カーバイド残渣-籾殻灰バインダーによる膨張性土壌の安定化メカニズムと強度進化:鉱物学的および微細構造的証拠
Stabilization mechanism and strength evolution of expansive soil stabilized by calcium carbide residue-rice husk ash binder: mineralogical and microstructural evidence
本研究は、カーバイド残渣-籾殻灰(CCR-RHA)バインダーを用いた膨張性土壌の安定化メカニズムと強度進化について、鉱物学的および微細構造的観点から多角的に調査した。CCR-RHAバインダー(配合比35:65)を0%から30%の範囲で添加し、0日から90日間養生した膨張性土壌の強度、鉱物組成、微細構造を評価した。結果として、無添加時の土壌と比較して、CCR-RHAバインダーの添加により土壌の最大圧縮強度(UCS)は増加し、25%添加時に最大値(90日養生で8.94 MPa)に達した。これは従来の石灰安定化土壌を上回る強度である。鉱物学的分析により、ポルトランド石の消費、粘土鉱物の溶解、ガジモンジン様カルシウムアルミノケイ酸水和物の結晶化、そしてエトリンガイトやストラルチング石などの水和相の形成といった反応シーケンスが明らかになった。特に、炭酸カルシウムの結晶化過程において、非晶質ゲルと結晶相が複合した中間相を経由し、最終的に安定したカルサイトが形成されるという新規の発見があった。微細構造観察では、土壌マトリックスが層状構造から凝集体構造、そして緻密な三次元骨格構造へと変化することが確認された。これらの結果に基づき、水和、イオン交換-凝集、ポゾラン反応、炭酸化を統合した四重結合安定化メカニズムが提唱された。本研究は、CCR-RHAバインダーの工学的応用に対する基礎的な知見を提供し、廃棄物由来の土壌安定化システムに関する新たな概念的洞察を与えるものである。
- カーバイド残渣-籾殻灰(CCR-RHA)バインダー(配合比35:65)を膨張性土壌に0〜30%添加して評価したところ、25%添加・90日養生で最大圧縮強度(UCS)8.94 MPaに達し、従来の石灰安定化土壌を上回った
- 鉱物学的分析で、粘土鉱物の溶解、ガジモンジン様カルシウムアルミノケイ酸水和物の結晶化、エトリンガイトやストラルチング石など水和相の形成が確認された
- 炭酸カルシウムの結晶化過程で、非晶質ゲルと結晶相が複合した中間相を経て安定したカルサイトが形成されるという新規の発見があった
- 水和、イオン交換-凝集、ポゾラン反応、炭酸化を統合した四重結合安定化メカニズムが提唱された
カーバイド残渣と籾殻灰という産業廃棄物・農業副産物を組み合わせたバインダーで、膨張性土壌を従来の石灰安定化より高強度(25%添加・90日養生で8.94 MPa)で安定化できるという学術的成果。まだ実験室レベルの研究であり、企業の事業化・調達・規制の動きは記事内にないため、直接の投資対象は見当たらない。ただし建設・地盤改良分野で廃棄物由来の低コスト固化材・セメント代替が実用化されれば、土木資材やセメント企業のコスト構造・環境規制対応(CO2削減)に影響しうるテーマとして、実証・特許・商用化の続報をウォッチする価値がある。