自然材料と人工材料

この記事の要点

建築材料は自然材料（木・石・金属）と人工材料（鋼・コンクリートなど）に大別され、現代の構造材料の主流は人工材料である。

材料の世代分類（木→鋼→RC→高分子系）を理解することで、各材料の特性と開発の歴史的背景が把握しやすくなる。

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私たちが建築で使用する材料は、どこで・どのように創ったものでしょうか？自然界からそのまま利用しているものもありますし、人間が加工してつくっている場合もあります。

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元々、材料は自然界の物を利用していました。日本では「木」が豊富に存在していたので、木造住宅が多く現在でも、それは変わりません。また、ヨーロッパのある地域では石造りの家が多いことが確認できます。

しかし、現代では木造や石造りだけでなく、rc造や鋼といった人工的に造られた材料も多く用いられています。

ここでは、そんな材料の歴史や家系図をみて、材料の特性や、これから用いられるであろう材料について考えていきましょう。材料の家系図は、次に示すリンク先のように材料の樹形図をみると、をみるとわかります。

自然界に存在していた材料は大まかに分類すると、

・「木」

・「石」

・「金属」

であったと思われます。

木や石は前述したように、切りだすことさえ出来れば、そのまま用いることができる材料です。金属に関しても「鉄」は割と早い時期から人類は利用してきました。

人間は、その自然材料を加工して様々な特性を持たせた材料を開発します。建築材料で多く用いられている「鋼」は鉄に炭素を加えることで粘りを持たせた材料です。

また、我々もついつい会話の中で『鋼』のことを『鉄』なんて、いったりしますが、これは違いますね。鉄という材料はありません。鉄はあくまでも元素（iron）であり、それに炭素やらを加えた合金が鋼（steel）ですよね。

同様にコンクリートはセメントの硬化性を利用して、粗骨材や細骨材を混ぜて強度を高めた材料です。コンクリート自体は引張強度が極端に低いため、鉄筋を入れたRCが構造材料では用いられます。

以上のように、人間は自然界にあった材料の特性をさらに引き出し、弱点を克服しながら独自の材料を生みだしてきました。

また、最近では「鋼」よりも軽く強い「アルミニウム」等の金属も建築で利用される例も多くなってきています。

以上のような、「木」を第一世代の構造材料、「鋼」を第二世代の構造材料、「RC」を第三世代の構造材料と読んでいます。

さらに今後は、「高分子系」の第四世代の構造材料で、航空機分野で多く用いられている「FRP」にも注目したいですね。

混同しやすい用語

鉄（iron）vs 鋼（steel）

鉄は元素記号Feで表される純粋な金属元素であり、単体では軟らかく粘りが低い。

鋼は鉄に炭素（0.02?2.14%程度）を加えた合金であり、引張強度と粘りを兼ね備えた構造材料として使われる。

自然材料 vs 人工材料

自然材料は木・石・金属など自然界から採取してそのまま（または最小限の加工で）使う材料である。

人工材料は鋼・コンクリート・アルミニウムなど人間が化学・物理的処理によって特性を付与した材料であり、現代の主要構造材料はほぼ人工材料である。

試験での問われ方｜管理人の一言

試験では「鋼と鉄の違い」や「RCが第三世代の構造材料である理由」といった材料の特性・分類に関する問いが出る。

材料の世代分類（木→鋼→RC→高分子系）と各材料の弱点・特徴をセットで整理しておくと解答しやすい。

自然材料と人工材料を整理した表を示します。