建材

建築資材は、建設に使用される材料です。粘土、岩、砂、木材、さらには小枝や葉など、多くの天然物質が、建物や橋などの構造物の建設に使用されてきました。天然素材とは別に、多くの人工製品が使用されており、合成度の高いものもあれば低いものもあります。建築資材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、大工、断熱材、配管、屋根工事などの特定の専門分野に細分化されています。それらは、住居や住宅を含む構造物の構成を提供します。^[1]

歴史上、建築資材は、天然のものから人工物や複合材、生分解性のものから不朽のもの、土着のもの（地元産）から世界的に輸送されるもの、修理可能なものから使い捨てのもの、防火性や耐震性の向上を目的に選ばれるものへと変化してきました。こうした傾向により、建築資材の初期および長期的な経済的、環境的、エネルギー的、社会的コストが増加する傾向があります。

建築資材の初期の経済コストは購入価格です。これは、多くの場合、どの資材を使用するかの意思決定を左右します。人々は、エネルギー節約や資材の耐久性を考慮し、初期コストを高くしても生涯コストを低く抑える価値があると考えることがあります。たとえば、アスファルトシングル屋根は金属屋根よりも設置コストが安いですが、金属屋根の方が長持ちするため、生涯コストは年間で低くなります。一部の資材は他の資材よりも手入れが必要な場合があり、一部の資材に固有の維持コストも最終決定に影響を与える可能性があります。資材の生涯コストを考慮する際のリスクは、建物が火災や風などで損傷した場合、または資材が宣伝されているほど耐久性がない場合です。耐用年数を延ばすために可燃性資材を購入するリスクを負うために、資材のコストを考慮する必要があります。「やらなければならないことは、うまくやらなければならない」と言われています。

汚染コストには、マクロとミクロがあります。鉱業、石油、伐採など、建築資材が依存している採掘産業によるマクロの環境汚染は、発生源と原材料の輸送、製造、製品の輸送、小売、設置の段階で環境被害を引き起こします。汚染のミクロな側面の例として、建物内での建築資材のガス放出や屋内空気汚染が挙げられます。レッドリストの建築資材は、有害であることが判明した資材です。また、カーボンフットプリント、つまり資材の耐用期間中に排出される温室効果ガスの総量もあります。ライフサイクル分析には、建設廃棄物の再利用、リサイクル、処分も含まれます。建築資材の生態学的経済性を説明する建築の 2 つの概念は、グリーンビルディングと持続可能な開発です。

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。長期エネルギー コストは、建物の使用、保守、最終的な撤去のためにエネルギーを継続的に生産し、建物に配送することにかかる経済的、環境的、社会的コストです。構造物の初期の内包エネルギーは、材料の抽出、製造、配送、設置に消費されるエネルギーです。生涯内包エネルギーは、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物の生涯エネルギー消費を最小限に抑える方法に応じて増加し続けます。

社会的コストとは、材料を生産し輸送する人々の負傷や健康、および建物の生態に問題がある場合の建物居住者の潜在的な健康問題です。グローバル化は、製造施設が閉鎖されると仕事、スキル、自給自足が失われ、新しい施設が開設される場所の文化的側面の両方の面で人々に大きな影響を与えてきました。公正な取引と労働者の権利の側面は、世界的な建築材料製造の社会的コストです。

バイオベース材料（特に植物由来の材料）は、耐荷重、充填、断熱、左官材料など、さまざまな建築用途に使用されています。^[2]これらの材料は、使用される配合に応じて構造が異なります。^{[2] [3]}植物繊維はバインダーと組み合わせ、建設に使用して、熱、水分、構造機能を提供することができます。植物繊維をベースにしたコンクリートの挙動は、主に材料を構成する繊維の量によって決まります。いくつかの研究では、これらの植物粒子の量を増やすと、一方では多孔性、湿気緩衝能力、最大吸収水分量が増加し、他方では密度、熱伝導率、圧縮強度が低下することが示されています。

植物由来の材料は主に再生可能な資源から得られ、主に農業や木材産業からの副産物を使用しています。断熱材として使用される場合、ほとんどのバイオベース材料は（他のほとんどの断熱材とは異なり）高い水蒸気透過性と湿度調節を兼ね備えた吸湿性を示します。^[4]

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^[5] アフリカのピグミーの人々^[6]などの原始的な文化で使用されていました。これらは主に枝、小枝、葉、樹皮で構築されており、ビーバーの巣に似ています。これらはウィキアップ、リーントーなどさまざまな名前で呼ばれていました。

