モルタル（石工）

モルタルは、石、レンガ、コンクリートブロックなどの建築ブロックを結合し、それらの間の不規則な隙間を埋めて密閉し、それらの重量を均等に分散し、時には石積みの壁に装飾的な色や模様を追加するために硬化する作業可能なペーストです。最も広い意味では、モルタルには、レンガ間に使用されるピッチ、アスファルト、および軟粘土、およびセメントモルタルが含まれます。「モルタル」という単語は、古フランス語の「モルティエ」 （建築者のモルタル、石膏、混合用のボウル）に由来しています（13世紀）。^[1]

セメントモルタルは硬化すると硬くなり、剛性の集合体構造になりますが、モルタルはビルディングブロックよりも弱い要素として機能し、石積みの犠牲要素としての役割を果たします。これは、モルタルはビルディングブロックよりも修理が容易で安価であるためです。レンガ職人は通常、砂、結合剤、および水の混合物を使用してモルタルを作ります。20 世紀初頭以来最も一般的な結合剤はポートランドセメントですが、古代の結合剤である石灰(石灰モルタルを生成) は、一部の特殊な新築工事で今でも使用されています。石灰、石灰モルタル、および焼石膏は、特に歴史的な建物や構造物の修理や補修に使用され、修復材料の性能と外観が元の材料と同様になります。セメントモルタルと添加剤には数種類あります。

最初のモルタルは泥と粘土で作られており^[2]、紀元前10千年紀のエリコの建造物や紀元前8千年紀のガンジ・ダレの建造物にそれが表れています^[2]。

ローマン・ギルシュマンによれば、人類がモルタルの一種を使用した最初の証拠は、現在のパキスタンにあるバルチスタン州のメヘルガルで、紀元前6500年に日干しレンガで建てられたものだ。 ^[3]

石膏モルタルは、パリ石膏とも呼ばれ、多くの古代建築物の建設に使用されました。石膏から作られているため、焼成温度が低くて済みます。そのため、石灰モルタルよりも簡単に作ることができ、はるかに早く固まります。これが、古代のレンガ造りのアーチやヴォールト建築で一般的なモルタルとして使用された理由かもしれません。石膏モルタルは、湿気の多い環境では他のモルタルほど耐久性がありません。^[4]

インド亜大陸では、インダス文明の遺跡で複数の種類のセメントが発見されており、紀元前2600年より古い モヘンジョダロの都市集落などの遺跡では石膏が発見されています。

「薄い灰色で、砂、粘土、微量の炭酸カルシウム、高濃度の石灰を含む」石膏セメントは、井戸や排水溝の建設や「重厚な外観の建物」の外装に使用されました。ビチューメンモルタルも、モヘンジョダロの大浴場など、低頻度で使用されました。 ^{[5] [6]}

エジプト古王国時代（紀元前2600～2500年頃）に建設された初期のピラミッドでは、石灰岩のブロックは泥と粘土、または粘土と砂のモルタルで固められていました。 ^[7]後期エジプトのピラミッドでは、モルタルは石膏、つまり石灰で作られていました。^{[8]石膏モルタルは基本的に}石膏と砂の混合物であり、非常に柔らかかったです。

紀元前2千年紀のバビロニアの建築では、モルタルとして石灰またはピッチが使用されました。

歴史的に、コンクリートやモルタルを使った建築は、次にギリシャで登場しました。メガラの地下水道の発掘調査で、貯水池が厚さ12mmのポゾランモルタルで覆われていたことが明らかになりました。この水道は紀元前500年頃まで遡ります。 ^[9]ポゾランモルタルは石灰をベースとしたモルタルですが、水中で硬化できるように火山灰が添加されているため、水硬性セメントとして知られています。ギリシャ人は、ギリシャのティラ島とニシロス島、またはイタリアのナポリ近郊の当時のギリシャ植民地ディカエアキア（ポッツオーリ）から火山灰を入手しました。ローマ人は後に、ポゾランモルタルとセメントとして知られるものの製造方法と使用方法を改良しました。^{[8]さらに後になって、ローマ人は粉砕した}テラコッタを使用したポゾランなしのモルタルを使用し、混合物に酸化アルミニウムと二酸化ケイ素を導入しました。このモルタルはポゾランモルタルほど強力ではなかったが、密度が高いため、水の浸透に強くなった。^[10]

古代中国では、おそらく火山灰が不足していたため、水硬性モルタルは入手できませんでした。西暦500年頃、もち米のスープを消石灰と混ぜて、石灰モルタルよりも強度と耐水性に優れた無機・有機複合もち米モルタルを作りました。^{[11] [12]}

ギリシャ人とローマ人の両方によって完成され、広く使用されていた水硬性モルタルとセメントの製造技術が、その後 2 千年近くも失われていた理由は不明です。ゴシック様式の大聖堂が建てられていた中世には、モルタルの唯一の有効成分は石灰でした。硬化した石灰モルタルは水に触れると劣化するため、何世紀にもわたって多くの建造物が風雨による被害を受けました。

普通ポルトランドセメントモルタルは、一般に OPC モルタルまたは単にセメントモルタルと呼ばれ、粉末状の普通ポルトランドセメント、細骨材、水を混合して作られます。

1794 年にジョセフ アスプディンによって発明され、1824 年 12 月 18 日に特許を取得しましたが、これは主に、より強力なモルタルを開発する努力の成果です。19 世紀後半に人気が高まり、1930 年には建築資材として石灰モルタルよりも人気が高まりました。ポートランド セメントの利点は、固まりが早く、建設のペースが速いことです。さらに、ポートランド セメントを使用した構造物を建設するには、熟練した作業員が少なくて済みます。

