建築石材：用途、仕上げ加工、長期保存の完全ガイド

この記事では以下について説明します：1. 石材の用途 2. 石材の天然層理面 3. 加工（仕上げ） 4. 劣化 5. 劣化抑制 6. 保存 7. 人造石。

1. 石材の用途

石材は古代から建築物建設に使用されており、我が国の古代寺院や要塞の多くは石材で建設されました。アグラのタージマハル、デリーのレッドフォート、ジャーママスジド、国会議事堂、中央事務局、大統領官邸、そして全国各地に点在する様々な著名建造物が、建築材料としての石材の素晴らしい貢献例を示しています。現在でも、セメントコンクリートとレンガの基本材料となっています。

石材が用いられる様々な用途は以下の通りです：

(1) 構造材

基礎、壁、柱、梁、アーチ、屋根、床、防湿層などに使用されます。

(2) 面材（フェイスワーク）

構造物に重厚な外観を与えるために採用されます。壁はレンガで、面材を所望の色調の石材で行います。これを複合積みと呼びます。

(3) 舗装材

住宅、商業、工業など様々な建物の床面を覆うために使用されます。また道路、歩道などの舗装にも採用されます。

(4) 基本材料

石材を粉砕してセメントコンクリート、道路マルム、石灰質セメント、人造石、中空ブロックなどの基本材料に転換します。

(5) その他

上記用途に加えて、石材は以下にも使用されます：
(i) 鉄道バラスト
(ii) 高炉溶剤
(iii) 橋梁、橋脚、橋台、擁壁、灯台、ダム等の建設ブロック

しかし、以下の事実により石材は建築材料として徐々に人気を失いつつあることを覚えておくべきです：

(i) 石材の加工は面倒で労働集約的、時間を要します。
(ii) 所望の強度と品質を持つ石材が、特に平野部では適正価格で容易に入手できません。
(iii) 石材の代替材であるRC造と鉄骨造は、より強靭、嵩張らず、より耐久的、現代の高層・重要建築により適しています。
(iv) 石造構造物はRC造や鉄骨造のように合理的に設計できません。

2. 石材の天然層理面

(1) 定義

建築石材は岩石から得られます。これらの岩石には石材を容易に割ることができる明確な分離面があります。この面を石材の天然層理面と呼び、堆積岩が本来堆積した面または層を示します。天然層理面は必ずしも水平である必要はありません。

堆積岩では層理面に沿って天然層理面を観察・特定しやすいです。火成岩では天然層理面は重要性が低く、特定も困難です。

(2) 重要性

石積みでは、すべての堆積岩系石材の天然層理面方向を圧力方向に垂直またはほぼ垂直にするという一般ルールを守るべきです。この配置により石積みに最大強度が与えられます。

石材の天然層理面は、水を注いで層の方向を調べることで検出できます。拡大鏡も使用可能です。熟練作業員はノミへの抵抗から天然層理面方向を容易に特定できます。石材はこれらの天然層理面に沿って容易に割れます。

天然層理面に関して、石材は以下のように様々な状況で配置されます：

(i) アーチ

石造アーチでは、石材を天然層理面を放射状に配置します（図2-1参照）。この配置によりアーチ推力が天然層理面方向に垂直に作用します。

(ii) コーニス、帯状装飾等

コーニス、帯状装飾等では石材が部分的に無支持状態になります。したがって天然層理面方向を垂直にして配置すべきです。この原則は隅石には当てはまりません。このような場合、天然層理面のない石材を採用するのが望ましいです。

(iii) 壁

壁では石材を天然層理面方向を水平にして配置すべきです（図2-1参照）。

3. 石材の加工（仕上げ）

採石された石材は、適切なサイズと表面に切断する必要があります。このプロセスを石材の加工（ドレッシング）と呼び、以下の目的で実施されます：

(i) 石積みから所望の外観を得るため
(ii) 採石場からの輸送を容易かつ経済的にするため
(iii) 石積みの要件に適合させるため
(iv) 採石場近くの、この種の作業に熟練した地元作業員を活用するため など

