HSJ企画 コンクリート教室 その2

第3章

第3章   コンクリートのはなし
1.コンクリートでつくるもの
1.1 暮らしの中のコンクリート 《イメージ・表現・表象》
私たちの身のまわりを見渡すと・さきざまなものにコンクリートが使われています。
例えば、建物の構造体・電柱・道路の舗石・コンクリートブロック塀・線路の枕木・トンネル・ダム・橋・護岸など
です。
このようにコンクリートはあらゆるところに使われ、私たちの生活に不可欠な存在になっています。
これは、コンクリートの材料であるセメント・砂利・砂・水が廉価で、大量に入手しやすいことや自在に成形できる
といった特性が、建造物を造るのに適しているためです。
また、コンクリートは鉄筋や鉄骨と一体になることで、耐震性、耐火性、遮音性優れた住宅を造ることができま
す。しかし一方では、一度作ると壊しにくい、冷たい感じがするといったデメリットもあります。
1.2 自由な形態による表現 《イメージ、表現・表象》
私たちの周りにはコンクリートによる形態表現多く見られます。
それは、建物、橋梁、あるいは彫刻のようなアートとしても目に映ります。
そのデザイン形態は様々で、例えば、巨大な壁面に凸凹をつけて、大きな面積による威圧感を低減するなど
など楽しさを表したり橋をカーブで軟らかく表現して、周囲の風景にとけ込むように作るなど、いろいろな
表現方法が見られます。
1.3 コンクリートの色と仕上げ 《イメージ・表現・表象
コンクリートは何色でしょうか? 多くの人は「灰色」を揚げるでしょう。いったいこの灰色は何の色なのでしょう
か?
コンクリートの色には、材料となるセメントに含まれる酸化鉄や、酸化マンガンなどが影響しています。
そしてこれらを含まないセメントを用いると白いコンクリートができます。それに顔料等を加えるとカラーコンクリ
−トができ、自由な色の表現が可能です。
コンクリートは地肌を見せる直仕上げ、型枠によって木目模様、工具による地肌仕上げ、等の表面仕上げ方法
があります。
これらの手法によって「灰色」のコンクリートは暖かさ・柔らかさ・親しみ・など魅力的な空間の演出が可能になる
のです。
1.4 高層建築・超高層建築 《コンクリートでつくるもの
従来、鉄筋コンクリート(RC)造りは、中層以下の建築の骨組みとして多く使われてきました。
ところが近年、高強度のコンクリート及び鉄筋が実用化され、高層ビルの骨組みにRC造りが利用されるように
なりました。これは主にRC造りの持つ耐火性・防音性・、地震・風によって生じる揺れに対する不安感を抑える
高い剛生などの長所が、社会に受け入れられたためです。
1.5 橋梁 《コンクリートでつくるもの》
コンクリート橋は大きく分けて鉄筋コンクリート橋(RC橋)とプレストレストコンクリート橋(PC橋)とがあります。
また、橋は形式別に見ると、スラブ橋・桁橋・ラーメン橋・アーチ橋・トラス橋・斜張橋・吊り橋などに分類でき
ます。

はじめの三つの橋は、橋に加わる加重に対し、梁として抵抗するので、、スパン(支柱両端)が小さい場合は
RC橋、大きなスパンの場合はPC橋とします。
アーチ橋は荷重が円弧状のアーチに沿って、圧縮力として橋脚に伝わるため、コンクリートの特性が発揮でき、
美しいデザインの橋も多く見られます。
1.6 ダム・河口堰 《コンクリートでつくるもの》
ダムや河口堰の役割は河川を堰き止めて水を貯め、洪水災害防止のための治水と発電用水、あるいわ工業
用水・農業用水を確保するための利水にあるといえます。ダムによってその設置の目的がそれぞれ違います。
しかし、ダムや河口堰の機能をフルに活用するために、その多くはそれらの役割を兼ね備えたものとして建設さ
れています。ダムや堰の構造物の材料の性質として
1)重い(単体体積重量が大きい)
2)圧縮強度が強い 
3)水密性が高い
4)複雑な形を作りやす
この水圧を受ける構造物の材料としてコンクリートは、非常に優れた特性を持った材料であるといえます。
コンクリートダムには、大きく分けて重力式ダムとアーチ式ダムがあります。
重力式ダムは  1)の性質を生かした構造物
アーチ式ダムは 2)及び3)の性質を生かした構造物
また、堰は    4)の性質を生かした構造物といえます
1.7 防波堤・防潮堤 《コンクリートでつくるもの》
防潮堤は、外界からの波浪を防ぎ、港内の静穏を保つために建設されます。また、防潮堤は台風による高潮や
地震による津波などの被害を防ぐため港の周辺に建設されます。
防潮堤の代表的な形式の一つとして鉄筋コンクリート造の函体(ケーソン)を用いたものがあげられます。鉄筋
コンクリートのケーソンを使用する利点は港湾構造物として本体の重要な部分を陸上で正確に製作できること
です。

