オートクレーブ養生軽量気泡コンクリート

オートクレーブ養生気泡コンクリート（AAC）は、オートクレーブ養生セルラーコンクリートまたはオートクレーブコンクリートとも呼ばれ、従来のコンクリートブロックや粘土レンガの代替として使用される軽量のプレキャスト建築材料です。^{[ 1 ]}これは、1920年代半ばにヨハン・アクセル・エリクソンによって開発されました。通常、現場で混合して流し込むセルラーコンクリートとは異なり、AAC製品は管理された条件下で工場で製造されます。^{[ 2 ]}

AACの組成は、石英砂、石膏、石灰、ポルトランドセメント、水、フライアッシュ、アルミニウム粉末の混合物です。^{[ 3 ]}型枠内で部分的に養生した後、AAC混合物はオートクレーブ内で熱と圧力の下でさらに養生されます。^{[ 4 ]} AACは、ブロック、壁パネル、まぐさなど、さまざまな形で使用されます。^{[ 5 ]}

軽量気泡コンクリート（AAC）の成形や切断は、手ノコで行うことができます。屋外で使用する場合は、吸水や損傷を防ぐために保護仕上げを施す必要があります。

AACは、1920年代半ばにスウェーデンの建築家で発明家のヨハン・アクセル・エリクソン（1888-1961）が、王立工科大学のヘンリック・クルーガーと共に初めて開発しました。^{[ 6 ] [ 7 ]}このプロセスは1924年に特許を取得しました。^{[ 8 ]} 1929年、スウェーデンのイクスフルト市で「Yxhults Ånghärdade Gasbetong」（おおよそ「蒸気硬化コンクリート」と訳される）として生産が開始され、後に世界初の登録建材ブランドであるYtongとなりました。^{[ 9 ]}別のブランドであるSiporexは、1939年にスウェーデンで設立されました。^{[ 10 ]}これに続いて、別の気泡コンクリートブランドであるHebelが設立され、 1943年にドイツのメミンゲンに最初の工場を開設しました。 ^{[ 11 ]}

Ytong AACは元々スウェーデンで製造されており、製造工程に有益な可燃性炭素を含むミョウバン頁岩を使用していた。 ^{[ 12 ]}しかし、これらの鉱床には天然ウランが含まれていることが判明し、ウランは時間の経過とともに放射性崩壊を起こし、ラドンガスとして蓄積されるため危険であった。1972年にこの問題はスウェーデン放射線安全局によって提起され、1975年までにYtongはミョウバン頁岩を使用しない新しい配合の使用を開始した。^{[ 11 ]}

1978年、スウェーデンのSiporex社はサウジアラビアに工場を開設し、軽量建設会社（LCC）を設立して、湾岸協力会議諸国に気泡コンクリートブロックとパネルを供給しました。1980年以降、AAC材料の使用は世界的に増加しています。^{[ 13 ] [ 14 ]} AACの使用は、特に急速な都市開発を経験している地域で世界的に拡大しています。^{[ 15 ]}

AACブロックは1990年代初頭にインドに導入されました。国内で最初のメーカーの1つはBiltech Building Elements Limitedで、1993年にハリヤナ州パルワルの施設でAACの生産を開始しました。^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} 2017年、BiltechはSiporex IndiaのAAC製造ユニットを買収しました。

現在、オートクレーブ養生軽量気泡コンクリート（AAC）の製造はヨーロッパとアジアに集中しており、アメリカ大陸には限られた生産施設がいくつかあり、エジプトには少なくとも1つの工場がある。^{[ 19 ]}ヨーロッパ市場の成長は鈍化しているが、アジアの一部地域では、特に都市開発の需要に応える形でAACの生産が拡大している。2025年現在、中国は依然として世界最大のオートクレーブ養生軽量気泡コンクリート市場であり、2,000を超える製造工場があり、年間約1億9,000万立方メートルのAACを生産している。^{[ 20 ] [ 21 ]}

