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ヘンプクリートまたはヘンプライムは、麻の芯（シブ）と石灰[ 1 ]、砂、またはポゾランを混合したバイオ複合材料で、建築および断熱材として使用されます[ 2 ]。ヘンプクリート、カノビオテ、カノスモース、イソシャンブル、イソヘンプなどの名称で販売されています[ 3 ] 。ヘンプクリートは、従来の石灰混合物よりも扱いやすく、断熱材および水分調整材として機能します。コンクリートのような脆さがないため、伸縮継手は必要ありません[ 3 ]。
一般的に、ヘンプクリートは優れた断熱性と遮音性を備えていますが、機械的性能、特に圧縮強度は低いです。[ 4 ]プレハブブロックに使用される場合、ヘンプクリートはその寿命を通して炭素吸収源として機能します。 [ 5 ] [ 6 ]その結果、軽量で耐火性のある断熱材、仕上げ用プラスター、または非耐力壁となり、断熱性と蓄熱性を兼ね備え、環境にプラスの影響を与えるため、ほとんどの気候に理想的です。
麻を含むコンクリート建築材料の使用に関する記述がいくつかあり、例えばインドでは1727年に「パッカはレンガ粉、石灰、糖蜜、刈り取った麻の混合物であり、乾燥すると固い石やレンガと同じくらい硬く丈夫になる」と記されている。[ 7 ]
ヘンプクリートは、麻の植物の内部の木質芯（麻の茎）、石灰系結合剤、および水から作られています。[ 6 ]結合剤は、消石灰または天然水硬性石灰のいずれかです。[ 8 ]消石灰は純粋な石灰石から作られ、炭酸化プロセス中にCO2を吸収して硬化します。[ 8 ]時間的な制約がある場合、ヘンプクリートの硬化時間は通常の石灰よりも短いため（例えば、十分な強度を得るのに約2週間から1か月）、水硬性結合剤が通常の消石灰と組み合わせて使用されます。[ 8 ]
少量のセメント、ポゾラン系結合材、またはその両方を添加することで、凝結時間を短縮します。[ 6 ]このプロセス全体を通して、固く、軽く、耐久性のある製品へと発展する混合物が生成されます。[ 6 ]
ヘンプクリートは、1990年代初頭からフランスで、そして最近ではカナダでも、非耐力断熱充填壁の構築に使用されてきました。ヘンプクリートは基礎の構築に必要な強度を持たないため、代わりにフレームによって支えられます。[ 9 ] ヘンプクリートは、石や石灰でできた古い建物の改修にも使用されました。[ 10 ]フランスはヘンプクリートを熱心に使用し続けており、その人気は年々高まっています。[ 11 ]カナダは有機建築技術分野でフランスの方向性に倣い、ヘンプクリートはオンタリオ州とケベック州で成長している革新となっています。[ 12 ]
ヘンプクリートを施工するために現在使用されている主な工法は 2 つあります。1 つ目の工法は、型枠を使用して建設現場でヘンプクリートを直接流し込むか吹き付ける方法です。[ 8 ] 2 つ目の工法は、石積み工法と同様に、プロジェクト現場に搬入されたプレハブブロックを積み重ねる方法です。[ 8 ]ヘンプクリート技術が木造フレームの間に施工された後、美観と耐久性の向上のために乾式壁または石膏が追加されます。[ 8 ]ヘンプクリートは、屋根、壁、スラブ、レンダリング断熱など、建物のさまざまな用途に使用でき、それぞれにさまざまな構成要素の配合と投与量があります。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
一般的に、ヘンプクリートは機械的性能が低い。ヘンプクリートは比較的新しい材料であり、現在も研究が続けられている。骨材のサイズ、バインダーの種類、混合物内の比率、製造方法、成形方法、圧縮エネルギーなど、ヘンプクリートの機械的特性に影響を与える要因はいくつかある。[ 4 ]すべての研究でヘンプクリートの特性にばらつきがあることが示されており、多くの要因に敏感であることが分かっている。[ 4 ]
正規分布の下で、2つの異なる販売業者からの麻を使用した2つのサイズのヘンプクリート柱を分析することにより、ヘンプクリート特性の変動性と統計的有意性に焦点を当てた研究が行われた。変動係数（COV）は実験結果のばらつきを示し、ヘンプクリート特性間の変動性を理解する上で重要である。[ 4 ]ヤング率は、複数の実験にわたって常に高いCOVを示している。ヘンプクリートのヤング率は22.5 MPaである。[ 4 ]ヤング率と圧縮強度は相関関係にある2つの機械的特性である。[ 4 ]
圧縮強度は通常約 0.3 MPa です。[ 4 ]圧縮強度が低いため、ヘンプクリートは建設における耐荷重要素には使用できません。密度は乾燥速度に影響され、比表面積が大きいほど乾燥時間は短くなります。[ 4 ]密度を決定する際には、試験片のサイズと麻の茎を考慮する必要があります。[ 4 ]モデルでは、ヘンプクリートの密度は 415 kg/m 3で、平均変動係数 (COV) は 6.4% です。[ 4 ]
