建材

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床を構築するために使用されるコンクリートと金属の鉄筋。
スロバキアのBodružal木造教会
ボストンのビーコンヒルにあるこの壁には、さまざまな種類のレンガと石の基礎があります。

建材は、建設に使用される材料です粘土、岩、砂、、さらには小枝や葉など、多くの天然物質が建物の建設に使用されてきました。自然界に存在する材料とは別に、多くの人工製品が使用されており、合成製品がますます少なくなっています。建築材料の製造は多くの国で確立された産業であり、これらの材料の使用は通常、木工断熱配管屋根工事などの特定の専門分野に分割されます。それらは生息地構造の構成を提供しますを含む[1]

建材の総費用

歴史上、建築材料は自然のものからより人工的で複合的なものになる傾向があります。生分解性から不滅性; 先住民族(ローカル)からグローバルに輸送されること。使い捨てに修理可能; 耐火性のレベルを高め、耐震性を向上させるために選択されましたこれらの傾向は、建築材料の初期および長期の経済的、生態学的、エネルギー、および社会的コストを増加させる傾向があります。

経済的コスト

建材の初期経済コストは購入価格です。これは多くの場合、使用する材料に関する意思決定を左右するものです。時々人々は材料のエネルギー節約または耐久性を考慮に入れて、より低い生涯費用と引き換えにより高い初期費用を支払うことの価値を見ます。たとえば、アスファルトシングルルーフの設置コストは金属屋根よりも低くなりますが、金属屋根は長持ちするため、年間の寿命コストは低くなります。一部の材料は他の材料よりも注意が必要な場合があり、一部の材料に固有のコストを維持することも最終決定に影響を与える可能性があります。材料の生涯コストを考慮するときのリスクは、建物が火や風などによって損傷した場合、または材料が宣伝されているほど耐久性がない場合です。寿命を延ばすために可燃性材料を購入するリスクを負うために、材料のコストを考慮に入れる必要があります。「やらなければいけないのなら、上手くやらなければならない」と言われています。

生態学的コスト

汚染コストはマクロでもミクロでもかまいません。鉱業、石油、伐採などの抽出産業の建築材料のマクロな環境汚染は、その発生源と原材料の輸送、製造、製品の輸送、小売り、設置において環境損傷を引き起こします。汚染のミクロな側面の例は、建物内の建築材料のガス放出または室内空気汚染です。レッドリスト建材は、有害であることが判明した材料です。また、カーボンフットプリント、材料の寿命で生成される温室効果ガス排出量の合計セット。ライフサイクル分析には、再利用、リサイクル、または廃棄も含まれます建設廃棄物建築材料の生態学的経済学を説明する建築の2つの概念は、グリーンビルディング持続可能な開発です。

エネルギーコスト

初期エネルギーコストには、材料の製造、配送、設置に消費されるエネルギー量が含まれます。長期的なエネルギーコストは、建物の使用、保守、および最終的な除去のためにエネルギーを生産し、建物に供給し続けることの経済的、生態学的、および社会的コストです。構造物の最初の具体化されたエネルギーは、材料を抽出、製造、配送、設置するために消費されるエネルギーです。生涯の具体化されたエネルギーは、建築材料自体の使用、保守、再利用/リサイクル/廃棄、および材料と設計が構造の生涯エネルギー消費を最小限に抑えるのにどのように役立つかによって成長し続けます。

社会的費用

社会的費用は、材料を製造および輸送する人々の負傷と健康、および建物の生物学に問題がある場合の建物の居住者の潜在的な健康問題です。グローバリゼーションは、製造施設が閉鎖されると、新しい施設が開設される文化的側面の面で、仕事、スキル、および自給自足の両方の点で人々に大きな影響を及ぼしました。フェアトレード労働者の権利の側面は、世界的な建材製造の社会的コストです。

天然物質

ブラシ

ブラシ小屋にいるモハーベ族のグループ

ブラシ構造は完全に植物の部分から構築され、ネイティブアメリカンやアフリカのピグミーの人々などの原始文化で使用されました[ 3]これらは主に、ビーバーのロッジと同様に、枝、小枝、葉、樹皮で構築されていますこれらはさまざまな名前のウィグワム、片流れの屋根などでした。

