プレキャストコンクリート

プレキャストコンクリートは、再利用可能な型枠または「型」にコンクリートを流し込み、制御された環境で硬化させてから建設現場に運んで所定の位置に据え付けることによって製造される建設製品です。例としては、プレキャスト梁、壁パネル、床、屋根、杭などがあります。対照的に、現場打ちコンクリートは、現場固有の型枠に流し込まれ、現場で硬化されます。^[1]

最近では、軽量の発泡ポリスチレンフォームがプレキャスト壁パネルの芯材として使用され、重量が軽減され、断熱性が向上しています。

プレキャスト石は、混合物に使用される骨材がより細かい点でプレキャストコンクリートと区別されるため、結果は天然製品に近くなります。

プレキャストコンクリートは、高速道路、橋梁、高層ビルの建設から駐車場、小中学校、倉庫、複合施設、産業ビルの建設まで、屋内と屋外の両方の用途に使用されています。管理された環境（通常、プレキャスト工場と呼ばれる）でプレキャストコンクリートを製造することにより、プレキャストコンクリートは適切に硬化し、工場の従業員によって厳密に監視される機会が与えられます。プレキャストコンクリートシステムを使用すると、現場での鋳造に比べて多くの潜在的な利点があります。プレキャストコンクリートの製造は地上レベルで実行できるため、鋳造の安全性が最大限に高まります。建設現場と比較して、プレキャスト工場では材料の品質と仕上がりをより厳密に管理できます。プレキャスト工場で使用される型枠は、交換が必要になるまで数百から数千回再利用できるため、型枠の単位あたりのコストの点で現場での鋳造よりも安価になることがよくあります。^[2]

建築用途のプレキャスト コンクリート成形システムは、サイズ、機能、コストが異なります。プレキャスト建築パネルは、建物のファサード全体または一部を覆ったり、造園、防音、セキュリティ用の自立壁を建てたりするためにも使用されます。適切な場合には、プレキャスト製品 (橋梁、高速道路、駐車場構造デッキの梁など) をプレストレスト構造要素にすることができます。雨水排水、水道管、下水道管、トンネルにもプレキャスト コンクリート ユニットが使用されています。

プレキャストコンクリートの型枠は、木材、鋼鉄、プラスチック、ゴム、グラスファイバー、その他の合成材料で作られ、それぞれ独特の仕上がりになっています。^[3] さらに、4種類のプレキャスト壁パネル（サンドイッチ、漆喰サンドイッチ、内層、クラッディングパネル）の表面仕上げは多数用意されており、水平板や切石の外観を作り出すものも含まれています。コンクリートミックスに色を加えることもできますし、骨材の割合やサイズも完成したコンクリート表面の外観や質感に影響を与えます。

古代ローマの建築家はコンクリートを使用し、すぐにその材料を型に流し込んで、水道、暗渠、トンネルの複雑なネットワークを建設しました。プレキャスト技術の現代における用途には、個々の部品や建物システム全体を含む、さまざまな建築および構造用途が含まれます。

近代の世界では、プレキャストパネルの建物は1905年にイギリスのリバプールで初めて導入されました。 ^{[4]この工法は都市技術者の}ジョン・アレクサンダー・ブロディによって発明されました。リバプールのウォルトンの路面電車の厩舎は1906年に続きました。このアイデアはイギリスでは広く採用されませんでしたが、世界中で採用され、特に中央ヨーロッパと東ヨーロッパ^[5]やスカンジナビアのミリオンプログラムで採用されました。

米国では、プレキャストコンクリートは 2 つのサブ産業に分かれており、それぞれが主要な協会によって代表されています。プレキャストコンクリート構造産業は、主にプレキャスト/プレストレストコンクリート協会 (PCI) によって代表され、プレストレストコンクリート要素と、建物、駐車場構造物、橋梁などの地上構造物に使用されるその他のプレキャストコンクリート要素に重点を置いています。一方、プレキャストコンクリート製品産業は、ユーティリティ、地下、その他の非プレストレスト製品を生産しており、主に全米プレキャストコンクリート協会 (NPCA) によって代表されています。