ヘンプクリートは低密度で動きによるひび割れに強く、地震の多い地域での使用に適しています。[ 17 ]ヘンプクリートの密度は従来のコンクリートの15%であるため、ヘンプクリートの壁は、建築物の垂直荷重を支える別の材料のフレームと組み合わせて使用する必要があります。 [ 18 ]英国での研究では、230 mm (9インチ)と300 mm (12インチ)の壁の性能向上はごくわずかであることが示されています。ヘンプクリートの壁は耐火性があり、湿気を通し、カビに強く、優れた遮音性能を備えています。[ 19 ] Limecrete, Ltd. (英国) は、英国/EU 規格で 1 時間の耐火等級を報告しています。[ 20 ]
ヘンプクリートのR値（熱伝達抵抗）は0.67/cm（1.7/in）から1.2/cm（3.0/in）の範囲であり、効率的な断熱材である（R値が高いほど断熱性が高い）。[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]ヘンプクリートの多孔度は体積比で71.1%から84.3%の範囲である。[ 24 ]ヘンプクリートの平均比熱容量は1000から1700 J/(kg⋅K)の範囲である。[ 24 ]ヘンプクリートの乾燥熱伝導率は0.05から0.138 W/(m⋅K)の範囲である。[ 24 ]熱拡散率が低い（麻コンクリートの熱伝導率 [ 1.48 × 10 −7 m 2 /s ] と熱拡散率 [286 J/(m 2 ⋅K⋅s −1/2 )] により、麻コンクリートの熱容量を活性化する能力が低下します。
麻コンクリートは、熱伝導率が 0.06 ～ 0.6 W m −1 K −1と低く、[ 25 ] [ 16 ] [ 26 ]全気孔率が 68 ～ 80% [ 25 ] [ 27 ]、密度が 200 kg /m 3～ 960 kg /m 3です。[ 16 ] [ 28 ]麻コンクリートは、水蒸気透過性が高く、全気孔率が開放気孔率に非常に近い気泡材料でもあり、大量の水を吸収することができます。[ 29 ]麻コンクリートの水蒸気拡散抵抗は 5 ～ 25 です。[ 25 ] [ 30 ]さらに、2 ～ 4.3 g/ (m 2 %RH) の範囲で、優れた水分調整剤と考えられています。[ 29 ] [ 31 ]生活環境の相対湿度が過剰な場合はそれを吸収し、不足している場合はそれを放出することができます。[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]これらの特性は、材料の組成、結合剤の種類、温度、湿度に依存します。高い熱能力と総合的な水分制御の結果である潜熱効果により、麻コンクリートは相変化材料特性を示します。[ 5 ]
麻には多くの種類があるため、多孔性も種類によって異なり、したがって断熱性能も異なります。[ 35 ]密度が低いほど、断熱材の特性である熱伝達係数も低くなります。 [ 35 ] 28日間乾燥させた3つの立方体ヘンプクリートサンプルについて、熱伝達特性を測定するための携帯型システムであるISOMET 2114を使用して熱伝達係数を測定しました。[ 35 ]ヘンプクリートの熱伝達係数は0.0652 W/(m⋅K)で、比重は296 kg/m 3です。[ 35 ]ヘンプクリートの混合は材料の特性に影響を与えるため、注意を払う必要があります。サイズがヘンプクリートの特性に及ぼす影響を判断するために、試験片のサイズとの相関関係でさらに試験を実施する必要があります。
米国では、建築に麻を使用するには許可が必要です。 [ 36 ]
ヘンプクリートはシリカ含有量が高く、他の植物製品よりも生物分解に対する耐性が高い。[ 37 ]
ヘンプクリート材料は、結合剤と麻の茎のサイズと品質によって作られ、混合物の比率によってその特性と性能が大きく左右されます。[ 6 ]ヘンプクリートの最も顕著な制限要因は、機械的性能が低いことです。[ 4 ]機械的性能が低いため、この材料は耐荷重構造には使用すべきではありません。
ヘンプクリートは強度で知られているわけではありませんが、高い透湿性を備えているため、室内環境の温度をより良く制御できます。[ 6 ]また、フレーム構造の充填材として使用したり、プレハブパネルの製造に使用したりすることもできます。[ 6 ]ヘンプクリート混合物の密度を変更すると、その用途にも影響します。高密度のヘンプクリート混合物は床や屋根の断熱に使用され、低密度の混合物は室内断熱や屋外の漆喰に使用されます。[ 6 ]