ブラシ建築のアイデアの延長として、編みブラシ構造を埋めて覆うために粘土や牛の糞（通常は牛糞）を使用するワットル・アンド・ダブ工法があります。これにより、構造物の熱容量と強度が向上します。ワットル・アンド・ダブは最も古い建築技術の1つです。 ^[7]多くの古い木造建築物では、木造フレーム間の非耐力壁としてワットル・アンド・ダブが組み込まれています。

雪と時には氷^[8]はイヌイット族によってイグルーを作るために使われ、雪はクインジーと呼ばれるシェルターを建てるために使われてきました。また、北方気候の地域では、氷は観光地として氷のホテルにも使われてきました。^[9]

粘土をベースとした建物には通常、2 つの異なるタイプがあります。1 つは壁が泥混合物で直接作られる場合で、もう 1 つは日干しレンガと呼ばれる空気乾燥した建築ブロックを積み重ねて構築される壁です。

建築における粘土のその他の用途としては、わらと組み合わせて軽量粘土、ワトルアンドドーブ、泥漆喰を作ることがあります。

湿式壁、または湿式壁は、ブロックを形成して乾燥させることなく、泥や粘土の混合物を直接使用して作られます。使用される混合物の各材料の量と種類によって、さまざまなスタイルの建物が生まれます。決定的な要因は通常、使用される土壌の品質に関連しています。コブを使用した建物では粘土の量が多いのが一般的ですが、粘土の少ない土壌は、通常、芝の家や芝の屋根の建設に関連付けられています。その他の主な材料には、多かれ少なかれ砂/砂利と藁/草が含まれます。版築壁は、壁を作る古くて新しい方法であり、かつては粘土を板の間に手で押し固めていましたが、現在では型枠と機械式空気圧コンプレッサーが使用されています。^[10]

土、特に粘土は優れた熱容量を提供し、温度を一定に保つのに非常に優れています。土で建てられた家は、夏の暑い時期には自然に涼しく、寒い時期には暖かくなります。粘土は熱や冷気を保持し、石のように時間をかけて放出します。土壁は温度変化が遅いため、人工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が必要になりますが、熱や冷気はより長く続きます。^[10]

土や粘土、例えばコブ、芝、アドベなどを使って建築した人々は、西ヨーロッパ、北ヨーロッパ、アジア、そして世界の他の地域で何世紀にもわたって家を建ててきました。そして、規模は小さくなりましたが、今も建てられ続けています。これらの建物の中には、何百年もの間居住可能なまま残っているものもあります。^{[11] [12]}

スペイン語でアドベとも呼ばれる日干しレンガは、紀元前数千年まで遡る証拠がある古代の建築材料です。圧縮土ブロックは、建築ブロックをレンガ工場の集中管理された場所で製造し、複数の建築場所に輸送できるため、工業化社会でより頻繁に建築に使用される、より現代的なタイプのレンガです。これらのブロックは、より簡単に収益化して販売することもできます。

構造用日干しレンガは、ほとんどの場合粘土を使用して作られ、粘土土と結合剤のみが使用されることが多いですが、他の成分には砂、石灰、コンクリート、石、その他の結合剤が含まれる場合があります。成形または圧縮されたブロックは、その後空気乾燥され、乾いた状態で、またはモルタルや粘土スリップを使用して敷設されます。

砂はセメントや時には石灰と一緒に使用され、石工作業や漆喰用のモルタルを作るのに使われます。砂はコンクリート混合物の一部としても使われます。砂の含有量が多い土壌を持つ国では、サンドクリートブロックが重要な低コストの建築資材であり、これは焼成粘土レンガよりも弱いですが安価です。^[13]砂で強化されたポリエステル複合材はレンガとして使用されます。

岩石構造は歴史が呼び起こす限り存在してきました。岩石は入手可能な建築材料の中で最も長持ちし、通常は容易に入手可能です。岩石には多くの種類があり、特定の用途に適した特性と適さない特性があります。岩石は非常に密度の高い材料であるため、多くの保護を提供します。建築材料としての主な欠点は、その重さと加工の難しさです。エネルギー密度は利点と欠点の両方です。石は相当のエネルギーを消費せずに温めることは困難ですが、一度温めると、その熱質量により、有効な期間熱を保持できます。^[14]