オーストラリアでは、ニューサウスウェールズ州政府鉄道が駅舎や類似の建物にプレキャストコンクリート構造を多用した。1917年から1932年の間に、145のプレキャストコンクリート建物が建設された。^[6]

外装パネルや構造要素だけでなく、建物全体をプレキャスト コンクリートで組み立てることもできます。プレキャスト組み立てにより、最小限の労力で商業店舗やオフィスを迅速に完成させることができます。たとえば、ノース ダコタ州ウィリストンのジム ブリッジャー ビルはミネソタ州でプレキャストされ、空調、電気、水道、光ファイバー設備が建物パネルにあらかじめ設置されています。パネルは 800 マイル以上離れたバッケン油田まで輸送され、商業ビルは 3 人の作業員によって最小限の時間で組み立てられました。このビルには 40,000 平方フィートを超える店舗とオフィスが入っています。実質的に、建物全体がミネソタ州で製造されました。

コンクリートを鉄筋で補強すると、強度と耐久性が向上します。コンクリートはそれ自体では圧縮強度は優れていますが、引張強度とせん断強度が不足しており、長期間にわたって荷重を受けるとひび割れが生じる可能性があります。鉄筋は、コンクリートの不足を補う高い引張強度とせん断強度を備えています。鉄筋は変化する環境においてコンクリートと同様に動作するため、コンクリートとともに収縮したり膨張したりしてひび割れを防ぎます。

鉄筋は最も一般的なコンクリート補強材です。通常は鋼鉄で作られ、硬化時にコンクリートと結合するようにリブが付けられて製造されます。鉄筋は曲げたり組み立てたりできるため、あらゆるコンクリート構造物の形状を支えるのに十分な汎用性があります。最も一般的な鉄筋材料は炭素鋼です。ただし、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、エポキシコーティングは腐食を防ぐことができます。^[7]

以下はプレキャスト/プレストレストコンクリートを使用した数多くの製品の一例です。これは完全なリストではありませんが、プレキャスト/プレストレスト製品の大部分は通常、1つまたは複数の

プレキャストコンクリート製品は、最も過酷な気象条件にも耐え、何十年もの継続的な使用にも耐えられるため、農業で幅広く使用されています。これらには、バンカーサイロ、牛の飼料槽、牛用グリッド、農業用フェンス、H 型バンク、J 型バンク、家畜用スラット、家畜用給水桶、飼料槽、コンクリートパネル、スラリーチャネルなどが含まれます。プレストレストコンクリートパネルは、英国で、農業用建物、穀物倉庫、サイレージクランプ、スラリー倉庫、家畜用壁、一般的な擁壁など、さまざまな用途に広く使用されています。パネルは水平に使用でき、RSJ ( I ビーム) のウェビングの内側またはその前に配置できます。または、パネルをコンクリート基礎に鋳造し、片持ち擁壁として使用することもできます。

プレキャストコンクリートの建築部品と敷地のアメニティは、建築的には暖炉のマントルピース、外装材、装飾品、付属品、カーテンウォールとして使用されます。プレキャストコンクリートの構造用途には、基礎、梁、床、壁、その他の構造部品が含まれます。各構造部品は、その寿命中に部材が受ける引張荷重と圧縮荷重の両方に耐えられるように設計およびテストされることが重要です。発泡ポリスチレンコアは現在、構造用途のプレキャストコンクリートパネルに使用されており、軽量化と断熱材としての役割を担っています。

多階建て駐車場は、一般的にプレキャストコンクリートを使用して建設されます。建設には、多階構造壁パネル、内部および外部の柱、構造床、桁、壁パネル、階段、スラブなどのプレキャスト駐車場部品の組み立てが含まれます。これらの部品は大型になる可能性があり、たとえば、ダブルティー構造床モジュールは、プレキャストコンクリート吊り上げアンカーシステムの助けを借りて持ち上げる必要があります。^[8]

プレキャストコンクリートは、幅広い工学的土留めシステムに使用されています。製品には、商業用および住宅用の擁壁、防波堤、機械的に安定化された土パネル、およびその他のモジュール式ブロックシステムが含まれます。^[9]

衛生・雨水管理製品は、地下に設置するように設計された構造物で、衛生・雨水の流出水からの汚染物質の処理と除去を目的として特別に設計されています。これらのプレキャストコンクリート製品には、雨水貯留槽、集水槽、マンホールなどがあります。^[10]

