ローマン・コンクリート

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パンテオンはローマン・コンクリートを使用した一例である

ローマン・コンクリートラテン語: Opus caementicium オプス・カエメンティキウム, : Roman concrete)または古代コンクリート(こだいコンクリート)とは、ローマ帝国の時代に使用された建築材料セメントおよびポッツオーリイタリアナポリの北にある町)のと呼ばれる火山灰を主成分とした。現代のコンクリートは、カルシウムバインダーを用いたポルトランドセメントであるが、古代コンクリートはアルミニウム系バインダーを用いたジオポリマー英語版であり、倍以上の強度があったとされる。ローマコロッセオには古代コンクリートも使用されており、二千年近く経過した現在も存在しているのはそのためとされる。また、ローマ帝国の滅亡後に使用された痕跡はないとされる。

性能[編集]

現代のポルトランドセメントはアルカリ性になる化学反応によって結合しているため、炭酸化によって表面から中性化することでしだいに強度を失っていく。そのため、日本のコンクリート建造物寿命は、およそ50年から100年程度と言われている[1][2][3]。これに対して、古代コンクリートは、地殻中の堆積岩の生成機構と同じジオポリマー反応によって結合してケイ酸ポリマーを形成するため、強度が数千年間保たれている。現代の鉄筋コンクリートと呼ばれるセメント建築物は、引っ張り力を鉄筋が受け持ち、コンクリートは圧縮力に耐えればよいが、鉄筋が使われていない古代コンクリートは、引っ張り力もコンクリートに依存するといった根本的な違いがある。鉄筋コンクリートは、引っ張り強度を確保するために使われている鉄筋などの鋼材に中性化が達すると、腐食に伴って鉄筋が膨張し、コンクリートを内側から破壊する力を発生させて、ひび割れや剥離を引き起こして崩壊へと至る。一方、鉄筋等が使用されていない古代コンクリート建造物には、そのような機序のひび割れや劣化はみられない。

また、ジオポリマー(無機質プラスチック)で作られたコップは、コンクリートのに落としても、陶器のように割れることなく跳ね返るなど、極めて強靭な性質を備えている。

近年、古代コンクリートは徐々に見直されつつあり、日本でも鹿児島大学武若耕司シラスの有効活用のために研究をしている[4]。また、山口大学工学部池田攻名誉教授等が、地球温暖化防止と鉱物質廃棄物処理に貢献するとして、ジオポリマー技術の有用性を説いている[5]

強度が高く、強度発生までの時間が短いため、軍事面での応用や研究も行われている[6]鉄道枕木下水管、滑走路や石造りの建築物の補修など、広範囲の用途で試験的に使われ始めている。

2013年の研究[編集]

水中構造物を作るとき、石灰と火山灰を混ぜてモルタルをつくり、このモルタルと火山性凝灰岩を木製の型に詰め海水に入れると石灰は水和されて火山灰と反応し、構造物全体をひとつに固める役割りを果たした[7]

化学的にはcalcium-aluminum-silicate-hydrate (C-A-S-H) の構造が、Aluminium-tobermoriteで強化される。その時に必要な火山灰は世界中に分布するpozzolanの持つ成分だった[8]

施工[編集]

現代のコンクリートと同じく、型枠の中にコンクリートを打設する手法を取る。 現代と違うのは、型枠内に「流し込む前」に骨材とモルタルを混ぜるのではなく、型枠内にまず骨材を投入してからモルタルを流し込み空気抜き及び締固めを行う[9]。このプロセスを繰り返して打継をしていくことにより、背の高いコンクリート壁・柱などを施工することができる。このモルタルと骨材の投入の順序について、モルタルを先に投入するという説[10]もある。