作業場所に関して、加工は採石場加工と現場加工の2種類に分けられます。

採石場では、以下の利点を得るために石材を概略的に加工します：

(i) 採石場では加工用の安価な労働力を確保可能
(ii) 採石場加工を実施すれば、用途別に石材を選別可能
(iii) 石材の不規則で粗い部分を除去し、重量減少と輸送容易化を実現
(iv) 石材の天然層理面を加工時に明確化可能
(v) 採石直後の石材には採石場水が含まれ比較的軟らかく、容易に加工可能

石材加工により得られる仕上げの種類は以下の通りです：

(1) 斧仕上げ

花崗岩などの硬い石材の表面を斧で加工する仕上げです。

(2) ビショップ仕上げ（ボースト/ドローブ仕上げ）

ビショップを用いて石材表面に不連続な平行マークを付ける仕上げです（図2-11参照）。マークは水平、傾斜、垂直のいずれかです。ビショップは刃幅約60mmのノミの一種です。

(3) ノミ引き縁取り

石積みの継ぎ目を均一にするため、縁取りを角張ったもの、ピッチド、面取りなどで施します。

(4) 円形仕上げ

柱のように石材表面を円形または丸く仕上げるタイプです。

(5) 櫛目/引きずり仕上げ

櫛またはドラッグ（複数の歯を持つ鋼片）を全方向に擦り付け、図2-12のような表面を得ます。この仕上げは軟らかい石材のみに適しています。

(6) 溝彫り仕上げ

約20mm幅のマージンを石材全エッジに沈め、中央部分を約15mm突出させます。この突出部に約10mm幅の垂直または水平溝を複数形成します（図2-13参照）。一般に隅石を目立たせるために採用されます。

(7) 成形仕上げ

石材表面を所望の形状に成形し、外観を向上させます。成形は手作業または機械で可能です。

(8) ハンマー仕上げ

ウォーラーハンマーを用いて石材を概ね正方形または長方形に整形します（図2-14参照）。ハンマー仕上げ石材には鋭利または不規則なコーナーがなく、比較的均一な表面を持つため積み上げに適しています。

(9) 平仕上げ

ノコギリまたはノミで石材表面を概ね滑らかに仕上げます。

(10) 磨き仕上げ

大理石、花崗岩などの石材表面を手作業または機械で研磨します。

(11) パンチング仕上げ

パンチを用いて石材表面に凹みを作ります。石材表面は一連の窪みと隆起の形態を取ります。

(12) 網目仕上げ

図2-15のように網目状の外観を呈します。石材エッジに約20mm幅のマージンを引き、内側に不規則な沈みを作ります。不規則形状の沈み周囲に約10mm幅のマージンを設け、深さ約5mmとします。尖った工具で沈み面にマークを付け、痘痕様外観を呈させます。

(13) 擦り仕上げ

石材片で表面を擦るか、適切な機械で表面を擦ることで得られます。水と砂を自由に使用して擦り作業を加速させます。

(14) 剥ぎ仕上げ

剥ぎハンマーで不規則な突起を除去し、石材を概略的に加工します。

(15) ノミ仕上げ

ノミで石材表面を仕上げ、水平、傾斜、垂直の連続平行マークを表面に残します。

(16) 素肌仕上げ/岩肌仕上げ/採石場肌仕上げ

採石場から産出された時点で滑らかな表面を持つ石材があり、そのまま作業に使用できます。このような石材表面を素肌仕上げ、岩肌仕上げ、採石場肌仕上げと呼びます。

(17) 沈み仕上げ

元のレベルより下に、幅広い溝、面取り、傾斜面などの形で表面を沈めることで得られます。

(18) 蚯蚓仕上げ

網目仕上げと類似していますが、沈みがより曲線的です。蚯蚓に食われたような外観を呈します。

石材の劣化

露出した面を持つ石材は、様々な大気作用と劣化作用を受けます。

石材腐敗の原因は以下の通りです：

(1) 交互の湿潤と乾燥
(2) 霜
(3) 大気中の不純物
(4) 生物
(5) 化学物質の移動
(6) モルタルの性質
(7) 雨水
(8) 温度変化
(9) 植物生育
(10) 風

