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鉄筋コンクリート

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鉄筋コンクリート（てっきんコンクリート、, RC）は、コンクリートのうち、芯に鉄筋を配することで強度を高めたものを指す。コンクリートと鉄を組み合わせることで互いの長所・短所を補い合い、強度や耐久性を向上させるものである。鉄筋混凝土とも表記。建築や土木分野では極めて一般的な建材・工法であり、鉄筋コンクリートでないコンクリートをあえて「無筋コンクリート」と呼ぶこともある。歴史的には戦時中の日本では、鉄材不足を補うために竹筋コンクリートが用いられた時期もある。

● 概要
砂や砂利と水、セメントを混ぜて硬化させたコンクリートの歴史は古く、古代ローマ時代から実用されてきた（ローマン・コンクリート）。しかしこれに鉄筋を入れて補強する工法は19世紀になって登場したものである。コンクリートは圧縮力に強い反面、引張力には弱く、一度破壊されると強度を失う。鉄はその逆で、引張強度が高い反面、圧縮によって座屈しやすいが、容易には破断しない粘り強さ（靱性）を持つ。この両者を組み合わせることで、互いの弱点を補い合い、圧縮力・引張力ともに高く、多少の破壊でも崩壊しない強度が得られる。鉄は錆びる（酸化還元反応）とその強度を失うが、コンクリートは高アルカリ性のため、鉄筋はコンクリートによって長期間錆から守られることになり、高い耐久性が得られるという利点もある。さらに、石や木材を組み合わせる構造と違い、建築の自由度が高い、そこからさらに中性化が進行してゆく。中性化の速度は周囲の環境にも大きく左右される。一般に、二酸化炭素濃度や温度が高ければ中性化しやすくなり、コンクリートの水分が多ければ中性化の進行は抑えられる。そのため、建築物の室内側のほうが中性化は早くすすみ、水中や地中の構造物では中性化はあまり進まない。

● 性質
鉄筋コンクリートは強度や耐久性のほか、遮音性能、水密性、流動性に優れた建材である。ただし、いくら鉄筋コンクリートが遮音性能に優れるとしても、実際の建物には窓や換気口などの開口部があるので、建築物全体としての総合性能は様々な要素を検討する必要がある。
◇遮音性能 :遮音性能は物質の比重の大きさに比例し、単位当たりの重量が重いほど遮音効率が良い。 :
◇水密性 :適正な品質管理を行ない密実に打設されたコンクリートは構造体として連続性をもち、セメントが化学反応により硬化する際に発生するクラックと呼ぶひび割れが生じない限りは高い水密性が期待できる。 :
◇流動性 :スランプと呼ぶコンクリートを打設する際の硬さや柔らかさの設定次第でいわゆるコンパネの通称で知られるコンポジットパネルにより組み立てられた型枠形状に流動性を以て追従し、平面形状や断面形状の自由度の高い形態を作り易い。

● 破壊メカニズム
鉄筋コンクリートには、曲げ引張破壊と曲げ圧縮破壊、せん断破壊、付着割裂破壊、疲労破壊などの破壊メカニズムがある。
◇曲げ引張破壊 :コンクリート部材に曲げモーメントが作用したときに、引張り側の鉄筋が降伏に達して、部材が破壊するモード。
◇曲げ圧縮破壊 :曲げ引張破壊と同じく、コンクリート部材に曲げモーメントが作用したときに、圧縮側のコンクリートが破壊に達して、部材が破壊するモード。鉄筋量が極端に多いときに発生する。
◇せん断破壊 :コンクリート部材にせん断力が作用したときに、せん断耐力に達して破壊するモード。非常に脆性的な破壊であり、防がなければならない。
◇付着割裂破壊 :鉄筋の引き抜きにより、鉄筋に沿ってクラックが入り、それが進展して部材の破壊に至るモード。異形鉄筋が引き抜きに耐えられなくなったときに発生する。
◇疲労破壊 :部材の応力は破壊に達していなくとも、荷重を数百万回にもわたって受けることによって局所的にクラックが入り、それが進展して部材の破壊に至るモード。
◇コーン状破壊 :コンクリート部材に打ち込んだアンカーに引き抜き力が作用したときに、せん断耐力に達して破壊するモード。曲げ破壊を防止することを目的とした鉄筋を主鉄筋、せん断破壊を防止するための鉄筋をせん断補強鉄筋と呼ぶ。梁のせん断補強鉄筋を肋筋またはスターラップ、柱のせん断補強鉄筋を帯鉄筋またはフープと呼ぶこともある。主鉄筋は部材の長い方向に配され、せん断補強鉄筋はそれに垂直に固定される。梁の場合、通常、荷重は上からかかるので主鉄筋は上下端に配される。一方、柱の場合、地震などの方向の特定できない外力に耐える必要から四辺ともに配される。

● 歴史
コンクリートは古代ローマ時代から実用されており、ローマン・コンクリートが用いられた建造物としてパンテオン（西暦128年）などが知られている。しかしこれは無筋で使用されていた。 19世紀のフランスで、コンクリートに鉄筋を配して強度を高める技法が登場した。最初期のものとしては土木技師のフランソワ・コワニエ (François Coignet) によるサン＝ドニの4階建て住宅（1853年）、ジョゼフ・ルイ・ランボー (Joseph-Louis Lambot) による小舟（1855年）などが知られている。1867年には庭師のジョゼフ・モニエが、園芸用の植木鉢の強度を上げるために金網とコンクリートの組み合わせを考案し、特許を取得した。モニエの技術は橋梁などの強度を必要とする建造物に用いられるようになった。 20世紀に入るとオーギュスト・ペレが登場した。ペレは鉄筋コンクリートが自由に造形できる点や、高い強度があることで強度と意匠性を両立できる点に注目し、従来の石造りやレンガ造りではできなかった大開口や大空間の建物を建築した。「ランシーの教会堂」（1923年）などが知られているほか、オーギュスト・ペレによって再建された都市ル・アーヴルは後に世界遺産となった。ペレに学んだル・コルビュジエの建築にも、鉄筋コンクリートの特性を活かしたスタイルを見出すことができる。