#世界は本当に砂がなくなっているのでしょうか？
#世界は本当に砂がなくなっているのでしょうか？
https://practical.engineering/blog/2024/10/1/is-the-world-really-running-out-of-sand より翻訳
答えをすぐに知る必要がある場合、それはノーです; または少なくとも、このビデオでの私の目標は、世界が砂を使い果たしていないことを納得させることです。でも、そんなに単純だったら、私はここにいないでしょう（でしょう？) そして、あなたもおそらくそうではないでしょう。実際、このトピックをさらに深く掘り下げていくと、知らなかったことのいくつかに本当に驚きました。また、最も広く拡散している砂 “facts” のいくつかがどのように間違っているかについても驚きました。
砂の広い世界は複雑で、退屈で衒学的なものではありません。このシンプルな素材は私たちの生活のほぼすべての部分に触れており、その背後にある科学と工学は豊かで深く、少なくとも私にとって、夢中にならないわけにはいきません。ここ数年、砂について本質的に同じストーリーの記事やビデオを見たことがある可能性は十分にあります。“Sand Wars” ドキュメンタリーは現代の議論の始まりのようなもので、その後 Vince Beiser がこのテーマに関する優れた本 “The World in a Grain。” を書きました もちろん、この本の最高のレビューの多くは、砂が “が当然のことと考えられている、または ” が無視されているトピックのようなものであるという事実に焦点を当てています しかし、少なくとも土木工学においては、最も収集されている材料の 1 つです。そして、カーテンの後ろを覗いて、この一見無制限に見えるリソースについて私たちがどのように考えているか、そしてなぜそれについてもう少し知る価値があるのかを示したいと思います。しかし、まずガレージに出て、岩のタンブラーに砂を入れる必要があります。物質的な財産の銃撃戦がしたいので、これには少し時間がかかります。もう一方のバレルには本当にクールなものがあるので、ビデオの後半で見せます。私はグレイディです、これは実践工学です。
それにしても砂って一体何なの？it“タイプのマテリアルを見ると、それは一種の ” になります。米国農務省の土壌テクスチャ三角形を使用すると、砂は少なくとも 85% が砂である粒状物質です... では、一体何が砂なのでしょうか？より良い答えを得るために、統一土壌分類システムがあります。地盤工学エンジニアは、“dirt” は 4 文字の単語であると言うことがあります。土の重要性を損なうからかもしれませんが（ちなみに、これも 4 文字の単語です）、世界中のすべての汚れに対してより良い名前があり、それがここにあるからだと思います。実際、砂には 4 つの特定の種類がありますが、それらはすべてこの 1 つの基準に適合しており、粒子のサイズがすべてです。これらの粒子の少なくとも半分は 4 番のふるい（約 5 ミリメートル）を通過する必要がありますが、半分以下は 200 番のふるい (10 分の 1 ミリメートル未満、または約 75 ミクロン）を通過できます。これはかなり幅広い素材ですが、心に砂を想像すると、おそらく USCS が 200 個のふるいを通過する量が 12% 未満である “clean sand” と呼ぶものを想像できると思います。したがって、簡単に言うと、砂は粒子がこれを通過する材料ですが、粒子はこれを通過しないとします。しかし、それでも、これには広範囲にわたるさまざまな汚れが含まれます。そして、この時点で、「“Who Cares？”」と尋ねられることを願っています という質問に答えたいからです。
バイザー氏は著書の中で、砂 “を地球上で最も重要な固体物質と呼んでいます。現代文明の文字通りの基盤です。” 私たちはそれをガラス、半導体、光ファイバー、フィルター、研磨剤の製造に使用し、表面の質感や遊びに使用しています。、美しさなどのために。しかし、おそらく何よりも砂はコンクリートの必須成分です。そして、ご存知のとおり、私は土木技師です。これは建築環境に関するチャンネルです。そこで、コンクリートについて話したいと思います。そして実際、このビデオが私のお気に入りの素材の 1 つに対するあなたの好奇心を刺激するものであれば、私が過去に取り上げたトピックのプレイリスト全体を用意しているので、この後でもっと学ぶことができます。コンクリートがどれほど重要であり、私たちがそのどれくらいを使用しているかは、どれだけ誇張してもしすぎることはありません。環境への影響についてはさらに大きな議論が必要ですが、代替建築材料と比較すると、それが非常に有効です。非常に低コストで耐久性があり、想像できるあらゆる形状にすることができます。コンクリートのおかげで、水、セメント、砂利、砂など、（主に）世界中で入手可能ないくつかの非常に単純な材料から、何世代にもわたって持続する構造物を構築することができました。
