ローマのコンクリート

ローマン コンクリート (オプス カエメンティキウムとも呼ばれる) は、古代ローマの建築に使用されていました。現代のコンクリートと同様に、ローマン コンクリートは骨材に水硬性セメントを加えたものです。

橋、貯水池、水道橋など、現在も残っている多くの建物や構造物は、この材料で建てられており、その汎用性と耐久性の両方を証明しています。ポゾラン灰が入手可能な場合（特にナポリ湾）には、この材料を混ぜることで強度が強化されることもありました。灰を加えることで、ひび割れが広がるのを防ぐことができました。最近の研究では、異なる種類の石灰の混合物を混ぜて、凝灰岩の「クラスト」を形成することで、コンクリートがひび割れを自己修復できることがわかっています。^[1]

ローマのコンクリートは紀元前150年頃から広く使用されていましたが、^[2]一部の学者は、それより1世紀前に開発されたと考えています。^[3]

コンクリートは表面仕上げやその他の支持材と組み合わせて使用​​されることが多く、^[4]内部はスタッコ、フレスコ画、または着色大理石でさらに装飾されました。コンクリート革命と呼ばれる材料のさらなる革新的な開発により、構造的に複雑な形状が生まれました。その最も顕著な例は、世界最大かつ最古の無補強コンクリートドームであるパンテオンドームです。 ^[5]

ローマのコンクリートは現代のコンクリートとは異なり、骨材には通常より大きな成分が含まれているため、流し込むのではなく敷き詰められました。^[6]ローマのコンクリートは、他の水硬性コンクリートと同様に、通常は水中で固まるため、橋やその他の水辺の建設に役立ちました。

ウィトルウィウスは紀元前25年頃に著書『建築十書』の中で、石灰モルタルの調製に適した材料の種類を区別している。構造用モルタルには、ポッツオーリの火山砂であるポゾラン（ラテン語でpulvis puteolanus ）を推奨している。ポゾランはナポリ周辺のその地域では茶色がかった黄灰色、ローマの近くでは赤褐色である。ウィトルウィウスは、建築用モルタルには石灰1に対してポゾラン3の比率、水中作業には1：2の比率を指定している。^{[10] [11]}

ローマ人が初めて水硬性コンクリートを沿岸の水中構造物に使用したのは、おそらく紀元前2世紀末以前のバイア周辺の港湾であった。 ^[12]カエサレア港は、ローマの水中コンクリート技術が大規模に使用された例であり（紀元前22-15年）、^{[10]そのために}プテオリから大量のポゾランが輸入された。^[13]

ローマの大部分を破壊した西暦64年の火災後の再建のため、ネロは新しい建築基準法でレンガ張りのコンクリートを主に要求した。^[要出典]これにより、レンガとコンクリート産業の発展が促進されたと思われる。^[10]

ローマのコンクリートは、他のコンクリートと同様に、骨材と水硬性モルタル（水と混ぜて時間の経過とともに硬化する結合剤）で構成されています。骨材の成分は多様で、以前に破壊された建物の残骸から採取された岩片、セラミックタイル、石灰岩、レンガの瓦礫などが含まれていました。ローマでは、骨材として入手しやすい凝灰岩がよく使用されていました。^[14]

結合剤としては石膏と生石灰が使われた。^[2]ポゾランまたは「ピットサンド」と呼ばれる火山灰は、入手できる場所では好まれていた。ポゾランは、現代のコンクリートよりも塩水に対する耐性が強いコンクリートを作る。^{[15]ポゾランモルタルは、}アルミナとシリカの含有量が多い。

2023年の研究では、これまで凝集技術の悪さの兆候と考えられていた石灰岩が、亀裂に浸透した水と反応することが判明した。これにより反応性カルシウムが生成され、新しい炭酸カルシウム結晶が形成されて亀裂が再び塞がれる。^[16]これらの石灰岩は脆い構造をしており、従来の消石灰ではなく生石灰を使った「ホットミキシング」技術で作られた可能性が高いため、亀裂が優先的に石灰岩を通過し、自己修復メカニズムに重要な役割を果たしている可能性がある。^[1]

コンクリート、特にその凝集力を担う水硬性モルタルは、ペースト状態でのレオロジー的可塑性に大きく依存する構造用セラミックの一種でした。水硬性セメントの凝結と硬化は、材料の水和と、それに続くこれらの水和生成物の化学的および物理的相互作用によって生じます。これは、ローマ以前の世界で最も一般的だったセメントである消石灰モルタルの凝結とは異なります。ローマのコンクリートは、凝結すると、引張応力に対してある程度の耐性は保持していましたが、可塑性はほとんど示しませんでした。

