低炭素UHPC:高炉セメント・カーバイドスラッグ・廃プラスチック繊維の配合による機械的特性、水和、持続可能性
Low-Carbon UHPC Incorporating GGBS–Calcium Carbide Slag and Recycled Plastic Fibers: Mechanical Properties, Hydration, and Sustainability
本研究では、セメントの一部をグラウンド・グラニュレーテッド・ブラストファーネス・スラグ(GGBS)とカーバイドスラッグからなる産業固形廃棄物(ISW)で、鋼繊維の一部を廃プラスチック繊維(RPF)で置き換えることにより、低炭素超高強度コンクリート(UHPC)を開発した。ISWとRPFが流動性、機械的特性、水和挙動、微細構造、炭素排出量、原材料コストに与える影響を調査した。ISWは流動性に限定的な影響を与えたが、RPFは流動性を著しく低下させた。適切なISWとRPFの配合により、曲げ強度と圧縮強度はそれぞれ最大41.02%、14.93%向上した。30% ISW-50% RPF混合物が最高の曲げ強度を示し、30% ISW-30% RPFは許容可能な流動性で最高の圧縮強度を達成した。水和熱、XRD、SEM、FTIR分析により、中程度のISWは初期水和とC-S-H/C-A-S-Hゲル形成を促進したが、過剰なISWは希釈を引き起こし、マトリックスのコンパクトさを低下させることが示された。したがって、30% ISW-30% RPFがバランスの取れた配合として推奨され、50% ISW-50% RPFは炭素およびコストに敏感な用途により適しており、約150 MPaの圧縮強度を維持する。
- 高炉スラグ(GGBS)とカーバイドスラッグからなる産業固形廃棄物でセメントを、廃プラスチック繊維(RPF)で鋼繊維を置換する低炭素UHPCを開発した。
- 30% ISW-30% RPF配合が許容可能な流動性で最高の圧縮強度を達成し、50% ISW-50% RPF配合は約150MPaの圧縮強度を維持しつつ炭素・コストに敏感な用途に適する。
- 適切なISWとRPFの配合により、曲げ強度と圧縮強度はそれぞれ最大41.02%、14.93%向上した。
産業固形廃棄物と廃プラスチック繊維を活用した低炭素UHPCの開発は、建設分野における脱炭素ニーズの高まりを背景に、材料コスト削減と環境負荷低減の両立を図る研究として注目に値する。圧縮強度約150MPaを維持しつつ炭素排出量と原材料コストを低減できる可能性は、セメント・建材産業のサプライチェーン変革につながる観点から投資判断の材料となる。