これらの成分のほとんどは採掘され、原材料として直接使用されます。そして、それらは通常、近くで採掘されます。建設に使用される砂に関連するコストの大部分は交通費であるため、砂が見つかる場所とどこに行く必要があるかの間の距離は、砂がどれだけ経済的であるかと高度に相関しています。そして、それは多くの場合、地域の規制に応じて、他の規制よりも悪いものも含め、環境への影響につながります。コンクリートに最適な砂は河川から発生することが多く、河川の採掘は水路の性質の変化によって上流と下流に影響が広がる可能性があるため、特に破壊的なものになる可能性があることが判明しました。（ちなみに、そのトピックに関する一連のビデオもあります）。砂は世界中に均等に広がっているわけではなく、再生不可能な資源です。地質学的プロセスにより、私たちが使用できるよりもはるかに遅くなります。したがって、最終的には枯渇する可能性があると言うのは、ある程度直感的に理にかなっています。しかし、議論の中で見落とされがちな事実があります。それは、砂を作ることができるということです。
そして、それもそれほど複雑ではありません。砂の定義については少し前に話しましたが、もう 1 つ、それは非常に小さな岩です。そして、私たちは大きな岩を小さな岩に変えることができる機械を設計しました。実際、私のガレージにはそのような機械があります。ハンマーという。これは私の時間の最善の使い方ではないと主張する人もいるかもしれませんが、私はこの点を理解するために、約 1 時間かけて砂のバッチを職人技で製造しました。まず、岩を砕きます。次に、それらをふるいにかけて、大きすぎるものや小さすぎるものを取り除きます。少し余分な処理が必要ですが、これは穀物の手術ではありません。そして、これは天然砂の調達と比較して多くの利点があります。硬い岩の採石場や破砕作業ではすでに砂利のような粗い骨材が生成されているため、とにかく小さなものが廃棄物になる場合があります。自然の鉱床が利用できない場合に可能性が開かれ、環境への影響がそれほど深刻ではない川から採掘作業が高地に移動する可能性があります。そして、コンクリートをより強くすることができます。意味をお見せしましょう。
私は kids’ の砂場から砂を取り出し、それを岩タンブラーに 1 週間入れて、砂漠の吹きさらしの砂丘で長年にわたって見られる可能性のある浸食をシミュレートしようとしました。明らかに、この浸食により粒子全体のサイズが減少しました。そこで、両方の材料をふるいで分類して、より近いものにし、公平な比較を行いました。そして、どちらのバッチも米国のコンクリート砂の仕様の範囲内にあります。顕微鏡で見ると、違いがはっきりと見えます。転がった砂は丸く、ほぼ球形で滑らかな粒を持っています。製造された砂は鋭く角張った角でギザギザになっています。そして、それらを積み上げたときに何が起こるかを見てください。パイプ2本に同じ量の砂を詰めて、パイプを引き抜きました。大きな違いではありませんが、粒子の摩擦が少ないため、丸い砂が少し広がっているのがわかります。この砂から作られたコンクリートはこの砂よりも弱いのは直感的にわかります。それが本当かどうか見てみましょう。
砕いた砂からコンクリートの簡単なバッチを混ぜ合わせました。転がった砂はすべての材料の重量を等しく保ちました。この実験を自分で試してみたい場合は、ここに私のレシピがあります。それから私はいくつかのコンクリートシリンダーを成形し、それらを1 週間硬化させました。ほとんどのコンクリート混合物は 28 日後に設計強度に達する予定ですが、コンクリート強度の向上はかなり予測可能であるため、サンプル間の相対的な差は時間的に一貫している必要があります。最も重要なことは、私の小さなベンチトップ油圧プレスは、それほど長く待ってもこれらのサンプルを壊すことができないということです。そして、このロードセルは校正されていないため、このテストを任意の実用工学の力単位で行っています。転倒した砂ボンベは約2500個で破損した。そして製造された砂コンクリートは7500個で破損した。結果の違いが簡単にわかります。“おやすみ！” 3倍の強さでした。もちろん、ここは私のガレージであり、試験場ではありません。腕が石を叩くのに飽きたので、サンプルを 1 つだけ行いました。幸いなことに、私よりもはるかに賢い人々がこれをテストしました。その結果は、すべてを同じに保つと、細骨材の角度がコンクリートの強度を高めるというかなり決定的な結果が得られました。そして、このトピックについて何かを読んだことがあるなら、おそらくそれがわかる話です。これは、地球の砂資源の中で最も目立つ砂丘砂をコンクリートで使用しない理由の一般的な説明です。直感的だ。丸みを帯びた穀物は一緒にロックされません。バイザー氏は著書の中で一度ならず三度その主張を行っている。 しかし、私たちが気にかけているコンクリートの特性は強度だけではないため、それほど単純ではないことがわかりました。
