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建設用骨材、または単に骨材とは、建設に使用される粗粒から中粒の粒子状材料の幅広いカテゴリーです。従来、これには砂、砂利、砕石などの天然材料が含まれます。他の種類の骨材と同様に、特にコンクリートやアスファルトなどの複合材料の構成要素です。骨材は世界で最も採掘されている材料であり、 [ 1 ] [ 2 ]年間生産される 60 億トンのコンクリートの重要な部分を占めています。[ 3 ]
骨材は補強材として機能し、得られる材料の強度を高めます。ほとんどの土壌に比べて透水性が比較的高いため、骨材は基礎排水やフレンチドレーン、浄化槽排水、擁壁排水、路側排水などの排水用途に広く使用されています。また、骨材は建物の基礎、道路、鉄道の路盤材（骨材路盤）としても使用されます。骨材は予測可能で均一な特性を持ち、道路や建物の下の不同沈下を防ぎます。
骨材は、より高価なアスファルトと結合してアスファルトコンクリートを形成したり、ポルトランドセメントと結合してコンクリートを形成したりする低コストの増量剤としても使用されます。
自己結合骨材とは、圧縮後に互いに噛み合う細かい粒子と粗い粒子の混合物からなる角張った砕石（採石場の砕石）を指します。 [ 4 ] 近年では、再生コンクリート、鋼鉄、炭素繊維、ジオシンセティック材料も骨材として使用されています。
これらの基本材料の供給源は、大きく3つの分野に分類できます。砂、砂利、石などの鉱物骨材鉱床の採掘、鉄鋼製造から生じる廃スラグの利用、そして主に鉱物骨材から製造されるコンクリートのリサイクルです。さらに、粘土、軽石、パーライト、バーミキュライトなどの特殊な軽量骨材として使用される（少量の）材料もあります。その他の鉱物には以下のようなものがあります。
ヨーロッパでは、粒度範囲はd / Dで指定され、dは粒子が通過できる最小の正方形メッシュ、D は粒子が通過できる最大の正方形メッシュを示します。用途別の推奨粒度は、道路建設用の欧州規格 EN 13043、より大きな装石用の EN 13383、コンクリート骨材用の EN 12620、道路建設の基層用の EN 13242、および鉄道バラスト用の EN 13450 で規定されています。
米国材料試験協会（ASTM）は、様々な建設用骨材製品に関する包括的な仕様リスト（ASTM D 692およびASTM D 1073を含む）を公表しており、これらの製品はそれぞれ特定の建設用途に適した設計となっています。これらの製品には、アスファルトやコンクリート混合物への添加剤、その他の建設用途向けに設計された特定の種類の粗骨材および細骨材が含まれます。各州の運輸局は、それぞれの地域におけるニーズと供給状況に合わせて骨材の使用を最適化するため、骨材の仕様をさらに詳細に定めています。
骨材ベースは通常、 20 ミリメートル ( 3/4インチ)の岩石スクリーンを通過できる砕石で構成されています。構成粒子のサイズは 20 mm から粉塵まで様々です。材料は、バージン (新しく採掘された) 岩石、または再生アスファルトとコンクリートから作ることができます。ベースは、道路のベースコース、セメントパッドと基礎のベースコース、地下パイプラインやその他の地下ユーティリティの埋め戻し材として使用されます。ベースコースは、アスファルト道路のサブベース層です。一般的に、より大きなグレードの骨材で構成され、骨材またはアスファルト舗装のさらなる層の安定したベースを提供するために、敷き詰めて圧縮されます。骨材ベースコースは、ABC と呼ばれることがよくあります。
人々は何千年もの間、基礎材として砂や石を使用してきた。骨材の生産と利用はローマ帝国時代に大きく進歩し、広大な道路網や水道橋の建設に骨材が用いられた。アーチ構造を用いた建築に不可欠なコンクリートの発明は、建設用骨材に対する即時かつ恒久的な需要を生み出した。