ブラシ構築のアイデアの拡張は、粘土質の土または(通常は)を使用して、織られたブラシ構造を埋めて覆う、小舞壁プロセスです。これにより、構造の熱質量と強度が向上します。小舞壁は最も古い建築技術の1つです。[4]多くの古い木造建築物は、木造骨組み間の非耐力壁としてワトルとダブを組み込んでいます。

氷と雪

イヌイットの人々は雪と時折氷をイグルーに使用し[5] 、雪はキンジーと呼ばれる避難所を建設するために使用されました氷は、北部の気候の観光名所としてアイスホテルにも使用されています。[6]

泥と粘土

アイスランドの切り芝の建物

粘土ベースの建物は通常、2つの異なるタイプがあります。1つは、壁が泥の混合物で直接作られている場合で、もう1つは、泥レンガと呼ばれる風乾したビルディングブロックを積み重ねて構築された壁です。

建物での粘土の他の用途は、ストローと組み合わせて、軽い粘土小舞壁、泥石膏を作成します。

湿った粘土の壁

湿った壁、または湿った壁は、ブロックを形成して最初に乾燥させることなく、泥または粘土の混合物を直接使用して作成されます。使用される混合物の各材料の量と種類は、建物のさまざまなスタイルにつながります。決定要因は通常、使用されている土壌の質に関係しています。泥土を使った建築では通常、大量の粘土が使用されますが、低粘土の土壌は通常、草屋根または草屋根の建設に関連します他の主な成分には、多かれ少なかれ/砂利わら/草が含まれます。版築かつては板の間の粘土質土を手で圧縮することによって作られた、古いものと新しいものの両方が壁を作成することです。現在、フォーム機械 式空気圧コンプレッサーが使用されています。[7]

土壌、特に粘土は、優れた熱質量を提供します。温度を一定に保つのに非常に優れています。地球で建てられた家は、夏の暑さでは自然に涼しく、寒い季節には暖かくなりがちです。粘土は熱や冷気を保持し、石のように一定期間にわたって放出します。土壁はゆっくりと温度が変化するため、人為的に温度を上げたり下げたりすると、木造住宅よりも多くの資源を使用できますが、熱/冷気は長く続きます。[7]

穂軸、切り芝、日干しレンガなど、ほとんどが土や粘土で建てられた人々は、西ヨーロッパ、北ヨーロッパ、アジア、その他の世界で何世紀にもわたって建てられてきた家を作りました。小さいスケール。これらの建物のいくつかは、何百年もの間居住可能であり続けています。[8] [9]

構造用粘土ブロックとレンガ

スペイン語でadobeとも呼ばれる泥レンガは、紀元前数千年前にさかのぼる証拠を持つ古代の建築材料です。圧縮土ブロックは、工業化社会でより頻繁に建築に使用されるより近代的なタイプのレンガです。これは、ビルディングブロックをオフサイトでレンガ工場の中央の場所で製造し、複数の建物の場所に輸送できるためです。これらのブロックは、より簡単に現金化して販売することもできます。

構造用泥レンガは、ほとんどの場合、粘土を使用して作られます。多くの場合、粘土土とバインダーだけが使用されますが、他の成分には、砂、石灰、コンクリート、石、その他のバインダーが含まれます。次に、形成または圧縮されたブロックを風乾し、乾かすか、モルタルまたは粘土のスリップで置くことができます。

セメント、時には石灰と一緒に使用され、石積み石膏用のモルタルを作ります。砂はコンクリート混合物の一部としても使用されます。砂の含有量が多い国で重要な低コストの建築材料はサンドクリートブロックです。これは、焼成された粘土レンガよりも弱いですが安価です。[10]

石または岩

歴史が思い出すことができる限り、岩の構造は存在してきました。これは、入手可能な最も長持ちする建築材料であり、通常は容易に入手できます。岩には多くの種類があり、特定の用途でそれらを良くしたり悪くしたりする属性が異なります。岩は非常に密度の高い素材であるため、多くの保護を提供します。建築材料としての主な欠点は、その重量と作業の難しさです。そのエネルギー密度は長所と短所の両方です。石はかなりのエネルギーを消費せずに暖めるのは難しいですが、一度暖まると、その熱質量は有用な期間熱を保持できることを意味します。[11]

