古代コンクリートを作る

なぜ古代コンクリートは何千年も壊れないのだろうか？

今日使われない理由は？



古代コンクリートを作るにはまず、火山灰・石灰・海水を混ぜてモルタルを作製し、それをコンクリートの骨材となる軽石と混ぜて型枠内に流し込みます。

火山灰と海水と生石灰が混ざると、結合能力を持つ化合物が生成されるポゾラン反応が発生し、凝灰岩ができる時の要領で人工の岩が完成するわけです。




では、なぜこんなにも古代コンクリート（ローマン・コンクリート）の耐久性が高いのかという化学的理由は。

現在一般的に使われているコンクリートは製造過程で大量の石油を消費します。それによって石油産業が維持できるようになっています。

こんな石油依存の時代が２００年も続くと地球環境はボロボロになってきています。




現在のコンクリートは２００年ほど前に発明された（ポルトランドセメント）に砂・砕石を混ぜてできてます。水と反応するとすぐに固まるので工期が短かくて済む半面、寿命が短い。サイクルが短いので関連する業界は潤いやすいのです。

それに対して古代コンクリートは混ぜた後、ゆっくり化学反応が進み、長期にわたって強度が増していく特徴があります。

その代わり、一度施工するとほぼ永久的に地上に残り石化していくので現代文明の産業は成り立ちません。石灰岩や貝殻を焼く窯と火山灰と海水があればできるので、巨大な工場など必要なく家庭で古代産業を興すことができるのです。




そこで私もこのコンクリートについて学び研究し実験することにしました。




骨材とモルタルの間のミネラルの連晶がヒビを防ぐということにあるそうです。現代のコンクリートの骨材の表面は化学反応を起こさないので構造物ができてから年数がたつほどヒビが入りやすいのです。

古代コンクリートの方は化学反応の過程でアルミナトバモライトが成長することでコンクリートはより硬さを増していきます。

長期にわたって成長しながら硬さを徐々に増していく。まるで生きている有機的な岩ですね。

この『成長』は現代では一般的に悪い意味で捉えられる「腐食」のプロセスにあたるそうですが、これを利用して古代のコンクリートはさらに強度を上げるというわけです。




材料は生石灰＋火山灰＋海水の三点だけです。

または、

生石灰の代りに焼成した貝殻でもかまいません。つまり科学的成分（酸化カルシウム）が同じであるからです。

また海水の替わりに荒塩とにがりを溶かした水でもかまいません。

構造材に使う場合はより強度を持たせるために以上の混合物に軽石やレンガを砕いたものなど吸水吸着が良く軽い材質のものを混ぜます。

ちなみに日本の三和土（たたき）は消石灰に粘土と水を混ぜたものです。

水の代わりに海水を混ぜると、海岸の護岸工事の際は抜群の耐久性と耐食性が保たれます。

粘土と火山灰では混ぜた時の化学反応が違うので耐久性・耐候性はそれぞれ異なってくるでしょう。




【注意】間違って生石灰の代わりに消石灰とかの他の名称の石灰を入れても固まりません。実は一昨年、私はこの実験に取り組み消石灰を使ってみましたが、屋外に置いておくと数カ月でボロボロになって崩れました。化学反応が全く違うのでしょう。

【参照サイト・動画】
石灰、生石灰、消石灰、苦土石灰、有機石灰の違い

https://www.harusa-life.com/knowledge/tuchi/post-25.html

How To Make Roman Concrete
https://youtu.be/tOhAfaFboNU

How To Make Improvised Roman Concrete (Corporal-Crete)　https://youtu.be/qj7kr2ho800


生石灰の入手先：粉末-生石灰【20kg】
https://www.tama5ya.jp/product/1523

古代ローマの建物はなぜ長持ちするのか

 

古代ローマの建物はなぜ長持ちするのか、科学者が謎を解明

2023.04.09 Sun posted at 17:30 JST

以下全文転載

Katie Hunt, CNN

古代ローマの壮大な建造物は、何千年も存在し続けている。これはコンクリートの使い方を極めた古代ローマのエンジニアたちの創意工夫の証しだ。

しかし、彼らが使用した建設資材は、パンテオン（世界最大級の無補強のドームを有する）やコロッセオといった巨大な建造物を２０００年以上も存続させる上で、どのように役立ったのか。

「ローマン・コンクリート」と呼ばれる古代ローマのコンクリートは、多くの場合、現代のコンクリートよりも長持ちすることが証明されている。現代のコンクリートは数十年以内に劣化することもある。古代ローマ人はいかにして建設資材をそれほど長持ちさせ、波止場、下水道、地震帯といった建設が困難な場所に複雑な構造物を建設できたのか。ある最新の研究を行っている科学者らは、それを可能にした謎の材料をついに発見したと主張する。

