- 世界が砂そのものを使い尽くしつつあるという説明は誇張に近く、建設用砂の問題は品質・立地・コスト・環境規制が絡み合った供給問題に近い
- コンクリート用砂では粒径と粒度分布が重要であり、天然砂が不足する地域でも大きな岩石を砕いてふるい分けた製造砂を作ることができる
- 丸い砂漠の砂はコンクリートに使えないという通説は単純化されており、実際の性能は粒子形状だけでなくワーカビリティや水セメント比に大きく左右される
- ガレージ実験では同じ配合比で角ばった製造砂コンクリートが3倍強かったが、同じワーカビリティに合わせると丸い砂の配合は水を30%少なく使い、約10%強くなった
- 砂採取の負担は、輸送費、河川採掘の環境被害、規制順守コスト、リサイクル可能性まで含めた工学的・経済的トレードオフとして見るべき
砂不足論より複雑な建設材料の問題
- 砂はガラス、半導体、光ファイバー、フィルター、研磨材、表面テクスチャ、遊び、美観などさまざまな用途に使われ、建設分野では特にコンクリートの中核材料である
- コンクリートは水、セメント、砂利、砂のような単純な材料で作ることができ、安価で耐久性が高く、さまざまな形に成形可能である
- 建設用砂はおおむね近隣で採掘される
- 輸送費が砂のコストで大きな比重を占める
- 産地と使用先の距離が経済性に直結する
- 川砂はコンクリートに適している場合が多いが、河川採掘は水路の特性を変え、上流と下流の両方に影響を与える可能性がある
- 砂は地質学的プロセスで作られる速度よりも使用速度の方がはるかに速い非再生資源だが、大きな岩石を砕いて建設用砂を作る方法もある
工学で砂を区別する基準
- USDA土壌三角図では、砂が85%以上の粒状材料を砂として分類する
- 統一土質分類体系（USCS）では粒径が中心的な基準となる
- 粒子の半分以上が Number 4 ふるい、約5mmを通過しなければならない
- 粒子の半分を超える量が Number 200 ふるい、約75マイクロンより細かいふるいを通過してはならない
- 一般に思い浮かべるきれいな砂は、USCS基準ではclean sandに近く、Number 200 ふるいを通過する粒子が12%未満である
- この基準は、砂が単一の材料ではなく、かなり広い範囲の粒状土を含むことを示している
製造砂と丸い砂のコンクリート性能
- 製造砂は大きな岩石を砕いた後、大きすぎる粒子と小さすぎる粒子をふるい分けて作ることができる
- すでに砂利のような粗骨材を生産する採石場と破砕設備が存在する
- 場合によっては細かい粒子が副産物になることもある
- 河川から離れた内陸採掘により環境影響を減らせる可能性がある
- 粒子形状はコンクリート強度に影響する
- タンブラーで摩耗させた砂は丸く滑らかな粒子を持つ
- 砕いた砂は鋭く角ばった粒子を持つ
- 同じ量を積み上げたとき、丸い砂は摩擦が低いためより広く広がる
- 同じ材料重量で作った実験配合では、角ばった製造砂コンクリートの方が強かった
- 丸い砂のコンクリートは約2,500 Practical Engineering単位で破壊した
- 製造砂コンクリートは約7,500単位で破壊した
- ガレージ実験であり、試験体は1個、ロードセルも校正されていなかった
- 既存研究でも、他条件を同じに保つと細骨材が角ばるほどコンクリート強度が高くなる結果が示されている
砂漠の砂の通説と水セメント比
- コンクリートは強度だけで評価されるものではなく、硬化前には型枠に入れて締め固められるワーカビリティも重要である
- ワーカビリティは一般にスランプ試験で測定する
- コーンにコンクリートを詰めた後、コーンを持ち上げる
- コンクリートがどれだけ沈下するかで流動性を見る
- ワーカビリティを高めるために水を多く加えるとコンクリートは流れやすくなるが、強度は低下する
- セメントは水が蒸発して固まる接着剤ではなく、水を化学反応に取り込みながら養生される
- セメントは自重の約35%程度の水と反応できる
- それを超える水は、より強い材料が占められるはずの体積を代わりに占有する
- 同じワーカビリティ基準で再配合すると結果が変わる
- 製造砂配合はワーカビリティを合わせるのに水100mlが必要だった
- 丸い砂配合は70mlで済み、水を30%少なく使用した
- 1週間後の破壊試験では、丸い砂試験体は4,800単位、製造砂試験体は4,300単位で破壊した
- 丸い砂がコンクリートに不適というのは、単純化された通説に近い