空石積みの壁や小屋は、人間が石を積み上げるようになって以来、ずっと建てられてきました。やがて、石を固定するためにさまざまな形のモルタルが使われるようになり、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が広がる高地は、初期の入植者に豊富な資源を提供しました。新石器時代から青銅器時代初期にかけて、円形の小屋が花崗岩の岩で建てられ、現在でも推定 5,000 棟の遺跡を見ることができます。花崗岩は中世(ダートムーアのロングハウスを参照) から現代まで使用され続けました。スレートは別の種類の石で、イギリスやそれが採れる世界の他の地域では屋根材としてよく使用されます。

石造りの建物はほとんどの主要都市で見ることができ、エジプトやアステカのピラミッド、インカ文明の建造物など、主に石で建てられた文明もあります。

茅葺きは、知られている建築材料の中で最も古いものの 1 つです。「茅葺き」は「草」の別名です。草は断熱性に優れ、簡単に収穫できます。アフリカの多くの部族は、一年中草と砂だけでできた家に住んでいます。ヨーロッパでは、かつては茅葺き屋根が一般的でしたが、産業化と交通の発達により他の材料が利用できるようになったため、茅葺き屋根は人気がなくなりました。しかし、今日では茅葺き屋根が復活しつつあります。たとえばオランダでは、多くの新しい建物に茅葺き屋根があり、屋根の上には特別な棟瓦が葺かれています。

木材は、天然のままの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。今日では、人工木材は工業化国で非常に一般的になりつつあります。

木材は、樹木、時には他の繊維質植物から作られ、板、厚板、その他類似の材料として、建築目的で切断または圧縮された木材や材木です。木材は一般的な建築材料であり、ほとんどの気候であらゆる種類の構造物の建設に使用されます。木材は負荷がかかっても非常に柔軟で、曲げても強度を保ち、垂直に圧縮すると非常に強くなります。同じ樹種であっても、木材の種類によって品質は大きく異なります。つまり、特定の種は他の種よりもさまざまな用途に適しています。また、生育条件は品質を決定する上で重要です。

「木材」は、米国では「木材」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。生の木材（丸太、幹、幹）は、最小限の加工を施した丸太を積み重ねたり、木造建築や軽量フレーム建築の形で「変換」（製材、切り出し、割り出し）されたときに木材になります。木造建築の主な問題は、火災の危険性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として使用され、一方、広葉樹は仕上げ材や家具によく使用されます。歴史的には、西ヨーロッパでは木造建築はオーク材で建てられていましたが、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材となっています。

田舎の多くの家族やコミュニティには、個人所有の林地があり、そこで家族やコミュニティが木を育て、伐採して、建物に使用したり販売したりします。これらの林地は、庭のように手入れされます。これは、将来の木材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た産業革命以前の時代には、はるかに一般的でしたが、今でも実行可能な農業形態です。

レンガは、わらなどの繊維質の結合剤を使わないこと以外は日干しレンガと同様の方法で作られ、空気乾燥後に焼成（レンガ留め具または窯で「焼く」）されて永久的に硬化する。窯で焼成された粘土レンガはセラミック材料である。焼成レンガは中が空洞になっている場合もあれば、乾燥を助けて軽量で輸送しやすいように中が空洞になっている場合もある。個々のレンガはモルタルで積み重ねられる。連続した層は、壁、アーチ、その他の建築要素を構築するのに使われる。焼成レンガの壁は通常、コブ/アドベよりも大幅に薄く、垂直方向の強度は同じままである。作成にはより多くのエネルギーを必要とするが、輸送と保管が容易で、石のブロックよりも軽量である。ローマ人は、現在ローマレンガと呼ばれる形状と種類の焼成レンガを広く使用していた。^[15]レンガを使った建築は、18世紀半ばから19世紀にかけて非常に人気が高まった。これは、レンガ^[16]製造の増加と、人口密度が増す都市での火災安全性 の向上によりコストが低下したためである。

20 世紀後半には、コンクリートブロックが焼成レンガを補完したり、代替したりして、石積み壁の内側部分に、また単独で使用されることが増えまし 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できており、通常は穴が開けられています。

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部品を製造する水和セメントペーストで作られています。紙、グラスファイバー、炭素繊維などのさまざまな繊維材料が結合剤として使用されています。