ドライストーンの壁は、人間が1つの石を別の石の上に置いている限り構築されてきました。最終的に、石をまとめるためにさまざまな形のモルタルが使用され、現在ではセメントが最も一般的です。

たとえば、イギリスのダートムーア国立公園の花崗岩で覆われた高地は、初期の入植者に十分な資源を提供しました。円形の小屋は、新石器時代から青銅器時代初期にかけて緩い花崗岩でできていて、現在でも推定5,000の遺跡が見られます。花崗岩は、中世ダートムーアのロングハウスを参照)から現代に至るまで使用され続けました。スレートは別の石の種類であり、英国や世界の他の地域で屋根材として一般的に使用されています。

石造りの建物はほとんどの主要都市で見られ、エジプトやアステカのピラミッドやインカ文明の構造など、主に石で建てられた文明もあります。

サッチ

戸田族小屋

サッチは、知られている最も古い建築材料の1つであり、サッチは草の別の言葉です。草は優れた断熱材であり、簡単に収穫できます。多くのアフリカの部族は、一年中草や砂で完全に作られた家に住んでいます。ヨーロッパでは、かつては家の茅葺き屋根が普及していましたが、工業化と輸送の改善により他の材料の入手可能性が高まったため、この材料は人気を失いました。しかし、今日、その慣習は復活を遂げています。たとえば、オランダでは、多くの新しい建物の上部に特別な尾根タイルが付いた茅葺き屋根があります。

木材と木材

アメリカ合衆国テキサス州で建設中の木造住宅
ポーランドグリヴィツェラジオ塔(世界で2番目に高い木造建築物)(2012年)。

木材は、その自然な状態で何千年もの間建築材料として使用されてきました。今日、集成材は先進国で非常に一般的になりつつあります。

木材は樹木、場合によっては他の繊維状植物の産物であり、板、厚板、および同様の材料など、木材や木材に切断またはプレスされたときに建設目的で使用されます。これは一般的な建築材料であり、ほとんどの気候でほぼすべてのタイプの構造物の建築に使用されます。木材は荷重下で非常に柔軟性があり、曲げても強度を維持し、垂直方向に圧縮すると非常に強力になります。同じ樹種の間でさえ、異なる種類の木材には多くの異なる品質があります。これは、特定の種が他の種よりもさまざまな用途に適していることを意味します。そして、成長条件は品質を決定するために重要です。

「材木」は、米国で「材木」という用語が使用されている場合を除き、建設目的で使用される用語です。原木(丸太、幹、丸太)は、最小限に加工された丸太を積み重ねた形、木骨造ライトフレームに「変換」(製材、切り刻み、分割)されると材木になります。建設木材構造の主な問題は、火災のリスクと湿気に関連する問題です。[要出典]

現代では、針葉樹は価値の低いバルク材料として使用されていますが、広葉樹は通常、仕上げや家具に使用されています。歴史的に木造建築物は西ヨーロッパでオーク材で建てられましたが、最近ではダグラスファーがほとんどのタイプの構造建築物で最も人気のある木になりました。

農村地域の多くの家族やコミュニティには、家族やコミュニティが成長して木を収穫し、それを使って建設したり販売したりする個人的な森林地帯があります。これらの区画は庭が好きな傾向があります。これは、将来の木材の供給を確保するために一度に伐採できる木材の量に関する法律が存在していた産業革命以前の時代にはるかに普及していましたが、それでも実行可能な農業の形態です。

人工物質

焼成レンガと粘土ブロック

焼成レンガの山。
モルタルではなく接着剤で敷設されている粘土ブロック(粘土ブロックレンガと呼ばれることもあります)

