■ コンクリートの知識を一夜漬け
さぁ、コンクリート付焼刃教室のはじまりです....が、......... 以下の記事はもともと私が家を建てるにあたってコンクリートに関するコトを調べてメモ程度にしたためておいたものです。打設して養生しているあいだにWeb上に公開する予定でしたが調べるほどに深みにはまり混乱してきたので今まで公開をためらっていました。シロウトが調べたことですから話半分で読んでください。まじめにコンクリートや基礎について学ぶにはWebではなくちゃんと専門書で勉強するべきです。タダだからWebですべて調べる、なんてことをやっていると偏った知識になりがちです。Web上の情報は誤りや古くなってしまったものやゴシップ的なものやタブロイド的なものも多いので五感を働かせて慎重に読むべきでしょう。
とまぁ、言い訳しつつ本文へ..........
【知らぬが仏?】
私達シロート衆は生活のまわりにコンクリートがあふれた生活をしていますがその反面コンクリートを体験する機会はまずほとんどありません。「今日は天気がいいから久しぶりに配筋でもやるかぁ..... 」なんて会話は耳にしないでしょう? 土建会社にお勤めでもないかぎりスランプだとか混和材料など知らなくていいのです。しかし家づくりの機会を迎え欠陥住宅や耐震強度偽装みたいな言葉がテレビや雑誌で報道されればひとまず気になってみたりします....。建て売り戸建てやマンションを吊るしで買う場合には比較的気分はらくです(知らぬが仏か?)。でも注文住宅というのは文字どおり注文して自分の思ったように作ってもらうわけですからその注文内容についての知識が無くていいのでしょうか? 現在の日本の建築業界のしくみと施工の実態を御存知でしょうか? 私は今まで注文住宅というのは建物についてある程度知識のある人が細部まで設計と打ち合わせて建てるものだと思っていました。ところがいろんなハウスメーカーと商談したり、身近で経験談を聞いたり、建築日記みたいなサイトを見てまわったりしているうちに世間では多くの人々が「注文住宅は間取りを決めるだけ」に近い状況であることに気付いたのです。肝心の構造体の強度や施工内容に無頓着な人がなんと多いことか。私の分譲地でも数件の家が建っていますがまったく施主が現れないような物件もあるようです(それでうまくいけば理想ですね)。注文住宅では建売住宅やマンションよりもむしろ問題やトラブルが多いというのに.....。一生の買い物なんて考えている人がそんなにのん気でいいのでしょうか? いちばん大事な地盤や基礎の構造やコンクリートについてほんとに知らなくていいのかなぁ?
さて、まずはコンクリートは何日で固まるか? 御存知ですか? 私は知りませんでした。そこで調べて見つけたのが次のグラフ。資料をもとに私がイラストレータで描きなおしました。厳密にいえばコンクリートの硬さと強度とは別物ですがここでは打設してから強度が増していく様子をグラフ化したものです。
打設から1週間のあいだに急激に強度が増していくようすがわかります。しかしこれは理論値であって実際にはコンクリートの種類や気温、湿度、水セメント比、打設手法、締め固め、そして打設後の養生の状態などによって上図のカーブは異なり、とくに硬化初期の段階で急激に乾燥すると強度の増加は頭打ちになってグラフは早くから横ばいになってくるというのです(飽和曲線)。充分な強度に至らず固まったらどうなるのか? そう、亀裂が入ったりするわけですね。亀裂自体は補修可能ですが問題なのは亀裂を放置することで雨水や湿気のほか大気中のガスなどが侵入し、鉄筋を腐らせることにあります。鉄は錆びると体積が8倍になるとか..... それが進むとコンクリートが破裂して建物に重大な損傷となっていく.....というわけです。このほか亀裂が生じなくともコンクリートの表面から徐々に侵蝕していく中性化や塩害など寿命と耐久性の問題がいくつかあります。
【そもそもセメントとは何か?】
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セメントの発明と鉄筋コンクリート:
