モルタル（石積み）

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、重量を均等に分散させ、時には石積みの壁に装飾的な色や模様を加えるために硬化する、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、レンガの間に使用されるピッチ、アスファルト、軟質粘土、およびセメントモルタルが含まれます。「モルタル」という言葉は、古フランス語のmortier 、「建築用モルタル、石膏、混合用のボウル」に由来します（13世紀）。^{[ 1 ]}

セメントモルタルは硬化すると硬くなり、強固な骨材構造になります。しかし、モルタルは建築ブロックよりも弱い構成要素として機能し、モルタルは建築ブロックよりも修理が容易で安価であるため、石積みの犠牲要素として機能します。レンガ職人は通常、砂、結合剤、水の混合物を使用してモルタルを作ります。20 世紀初頭から最も一般的な結合剤はポルトランドセメントですが、古代の結合剤である石灰(石灰モルタルを製造) 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、および石膏の形での石膏は、特に歴史的建造物や構造物の修理と目地補修に使用され、修理材料が元の材料と性能と外観が類似するようにします。セメントモルタルと添加剤にはいくつかの種類があります。

最初のモルタルは泥と粘土で作られており、^{[ 2 ]}紀元前1万年のエリコの建造物や、紀元前8千年紀のガンジ・ダレの建造物で実証されている。^{[ 2 ]}

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

石膏モルタル（パリ石膏とも呼ばれる）は、多くの古代建造物の建設に使用されました。これは石膏から作られ、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製造が容易で、硬化もはるかに速いため、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てい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から複数の種類のセメントが確認されており、紀元前2600年以前に遡るモヘンジョダロの都市遺跡などでは石膏が発見されている。

「淡灰色で、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、排水溝、および「重要そうな建物」の外装の建設に使用されました。アスファルトモルタルも、モヘンジョダロの大浴場を含め、より低い頻度で使用されました。 ^{[ 5 ] [ 6 ]}

古代エジプトのピラミッドは、古王国時代（紀元前2600年～2500年頃）に建設され、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結合されていました。^{[ 7 ]}後期のエジプトのピラミッドでは、モルタルは石膏または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、非常に柔らかいものでした。

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

歴史的に見ると、コンクリートとモルタルを使った建築は、次にギリシャで現れた。メガラの地下水道の発掘調査により、貯水槽が厚さ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った 。この水道は紀元前500年頃に遡る。^{[ 9 ]}ポゾランモルタルは石灰を主成分とするモルタルだが、火山灰を添加することで水中で硬化させることができるため、水硬性セメントとして知られている。ギリシャ人は火山灰をギリシャのティラ島とニシロス島、あるいは当時イタリアのナポリ近郊にあったギリシャの植民地ディカアルキア（ポッツォーリ）から入手した。ローマ人は後に、ポゾランモルタルやセメントとして知られるものの使用方法と製造方法を改良した。^{[ 8 ]}さらに後になって、ローマ人は砕いたテラコッタを使用し、酸化アルミニウムと二酸化ケイ素を混合物に加えたポゾランを含まないモルタルを使用した。このモルタルはポゾランモルタルほど強くはありませんでしたが、密度が高かったため、水の浸透に対する抵抗力が優れていました。^{[ 10 ]}

古代中国では水硬性モルタルは入手できなかったが、これは火山灰が不足していたためと考えられる。紀元500年頃、もち米スープに消石灰を混ぜて無機有機複合もち米モルタルを作り、これは石灰モルタルよりも強度と耐水性に優れていた。^{[ 11 ] [ 12 ]}

ギリシャ人とローマ人によって完成され、広く用いられていた水硬性モルタルとセメントの製造技術が、なぜその後約2000年間も失われてしまったのかは、理解しがたい。中世、ゴシック大聖堂が建設されていた時代には、モルタルの唯一の有効成分は石灰であった。硬化した石灰モルタルは水に触れると劣化するため、多くの建造物が何世紀にもわたって風雨による被害を受けてきた。

普通ポルトランドセメントモルタル（一般的にOPCモルタルまたは単にセメントモルタルとして知られる）は、粉末状の普通ポルトランドセメント、細骨材、水を混合することによって作られます。

