Concrete - Concrete (English spelling)

Japanese: コンクリート - こんくりーと（英語表記）concrete

A civil engineering and construction material. In the broad sense, it refers to aggregate (fine aggregate, coarse aggregate) bound and solidified with a paste-like inorganic or organic binder, but here it refers to aggregate bound and solidified using the hardening action based on the hydration reaction of a mixture (cement paste) of Portland cement, blended cement, etc. and water.

[Yoshio Kasai and Shiro Nishioka]

Classification

There are many different classifications of concrete, but the main types are as follows:

(1) Classification by specific gravity of aggregate: heavy concrete, ordinary concrete (concrete using ordinary aggregate), lightweight aggregate concrete, etc.

(2) Classification of concrete by quality grade: high-quality concrete, ordinary concrete, and simple concrete.

(3) Classification by admixtures: ordinary concrete (concrete without admixtures), AE concrete, flowing concrete (concrete made easier to work with by using a flowing agent), aerated concrete (concrete made lightweight by mixing in a large amount of air bubbles using a foaming agent), fly ash concrete (concrete mixed with high-quality fine ash produced by burning pulverized coal at thermal power plants), and blast-furnace cement concrete, etc.

(4) Classification by construction method: precast concrete, prestressed concrete, prepacked concrete, pumped concrete (concrete transported using a concrete pump), sprayed concrete (concrete sprayed directly onto rocks or the bedrock of a tunnel using a spray gun), vacuum concrete (concrete in which an airtight mat is placed on top of the concrete immediately after it is poured, and the space between the mat and the concrete surface is reduced in pressure with a vacuum pump, and atmospheric pressure is applied as the concrete is dehydrated to promote hardening and increase strength), underwater concrete, etc.

(5) Classification by construction period: cold weather concrete, hot weather concrete.

(6) Classification by use: Structural concrete (concrete that supports the load acting on a structure), paving concrete (concrete for road paving), dam concrete, shielding concrete (heavy concrete for radiation shielding), etc.

[Yoshio Kasai and Shiro Nishioka]

history

Concrete is said to have first been made in Roman times using volcanic ash and limestone. In more modern times, Portland cement was invented in 1824. After that, concrete reinforced with wire mesh was invented in France in 1867, and then reinforced concrete was developed mainly in Germany. Since the beginning of the 20th century, it has made great strides in Europe, America, and Japan.

Japan succeeded in manufacturing cement in 1875 (Meiji 8). Construction of large breakwaters (plain concrete) began in the early 1880s. The first reinforced concrete structure in Japan is said to be a bridge built over the Lake Biwa Canal in Yamashina, Kyoto in 1903 (Meiji 36). As for buildings, the pump station and chimney attached to the Sasebo Port Dock were built in 1904. The first fully-fledged modern building was Mitsui & Co. Yokohama Branch No. 1 Building, built in 1911. After that, in the wake of the Great Kanto Earthquake, the earthquake and fire resistance of reinforced concrete and steel-reinforced concrete structures became highly regarded, and from the end of the Taisho period onwards, they played a key role in making cities fireproof.

Today, it is used in civil engineering for dams, highways, bridges, breakwaters, etc., and in buildings for floor slabs (lightweight aggregate concrete) of mid- to high-rise apartments, offices, and skyscrapers.

[Yoshio Kasai]

Mixing (compounding)

Concrete mix (mixture) refers to the ratio of cement, water, and aggregate (usually sand and gravel), and is usually expressed in the unit weight required to make 1 cubic meter of concrete. The standard unit weight of cement is 300 kilograms, but it can range from 250 to 450 kilograms. The weight of water divided by the weight of cement (water/cement) is called the water-cement ratio, which is closely related to the strength of concrete; the lower the water-cement ratio, the greater the strength of concrete, and this value is around 40 to 65%. The more water per unit, the softer and more flowing the concrete will be, but the strength will be lower for the same unit amount of cement, and shrinkage during drying will be greater, so it is best to use as little water per unit as possible and use a dry mix concrete.

[Yoshio Kasai and Shiro Nishioka]

Properties of fresh concrete

The properties of concrete from mixing to the end of pouring are closely related to the workability of concrete, separation during transportation and pouring, quality after hardening, and durability. Among the properties of fresh concrete (concrete that has not yet hardened), workability indicates the degree of difficulty of pouring. Usually, a cone-shaped bottomless cone is placed on a flat plate, filled with concrete, and gently pulled out to measure the drop of the top surface, which is called the slump value. The higher this value, the softer the concrete is, and the lower the value, the harder the concrete is. Increasing the unit water content increases the slump and makes concrete easier to pour, but it also increases bleeding (the phenomenon in which water separates and floats to the top after concrete is poured) and increases drying shrinkage, so it is desirable to use a hard-mixed concrete with as small a slump as possible within the range that is possible for construction. Other important properties include the amount of air in the concrete, its viscosity, and its degree of separation.

