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コンクリートはなぜ圧縮力に強く引張力には弱いのでしょうか。 大学で建築材料...

kin********さん

2010/10/1012:55:51

コンクリートはなぜ圧縮力に強く引張力には弱いのでしょうか。

大学で建築材料について学んでいる者です。
わかる方、解説おねがいします!

この質問は、活躍中のチエリアン・専門家に回答をリクエストしました。

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dok********さん

編集あり2010/10/1406:27:34

> コンクリートはなぜ圧縮力に強く引張力には弱いのでしょうか。

まずそれぞれの「素材」には、引っ張り力より圧縮力に強いものと、それと反対の、引っ張り力の方が強い性質を持つものなど、様々なものが存在し、それらの性質は「その素材固有のもの」だと言うことになります。

例えば、セラミック成分である「石材」は、おおむね圧縮力に強く引張力には弱いと言う性質を持っていますが、それらに対し「金属類や木材」では、引っ張り力と圧縮力の差が少ない性質が見られるようです。

コンクリートは、「骨材(砂利や割り石)とセメントモルタルの複合材」と考えられ、もし引っ張り力に特に弱い性質が有るのだとすれば、それは恐らく「モルタル部分の引っ張り強度が弱い」と、言うことになるのでしょう。

これと似たような考え方のものとして、CFRP(炭素繊維強化プラスティック)などは、炭素繊維自体の引っ張り強度は高いため、全体的には「引っ張りや曲げに強い性質」は持つのですが、「圧縮力や小さい部分に加わる圧力」などには、比較的脆弱で破壊しやすいようで、その理由も恐らく「炭素繊維を結合しているプラスティックの部分が弱い」からだ、と言う理由になるのでしょう。

複合的な素材ではない、「石材単体」や「金属単体」の材料でも、なぜ引っ張り力と圧縮力が異なるのかは、「材料の物性」に関わる事柄となり、物理的理論を勉強しなければ理解できない分野と言えるのでしょうね。


● 大阪市立科学館 アーチ橋
http://www.sci-museum.jp/server_sci/map/exhibit/4_11.html

> ブロック5つでアーチ橋を作ります。
> 石材は圧縮力に対して頑丈ですが、引っ張り力には弱く、
> ひび割れしてしまうという欠点を持っています。

> アーチ構造は加重が圧縮力としてかかるだけなので
> 石材で橋などの構造物を作るのに適しています。


● 吊り橋ならともかく何も支えが無いのになぜこの橋が落ちないといえるのでしょうか?
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1145737036

> 「余部橋梁」では、「外部に張られた強力なピアノ線」と、「コンクリート内部に予め引っ張り力を加えて設置されたピアノ線」により、


これらの「コンクリート橋」では、鉄筋以上の強度を持つ「ピアノ線」を使っているようですが、最近ではコンクリートの中に、「高強度の繊維を混ぜる方式」で、コンクリートが引っ張りに弱いと言う欠点を克服したところの、「鉄鋼並みの強度を持つコンクリート」の研究も進んでいるのだとか。


● Google 繊維強化コンクリート
http://www.google.co.jp/search?sourceid=navclient&hl=ja&ie=UTF-8&rl...


「まとめ」

1.コンクリートは「骨材とモルタルの複合材」で、特にモルタル部分の引っ張り強度が弱い。
2.骨材に使う「砂利や割り石」も、「鉄鋼材料」と比較すれば、引っ張り強度は弱いと言える。
3.コンクリートの引っ張り強度を補う目的で、「鉄筋やピアノ線」を使った構造が考えられた。
4.高強度の「繊維を混ぜる方式」で、張り強度の高いコンクリートも、現在は開発されている。

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ベストアンサー以外の回答

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hir********さん

2010/10/1013:47:58

セメントの強度はたかが知れています。コンクリートの圧縮強度は、砂利や砂などの”骨材”によるものです。骨材のランダムな形状がうまく組合わさることにより、ちょうどテトラポットを積み重ねたような構造で強度が出ています。しょせん積み重ねた構造ですので、金属のように分子レベルで結合している材料とは異なります。

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