コンクリートが強くなる前に、コンクリートを配置する必要があります。この種の仕事をした人に聞いてみると、大変だと言われます。まあ、最初は液体ですが、作業は大変です。コンクリートは水の密度の約2。5倍です。それは重いものであり、それをフォームに取り込むには、手押し車、バギー、シュート、ポンプ、ホースなど、さまざまなツールが必要になることがよくあります。コンクリートの流れが良ければ良いほど、コンクリートをうまく配置することが容易になります。そしてそれが重要です。混合物が硬すぎると、ホースが詰まり、気泡が閉じ込められ、最終的には取り付けられた製品の品質が低下する可能性があります。コンクリートのこの特性は通常、加工性と呼ばれます。多くの場合、スランプテストを使用して測定されます。コンクリートの円錐を埋め、円錐を引き離し、コンクリートがどのくらいの距離に落ちているかを確認します。しかし、加工性の問題は、ある意味、強度に反するということです。そしてそれはすべて水に関係しています。
コンクリートトラックが現場に現れ、混合物が硬すぎるとどうなりますか？エンジニアがいるかどうかによって異なりますが、多くの場合、ドライバーに数ガロンの水を混合物に加えるように指示するだけです。より多くの水; よりよい流れ; 置くこと容易。かなり簡単ですが、エンジニアに知られたくない理由があります。それは、水がコンクリートの強度を低下させることです。私はいくつかのガレージデモでこれについての全体のビデオを行ったので、もう一度、あなたがもっと学びたい場合は、それをチェックアウトしてください。重要なのは、水とセメントの比率が、コンクリートが硬化する際の強度を決定する最も重要な要素の 1 つであるということです。セメントは、水や溶剤が蒸発すると硬化する一部の種類の接着剤とは異なります。化学反応が起こり、水が最終生成物に組み込まれます。そのため、“dries” ではなく concrete “cures” と言います。しかし、セメントは水中では重量の約 35 パーセントしか反応できないため、それ以上は、より強力な成分が使用できる混合物中の体積を占めるだけです。より多くの水; より少ない強い。ここで砂粒の形が関係します。
以前のデモンストレーションのために作成したこれら 2 つのミックスの実行可能性を測定するために、ガレージのスランプ テストを少し行いました。これが丸い砂の混合物です...そしてこれが製造された砂です。“ははは、まったくスランプはありません。” 正直、これは微妙な違いだと思っていましたが、昼も夜もそうでした。彼らは親しくさえありませんでした。そこで私は、成分比を一定に保つ代わりに、加工性を制御変数として使用するとどうなるだろうかと考えました？調べよう。最初に私はそれを実行可能なレベルにするのに十分な水で製造された砂を使用しました 100 ミリリットルはここにそれを手に入れました、それは最初のものより少し良いです。次に、転がった砂と 2 回目の混合を行い、ゆっくりと水を加え、かなり近くなるまでスランプ テストを実行しました。一致するまでにかかった水はわずか 70 ml で、最初のバッチより 30% 少なくなりました。1週間後、サンプルをテストしました。転倒した砂サンプルは4,800個で破損した。そして製造された砂はわずか4,300個で砕けた。粒子が丸い転倒砂は今回（約10パーセント）より強かったが、これはすべて混合物中の水分含有量が低かったためである。
はい、同じ量の水を使用する場合、川や製造された砂から得られるような角張った砂の方が良いですが、実際の建設ではそうではありません。私はこれを非常に多くの注意点とともに言いますが、非常に一般的には、作業性のために必要なだけ水を加えるだけです。丸みを帯びた砂は作業性が向上するため、追加する水の量が減り、より強力なコンクリートが得られます。風で吹く砂はその形状のためコンクリートに使用できないという考えは神話です。実際、American Concrete Instituteには、私ができるよりもよく言う速報があります:
“硬化コンクリートの強度に対する細骨材の形状と質感の影響は、ほぼ完全に、結果として生じるコンクリートの水対セメント比に関係しています...”