[Yoshio Kasai and Shiro Nishioka]

Properties of hardened concrete

The properties of hardened concrete can be divided into physical properties and chemical properties. Physical properties include general properties (specific gravity, thermal properties, water absorption) as shown in Table 1 , and mechanical properties (compressive strength, flexural strength, shear strength, bond strength, Young's modulus, Poisson's number) as shown in Table 2. The compressive strength of concrete is particularly important in design. In general, mechanical properties other than compressive strength are roughly proportional to compressive strength. Compressive strength is governed by the water-cement ratio, and the lower the water-cement ratio, the greater the strength. The relationship between compressive stress and strain in concrete takes the shape shown in the figure , and the slope of this curve is called Young's modulus. Concrete with a higher Young's modulus generates greater stress when the same strain is applied.

[Yoshio Kasai]

Chemical properties of concrete

Concrete is strongly alkaline (pH 12-13) because it produces a large amount of calcium hydroxide as cement hydrates. The reinforcing bars in concrete are protected by this alkalinity and do not normally rust, but when carbon dioxide in the air reacts with calcium hydroxide and turns into calcium carbonate, the alkalinity is lost. This phenomenon is called neutralization. Neutralization causes the reinforcing bars to rust, so the lifespan of reinforced concrete is considered to be the period until the neutralization reaches the reinforcing bars. Cement is also attacked by inorganic and organic acids. Caution is required, especially in hot spring areas that contain sulfides, as cement can dissolve and cause severe erosion.

[Yoshio Kasai]

"The Story of Concrete" vol. 1 and 2, edited by Fujiwara Tadashi et al. (1993, Gihodo Publishing)" ▽ "The History of Concrete's Civilization" by Kobayashi Kazusuke (2004, Iwanami Shoten) " ▽ "Concrete Technical Terminology Dictionary" by Yoda Akihiko (2007, Shokokusha)" ▽ "Concrete Engineering Handbook" edited by Nishibayashi Shinzo and Koyanagi Kiyoshi (2009, Asakura Shoten)" ▽ "Concrete is Dangerous" by Kobayashi Kazusuke (Iwanami Shinsho)

[References] | Heavyweight concrete | Precast concrete | Prestressed concrete structures

General properties of ordinary concrete [Table 1]
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General properties of ordinary concrete [Table 1]

Mechanical properties of ordinary concrete [Table 2]
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Mechanical properties of ordinary concrete [Table 2]

Compressive strength of ordinary concrete [Table 3]
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Compressive strength of ordinary concrete [Table 3]

How to calculate the stress-strain curve and Young's modulus of concrete (Figure)
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Stress-strain curve of concrete and y…

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

土木・建築材料の一つ。広義には骨材（細骨材、粗骨材）をペースト状の無機あるいは有機の結合材で結合固化したものをいうが、ここでは、ポルトランドセメントや混合セメントなどと水の混合物（セメントペースト）の水和反応に基づく硬化作用を利用して、骨材を結合固化したものをいう。

［笠井芳夫・西岡思郎］

分類

コンクリートの分類は多様であるが、おもなものをあげると次のようになる。

(1)骨材の比重による分類　重量コンクリート、普通コンクリート（普通の骨材を用いたコンクリート）、軽量骨材コンクリートなど。

(2)コンクリートの品質の級による分類　高級コンクリート、常用コンクリート、簡易コンクリート。

(3)混和材料による分類　普通コンクリート（混和材料を用いないコンクリート）、AEコンクリート、流動化コンクリート（流動化剤を用いて施工性をよくしたコンクリート）、気泡コンクリート（発泡剤を用いて多量の気泡を混入し、軽量としたコンクリート）、フライアッシュコンクリート（火力発電所における微粉石炭の燃焼によって生ずる良質な微粉灰を混入したコンクリート）、および高炉セメントコンクリートなど。

(4)施工方法による分類　プレキャストコンクリート、プレストレストコンクリート、プレパックドコンクリート、ポンプコンクリート（コンクリートポンプを用いて輸送するコンクリート）、吹き付けコンクリート（吹き付けガンを用いて直接岩場やトンネルの岩盤などに吹き付けるコンクリート）、真空コンクリート（打ち込み直後のコンクリートの上面に気密マットを置き、マットとコンクリート面との間を真空ポンプで減圧し、脱水と同時に大気圧を作用させて硬化を促進し、強度を増進させたコンクリート）、水中（施工）コンクリートなど。

(5)施工時期による分類　寒中コンクリート、暑中コンクリート。

(6)用途による分類　構造用コンクリート（構造物に作用する荷重を支持するコンクリート）、舗装用コンクリート（道路舗装用のコンクリート）、ダム用コンクリート、遮蔽(しゃへい)用コンクリート（放射線遮蔽用重量コンクリート）など。

［笠井芳夫・西岡思郎］

歴史

コンクリートはローマ時代に火山灰と石灰石とを用いてつくられたものが始まりとされている。近代になって1824年にポルトランドセメントが発明された。その後1867年にフランスで金網によって補強されたコンクリートが発明され、次にドイツを中心に鉄筋コンクリートの開発が進められた。20世紀に入ってからヨーロッパ、アメリカ、日本において大発展を遂げた。

