投入した。コンクリートの使用材料一覧を表 2.1.2 に，コンクリートの調合一覧を表 2.1.3 に示す。

SR セメント製造実験の流れを図 2.1.3 に示す。室内試験では実プラントの各影響要因を検討することは困難であることから、レディーミクストコンクリート工場においてコンクリートを $ 5 ~m^{3} $ 練り混ぜ、アジテータ車に積んで出荷し、SR セメント製造プラントにて実験を行った。各水準により製造した SR セメントは、屯パックに保管し、後日、SR セメントの密度および比表面積試験を行った。また、同 SR セ
メント用いてモルタルを練り混ぜ試験体を作製し材齢28日において圧縮強度試験に供した。更に，比較対象として普通PCを用いてモルタルの圧縮強度試験を行い，同SRセメントの普通PCに対する強度比を求めた。

図 2.1.1 SR セメントの比表面積の年間変動

表2.1.1 SR セメント製造実験の実験要因と水準

実験要因	水準
1	2	3	4
1	練混ぜから
処理開始までの時間	2.5時間	3.5時間	-	-
2	スラッジ水になってから
処理開始までの時間	直ちに	2時間	4時間	翌朝
まで
3	コンクリートの
混和剤種類	AE減水剤	高性能
AE減水剤	-	-
4	アジテータ車へ
遅延剤投入量	遅延剤
C×0.1%	遅延剤
C×0.2%	-	-
5	遅延剤種類	G
グルコン酸	S
ジョ糖	-	-

表2.1.2 コンクリートの使用材料一覧 表2.1.3 コンクリートの調合一覧

項目	記号	材料	密度
セメント	N	普通ポルトランドセメント	3.16g/cm³
細骨材	S1	石灰砕砂	2.67g/cm³
S2	山砂	2.57g/cm³
粗骨材	G	石灰砕石	2.70g/cm³
混和剤	SP1	AE減水剤	-
SP2	高性能AE減水剤	-

調合	W/C	s/a	単位量(kg/m³)
W	N	S1	S2	G	SP1	SP2
普通30-18-20N (AE減水剤)	50%	44.4%	185	370	418	342	980	4.81	-
普通30-18-20N (高性能AE)	50%	47.9%	170	340	467	382	953	-	3.57

図 2.1.2 SR セメント製造工程の検討

図 2.1.3 SR セメント製造実験の流れ
## 2 ．1．3 SR セメントの初期水和による逸散成分等の分析と補助材の検討

写真 2.1.1 のレーザー回折式粒度測定機を用いて SR セメントの粒度分布測定を行うと共に, 写真 2.1.2 の走査型電子顕微鏡(SEM)およびエネルギー分散型 X 線分析(EDX)により, SR セメントの粉体観察, 成分分析を行った。SEM-EDX の分析作業の流れを表 2.1.4 に示す。SR セメントの外観観察を行った他, エポキシ樹脂と粉体を練り混ぜ SR セメントの断面観察を行った。

SR セメントは，レディーミクストコンクリートの状態で数時間程度の水和反応過程を経て乾燥処理されるため，初期水和が一定程度進んだ状態となっている。ポルトランドセメントにおいては，注水から数時間程度の初期水和において特に石膏が消費されることから，SR セメントで逸散成分と想定される石膏を補助材として添加することにより，R-CF モルタルのフレッシュ性状および硬化性状の改善を検討した。

SR セメント補助材検討実験の概要を表 2.1.5 に, 使用材料の一覧を表 2.1.6 に, 調合表の一覧を表 2.1.7 に示す。SR セメントの補助材として石膏を検討することとし, 本検討では無水石膏と二水石膏の 2 種類の石膏を対象に検討を行った。R-CF モルタルの基本調合となる結合材は, SR セメントを B×60%, フライアッシュを B×20%, 高炉スラグ微粉末を B×20% の構成とした。これに対し, 無水石膏および二水石膏を結合材の 3% 若しくは 6% で内割り添加したモルタルについて実験を行った。また, 比較対象として普通 PC を用いた普通モルタルについても実験も実施した。SR セメントは比表面積が $ 6400 \, cm^{2}/g $ の比較的高品質のものを使用した。フライアッシュは JIS A 6201 のⅡ種相当, 高炉スラグ微粉末は比表面積 $ 4000 \, cm^{2}/g $ 程度のものとした。