(1) 交互の湿潤と乾燥

石材は雨、霜、露など様々な要因で湿潤します。この湿潤面が日光で乾燥します。このような交互の湿潤と乾燥を受ける石材は急速に摩耗することがわかっています。

(2) 霜

高地や極寒地では、大気中の水分が石材気孔に堆積します。凍結点でこの水分が凍結し、体積膨張により石材を割裂させます。

(3) 大気中の不純物

大気には石材に悪影響を与える様々な不純物が含まれます。例えば工業都市では酸と煙が優勢です。これらの不純物は石灰石の炭酸カルシウムに作用し、石材劣化を引き起こします。

(4) 生物

ミミズやバクテリアなどの生物が石材に作用し劣化させます。これらの生物は石材に穴を開け、強度を低下させます。また有機酸を分泌し、石材鉱物に腐食作用を及ぼします。

(5) 化学物質の移動

同じ構造物内で石灰岩と砂岩など異種石材を並べて使用すると、一方の石材に大気作用で生成された化学物質が他方に移動し、その劣化を引き起こす可能性があります。例えば砂岩を石灰岩の下に配置すると、雨水等で石灰岩から運ばれた化学物質が砂岩の腐敗を招きます。同様に粒状石灰岩とマグネシウム石灰岩を併用すると、粒状石灰岩がマグネシウム石灰岩から硫酸マグネシウムを吸収して劣化することがあります。

(6) モルタルの性質

石積みの結合材として使用されるモルタルの性質が、石材成分のいずれかと化学反応し、石材の崩壊を招く可能性があります。

(7) 雨水

雨水の石材への作用は物理的と化学的の二重です。雨水が石材表面を濡らし、日光で乾燥します。この交互の湿潤と乾燥が石材崩壊を招きます。これが雨水の物理的作用です。雨水は大気を降下する際に二酸化炭素(CO₂)、硫化水素(H₂S)および大気中の他ガスを吸収します。これらのガスが石材に悪影響を与え、腐敗を引き起こします。これが雨水の化学的作用です。

(8) 温度変化

温度上昇は石材膨張を、温度低下は石材収縮を引き起こします。温度上昇と低下が頻繁に起こると、内部応力の発生により石材は容易に劣化します。

(9) 植物生育

蔓植物や特定の樹木が石材表面に発生し、根が石材継ぎ目に入ります。このような根は水分を引き寄せ石材表面を湿潤に保ちます。同時に膨張しようとします。これらの作用が石材腐敗を加速させます。

(10) 風

風には微細な塵粒子が含まれます。高速で吹けばこれらの粒子が石材表面に衝突し、石材を劣化させます。風はまた雨水を強制的に石材気孔内に侵入させます。この水が凍結すると膨張し石材を割裂させます。

石材腐敗の抑制

風化作用による石材腐敗作用を抑制するため、以下の予防措置を講じるべきです：

(1) 緻密な珪質石材：重要建築物の外部表面には緻密な珪質石材のみを使用することが望ましい。これらの石材は緻密な結晶テクスチャを持つ必要がある。ケイ酸塩結合材でセメント化された砂岩を使用し、開放テクスチャの石灰岩や石灰質砂岩は工業都市の外部表面では避けるべき。
(2) 外部仕上げ：普通建築物では、建設時に石材表面に目地モルタル詰めや漆喰などの外部仕上げを施すべき。
(3) 継ぎ目：石積みのすべての継ぎ目を完全に充填し、中空や空洞のない健全で堅固な構造とする。
(4) 天然層理面：石材をその天然層理面上に配置する。
(5) 石材品質：仕上げ済み、研磨済み、良好に加工された石材を粗加工石材より優先使用する。
(6) シーズニング済み石材：採石直後の石材には採石場水が含まれ腐敗作用を加速するため、配置前に十分な期間曝露させシーズニングする。
(7) 石材サイズ：可能な限り大型石材を使用し、弱点であり水分侵入経路となる継ぎ目数を最小化する。
(8) 水洗い：露出石材表面を可能な限り清潔に保つため、定期的に水洗いする。

石材の保存

劣等品質の建築石材の腐敗は、適切に保存すればある程度防止可能です。この目的で保存剤を石材表面に塗布します。

理想的な保存剤は以下の特性を持つべきです：

(i) 石材表面への水分浸透を防止する
(ii) 不快な色を発生させない
(iii) 各種大気作用に抵抗するため十分に硬化する
(iv) 石材表面に容易に浸透する
(v) 経済的である
(vi) 腐食性がなく無害である
(vii) 乾燥後長期間効果を持続する
(viii) 石材表面への塗布が容易である

