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石炭ガンギューの有効活用によるLC3セメントの持続可能性評価：水中トンネル建設での同等強度性能

Valorization of coal gangue as a sustainable supplementary cementitious material for immersed tube tunnel construction: equivalent strength performance in LC3 systems (原題)

Haibin Li, Hua Liu, Lingchen Kong, Xiaohui Liu, Zhennan Wang, Yongshun Zhang, Junfei Zhang, Ling Wang

Scientific Reports📚 査読済 / ジャーナル2026-04-18#炭素会計Origin: CN経営インパクト: コスト削減対象セクター: construction
DOI: 10.1038/s41598-026-48445-y
原典: https://doi.org/10.1038/s41598-026-48445-y

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究は、石炭ガンギュー（CG）を熱活性化してLC3セメントの原料として利用する可能性を多角的に検討。最適な配合比（CG:石灰石=2:1、CG置換率20%）で、商用の焼成粘土を用いたLC3と同等の圧縮強度を達成し、さらにLCAにより従来のポルトランドセメントと比較して地球温暖化係数を24.4%削減できることを示した。これはセメント産業の脱炭素化と産業廃棄物処理に貢献する。

English

This study investigates thermally activated coal gangue (CCG) as a low-cost substitute for commercial calcined clays in limestone calcined clay cement (LC3). With optimal mix design (CCG:limestone=2:1, 20% replacement), it achieves 28-day compressive strength comparable to commercial LC3 and ordinary Portland cement. Life cycle assessment shows 24.4% reduction in global warming potential. The study provides a sustainable pathway for cement decarbonization and industrial waste valorization.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本でもセメント産業はCO2排出の主要源であり、LC3技術の普及が期待されているが、高価な焼成粘土の調達が課題。石炭ガンギューは日本の石炭火力発電所から大量に発生する廃棄物であり、その有効活用は廃棄物処理と脱炭素の両面で重要。本研究は、日本のセメント・建設業界にとってコスト削減と環境負荷低減の両立に資する知見を提供する。

In the global GX context

Cement industry accounts for ~8% of global CO₂ emissions. LC3 is a promising low-carbon technology but relies on expensive calcined clays. This paper demonstrates that coal gangue, a widespread industrial waste from coal mining and power generation, can serve as an effective alternative, reducing both cost and emissions. It offers a scalable solution for emerging economies with abundant coal waste and supports global decarbonization targets.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides experimental validation and LCA for coal gangue-based LC3, including reaction mechanisms and pore structure analysis.

🏢実務担当者:Offers a low-cost alternative to commercial calcined clays for LC3 cement production, with a 24.4% carbon reduction potential.

🏛政策担当者:Supports policies promoting industrial waste utilization in low-carbon cement; demonstrates a circular economy approach for coal waste.

📄 抄録（日本語訳）

セメント産業は世界のCO₂排出の主要な発生源であり、石灰石煆焼粘土セメント（LC³）は有望な低炭素代替材料であるが、その大規模な適用は高コストの市販煆焼粘土への依存によって制限されている。石炭ガラス（CG）は、熱活性化後に潜在的なポゾラン活性を有する大量の産業固形廃棄物であるが、LC³システムにおけるその反応挙動、相乗メカニズム、および市販煆焼粘土との性能等価性は依然として不明確であり、その炭素排出削減ポテンシャルの定量的評価も不足している。これらのギャップに対処するため、本研究は、X線回折、熱重量分析、走査型電子顕微鏡、水銀圧入ポロシメトリー、等温熱量測定を含む実験的特性評価とライフサイクルアセスメントを組み合わせた、熱活性化石炭ガラス（CCG）ベースのLC³セメントに関するマルチスケール調査を実施する。結果は、CCGと石灰石の最適質量比が2:1であり、20%のCCG置換を有するLC³配合が、市販煆焼粘土ベースのLC³および普通ポルトランドセメントに匹敵する28日圧縮強度を達成することを示している。硫酸塩、炭酸塩、およびアルミノケイ酸塩を含む相乗反応メカニズムが解明された：石膏は初期のアルミン酸塩水和を調整し、一方石灰石はCCG由来の反応性アルミン酸塩と反応して安定したカルボアルミン酸塩相を形成し、これが細孔構造を微細化し微細組織を緻密化する。LCA結果は、最適なCCGベースのLC³配合が普通ポルトランドセメントと比較して地球温暖化係数を24.4%削減することを示している。本研究はCGの高価値利用を実現し、LC³技術に対する市販煆焼粘土の低コストで持続可能な代替材料を提供し、セメント産業の脱炭素化と産業固形廃棄物の処分に技術的支援を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

The cement industry is a major source of global CO₂ emissions, and limestone calcined clay cement (LC³) is a promising low-carbon alternative, but its large-scale application is limited by the dependence on high-cost commercial calcined clays. Coal gangue (CG) is a massive industrial solid waste with potential pozzolanic activity after thermal activation, yet its reaction behavior, synergistic mechanisms, and performance equivalence to commercial calcined clays in LC³ systems remain unclear, with a lack of quantitative assessment of its carbon emission reduction potential. To address these gaps, this study conducts a multi-scale investigation on thermally activated coal gangue (CCG)-based LC³ cement, combining experimental characterization including X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy, mercury intrusion porosimetry, isothermal calorimetry and life cycle assessment. The results show that the optimal mass ratio of CCG to limestone is 2:1, and the LC³ formulation with 20% CCG replacement achieves a 28-day compressive strength comparable to that of commercial calcined clay-based LC³ and ordinary Portland cement. A synergistic reaction mechanism involving sulfate, carbonate, and aluminosilicate is clarified: gypsum regulates early aluminate hydration, while limestone reacts with reactive aluminates derived from CCG to form stable carboaluminate phases, which refine the pore structure and densifying the microstructure. LCA results indicate that the optimal CCG-based LC³ formulation reduces the global warming potential by 24.4% compared to ordinary Portland cement. This study realizes the high-value utilization of CG and provides a low-cost, sustainable alternative to commercial calcined clays for LC³ technology, offering technical support for the decarbonization of the cement industry and the disposal of industrial solid waste.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。