丸みを帯びた粒子をコンクリートに使用することはできないというこのアイデアの元の源を追跡しようとしましたが、どこにも行きませんでした。バイザー氏は国連の記事を引用しており、国連自体も中国産の2種類の砂漠の砂をコンクリートに使用したことに関する2006年の論文を引用している。しかし、その論文では粒子の真円度についてはまったく言及されていません。彼らは研究に穀物の形状の測定値を含めず、砂漠の砂の特定の特性が試験結果にどのような影響を与えたのかについても示唆しなかった。実際、その論文の結論には、砂漠の砂はコンクリートに使用される他の種類の細骨材に代わる実現可能な代替品であるということが含まれています。そして、それが科学的研究の対象となった理由全体は、形状ではなくサイズに関係しています。これは、コンクリートの微細骨材の粒径分布に広く使用されている仕様です。このエリアの砂はどれでも仕様を満たしています。そして、その紙に使用されている土がここにあります。たとえそれがうまくいかないという結論になったとしても、これは粒子の形状よりも結果に大きく関係していると思います。
そしてそれがこの議論全体の核心です。細かい骨材は世界中で見られます。自分たちでも作れる。そしてコンクリートは焼くようなものです; さまざまな成分が最終結果を変える可能性があります。しかし、地元の食材の入手可能性に基づいて進化した地域のパンのレシピと同じように、建設業界は、良好な構造特性を達成するためにさまざまな地元の材料を使用する多くの方法を開発してきました。エンジニアリングにおける多くのことと同様、本当の課題はコストです。
砂の製造は、直接混合物に入れることができる採掘原料に比べて高価になる可能性があります。特に、水を過剰に添加せずに砂をより加工しやすくするために必要な化学混合物などの他の成分を考慮すると、砂の製造コストが高くなります。現場やバッチプラントの近くで見つけるのではなく、より高品質の砂を遠くから輸送するには費用がかかります。世界的に厳しくなっている環境規制を遵守して砂を採掘するには費用がかかります。地球上に細かい骨材が不足していると言うのはキャッチーですが、誤解を招くと思います。“Sand は以前よりもはるかに高価になっています。be” は見出しとしてはあまり良くありません。そして難しいのは、さまざまな意味で、それらのコストは常に存在してきたということです。私たちはそれらを環境と私たちの未来に外部化しただけです。
コンクリートのすべての成分は、他の天然資源と同様に採掘または収穫されます。コンクリートは、他のほとんどの材料を水から吹き飛ばすスケールで作られているだけです。これは巨大なビジネスであり、多額の資金が流れており、その結果、多くの潜在的な環境破壊や社会的紛争が発生することを意味します。これは、砂の採取方法に対するしっかりとした監視と強制が行われていない場所に特に当てはまります。そして、砂の低コストは、材料としてのシンプルさと豊富さのため、他の点で必ずしも最適な材料ではない状況でも、そもそもコンクリートを多く使用する理由の大きな部分を占めていることを指摘することが重要だと思います。エンジニアリング業界はすべてトレードオフであり、砂に関する経済状況が変化すれば、エンジニアリング業界や建設業界も変化する可能性があります。この他の例を見てください。
ダイヤモンドはかつてはもっぱら採掘された材料でしたが、今では研究室で作ることができます。ジュエリーに使用される合成ダイヤモンド宝石は現在、採掘されたダイヤモンドよりも安価ですが、確かに、その経済にはそれらを作るコストよりもはるかに多くのものがあります。私がもっと興味深いと思うのは、世界中で工業目的で使用されるダイヤモンドの 99 パーセントが合成ダイヤモンドであるということです。以前は希少な鉱物でしたが、今では金物店からダイヤモンドのドリルビットや鋸刃を拾うことができ、かなり少額のプレミアムが得られます。
木材も別の例です。かつては天然林が唯一の供給源でしたが、現在ではプランテーション、つまり収穫のために特別に植えられた木が、私たちが世界中で使用する木材の 3 分の 1 以上を占めています。また、合板、OSB、構造用複合材などの加工木材は、原材料をより効率的に使用できます。私がこれらの例を指摘しているのは、良いか悪いかというと、どちらの場合も長所と短所がありますが、建設業界における材料の需要が供給によってどのように変化するのか、そしてテクノロジーがどのように変化するのかを説明するためだけです。それに大きな影響を与えます。そして、木材と砂の間には別の類似点があります。どちらも再生可能です。
