極高濃度炭酸水浸漬による廃コンクリートの材料再生

• 研究課題/領域番号: 23K17777
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分22:土木工学およびその関連分野
• 研究機関: 高知工科大学
• 研究代表者: 大内 雅博 高知工科大学, システム工学群, 教授 (80301125)
• 研究期間 (年度): 2023-06-30 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2024年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
• キーワード: 材料再生 / 物質循環 / 高濃度炭酸水 / カルシウムシリケート水和物 / 水酸カルシウム / 炭酸濃度 / 加圧容器 / 二酸化炭素 / セメント硬化体の分解 / 炭酸化

研究開始時の研究の概要

本研究の目的は，廃コンクリートを極高濃度炭酸水に浸漬して原材料に分解する技術の確立を目標に，その成立の見通しを得ることである。二酸化炭素のみを材料として用いてコンクリートを原材料に分解する技術を構築する。本応募課題は、使用後のコンクリートからの材料再生技術を開発するものであり、最終処分せざるを得ないコンクリートの廃棄の現状を物質循環可能に転換させるものである。本研究の成果により、コンクリートの低環境負荷による物質循環が大きく革新・確立され、有限な鉱物資源供給と最終処分場所確保の問題が解決されることを意図している。

研究実績の概要

当初予定していた、ゲージ4気圧（絶対5気圧）に保った加圧容器による高濃度炭酸水調製では、当初想定濃度の4分の1である2g/L程度しか得られなかった。そこで、最大許容ゲージ圧力9気圧の市販炭酸飲料用ペットボトルを用いて圧力を高めると共に、振とうを繰り返すことにより最大16g/Lまで炭酸濃度を高めることが出来た。次年度はこの手順を簡素化して同様の炭酸濃度を得るための手順を構築する予定である。
熱分析により，再生骨材製造の際の副産物である再生微分について，新たな上記の方法により調製した高濃度炭酸水への浸漬前後の炭酸カルシウムおよび水酸化カルシウムの含有率を測定し，その変化を求めた。「再生微粉」は主にセメント硬化体に由来するものであり，再生骨材表面への付着物と共通の成分である。乾燥させた脱水ケーキを再生骨材工場から塊状で入荷したものをボールミルで粉砕して使用した。再生骨材表面に付着しているものよりも表面積が大きいために，反応速度が高いと言える。熱分析に際しては，温度400～450℃の質量減少率を水酸化カルシウムの，温度600～700℃の質量減少率を炭酸カルシウムの含有率とした。
その結果，水酸化カルシウム含有量の増加と炭酸カルシウム含有量の増加との間には相関が無いことと，炭酸カルシウムの1桁大きい増加量から，炭酸カルシウム量の増加は，水酸化カルシウムの炭酸化ではなく，その他の成分，例えばケイ酸カルシウムの炭酸化により生じている可能性を示唆していると言える。すなわち、高濃度炭酸水によるセメント硬化体（カルシウムシリケート水和物）の分解可能性が示されたと言える。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初予定していた炭酸水の濃度に達することが出来ないことが分かり、その調整方法を検討・構築することに時間を要したため。そして、そのことにより、当初予定していたセメント硬化体の分解速度の測定に至っていない。セメント硬化体分解速度の測定には、当初予定していた供試体の寸法測定では不可能な恐れがあるため、再考する必要性を認識した。
一方で、本研究で想定した、高濃度炭酸水浸漬によるセメント硬化体の分解メカニズムを示す現象を、再生骨材製造の際の副産物である「再生微粉」の高濃度炭酸水浸漬により得ることが出来たので、「やや遅れている」程度と判断した。

今後の研究の推進方策

本研究の鍵となる、極高濃度炭酸水の合理的な調整方法を構築する。密閉容器内での気液混合・振とう・攪拌方法の省力化を実現する方法とする。さらに、廃コンクリートのセメント硬化体分（再生微粉）への二酸化炭素接触確立を増大させるための方法を構築した上で、分解速度を測定する。