It's so ubiquitous that we rarely even give it any regard at all.

コンクリートはいたる所にあり、 関心を持つことはないかも知れません

But, underneath that drab grey exterior is a hidden world of complexity.

しかし、その灰色の外見の下には、 複雑な世界が隠されています

Hey I'm Grady and this is Practical Engineering.

こんには、私はグレイディです こちらは実践工学（Practical Engineering）です

On today's episode - it's concrete 101.

本日のエピソードは「コンクリート101」です

This video is sponsored by Brilliant.

この動画のスポンサーはBrilliantです

More on that later.

詳細は後程

Concrete is one of the most versatile and widely-used construction materials on earth.

コンクリートは地球上で最も万能で、 広く使われている建設材料です

It's strong, durable, low maintenance, fire resistant, simple to use, and can be made

強度、耐久性、メンテナンス性、 耐火性があり、使いやすく、

to fit any size or shape - from the unfathomably massive to the humble stepping stone.

「超巨大な構造物」から「質素な飛び石」まで どんなサイズや形状に合わせて作れます

However, none of those other advantages would matter without this: it's cheap.

しかしながら、これ無くして、これらの利点は 重要ではありません。それは安価なことです！

Compared to other materials, concrete is a bargain.

他の材料と比較して、コンクリートはお買い得です

And, it's easy to see why if we look at what it's made of.

何でできているのかを見れば、 安い理由は簡単にわかります

Concrete has four primary ingredients: Water, sand (also called fine aggregate), gravel

コンクリートは４つの主要な材料からなります 水、砂（細骨材）、砂利（粗骨材）

(aka coarse aggregate), and cement.

そして、セメントです

A recipe that is not quite a paragon of sophistication.

洗練されたお手本とは思えないレシピです

One ingredient falls from the sky, and the rest come essentially straight out of the

材料の一つである水は空から降ってきて、 残りの材料は基本的には地中から出てくる

ground.

材料の一つである水は空から降ってきて、 残りの材料は基本的には地中から出てくる

But, from these humble beginnings are born essentially the basis of the entire world's

しかし、このような”つつましやか”な始まりから、 世界全体のインフラ基盤が生まれるのです

infrastructure.

実は、コンクリートに含まれる４つの材料の中で 唯一複雑なのがセメントなのです

Actually, of the 4, cement is the only ingredient in concrete with any complexity at all.

コンクリートで使用される最も一般的なタイプは、 ポルトランドセメントとして知られています

The most common type used in concrete is known as Portland cement.

採石材（主に石灰岩）を窯に入れ、

It's made by putting quarried materials (mainly limestone) into a kiln, then grinding

少々のエクストラハーブとスパイスを入れて、 微粉末に粉砕します

them into a fine powder with a few extra herbs and spices.

セメントは、建設材料の主要な構成要素で、 グラウト、モルタル、

Cement is a key constituent in a whole host of construction materials, including grout,

漆喰、そしてもちろんコンクリートに含まれます

mortar, stucco, and of course, concrete.

多くの人はこれについて知識がなく、 コンクリートのことをセメントと言うので、

A lot of people don't know this, but every time you say cement when you were actually

土木技術者の計算機は電池を使い果たします

talking about concrete, a civil engineer's calculator runs out of batteries.

もちろん冗談です 違いを知らなくとも非難されることはありません

I'm just kidding of course, and you can hardly be blamed for not knowing the difference

もし、これまでコンクリートのバッチを 練り混ぜたことがなかったり、

if you've never mixed up a batch of concrete before.

コンクリートを練り混ぜたことがあっても、 全材料が一緒に配分された袋詰めの可能性が高いです

Even if you have mixed some concrete, good chance it was in a ready-mixed bag where all

コンクリートを練り混ぜたことがあっても、 全材料が一緒に配分された袋詰めの可能性が高いです

the ingredients were already portioned together.

しかし、コンクリートの各材料には 特定な役割があり、セメントの役割は

But, each ingredient in concrete has a specific role to play, and cement's role is to turn

コンクリートを液体から固体に変えることです

the concrete from a liquid to a solid.

