コンクリートは何でできているのか？トップ3の材料と混合比率

コンクリートは、世界で最も広く使われている建築材料のひとつである。丈夫で耐久性があり、用途が広いため、歩道や車道から高層ビルや橋まで、あらゆるものに欠かせない。しかし、コンクリートは一体どのようにして作られるのか、不思議に思ったことはないだろうか。

その核心は、コンクリートは、組み合わせると、硬い、岩のような材料を作成するいくつかの主要成分の混合物である。正確な比率は、希望する強度や用途によって異なることがありますが、基本的な成分は変わりません。各成分を探ってみよう。

コンクリートは何でできているのか？

コンクリートには何が使われているのか？基本的な材料は驚くほどシンプルで、セメント、水、骨材です。それだけだ！あまりにも単純に聞こえるかもしれないが、本当の魔法はこれらの材料がどのように作用するかにある。

セメント

セメントはコンクリートの成分のひとつに過ぎず、結合剤の役割を果たす。石灰石、粘土、貝殻、珪砂から作られ、これらの材料を加熱し、石膏と一緒に粉砕することで、コンクリートが作られる。 ポルトランドセメントコンクリートに使用される最も一般的なタイプである。

一方 セメントは約10-15%を占めるに過ぎない。 コンクリートミックスの 体積比で、最も化学的に活性な成分である。水と混ぜると、次のようなプロセスを経る。 水分補給これは、他の材料を固めて結合させる。

[関連：セメントとコンクリートの違い】。］

水

水は、セメントを固いバインダーに変える化学反応に不可欠である。適切な水の量は非常に重要で、少なすぎるとミックスは乾燥して砕けやすくなり、多すぎるとコンクリートは弱く、ひび割れしやすくなる。

を 水セメント比 は、コンクリートの強度と耐久性を決定する重要な要素である。 一般的なW/C比は0.4～0.6程度である。つまり、1ポンドのセメントに対して、約0.4～0.6ポンドの水を使うことになる。

骨材（砂、砂利、砕石）

骨材はコンクリートの大部分を占める（総量の約60～75%） 構造的な強度を提供する。骨材には通常、砂、砂利、砕石などが含まれる。骨材がなければ、重くて高価なセメントのブロックができあがり、あちこちにひびが入ってしまう。骨材は強度や安定性に役立ち、コスト削減にもつながる。

細骨材（砂のようなもの）と粗骨材（砂利や砕石のようなもの）の2種類がある。これらの骨材の混合とサイズは、コンクリートが何に使用されるかによって異なる。

混和剤（オプションだが一般的）

コンクリートを作るのに必要な材料は、技術的には上記の3つだけだが、最近のミックスには次のようなものが含まれている。 混和剤-特定の特性を向上させる化学物質または添加物。一般的なものには以下のようなものがある：

• 可塑剤（減水剤） - 余分な水を加えることなく、ミックスを作業しやすくする。
• アクセラレーター - 硬化を早める（寒い時期に有効）。
• リターダ - 硬化を遅らせる（暑い時期や大量に注ぐ場合に有効）。
• 空気導入剤 - 凍結融解耐性を向上させるために、小さな気泡を作る。
• 超可塑剤 - 非常に流動性の高いコンクリート（高強度またはセルフレベリングミックスに使用）を許容する。

混和剤は、高性能構造物や装飾コンクリートなど、特殊なコンクリート用途において特に重要である。

コンクリートバッチの比率は？

コンクリートの配合比について話すとき、基本的には、各成分をどれくらいの割合で混合するかについて話しています。コンクリートの基本的な配合比（パティオ、歩道、スラブなどの小規模プロジェクトでよく使用される）。

よく耳にする典型的なミックスは、1：2：3の比率だ。.ということだ：

• セメント1部
• 砂（細骨材）2部
• 3部分 砂利または砕石（粗骨材）

そして、次のように加える。 水-通常 0.5部仕事と気候による。水とセメントの比率は超重要だ。水が多ければコンクリートは作業しやすくなるが、弱くなることもある。水が少なければコンクリートは強くなるが、流し込んで仕上げるのが難しくなる。

この1：2：3の配合は、車道、歩道、スラブのような汎用コンクリートには最適だ。しかし、橋梁の支柱や高層ビルのような重量のある作業では、配合が変わる可能性がある。エンジニアは、コンクリートが要求される強度と耐久性を満たすように、比率を調整し、さらに他の材料を加える。

バッチ処理には、容積による方法（バケツやシャベルを使用）と重量による方法（より正確で、大規模なプロジェクトで使用される）がある。いずれにせよ、一貫性が鍵となる。最終的な構造物が堅固で安全であるように、各バッチはできるだけ同じになるようにします。

コンクリートはどのようにして作られるのか？

さて、何が入っているのかわかったところで、実際にどうやって作るんだ？

ロケット・サイエンスではないが、アートであることは間違いない。

ステップ1：ミックスを正しくする

まず最初に、正しい配合比率が必要です。これはしばしば「配合設計」と呼ばれる。異なるジョブが異なるミックスを必要とします。例えば、歩道には橋と同じ種類のコンクリートは必要ありません。

基本的なコンクリートの一般的な比率は、セメント1部、砂2部、砂利3部で、水は約半分である。しかし、これも様々である。

目標は、強度、耐久性、作業性のバランスをとることだ。乾燥しすぎていると注ぎにくい。濡れすぎると強度が足りなくなる。

ステップ2：すべてを混ぜ合わせる

材料を計量したら、いよいよミキシングだ。小さな作業であれば手で行うこともできるが、大きなプロジェクトではミキサーを使用する。ミキサーとは、持ち運び可能なドラムミキサーや、道路を走っている大型トラックのことだ。

まず骨材、次にセメント、そして水。そして、すべてが均一になるまで混ぜ合わせる。乾燥した部分はない。過度に湿ったところもない。均等に混ぜ合わせる。

ステップ3：コンクリートの打設

混ぜ終わったら、素早く動かなければならない。コンクリートはすぐに固まり始める。型枠に流し込んだコンクリートは、広げて平らにします。このステップを打設とスクリードと呼ぶ。

それからフロートで平らにする。大きな面の場合は、電動工具を使って平らにすることもある。

ステップ4：コンクリートの養生

さて、ここでみんなが見落としがちなのが「養生」だ。これはただ乾燥させることではありません。養生とは、きちんと固まるように水分を保つことです。先ほど話した水分補給のプロセス？それには時間がかかります。通常は数日、時には数週間。

コンクリートが早く乾きすぎると、ひび割れたり、必要以上に弱くなったりする。そのため、コンクリートには水をかけたり、ビニールをかぶせたり、養生剤を使ったりして、水分を閉じ込めておく。

ステップ5：仕上げ

硬化後、水や汚れを防ぐためにシーリングを施したり、装飾面であればテクスチャーを加えるなど、もう少し仕上げをすることもある。

[関連記事 コンクリートはどのくらいで乾きますか？]

結論

コンクリートは単純な材料のように見えるかもしれないが、強度、耐久性、多用途性を提供するために一緒に働く成分の高度に設計されたブレンドである。基本成分セメント、水、骨材-がミックスの核となる。 混和剤および補助材料 その特性を微調整することで、幅広い建設ニーズに対応できる。

歩道にコンクリートを打設する場合でも、超高層ビルを建設する場合でも、コンクリートに含まれる成分を理解することで、より優れた性能、より低いコスト、より持続可能な建築環境を確保することができる。