- American Concrete Institute bulletinによれば、細骨材の形状と質感が硬化コンクリート強度に与える影響は、ほぼ全面的に結果としての水セメント比に結び付いている
- Vince Beiserの本が引用した国連文書は、2006年の中国の砂漠砂論文を根拠としていたが、その論文は粒子の丸みの程度を測定しておらず、その特性で結果を解釈してもいなかった
- 当該論文の結論には、砂漠砂がコンクリート用の他の細骨材に対する実行可能な代替であるという内容が含まれている
- この研究の核心的な争点は、粒子形状よりも粒度分布に近い
本当の制約はコスト、環境影響、材料供給の方式
- 細骨材は世界各地で見つかり、直接作ることもできるが、実際の建設ではコストが中心的な制約である
- 製造砂は、そのまま配合に使える天然材料を採掘するより高価になることがある
- ワーカビリティを確保するには化学混和剤のような追加材料が必要になる場合がある
- 良質な砂を遠方から輸送することもコストを押し上げる
- 世界的に厳格化する環境規制を守って採掘するコストも増大している
- 「細骨材が地球上で希少になっている」という表現より、「砂が以前よりはるかに高価になっている」と説明する方が正確である
- 砂の低価格と豊富さはコンクリートが多用される理由の一つであり、砂の経済性が変われば工学と建設産業もともに変化しうる
- 他の材料でも、供給方式の変化が需要と利用方法を変えた事例がある
- 工業用ダイヤモンドの99%は合成ダイヤモンドである
- 世界の木材使用量の3分の1以上は、伐採のために植えられた造林地から来ている
- 合板、OSB、構造用複合材のようなエンジニアードウッドは原材料をより効率的に使える
- コンクリートも砕いた後に骨材としてリサイクルし、新しいコンクリートや他の建設材料に再利用できる
- 建設業界で砂と砂利の需要は増えているが、問題は世界が材料そのものを使い切ってしまうことより、調達コストと環境・将来コストをより強く認識し、価格に反映する方向へ変化している点にある
1件のコメント
Hacker News の意見
タグボート事業を始めて驚いたのは、ある国が砂の輸出国であり輸入国でもあり得るということ
ある種類の砂はコンクリート用として米国からバハマへ行き、別の種類の砂は水槽用としてバハマから米国へ行く
特殊な砂は規格に合ったバレーボールコートを作るのにも使われる
地元の陸上競技連盟の走り幅跳び用の砂場を交換するとき、工場で砕いた砂ではなく川底の砂を使う必要があると知った
川の流れに絶えずさらされて鋭い角が摩耗し、擦り傷を起こしにくいからだ
砂はただの砂ではない
例えばドイツも自動車を大量に輸入し、大量に輸出している
現地の土では得られないさまざまな物性が必要だったという
引用可能な出典である Beiser の本や国連の記事が間違えると、その誤りが誤りであるにもかかわらず常識のように広まるパターンはかなりよくあるように見える
著者が深掘りして何段階もの誤りを見つけた優れたブログ記事は多いが、学界や Wikipedia が考える「引用可能な」出典ではないという理由で、誤った主張が広まり続ける
「何を引用可能な出典と見なすか」という問題を解くのは複雑だが、それまでの間だけでも、非学術的な出典によるよく調査された発見や訂正を、引用可能な形へ簡単かつ定期的に移す方法が必要だ
特に社会的な事柄では、特定の観点に有利だという理由で「不適切な」出典が受け入れられる例が多い
STEM 分野はおおむね問題ないが、人の生活を扱う項目は重要な出典の種類が不足しており、人物記事には偏りが多いので慎重に見るべきだ
最初に誤って引用された事実が、耳触りのよい一言として便利なため、何度反論されても繰り返され続ける現象だ
Grady は工学報道とドキュメンタリーの分野では英雄のような存在
Practical Engineering を通じて、他の工学分野で世界がどう動いているのか本当に多くを学んだし、特に人材が抜ける速度に補充が追いつかない、注目されにくい分野をよく取り上げてくれる
10代の若者が彼の動画を見てインフラ分野に進みたいと思うかもしれない点は希望が持てるし、最近の動画コンテンツに不足しがちな落ち着いた理性的な視点を特に高く評価している
伝統的な記者とは言いにくいが、ジャーナリズムの未来がこういう姿ならよいと思う
その分野の専門性を持つ人たちが、自分の分野を分かりやすく明快に説明するやり方だ
いつかこうした人材再配置の影響を本当に実感することになり、土木工学がもっと高報酬の職業になるのか気になる
