Tohoku University Tohoku University 機能材料 物理的作用 外 力 機能材料 熱・光・音・水・空気等 断熱材料・音響材料・防火材料・ 耐火材料・防水材料・塗料・ 建築用仕上げ塗材・接着剤･･･ 化学的作用 生物的作用 酸・アルカリ・塩等 菌・虫・動植物等 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #1 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #2 Tohoku University 塗料・仕上塗材 塗膜形成形 塗料 ペイント （不透明） 教科書 p.201- Tohoku University 美装・保護の対象となる主な下地 油性ペイント 下地の種類 合成樹脂ペイント 水性（エマルション）ペイント ワニス （透明） コンクリート・モルタル系 油ワニス 下地の種類 ステイン コンクリート・モルタル系 （伝統的塗料：漆・柿渋･･･） 薄付け仕上げ塗材 仕上塗材 中性化 ひび割れ 汚れ 合成樹脂ワニス・ラッカー 天然樹脂ワニス 浸透形 塗装なしの場合の劣化現象・経年変化 塗装下地としての主な留意点 表面強度 レイタンス 含水率 吸水率 平滑性 ひび割れ 清浄度 アルカリ性 厚付け仕上げ塗材 複層仕上げ塗材 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #3 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #4 Tohoku University 美装・保護の対象となる主な下地 下地の種類 Tohoku University 美装・保護の対象となる主な下地 塗装なしの場合の劣化現象・経年変化 木質系 下地の種類 下地の種類 風化 生物による食害・分解 変色 汚れ 木質系 下地の種類 吸水性 乾燥度 平滑度 清浄度 ヤニ 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 発錆 汚れ 鋼材 その他の金属 塗装下地としての主な留意点 塗装なしの場合の劣化現象・経年変化 塗装下地としての主な留意点 鋼材 その他の金属 建築材料基礎論 #5 さび 黒皮 平滑度 清浄度 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #6 Tohoku University 塗料の構成 教科書 p.202- Tohoku University 塗料・ペイント 蒸発過程 塗 料 塗膜形成 主要素 塗膜形成 助要素 顔料 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 透明塗料 （ワニス・クリヤ） 有色塗料 （エナメル・ペイント） 建築材料基礎論 #7 濃縮過程 融合過程 膜形成 樹脂 ＋ 溶剤 溶剤の蒸発 エマルション系樹脂 塗膜形 成要素 ビヒクル （展色材） 溶剤系樹脂 溶剤 樹脂の 濃度が増す 樹脂による被膜 MSDS (Material Safety Data Sheet)：特定の化学物質を含んだ モノマーの 融合により 製品を出荷する際に添付が義務付けられた安全情報を 濃度が増す 膜を作る 水の蒸発 モノマーの融合 記載したシート「化学物質等安全データシート」 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #8 Tohoku University Tohoku University 仕上塗剤 仕上塗剤 立体的な質感など、パターン・色調が豊富で化粧性が高い 表面被覆材として機能し、耐久性向上に寄与できる 施工が比較的容易で短工期・安価 薄付け仕上材 （リシン状） 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #9 厚付け仕上材 （スタッコ状） 複層仕上材 （ゆず肌状） 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #10 Tohoku University 防水材料 教科書 p.210 Tohoku University 建築で防水される部分 田中享二他「新・建築材料Ⅱ［部位構成材料・機能材料編］」 数理工学社より アスファルト防水 メンブレン防水 防 水 工 法 ベランダ バルコニー シート防水 屋上 室内床 （厨房・浴室・トイレ） 塗膜防水 外壁 ひさし ステンレスシート防水 池・プール ケイ酸質系塗布防水 地下外壁 モルタル防水 地下水槽 シーリング材による防水 地下床 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #11 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #12 Tohoku University メンブレン防水の例 Tohoku University アスファルト防水 アスファルト： 常温で固体、防水工事には加熱して液体にしたものを使用 石油精製時の残渣として得られるアスファルトを改質したもの 耐酸性・耐アルカリ性・耐久性・防水性・接着性・電気絶縁性 に優れる。（JIS K 2207で規定） 穴あきルーフィング 教科書 p.210 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #13 http://www.miyabo.co.jp/cgi‐bin/webpat/document/casestudy/2010/011302/ 25 December, 2015｜#12 Functional Materials Tohoku University メンブレン防水 建築材料基礎論 #14 Tohoku University 塗膜防水の特徴 防水 液状のゴムを下地に直接塗布し、その硬化 により防水層を形成するもの。屋根面では、 塗膜の補強と塗り厚さ（平均3mm）を一定に するために、補強布を敷きこむのが一般的。 屋根防水の材料にはウレタンゴムを、外壁 防水にはアクリルゴムを用いる場合が多い。 