レンガは、わらなどの繊維状バインダーを使用しないことを除いて、泥レンガと同様の方法で製造され、風乾して永久に硬化した後に焼成(レンガクランプまたはで「燃焼」 )されます。窯で焼いた粘土レンガはセラミック材料です。焼成レンガは、中実にすることも、中空の空洞を持たせることもできます。これにより、乾燥を促進し、軽量で輸送が容易になります。個々のレンガは、モルタルを使用したコースで互いに配置されます壁、アーチを構築するために使用されている連続したコース、およびその他の建築要素。焼成レンガの壁は通常、同じ垂直強度を維持しながら、穂軸/日干しレンガよりも大幅に薄くなっています。それらは作成するのにより多くのエネルギーを必要としますが、輸送と保管がより簡単で、石のブロックよりも軽いです。ローマ人は、現在ローマレンガと呼ばれている形と種類の焼成レンガを広く使用していました。[12]レンガを使った建物は、18世紀半ばから19世紀にかけて多くの人気を博しました。これは、混雑し続ける都市 でのレンガ[13]の製造と防火の増加に伴う、コストの低下によるもの でした。

燃えがらブロック、20世紀後半に焼成レンガを補ったり、置き換えたりして、石積みの壁の内部や単独で使用されることがよくありました。

構造用粘土タイル(粘土ブロック)は粘土またはテラコッタであり、通常は穴が開けられています。

セメント複合材

セメント結合複合材は、木材、粒子、または繊維を結合してプレキャスト建築コンポーネントを作成する水和セメントペーストでできています。バインダーには、紙グラスファイバー炭素繊維など、さまざまな繊維素材が使用されています。

木質繊維と天然繊維は、炭水化物配糖体、フェノール類などのさまざまな可溶性有機化合物で構成されています。これらの化合物は、セメントの硬化を遅らせることが知られています。したがって、セメント結合複合材料の製造に木材を使用する前に、セメントとの適合性を評価します。

ウッドセメントの適合性は、ウッドセメント複合材料の特性に関連するパラメーターとニートセメントペーストの特性との比率です。互換性は、多くの場合、パーセンテージ値として表されます。ウッドセメントの適合性を判断するために、水和特性、強度、界面結合、形態など、さまざまな特性に基づく方法が使用されます。セメントと骨材の混合物の水和特性の測定など、さまざまな方法が研究者によって使用されています。[14] [15] [16]セメント-骨材混合物の機械的特性の比較[17] [18]と、木材-セメント混合物の微細構造特性の視覚的評価。[19]水和温度の経時変化を測定する水和試験が最も便利な方法であることがわかった。最近、Karade etal。[20]は、これらの適合性評価方法をレビューし、「成熟度の概念」に基づく方法、つまりセメント水和反応の時間と温度の両方を考慮した方法を提案しました。

レンガは、ローマ人の時代から20世紀初頭にポルトランドセメントモルタルに取って代わられるまで、石灰モルタルに置かれていました。セメントブロックは、グラウトで埋められたり、パージコートで覆われたりすることもあります

コンクリート

コンクリートは、骨材とセメントなどのバインダーを組み合わせて作られた複合建材です。コンクリートの最も一般的な形態はポルトランドセメントコンクリートであり、これは鉱物骨材(通常は砂利)、ポルトランドセメント、およびで構成されています。

混合後、セメントは水和し、最終的には固まって石のような材料になります。一般的な意味で使用される場合、これは「コンクリート」という用語で呼ばれる材料です。

あらゆるサイズのコンクリート構造物の場合、コンクリートの引張強度はかなり低いため、通常、鉄筋または鉄筋(鉄筋と呼ばれます)を使用して強化されます。この強化コンクリートは、強化コンクリートと呼ばれます構造を弱める気泡を最小限に抑えるために、バイブレーターを使用して、液体コンクリート混合物が鉄工所の周りに注がれるときに同伴された空気を排除します。コンクリートは、その寿命、成形性、輸送のしやすさから、現代​​の主要な建築材料となっています。コンクリートフォームの断熱などの最近の進歩、コンクリート成形と他の建設ステップ(断熱材の設置)を組み合わせます。すべての材料は、規格に記載されているように必要な比率で摂取する必要があります。

生地

テントは世界中の遊牧民グループの間で選ばれる家です。よく知られている2つのタイプには、円錐形のテントと円形のパオがあります。テントは、張力構造と合成繊維の開発により、主要な建設技術として復活しました。現代の建物は、布の膜などの柔軟な材料で作ることができ、剛性または内部のスチールケーブルのシステム、または空気圧によって支えられています。