海水に対するコンクリートの耐久性が、他の材料に比べて高いのも一つの利点です。
コンクリートの鉄筋の外周部のかぶり厚さを、陸上構造物より相当大きく取ることで特別な暴食を施さなくても
鉄筋の腐食効果が得られます。
1.8 電柱・パイル・セグメント《コンクリートでつくるもの》
身近な工場製品として、電柱があります。電柱は普通のコンクリートより3〜4倍も強度の高いコンクリートで作ら
れピアノ線で補強された中空の細長い円柱です。筒形の型枠を高速で回転させながら、コンクリートを流し込
み、そこに働く強い遠心力で密事網を作りだすことで高強度な電柱が作れます。
建物・橋脚などの基礎に使われる杭にも、高強度の円筒形のコンクリート製品が使われています。
地下鉄や道路のトンネルを掘り進むとき、周りの土圧や地下水圧を支えるために、鉄筋コンクリート性の
セグメントが使われます。 セグメントとは、円筒を数個に分けたもので、ボルトや楔でリング状にしっかりと組
み立てられます。
1.9 河海用製品 《コンクリートでつくるもの》
港湾や河川の護岸に鉄筋コンクリート性のブロックが山積みされているのをよく見かけます。
これらのブロックは護岸に当たる波を小さくして、その衝撃を和らげたり、護岸に当たった波を跳ね返らない
ようにする役目があります。