型枠の素材は木材の場合と、石やレンガの場合があった。石やレンガを型枠として使った場合、それらはコンクリート硬化後に取り外されることはなく、建造物と一体となって使用された。 木製型枠の場合、それらは取り外され打ち放しのまま完工する場合と、表面にスタッコ(漆喰)塗りやトラバーチントゥファ火山砕屑岩などの石張り仕上げが行われる場合があった[11]

木製型枠は、主に天井のヴォールト部などの施工で用いられた。

木製型枠 仕上げ例
打ち放し(天井部) 
スタッコ(天井部) 

石やレンガを型枠として使う場合、その積み方によりそれぞれ名称が付いている。2つ以上の工法を用いた場合は、オプス・ミクストゥム(opus mixtum)と呼ばれることもあった。

  • 直方体の石を層積み:オプス・クアドラトゥム(opus quadratum
  • 不規則な継ぎはぎ積み:オプス・インケルトゥム(opus incertum
  • 網目積み:オプス・レティクラトゥム(opus reticulatum
  • 煉瓦積み(層積み):オプス・テスタケウム(opus testaceum)またはオプス・ラテリキウム
  • ジグザグ積み:オプス・スピカトゥム(opus spicatum
石・レンガ積み型枠の例
オプス・クアドラトゥム 
オプス・インケルトゥム 
オプス・レティクラトゥム 
オプス・テスタケウム 
オプス・スピカトゥム 
オプス・レティクラトゥムとオプス・テスタケウム 

使用例[編集]

パンテオン[編集]

ローマのパンテオンはローマン・コンクリート建築として有名であり、内径43m、天窓の直径9mという巨大建築物である。BC25年に創建された後火事で焼失し、ハドリアヌス帝時代に別の形で再建される。 材質は単層のローマン・コンクリートではなく、上に行くに従って軽くなる6層構造である[12]

  1. 基礎…凝灰岩と砕石
  2. 1階…凝灰岩と石灰岩の2種の砕石
  3. 2階(窓がある)…凝灰岩の砕石とレンガ
  4. 円蓋下部…レンガ片
  5. 円蓋中部…凝灰岩の砕石とレンガ片
  6. 円蓋上部…凝灰岩の砕石と軽石

その他の古代ローマ建築物例[編集]

ローマ・コンクリートを用いることで実現した次のような巨大建造物があるほか、古代ローマ各地のより小規模な建築物にもコンクリートが用いられていた

ピラミッド コンクリート説[編集]

ウクライナの科学者、Victor Glukhovsky(ビクトール・グルホフスキー)は、古代のセメント製造法を調べ、アルカリ活性剤を加えることを発見したと主張している[13]。Glukhovskyの研究に影響を受けたフランス人の化学エンジニアJoseph Davidovits(ジョセフ・ダヴィドヴィッツ)は、古代セメントの結合構造であるジオポリマーの化学的構造を解明したとし、エジプトピラミッドの外殻に使われている石灰岩の化粧石が、自然石を切り出したものではなく、ジオポリマー石灰石コンクリートの一種である人造石で造られたとする説を発表した[14]

なお、ピラミッド内部の荷重を受ける部分に使われている石材は、石切り場から切り出して運ばれた天然石の花崗岩であり、石灰岩の化粧石とは材質が異なるにもかかわらず、あたかもピラミッドの全てがコンクリート製であるかのような、錯覚を与える記述をしているサイトが散見されるので、注意を要する。

2010年5月21日、日本のフジテレビ系で放送された娯楽番組『金曜プレステージ[要高次出典]でこの説の検証が紹介された。これは、ピラミッドの石切場で採取した石を砕き植物灰などと混ぜて古代セメント製のコンクリートブロックを作り、ピラミッドの石と成分などを比べて調べるという実験が、山口大学の池田攻名誉教授によって行われたものである。番組中、池田教授は自然石では見られない石膏カリウムがピラミッドの石に含まれていることや、古代コンクリートの可能性がなくはないことに言及した。