通信、電気、ガス、蒸気システムの場合、プレキャスト コンクリートのユーティリティ構造は、ユーティリティ配給の重要な接続と制御を保護します。プレキャスト コンクリートは無毒で、環境的に安全です。製品には、ハンド ホール、中空コア製品、照明柱ベース、メーター ボックス、パネル ボールト、プル ボックス、通信構造、変圧器パッド、変圧器ボールト、トレンチ、ユーティリティ ビルディング、ユーティリティ ボールト、ユーティリティ ポール、制御環境ボールト (CEV)、およびその他のユーティリティ構造が含まれます。

プレキャスト水および廃水製品は、水、油、またはその他の液体を保持または収容し、さらに処理して非汚染液体および土壌製品にします。製品には、曝気システム、配水箱、投与タンク、ドライウェル、グリース遮断器、浸出ピット、砂油/油水遮断器、浄化槽、水/下水貯蔵タンク、ウェットウェル、防火水槽、およびその他の水および廃水製品が含まれます。

プレキャストコンクリート輸送製品は、道路、空港、鉄道輸送システムの建設、安全、および現場保護に使用されます。製品には、ボックスカルバート、3面カルバート、橋梁システム、鉄道踏切、枕木、防音壁/バリア、ジャージーバリア、トンネルセグメント、コンクリートバリア、TVCB、中央分離帯バリア、ボラード、およびその他の輸送製品が含まれます。プレキャストコンクリートは、地下道、地上踏切、歩行者用地下鉄の建設にも使用できます。プレキャストコンクリートは、一部のゴムタイヤ式地下鉄の転車台にも使用されます。

モジュラー舗装は、さまざまな色、形、サイズ、質感で利用できます。これらの多用途のプレキャストコンクリート片は、レンガ、石、木材を模倣するように設計できます。

地下の金庫室や霊廟には、長期間にわたって自然の力に耐えられる防水構造が必要です。

短期的か長期的かを問わず、危険物質の保管はますます重要な環境問題となっており、物質を密封するだけでなく、自然災害やテロ攻撃に耐えられるほどの強度を備えた容器が求められています。

防波堤、浮き桟橋、水中インフラ、デッキ、手すり、その他多くのアメニティは、ウォーターフロント沿いのプレキャストの用途の一部です。重量を考慮して設計されたプレキャスト製品は、ほとんどの材料よりも水の浮力に非常によく対抗します。

プレストレストとは、製造や建設中に構造部材に応力を導入して、強度と性能を向上させる技術です。この技術は、コンクリート梁、柱、スパンドレル、シングルおよびダブルT字形、壁パネル、セグメントブリッジユニット、バルブティー桁、Iビーム桁などによく使用されます。多くのプロジェクトでは、生産と生涯メンテナンスを考慮すると、プレストレストコンクリートが総コストが最も低いことがわかりました。^{[9] [11]}

プレキャスト コンクリートの二重壁パネルは、ヨーロッパで数十年にわたって使用されています。元の二重壁設計は、内部の空洞で区切られた 2層の鉄筋コンクリートで構成され、埋め込まれた鋼鉄トラスで固定されていました。エネルギー使用に関する最近の懸念により、鋼鉄トラスを使用すると「熱橋」が形成され、熱性能が低下することが認識されています。また、鋼鉄はコンクリートと同じ熱膨張係数を持たないため、壁が加熱および冷却されると、コンクリートに埋め込まれていない鋼鉄は熱応力を生じ、ひび割れや剥離を引き起こす可能性があります。

断熱性能を向上させるために、空隙に断熱材が追加され、今日では多くの用途で、鉄骨トラスが複合材（グラスファイバー、プラスチックなど）接続システムに置き換えられています。この目的のために特別に開発されたこれらのシステムは、熱膨張差の問題も解消します。^[要出典]断熱材が壁セクション全体で連続している場合、つまり、パネルの端まで完全に断熱材が熱的に分離されている場合、最高の断熱性能が得られます。連続断熱材と最新の複合材接続システムを使用すると、最大 R-28.2 の R 値を実現できます。