木材と天然繊維は、炭水化物、グリコシド、フェノール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。

木材セメント適合性は、木材セメント複合材料の特性に関連するパラメータと、純粋なセメントペーストの特性に関連するパラメータの比率です。適合性は、多くの場合、パーセンテージ値として表されます。木材セメント適合性を決定するために、水和特性、強度、界面結合、形態などのさまざまな特性に基づく方法が使用されます。研究者は、セメント骨材混合物の水和特性の測定、^{[17] [ 18] [19]、}セメント骨材混合物の機械的特性の比較^{[20] [21]}、木材セメント混合物の微細構造特性の視覚的評価など、さまざまな方法を使用しています。^[22]時間とともに水和温度の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りました。最近、Karade et al。^[23]はこれらの適合性評価方法をレビューし、「成熟度概念」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に入れる方法を提案しました。セメントペースト中のリグノセルロース材料の老化に関する最近の研究では、ヘミセルロースとリグニンの加水分解が示されており^[24]、これが粒子または繊維とコンクリートの界面に影響を与え、劣化を引き起こす。^[25]

レンガはローマ時代から石灰モルタルで積まれていましたが、 20 世紀初頭にポートランド セメントモルタルに取って代わられました。セメント ブロックにはグラウトが詰められたり、パルジ コートで覆われたりすることもあります。

コンクリートは、骨材とセメントなどの結合剤を組み合わせて作られた複合建築材料です。最も一般的なコンクリートは、鉱物骨材（通常は砂利と砂）、ポートランドセメント、水で構成されるポートランドセメントコンクリートです。

混合後、セメントは水和し、最終的に石のような材料に硬化します。一般的な意味で使用する場合、これが「コンクリート」という用語で参照される材料です。

コンクリート構造物は、大きさにかかわらず、コンクリートの引張強度がかなり低いため、一般的には鋼棒またはバー（鉄筋と呼ばれる）を使用して強化されます。この強化されたコンクリートは、鉄筋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、液体コンクリートミックスを鉄骨の周りに注ぐときに巻き込まれた空気をバイブレーターで除去します。コンクリートは、その長寿命、成形性、および輸送の容易さから、現代​​の主要な建築材料となっています。断熱コンクリート型枠などの最近の進歩は、コンクリートの成形と他の建設手順（断熱材の設置）を組み合わせています。すべての材料は、規格に記載されている必要な割合で使用する必要があります。

テントは世界中の遊牧民の間で好まれる住居です。よく知られている 2 つのタイプは、円錐形のティピーと円形のパオです。テントは、張力建築と合成繊維の発達により、主要な建築技術として復活しました。現代の建物は、布膜などの柔軟な素材で作られ、剛性または内部の鋼鉄ケーブル システム、または空気圧によって支えられています。

最近では、合成ポリスチレンフォームや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。軽量で成形しやすく、優れた断熱材です。フォームは通常、構造断熱パネルの一部として使用され、木材やセメント、断熱コンクリートの型枠の間に挟まれます。

ガラス製造は、工業プロセスや材料であると同時に、芸術形式であると考えられています。

透明な窓は、ガラスが発明されて以来、建物の小さな開口部を覆うために使用されてきました。ガラス板は、人間に部屋に光を取り入れると同時に悪天候を外に出さない能力を与えました。

ガラスは一般に砂とケイ酸塩の混合物から窯と呼ばれる非常に高温の炉で作られ、非常に脆いものです。色合いやさまざまな特性を持つガラス (防弾ガラスや電球など) を製造するために使用される混合物には、添加物が含まれることがよくあります。

現代文化では、建築物にガラスを使用することが大変一般的になりました。ガラスの「カーテンウォール」は、建物の正面全体を覆うために使用することも、「スペース フレーム」で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、ガラス自体が脆すぎるため、ガラスをまとめるための何らかのフレームが必要になります。また、ガラスだけでこのような広い領域にまたがるには、非常に大きな窯が必要になります。

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。石膏と繊維は長年、特に天井に使用されてきましたが、石膏プラスターと 300mm 以上のグラスファイバーロービングの混合物を使用した壁システム Rapidwall の強度と品質に関する本格的な研究が行われたのが 1990 年代初頭になってからでした。世界中で利用可能な石膏 (天然および副産物の化学 FGD およびリン酸石膏) が豊富にあるため、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、環境面で大きなメリットをもたらします。

金属は、超高層ビルなどの大型建物の構造骨組みや、外部表面の被覆材として使用されます。建物に使用される金属には多くの種類があります。金属は、クォンセット小屋などのプレハブ構造物で非常に重要な役割を果たしており、ほとんどの国際都市で使用されています。金属を生産するには、特に建設業界で必要とされる大量の金属を生産するには、多大な人力が必要です。腐食は、金属の寿命にとって最大の敵です。