ポルトランドセメントは、水の乾燥や蒸発ではなく、 水和反応と呼ばれる化学反応によって硬化します

Portland cement cures not through drying or evaporation of the water, but through a chemical

ポルトランドセメントは、水の乾燥や蒸発ではなく、 水和反応と呼ばれる化学反応によって硬化します

reaction called hydration.

水は実際に硬化した コンクリートの一部になります

The water actually becomes a part of cured concrete.

そのため、硬化中に コンクリートを乾燥させてはいけません

This is why you shouldn't let concrete dry out while it's curing.

水分が不足すると、水和プロセスが早々に停止し、 コンクリートが完全強度に達するのが妨げられます

Lack of water can prematurely stop the hydration process, preventing the concrete from reaching

水分が不足すると、水和プロセスが早々に停止し、 コンクリートが完全強度に達するのが妨げられます

its full strength.

実際、セメントを洗い流さない限り、 ポルトランドセメントで作ったコンクリートは、

In fact, as long as you avoid washing out the cement, concrete made with portland cement

水中で完全に硬化します

can be placed and cured completely under water.

乾いた状態で置いた場合と同じように （たぶんもっといいかもしれませんが）硬化します

It will set and harden just as well (and maybe even better) as if it were placed in the dry.

しかし「水とセメントで硬化するなら、骨材は何の ために必要なの？」と疑問に思うかもしれません

But, you may be wondering, “If water plus cement equals hard, what's the need for

しかし「水とセメントで硬化するなら、骨材は何の ために必要なの？」と疑問に思うかもしれません

the aggregate?”

この質問に答えるために、このサンプルを ダイヤモンドブレードで切断して見てみましょう

To answer that question, let's take a closer look by cutting this sample through with a

この質問に答えるために、このサンプルを ダイヤモンドブレードで切断して見てみましょう

diamond blade.

マクロレンズで見ると個々の構成要素が、どのように コンクリートに貢献しているのか明確になります

Under a macro lense, it starts to become obvious how the individual constituents contribute

マクロレンズで見ると個々の構成要素が、どのように コンクリートに貢献しているのか明確になります

to the concrete.

セメントペーストが細骨材と粗骨材の 隙間を埋めていることに注目してください

Notice how the cement paste filled the gaps between the fine and coarse aggregate.

それは他の材料を一緒に保持する バインダーの役割を果たします

It serves as a binder, holding the other ingredients together.

純粋なセメントから構造物を作ることはありません 木の接着剤だけで家具を作らないのと同様です

You don't build structures from pure cement the same way you don't build furniture exclusively

純粋なセメントから構造物を作ることはありません 木の接着剤だけで家具を作らないのと同様です

out of wood glue.

代わりに、コンクリートの体積の大部分を埋める ために、安価な充填材料（砂利と砂）を使用します

Instead we use cheaper filler materials - gravel and sand - to make up the bulk of concrete's

代わりに、コンクリートの体積の大部分を埋める ために、安価な充填材料（砂利と砂）を使用します

volume.

これはコスト節約だけでなく、 コンクリートの構造特性を向上させます

This saves cost, but the aggregates also improve the structural properties of the concrete

骨材は強度を向上させ、 コンクリート硬化時の収縮量を低減させるからです

by increasing the strength and reducing the amount of shrinkage as the concrete cures.

土木技術者とコンクリート専門家がセメントと コンクリートの違いにうるさい理由は、

The reason that civil engineers and concrete professionals need to be pedantic about the

コンクリートの基本的なレシピは、 ４つの材料とかなりシンプルにも関わらず、

difference between cement and concrete is this: even though the fundamental recipe for

これらの材料の正確な量と特性の選択は、 とてつもなく込み入った話になるからです

concrete is fairly simple with its four ingredients, there is a tremendous amount of complexity

これらの材料の正確な量と特性の選択は、 とてつもなく込み入った話になるからです

involved in selecting the exact quantities and characteristics of those ingredients.

