くコンクリトを菌から守るー

一

防菌コンクリト ー ＞

ー

下水道施殴の維持管理の軽減や耐久性を向上

ビックリ

1.ビックリー ト（防菌コンクリ ー ト）

ト製品協会

いという問題もあった。
ビノクリ ー トは， 硫黄酸化細菌の活動を阻害してコ ンクリの関発の経緯Iー

下水道施設のコンクリ ー ト構造物は， 中性化， 塩害， アー

クリート森面での硫酸生成を抑制する防菌剤をコントに均 」 に混練させたもので，ルカリ骨材反応等による耐久性の低下のみならず， 下水処のような施工上の問題点を解消する，

理施設に特有なオゾン， 塩素等を用いる反応槽によるコンクリでのコンクリ ー ト劣化を受ける。 近年， 密閉されたタンある。

ーライニングエ去
全く新しい発想

トの防食工法として開発したものでク等の気相部に生じる硫酸塩還元細菌と硫黄酸化細 菌が関乙与した硫酸によるコンクリ ー ト腐食， 構造物の劣化等が問題となっている。
この硫酸によるコンクリー

ト腐食は ， 生物反応， 化 学反応，物理作用が複合した現象で， 気温， 下水中の硫酸イオン晨度や施設の構造等の地域特性に大き〈影響を受け ， 硫化水素ガス濃度， 湿度， 基質の供給等の腐食環境により， 劣化速度が大幅に変化する。 従来， 対策として， 溶存硫化水素の酸化· 固定化のための薬品添加，硫化水素ガスの希釈・除去のための換気，脱臭耐食性材料-(こよる防食等が対症療法的に採用さ訊てきた。 防食工法として 一 般的によく用いら九るライ
ニングエ法は， 硫黄酸化細茜が生成する硫酸に対する 防食被覆層の形成工法であるが， コンクリ着など施工上の問題があ：l .

48

ー

トとの付また耐用年数が比較的翌

防菌のメカニズムー

下水道施設のコンクリ

ト構造物の腐食には，嫌気的な汚水あるいは汚泥中で硫酸塩を還元し硫化物を生成する「硫酸塩還元細菌」と，ー気相中の好気的なコン クリト表面で硫化水素を酸化し硫酸を生成する「硫黄酸化細菌」の2種類の細菌詳が関与している。
家庭や事業所からの汚水は管渠に排出され，には硫酸イオンが数lOmg/ Q含まれている

1)

下水中。

下水中

あるいは管渠内底のスライム層等に存在する「硫酸塩還元細菌」は，下水中の溶存酸素量がな〈なると硫酸 イオンを硫化水素に還元する。 硫化水素は， 液相から 気祖へ拡散し，コンー

クリり酸化されてあるいは，ト表面で硫黄酸化細菌によ
化学的に酸化されて，硫黄， 亜硫酸等を経て最終的に硫酸まで変化する。 コ

ニンクレ'-/--. テク/元素

口特集口ー1キHi

゜9ア9- )

9,

2
す、

示こ

ンクリ ー トの微生物による腐食経路の概念図を図,
9-

コンクリ ー ト腐食に関わる硫黄酸化,細菌群の経年二二.

（月）的な活動状況のモデルを図ー2に／」ヽ9中だけでな〈．

旧鉱山の表んだ地盤中で活動し重金属を含む弱酸性の水を出す鉱毒を起こすことでも知られている。

硫化カドミウムを硫酸カドミヮムとして溶出させたイタイイタイ病の原因となった菌である。 工業

J-.ヽ ．

0}

コンクリ ー トのハイブリッド（高機能）化。
この硫黄酸化細菌は，劣悪な環境にも耐えるタフで原始的な細菌である。 硫黄酸化細菌の活動場所は下水地SO叶Ca(OH), → CaSO, ·2H心(2水石否）
3Ca(OH)汁3H2SO丘(CaOl, ·Al ,o,+26H,O→ (GJO) 3·Al 20, ·3CaSO, ·32H, 0（エトリンガイト）

