軽量骨材とは？種類・密度・JISとの関係
軽量骨材（けいりょうこつざい）とは、普通骨材（砂・砂利・砕石など）に比べて密度が小さく軽い骨材のことです。建物の自重を軽くしたい軽量コンクリートの材料として使われます。なお「軽量」という言葉は鉄骨の軽量形鋼にも使われますが、こちらはコンクリート用の骨材であり、鋼材とはまったく別の材料である点に注意してください。
- 軽量骨材は密度の小さい骨材。内部の空隙が多いため軽くなる。
- 人工・天然・副産の3種類があり、構造用には品質が安定した人工軽量骨材が多い。
- 吸水しやすいため、あらかじめ吸水させておくなど施工上の配慮が必要。
意味
普通骨材より密度が小さい骨材で、内部に細かな空隙を多く含むため軽くなります。これを使うとコンクリートの自重を減らせます。同じ体積でも重量が小さいということは、粒の内部に無数の気泡状の空間が抱え込まれているということでもあり、この空隙の量と分布が密度・強度・吸水率など骨材の性質を大きく左右します。
種類
| 種類 | 例 |
|---|---|
| 人工軽量骨材 | 膨張頁岩・膨張粘土などを焼成したもの |
| 天然軽量骨材 | 軽石・火山れきなど |
| 副産軽量骨材 | フライアッシュを焼成したものなど |
構造用には品質の安定した人工軽量骨材が多く使われます。
製造方法
人工軽量骨材は、頁岩（けつがん）や粘土などの原料を高温（おおむね1000℃を超える温度）で焼成してつくります。原料に含まれる成分がガスを発生させながら軟化・膨張することで、内部に無数の気泡が生じ、焼き上がった粒は表面が硬く緻密な殻に覆われつつ、内部は多孔質で軽いという構造になります。この「硬い外殻＋軽い内部」という構造が、軽量でありながら一定の強度を確保できる理由です。
単位体積重量と密度
軽量骨材は絶乾密度が2.0g/cm³未満程度と小さく、これを使った軽量コンクリートの単位容積質量は約1.4〜2.1t/m³になります（普通は約2.3）。軽いぶん、ヤング係数が小さく乾燥収縮が大きい傾向があります。
軽量骨材は空隙が多く吸水しやすいため、あらかじめ十分に吸水させて（プレウェッティング）使うなど、配合・施工で配慮が必要です。吸水量を見込まずに配合すると、練混ぜ後にコンクリートが硬くなりすぎたり、逆に骨材が水を吸って強度・耐久性が不安定になったりするため、事前の吸水管理が品質確保の要になります。
JISとの関係
構造用の軽量骨材はJIS A 5002（構造用軽量コンクリート骨材）などに規定されています。規格に適合した骨材を用い、密度・強度を確認して使います。天然軽量骨材や副産軽量骨材は品質のばらつきが大きいことがあるため、構造部材に使う場合は特に規格適合品かどうかの確認が重要です。
軽量骨材のプレウェッティングは生コン工場側の管理に委ねられがちですが、実際どこまで吸水させているかは工場によって差があります。特殊な調合を採用する際は、事前に吸水方法を工場へ確認しておくと後の品質トラブルを避けやすいです。
なぜ軽いのか：粒の構造（図解）
軽量骨材が軽い理由は、粒の内部構造にあります。普通骨材との違いを見てみましょう。
軽量コンクリートを使うメリットと注意点
建物を軽くすることには、構造上・施工上のさまざまな利点があります。一方で、性質の違いから生じる注意点もあります。
| 内容 | |
|---|---|
| メリット① | 地震力が小さくなる。地震力は重量に比例するため、建物が軽いほど有利 |
| メリット② | 基礎・杭の規模を縮小できる。上部が軽ければ地盤への負担も減る |
| メリット③ | 部材の断面を小さくできる場合がある。長スパンのスラブなどで有効 |
| 注意点① | ヤング係数が小さい（普通コンクリートの6〜7割程度）。同じ断面でもたわみが大きくなる |
| 注意点② | 乾燥収縮が大きい。ひび割れ対策により配慮が必要 |
| 注意点③ | 吸水しやすく、ポンプ圧送時に水を吸って閉塞するおそれがある。事前の吸水（プレウェッティング）が必須 |
| 注意点④ | 材料コストが普通コンクリートより高い |
軽量骨材は多孔質で吸水性が高いため、乾いた状態のまま練り混ぜると、練混ぜ水を骨材が吸ってしまいます。その結果、コンクリートが急激に硬くなってスランプが低下し、ポンプ圧送中に管内で閉塞する事故につながります。これを防ぐため、あらかじめ骨材に十分吸水させてから使用します。逆に吸水させすぎると単位水量の管理が難しくなるため、含水状態の管理が品質確保の要になります。
よくある質問
Q1. 軽量コンクリートは構造体に使えますか？
使えます。JIS A 5002に適合した構造用軽量骨材を用いた「構造用軽量コンクリート」は、柱・梁・スラブなどの構造部材に使用できます。ただし、ヤング係数が小さくたわみが大きくなること、乾燥収縮が大きいことを設計で考慮する必要があります。実務では、建物全体ではなくスラブなど自重が支配的な部位に限定して使うケースが多く見られます。
Q2. 軽量コンクリートは強度が低いのですか？
必ずしも低くはありません。構造用軽量コンクリートでもFc21〜36程度の強度は確保できます。ただし、骨材自体の強度が上限になるため、普通コンクリートのような超高強度（Fc60以上など）を実現するのは困難です。また、同じ強度でもヤング係数は小さくなるため、強度は足りていてもたわみで断面が決まることがあります。
Q3. ALCも軽量コンクリートの一種ですか？
考え方は近いですが別の材料です。ALC（軽量気泡コンクリート）は、原料に発泡剤を混ぜて内部に気泡をつくり、オートクレーブ養生（高温高圧蒸気養生）で硬化させたパネル製品です。骨材を軽くするのではなく、コンクリート自体を発泡させて軽量化している点が異なります。ALCは外壁・間仕切りなどの非構造部材として使われ、構造躯体には用いません。
まとめ
- 軽量骨材は密度の小さい軽い骨材。人工・天然・副産がある。
- 人工軽量骨材は原料を高温焼成し、内部に空隙をつくって軽量化する。
- 絶乾密度2.0未満程度で、軽量コンクリート（約1.4〜2.1t/m³）に使う。
- 吸水しやすく、JIS A 5002などの規格に適合したものを使う。
