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。

 

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。

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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。

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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。




 

骨材の役割

骨材は砂利や砂のことですが、本来はセメントの節約(充填剤)のための役割です。しかし現代では重量比で骨材はコンクリートの7~8割ほどを占めます。

本来は充填剤としての役割でしたが、今では骨材を使用することでコンクリートの収縮を提言したり、発熱を抑制したり、剛性付与・耐磨耗性といったポジティブな役割を担っています。

 

混和材料の役割

最後にコンクリートの混和材料の役割です。混和材料は下のような分類ができます。

混和材:大量に添加することで、コンクリートの品質を改善することができる(例:膨張剤)

混和剤:少量でコンクリートの品質の改善が見込める(例:高性能AE減水剤)

“材”と”剤”の違いは、大きさの違いです。厳密な違いはありませんが、使用量が多くそれ自体がコンクリートの容積として計算されるものを混和材、薬品的に少量用いるものを混和剤と呼ぶのが一般的です。




 

まとめ

今回はコンクリートの構成材料とその役割についてまとめました。コンクリートの構成材料は下の図でした。

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この図を覚えてしまえば一発なので、こちらを覚えてしまいましょう。

次にこれらの役割について紹介しましたが、セメントは凝結固化剤、水は凝結補助剤・施工軟度の確保といった役割を持っていたのでしたね。そしてコンクリートを混ぜる際の水セメント比はコンクリートの強度に直結する重要な要因でした。

次に砂利や砂といった骨材でしたが、こちらはセメントの節約だったり、コンクリートの品質改善の役割がありました。コンサ材料もコンクリートの品質の改善のために使われるのでした。

今回の記事は構造を学ぶ上で非常に重要ですので、何度か読み返してぜひマスターしてください。

 

コンクリートは鉄筋コンクリートに使用される材料ですが、鉄筋コンクリートの特徴に関しては下の記事で紹介しているので、ご覧ください。

鉄筋コンクリート(RC)の構成とコンクリートの材料・成分について

鉄筋コンクリートの特徴(長所と短所とその対策)について

鉄筋コンクリートの性質と特徴(短所とその対策)

 

今回の記事は以上になります。最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

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