ヘンプクリートブロックの壁は、何も覆わずに積み上げることも、仕上げ用プラスターで覆うこともできます。[ 6 ]後者の場合、同じヘンプクリート混合物を使用しますが、配合比率が異なります。ヘンプクリートには植物由来の化合物が含まれているため、毛細管現象による水の上昇や流出を防ぐために、壁と地面の間に目地を設けて壁を構築する必要があります。ブロックは地面より高い位置に設置する必要があり、外壁は砂とプラスターで保護して、破片の腐敗を防ぐ必要があります。[ 6 ]
他の作物と同様に、麻は成長中に大気中のCO2を吸収するため、ヘンプクリートは炭素貯蔵材料とみなされています。 [ 6 ]ヘンプクリートブロックは、製造から使用終了まで、その全ライフサイクルを通じてCO2を継続的に貯蔵し、環境にプラスの効果をもたらします。[ 6 ]研究とX線粉末回折（XRPD）を用いたヘンプクリートブロックのライフサイクルアセスメント（LCA）により、ブロックは植物の成長中の光合成とブロックの使用段階における炭酸化によって大量の炭素を貯蔵することが分かりました。[ 6 ]
ヘンプクリートブロックのLCAでは、麻の茎と生産、バインダーの生産、製造会社への原材料の輸送、ヘンプクリートブロックの生産プロセス、建設現場へのヘンプクリートブロックの輸送、壁の建設、使用段階の7つの単位プロセスを考慮しています。[ 6 ]各プロセスの影響評価は、次の影響カテゴリーを使用して分析されました。非生物的枯渇（ADP）、化石燃料の枯渇（ADP Fossil）、100年間の地球温暖化（GWP）、オゾン層破壊（ODP）、酸性化（AP）、富栄養化（EP）、光化学オゾン生成（POCP）。[ 6 ]
バインダーの製造が最大の環境影響をもたらし、輸送段階がそれに次ぐ。[ 6 ]バインダーの製造では、石灰の焼成とクリンカーの製造段階で排出物が最も顕著である。[ 6 ]輸送段階と麻の茎の製造中に大量のディーゼル燃料が消費され、累積エネルギー需要の大部分を占め、窯で行われる石灰の焼成とともに、化石燃料排出の主な発生源となっている。 [ 6 ]非生物資源の枯渇は、主にバインダーの製造中に使用される電力によるものであり、ブロック製造プロセス中にもごくわずかではあるが使用されている。[ 6 ] 麻コンクリート混合物の水分含有量に注目することが重要である。水分が多すぎると乾燥が遅くなり、石灰の炭酸化を妨げるなど悪影響を及ぼす可能性があるからである。[ 35 ]
ヘンプクリートの環境負荷の主な原因は、バインダーの製造にあります。報告によると、バインダー製造からの初期排出量の 18.5% ～ 38.4% は炭酸化プロセスによって回収できると推定されています。[ 8 ]ブロック内の炭酸塩の具体的な量は、ブロックの経過年数とともに実際に増加します。[ 6 ]麻の成長中、植物はCO2を吸収し、バインダーは混合プロセス後に CO2 を吸収し始め、壁は CO2 を吸収して炭素吸収源として機能し、温室効果ガスの排出を相殺します。[ 6 ]ヘンプクリートブロックは、その寿命を通じて炭素を貯蔵し続け、粉砕して断熱材の充填材として再利用できます。[ 6 ]ヘンプクリートの正味ライフサイクル CO2 排出量における CO2 の捕捉量は、-1.6 ～ -79 kg CO2 e /m2と推定されています。[ 8 ]バインダーの質量を増加させて混合物の密度を高めると、炭酸化による推定炭素吸収総量が増加するという相関関係がある。[ 8 ]
麻の栽培、維持管理作業、および使用済み製品の処理に伴う間接的な土地利用の変化から生じる影響を調査して、麻コンクリートブロックのゆりかごから墓場までの環境影響プロファイルを完全に作成する必要があります。麻コンクリートブロックが環境に及ぼす負の環境影響に対抗するために、輸送距離をできるだけ短縮する必要があります。麻コンクリートは通常、耐荷重性がないため、混合物からセメントを完全に除去できるような比率を検討する必要があります。[ 6 ]
ヘンプクリートは比較的新しい天然建築材料で、近年ヨーロッパ諸国でその使用が増加しており、米国でも注目を集めている。ヘンプ建築財団は、2022年2月に国際住宅基準（IRC）に書類を提出し、この材料を国内建築材料として認定してもらい、建設業界がこの材料についてよりよく理解できるようにした。[ 38 ]
ヘンプクリートは、麻の茎、骨材、水、そして結合剤を用いて作られる建築材料で、非耐力壁、断熱材、仕上げ用プラスター、ブロックなどとして使用されます。この材料は機械的特性と熱伝導率が低いため、断熱材として理想的です。ヘンプクリートブロックは二酸化炭素排出量が少なく、実質的に炭素吸収源となります。ヘンプクリートの普及には、包括的な基準や仕様の策定が必要ですが、環境に悪影響を与える既存の非耐力建築材料に取って代わる可能性を秘めています。
この記事には、CC BY 4.0ライセンスの下で利用可能な S. Bourbia1、H. Kazeoui、R. Belarbi によるテキストが含まれています。