AACは外装と内装の両方の建設に使用されます。^{[ 23 ]}高層建築プロジェクトや温度変化の激しい地域で使用されます。 ^{[ 24 ]} AACは密度が低いため、建物の構造荷重を軽減でき、必要な鉄筋や従来のコンクリートの量を減らすことができます。同様に、AACは設置前に成形できるため、左官に必要な材料も少なくて済みます。通常のセメントモルタルはAACと互換性がありますが、その構成要素を使用する多くの建物では、特定の国の建築基準に従って、通常厚さ約3.2ミリメートル（1/8インチ）の薄層モルタルを使用しています。 ^{[ 25 ]} 

AACに使用される骨材は、地域で入手可能な場合に応じて、一般的に細かく粉砕した砂またはフライアッシュで構成されています。^{[ 26 ]}結合剤には、石英砂、石灰、焼成石膏、セメント、水が含まれます。アルミニウム粉末は体積比で0.05 ～ 0.08%です。一部の国（インドや中国など）では、石炭火力発電所からのフライアッシュ（シリカ50 ～ 65%）を骨材として使用しています。^{[ 27 ]}

AACを混合して成形すると、アルミニウム粉末が水酸化カルシウムと水と反応して水素を生成します。水素ガスはAAC混合物全体に分散し、泡を作り、元の混合物の体積を2倍にします。このプロセスにより、直径最大3ミリメートル（1/8インチ）の気泡が発生することがあります。 ^{[ 28 ]}発泡プロセスの最後に、水素は大気中に放出され、空気と置き換わるため、従来のコンクリートの重量の約20%の製品が得られます。 

AACを鋳造した型を取り外すと、材料は固化しますが、柔らかいままです。次に、所望の形状（ブロックまたはパネル）に切断し、オートクレーブチャンバーに12時間入れます。この蒸気圧硬化プロセス中、温度は190 ℃（374 °F）に達し、圧力は800～1,200kPa （8.0～12.0バール、120～170psi ）に達します。これらの条件下で、石英砂は水酸化カルシウムと反応してケイ酸カルシウム水和物を形成し、これがAACに高い強度とその他の特性を与えます。使用される温度が比較的低いため、AACブロックは焼成レンガの一種ではなく、軽量コンクリート組積造ユニットとみなされます。オートクレーブ処理後、材料は保管され、建設現場に輸送されて使用されます。密度にもよりますが、AACブロックの体積の最大80%は空気です。AACの低密度は、構造圧縮強度が低いことにも関係しています。最大8,000 kPa（1,200 psi）の荷重に耐えることができ、これは通常のコンクリートの圧縮強度の約50%に相当します。       

鉄筋入りオートクレーブ養生気泡コンクリート（RAAC）は、オートクレーブ養生気泡コンクリートの鉄筋版で、屋根や壁の建設によく用いられます。最初の構造用鉄筋入り屋根パネルと床パネルはスウェーデンで製造され、最初のオートクレーブ養生気泡コンクリートブロックの生産も1929年に同国で始まりました。しかし、第二次世界大戦後、ベルギーとドイツの技術がRAAC部材の市場をリードするようになりました。

ヨーロッパでは、RAACは1950年代半ばに従来の鉄筋コンクリートよりも安価で軽量な代替品として人気を博し、ヨーロッパのいくつかの国、日本、および旧イギリス帝国領で広く使用されたことが記録されている。^{[ 29 ] [ 30 ]}

RAACは、従来のコンクリートに比べて軽量で低コストであるため、屋根、床、壁の建設に使用されました。^{[ 31 ]}さらに、RAACは耐火性も備えているため使用されています。この材料は耐火性を得るために左官工事を必要とせず、火災によって剥離も発生しません。^{[ 32 ]}また、RAAC部材は、地震動に対する特性から、日本では壁材としても使用されています。