防水 ステンレス防水 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #15 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #16 Tohoku University シーリング材・ガスケット Tohoku University シーリング材 （JIS A 5758：2010） タイプG （グレイジング（ガラス）用） 部材間の取り付け・接合部分、 目地間などに生じる、隙間や ひび割れを封緘する材料 クラス25 クラス20 水密性・気密性、追従性、 耐疲労性・耐候性、接着性 などが要求される クラス30S G-25LM （Low Modulus） G-25HM （High Modulus） G-20LM G-20HM ※ クラスの値は試験における G-30SLM 目地幅の拡大率および縮小率 G-30SHM ※ Sは目地幅に対する タイプF （グレイジング以外用） クラス25 シリコーン系（SR） 変成シリコーン系（MS） ポリサルファイド系（PS） アクリルウレタン系（UA） ポリウレタン系（PU） アクリル系（AC） ポリイソブチレン系（IB） クラス20 クラス12.5 シーリング 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #17 クラス7.5 F-25LM F-25HM F-20LM F-20HM F-12.5E F-12.5P F-7.5P せん断変形率 （Elastic・弾性） （Plastic・塑性） 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #18 Tohoku University Tohoku University シーリング材のジョイント シーリング材 （JIS A 5758：2010） 製品の呼び方 目地構成材料 ［タイプ］-［クラス］［サブクラス］-［耐久性］ （［主成分］-［製品形態］） ※ 非接着 二面接着 例えば・・・ 教科書 p.216 タイプF・クラス25・低モジュラス・ 耐久性区分9030・変成シリコーン系2成分 の場合 ワーキングジョイント バックアップ材 シーリング材 目地構成材料 ※ 接着 三面接着 バックアップ材 シーリング材 ノンワーキングジョイント F-25LM-9030（MS-2） 試験条件 圧縮加熱温度（℃） 変形率（%） 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 耐久性による区分 10030 9030 8020 100 90 80 ±30 7020 7010 70 ±20 9030G 90 ±10 30 建築材料基礎論 #19 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #20 Tohoku University 水と納り Tohoku University 接着剤 朝日新聞山形支局（妹島和世設計） 多様な種類と用途 ⇒ 適当な材料の選定が重要 動物質接着剤 接着剤 天然系接着剤 植物質接着剤 酢酸ビニル樹脂系接着剤 ゴム系接着剤 （木工用ボンド） 合成接着剤 エポキシ樹脂系接着剤 樹脂系接着剤 シアノアクリレート系 接着剤 （瞬間接着剤） 混合形接着剤 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #21 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #22 Tohoku University 接着剤の原理 教科書 p.220 Tohoku University 接着剤の性能 × × ◎ △ △ △ × ○ ◎ エポキシ樹脂系 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ △ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ エマル ション形 △ ◎ × △ ◎ × ◎ × × × ◎ △ × × △ △ ○ 溶剤形 △ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ △ ○ ○ × × △ △ ○ ラテック ス形 △ ○ △ ○ ◎ △ ◎ × △ × ◎ ○ △ △ △ ○ ○ 溶剤型 △ ○ ○ △ ◎ ○ ◎ ○ ○ △ ○ ◎ △ △ △ ○ ○ ファンデルワールス結合 水素結合 酢酸ビニ ル樹脂系 機械的接着 ファスナー効果 合成ゴム 系 多様な種類と用途 ⇒ 材料表面の組成・形状などに依存 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 経済性 × 耐候性 △ 耐熱性 接着 投錨効果 耐アルカリ性 × 耐水性 × 作業性 プラスチック プラスチック／ ◎ 接着力 プラスチック 金属／ × 金属／金属 × プラスチック 木材／ × 接着剤の種類 固有接着 分子間結合 木材／金属 プラスチック コンクリート／ イオン結合 木材／木材 金 属 コンクリート／ アスファルト系 共有結合 原子間結合 被着材の適用性 木 材 コンクリート／ 能 コンクリート コンクリート／ 性 教科書 p.219 建築材料基礎論 #23 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #24 Tohoku University Tohoku University 接着剤 シックハウス症候群（化学物質過敏症） 多様な種類と用途 ⇒ 適当な材料の選定が重要 【症状】 特に新築やリフォーム、引越しに当たって 室内に入ると気分が悪くなる、だるい、のどの痛み などの体調の変調が出る 動物質接着剤 接着剤 天然系接着剤 植物質接着剤 ゴム系接着剤 【原因】 建材や家具などからVOC (Volatile Organic Compound) などの化学物質（ホルムアルデヒド、トルエン、 有機リン系殺虫剤等）が揮発、室内に充満 合成接着剤 樹脂系接着剤 （木工用ボンド） エポキシ樹脂系接着剤 シアノアクリレート系 接着剤 混合形接着剤 