的には銅や銀を含む硫化鉱に硫黄酸化細菌を含む水溶液を振りかけ，ー硫酸塩として溶出させるバクテリ オ

リ チングに応用されている。

士-t 6- ,�'やると水銀を気化することもできる。

条件を整えて重金属

従って，に対する耐性もかなり強い菌である I)
施工直後のコンクリ ー ト表面は，アルカリであり，pH =12-13の強 pH>10のとき， すべての硫黄酸化細菌は生育できない（図 ー 2の領域④）。供用後の下7j(
道施設のコンクリートは， 通常の大気中よりも高い濃度の二酸化炭素雰囲気に嘩露されているため，ートの中性化（炭酸化）が進行す
炭累：こよりコンクリ
る と 表面のpHは8 - 9の弱アルカリになるc また，9

硫化水累の化学的酸化，スライム屈硫化水素の生成域
1V

汚泥堆苗層

三so,c-+2c+2H,O --9" 2 HCO,—+ H,SA.

図ー 1！

高pH制限

2 1T
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13J
1

非生物的中性化-., 'ー④',,,,‘ ‘

コンクリ ー ト腐食概念図'

栄養・基質制限'i,;通@'.

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9 8 7 6 5 4 3 2』

1Hd,「thtoparusr versutusョ
[► <1l�
硫化物，硫黄の酸化;;,,

ヘ:-9IIロヽ

年

硫化水素に曝露されるコンクリ ー トにおける硫黄酸化細菌(「h iobac i I Ius属）の生態変遷モデル
図 ー2,_ ー ト腐食'.こ関わる硫黄酸直日菌
コ／クリリ ー ト表面に付着すると， 表面のp日は中性領域になる。

このpH領域では，T. versutus, T. novellusなどに代表される硫黄酸化細菌が，下水中で硫酸塩還元細菌により生産され気相中に放散した硫化水素を硫酸ー2の領域⑤）。に変化させる （図 ート中のセメント成分と反応し，硫酸は．コンクリエトリンガイトという膨張性の鉱物を生じる。 pHが 6以下に低下すると，pH= 1まで活動できる丁th1-oox1dansが増殖し， 生成された硫酸により， エトリンガイトは二水石膏に変化する （図 ー 2の領域©)。
二水石膏は， 脆弱物質であるため， 容易に剥離し，コートのンクリ ー トの腐食がさらに進行する。

コンクリ—3に示す心硫酸劣化による！腐食概念図を図
防菌剤はニッケルとタングステンの混合物からなり，ニソケルは中性領域で，タングステンは酸性で硫黄酸化細菌の酵素に働き， 硫酸の生成を阻害することが確認されてしヽる 5 )0 不思議なことにそれぞれ溶解性がな＇い領域で阻害効果があ！ ）． 硫酸！こ対する溶解度のあ'0”、Vo I. 20. No. i 7. Nov. 2007

，る生物学的酸化により生成した硫黄や汚泥等がコンクl;
!

低pH制限

Ii:!>'<G
テオ硫酸．面リチオン稜の酸化I'

あるいは， 硫黄酸化細菌によ二酸化さらにpHが低下

硫酸を生成――シコンクリイオウ酸化細菌ー ト表面pHが低下

込

硫酸 の浸透コンクリ ー ト表面

コンクリ ー ト表面

コンクリ ー ト表面

2水右膏の生成

図 ー 3硫酸による劣化腐食概念図（母＼0 9 8 7 6 5 4 321 0/•る領域では効果が少ないことが確認されている。

E)
逆煕鎖煙 さLUである。

領域では阻害効果を示さない。一方
ルカリ可溶かつ硫酸塩性で溶解性のない
タングステンは酸性領域で卓越した阻書．

10 100(ppm)-゜゜ー逼防菌剤混和供試体

るためにはタングステンとの併用が必要- -回帰式（園）となる。
防菌剤を添加したコンクリ

40I' ‘020· 〇IlI

図 ー5トの劣ーーI\> •I
�iIO!'、
i℃20

図 5に硫化水素濃度5 ppmにおけ示す。 ーー
ム管の供用年数と曲げモ メンるヒュ'III、?、

II

ー化深さと硫化水素濃度の関係を図 4に

fi60（ま ）0W\uW11
女 父 ー庄三 喜玉I効果を示す。このため，硫黄酸化細菌が 活動可能なすべてのp日で阻害効果を得

図 ー 4劣化深さと硫化水素濃度の関係

、

1050

1000

CH2S: 硫化水素濃度iI

強酸性j

回帰式（口）

0、....