岩のタンブラーにはもう一つバレルが入っていて使わなかったので、コンクリートの塊をいくつか砕いて投げ込みました。他の岩をタンブラーに積んだときと同じように、私はこれらを砂の中を走らせました。コンクリートはほとんどの自然の岩に比べてかなり柔らかいので、それほどきれいに磨かれませんでしたが、結果はまだかなりクールです。コンクリートが長時間転がり回った後の構成材料、つまり大小の骨材とそれらを固定するセメントペーストが実際に見えます。しかし、このデモの要点は、コンクリートはほとんど岩石にすぎず、そもそもそれがほとんどでできているということです。そして、私が砕いて製造された砂を作るのと同じように、コンクリートは骨材にリサイクルされ、新しいコンクリートやその他の材料として建設業界で再利用され、未使用の資源への需要が減ります。
建設業界では大きな変化があり、砂や砂利などの材料の必要性も大きく高まっています。しかし、世界がそれらの資料を使い果たしていると言うのは公平ではないと思います。私たちは、それらの調達にかかるすべてのコストをより認識しており、それらが私たちの将来や環境にどのような影響を与えるかをより考慮していることを願っています。
答えをすぐに知る必要がある場合、それはノーです; または少なくとも、このビデオでの私の目標は、世界が砂を使い果たしていないことを納得させることです。でも、そんなに単純だったら、私はここにいないでしょう（でしょう？) そして、あなたもおそらくそうではないでしょう。実際、このトピックをさらに深く掘り下げていくと、知らなかったことのいくつかに本当に驚きました。また、最も広く拡散している砂 “facts” のいくつかがどのように間違っているかについても驚きました。
砂の広い世界は複雑で、退屈で衒学的なものではありません。このシンプルな素材は私たちの生活のほぼすべての部分に触れており、その背後にある科学と工学は豊かで深く、少なくとも私にとって、夢中にならないわけにはいきません。ここ数年、砂について本質的に同じストーリーの記事やビデオを見たことがある可能性は十分にあります。“Sand Wars” ドキュメンタリーは現代の議論の始まりのようなもので、その後 Vince Beiser がこのテーマに関する優れた本 “The World in a Grain。” を書きました もちろん、この本の最高のレビューの多くは、砂が “が当然のことと考えられている、または ” が無視されているトピックのようなものであるという事実に焦点を当てています しかし、少なくとも土木工学においては、最も収集されている材料の 1 つです。そして、カーテンの後ろを覗いて、この一見無制限に見えるリソースについて私たちがどのように考えているか、そしてなぜそれについてもう少し知る価値があるのかを示したいと思います。しかし、まずガレージに出て、岩のタンブラーに砂を入れる必要があります。物質的な財産の銃撃戦がしたいので、これには少し時間がかかります。もう一方のバレルには本当にクールなものがあるので、ビデオの後半で見せます。私はグレイディです、これは実践工学です。
それにしても砂って一体何なの？it“タイプのマテリアルを見ると、それは一種の ” になります。米国農務省の土壌テクスチャ三角形を使用すると、砂は少なくとも 85% が砂である粒状物質です... では、一体何が砂なのでしょうか？より良い答えを得るために、統一土壌分類システムがあります。地盤工学エンジニアは、“dirt” は 4 文字の単語であると言うことがあります。土の重要性を損なうからかもしれませんが（ちなみに、これも 4 文字の単語です）、世界中のすべての汚れに対してより良い名前があり、それがここにあるからだと思います。実際、砂には 4 つの特定の種類がありますが、それらはすべてこの 1 つの基準に適合しており、粒子のサイズがすべてです。これらの粒子の少なくとも半分は 4 番のふるい（約 5 ミリメートル）を通過する必要がありますが、半分以下は 200 番のふるい (10 分の 1 ミリメートル未満、または約 75 ミクロン）を通過できます。これはかなり幅広い素材ですが、心に砂を想像すると、おそらく USCS が 200 個のふるいを通過する量が 12% 未満である “clean sand” と呼ぶものを想像できると思います。したがって、簡単に言うと、砂は粒子がこれを通過する材料ですが、粒子はこれを通過しないとします。しかし、それでも、これには広範囲にわたるさまざまな汚れが含まれます。そして、この時点で、「“Who Cares？”」と尋ねられることを願っています という質問に答えたいからです。