フォーム

トロントのCIBC銀行で防火モルタルの裏打ちとして使用される発泡プラスチックシート

最近では、合成ポリスチレンポリウレタンフォームがコンクリートなどの構造材料と組み合わせて使用​​されています。軽量で成形が容易で、優れた絶縁体です。発泡体は通常、構造用断熱パネルの一部として使用され、発泡体は木材、セメント、または断熱コンクリートフォームの間に挟まれます。

Glass

ガラス製造は、芸術形態であると同時に、工業プロセスまたは材料と見なされます。

ガラスの発明以来、建物の小さな開口部を覆うために透明な窓が使用されてきました。ガラス板は、人間に、悪天候を外に保ちながら、部屋に光を入れる能力を提供しました。

ガラスは通常、と呼ばれる非常に熱い薪ストーブで砂とケイ酸塩の混合物から作られ、非常に脆いです。添加剤は、多くの場合、色合いやさまざまな特性(防弾ガラスや電球など)を備えたガラスを製造するために使用される混合物に含まれています。

建築物でのガラスの使用は、現代文化で非常に人気があります。ガラスの「カーテンウォール」は、建物のファサード全体を覆うために使用することも、「スペースフレーム」の広い屋根構造にまたがって使用することもできますただし、これらの用途では、ガラス自体がもろく、そのような広い領域にまたがるには非常に大きな窯を使用する必要があるため、ガラスのセクションをまとめるために何らかのフレームが必要です。

ガラスレンガは20世紀初頭に発明されました。

石膏コンクリート

石膏コンクリートは、石膏プラスターとグラスファイバーロービングの混合物です石膏と繊維繊維石膏は、特に天井に長年使用されてきましたが、石膏石膏と300mmプラスガラス繊維ロービングの混合物を使用して、壁システムRapidwallの強度と品質の真剣な研究が行われたのは1990年代初頭でした。調査されました。世界中で豊富な石膏(天然および副産物の化学FGDおよびホスホ石膏)が利用可能であり、完全にリサイクル可能な石膏コンクリートベースの建築製品は、大きな環境上の利点を提供します。

金属

バートノイエナールアールヴァイラーの聖ローレンティウス教会の銅製鐘楼

金属は、超高層ビルなどの大きな建物の構造フレームワークとして、または外面の覆いとして使用されます。建築に使用される金属には多くの種類があります。クォンセットハットなどのプレハブ構造で非常に目立つ金属製のフィギュアは、ほとんどの国際都市で使用されているのを見ることができます。特に建築業に必要な大量の金属を生産するには、多大な人的労力が必要です。腐食は、寿命に関しては金属の最大の敵です。

  • は、主成分がである金属合金であり、金属構造建材の通常の選択です。それは強く、柔軟性があり、上手に洗練されたり、処理されたりすると、長持ちします。
  • アルミニウム合金とスズ密度が低く、耐食性が優れていると、コストが高くなることがあります
  • は、その有利な特性のために価値のある建築材料です(建築における銅を参照)。これらには、耐食性、耐久性、低熱移動、軽量、無線周波数シールド、雷保護、持続可能性、リサイクル可能性、および幅広い仕上げが含まれます。銅は、屋根、フラッシング、側溝、縦樋、ドーム、尖塔、丸天井、壁のクラッディング、建物の伸縮継手、および屋内の設計要素に組み込まれています。
  • 使用される他の金属には、クロムチタンが含まれます。チタンは構造目的に使用できますが、鋼よりもはるかに高価です。クロム、金、銀は高価であり、引張強度や硬度などの構造的品質が不足しているため、装飾として使用されます。

プラスチック

カナダの高層マンションのコンクリートの床を貫通するプラスチックパイプ

プラスチックという用語は、物体、フィルム、または繊維に成形または押し出しできる、合成または半合成の有機 凝縮または重合生成物の範囲をカバーしています。それらの名前は、半液体状態では展性がある、または可塑性の特性を持っているという事実に由来しています。プラスチックは、耐熱性、硬度、弾力性が大きく異なります。この適応性と組み合わせることで、プラスチックの組成と軽さの一般的な均一性により、今日のほとんどすべての産業用途での使用が保証されます。高性能プラスチックETFEなどは、その高い耐摩耗性と化学的不活性により、理想的な建築材料になっています。それを特徴とする注目すべき建物には、北京国家水泳センターエデンプロジェクトのバイオームが含まれます。[21]