本実験では8Lのモルタルミキサーを用いて練混ぜを行った。フレッシュ試験項目は，一般的なモルタルで実施されるフレッシュ試験とし，モルタルフロー(JIS R 5201)，空気量(JIS A 1171, JIS A 1128)，単位容積質量(JIS A 1171)，モルタル温度(JIS A 1156)の各試験を実施した。なお，モルタルフロー経時変化では，練直，10，30，60，90分について試験を行った。圧縮強度試験用供試体として，1調合につきφ50×100mmの円柱供試体を9体作製し，標準養生に供し，材齢3，28，91日で圧縮強度試験（JIS A 1108）を行った。

写真 2.1.1 レーザー回折式粒度分布測定機

写真 2.1.2 SEM-EDX
表 2.1.4 SEM-EDX 分析作業の流れ

1.エポキシ樹脂と粉体練混ぜ	2.埋込モールドに試料を流し込み	3.観察面を研磨

4.観察面を金蒸着	5.専用ステージに設置	6.SEM-EDXにより分析

表 2.1.5 SR セメント補助材検討実験概要

NO	配 合	W/B	結合材	試験項目
SR(6400): 6400cm²/g	F: フライ アッシュ	B: 高炉スラグ 微粉末	N: 普通 PC	無水 石膏	二水 石膏	フレッシュ 試験	圧縮強度 試験
φ50×100mm
練直	経時
1	40%-SR(6400)60-F20-B20	40%	B×60%	B×20%	B×20%	-	-	-	○	○	○
2	40%-SR(6400)60-F20-B20-3(無水)	40%	B×58.2%	B×19.4%	B×19.4%	-	B×3%	-	○	○	○
3	40%-SR(6400)60-F20-B20-6(無水)	B×56.4%	B×18.8%	B×18.8%	-	B×6%	-	○	○	○
4	40%-SR(6400)60-F20-B20-3(二水)	B×58.2%	B×19.4%	B×19.4%	-	-	B×3%	○	○	○
5	40%-SR(6400)60-F20-B20-6(二水)	B×56.4%	B×18.8%	B×18.8%	-	-	B×6%	○	○	○
6	40%-N100	40%	-	-	-	B×100%	-	-	○	○	○

表 2.1.6 使用材料の一覧

項目	記号	材料	密度	プレーン値
結合材	SR(6400)	SRセメント	2.82g/cm³	6400cm²/g
F	フライアッシュ	2.31g/cm³	3880cm²/g
B	高炉スラグ微粉末	2.91g/cm³	4310cm²/g
N	普通ポルトランドセメント	3.16g/cm³	3250cm²/g
-	無水石膏(CaSO₄)	2.91g/cm³	3670cm²/g
-	二水石膏(CaSO₄·2H₂O)	2.23g/cm³	-
細骨材	S1	石灰砕砂	2.67g/cm³	-
S2	山砂	2.58g/cm³	-
混和剤	SP	高性能減水剤	-	-

表 2.1.7 調合表の一覧

NO	单位量（kg/m³）	SP
(B×%)
SR
(6400)	F	B	N	無水
石膏	二水
石膏	W	S1	S2
1	360	120	120	—	—	—	240	714	585	1.30%
2	349	116	116	—	18	—	240	716	586	1.30%
3	338	113	113	—	36	—	240	716	586	1.30%
4	349	116	116	—	—	18	240	713	583	1.30%
5	338	113	113	—	—	36	240	710	581	1.30%
6	—	—	—	600	—	—	240	759	621	0.30%