1824年にイギリスのアスプジン氏がポルトランドセメント(いわばセメントのキホン)の製造方法の特許を取得。イギリスでは18世紀にはすでに特許制度が存在していましたし、それはのちの産業革命と深いかかわりがありました。やがて19世紀中期の1867年にはフランスの造園家ジョセフ・モニエ氏が針金の網が入ったフラワーポット(植木鉢)を考案し、それが現在の鉄筋コンクリートの原型であるとされています。圧縮に強いコンクリートと引っ張りに強い鉄を組み合わせたわけですね。ただ、ALCのような建材はコンクリートと似ていますが分類上は鉄骨系であってアルカリ性を失っているので鉄筋コンクリート住宅とは言わないそうです。
■ コンクリートはなぜ硬くなる:
コンクリートは泥ダンゴのように水分が蒸発して固相的に粒子が結合するわけではないんですね、これが。水和反応といってセメント粒子と水の化学反応で生成した水和物がセメント粒子同士を結合することによって硬化します。つまり水がないと硬化しないのです。セメントと骨材は水分があってはじめて水和結晶をなして硬度が高まるしくみです。
【コンクリートとその仲間たち】
■ セメント:石灰石と粘土を4:1の比率で混ぜ合わせ、高温で焼いたのち3%ほどの石膏を混ぜて作られます。
■ セメントペースト:セメントを水で練ったもの。
■ モルタル:セメント、水、細骨材(砂)だけで粗骨材(石)の入らないもの。
■ グラウト:無収縮モルタルの一種。パルコンでは「パルグラウト」を使います。
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コンクリート:セメントと骨材(石や砂)をまぜて水で練ったもの。混和材料を必要に応じて混ぜる。
セメント:9%〜15% 水:10〜18% 骨材(砂利と砂):55%〜81% 空気:3%〜6%
■ 混和材料:コンクリートに機能を付加するために混ぜる材料のこと。いっぱい混ぜるのが混和材、わずかに薬品的に混ぜるのが混和剤(AE剤, 減水剤, 着色剤など)。
■ AE剤(Air Entraining):極小の泡を発生させる混和剤の一種。なめらかに流し込んで作業しやすくなり、凍結融解にも効果的らしい。
■ 減水剤:混和剤の一種で水を減らしても強度を確保したり、あるいはセメントと水の反応速度を早めたり(促進減水剤)、逆に遅らせたり(遅延減水剤)する役目。
■ レディミクストコンクリート:あらかじめコンクリート工場(プラント)で使用目的に応じて水セメント比や混和剤などを調合して作っておくコンクリート。ハウスメーカーが自社の建築物を自社検査するのと同じように生コン工場もまた自社検査。JIS認定工場といってもプラントによってコンクリートの品質にはバラツキがあります。
■ セメント量:多いほど強度は高い。しかしセメントだけでは収縮が激しく亀裂が起こり、コストもかかるので骨材を混ぜる。
■ 水セメント比:水が少ないほど亀裂(乾燥収縮)が起こりにくい。水40%が理想ともいわれるが実際には50〜60%が一般的。
■ 作業性(ワーカビリティ):水が多いほど作業しやすい。水の少ないコンクリートは手間がかかる。
■ 骨材:粒径が大きいほど作業しづらく手間がかかる。
■ 遊離水:セメントと反応しない余計な水。
■ 発熱:セメントが多いほど発熱。コンクリート打設後は硬化熱が出ます。固まるときの水和反応による発熱ですね。夏場は外気温が40度近くになる日もあり、そんなときは打設後にコンクリートは60度〜90度にもなるといいます。媒体の温度が上昇すると体積が膨張します。コンクリートの水和反応がおさまって硬度が出たかと思ったら........次には冷めて収縮するので亀裂が起こるわけです。どちらかというと暑くもなく凍結もしない涼しい季節で適度に湿度が高い時期に打設するのが良いようです。
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容積の単位:リューベ(RYUBE)/立米
立方メートルとして用いられている慣用語。立方メートル・立方米・立米等を表わす「りゅーべい」の転訛した単位らしいです。木材やコンクリートやガスの量をあらわす単位でもあります。