しかし、RAACは築40～50年の屋根パネルにおいて、構造補強鉄筋（鉄筋）の健全性が限られていることも明らかになっています。これは1990年代に初めて確認され、目に見える劣化の兆候がないにもかかわらず、材料が破損しやすいことが分かりました。 ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}これは多くの場合、RAACの多孔質性による水の浸入に対する感受性の高さが原因で、外部からは検出しにくい形で内部の補強材の腐食を引き起こします。これにより、補強材とコンクリートの接合部に引張応力が増加し、材料の耐用年数が短くなります。このため、メンテナンスが必要な箇所を特定し、壊滅的な破損の可能性を低減するために、構造物ごとに詳細なリスク分析が必要となります。^{[ 38 ]}

これらの弱点に関する一般市民の懸念は、1995年に英国の学校の屋根のひび割れたユニットの検査を受けて、英国の技術者によって初めて提起されました。^{[ 39 ]}その後、2022年に政府不動産庁がこの材料の耐用年数が過ぎたと宣言し、^{[ 40 ]} 2023年には複数の建物でRAAC構造に問題があることが判明し、対策が講じられました。^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}これにより、屋根の崩落の危険がある174校が部分的または全面的に閉鎖されました。^{[ 44 ] [ 45 ]}これらの事件により、一般市民の間で不安が高まり、自分たちの建物がRAACを使用して建てられていることが分かりました。^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}また、RAACが広く使用されるようになったため、他の国でも同様の問題が発生しているのではないかという懸念も高まりました。^{[ 30 ]}

カナダのトロントにある主要な博物館であるオンタリオ科学センター（OSC）は、1969年の開館以来劣化しているRAAC屋根パネルが安全上のリスクをもたらすという報告を受け、2024年6月21日に元の場所を永久に閉鎖した。後に入手された草稿文書によると、報告書は当初は定期的な修理を推奨していたが、州政府が施設を閉鎖したいという意向を支持するように修正されたことが示唆されている。^{[ 49 ]}オンタリオ州内の他の約400の公共の建物にこの材料が含まれていると理解されており、OSCの閉鎖時には調査中であったが、他の建物が立ち退きを命じられる予定はなかった。^{[ 50 ]}

オートクレーブ養生軽量気泡コンクリートは、従来のコンクリートよりも資源効率が高いため、原材料の加工から軽量気泡コンクリート廃棄物の処理まで、環境負荷が低くなります。軽量気泡コンクリートブロックの製造には、製品1立方メートルあたり比較的少ない原材料しか必要とせず、材料費は他の建築材料の製造の5分の1程度に抑えることができます。^{[ 51 ]}製造工程での原材料の損失は少なく、すべての製造廃棄物は製造サイクルに戻されます。軽量気泡コンクリートの製造には、他のすべての石材製品よりも少ないエネルギーしか必要としないため、化石燃料の使用とそれに伴う二酸化炭素（CO2 _）排出量を削減できます。^{[ 52 ]}養生工程もエネルギー効率が高く、蒸気養生は比較的低い温度で行われ、オートクレーブで発生した高温蒸気は次のバッチに再利用されます。^{[ 53 ] [ 54 ]}