ポゾランセメントの硬化は、現代のポルトランドセメントの硬化と多くの共通点があります。ローマのポゾランセメントの高シリカ組成は、高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカフュームが添加された現代のセメントの組成に非常に近いです。

ローマの「海洋」コンクリートの強度と耐久性は、海水と火山灰と生石灰の混合物が反応してトバモライトと呼ばれる希少な結晶を生成したことによるものと理解されている。この結晶は破壊に耐える可能性がある。ローマのコンクリートの小さな亀裂に海水が浸透すると、火山岩に自然に含まれるフィリプサイトと反応して、アルミニウムを含んだトバモライト結晶が生成された。その結果、「人類史上最も耐久性のある建築材料」の候補となった。対照的に、海水にさらされた現代のコンクリートは数十年で劣化する。^{[17] [18] [19]}

カエキリア・メテッラの墓にあるローマ時代のコンクリートは、カリウム含有量が高い別の変種であり、「界面領域を強化し、機械的性能の向上に寄与する可能性がある」変化を引き起こした。^[20]

イタリア半島のように地震が発生しやすい環境では、壁やドーム内の中断や内部構造によってコンクリートの塊に不連続性が生まれます。そのため、地盤が動くと建物の一部がわずかにずれて応力を吸収し、構造全体の強度を高めます。レンガやコンクリートが柔軟だったのは、まさにこのためです。多くの建物がさまざまな原因で深刻なひび割れを起こしたにもかかわらず、今日まで建ち続けているのは、まさにこの理由によるのかもしれません。^{[21] [10]}

コンクリートの強度と安定性を向上させるために使用された別の技術は、ドームの段階的構造であった。パンテオンはその一例であり、上部ドーム領域の骨材は軽い凝灰岩と軽石の交互の層で構成されており、コンクリートの密度は1立方メートルあたり1,350キログラム（84ポンド/立方フィート）となっている。この構造物の基礎には、骨材としてトラバーチンが使用されており、これは1立方メートルあたり2,200キログラム（140ポンド/立方フィート）とはるかに高い密度である。^{[22] [10]}

2010年以来のローマのコンクリートの科学的研究は、メディアと業界の両方の注目を集めています。^[23]並外れた耐久性、長寿命、環境負荷の低減のため、企業や自治体は北米でローマ風コンクリートの使用を検討し始めています。これには、火山灰を同様の特性を持つ石炭フライアッシュに置き換えることが含まれます。支持者によると、フライアッシュを使用したコンクリートは、セメントの量が少ないため、最大60％コストを削減できます。また、調理温度が低く、寿命がはるかに長いため、環境負荷も低減します。^[24]過酷な海洋環境にさらされたローマのコンクリートの使用可能な例は、ほとんどまたはまったく摩耗していない2000年前のものであることがわかりました。^[25] 2013年、カリフォルニア大学バークレー校は、超安定性のカルシウムアルミニウムケイ酸塩水和物化合物が材料を結合するメカニズムを初めて説明した記事を発表しました。^[26]その製造中、大気中に放出される二酸化炭素は、現代のどのコンクリート製造プロセスよりも少ないです。^[27]ローマの建物の壁が現代の建物の壁よりも厚いのは偶然ではありません。しかし、ローマのコンクリートは建設が完了した後も数十年間にわたって強度を増し続けました。^[17]

• エネルギー改質セメント（EMC） - 反応性を変換するために機械的に処理されたセメントのクラス
• ジオポリマー – ゼオライトに似たポリマーSi-O-Alフレームワークだが非晶質
• ローマのレンガ – 古代ローマの建築で使用されたレンガのスタイル
• ローマセメント - セプタリアを焼いて作られたセメント。古代ローマとは無関係。
• ポゾラン活性 – シリカを多く含む材料が水酸化カルシウムと反応してケイ酸カルシウム水和物を形成する能力
• トバモライト – 変成石灰岩とスカルンに含まれるイノケイ酸塩変質鉱物

• ハント、ケイティ（2023年1月6日）。「ローマのコンクリートが現代のコンクリートより長持ちする理由」CNN 。2023年1月7日閲覧。
• Preuss, Paul (2013-06-04). 「ローマの海水コンクリートが炭素排出量削減の秘密を握る」バークレー研究所ニュースセンター. 2023-01-07閲覧。
• ウェイマン、エリン (2011-11-16)。「古代ローマの建物の秘密」。スミソニアン マガジン。2023年 1 月 7 日閲覧。