鉄の領域に攻め込む超高強度コンクリート / 日経ＢＰ

コンクリートの超高強度化は、サステナブル建築の実現に貢献する――。

　実用化レベルでは世界最強となる300N／mm2（以下、N）コンクリートの試作品を公開し、200Nコンクリートを実用化したと、5月19日に発表した大成建設。当日の説明では、超高強度化が地球環境問題に貢献することを強くアピールした。

　その理由として、以下の4項目を挙げる。
（1）素材として、強度当たりのCO2排出量が減る
（2）部材1ｍ当たりのCO2排出量が減る
（3）地震時の損傷が少なく、長寿命に貢献する
（4）中性化がほとんど進行しないので、高耐久に貢献する

　（1）は、セメント、砂、砂利、水といったコンクリート構成材料ごとのCO2排出量原単位を基に、1m3当たりのCO2排出量を算出。これを設計基準強度で割った指標だ。原料のうち、CO2排出量が多いのはセメントだ。超高強度化する際、セメント使用量の増加率よりも、強度の上昇率が大きいので、超高強度になるほどCO2排出量の割合が減る傾向がある。

　（2）は柱部材1ｍ当たりのCO2排出量を比較したものだ。強度が高いほど部材断面が細くなり、コンクリートや型枠の使用量は少なくなる。大成建設は、設計基準強度が80N、140N、200Nのコンクリートを比較した。80Nを1とすると、140Nは約8割、200Nは約7割に削減できた。

2008年の鋼材高騰が教訓に

　300N／mm2とは、1cm2で3ｔの重さに耐えられる強度だ。これほどの強度になると、「建築材料として必要なのか」という疑問も沸いてくる。

　スーパーゼネコンと呼ばれる総合建設会社大手5社のうち、200Nを超えるような超高強度化を積極的にアピールするのは大成建設と竹中工務店だ。ほかの3社は、この2社ほど積極的ではない。ただ、大成建設が地球環境問題への貢献を打ち出したことで、社会的な評価が変わる可能性がある。

　大成建設設計本部の細澤治・副本部長は、「200N、300Nといった超高強度になると、鉄骨材料と同じように超高層ビルに使える可能性がある」と語る。鉄筋コンクリート造で超高層オフィスビルを建てようというのだ。

　その際、環境負荷への貢献度はどうなるか。「CO2排出量を、鉄骨造と鉄筋コンクリート造の躯体単独で比較すると、鉄骨造の方が少ない。ただし、外装材の種別や形状によって建設時のCO2排出量が増減する。鉄骨造では、外装材の製造や取り付けにかかわるCO2排出量が単純加算される。一方、鉄筋コンクリート造では、外壁そのものを構造躯体で構築することも考えられる」と細澤氏。

　さらに細澤氏は、建物使用時のCO2排出量についても、「カーテンウオール系の多い鉄骨造に比べて、躯体そのものを外装材とする鉄筋コンクリート造の方が、断熱性が高く、CO2排出量の縮減には有利だ。コンクリートの高強度化、部材のプレキャスト化、外装材を躯体で構築するプランニングなどを併用すれば、建設から解体までの総CO2排出量は、同じくらいにできのではないか」と語る。

　コスト面については、「躯体だけだと鉄骨造の方が安い。だが、鉄骨造には耐火被覆や仕上げが必要になる。鉄筋コンクリート造の躯体に簡単な仕上げで済ませば、コスト面での競争力もあり得る」（細澤氏）。

　2008年に鋼材が高騰した際、建設会社は計画見直しや見積価格の見直しなど、対応に追われた。コンクリートという比較的価格が安定した材料を超高層ビルに使えるようにすることが、鋼材コストの上昇というリスクに備えることにもつながる。

　コンクリートの超高強度化は、これまで以上に重要な研究課題として、注目を集める可能性が出てきた。

　（3）では、強度が100Nを超えると損傷しにくくなることを確認した。部材のサイズが同じなら、同じ地震力を加えた時、超高強度部材は損傷せず、少し亀裂が入るくらいだ。大成建設では、超高強度コンクリートを用いる場合、変形しても元に戻る弾性範囲内で設計することを前提としており、大地震時にも無損傷だ。この結果、大地震に遭遇しても使い続けることができるので、建物の長寿命化に貢献する。

　（4）の中性化は、同社が実験室レベルでJISの中性化促進試験を実施して確認した。水セメント比が20％より低い超高強度コンクリートでは中性化がほとんど進行しなかった。住宅で「高耐久」といわれる水セメント比50％程度でも、10mmくらい中性化が進行している。超高強度コンクリートは、それよりもはるかに高い耐久性を確保できる。