高句麗国の将軍塚などのエジプトのピラミッドと共通の外観を持つ石積みの古墳や、同様の大陸式山城の石組みを用いた、日本の神籠石と呼ばれる巨石によって築かれた山城にも、ピラミッドの石を製造したのと同じジオポリマ-技術が使われていることが、顕微鏡を用いた分析からも確認されている。失われた古代技術がシルクロードによって極東まで伝えられた痕跡が認められる。

脚注[編集]

  1. ^ ビル・マンションの長寿命化 (1) コンクリート構造物の寿命”. コンクリート診断センター. 2014年11月17日閲覧。 “税法上定められている法定耐用年数は、住宅・学校で60年、事務所で65年、工場・倉庫で23~45年...本来の建物の寿命ではありません。
  2. ^ 第I部/第1章/第3節 社会インフラの維持管理をめぐる状況 コラム コンクリートの寿命について”. 国土交通白書2014. 国土交通省. 2014年11月17日閲覧。 “コンクリートの寿命は、比較的好条件のもとで100年程度、海岸部等の悪条件下では50年程度といわれています。(法政大学教授・溝渕利明へのインタビューより)”
  3. ^ マンションの寿命は何年か”. ブリスハウス. 2014年11月17日閲覧。 “一説によるとコンクリートの中性化の速度はかぶり厚さ1cm当たり約30年...建築基準法では梁や柱を包むコンクリートは3cm以上と決められているので、3cmとすると単純計算で耐用年数は90年といえる...
  4. ^ 出前授業(工学部)”. 入試案内. 鹿児島大学. 2011年6月1日閲覧。 “古代ローマ時代にはシラスと同じような性質を持つ火山灰が...コロセウム等の建造物にたくさん使われていた。...シラスを用いたコンクリートを開発...
  5. ^ 地球の温暖化防止と鉱物質廃棄物処理に貢献するジオポリマー技術 (PDF)”. 山口大学. 2012年6月5日閲覧。[リンク切れ]
  6. ^ Hambling, David (2009年11月6日). “「超コンクリート」:ピラミッドの石と、米軍の最新研究”. WIRED. http://wired.jp/wv/2009/11/06/%E3%80%8C%E8%B6%85%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%82%AF%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%83%88%E3%80%8D%EF%BC%9A%E3%83%94%E3%83%A9%E3%83%9F%E3%83%83%E3%83%89%E3%81%AE%E7%9F%B3%E3%81%A8%E3%80%81%E7%B1%B3%E8%BB%8D%E3%81%AE/ 2012年7月29日閲覧。 
  7. ^ Limer, Eric (2013年6月18日). “なぜ壊れない? 古代コンクリートの謎がまたひとつ解明” (日本語). ギズモード・ジャパン (GIZMODO). http://www.gizmodo.jp/2013/06/post_12547.html 2015年10月11日閲覧。 
  8. ^ Preuss, Paul (2013年6月4日). “Roman Seawater Concrete Holds the Secret to Cutting Carbon Emissions” (英語). Berkley Lab Press. http://newscenter.lbl.gov/2013/06/04/roman-concrete/ 2015年10月11日閲覧。 
  9. ^ Questions and answers on Roman concrete : Q 3. How did the Romans mix their concrete?” (英語). The Roman Pantheon: The Triumph of Concrete. 2014年11月14日閲覧。
  10. ^ 建設技術歴史展示室”. 清水建設. 2014年11月14日閲覧。
  11. ^ 板屋 (2001), pp. 29-30
  12. ^ ローマ『完成』への道」, p. 46
  13. ^ Victor Glukhovsky-Herigate Key”. 2011年6月1日閲覧。[リンク切れ]
  14. ^ Davidovits, Joseph (1983). Alchemy and the Pyramids. Saint Quentin, France: Geopolymer Institute

参考文献[編集]

外部リンク[編集]

「東京大学工学系研究科・社会基盤学科・専攻 基盤技術と設計G 2004年度冬学期講義ノート」内