実際、具体的なコンクリートの配合を開発する プロセスのことを”配合設計”と呼びます

In fact, the process of developing a specific concrete formula is called mix design.

私はこの用語が大好きです。なぜなら、特定の 用途に必要な特性を持つコンクリート配合の開発に、

And I love that terminology because it communicates just how much effort can go into developing

どれだけの努力が必要なのか伝わってくるからです

a concrete formula that has the traits and characteristics needed for a specific application.

配合設計で最もわかりやすい 調整ノブの１つは、水分量です

One of the most obvious knobs that you can turn on a mix design is how much water is

コンクリートの水分量を増やすと、 型枠に流れやすくなります

included.

コンクリートの水分量を増やすと、 型枠に流れやすくなります

Obviously, the more water you add to your concrete, the easier it flows into the forms.

これは、打設作業をする作業員にとって 大きな違いをもたらします

This can make a big difference to the people who are placing it.

しかし、この作業性の向上は、 コンクリートの強度を犠牲にします

But, this added workability comes at a cost to the concrete's strength.

このバランスの意味を示すために、異なる水分量で いくつかの生コンクリートを混合してみます

To demonstrate this balancing act, I'm mixing up some ready-mix concrete with different

このバランスの意味を示すために、異なる水分量で いくつかの生コンクリートを混合してみます

amounts of water.

最初のサンプルでは、生コンクリートを 濡らすだけの水を使っています

For the first sample, I'm using just enough water to wet the mix.

極端に乾燥しているのがわかります

You can see it's extremely dry.

このような生コンクリートは どのような型枠にも流れにくいですが、

A mix like this is certainly not going to flow very easily into any forms, but you can

コンパクトにまとめることができます

compact it into place.

実際、このようなドライコンクリートは、 転圧コンクリートとしてダム建設で使われています

In fact, dry concrete mixes like this are used in roller-compacted concrete which is

実際、このようなドライコンクリートは、 転圧コンクリートとしてダム建設で使われています

a common material in the construction of dams.

次の３つのサンプルは、コンクリートスープ となるまで水の量を増やして使ってみました

For the next three samples, I used increasing amounts of water up to what is pretty much

次の３つのサンプルは、コンクリートスープ となるまで水の量を増やして使ってみました

concrete soup.

コンクリートが硬化した1週間後、 型枠からサンプルを切り出します

After the concrete has had a week to cure, I cut the samples out of the molds.

それでは、それらの強度を見てみましょう

It's time to see how strong they are.

多少の違いはありますが、実際に建設プロジェクトで コンクリートの圧縮強度をテストする方法です

This is actually more or less how concrete is tested for compressive strength in construction

多少の違いはありますが、実際に建設プロジェクトで コンクリートの圧縮強度をテストする方法です

projects.

ここはガレージで、テストラボではありませんが、

Obviously I'm not running a testing lab here in my garage, but I think this will give

水分がコンクリート強度に与える影響を説明するのに 十分な結果を与えてくれると思います

us good enough results to illustrate how water content affects concrete strength, plus these

加えて、それらのシリンダーはいつ攻撃してきても おかしくないので、対処しないといけません

cylinders look like they might attack at any time, and we need to deal with them.

配合を変えた３つのシリンダーを作り、 それぞれを破壊します

I made three cylinders of each mix, and I'll break each one, watching how much pressure

破壊の瞬間にシリンダーにどの程度の 圧力がかかっているのか観察します

the cylinder was applying at the moment of failure.

この実験は、あまりにもクールですので、 近所の人を呼んで手伝ってもらいました

And this experiment was too cool not to invite my neighbors over to help.

最初は、最も多くの水を使用したサンプルです

We started with the samples that used the most water.

それを壊すのにはほとんど圧力は要りませんでした

It was no surprise that it took almost no pressure at all to break them, on average

平均約700psi（5MPa）です

about 700 psi or 5 mPa.

１週間養生しても、コンクリートが ガサガサになっているのがわかります

You can see how crumbly the concrete is even after having a week to cure.

水でセメントペーストを薄め過ぎました

All that water just diluted the cement paste too much.