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 酢酸ビニル樹脂系接着剤 建築材料基礎論 #25 25 December, 2015｜#12 Functional Materials Tohoku University 建築材料基礎論 #26 Tohoku University 火災現象の進行 シックハウス症候群（化学物質過敏症） （瞬間接着剤） 教科書 p.225 図5.7.1 【症状】 特に新築やリフォーム、引越しに当たって 室内に入ると気分が悪くなる、だるい、のどの痛み などの体調の変調が出る 【原因】 建材や家具などからVOC (Volatile Organic Compound) などの化学物質（ホルムアルデヒド、トルエン、 有機リン系殺虫剤等）が揮発、室内に充満 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #27 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #28 Tohoku University フラッシュオーバー Tohoku University 防火材料・耐火材料 室内火災温度および界壁・界床の温度 林吉彦ほか：市街地における木造３階建共同住宅の延焼性状に関する 実大火災実験，建築研究資料，No93，建築研究所，1999 耐火材料：火災時でも耐力低下や 有害な変形を生じない材料 不燃材料 準不燃材料 難燃材料 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #29 ：火災に際して燃えない・ 燃えにくい特性を持つ材料 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #30 Tohoku University 不燃材料・難燃材料 不燃・準不燃・難燃材料の例 １：燃焼しない ２：防火上有害な変形、溶 融、亀裂その他の損傷を 生じない ３：避難上有害な煙または ガスを発生しない（外装 材は除く） 防火施工管理ラベル 25 December, 2015｜#12 Functional Materials Tohoku University 建築材料基礎論 #31 教科書 p.227 表5.7.1から抜粋 不燃性能 のランク 指定材料 不燃材料 金属板・鉄鋼・アルミニウム 石・レンガ・瓦・陶磁器質タイル・ガラス ロックウール板・グラスウール板 コンクリート・モルタル・しっくい 繊維混入ケイ酸カルシウム板（厚さ5mm以上） 石膏ボード（厚さ12mm以上、原紙厚さ0.6mm以下） 準不燃材料 石膏ボード（厚さ9mm以上、原紙厚さ0.6mm以下） パルプセメント板（厚さ6mm以上） 木毛セメント板（厚さ15mm以上） 木片セメント板（厚さ30mm以上、かさ比重0.5以上） 難燃材料 難燃合板（厚さ5.5mm以上） 石膏ボード（厚さ7mm以上、原紙厚さ0.6mm以下） 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #32 Tohoku University 耐火被覆 教科書 p.123 Tohoku University 高温下での材料特性 耐火被覆 ロックウール コンクリートの力学特性の低下 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #33 25 December, 2015｜#12 Functional Materials Tohoku University 建築材料基礎論 #34 Tohoku University 高温下でのコンクリートの挙動 U.S.NRC (United State Nuclear Regulatory Commission): A Compilation of Elevated Temperature Concrete Material Property Data and Information for Use in Assessments of Nuclear Power Plant Reinforced Concrete Structures (NUREG/CR-7031), 2010 25 December, 2015｜#12 Functional Materials Temperature [℃] 建築材料基礎論 #35 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #36 Tohoku University RC構造物の火害等級 火害等級 火害の状況 Tohoku University 構造材料の物理的性質 補修方法 Ⅰ級 仕上げ材料が残っており、無被害の 特になし 状態 Ⅱ級 躯体にすす・油煙が付着している 状態 コンクリート表面を洗浄する Ⅲ級 ピンク色に変速したコンクリートに微 細なひび割れが見られるが、鉄筋 位置までは損傷していない 500℃以上の部分は、はつり取って 打ち直す。500℃以下のひび割れ 部にはエポキシ樹脂を注入 Ⅳ級 コンクリート表面に数mm程度のひび かぶりコンクリートをすべてはつり取り、 割れが発生し、鉄筋の一部が露出 コンクリートを打ち直す しているような状態 Ⅴ級 広範囲な爆裂・主筋の座屈・大た わみの発生など、構造的な損傷が 大きい状態 部材を撤去し同様に復旧するか、 鋼材や炭素繊維で補強する。