商業用途のサンドイッチ壁パネルの全体の厚さは通常 8 インチですが、そのデザインは用途に合わせてカスタマイズされることがよくあります。一般的な 8 インチの壁パネルでは、コンクリートのワイスはそれぞれ 2-3/8 インチの厚さで、3-1/4 インチの高R 値断熱フォームを挟んでいます。コンクリートの内側と外側のワイスは、必要な構造的完全性を提供できる何らかの接続システムで (断熱材を介して) 一緒に保持されています。サンドイッチ壁パネルは、製造システム、持ち上げや取り扱いのストレス、および出荷の制約によって決まる実際的な制限内で、必要な長さと幅に製造できます。9 フィートのクリア ハイトのパネルが一般的ですが、12 フィートまでの高さのパネルもあります。

プレキャストコンクリートサンドイッチ壁パネルの製造工程では、両面に仕上げ面をつけて製造することができます。このような仕上げは非常に滑らかで、表面は塗装、着色、または自然のままにすることができます。内部表面の場合、仕上げは乾式壁と同等の滑らかさで、従来の乾式壁構造で一般的であるのと同じ下塗りおよび塗装手順を使用して仕上げることができます。必要に応じて、コンクリート自体に色やテクスチャを付ける建築仕上げを施すことができます。色やテクスチャは、再利用可能なフォームライナーを使用してレンガ、石、木、またはその他のパタ​​ーンの外観を提供できます。または、最も洗練された用途では、実際のレンガ、石、ガラス、またはその他の材料をコンクリート表面に鋳造することができます。^[要出典]

窓やドアの開口部は、製造工程の一環として、製造工場で壁に鋳造されます。多くの用途では、電気や通信の導管やボックスが、指定された場所でパネルに直接鋳造されます。用途によっては、現場での建設時間を短縮するために、ユーティリティ、配管、さらには暖房コンポーネントがパネルに鋳造されています。大工、電気技師、配管工は、壁パネルのいくつかの独特な側面に慣れる際に、多少の調整を行う必要があります。しかし、彼らは、ほとんどの職務を慣れた方法で遂行します。

プレキャスト コンクリート サンドイッチ ウォール パネルは、学校、オフィス ビル、アパート、タウンハウス、マンション、ホテル、モーテル、寮、一戸建て住宅など、ほぼすべてのタイプの建物で使用されています。通常は建物の囲いまたは「エンベロープ」の一部と見なされますが、建物の構造システムの一部としても機能するように設計できるため、建物の周囲に梁や柱を設置する必要がありません。エネルギー効率と美観の多様性に加えて、優れた騒音減衰、優れた耐久性 (腐敗やカビなどに対する耐性)、迅速な建設も提供します。

サンドイッチパネルは断熱性に優れているだけでなく、完成までに要する作業工程も少なくて済みます。例えば、現場で断熱材を敷き、コンクリートを充填しなければならない二重壁に比べると、サンドイッチパネルは労力と足場がはるかに少なくて済みます。^[12]

プレキャストコンクリート産業は、主に政府主導のインフラ開発プロジェクトによって占められています。しかし、これらはさまざまな好ましい特性があるため、住宅（低層および高層）や商業施設の建設にも広く使用されています。これらの製品の効率性、耐久性、使いやすさ、費用対効果、および持続可能な特性^[13]は、あらゆる構造物の建設に費やされる時間に革命的な変化をもたらしました。建設業界は膨大なエネルギーを消費する業界であり、プレキャストコンクリート製品は他の製品よりもエネルギー効率が高く、今後もその傾向が続くでしょう。これらの製品が提供する幅広いデザイン、色、および構造オプションも、消費者にとって好ましい選択肢となっています。

米国の多くの州および連邦の交通プロジェクトでは、プレキャストコンクリートのサプライヤーが建築プレキャスト協会、全米プレキャストコンクリート協会、またはプレキャスト・プレストレスト・コンクリート協会のいずれかによる認定を受けることが義務付けられています。

• ウィキメディア・コモンズのプレキャストコンクリート関連メディア
• 1,000 ドルで買える快適な家、ポピュラーサイエンス月刊誌、1919 年 2 月、39 ページ、Google ブックスでスキャン: ポピュラーサイエンス