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2006.07.02

コンクリートとは

 コンクリートとは、セメント、骨材、水等、複数の材料を混ぜて作られたものです。性質として、圧縮する力には強いが引張力には弱い。そこで、鉄筋を入れることによって引っ張られる力を補っているのだ。
その詳しい成分は・・・。

1,セメント
 セメントは石灰と粘土を4対1の割合で混ぜ合わせ焼いたモノに、石膏を混ぜ合わせたもの。成分は主に4つのカルシウム、(珪酸三カルシウム[(CaO)3(SiO2)]、珪酸二カルシウム[(CaO)2(SiO2)]、アルミン酸三カルシウム[(CaO)3(Al2O3)]、鉄アルミン酸四カルシウム[(CaO)4(Al2O3)(Fe2O3)])。

2,細骨材(砂)と粗骨材(石や砂利)
 砂や石は、山砂が適当。これらを入れておかないと、コンクリートが固化し収縮していくときに、小さくなりすぎてひび割れだらけになってしまう。およそ7割程度を入れるようだ。
 また海砂を使ってしまうと、その塩分がコンクリートに悪影響を与え、劣化させてしまう。特に鉄筋を入れた場合、コンクリートの中で不動体皮膜という酸化皮膜が作られ、周りが覆われている。それはアルカリ性の環境の中で作られる。塩分はその皮膜を壊してしまい、劣化させていく。腐食した鉄は膨張し、まわりにヒビをもたらす。
 コンクリートそのものもアルカリ性の状態が、空気に含まれる酸素や二酸化炭素、水と反応し、中性化していく。
 
3,そして何と水が必要。水とセメントが水和反応することによって硬化する。
2〔3CaO・SiO2〕+ 6H2O → 3CaO・2SiO2・3H2O + 3Ca(OH)2
2〔2CaO・SiO2〕+ 4H2O → 3CaO・2SiO2・3H2O + Ca(OH)2
3CaO・Al2O3 + 6H2O → 3CaO・Al2O3・6H2O
4CaO・Al2O3・Fe2O3 + 2Ca(OH)2 + 10H2O → 2〔3CaO・(Al2O3,Fe2O3)・6H2O〕
さらにそこに出来た物質に石膏が反応することにより、硬化物質に変化していくのだそうです。
3CaO・Al2O3・6H2Oと石膏(CaSO4・2H2O)が反応して硬化反応を進行させるエトリンガイト(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)になる。
つまり、水が蒸発して固まるのではない。化学反応なのだ。

 そしてこれらのコンクリートの今後は、まだどうなるか分かっていない。セメントそのものは古代ローマ時代から水道などに使われてきたそうだが、現代のコンクリートの混ぜ方になってからはまだそんなに経っていない。今後、コンクリートの建造物がどうなっていくか、注意しながら見ていかなくてはならない。
 つい先日あった鉄筋の使用量を減らした問題だけではない。水を多く入れることにより、水っぽいコンクリートがかなり多く使われているという。水が少ないとミキサーの中やパイプの中で固まってしまうことがあるのだそうだ。そうすると、コンクリートを流し込む時期が違ってしまい、二つのコンクリートの固まる時期が違うことによりくっつかなくなってしまうことがあるのだそうだ。コールドジョイントという現象でかなり頻繁に起きている事のようだ。
 また、現在、山砂が少なかった西日本の多くの建造物が危機にさらされているといわれている。安い海砂が大量に使われた時期があるというのだ。トンネルで保安員が金槌でコンクリートを叩いてまわっているのは、鉄筋の腐食による膨張でコンクリートが浮いているところがないか確かめているというわけだ。山陽新幹線のトンネルでは、現実にコンクリートが落下して新幹線の運転に支障をきたしている。
 
 調べれば調べるほど、周りの建造物が危険に見えてくる。私たちの周りの橋やトンネル、ビルが一斉に崩れることがないように祈っていよう。

参考サイト
コンクリートはなぜ固まる?
水和反応について
コンクリートとは何だろう

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