米国、イタリア、スイスの研究者らも参加するその研究チームは、イタリア中部に位置するプリベルノの遺跡の城壁から採取した２０００年前のコンクリートのサンプルを分析した。このサンプルは、ローマ帝国の至る所で見られる他のコンクリートと配合が似ている。

そして分析の結果、コンクリートに含まれる「ライムクラスト（石灰の塊）」と呼ばれる白い塊が、時間の経過とともに生じる亀裂を修復する能力をコンクリートに与えることが分かった。それまでこの白い塊は、混ぜ合わせ方がずさんだったり、原料の品質が悪かったりした証拠だとして見過ごされてきた。

「古代ローマ（のエンジニアたち）は、資材の選択や処理を極めて慎重に行っていた。そんな彼らがずさんな仕事をするとは信じ難かった」と語るのは、マサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）の土木・環境工学の准教授で、この研究論文の著者でもあるアドミール・マシック氏だ。

「（古代ローマの）学者たちは（コンクリートの）正確な作り方を書き留めて、それを（ローマ帝国中の）建設現場に押し付けていた」とマシック氏は付け加えた。

この新たな発見は、今日のコンクリート作りをより持続可能なものにするのに役立ち、さらに、かつてローマ人が行ったように社会を一新する可能性も秘める。

マシック氏は「コンクリートがローマ人の建築革命を可能にした」と述べ、さらに「（コンクリートのおかげで）ローマ人は多くの都市を建設し、それらを美しく、素晴らしい住環境に変えることができた。そしてこの革命により、人間の生活の仕方が一変した」と付け加えた。

コロッセオを訪れる観光客＝２０１９年６月/EyesWideOpen/Getty Images

ライムクラストとコンクリートの耐久性

コンクリートは、基本的にセメントを混ぜ合わせて作った人工の石または岩石で、セメントは、一般に石灰石、水、細骨材（砂や細かく砕いた岩）、粗骨材（砂利や砕石）で作られた結合剤だ。

古代ローマ時代の文献には、セメントに消石灰（石灰に水を混ぜて熟成させたもの）が使用されていることが示唆されていた。そのため学者らは、ローマン・コンクリートはこの消石灰を主材料として作られていたと考えていた、とマシック氏は言う。

しかし、さらなる研究の結果、ローマン・コンクリートにライムクラストが発生した理由は、コンクリートを混ぜ合わせる際に、消石灰ではなく、または消石灰に加えて、生石灰（酸化カルシウムとも呼ばれ、非常に反応しやすく、危険性の高い、乾燥した石灰石）を使用したためだと研究者らは結論付けた。

またコンクリートのさらなる分析の結果、生石灰を使用することにより発生すると見られる超高温下で形成されたライムクラストと、「ホットミキシング（超高温下でコンクリートを製造する手法）」がコンクリートの耐久性を高める鍵であることが明らかになった。

マシック氏はプレスリリースの中で「ホットミキシングの利点は二つある」とし、次のように続けた。「第一に、コンクリート全体を高温に加熱すると、消石灰のみを使用した場合には起こりえない化学反応が可能になり、他の方法では形成されない高温関連化合物が生成される。第二に、この高温により、すべての反応が加速されるため、（コンクリートの）硬化時間が大幅に短縮され、はるかに迅速な建設が可能になる」

研究チームは、ローマン・コンクリートの明らかな自己修復能力の原因がライムクラストなのか否かを確かめるため、ある実験を行った。

彼らはコンクリートのサンプルを二つ用意した。一つは古代ローマの製法に従い、もう一つは現代の基準に従って作り、それらに意図的にひびを入れた。２週間後、古代ローマの製法で作ったコンクリートは水を通さなかったが、生石灰を使わずに作ったコンクリートの塊は水を通した。

この研究結果は、ライムクラストは水に触れると溶けて亀裂に流れ込み、再結晶して、風化によって生じた亀裂が広がる前に修復することを示唆している。研究者らは、このライムクラストの自己修復能力は、従来のコンクリートよりも長持ちし、それゆえ持続可能性の高い現代版コンクリートの製造への道を開く可能性があると指摘する。同研究によると、自己修復能力のあるコンクリートの使用は、最大で世界の温室効果ガス排出量の８％を占めるコンクリートの「カーボンフットプリント」の削減にもつながるという。

研究者たちは長年、ローマン・コンクリートがそれほど丈夫なのは、ナポリ湾沿いのポッツオーリからの火山灰が原因と考えていた。この種の火山灰は、建設に使用するために広大なローマ帝国の各地に輸送され、当時の建築家や歴史家の説明の中でもコンクリートの重要な材料と紹介されていた。

マシック氏は、（石灰と火山灰は）どちらも重要な成分だが、石灰はこれまで見過ごされていたと語る。

この研究は、米科学誌「サイエンス　アドバンシス」上で発表された。