２つ目のサンプルは、コンクリート配合済みの袋で 推奨されている水分量の範囲で使用したものです

The next two samples used the range of water suggested on the premixed concrete bag.

これらの方がはるかに強く、高い含水率と低い場合で 平均1,600と2,200psi（11と15MPa）で破壊されました

These were much stronger, breaking at an average of 1600 psi and 2200 psi or 11 mPa and 15

これらの方がはるかに強く、高い含水率と低い場合で 平均1,600と2,200psi（11と15MPa）で破壊されました

mPa for the high and low end of the water content range.

コンクリートの壊れ方の違いが、よく見て取れます

And you can really see the difference in how the concrete breaks.

最後に、最も少ない水を使用した サンプルを破壊します

Finally we broke the samples with the least water added to the mix.

コンクリートが型枠にスムーズに流れ込むための 水が不足して、サンプルが粗いことがわかります

You can see how rough these samples were, because there wasn't enough water for the

コンクリートが型枠にスムーズに流れ込むための 水が不足して、サンプルが粗いことがわかります

concrete to flow smoothly into the molds.

しかし、見た目は４つの中で最悪ですが、 全サンプルの中で最も高い強度になり、

But, despite looking the worst of the four, these were the strongest samples of all, breaking

平均3,000 psi（20 MPa）で破壊されました

at an average of around 3,000 psi or 20 mPa.

この映像では、破壊の前にクラックが シリンダーに発生していることがわかります

On this shot you can even see the crack propagating through the cylinder before it fails.

これらはコンクリートの特性に配合設計が いかに重要であるかを示しています

It just goes to show how important mix design can be to the properties of concrete.

水分量を少し変えるだけでも、強度、作業性、 仕上がり外観に大きな影響を与えます

Even varying the water content by a small amount can have a major impact on strength,

水分量を少し変えるだけでも、強度、作業性、 仕上がり外観に大きな影響を与えます

not to mention the workability, and even the finished appearance of the concrete.

ここでは表面をかい摘んでいるだけで、 言葉では言い表せません

It's impossible to state how much I am just scratching the surface here.

コンクリートのトピックは非常に複雑です それは利用用途が多岐にわたるためです

There is so much complexity to the topic of concrete partly because it has so many applications:

「高層ビル」から「コンクリートカヌー」まで、 あらゆるものに利用されます

from skyscrapers to canoes and everything in between.

実際、どこにいても、コンクリートから 数フィート以上離れることは、ほとんどありません

In fact, no matter where you are, you're rarely more than a few feet from concrete

それはどういうわけか、快適な源となっています

- a fact that is inexplicably a source of great comfort to me.

私たち現代社会の基盤となっているものを 説明するのに10分もかかりませんでした

But, I took less than 10 minutes to describe what is literally the foundation of our modern

私たち現代社会の基盤となっているものを 説明するのに10分もかかりませんでした

society.

なので、次の数本の動画で、コンクリートの トピックをより深く掘り下げようと思います

So I'm dedicating at least the next few videos to dive deeper into the topic of concrete.

次の動画は、コンクリートの最大の弱点についてです

The next video will be about its greatest weakness.

コンクリートについての質問は、 コメント欄にお願いします

If you've got questions about concrete, put them down below in the comments and maybe

次の動画にそれらを反映させることができます

I can get them incorporated into the next videos.

ご視聴ありがとうございました そして、感想を聞かせてください！

Thank you for watching, and let me know what you think!

動画を見た方は、物事の仕組みを理解し、 その知識を日常生活に応用したいという、

If you are watching my videos, you probably share my passion for understanding how things work

我々の情熱に共感して頂けたのではないでしょうか

and wanting to apply that knowledge to your everyday life.

そのためには、コアな概念を学ぶだけでなく、 直感力を養う必要があります

To do that requires not only learning core concepts, but developing intuition.

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我々は、これらのシステムの複雑さについて 詳しく説明することが、大好きなのです

I love this one on solar energy that goes into lots of detail on the intricacies of these systems.

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