コンクリート

I

プロローグ

建築、土木工事にかかせない建築構造用材料で、ふつうコンクリートといえば、ポルトランドセメント(→ セメント)、水、細骨材と粗骨材を材料として、これらを混合してつくり、少量の空気もまぜこんだセメント・コンクリートのことをいうことが多い。セメント・コンクリート(以下、コンクリート)は圧縮力に強く、耐火性や耐水性にすぐれていることから、広く利用されている。

どんな形にでもできる状態で建設現場まではこべるのは、代表的な建設資材の中ではコンクリート以外にほとんどない。ほかにはみられないこの特性のため、建設現場で型枠をつかって実質的にどのような形態や形状のものもつくることができるので、コンクリートは便利な材料となっている。これをつかって表面のきめの細かさや粗さ、色の感触をかなり自由に表現できる。用途は広く、高速道路や一般街路、橋、ダム、大規模建築物、空港の滑走路、灌漑(かんがい)用施設、防波堤、桟橋やドック、歩道、住宅などがあり、はしけや船にもつかわれている。

このほかに、コンクリートを構造用材料としてつかいやすいものにしている特性は、その強度、経済性、耐久性である。圧縮強度は、どのように材料を混合するかにもよるが、70万g/cm²以上である。コンクリートの引張強度はこれよりかなり低いが、適切に設計した鉄筋で補強することにより、構造体としてのコンクリートの引張強度を大きくすることができる。コンクリートの耐久性を見事に証明するものに、古代エジプト人が3600年以上も前にたてたコンクリートの列柱が現存しているという事実がある。

II

配合

コンクリートは、セメントペーストと、化学変化をおこさない不活性材の2つの要素から構成されている。セメントペーストは、ポルトランドセメントと水からつくる。それに少量の空気がまざるが、これは自然にとりこまれた空気による細かい空隙(くうげき)であったり、わざと発生させたごく小さな気泡であったりする。不活性材といわれるものは、ふつう細骨材と粗骨材にわける。細骨材とは砂のことであり、粗骨材とは砂利、砕石とかスラグのことである。

ポルトランドセメントを水とまぜると、この混合物中の石灰分が水と反応して接着力のある物質をつくる。適切に配合したコンクリートでは砂と砂利の粒が、このペースト状の物質でしっかりとおおわれ、粒と粒のすきまもうめつくされる。セメントペーストが硬化していくにつれ、砂と砂利が一体となって堅固な構造物となる。

特殊な条件さえなければ、コンクリートは時間とともに強度をます。セメントが水と化学反応してできるセメントペーストが硬化して砂や砂利を一体化していくには、時間が必要である。この反応は、はじめは急速におきるが、時間がたつにつれおそくなり、長時間をかけておわる。湿気のある所では、コンクリートは長期間にわたって強度をましていく。

コンクリートの配合は、セメント、砂、砂利の乾燥しているときの容積比で指定するのがふつうである。たとえば1：2：3の配合といえば、セメントの容積を1とすると、砂は2倍の容積、砂利は3倍の容積の割合でまぜるということである。コンクリートの配合比を1：2：3から1：2：4へ、さらに1：3：5へと調節することで、強度や耐久性などの特性にも変化がでてくる。配合比はコンクリート工事をおこなううえで、この特性を判断してきめる。コンクリートを配合するときにくわえる水の分量は、セメント量の1～1.5倍である。高強度のコンクリートを配合するには、くわえる水の分量を少なくしてコンクリート全体に水がしみるくらいにするとよい。一般に水を多くくわえたコンクリートは工事はしやすいが、硬化後の強度は低下するものである。

小さな工事や補修にはコンクリートは手練りでつくるが、機械練りのほうが均質なコンクリートとなるため、結果はよい。コンクリートの表面が硬化して傷がつかないようになったら養生が必要である。養生には次の方法がある。水をかける。水中にいれる。防水紙、プラスチックシート、ビニールシート、しめった麻布、しめった砂など、湿気を逃がさない材料でおおう。特殊な養生用の散布剤もある。コンクリートは湿り気のある状態に長くおくほど、強度と耐久性がます。あつい季節には、少なくとも3日間は湿り気のある状態をたもつ必要がある。さむい季節には、乾燥中の凍結をさけなければならない。それには、防水シートなどでおおって、コンクリートが硬化する際の化学反応で発生する熱をとらえて保温に利用する。

III

施工法

コンクリートを現場で打設するやり方はいろいろある。小規模な建物の基礎は、生コンクリートを凍結深度より深くほった地中の溝に直接ながしこむ。ふつうの基礎や壁の場合は、木製や金属製の型枠をつかい、型枠と型枠の間にコンクリートを打設する。型枠はコンクリートが硬化してからとりはずす。リフトスラブ工法では、床や屋根の床版を地上で打設してから、油圧ジャッキでもちあげ、所定の高さで柱にとりつける。ずらし型枠工法は、ビルのコアをつくるときにつかう。型枠を1時間に15～40cmの割合で上方に移動しながら鉄筋を配筋し、コンクリートを打設していくのである。ティルトアップ工法は1～2階建ての建物によくつかわれる。壁のコンクリートを地上または既設のコンクリート床の上で打設してから、クレーンをつかって所定の位置におく。壁はコーナーやパネルの継ぎ目の所で現場打ちコンクリートの柱にとりつける。

プールや運河などの施工で曲面のあるコンクリートの壁をつくる場合は、ショットクリート工法をつかう。ショットクリート工法とは、型枠をつかわないでコンクリートを圧搾空気により直接ふきつける工法である。ショットクリート工法をつかえば、型枠工事が不要となり、しかも旧来の型枠工法ではできない所にコンクリートを打設することができる。

コンクリートの内部に、小さな気泡を発生させたものを発泡コンクリートという。これにはセメントに発泡剤を添加する。発泡剤の添加はセメントの製造時かコンクリートの配合時におこなう。均一に発生した気泡によって、配合したてのコンクリートと硬化したコンクリートのどちらにも、便利な特性がでる。配合したてのコンクリートでは、気泡が潤滑剤としてはたらいてコンクリートをあつかいやすくする。したがって、くわえる水の量は少なくてすむ。また、気泡により砂の量も少なくてすむ。

IV

コンクリート組積造

コンクリート組積造とは、コンクリートブロックを煉瓦のようにつみあげてつくる工法である。いろいろな種類の建物や壁体によくつかわれている。コンクリート組積造は次のような使われ方をする。耐力壁、また非耐力壁として、窓あい壁、間仕切り壁、防火壁、煉瓦積みの壁や塀、石積み壁の補強、漆喰仕上げの下地材、鉄骨造の柱、梁(はり)の耐火被覆、耐火構造の階段室、エレベーターシャフトなどの壁、擁壁、床用などである。

コンクリート組積造用ブロックの約60%は軽量骨材を使用している。シンダーブロックがその代表例である。よくつかう骨材として、加工粘土(→ 粘土)、高炉スラグ(→ スラグ)、頁岩、天然火山れき、シンダー(金属溶解炉のかすや石炭がら)などがある。コンクリートブロックは地面と水平につむ。規格サイズでいちばん多くつかわれるのが、20×20×40cmのものである。コンクリートブロックは軽量にするために中空につくられているが、この空気層が断熱効果を生む。最近の傾向として「手割りブロック」というタイプのコンクリートブロックが市場にでている。表面に独特な野趣があり、住宅、商業ビル、学校、公共施設などの外壁に仕上げ積みとしてつかわれてきている。