バイザー氏は著書の中で、砂 “を地球上で最も重要な固体物質と呼んでいます。現代文明の文字通りの基盤です。” 私たちはそれをガラス、半導体、光ファイバー、フィルター、研磨剤の製造に使用し、表面の質感や遊びに使用しています。、美しさなどのために。しかし、おそらく何よりも砂はコンクリートの必須成分です。そして、ご存知のとおり、私は土木技師です。これは建築環境に関するチャンネルです。そこで、コンクリートについて話したいと思います。そして実際、このビデオが私のお気に入りの素材の 1 つに対するあなたの好奇心を刺激するものであれば、私が過去に取り上げたトピックのプレイリスト全体を用意しているので、この後でもっと学ぶことができます。コンクリートがどれほど重要であり、私たちがそのどれくらいを使用しているかは、どれだけ誇張してもしすぎることはありません。環境への影響についてはさらに大きな議論が必要ですが、代替建築材料と比較すると、それが非常に有効です。非常に低コストで耐久性があり、想像できるあらゆる形状にすることができます。コンクリートのおかげで、水、セメント、砂利、砂など、（主に）世界中で入手可能ないくつかの非常に単純な材料から、何世代にもわたって持続する構造物を構築することができました。
これらの成分のほとんどは採掘され、原材料として直接使用されます。そして、それらは通常、近くで採掘されます。建設に使用される砂に関連するコストの大部分は交通費であるため、砂が見つかる場所とどこに行く必要があるかの間の距離は、砂がどれだけ経済的であるかと高度に相関しています。そして、それは多くの場合、地域の規制に応じて、他の規制よりも悪いものも含め、環境への影響につながります。コンクリートに最適な砂は河川から発生することが多く、河川の採掘は水路の性質の変化によって上流と下流に影響が広がる可能性があるため、特に破壊的なものになる可能性があることが判明しました。（ちなみに、そのトピックに関する一連のビデオもあります）。砂は世界中に均等に広がっているわけではなく、再生不可能な資源です。地質学的プロセスにより、私たちが使用できるよりもはるかに遅くなります。したがって、最終的には枯渇する可能性があると言うのは、ある程度直感的に理にかなっています。しかし、議論の中で見落とされがちな事実があります。それは、砂を作ることができるということです。
そして、それもそれほど複雑ではありません。砂の定義については少し前に話しましたが、もう 1 つ、それは非常に小さな岩です。そして、私たちは大きな岩を小さな岩に変えることができる機械を設計しました。実際、私のガレージにはそのような機械があります。ハンマーという。これは私の時間の最善の使い方ではないと主張する人もいるかもしれませんが、私はこの点を理解するために、約 1 時間かけて砂のバッチを職人技で製造しました。まず、岩を砕きます。次に、それらをふるいにかけて、大きすぎるものや小さすぎるものを取り除きます。少し余分な処理が必要ですが、これは穀物の手術ではありません。そして、これは天然砂の調達と比較して多くの利点があります。硬い岩の採石場や破砕作業ではすでに砂利のような粗い骨材が生成されているため、とにかく小さなものが廃棄物になる場合があります。自然の鉱床が利用できない場合に可能性が開かれ、環境への影響がそれほど深刻ではない川から採掘作業が高地に移動する可能性があります。そして、コンクリートをより強くすることができます。意味をお見せしましょう。
私は kids’ の砂場から砂を取り出し、それを岩タンブラーに 1 週間入れて、砂漠の吹きさらしの砂丘で長年にわたって見られる可能性のある浸食をシミュレートしようとしました。明らかに、この浸食により粒子全体のサイズが減少しました。そこで、両方の材料をふるいで分類して、より近いものにし、公平な比較を行いました。そして、どちらのバッチも米国のコンクリート砂の仕様の範囲内にあります。顕微鏡で見ると、違いがはっきりと見えます。転がった砂は丸く、ほぼ球形で滑らかな粒を持っています。製造された砂は鋭く角張った角でギザギザになっています。そして、それらを積み上げたときに何が起こるかを見てください。パイプ2本に同じ量の砂を詰めて、パイプを引き抜きました。大きな違いではありませんが、粒子の摩擦が少ないため、丸い砂が少し広がっているのがわかります。この砂から作られたコンクリートはこの砂よりも弱いのは直感的にわかります。それが本当かどうか見てみましょう。
砕いた砂からコンクリートの簡単なバッチを混ぜ合わせました。転がった砂はすべての材料の重量を等しく保ちました。この実験を自分で試してみたい場合は、ここに私のレシピがあります。それから私はいくつかのコンクリートシリンダーを成形し、それらを1 週間硬化させました。ほとんどのコンクリート混合物は 28 日後に設計強度に達する予定ですが、コンクリート強度の向上はかなり予測可能であるため、サンプル間の相対的な差は時間的に一貫している必要があります。最も重要なことは、私の小さなベンチトップ油圧プレスは、それほど長く待ってもこれらのサンプルを壊すことができないということです。そして、このロードセルは校正されていないため、このテストを任意の実用工学の力単位で行っています。転倒した砂ボンベは約2500個で破損した。そして製造された砂コンクリートは7500個で破損した。結果の違いが簡単にわかります。“おやすみ！” 3倍の強さでした。もちろん、ここは私のガレージであり、試験場ではありません。腕が石を叩くのに飽きたので、サンプルを 1 つだけ行いました。幸いなことに、私よりもはるかに賢い人々がこれをテストしました。その結果は、すべてを同じに保つと、細骨材の角度がコンクリートの強度を高めるというかなり決定的な結果が得られました。そして、このトピックについて何かを読んだことがあるなら、おそらくそれがわかる話です。これは、地球の砂資源の中で最も目立つ砂丘砂をコンクリートで使用しない理由の一般的な説明です。直感的だ。丸みを帯びた穀物は一緒にロックされません。バイザー氏は著書の中で一度ならず三度その主張を行っている。 しかし、私たちが気にかけているコンクリートの特性は強度だけではないため、それほど単純ではないことがわかりました。
