ローマの パンテオンは
ローマのコンクリートによる建築の実例である。
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Roman concrete - Wikipedia
ローマのコンクリートはローマの崩壊と共にその技術が失われますが、 英国産業革命の時に再発見されます。 スミートンの塔を参照。
ローマのコンクリート (Roman concrete) は オプス・カエメンティキウム (opus caementicium) とも呼ばれ、 古代ローマの建設に使用された資材であった。 ローマのコンクリートは水硬性セメント (hydraulic-setting cement) に基づいていた。 これはポッツォラン灰 (pozzolanic ash) を組み込むことによって耐久性が得られ、 これによりひび割れの拡大が防止された。 1 世紀の中頃までに、この資材は頻繁に使用され、 しばしば表面がレンガで仕上げられた (brick-faced)。 もっとも骨材の変化から材質の異なる配置が可能であった。 更に資材の更なる革命的な発展が、 コンクリート革命と呼ばれる構造的に複雑な形式に貢献した。 このようなものに パンテオンのドーム (丸屋根) があり、 これは世界で最大・最古の (鉄筋で) 強化されていないコンクリート・ドームである。
ローマのコンクリートは通常は石やレンガで外壁が作られ、 内部では更に化粧漆喰 (stucco)、フレスコ画 (fresco painting)、 あるいはしゃれた色 (fancy coloured) の大理石の薄い板で飾られた。 ローマのコンクリートは現代のコンクリートのように骨材とセメントから構成されているが、 現代のコンクリートとは違い、 骨材は典型的には現代の骨材よりもはるかに大きく、 しばしば瓦礫程度の大きさで、 その結果ローマのコンクリートは流し込むのではなく敷かれた。 ローマのコンクリートの幾つかは水中でも設置でき、 橋や水辺の建築物には有益であった。
ローマのコンクリートが開発された時期は不明であるが、BC 150 年頃から広範に、普通に使用されたことは明らかである。 幾人かの学者はローマのこの時期よりも 1 世紀前に開発されたと信じている。
ウィトルウィウスは BC 25 年頃に 建築に関しての 10 冊の本 ( Ten Books on Architecture ) を書き、 その中で、石灰モルタル (lime mortars) の準備に適当な骨材の形式を区別している。 構造的な漆喰には、彼はポッツォラーナ (pozzolana) を推奨している。 ポッツォラーナは ポッツオーリ (Pozzuoli) の砂のような地層から得られる火山性の砂で、 ナポリの近くでは茶色がかった黄・緑で、 ローマの近くでは赤味がかった茶色である。 ヴィトルヴィウスは建築に使用されるセメントには石灰 1 とポッツァラーナ 3 の比を明示しており、 水中工事の pluvis Puteolanus (プールヴィス・プテーオラヌス) では 1：2 の比率を明示しており、 これは基本的には今日、海で使用されるコンクリートと同じ混合比である。
1 世紀中頃には、コンクリートによる水中建設の原理がローマの建築業者によく知られることになり、 カイサリア市 (Caesarea) は水中でローマのコンクリート技術を、かくも大規模に使用した最も初期の既知の実例である。
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カイサリアは水中でローマのコンクリートを
かくも大規模に使用した最も初期の既知 の実例である。 |
バイエ (Baiae) のいわゆるテンプル・オブ・マーキュリー (Temple of Mercury) の遺跡、ローマの浴場の フリギダリウム (frigidarium), ローマ共和国末 1 世紀の建設, 現存するコンクリート・ドームの最古, 且つ パンテオン以前の最大のもの。 |
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オプス・カエメンティキウムの実例。
ローマ古代のアッピア道路にある墓。 元々の被覆が取り除かれたもの。 |
AD 64 年のローマの火災 -- これによりローマの多くの部分が破壊された -- の後で市を再建する際のネロによる新しい建築規約は主に外壁がレンガのコンクリートを呼び求めた。 これはレンガとコンクリート産業の発展を奨励したようである。
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漆喰 -- 水と混ぜた結合剤で時間と共に硬化する -- から構成される。 骨材は変化し、これに含まれるものは： 岩のかけら、そしてそれ以前に取り壊された建物の残骸である 陶磁器タイルとレンガの瓦礫がある。
石膏と生石灰は結合剤として使用された。 ポッツォラーナ (pozzolana) (あるいは鉱山砂 (pit sand)) と呼ばれる火山灰が手に入れることができる場所では好まれた。 ポッツォラーナによりローマのコンクリートは現代のコンクリートより、 塩水に対して抵抗力がある。 使用されたポッツォラーナ漆喰は アルミナと シリカを多く含んでいた。 凝灰岩 (tuff) はしばしば骨材として使用された。