2.コンクリートのいろいろな性質
2.1 固まる仕組みと原理 《コンクリートはなぜ固まるのか》
コンクリートは水を加え練ったとき柔らかく、流動性を持っていて、型の中に流し込んで自由な形にすることが出
来ます。そして時間がたつにつれて固まっていきます。
コンクリートを作るとき、セメント・粗骨材・細骨材・水を混ぜます。コンクリートが固まるのは、セメント粒子と水が
化学反応を起こし、水和物が形成され、この水和物がセメント粒子を結びつけ、流動性を低下させていきます。
セメント粒子の間が水和物で充填されて、凝結し硬化する。のです。水和反応は時間と共に、セメント粒子表面
からセメント粒子内部へと進んでいきます。同時に骨材同士を強固に結びつけ剛性を持った固体となっていきま
ます。
2.2 コンクリートとモルタルの違い 《コンクリートはなぜ固まるのか》
コンクリート(concrete)
セメント・水・細骨材・粗骨材及び必要に応じて加える混和材料を構成材料とし、これらを練り混ぜ、その他の方
法にによって一体化したもの。
モルタル(mortar)
コンクリートの構成材料のうち、粗骨材を使わないもの。
セメントペースト(cement paste)
モルタルの構成材料のうち、細骨材を使わないもの。
2.3 耐火性 《多彩な性質を生かす》
コンクリートは500℃程度以上になれば急激に強度や弾性が低下します。しかしある程度の厚みを確保して
おけば、内部の影響をごく小さくでき、耐火性能の高い材料といえます。
コンクリートと鉄を組み合わせたコンクリート造りの建物では、主に引っ張り力を受け持つ鉄筋を柱や梁・壁や
床に入れてコンクリートを補強します。
このためコンクリートの内部の鉄筋を火災の熱から保護するのに、コンクリートのかぶり厚さを十分とることが、
耐火性能を確保する上で重要になってきます。
2.4 放射線の遮蔽 《多彩な性質を生かす》
私たちの周りには、様々な形で放射線が利用されています。 
しかし一定量を超える放射線を浴びると、人体はいろいろな障害を引き起こすため、原子力発電所や病院のX
線治療室のように、多量の放射線を発生させるところや、放射線を日常使うところでは、壁・天井・床を鉛板や
厚い鋼板、コンクリートで囲み、放射線を封じ込めています。さらに遮蔽性能の大きい材料が必要な場合には、
重量コンクリートが使われます
この重量コンクリートは、骨材に密度の大きな鉄鉱石や砂鉄を使い、密度が45g/cm3になるように調合されたも
のです。
2.5 軽量コンクリート 《いろいろなコンクリート》
コンクリートの欠点の一つに強度の割に重量が大きいことが揚げられます。
その欠点を解決したコンクリートが軽量コンクリートで、比重を軽くする方法として軽量骨材を使用しています。
軽量コンクリートに使用される骨材には、軽石などの天然骨材と粘土などを高温で焼いて、無数の気泡を作った
人工骨材があります。
これらの骨材を使用することで、普通コンクリートの比重の約50〜80%(比重1.1〜1.9)程度の軽量
コンクリートができます。
2.6 重量コンクリート 《いろいろなコンクリート》
放射線にはγ線・X線と中性子線があります。特にγ線とX線の遮蔽効果は、遮蔽体となるコンクリートの密度に
ほぼ比例するので、比重の大きい重量コンクリート(磁鉄鉱・パライト・(重晶石)・鉄鋼などの重量骨材を用いる
ほど、大きな遮蔽効果を示します。又、中性子線を遮蔽する場合は、重量コンクリートの遮蔽効果の他、コンク
−トに含まれる水分が効果を発揮します。
このような重量コンクリートは、主に大規模なウラン再処理施設・原子力発電所・アイソトープ貯蔵所・医療用
照射室などから放出される放射線を遮蔽するコンクリートとして用いられています。
2.7 ダムコンクリート 《いろいろなコンクリート》
ダムコンクリートは大規模なマスコンクリートであるということです。
マスコンクリートとは、部材あるいは構造物の寸法が大きく、セメントの水和熱による温度上昇を考慮して施工
しなければならないコンクリートのことです。
マスコンクリートが固まる際に発生する水和熱により、内部で30〜40℃近くに温度が上昇し、熱膨張による
ひび割れを起こしてしまいます。そこでダムコンクリートでは、セメント料の原料や施行の工夫が要求されます。
骨材は一般のコンクリートでは最大径は20mm程度です。
ダムの場合は、80〜150mmといった骨材を用いることでコンクリート全体に占める骨材の割合を大きくする
ことから、単位セメント量を減らすことができます。
3.セメント・骨材・混和材料
3.1 ポルトランドセメント
セメントは水と反応(水和反応)して硬化します。
この粉末が微細になるにつれて、セメントの単位重量あたりの表面積(批評面積)は大きくなり、水に接する面
積が大きくなり、反応速度(硬化速度)も大きくなります。
わが国で製造されている80%以上が普通ポルトランドセメントで、最も広く使われいます。
その比表面積は、300cm2/g程度です。
これより粉末を細かくし、早く硬化するようにしたのが早強ポルトランドセメントで、さらに粉末を細かくしたのが
超早強ポルトランドセメントです。
3.2 混合セメント(高炉セメント・フライアッシュセメント・シリカフュームセメント) 《いろいろなセメント
高炉セメント・フライアッシュセメント・などは混合セメントに属するもので、製造過程においてクリンカーと石膏
の他に、混合材を混ぜて製造されたものです。
混合材として、高炉スラグ(製鉄用の高炉から出るカス)、フライアッシュ(石灰石の微粉)、シリカフューム
セメントなどが用いられます。
4.コンクリートのライフサイクル
4.1フレッシュコンクリートの性質
鉄筋コンクリートの性質にはフレッシュコンクリートの性質が影響します。
しかもコンクリートの材料や配合が同じでも、フレッシュコンクリートの性質は同じとは限りません
コンクリートの運搬、ポンプによる圧送、打ち込み、締め堅め、表面仕上げから養生開始までの期間の性質が
問題となります。
硬化前のフレッシュな性質は単位水量、結合材であるセメント、その他の微粉末の成分と構成、特にその粉末
度、骨材の粗龍率、混和剤の量及び投入時期に影響を受けることがあります。
4.2コンクリートの非破壊検査
コンクリートの内部を検査するためにコンクリート構造物を壊さず現場で調べることができます。
電磁波法ではレーザーの原理を応用し、コンクリートの厚さ、空洞の有無などの内部欠陥、鉄筋の位置を検出
します。弾性波法では超音波などの弾性波をコンクリート内に放射し、コンクリートの厚さ、空洞の有無、亀裂、
剥離など欠陥検出を行えます。
打音法では、コンクリートの表面をハンマーでたたきます。この時の反発加速度や打音の減水波形、振動の
伝達時間の分析などにより空洞、剥離の有無、亀裂の深さを検出します。
4.3コンクリートの中性化
硬化したコンクリート中の水酸化カルシウムが、空気中の二酸化炭素と化合して、炭酸カルシウムに変化する
ことによって、コンクリートのアルカリ性を失われていく現象を中性化といいます。
中性化が鉄筋の位置まで進むと、鉄筋が錆びて膨らんできてひび割れが発生し、直接空気に触れ、さらにさび
が進行します。中性化の進み具合は、セメントの種類、骨材の透気性、水セメント比、施工の良否、環境条件
などにより変化します。
4.4体積変化とひび割れ
硬化したコンクリートは、体積が変化してひび割れが生じることがあります。
体積変化の一つはコンクリートが乾燥するにつれて収縮する乾燥収縮で、もう一つはコンクリート内部の温度差
によって体積が変化し、ひび割れが生じる温度ひび割れと呼ばれるものです。
4.5 打ち放しコンクリートの表面の汚れ
コンクリートの打ち放し面は完成後数年たたずして、微細な穴に覆われた表面が、雨に打たれるとそこに藻類が
が発生し、それを栄養源とするカビが生え、黒い汚れとなります。
また、コンクリートの中の硫酸ナトリウムなどが、中の水分の蒸発と共に表面に出てきて結晶化すると、エフロエ
ッセンス(発火現象)という白い結晶が表面に吹き出した状態になります。
この汚れを落とすにはさ、酸などで洗い流す、サンドペーパなどで削り取る、高圧水を吹き付けるなどがありま
す。

主宰者 セメント・コンクリート業界 38年勤務
コンクリート工学協会 個人会員
コンクリート主任技士
コンクリートコンサルタント
HSJ企画
HIROSHI TERAI