経済性とは、資材と敷地の適切な管理、そして工事における費用と常識の賢明なバランスを意味します。これは、まず第一に、建築家が多大な費用をかけずに入手または準備できないものを要求しないことによって実現されます。例えば、砂利、砕石、モミ材、良質なモミ材、大理石が豊富にある場所はどこにでもあるわけではありません。砂利がない場合は、川や海から流れ着いた砂利を使わなければなりません。その他にも、同様の方法で解決しなければならない問題があります。
近代的な爆破工法の登場により、採石場の開発が可能となり、現在では良質な骨材となる岩盤が存在する場所であれば、世界中で採石場が利用されています。しかし、多くの地域では、良質な石灰岩、花崗岩、大理石、その他の良質な石材の岩盤が存在しません。こうした地域では、骨材として天然の砂利や砂が採掘されます。石材も砂利や砂も入手できない場合は、通常、鉄道、はしけ、トラックによる骨材の輸送で建設需要を満たします。さらに、スラグや再生コンクリートを使用することで、骨材需要を部分的に満たすこともできます。しかし、これらの材料は入手可能な量が少なく、品質も劣るため、採掘された骨材の大規模な代替品として実用化することはできません。
大規模な石切り場や砂利採取場は、製品の価値が低いのに対し輸送コストが高いため、ほぼすべての人口密集地の近くに存在します。骨材を40キロメートル以上トラックで輸送することは、通常、経済的ではありません。[ 8 ]これらは資本集約型の事業であり、大型の土木機械、ベルトコンベア、さまざまなサイズの骨材を破砕および分離して個別の製品ストックパイルを作成するために特別に設計された機械を使用します。
USGSによると、2006年の米国の砕石生産量は17億2000万トン、金額にして138億ドル（2005年は16億9000万トン、金額にして121億ドル）で、その内訳は石灰石が10億8000万トン（金額にして81億9000万ドル、採石場1896ヶ所）、花崗岩が2億6800万トン（金額にして25億9000万ドル、採石場378ヶ所）、玄武岩が1億4800万トン（金額にして10億4000万ドル、採石場355ヶ所）、残りはその他の種類の石が729ヶ所の採石場から生産された。石灰石と花崗岩は、建築用石材としても大量に生産されている。砕石の大部分は、採石場や工場から最初の販売または使用場所まで大型トラックで輸送される。米国地質調査所（USGS）によると、2006年の米国の砂利生産量は13億2000万トン、金額にして85億4000万ドル（2005年は12億7000万トン、金額にして74億6000万ドル）で、そのうち2億6400万トン（金額にして19億2000万ドル）がコンクリート骨材として使用された。このうち大部分は、電気列車ではなく、トラックで輸送された。
現在、米国の最終市場部門別の総需要は、非居住用建物（オフィス、ホテル、店舗、製造工場、政府および公共施設、その他）が30～35%、高速道路が25%、住宅が25%となっている。[ 9 ]
高炉スラグや製鋼スラグなどの再生材は、骨材として、またはポルトランドセメントの一部代替材として使用できます。高炉スラグと製鋼スラグは、空冷または水冷されます。空冷スラグは骨材として使用できます。水冷スラグは、砂粒サイズのガラス状粒子（粒状）を生成します。冷却中に水に遊離石灰を加えると、粒状スラグに水硬性セメントとしての性質が付与されます。
2006年、米国地質調査所（USGS）によると、米国で販売または使用された空冷式高炉スラグは730万トンで4900万ドル、粒状高炉スラグは420万トンで3億1800万ドル、製鉄炉スラグは870万トンで4000万ドルでした。2006年の空冷式高炉スラグの販売用途は、道路の基盤および表面（41%）、アスファルトコンクリート（13%）、生コンクリート（16%）で、残りはその他の用途でした。2006年の粒状高炉スラグの販売用途は、セメント系材料（94%）で、残りはその他の用途でした。 2006年の製鉄所スラグの販売用途は、道路の路盤材および舗装材（51%）、アスファルトコンクリート（12%）、埋め立て材（18%）であり、残りはその他の用途であった。