【躯体構築法の違い】
■ 現場打ち:セメントや骨材や砂を別々に用意して建築現場でそれらを水で練りながら混ぜ合わせて「コンクリート」を作る方法。もちろん品質については施工する職人の腕前次第。私が子供の頃は町内に左官屋さんとか土木関連の職人さんが何人かいて、たまに近所の塀や農道あるいは一般住宅の土間などを作っていたものです。とくにダミ声のおじちゃんは上手だったのを覚えています、今でも帰省すると当時のコンクリートは傷みもなくちゃんと元気に機能しているのです。
■ プレキャスト(PC):現場打ちとは対象的に工場で一定の管理下においてセメントの調合や配筋などを設計して生産されるコンクリート。大成建設のパルコンもこれにあたり水セメント比は45%以下、蒸気養生して作られています。ちなみに家右衛門のパネルは本庄工場にて製造されました。
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養生:一般にコンクリートは型枠を組んでそこに流し込んで成型します。打設直後の固まらないうちに雨がコンクリート表面に注がれると表面の強度が落ちます、また気温が極端に低い場合には表面に凍害が出ます。それらの対策として打設直後にシートや筵(むしろ)やフォームをかぶせて保護(養生)するというわけです。水和反応に必要な水分とは別に余計な水(遊離水)は型枠から上昇して表面へ逃げていきます。このページの最初に示したグラフのように初期硬化の数日間ののち型枠は解体されます。我が家の場合は7日間で型枠を外しましたがハウスメーカー(工務店)によっては3日ぐらいで外すこともあるようです。私の個人的な考えでは型枠を解体するとコンクリートが硬化初期の段階であるにもかかわらず乾燥大気に触れて硬化に必要な水分はどんどん逃げていきます。ですから型枠はしつこいぐらいに装着しておいたたほうが良いのではないかと思います。文献によると型枠を組んだ状態で打設後は冬季であってもベースに5cmぐらい水を溜め、立ち上がりの天盤にも水を溜めていわゆる冠水養生すべきとあります。夏場には散水が奨励されていることは皆さんも御存知かと思いますが冬でも乾燥期には冠水が必要らしいのです(湿った雪が降る日などは大気の湿度は10%程度まで下がります)。さらに言えばコンクリートの硬化過程ではしつこいぐらいに水分の蒸発を防ぐこともあり、型枠を払った後もコンクリート表面に散水してポリエチレンフィルムをペタッと密着させるなどして乾燥対策が行われることもあります。
あくまで家右衛門の私感なのですが、冒頭のグラフから読みとると「型枠は外さないのが理想」ということになってしまいます。ずっと養生し続けるのは無理でしょうか? でもRC-Zなどは型枠をそのまま壁の内外の壁材にしています(特許工法)。また別案として乾燥抑制の養生の効果を考えるならば型枠を外したあとに基礎に塗料を塗ることは多少の効果があるように思います。
■ コンクリートの色ツヤ:
コンクリートの色ってどんなんでしょうか? 灰色ですか? でも灰色といっても様々ですよ。種類の違うコンクリートもあれば色を付けたものもありますし、打設後にクリアや様々な色を塗布することもあるようです。フォロトグラファーの世界でいう18%グレーとかDTPでいう50%グレーなんていうのも想像しますがコンクリートの強度の目安は色でいえば密度を反映した濃い色、つまり黒色に近い濃灰色が理想とされています。でも世間では白っぽいコンクリートが多いですよね? 一般的なコンクリートは水コンクリート比を50%以下に設定して上手に打設して再振動や締め固めなどをしっかりやれば濃い灰色に仕上がるハズです。気泡を抑え密度を高めたコンクリートは表面が光沢を放ちコート剤を塗布しなくとも水をはじくといいます。逆に気泡を多く含むと白っぽいコンクリートになりますが、そこへ散水するとスカスカのポーラスなコンクリートに浸透した水分によって一時的に灰色に見えます。白いコンクリートは綺麗に見えますがむしろ密度が低い証とも理解できます。もっとも色だけで躯体の剛性を比較できるほど単純でもないように思いますけど.........