コンクリートが強くなる前に、コンクリートを配置する必要があります。この種の仕事をした人に聞いてみると、大変だと言われます。まあ、最初は液体ですが、作業は大変です。コンクリートは水の密度の約2。5倍です。それは重いものであり、それをフォームに取り込むには、手押し車、バギー、シュート、ポンプ、ホースなど、さまざまなツールが必要になることがよくあります。コンクリートの流れが良ければ良いほど、コンクリートをうまく配置することが容易になります。そしてそれが重要です。混合物が硬すぎると、ホースが詰まり、気泡が閉じ込められ、最終的には取り付けられた製品の品質が低下する可能性があります。コンクリートのこの特性は通常、加工性と呼ばれます。多くの場合、スランプテストを使用して測定されます。コンクリートの円錐を埋め、円錐を引き離し、コンクリートがどのくらいの距離に落ちているかを確認します。しかし、加工性の問題は、ある意味、強度に反するということです。そしてそれはすべて水に関係しています。
コンクリートトラックが現場に現れ、混合物が硬すぎるとどうなりますか？エンジニアがいるかどうかによって異なりますが、多くの場合、ドライバーに数ガロンの水を混合物に加えるように指示するだけです。より多くの水; よりよい流れ; 置くこと容易。かなり簡単ですが、エンジニアに知られたくない理由があります。それは、水がコンクリートの強度を低下させることです。私はいくつかのガレージデモでこれについての全体のビデオを行ったので、もう一度、あなたがもっと学びたい場合は、それをチェックアウトしてください。重要なのは、水とセメントの比率が、コンクリートが硬化する際の強度を決定する最も重要な要素の 1 つであるということです。セメントは、水や溶剤が蒸発すると硬化する一部の種類の接着剤とは異なります。化学反応が起こり、水が最終生成物に組み込まれます。そのため、“dries” ではなく concrete “cures” と言います。しかし、セメントは水中では重量の約 35 パーセントしか反応できないため、それ以上は、より強力な成分が使用できる混合物中の体積を占めるだけです。より多くの水; より少ない強い。ここで砂粒の形が関係します。
以前のデモンストレーションのために作成したこれら 2 つのミックスの実行可能性を測定するために、ガレージのスランプ テストを少し行いました。これが丸い砂の混合物です...そしてこれが製造された砂です。“ははは、まったくスランプはありません。” 正直、これは微妙な違いだと思っていましたが、昼も夜もそうでした。彼らは親しくさえありませんでした。そこで私は、成分比を一定に保つ代わりに、加工性を制御変数として使用するとどうなるだろうかと考えました？調べよう。最初に私はそれを実行可能なレベルにするのに十分な水で製造された砂を使用しました 100 ミリリットルはここにそれを手に入れました、それは最初のものより少し良いです。次に、転がった砂と 2 回目の混合を行い、ゆっくりと水を加え、かなり近くなるまでスランプ テストを実行しました。一致するまでにかかった水はわずか 70 ml で、最初のバッチより 30% 少なくなりました。1週間後、サンプルをテストしました。転倒した砂サンプルは4,800個で破損した。そして製造された砂はわずか4,300個で砕けた。粒子が丸い転倒砂は今回（約10パーセント）より強かったが、これはすべて混合物中の水分含有量が低かったためである。
はい、同じ量の水を使用する場合、川や製造された砂から得られるような角張った砂の方が良いですが、実際の建設ではそうではありません。私はこれを非常に多くの注意点とともに言いますが、非常に一般的には、作業性のために必要なだけ水を加えるだけです。丸みを帯びた砂は作業性が向上するため、追加する水の量が減り、より強力なコンクリートが得られます。風で吹く砂はその形状のためコンクリートに使用できないという考えは神話です。実際、American Concrete Instituteには、私ができるよりもよく言う速報があります:
“硬化コンクリートの強度に対する細骨材の形状と質感の影響は、ほぼ完全に、結果として生じるコンクリートの水対セメント比に関係しています...”
