複合材料の例｜建築で使われる鉄筋コンクリート・FRP・CLTの特徴

この記事の要点

鉄筋コンクリートが「引っ張りに強い鉄筋」と「圧縮に強いコンクリート」を組み合わせた複合材料だという説明を、教科書で初めて見たときは「なるほど」と思った。

互いの弱点を補い合う仕組みが、複合材料の本質だ。

最近ではFRP（繊維強化ポリマー）も構造補強に使われている。

鉄とコンクリート以外の複合材料を建築の文脈で整理しておくと、材料選定の視野が広がる。

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複合材料（ふくごうざいりょう）とは、異なる材料を組み合わせたものです。

例えば、鉄筋とコンクリートを組み合わせた材料を「鉄筋コンクリート」といいます。

鉄筋コンクリートは建築物（又は土木構造物など）の構造部材に使います。

また、航空機の機体には「繊維強化ポリマー（FRP）」といった複合材料が使われています。

今回は複合材料の例、身近な例や使用例、コンクリートとプラスチックの関係について説明します。

複合材料の意味、鉄筋コンクリートとFRPの詳細は下記も参考になります。

複合材料の例は？身近な例、使用例

複合材料の例を下記に示します。

・鉄筋コンクリート　⇒　鉄筋+コンクリート

・コンクリート　⇒　セメント+細骨材+粗骨材+水

・繊維強化プラスチック　⇒　繊維+プラスチック

聞いたことのない材料かもしれませんが、実は身近に使われています。例えば、分譲マンションの柱や梁は「鉄筋コンクリート」で造られています。

また、街中のどこにでもある「電柱」は鉄筋コンクリート製（あるいはPC製）です。ゴルフクラブ、テニスラケットなどのスポーツ用品にFRPが用いられています。

複合材料の使用例を下記に示します。

・鉄筋コンクリート　⇒　建築物の構造部材（柱、梁、基礎など）、土木構造物（トンネル、橋、ダムなど）、電柱

・繊維強化プラスチック　⇒　航空機、配管、浴槽、ゴルフクラブ、テニスラケット

建築物の構造部材によく使う複合材料が「鉄筋コンクリート」です。鉄筋コンクリートは「鉄筋」と「コンクリート」を組み合わせた材料です。下図をみてください。鉄筋コンクリートの断面を描きました。

複合材料とコンクリート

上図のように鉄筋コンクリートは、細長い鉄筋をコンクリートの塊で被覆したような材料です。下記にコンクリートと鉄筋の性質を示します。

・コンクリートは圧縮に強く、引張に弱い

・鉄筋は圧縮に弱く、引張に強い

鉄筋コンクリートは、コンクリートと鉄筋、互いの弱点を補った効率の良い複合材料といえます。詳細は下記も参考になります。

プラスチックと繊維を組み合わせた複合材料が「繊維強化プラスチック（FRP）」です。名前の通り、繊維で強化したプラスチックです。

建築物では、配管や浴槽の材料として使うことがあります。軽量かつ高強度なので、航空機の機体に用いられます。

また繊維の種類、配置を変えることで、色々な性質を付与することが可能です。繊維の種類には「炭素繊維」「ガラス繊維」「アラミド繊維」などがあります。FRPの詳細は下記が参考になります。

混同しやすい用語

「複合材料」と「合金」

複合材料は2種類以上の材料を組み合わせて各素材の長所を活かした材料（例：鉄筋コンクリート、FRP）。

「鉄筋コンクリート」と「鉄骨コンクリート（SRC造）」

鉄筋コンクリート（RC）はコンクリートに細い鉄筋を埋め込んだ複合材料。

鉄骨コンクリート（SRC）は型鋼とコンクリートを組み合わせた構造で、RC造より耐震性・耐火性が高い。

複合材料の代表的な例を整理した表を示します。