紙と膜

建築用紙と膜は、建設において多くの理由で使用されます。最も古い建築用紙の1つは、1850年以前に使用されていたことが知られており、外壁、屋根、床の下敷きとして、また建設中の現場を保護するために使用された赤いロジン紙です。タール紙は19世紀後半に発明され、ロジン紙や砂利の屋根と同様の目的で使用されましたタール紙は、アスファルトフェルト紙に取って代わられ、ほとんど使用されなくなりましたフェルト紙は、いくつかの用途で合成下敷きに取って代わられました。特に、合成下敷きによる屋根やハウスラップによるサイディングに取って代わられまし

屋根、地下室の防水、および防音シートに使用される防湿および防水にはさまざまなものがあります

陶磁器

ローマ人の時代から、焼成された粘土レンガが使用されてきました。特殊なタイルは、屋根、サイディング、フローリング、天井、パイプ、煙道ライナーなどに使用されます。

生きている建材

建築材料の比較的新しいカテゴリーである生きている建築材料は、生物で構成されているか、生物によって作成された材料です。またはそのようなものを彷彿とさせる方法で動作する材料。潜在的な使用例には、自己修復材料、および製造ではなく複製(複製)する材料が含まれます。

製品の構築

市場では、「建築製品」という用語は、多くの場合、建築用ハードウェアおよび建築用ハードウェア部品に取り付けられた、さまざまな材料で作られた既製の粒子またはセクションを指します。建築製品のリストには、建築建築物の構築に使用される建築材料と、窓、ドア、キャビネット、木工製品コンポーネントなどの支持器具は含まれていません。建築製品ではなく、建築材料をモジュール方式でサポートおよび機能させます。

「建築製品」とは、コーキング接着剤、塗料など、建物を建設する目的で購入したもの など、そのようなハードウェアを組み立てるために使用されるアイテムを指す場合もあります。

研究開発

新しい材料と最新の技術の使用を促進および最適化するために、世界市場での効率、生産性、および競争力を改善するための継続的な研究が行われています。[22]

材料の研究開発は、商業的、学術的、またはその両方であり、あらゆる規模で実施することができます。建築材料のプロトタイピング施設の例は、オーストラリアのオープンソースの Forty Walls Houseです。ここでは、恒久的に占有および監視されている建物で、最大40の新しい持続可能な材料のラピッドプロトタイピングとテストが同時に行われています。[23]

ラピッドプロトタイピングにより、研究者は材料を迅速に開発およびテストし、プロセス中に調整を行い、問題を解決することができます。ラピッドプロトタイピングでは、材料を理論的に開発してからテストするのではなく、根本的な欠陥を発見するだけで、比較的迅速な開発とテストが可能になり、新しい材料の市場投入までの時間が数年ではなく数か月に短縮されます。[24]

持続可能性

2017年には、建物と建設が一緒になって、世界で生産された最終エネルギーの36%を消費し、世界のエネルギー関連のCO 2排出量の39%を占めました。[25]建設業だけでのシェアはそれぞれ6%と11%でした。建築材料の生産中のエネルギー消費は、主に生産中の電力の使用により、建設業界の全体的なシェアの主要な要因です。米国の関連する建築材料の具体化されたエネルギーは、以下の表に示されています。[26]

素材 内包エネルギー
Btu / lb MJ / kg
レンガ 1,600 3.7
セメント 3,230 7.5
粘土 15,200 35.4
コンクリート 580 1.3
25,770 59.9
板ガラス 10,620 24.7
石膏 10,380 24.1
広葉樹合板&ベニヤ 15,190 35.3
ライム 1,920 4.5
ミネラルウール断熱材 12,600 29.3
一次アルミニウム 80,170 186.5
針葉樹合板&ベニヤ 3,970 9.2
結石 1,430 3.3
バージンスチール 10,390 24.2
木材 2,700 6.3

テストと認証

も参照してください

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参考文献

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外部リンク

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