このへんは現場の知識と経験と打設のテクニックが大きく左右するのでしょう。高い壁面を1回で打設するとコンクリートの自重で硬化後は下の方が濃い色になって密度が高く、上方ほど色が白っぽくなった例も近所で見かけます。何回かに分けて打設する理由のひとつは密度のバラツキも考慮してのことでしょう。
【劣化とコートその他の問題点】
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中性化:コンクリートは本来強いアルカリ性(PH=13.6)ですが、建設後は大気中の炭酸ガスと化学反応をおこし表面から徐々に中性化していきます。理科の時間に学んだリトマス試験紙の世界です。PH=11ぐらいから中性化がはじまるようです。文献によると空気中の炭酸ガスとコンクリートが触れ合うとPH(ペーハー)が10以下になると。中性化自体がコンクリートの強度を下げるわけではなく、鉄の不動体皮膜(錆びにくい表面層)を侵蝕することがサビの発生による膨張圧で建材の破壊につながるのです。中性化は大気中の炭酸ガスの浸透や雨水(酸性雨)などが原因といわれています。
大成建設のパルコンは中性化が表面から鉄筋に至るまで100年かかると謳っています。いわゆる「100年住宅」といって孫の代まで住める家というわけです。ホントかな? 実際に35年以上経過しているパルコンも多く現存するようです(遺跡か?)。もっとも当時のコンクリートは気泡の多いタイプだったとかで現在のコンクリートとは同じではないようですが.... 。現代のPC板がどれくらいの耐久性を持つか要注目です。まぁ、現在の営業担当者や施工業者が定年退職したり亡くなったあとにわかることでしょうけど...... 写真プリントやプリンターのインクの性能など、どこの業界も耐久性能については当該社員の「生前説」?みたいになってますね。
■ 表面塗装(コート):コンクリートの表面は小さな穴が多数開いている多孔質です(ポーラス)。いわば硬いスポンジや軽石のようなものです。コンクリートが雨に濡れて濃い灰色になるのは水が浸透している証拠。雨水、しかも酸性雨だったらどうなるか? 小学生でもわかります。コンクリートはアルカリ性であることが鉄筋を錆(サビ)から守っていますが、中性化がそれを阻害するのです。空気中の炭酸ガスも含めて酸性雨のような環境からコンクリートを守るには表面を囲ってしまうこと、それが表面塗装なわけです。しかし塗装の世界は奥が深いのです。広くいえば伝統的なオイル系やスピリッツ系、最近の合成樹脂系など塗料素材は様々なうえになじみを良くするプライマーや目止め剤など関連塗料は無限に近いといえます。そんななかで近年比較的広範囲に支持されているのがフッ素系の塗料です。耐候性では他のシリコン系塗料などと比べて優位性が高いといえます。クリニカで歯磨きして「おお!これは他の歯磨きと違う!」と感じたあなたは正しいのです。上記の「養生」の項でも書いていますが新築で基礎の型枠が外れたあとも数ヶ月は硬化は続いており同時に水分が抜けていきます。保湿の養生の意味でいえば打設後の数週間あとでも表面をコートすることは多少なりとも養生の効果はあろうかと思います。汚れや酸性雨や車の排気ガスのことなど考えれば個人的には塗ったほうがよさそうに思います。
■ アルカリ骨材反応:骨材のなかにはセメントのアルカリ成分と反応してしまう材料があり、それを使うと膨張反応します(長い時間をかけて起こる)。この膨張により亀裂が発生。