しかし、すべての石材タイプに適した単一の保存剤は存在しないことを覚えておくべきです。保存剤の選択には慎重な検討が必要です。石材の化学組成と構造内での位置に応じて、特定の保存剤を推奨すべきです。各ケースを最終選択前に適切に研究すべきです。

一般的に石材保存に採用される保存剤は以下の通りです：

(1) コールタール

コールタールを石材表面に塗布すれば保存効果があります。しかしコールタールの色は不快な外観を生み、コールタール塗布面は太陽熱を吸収します。したがって石材の美観を損なうため、一般的には採用されません。

(2) アマニ油

生アマニ油または煮立てアマニ油のいずれかとして使用可能です。生アマニ油は石材の元の色調を乱しません。しかし頻繁な再塗布が必要で、通常年1回です。煮立てアマニ油は長期間持続しますが、石材表面を暗くします。

(3) 塗料

石材表面への塗料塗布は保存剤として機能します。塗料は石材の元の色を変えます。深い浸透が必要な場合は圧力塗布します。

(4) パラフィン

単独で使用するか、ナフサに溶解して石材表面に塗布します。石材の元の色を変えます。

(5) 明礬と石鹸の溶液

明礬と軟石鹸を約0.75Nと0.50Nの割合で取り、1リットルの水に溶解します。この溶液を石材表面に塗布すると保存剤として作用します。

(6) 塩基性酢酸バリウム溶液

水酸化バリウムBa(OH)₂溶液を石材表面に塗布すると保存剤として作用します。この保存剤は石材腐敗が主に硫酸カルシウムCaSO₄による場合に使用されます。以下の化学反応が起こります：Ba(OH)₂ + CaSO₄ = BaSO₄ + Ca(OH)₂。硫酸バリウムは不溶で大気作用の影響を最小限に受けます。生成した水酸化カルシウムが大気中の二酸化炭素を吸収し炭酸カルシウムCaCO₃を形成し、石材強度を増加させます。

人造石

これらは鋳造石または再構築石としても知られています。

(1) 人造石製造手順

人造石製造には一般に以下の手順を採用します：

(i) 天然石材を6mm未満に破砕します。
(ii) 石材粉塵を除去します。
(iii) 3～6mmサイズ石材1.5部、3mm未満石材1.5部、セメント1部の体積比で混合物を調製します。
(iv) 所望の色彩効果を生む必要な顔料を上記混合物に添加します。その割合はセメント重量の15%を超えないようにします。
(v) 必要量の水を加え、材料を十分に混合します。
(vi) 調製混合物を特製型枠に移します。
(vii) 硬化させ、表面を湿潤状態に保ちます。人造石がブロック形で完成します。
(viii) 必要に応じて研磨します。
(ix) 普通セメントの代わりに白色セメントを使用して淡色を生産可能です。

(2) 人造石の形態

人造石は以下の様々な形態を取り得ます：

(i) セメントコンクリート

セメント、細骨材、粗骨材、水の混合物です。現場打ちまたはプレキャスト可能です。現在広く使用されています。セメントコンクリートに鉄鋼を使用すると鉄筋コンクリート（RC造）と呼ばれます。

(ii) モザイクタイル

表面に大理石チップを持つプレキャストコンクリートタイルをモザイクタイルと呼びます。様々な色調で入手可能で、現在広く採用されています。

(iii) テラゾ

大理石チップとセメントの混合物です。浴室、住宅、寺院等に使用されます。

(3) 人造石の利点

人造石の利点は以下の通りです：

(i) 人造石内に空洞を設けられ、配管、電線等の通線に利用可能。
(ii) 鋳造時に溝を設けられ、各種金物取り付けに有用。
(iii) 建築要件に適した所望形状に鋳造可能。
(iv) 単一ピースで製造可能なため、梁、桁等の大型石材ブロック入手の苦労が不要。
(v) 天然石材より強く製造可能。
(vi) 小型石材を有効活用できるため安価で経済的。
(vii) 雨、霜等の大気作用による劣化と崩壊に対する抵抗性が天然石材と同等。
(viii) 天然石材より耐久性が高い。
(ix) 人造石には天然層理面がないため、石材の天然層理面に関する注意が不要。