細かく砕かれた再生ガラス骨材は、多くの建設および公共事業において、砂利や砕石の代わりに使用されています。ガラス骨材は取り扱いが危険ではありません。下水道管、雨水管、飲料水管の周囲に敷設して、地表からの荷重を分散させ、管を保護するパイプ敷設材として使用できます。また、コンクリート床面を基礎と同じ高さにするための埋め戻し材としてもよく使用されます。ガラス骨材の使用は、ガラスを新しいガラスに溶かすことができない多くの場所で、ガラスリサイクルの循環を閉じるのに役立ちます。[ 10 ]
骨材自体は骨材としてリサイクルできる。リサイクル可能な骨材は都市部に集中する傾向がある。リサイクル骨材の供給は、建物の老朽化や解体によってもたらされる。移動式リサイクルプラントを使用すれば、材料を中央施設まで輸送するコストを削減できる。リサイクルされた材料の品質は一般的にばらつきがある。
多くの骨材製品は、他の産業用途にリサイクルされています。これにより、建設業者は廃棄コストを削減でき、埋め立てたり積み上げたりして放置される骨材の量も減ります。例えば、ミシガン州ベイシティでは、混合コンクリート、ブロック、レンガ、砂利、小石などの未使用製品のリサイクルプログラムが実施されています。これらの材料は粉砕され、道路や私道などの路盤材として利用されます。
2006年の米国地質調査所（USGS）によると、砕石業者によって、290万トンのポルトランドセメントコンクリート（骨材を含む）が2,190万ドル相当、160万トンのアスファルトコンクリート（骨材を含む）が1,180万ドル相当リサイクルされた。これらの材料は、USGSの調査に含まれていない建設・解体業者によって、さらに多くリサイクルされている。砂利については、調査によると、470万トンのセメントコンクリートが3,200万ドル相当、617万トンのアスファルトコンクリートが4,510万ドル相当リサイクルされた。ここでも、これらの材料は、USGSの調査に含まれていない建設・解体業者によって、さらに多くリサイクルされている。建設資材リサイクル協会によると、毎年3億2,500万トンの回収可能な建設・解体資材が生産されている。
多くのジオシンセティック骨材はリサイクル材料から作られています。リサイクル可能なプラスチックは骨材として再利用できます。例えば、Ring Industrial GroupのEZflow [ 11 ]製品ラインは、99.9%以上がリサイクルポリスチレンでできたジオシンセティック骨材片で製造されています。このポリスチレンは、本来なら埋め立て処分されるものですが、集められ、溶融され、混合され、再配合され、膨張させることで、圧縮荷重下で高い強度特性を維持する低密度骨材が作られます。このようなジオシンセティック骨材は、従来の砂利に取って代わると同時に、多孔性を高め、透水性を向上させ、砂利骨材に固有の細かい粉塵「微粒子」を除去します。この微粒子は、多くの排水用途において詰まりや機能障害の原因となります。
いくつかのグループが、細かく砕いたタイヤをコンクリート骨材の一部として使用しようと試みてきました。その結果、圧力下で割れるのではなく曲がるため、通常のコンクリートよりも丈夫になります。しかし、セメントとゴムの結合が弱いため、タイヤは圧縮強度を低下させます。コンクリートを混合するとゴムの細孔に水が入りますが、コンクリートが固まると空隙になります。あるグループは、コンクリートが固まる際に圧力をかけることで、細孔容積を減らしました。[ 12 ]
英国における再生骨材は、建設資材の処理によって得られる。骨材が不活性であることを保証するため、欧州廃棄物コードに基づいて試験および特性評価された材料から製造される。[ 13 ]
2008年には、採石製品協会によると、2億1000万トンの骨材が生産され、そのうち6700万トンは再生製品であった。[ 14 ]廃棄物・資源行動計画[ 15 ]は、再生骨材の規制された生産のための品質プロトコルを作成した。[ 16 ]
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