しかし、原則として、石灰モルタルで建てられた古い建物の補修や補修にはポートランドセメントを使用すべきではありません。これらの建物が正しく機能するには、石灰の柔軟性、柔らかさ、通気性が必要です。^{[13] [14]}

米国およびその他の国では、新築および修繕の両方で、5 種類の標準モルタル (乾燥プレミックス製品として入手可能) が一般的に使用されています。モルタルの強度は、ASTM規格で指定されている各モルタルの混合比に基づいて変化します。これらのプレミックス モルタル製品は、M、S、N、O、K の 5 つの文字のいずれかで指定されます。タイプ M モルタルが最も強く、タイプ K モルタルが最も弱いです。混合比は常にモルタルの体積で表されます。 ${\displaystyle {\text{ポルトランドセメント : 石灰 : 砂}}}$

これらの活字は明らかに「 M a S o N w O r K 」という単語の文字を交互に取ったものである。 ^[15]

ポリマーセメントモルタル（PCM）は、従来のセメントモルタルのセメント水和物バインダーを部分的にポリマーに置き換えて作られた材料です。ポリマー混和剤には、ラテックスまたはエマルジョン、再分散性ポリマー粉末、水溶性ポリマー、液体熱硬化性樹脂、モノマーが含まれます。^[16]これらは添加剤として使用するとモルタルのコストが増加しますが、特性を向上させます。ポリマーモルタルは浸透性が低いため、従来のレンガ、ブロック、石の壁の修復に使用すると湿気の蓄積に悪影響を与える可能性があります。主にコンクリート構造物の修復用に設計されています。回収プラスチックをモルタルに使用する研究が進められており、普及しつつあります。^[17] PETを脱重合してモルタルを強化するポリマーバインダーとして使用する研究が活発に行われています。^{[18] [19] [20]}

窯で不純な石灰岩を使用して水と接触すると固まる水硬性石灰を形成すると、固まる速度を上げることができます。このような石灰は乾燥粉末として保管する必要があります。あるいは、焼成粘土やレンガの粉塵などのポゾラン物質をモルタル混合物に加えることもできます。ポゾラン物質を加えると、モルタルは水との反応によってかなり速く固まります。

もともと石灰モルタルを使用して建設された古い建物を修復するのにポートランド セメント モルタルを使用するのは問題があります。石灰モルタルはセメント モルタルよりも柔らかいため、レンガ造りは地盤の変化やその他の変化する状況に適応するためにある程度の柔軟性があります。セメント モルタルはより硬く、柔軟性はほとんどありません。このコントラストにより、1 つの壁に 2 つのモルタルが存在する場所でレンガ造りにひび割れが生じる可能性があります。

石灰モルタルは、湿気が自由に移動して表面から蒸発する点で通気性があると考えられています。時間の経過とともに壁がずれる古い建物では、ひび割れが生じて雨水が建物内に入り込むことがあります。石灰モルタルは、この湿気を蒸発によって逃がし、壁を乾燥した状態に保ちます。古い壁をセメントモルタルで塗り直すと、蒸発が止まり、セメントの裏側の湿気に関連する問題が発生する可能性があります。

ポゾランは細かい砂質の火山灰です。もともとはイタリアのベスビオ山近くのポッツオーリで発見され、その後他の場所でも採掘されました。ローマ人は、石灰モルタルにポゾランを加えると、石灰が比較的早く、水中であっても固まることを知りました。ローマの建築家ウィトルウィウスは、4種類のポゾランについて語っています。イタリアの火山地帯のいたるところで、黒、白、灰色、赤のさまざまな色で見つかります。それ以来、ポゾランは、水硬性セメントを作るために消石灰に加える珪質および/またはアルミナの添加剤の総称になりました。^[21]

細かく粉砕して石灰と混ぜると、ポルトランドセメントのような水硬性セメントとなり、水中でも固まる強力なモルタルができます。

ポゾランの製造に関係する材料が特定の地域で豊富に見つかるという事実は、中央ヨーロッパと南ヨーロッパの地域（ヨーロッパには多くの有名な火山があるため）などの特定の地域でポゾランがより一般的に使用されていることを示しています。そのため、ポゾランはローマ帝国によって建設されたさまざまな大規模な建造物と一般的に関連付けられてきました。

モルタルが硬化すると、現在の大気がモルタルに取り込まれ、分析用のサンプルが提供されます。さまざまな要因がサンプルに影響し、分析の誤差の範囲が広がります。^{[22] [23] [24] [25]} モルタルの放射性炭素年代測定は、方法が確立されて間もない1960年代に始まりました（Delibrias and Labeyrie 1964; Stuiver and Smith 1965; Folk and Valastro 1976）。最初のデータは、van Strydonck et al.（1983）、Heinemeier et al.（1997）、Ringbom and Remmer（1995）によって提供されました。方法論的側面は、様々なグループ（オーボアカデミー大学が率いる国際チーム、CIRCE、CIRCe、ETHZ、ポズナン、RICH、ミラノ・ビコッカ研究所のチーム）によってさらに発展しました。放射性炭素年代測定のためのさまざまな人為的炭素抽出方法を評価し、放射性炭素とOSLなどのさまざまな年代測定方法を比較するために、最初の相互比較研究（MODIS）が立ち上げられ、2017年に発表されました。^{[26] [27]}

ウィキメディア・コモンズには、モルタル (石工)に関連するメディアがあります。

• ポストテンションスラブのコンクリートの吹き抜け

• 技術データシート、モルタル産業協会、www.mortar.org.uk