オートクレーブ養生軽量気泡コンクリート（AAC）は20世紀初頭から建設分野で使用されており、その軽量性と断熱性が高く評価されている。

AACは、特定の建設用途に適したいくつかの特性を備えています。

• エネルギー効率：セル構造のため、AACは熱抵抗性があり、建物の暖房および冷房負荷の低減に役立つ可能性があります。 ^{[ 55 ]}
• 耐火性： AACは優れた耐火性を示し、その鉱物組成と多孔質構造により、標準試験条件下でより長い耐火等級を提供できます。 ^{[ 56 ]}
• 加工性： AACは標準的な工具で切断・成形できるため、建設現場での精密な取り付けが可能になり、材料の無駄を削減できます。
• 環境特性： AACは一般的に、従来のコンクリートに比べて、製造時のエネルギー消費量と環境負荷が低い。場合によっては、LEEDなどのグリーンビルディング認証システムでポイントを獲得するのに貢献する可能性がある。^{[ 57 ]}
• 低密度：この材料は従来のコンクリートよりも大幅に軽量であるため、手作業による取り扱いが容易になり、輸送需要が軽減され、耐震設計シナリオにおける構造荷重が軽減される可能性がある。^{[ 58 ]}
• 建設効率： AACブロックとパネルは、従来の組積造ユニットよりも大きな寸法で入手できることが多く、設置時間と労力を削減できる可能性があります。ただし、建設スケジュールへの全体的な影響は、現場固有の物流と他のシステムとの統合によって異なります。^{[ 59 ]}
• 湿度調整：AACの透湿性により水蒸気の拡散が制限されるため、室内の湿度を調整し、湿気の蓄積や結露に関連する問題を軽減することができます。^{[ 60 ]}
• 寸法精度：工場生産技術により、寸法精度の高いブロックやパネルが製造されるため、現場でのトリミング作業を減らし、モルタルや石膏などの仕上げ材の使用量を最小限に抑えることができます。
• 耐久性： AACは害虫、カビ、一般的な気候変動に耐性があります。通常の条件下では、時間の経過とともに構造的および熱的性能を維持しますが、長期的な耐久性は設計の詳細と暴露環境によって異なる場合があります。^{[ 61 ]}

オートクレーブ養生軽量気泡コンクリート（AAC）にもいくつかの制約があり、特に英国のように一体型組積造とは異なる建築方法が一般的である地域では、その制約が顕著になる。英国では、空洞壁システムが一般的である。

• 専門的なトレーニング：AACの設置には、従来の組積造で使用されるものとは異なる建設技術が必要となる場合があります。そのため、建設業者はAACコンポーネントを効果的に取り扱い、切断し、組み立てるための専門的なトレーニングが必要になる場合があります^{[ 62 ]。}
• 収縮ひび割れ：非構造的な収縮ひび割れは、特に湿度の高い条件下や降雨後に、AAC の設置で発生する可能性があります。この現象は、低品質のブロックや、製造中に適切な蒸気養生を受けていないブロックでより頻繁に観察されます。^{[ 63 ]}
• 脆性： AACは、従来の粘土レンガや高密度コンクリートブロックよりも脆い性質を持っています。そのため、輸送時や設置時には破損を最小限に抑えるために、慎重な取り扱いが必要です。
• 固定具と留め具: AAC は多孔質で脆いため、キャビネットや棚などの備品を固定するには特殊な留め具が必要です。AAC、石膏ボード、または軽量組積造用に設計された長いネジと壁アンカーが一般的に使用されます。従来のプラスチック製壁プラグや組積造用ドリルビットは一般的に不向きです。^{[ 64 ]}高荷重用途では、認定アンカーが必要になる場合があります^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]} 。また、ひび割れを防ぐために、ハンマーアクションを使用せずに高速度鋼 ( HSS ) ドリルビットを使用して穴あけを行う必要があります。^{[ 65 ] [ 66 ]}
• 断熱性能の制限：低密度で製造されたAACブロック（例えば、欧州規格B2.5に基づく400 kg/m³）は、北欧などの寒冷地で断熱基準を満たすために、500 mmを超える相当な壁厚が必要になる場合があります。これは、用途によってはスペースとコストのメリットを相殺する可能性があります。^{[ 62 ]}
• 水に対する感受性： AACの気泡構造には微細な空気の空隙があり、水分を吸収する可能性があります。凍結融解環境では、吸収された水が凍結時に膨張し、ブロック構造に損傷を与える可能性があります。このような状況では、保護仕上げと適切なディテール処理が一般的に推奨されます。^{[ 68 ]}

• ウィキメディア・コモンズにあるオートクレーブ養生気泡コンクリート関連のメディア
• オートクレーブ養生気泡コンクリートの歴史
• オートクレーブ養生軽量気泡コンクリートの正しい使用法– メイソンリー・マガジン、2008年6月号
• エアクリート製品協会
• オートクレーブ養生軽量気泡コンクリート– ポルトランドセメント協会