　日本では1875年（明治8）セメントの製造に成功した。大型の防波堤工事（無筋コンクリート）などは明治20年代の初期から始まっている。日本における最初の鉄筋コンクリート構造物は1903年（明治36）京都山科(やましな)の琵琶湖(びわこ)疎水運河に架けられた橋といわれている。建築物としては1904年、佐世保(させぼ)港ドックの付属ポンプ所およびその煙突がつくられている。本格的な近代建築は1911年にできた三井物産横浜支店1号館であった。その後、関東大震災を契機として鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造の耐震・耐火性が高く評価され、大正末期以降、都市の不燃化の主役として登場した。

　今日では、土木用としてダム、高速道路、橋梁(きょうりょう)、防波堤などに、建築物としては中高層アパート、事務所や超高層建築の床版（軽量骨材コンクリート）などとして用いられている。

［笠井芳夫］

調合（配合）

コンクリートの調合（配合）とは、セメント、水、骨材（通常は砂、砂利）の割合をいい、通常1立方メートルのコンクリートをつくるのに必要な単位重量で表す。セメントの単位重量は300キログラムを標準とするが、250～450キログラムくらいの範囲をとる。水の重量をセメントの重量で割った値（水／セメント）を水セメント比といい、コンクリートの強度と関係が深く、水セメント比の小さなコンクリートほど強度は大きくなり、この値は40～65％程度をとる。単位水量が多いほどコンクリートは軟らかくなり流れやすくなるが、同一単位セメント量では強度が小さくなり、かつ乾燥に伴う収縮が大きくなるので、できるだけ単位水量を少なくし、硬練りコンクリートを用いるのがよい。

［笠井芳夫・西岡思郎］

フレッシュコンクリートの性質

コンクリートの練り混ぜから打ち込み終了までの性質は、コンクリートの施工性、運搬・打ち込み中における分離や硬化後の品質、耐久性などと関係が深い。フレッシュコンクリート（まだ固まらないコンクリート）の性質のうち、ワーカビリチーworkability（施工性）は打ち込み作業の難易の程度を表すものである。通常、円錐(えんすい)台状の底のないコーンを平板の上に置いてコンクリートを詰め、静かに引き抜いて、その頂面の下がりを計測し、これをスランプslump値とよぶ。この値が大きいほど軟らかく、小さいほど硬いコンクリートである。単位水量を増すとスランプは大きくなり、コンクリートの打ち込みは容易となるが、ブリージングbleeding（コンクリート打ち込み後、水が分離して上部に浮かんでくる現象）が多くなったり、乾燥収縮が大きくなったりするので、施工が可能な範囲で、できるだけスランプの小さい硬練りコンクリートとするのが望ましい。このほかコンクリートの空気量の大小、粘性、分離性の大小などもたいせつな性状である。

［笠井芳夫・西岡思郎］

硬化コンクリートの性質

硬化コンクリートの性質は物理的性質と化学的性質とに分けられる。物理的性質は表1に示すような一般的性質（比重、熱的性質、吸水率）および表2に示すような力学的性質（圧縮強度、曲げ強度、剪断(せんだん)強度、付着強度、ヤング係数、ポアソン数）などがある。とくにコンクリートの圧縮強度は設計上重要な値である。また一般に圧縮強度以外の力学的性質は圧縮強度とほぼ比例関係にある。圧縮強度は水セメント比によって支配され、水セメント比が小さいほど強度は大きくなる。コンクリートの圧縮応力度とひずみ度との関係は図に示すような形状をとり、この曲線の勾配(こうばい)をヤング係数という。ヤング係数の大きいコンクリートほど、同一ひずみを与えたとき大きな応力を発生する。

［笠井芳夫］

コンクリートの化学的性質

コンクリートはセメントの水和によって多量の水酸化カルシウムを生成するため、強アルカリ性（pH12～13）を示す。コンクリート中の鉄筋はこのアルカリ性によって保護され、通常錆(さ)びることはないが、空気中の炭酸ガスと水酸化カルシウムとが反応して炭酸カルシウムに変わるとアルカリ性が失われる。この現象を中性化とよぶ。中性化すると鉄筋が錆び始めるので、中性化が鉄筋に到達するまでの期間を鉄筋コンクリートの寿命と考えている。このほか、セメントは無機、有機の酸類によって侵される。とくに硫化物を含む温泉地帯ではセメントが溶解して激しい侵食を受けるので注意を要する。

［笠井芳夫］

『藤原忠司他編著『コンクリートのはなし』1・2（1993・技報堂出版）』▽『小林一輔著『コンクリートの文明誌』（2004・岩波書店）』▽『依田彰彦著『コンクリート技術用語辞典』（2007・彰国社）』▽『西林新蔵・小柳洽編著『コンクリート工学ハンドブック』（2009・朝倉書店）』▽『小林一輔著『コンクリートが危ない』（岩波新書）』

[参照項目] | 重量コンクリート | プレキャストコンクリート | プレストレストコンクリート構造

普通コンクリートの一般的性質〔表1〕

普通コンクリートの力学的性質〔表2〕

普通コンクリートの圧縮強度〔表3〕

コンクリートの応力度-ひずみ度曲線とヤ…

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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