コンクリートの構成材料とその役割・水セメント比まとめ

この記事ではコンクリートの性質についてまとめていきます。

コンクリートは現代建築を支えている鉄筋コンクリートに使われている材料ですが、コンクリートについての知識は構造計算する時だけでなく建築設計者にも必要です。この記事を理解して今後の建築の勉強に役立ててくださいね。

それでは早速内容に入っていきましょう。

1 コンクリートの構成材料の種類
2 コンクリートの構成材料の役割
3 まとめ

コンクリートの構成材料の種類

ここではコンクリートの構成材料についてまとめます。下の図を見てください。

鉄筋コンクリートは鉄筋とコンクリートでできています。そしてコンクリートは主にモルタルと砂利で構成されます。その際に混和材料を混ぜることもあります。混和材料にはいろいろと種類がありますが、基本的にコンクリートを構成するものはモルタルと砂利と覚えておきましょう。

そしてコンクリートを構成しているモルタルは、セメントペーストと砂でできています。そのセメントペーストはセメントと水によって構成されます。大まかなコンクリートを構成しているものは、上の図を覚えておけば問題ありません。

コンクリートを構成する砂利と砂の違いは？

砂利と砂と聞いて何と無くイメージがつくかもしれませんが、砂と砂利の違いはその粒の大きさにあります。厳密には粒径が5mm以上のものを砂利、5mm未満のものを砂と区別します。

砂利のことを粗骨材、砂のことを細骨材とも呼びます。

コンクリートを拡大すると、下の図のようになります。

大きい粒が砂利、その隙間にある小さい粒が砂、水色部分がセメントペーストです。このようにコンクリートはできています。大きな粒の間に小さな粒が入り込み、それらをセメントペーストでくっつけているイメージです。

コンクリートの構成材料の役割

次に上で紹介したコンクリートの構成材料が、コンクリートにおいてどのような役割を果たしているかを紹介していきます。

セメントの役割

はじめにセメントの役割から紹介します。

コンクリートにおけるセメントは、凝結固化剤としての役割を担っています。コンクリートを固める役割です。また、コンクリートを硬化させたりコンクリート自身の粒を接着させるという役割もあります。

水の役割

コンクリートはセメントと水を混ぜて作られますが、水にはどんな役割があるのでしょうか。

コンクリートにおける水には、凝結補助剤(セメントの水和)としての役割があります。セメントが固まるのを補助する役割です。また、施工軟度(Workability)としての役割もあります。これはコンクリートを型に流すことやコンクリート内に鉄筋を配置しやすくする役割です。水がないとコンクリートを施工することができないので、コンクリートを使用するときには水が必須です。そのセメントと水の割合を示す指標が水セメント比です。

水セメント比とは？

水セメント比についてここで確認しておいましょう。水セメント比は下の式から導き出すことができます。

水セメント比

W / C

(W:水量、C:セメント量)

水セメント比が小さいほど(セメント量が多いほど)コンクリートの強度は強くなります。こちらは強度法則と呼ばれますが、重要なので覚えておきましょう。

一般に水の凝結補助剤として必要な水セメント比は40%ほどです。これだけあればコンクリートは固まってくれますので、コンクリートの水セメント比の一番小さい割合は40%となります。

それに対して施工軟度を確保するために必要な水セメント比は、50~65%ほどです。50~65%ほどの水セメント比がないと、コンクリートの施工が難しくなってしまいます。

例えば施工軟度を確保するために50%の水セメント比のコンクリートを使用するとします。コンクリートの凝結補助剤の役割として必要な水セメント比は40%ほどなので、50-40=10%は施工のためだけに利用される水ということになります。しかしコンクリートは水セメント比が小さい(セメント割合が大きい)ほど強度が上がりますので、施工終了した後の水10%は余分な水分となってしまいます。余分な水分は硬化後に乾燥収縮やクリープなどのコンクリートの劣化につながる悪さしかしません。よって構造材料と施工の双方に満足する水セメント比を構造設計者は考えなければなりません。