レンダリングモルタル用途のための水和石灰を含む低エネルギー焼成粘土（高エジプト産グレークレイ）の力学的および微細構造特性

日常建築のためのより環境に優しい壁

住宅から歴史的記念物まで、私たちが目にする多くの壁はポルトランドセメントを主成分とする薄いモルタル層で覆われており、この素材は非常に大きな炭素負荷を伴います。本研究は別の道を探ります：エジプト産の灰色粘土を低温で焼成し、伝統的な石灰と混合して、気候負荷が小さく、古い建物に優しく、かつ日常用途に十分な強度を持つ着色壁仕上げを作るという提案です。本研究はこれらの低エネルギー混合物がどのように振る舞うかを示し、建築仕上げをより持続可能な方向へ転換する可能性を示しています。

壁材を見直す理由とは？

通常のポルトランドセメントは最大約1450 °Cの大型キルンで製造され、生成される1トン当たりほぼ1トンの二酸化炭素を排出します。対照的に、石灰や焼成粘土ははるかに低温で製造でき、時間をかけて一部のCO₂を回収することさえあります。石灰系の塗りは、壁が“呼吸”できるため、湿気を内部に閉じ込めるのではなく逃がすことができ、古建築の修復で既に高く評価されています。しかし、純粋な石灰は硬化が遅く、強度もあまり高くありません。著者らは、低温焼成粘土と水和石灰を主成分とする結合材が、特に適した粘土が豊富に存在するエジプトのような国で、装飾用のモルタルにおいてセメントに代わり得るかどうかを検討しました。

地元の粘土を新たな結合材に変える

研究チームは南シナイから灰色粘土を採取し、電気炉で750 °Cに加熱しました。この温度は、粘土の内部構造を活性化させつつ緻密なセラミックに変化させないために選ばれました。この処理により粘土は焼成粘土として知られる細粒で高反応性の粉末に変わりました。次にこの粉末を水和石灰といくつかの比率で混合し、標準砂と適切な水で練った一連の基本的なモルタルを作りました。X線回折や赤外分光などの手法を用いて、硬化する過程で混合物の内部構造がどのように変化するかを追跡し、砂粒を結びつける新たな鉱物相の形成を調べました。

強度と作業性の最適点を見つける

7日、28日、90日における圧縮および曲げ強度の試験により、約60%の焼成粘土と40%の水和石灰を含む配合（L40）が最良のバランスを示すことが分かりました。このブレンドは比較的少量の水で練ることができ、実用的な時間で硬化し、焼成粘土と石灰が反応してセメント様の結合相を形成することで、塗り用途に適した強度を発揮しました。石灰が少なすぎると粘土が十分に活用されず、多すぎると長期的にモルタルを弱めうる不安定な化合物が生じました。研究者らはL40配合では、初期の化学反応と石灰のより遅い炭酸化の両方が、より緻密で強い微細構造に寄与していることを示しました。

性能を損なわずに色を加える

最適な結合材が特定された後、チームは第2段階として、L40を砂、石灰岩充填材、少量の保水剤および緑色または黄色の無機顔料と混合して着色仕上げを作成しました。結合材と顔料の量を変え、塗りやすさ、硬化速度、硬化後の強度と多孔性を測定しました。すべての着色モルタルは塗りモルタルに関する欧州規格EN 998‑1に適合しました。特に注目されたのは、35%のL40結合材と2%の黄色顔料を含む配合（R35Y）で、十分な強度、良好な作業性、安定した色合いを兼ね備え、埃ジプトで比較的安価かつ入手しやすい材料を用いる点で魅力的でした。

建物の快適性、付着性、保護性能

生の強度を超えて、本研究は建物の性能に直接影響する特性を検討しました。R35Y塗りは従来の白色セメント系参照材より熱伝導率が低く、より多孔質な構造のおかげで壁の断熱性向上に寄与します。典型的な下地への付着性はセメント系塗りと同等であり、多孔性により塗膜を通して湿気が移動でき、閉じ込められることがありません。これらの特性は、剛直で緻密なセメント系塗りが時間とともにひび割れ、塩害、剥離を引き起こしやすい歴史的な石造建築にとって特に重要です。

将来の建築にとっての意味

簡潔に言えば、著者らは低温で焼成したエジプト粘土と水和石灰を慎重に調整した混合物が、装飾的かつ保護的な壁仕上げにおいて従来のセメントに代わり得ることを示しました。最良の配合は十分な強度を持ち、下地に良好に付着し、湿気を調節し、断熱性能を改善する可能性があり、しかも製造時のエネルギー消費とCO₂排出を削減します。厳しい気候条件下での長期耐久性はまだ完全には検証されていませんが、これらの粘土–石灰塗りは、建物の色彩が見た目に寄与するだけでなく、気候に配慮し遺産を尊重する建築へとつながる未来を示唆しています。

引用: Salama, K.S., Kishar, E.A., Ahmed, D.A. et al. The mechanical and microstructural characteristics of low-energy calcined clay from a high-Egyptian gray clay with hydrated lime for rendering mortar applications. Sci Rep 16, 7932 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37982-1

キーワード: 焼成粘土, 石灰系塗り, 低炭素建設, 着色モルタル, 歴史的建造物の保存