すなわち，ニッケルや銀，銅は中性領域では阻害効果があるが，口標準供試体80

この現象は銅や銀でも同様

-

I

I-

i

I

ー ビックリ ー ト-<>--標準--コンクリ

1I.... -供用年数（年）

ii
I30トの関係を示す。硫化水素濃度5ppm以下では防菌剤の使用によって50年以上
ーIト

ピI,
Iー ム管
硫化水素濃度5ppmにおけるヒニの使用年数と曲げモーメ ントの関係

露試験の結果から硫化水素濃度5 ppm以下ではso年以上の耐久性が．

；40の耐久性が確保できることが分かる。 曝50

そ九以

上では劣化速度がl /」になることが確認されて 1, ヽる 6ic

ニンクリ ー ドテクノ

□特集□ コンクリートの八イブリッド（高機能）化の晋及を目指し， 専門紙（誌）への論文投稿やユふ 最近の使用実績

ーザーへのPR活動を進めると同時に， 協会内にて定期的な勉
ビ ノクリ、ートを開発してからおよそ8年が蒜渦し，強会を開催し協会員の知識の向上を図っている。 ま

平成11年に下水道新技術推進機構の評価取得を契捩に益々実績が伸びている。平成12年9月末段階で施 工件

た，

ビックリ

ート敷設後の経年的な変化を確認するた

め必要に応じ追跡調査などを実施し， 供試体曝露試馬庚

数1,800件，製品トン数としては6万なども行い，トンにも上 防菌コンクリ ー トの技術の向上にも努める。また，防菌剤はコンクリートに単独で使用される ほか， 塗ている。 今後さらに防菌剤を改良し， 下水道施設の防装やシ トライニングの下地としても使用さ食に寄与していきたいと考えている。

ーれる。この理由は，塗装などの防護層を透過した硫化水素からの硫酸生成を防ぐことにあり，近年この需要〖参考文献Jも伸びてきている4)。

ビックリートの最大の特長はコンクリート目体に防菌特性を付与することである。 塗装やライニングぱ傷や加工面の処理が問題となる

しか し，ヒックリ ー ト

は傷や加工の影響は全く受けない。この特性は施工時に傷を受けやすい推進管等には最適の防食工法となる。

このような技術力と実績が高く評価され，本年度国土ー技術研究センタが主催する第3回国土技術開発賞において入賞という栄誉をいただいている。

4.ピックリビソクリートート製品協会の活動

製品協会では，下水道施設の維持管理の軽減や耐久性の向上等に有効な防菌コンクリ

ト，

Vol.27, No.316 (1989)2)日本下水道事業団， 日本ヒュ ー ム管（樹， （株）間組．・コンク
リ ー トの補修， 防食工法に関する技術開発共同研究報告書 日本下水道事業団技術開発部, 1998
3) Robert L. Islander, Joseph S.Devinny, Flori­an Ma nsfeld, Adam Postyn, and Honi Shin:

Microbial Ecolo営y of Crown Corrosion inSe­wers, Journal of Environmental Engineerirrg,

pp.751, Vol.117. No.6 (1991)
4)石井義章， 前田照信: 防菌コンクリ ー トによる下水道施設の防食工法の現状， 防水ジャ ー ナ ル ， 2000年11月号
5)前田照信：コンクリ ー ト腐食に対する防菌剤の開発に関する研究 ， 博士論文， 1999.8
6)日本ヒューム 管（株9,(樹間組：下水道技術・技術審査証明
報告書「ビックリ ー ト（防菌コンクリ ー ト）」， 1999.3

9,I

Lt>
·Vo i .20, Ne. i 7. Nov_ 2007ー1)三品文雄， 中澤貴生， 半田俊光， 森忠洋：下水管生物腐食の原因と対策(2) 一 生活廃水中の硫酸イオンの由来に関する調査研究ー， 下水道協会誌論文集 pp. 130-136,