新部 材の増設なども 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #37 密度 [g/cm3] 融点 [ ℃] 比熱 [J/kg ℃] 熱伝導率 [W/m ℃] 熱膨張係数 [×10-6/ ℃] 炭素鋼 7.85 1530 510 46 11.7 コンク リート 約2.3 － 1050 1.4～1.5 7～13 木材 （杉） 0.3～ 0.4 － 1260 0.12 3～6 ※繊維方向 35～60 ※繊維と直交 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #38 Tohoku University 断熱材料 Tohoku University 建築材料の熱伝導率 建築材料の密度と熱伝導率 ・熱伝導率が小さく、 熱を遮断する材料 室温 ・アルミ：ρ = 2.7 λ = 204 ・密度や含水状態の 影響を大きく受ける 「動かない空気」が 最も優れた断熱材料 外気温 教科書 p.232・図5.8.1 ・鋼鉄 ：ρ = 7.83 λ = 53 ・ガラス：ρ = 2.54 λ = 0.78 断熱層（空気層）： 発泡ウレタン・グラスウール･･･ 外装タイル 内装ボード 密度 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #39 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #40 Tohoku University 音響材料 吸音機構：多孔質材料 高周波数を吸収 吸収される音の エネルギー 入射音の エネルギー ・孔あき板材料 （天井ボードなど） ・板状材料 （ボード・合板など） 低周波数を吸収 材料中に多数の小さな隙間や 連続気泡があり、入射音が中を 通る際、空気と付近の吸音材料 との摩擦などにより熱エネル ギーに変換され、吸音される 一般に周波数が高いほど変換 エネルギーは大きい 透過音の エネルギー 吸音率 α ・多孔質材料 （グラスウールなど） Tohoku University 反射音の エネルギー 周波数 f (入射)＝(反射)＋(吸収)＋(透過) 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #41 ロックウール・グラスウール・木毛セメント板・軽量コンクリートブロック・ フェルト・織物・カーテン・絨毯 など・・・ 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #42 Tohoku University 吸音機構：板状材料 吸音率 α 孔の部分の空気が質量を 持った１つの塊、背後の空気 がばねとなり、１つの振動系 を構成する。ここに振動系の 共鳴周波数の音が入射する と、孔の部分の空気が激しく 振動し、付近との摩擦により 熱エネルギーに変換され、 吸音される 周波数 f 周波数 f 孔あき合板・孔あきせっこうボード・孔あきアルミニウム板・孔あきケイ 酸カルシウム板 など・・・ 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 板の固有周波数に近い周波数 の音が入射すると、その圧力に より板が振動する（音エネル ギーが機械エネルギーに変換）。 さらに板の内部摩擦や取り付け 部の摩擦などにより熱エネル ギーに変換される。これら一連 のエネルギー変換により、吸音 される。 吸音率 α 吸音機構：孔あき板材料 Tohoku University 建築材料基礎論 #43 合板・せっこうボード・繊維強化セメント板・ハードボード・パーティクル ボード・板 など・・・ 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #44 Tohoku University せっこうボード・ロックウール板 ・防火性に優れる ・現場での加工が容易 ・寸法が安定している 吸音率 α 吸音率 α 吸音率 α 吸音機構と吸音率 周波数 f Tohoku University 周波数 f 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 周波数 f 建築材料基礎論 #45 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #46 Tohoku University Tohoku University せっこうボード・ロックウール板 ロックウール板 ・防火性に優れる ・現場での ・寸法が安定 • 大部分が高炉スラグを原料として製造 断熱・吸音・耐火に すぐれる 岩綿吸音板 25 December, 2015｜#12 Functional Materials http://www.rwa.gr.jp/about/img/about04.gif 建築材料基礎論 #47 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #48 Tohoku University せっこう系材料 教科書 p.181 水を加えても硬 化しない http://www.yoshino-gypsum.com/sekkou/what/what01.html より せっこうボード 加熱 半水せっこう 3 【石灰石-せっこう法】 CaCO3+ SO2+ 1/2H2O → CaSO3・1/2H2O+ CO2 加水 CaSO4･ 1 2 H2O + 化学せっこうと脱硫 火力発電所からの排気に含まれるSO2の除去 二水せっこう CaSO4･2H2O （180～190℃） Tohoku University ［石灰石］ 2 H2O ［亜硫酸カルシウム］ CaSO3・1/2H2O+1/2O2+3/2H2O→CaSO4・2H2O 脱水蒸発 ［二水せっこう］ （焼せっこう） 水和反応により硬化 http://sc-smn.jst.go.jp/playprg/index/3773 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #49 Tohoku University レポート課題 建築材料とそれを用いた部材を2種類以上 取り上げ、以下の項目についてレポートしなさい • 部材とその材料がわかる写真・スケッチ • その材料の特徴と、部材に用いられた意図、 期待される機能・使用目的など （・ 建築全体の概要） 提出：2016年1月8日（金） ※ 年明け初回講義時 有名建築を訪れ、そこで使われている材料・ 構法をよく見てレポート作成のこと （なるべく） 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #51 25 December, 2015｜#12 Functional Materials 建築材料基礎論 #50
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