■ 塩害:コンクリート製造過程の骨材に含まれる塩化物や海が近いことによる潮風や寒冷地の道路に蒔く凍結防止剤がコンクリートの表面から浸透(塩分というよりも塩素イオンCl-かな)。これによって鉄筋が錆びると膨張して亀裂を生じるということらしいです。不導体皮膜が損傷すれば当然劣化が進んで鉄筋は錆びるわけです。とある調査団体によれば塩害の絶対数は少ないのですがひとたび起こると対処が困難でラフサイクルコストも高いようです。住宅ではむしろ希で橋などに起こることはあるようですが日本海側に顕著に報告例があります。
■ コールドジョイント:ベース(耐圧盤)と立ち上がり部分は一度に打設せず2回に分けることが多いです。ただ、ベースを打設後は数日以内に立ち上げ部を打設しないとレイタンス(不純物)が発生して一体化不良の原因となります。厳密にいえばグラインダーなどで前回の打設部分のレイタンスを削り取ったのち次の打設を行うべきですが現実にはなかなか行われていません。
■ ジャンカ:コンクリートが型枠にきっちり埋まっておらずボソボソに固まってしまった状態。「豆板」または「す」などともいいます、す! す! す!
■ コンクリートは凍らない?
実験資料などを調べたところコンクリートの種類が少し違いますが冬季の温度測定結果がありました。その実験によると打設前のコンクリートは水で練った状態で工場から運ばれてきますがすでに発熱をはじめているので、気温約9度の場合だと少し高い15度程度になるようです。打設直後は外気温の影響を受けて7時間後まではゆっくり2度ほど低下したのち、その後は発熱に転じます。17時間後には発熱のピークを迎え外気温より7度高くなります。その後は発熱は徐々におだやかになり40時間を経過した時点では外気温+4度、以降も発熱は続きおよそ70時間後まで気温+3度の発熱を確認したとあります。
さて、今回の家右衛門邸は打設日の検査によると外気温は10.5度(晴れ)、そしてコンクリート温度は15.0度でありました。現地の気温は打設後から7時間後は約3度であり、その後コンクリートは発熱しているはずです。その明朝3時に現場の地域では気象庁により気温-3度の記録が残っていますが前記の例から考えてもコンクリート自体が氷点下まで下がることは考えにくいです。加えてブルーシートの養生があれば表面の凍結も起こり得ないといえるでしょう。というわけでちゃんと調べて論理的に考えればたいていは凍らないことに気付くのですが、施主という立場はなにかと心配になるものです。凍結するのは寒冷地で起こるらしいですがそれも表面がほとんどで剥がして部分的に補修するようです。
さて、ほかにもあれこれ調べてみましたがキリがありません。こうしているあいだに我が家の建築行程はどんどん進みます。設備や仕上げなどについてもきっちりやらねばなりません。いずれまた機会をみてこのページは手直ししつつ更新できればと思っています。
【オマケ】
■ 基礎の打設ツール関連の名称を調べてみました:
でっかいコルク抜きをフォームタイ、白いデベソをピーコン(木コン)、外側と内側の型枠の間隔を一定に保つためのつっかい棒を セパレータ(丸セパ)というらしい。型枠上端が広がらないように引き寄せておく金具をホールダン金物というらしい。鉄のパイプは単管(たんかん)といい、配筋を修正した太めの針金は番線(ばんせん)というらしい。
しかし....必死に勉強して対策しても亀裂が出ることはあります。ベテランの職人が入念に作業しても亀裂が出ることがあるといいます。多少の亀裂は早期に補修することで品質を維持できるようですから最後はあきらめて補修しましょう。どうにもならないコトというのは世の中に意外と多くあるものです。
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