コンクリート、とりわけ水硬性漆喰 (hydraulic mortar) は結合力を生み、 構造セラミックスの一型式で、 この効用は主にのり状の時の流動的可塑性 (rheological plasticity) に由来する。 水硬性セメントの設定 (setting) と硬化は材質の水和反応 (hydration) とその後の水和反応物質の 化学的・物理的な相互作用に由来している。 これは消石灰漆喰 -- ローマ以前の最も普通な要素 -- の設定とは違っている。 一旦設定すると、ローマのコンクリートは可塑性が全くなくなるが、 伸長 (tensile stress) に対する少々の抵抗力を保持する。
ポッツォラーナ漆喰の設定は、 その現代版である ポートランド・セメントの設定と多くの共通点がある。 ローマのポッツォラーナ・セメント (pozzolanaic cement) がシリカを多く含む点は現代のセメントに極めて近く、 これには 高炉のスラッグ、 フライアッシュ (fly ash)、あるいは シリカ・フューム (silica fume) が付け加えられている。
ローマの海洋コンクリート ('marine' concrete) の強さと長命は 火山灰と生石灰 (quicklime) の混合に海水が反応して、 トバモライト(tobermolite) と呼ばれる珍しい結晶 -- 破砕に耐性がある -- を作ることから 恩恵を被っていると理解されている。 海水がローマのコンクリートの小さな割れ目に浸透すると、 これは火山岩 (volcanic rock) に自然にみられる フィリップサイト (phillipsite) と反応し、 アルミナ・トバモライト結晶 (aluminous tobermorite crystals) を作った。 この結果は、人類の歴史で最も耐久性のある建設資材の候補になる。 比較すると、海水にさらされた現代のコンクリートは数十年以内に劣化する。
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トバモライト (tobermorite) の結晶構造、
エレメンタリー単位格子 (elementary unit cell) |
チェチーラ・メテッラの墓 (Tomb of Caecilia Metella) のローマのコンクリートは カリウム (potassium) の成分が高い別の変種で、 「境界面を強化し、力学的性能を改善することに貢献する可能性 ("reinforce interfacial zones and potentially contribute to improved mechanical performance") の変化を引き起こした。
現代のポートランド・セメントの圧縮強度は典型的には 50 メガ パスカル (7,300 psi) レベルで、 1860 年以来ほとんど 10 倍改善している。 古代の漆喰との比較可能な機械データはない。 もっとも引っ張り強さに関しての少々の情報はローマのコンクリート・ドームの ひび割れから推測することができる。 引っ張り強さは最初に混合する時に使用した 水/セメント の比率により、 随分変化する。 現在ではローマ人が使用した 水/セメント の比率を確認する方法はないし、 ポッツォラーナ・セメント (pozzolanic cements) の強さに関して、 この比率の効果に関する広範なデータはない。
イタリア半島のように地震が起きやすい環境では、 壁やドームの内部における中断と内部構造はコンクリートの塊に 不連続な部分を作る。 建物の一部分は、 大地の動きがあると、 わずかにずれて、圧力を調節して、構造の全体の強さを増やす。 この意味においてレンガとコンクリートは柔軟である。 多くの建物が色々な理由から深刻なひび割れに苦しんだが、 今日に至るまで健在であり続けたのは、 まさしくこの理由によっているのかもしれない。
コンクリートの強さと安定性を改良するために使用された別の技術は、 ドームの段階的変化である。 1 つの実例にはパンテオンがあり、 ドームの上方領域の骨材に関しては、 軽い凝灰岩と軽石の交互に代わる層から構成され、 コンクリートに 1,350kg/m3 (84 lb/立方フィート) の密度が与えられている。 基礎構造は骨材として石灰華 (travertine) を使用し、 もっと高い 2,200kg/m3 (140 lb/立方フィート) の密度を持っている。
最近のローマのコンクリート調査の科学的突破口はメディアや産業の注意を引いている。 ローマのコンクリートの異常な耐久性、長命、そして環境足跡 (environmental footprint) の軽減の理由から、、 企業や自治体は北米でローマ形式のコンクリートの使用を探求して、 火山灰を類似な性質を持つ石炭フライ・アッシュ (fly ash) で置き換え始めている。 支持者が主張することはフライ・アッシュで製造したコンクリートは 60% までの経費が節減されることで、 これはセメントが少なくて済み、加熱温度が低いことと、もっと長期の寿命により、環境足跡がより小さくなるからである。 利用可能なローマのコンクリートの実例で、 厳しい海洋環境にさらされたもので、2000 年も生き延び、 ほとんど、あるいはまったく摩耗していないものが見つかっている。