皮肉なことに、まったく別の「砂の災厄」にちょうど直面した: https://mastodon.social/@mimsical/113232531800424706
マイクロチップになるシリコンインゴットを作るるつぼは超高純度の石英砂で作られており、世界供給の70%がノースカロライナ州の一か所、Spruce Pine から出ているという内容だ
https://news.ycombinator.com/item?id=41701862
この鉱山が今いちばん安いから使われているだけで、なくなれば皆が代替供給源へ行ける状況なのか、それともその鉱山がなくなると代替がまったくない状況なのかが気になる
残念ながら、ノースカロライナ州西部の甚大な被害により、その仮説を試す機会が生まれてしまった
Spruce Pine が止まっても、世界の半導体産業への全体的な影響は比較的目立たないだろう、という仮説だ
本当に興味深い動画だ
砂漠の砂は建設に不向きだという、一見すると完全に捏造されたような考えに正面から疑問を投げかけたのを初めて見た
十分に検証しないまま、その考えをすでに頭の中で受け入れていたように思う
ドイツでは、日差しが強く風もよく吹くとき、余った電力を引き取ってもらうために逆にお金を払う場合もある
その安い電力で岩石破砕機を動かして、砂をもっと作ればどうかと思う
もともと熱を得るために燃料を燃やしている人たちが使う方式で、空気を予熱して必要な燃料を減らしたり、完全にゼロにしたりできる
耐火れんがは約1000°Cまで耐えられ、MIT発のスピンオフはニッケルをドープした特殊な酸化クロムれんがを使い、天然ガス・空気炎の温度に近い1800°Cまで動作させている
このれんがは電気伝導性があり、自ら発熱体としても機能できる
https://www.fastcompany.com/91129126/these-bricks-conduct-el...
https://electrifiedthermal.com/
https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/130800
価格変動の幅によっては、バッテリーのほうがはるかに良い投資になり得る
労働力、機械の摩耗、そしてそのお金をほかに使えたはずの機会費用もある
そうした破砕機を用意しておいて、現状ではわずかx%の時間しか動かさないのは、良い投資ではないかもしれない
言及されている本は、Vince BeiserのThe World in a Grain: The Story of Sand and How It Transformed Civilization
砂という、ますます重要になりつつも減少している天然資源と、それを採掘し、売り、建設に使い、時にはそのために人を殺すこともある人々についての物語
砂への依存が生む深刻な人的・環境的コストも扱い、米国からインド、中国、Dubaiの辺境地域までを巡り、砂が現代生活にとってなぜ重要なのかを説明している
https://www.goodreads.com/book/show/36950075-the-world-in-a-...
https://www.goodreads.com/book/show/112974899-material-world
砂、塩、鉄、銅、石油、リチウムという基本素材が、数千年にわたって帝国を築き、文明を崩壊させ、人間の創造性と強欲を支えてきたという内容
現代世界はこれらなしには存在できず、それらを支配しようとする争いが未来を左右することになる
「コンクリートはほとんどの他の材料を圧倒している」というのは正しい
Wikipediaによると、コンクリートは水に次いで世界で2番目に多く使われている物質だという
コンクリートがあまりにもありふれているのに、一度もきちんと考えたことがなかったと気づいてWikipediaの記事を見ていたのだが、こんなことがあり得るのは驚きだ
質量基準なのか体積基準なのかも見たほうがよさそう
この記事が興味深かったなら、Material World: A Substantial Story of Our Past and Futureはぜひ読む価値がある
ここ数年で読んだ本の中でも、最も目を開かされた一冊の一つだった
数年前にVietnamへ休暇で行ったとき、Mekong川での砂の浚渫は明らかに大きなビジネスに見えた
砂を満載した船が川を下っていくのを見かけたし、本来は保護対象だと聞いていたが、誰も止めていないようだった
Vietnamにはかなり腐敗が多いように思え、浚渫による侵食のせいで家々が川に崩れ落ちていると聞いた