• 鋼鉄は鉄を主成分とする金属合金で、金属構造建築材料としてよく使用されます。強度と柔軟性に優れ、適切に精製および/または処理すれば長持ちします。
• アルミニウム合金とスズは密度が低く、耐腐食性に優れているため、コストの高さを補える場合もあります。
• 銅は、その優れた特性（ 「建築における銅」を参照）から、貴重な建築材料となっています。これらの特性には、耐腐食性、耐久性、熱変位の少なさ、軽量、無線周波数シールド、避雷、持続可能性、リサイクル性、および幅広い仕上げが含まれます。銅は、屋根、雨押さえ、樋、縦樋、ドーム、尖塔、丸天井、壁の被覆、建物の伸縮継手、および屋内デザイン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、金、銀、チタンなどがあります。チタンは構造目的に使用できますが、鋼鉄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特性がないため、装飾として使用されます。

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ます。その名前は、半液体状態で可鍛性、つまり可塑性の特性を持つ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、弾力性が非常に多様です。この適応性と相まって、プラスチックの組成の一般的な均一性と軽量性により、今日ではほぼすべての産業用途で使用されています。ETFEなどの高性能プラスチックは、その高い耐摩耗性と化学的不活性性により、理想的な建築材料となっています。それを使用した有名な建物には、北京国立水泳センターやエデンプロジェクトバイオームなどがあります。^[26]

建築用紙とメンブレンは、建設現場でさまざまな目的で使用されています。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いる赤いロジン紙です。外壁、屋根、床の下地材として、また建設中の現場保護に使用されていました。タール紙は19 世紀後半に発明され、ロジン紙と同様の目的で、また砂利の屋根に使用されました。タール紙は、アスファルトフェルト紙に取って代わられて、ほとんど使用されなくなりました。フェルト紙は、一部の用途で合成下地材に取って代わられており、特に屋根では合成下地材に、サイディングではハウスラップが使用されています。

屋根、地下室の防水、ジオメンブレンに使用される防湿・防水膜にはさまざまな種類があります。

焼成粘土レンガはローマ時代から使われてきました。特殊なタイルは屋根、外壁、床、天井、パイプ、煙道ライナーなどに使用されます。

比較的新しい建築材料のカテゴリーである生体建築材料は、生体から構成されるか生体によって生成される材料、または生体を連想させるような挙動を示す材料です。潜在的な使用例としては、自己修復材料や、製造されるのではなく複製（再生）する材料などがあります。

市場では、「建築製品」という用語は、建物の建築金物や装飾金物部分に取り付けられる、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すことがよくあります。建築製品のリストには、建物の構造を構築するために使用される建築材料や、窓、ドア、キャビネット、木工部品などの補助器具は含まれません。むしろ、建築製品は、モジュール方式で建築材料をサポートし、機能させます。

「建築製品」には、コーキング、接着剤、塗料など、建物を建設する目的で購入されるあらゆるものなど 、ハードウェアを組み立てるために使用されるアイテムも含まれる場合があります。

新しい材料や最新技術の使用を促進し最適化するために、世界市場における効率、生産性、競争力を向上させるための研究が継続的に行われています。^[要出典]

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できます。

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・テストすることができ、その過程で調整や問題の解決が可能になります。理論的に材料を開発してテストした結果、根本的な欠陥が発見されるのではなく、ラピッドプロトタイプでは比較的迅速な開発とテストが可能になり、新材料の市場投入までの時間を数年ではなく数か月に短縮できます。^[27]

2017年には、建物と建設を合わせると世界の最終エネルギー生産量の36%を消費し、世界のエネルギー関連CO2排出量の39%を占めた。^{[28]建設業界のみのシェアはそれぞれ6%と11%であった。建材生産時のエネルギー消費は}_、主に生産時の電力使用により、建設業界全体のシェアに大きく貢献している。米国の関連建材の含有エネルギーは、以下の表に示されている。^[29]

• ASTMインターナショナル
• UL（安全機関）
• ETL SEMKO — 米国の建築製品試験研究所。ロンドンに拠点を置くインターテック傘下の研究所。
• EU建設製品規制

• スヴォボダ、ルボス(2018)。 Stavební hmoty (建築材料)、1000 p.
• 「ダウンロード = Souhlasím」。People.fsv.cvut.cz。2013年10月16日にオリジナルからアーカイブ。2018年10月3日に取得。

• Materials de Construcción – バイリンガル (スペイン語/英語)スペインのConsejo Superior de Investigaciones Centíficasが発行する科学雑誌。
• Informes de la Construcción –スペインのConsejo Superior de Investigaciones Centíficasが発行する科学雑誌。