丸みを帯びた粒子をコンクリートに使用することはできないというこのアイデアの元の源を追跡しようとしましたが、どこにも行きませんでした。バイザー氏は国連の記事を引用しており、国連自体も中国産の2種類の砂漠の砂をコンクリートに使用したことに関する2006年の論文を引用している。しかし、その論文では粒子の真円度についてはまったく言及されていません。彼らは研究に穀物の形状の測定値を含めず、砂漠の砂の特定の特性が試験結果にどのような影響を与えたのかについても示唆しなかった。実際、その論文の結論には、砂漠の砂はコンクリートに使用される他の種類の細骨材に代わる実現可能な代替品であるということが含まれています。そして、それが科学的研究の対象となった理由全体は、形状ではなくサイズに関係しています。これは、コンクリートの微細骨材の粒径分布に広く使用されている仕様です。このエリアの砂はどれでも仕様を満たしています。そして、その紙に使用されている土がここにあります。たとえそれがうまくいかないという結論になったとしても、これは粒子の形状よりも結果に大きく関係していると思います。
そしてそれがこの議論全体の核心です。細かい骨材は世界中で見られます。自分たちでも作れる。そしてコンクリートは焼くようなものです; さまざまな成分が最終結果を変える可能性があります。しかし、地元の食材の入手可能性に基づいて進化した地域のパンのレシピと同じように、建設業界は、良好な構造特性を達成するためにさまざまな地元の材料を使用する多くの方法を開発してきました。エンジニアリングにおける多くのことと同様、本当の課題はコストです。
砂の製造は、直接混合物に入れることができる採掘原料に比べて高価になる可能性があります。特に、水を過剰に添加せずに砂をより加工しやすくするために必要な化学混合物などの他の成分を考慮すると、砂の製造コストが高くなります。現場やバッチプラントの近くで見つけるのではなく、より高品質の砂を遠くから輸送するには費用がかかります。世界的に厳しくなっている環境規制を遵守して砂を採掘するには費用がかかります。地球上に細かい骨材が不足していると言うのはキャッチーですが、誤解を招くと思います。“Sand は以前よりもはるかに高価になっています。be” は見出しとしてはあまり良くありません。そして難しいのは、さまざまな意味で、それらのコストは常に存在してきたということです。私たちはそれらを環境と私たちの未来に外部化しただけです。
コンクリートのすべての成分は、他の天然資源と同様に採掘または収穫されます。コンクリートは、他のほとんどの材料を水から吹き飛ばすスケールで作られているだけです。これは巨大なビジネスであり、多額の資金が流れており、その結果、多くの潜在的な環境破壊や社会的紛争が発生することを意味します。これは、砂の採取方法に対するしっかりとした監視と強制が行われていない場所に特に当てはまります。そして、砂の低コストは、材料としてのシンプルさと豊富さのため、他の点で必ずしも最適な材料ではない状況でも、そもそもコンクリートを多く使用する理由の大きな部分を占めていることを指摘することが重要だと思います。エンジニアリング業界はすべてトレードオフであり、砂に関する経済状況が変化すれば、エンジニアリング業界や建設業界も変化する可能性があります。この他の例を見てください。
ダイヤモンドはかつてはもっぱら採掘された材料でしたが、今では研究室で作ることができます。ジュエリーに使用される合成ダイヤモンド宝石は現在、採掘されたダイヤモンドよりも安価ですが、確かに、その経済にはそれらを作るコストよりもはるかに多くのものがあります。私がもっと興味深いと思うのは、世界中で工業目的で使用されるダイヤモンドの 99 パーセントが合成ダイヤモンドであるということです。以前は希少な鉱物でしたが、今では金物店からダイヤモンドのドリルビットや鋸刃を拾うことができ、かなり少額のプレミアムが得られます。
木材も別の例です。かつては天然林が唯一の供給源でしたが、現在ではプランテーション、つまり収穫のために特別に植えられた木が、私たちが世界中で使用する木材の 3 分の 1 以上を占めています。また、合板、OSB、構造用複合材などの加工木材は、原材料をより効率的に使用できます。私がこれらの例を指摘しているのは、良いか悪いかというと、どちらの場合も長所と短所がありますが、建設業界における材料の需要が供給によってどのように変化するのか、そしてテクノロジーがどのように変化するのかを説明するためだけです。それに大きな影響を与えます。そして、木材と砂の間には別の類似点があります。どちらも再生可能です。
岩のタンブラーにはもう一つバレルが入っていて使わなかったので、コンクリートの塊をいくつか砕いて投げ込みました。他の岩をタンブラーに積んだときと同じように、私はこれらを砂の中を走らせました。コンクリートはほとんどの自然の岩に比べてかなり柔らかいので、それほどきれいに磨かれませんでしたが、結果はまだかなりクールです。コンクリートが長時間転がり回った後の構成材料、つまり大小の骨材とそれらを固定するセメントペーストが実際に見えます。しかし、このデモの要点は、コンクリートはほとんど岩石にすぎず、そもそもそれがほとんどでできているということです。そして、私が砕いて製造された砂を作るのと同じように、コンクリートは骨材にリサイクルされ、新しいコンクリートやその他の材料として建設業界で再利用され、未使用の資源への需要が減ります。
建設業界では大きな変化があり、砂や砂利などの材料の必要性も大きく高まっています。しかし、世界がそれらの資料を使い果たしていると言うのは公平ではないと思います。私たちは、それらの調達にかかるすべてのコストをより認識しており、それらが私たちの将来や環境にどのような影響を与えるかをより考慮していることを願っています。
コメント
コメントを投稿