ポルトランドセメントは、より強度のあるモルタルの開発を目指した努力の結果として、1824年10月21日にジョセフ・アスプディンによって特許取得されました（英国特許番号5022）。19世紀後半に普及し、1930年までには建築材料として石灰モルタルよりも人気が高まりました。ポルトランドセメントの利点は、硬化が速く、施工速度が速いこと、そして石灰モルタルよりも熟練労働者の必要人数が少ないことです。

しかし、一般的には、石灰モルタルで建てられた古い建物の補修や目地補修にはポルトランドセメントを使用すべきではない。古い建物は、正しく機能するためには石灰の柔軟性、柔らかさ、通気性を必要とするからである。^{[ 13 ] [ 14 ]}

米国およびその他の国では、新築工事と補修工事の両方で、一般的に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）が使用されています。モルタルの強度は、ASTM規格で規定されている各モルタルの配合比によって変化します。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が最も弱いモルタルです。配合比は常に体積で表されます。${\displaystyle {\text{ポルトランドセメント}$ : 石灰 : 砂}}} 。

「どうやら」これらの文字は「M a S o N w O r K」という単語の交互の文字から取られているようです。 ^{[ 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結合剤の一部をポリマーで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、モノマーなどがあります。^{[ 16 ]}添加剤として使用するとモルタルのコストは増加しますが、特性が向上します。ポリマーモルタルは透水性が低いため、従来のレンガ、ブロック、または石の壁の補修に使用すると水分の蓄積に悪影響を及ぼす可能性があります。主にコンクリート構造物の補修用に設計されています。モルタルへの再生プラスチックの使用は研究されており、普及が進んでいます。^{[ 17 ]}モルタルを強化するためのポリマー結合剤としてPETを解重合することも積極的に研究されています。^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

窯で不純な石灰石を使用することで、水と接触すると硬化する水硬性石灰を生成し、硬化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、焼成粘土やレンガ粉などのポゾラン材料をモルタル混合物に加えることもできます。ポゾラン材料を加えると、水との反応によりモルタルが比較的速やかに硬化します。

石灰モルタルで建てられた古い建物を、ポルトランドセメントモルタルで補修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、レンガ積みが地盤の変動やその他の変化する状況にある程度柔軟に対応できます。一方、セメントモルタルは硬く、柔軟性はほとんどありません。この違いにより、同じ壁に2種類のモルタルが使われている箇所でレンガ積みにひび割れが生じる可能性があります。

石灰モルタルは通気性があるとされ、水分が自由に透過して表面から蒸発します。古い建物では、時間の経過とともに壁が変形し、ひび割れが生じて雨水が内部に浸入することがあります。石灰モルタルは、この水分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補修したり、塗り直したりすると、水分の蒸発が止まり、セメントの裏側に水分が溜まるなどの問題が発生する可能性があります。

ポゾランは、細かい砂状の火山灰です。もともとはイタリアのヴェスヴィオ山近くのポッツォーリで発見され、採掘されましたが、その後他の場所でも採掘されるようになりました。ローマ人は、石灰モルタルにポゾランを加えると、水中でも比較的早く石灰が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述べています。ポゾランは、イタリアのすべての火山地帯で、黒、白、灰色、赤などさまざまな色で見つかります。ポゾランはその後、消石灰に添加して水硬性セメントを作るためのケイ酸質および/またはアルミナ質の添加剤の総称となりました。^{[ 21 ]}

細かく粉砕して石灰と混ぜ合わせると、ポルトランドセメントのような水硬性セメントとなり、水中でも固まる丈夫なモルタルを作ることができる。

ポゾランの製造に必要な材料が特定の地域に豊富に存在するという事実から、その地域ではポゾランの使用がより一般的になっている。中央ヨーロッパや南ヨーロッパの一部地域はその好例である（特にヨーロッパには多くの有名な火山が存在するため）。そのため、ポゾランはローマ帝国によって建設された様々な大規模建造物と密接に関連付けられてきた。

モルタルが硬化すると、現在の雰囲気はモルタルの中に閉じ込められ、分析用のサンプルとなる。さまざまな要因がサンプルに影響を与え、分析の誤差範囲を広げる。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} モルタルの放射性炭素年代測定は、この方法が確立された直後の1960年代に始まった（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)によって提供された。方法論的側面は、さまざまなグループ（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）が設定され、2017年に発表されました。^{[ 26 ] [ 27 ]}

• ポストテンションスラブにおけるコンクリートの吹き出し
• 技術データシート、モルタル産業協会、www.mortar.org.uk