鉄筋コンクリート：材料、仕組み、耐久性、用途と維持管理

構成材料と仕組み

一般的な鉄筋コンクリートは、セメント、骨材、水からなるセメント系マトリックスと補強材で構成される。補強材には、引張強さが高く、コンクリートと熱膨張の挙動が適合する鋼材の棒鋼またはメッシュが最も多く用いられる。代表的な補強製品には、異形鉄筋、溶接金網、プレストレスト用ストランドがあり、その鋼材は一般に鋼材補強と呼ばれる。

保護と耐久性

鋼材は酸化し得るため、さまざまな保護措置が採られる。亜鉛めっきなどの被覆、エポキシ塗料、ステンレス鋼の補強材は、さびおよび腐食の危険を低減するのに役立つ。耐久性は、十分なかぶり厚さ、配合の品質、ならびにひび割れや塩化物・二酸化炭素の浸入を抑える設計にも左右される。

歴史と発展

石材・れんが造およびコンクリートを補強するための鉄や鋼の利用は、圧縮強度と引張耐力を併せ持つ材料を技術者が求めた19世紀に発展した。初期の発明者や特許取得者は、管、タンク、容器のためにコンクリート内へ金属を埋め込む方法を試み、この技術は後に現代建設で用いられる構造システムへと発展した。

種類、施工方法と用途例

鉄筋コンクリートのシステムには、現場打ち部材、プレキャスト部材、プレストレストコンクリートがある。プレストレストコンクリートでは、打設前または打設後に鋼製緊張材へ張力を与え、完成部材に使用時荷重を相殺する圧縮応力を生じさせる。主な用途は次のとおりである。

• 建築物および床スラブ（建築工事）
• 橋梁および道路構造物（道路と橋梁）
• ダム、擁壁、基礎
• 梁、柱、外装パネルなどのプレキャスト部材

利点、限界と注目すべき事項

利点には、構造的な効率、耐火性、複雑な形状を造れることが含まれる。限界としては、重量、補強材の腐食を受けやすいこと、入念な詳細設計と品質管理が必要なことが挙げられる。多くの地域では、建築物や交通インフラに使われる構造コンクリートの大半が補強されており、プレストレストコンクリートを生み出すプレストレス技術により、強度をさらに高められる。

維持管理と点検

長期的な性能は、ひび割れを制御する設計、十分なかぶり厚さ、適切なコンクリート配合、腐食を防ぐ維持管理に依存する。点検には目視確認、かぶり厚さの測定、塩化物含有量または中性化の試験が含まれることがある。補修方法は、断面修復、電気防食から、著しく腐食した補強材の交換まで多岐にわたる。