レジリエンスに向けて特集

下水道管路資器材 のレジリエンス

耐食性コンクリート製品の効率的な防食効果判定手法

根岸敦規

杉 尾㈱安藤・間1

剛井川

杉尾化学合成独立栄養細菌研究所

秀樹

日本ヒューム㈱認している。一方、製造工場や施工現場におけるはじめに日常的な防食効果の判断には、有効成分が添加されているかを、有効成分とともに添加される蛍光防菌剤（ニッケル－タングステン系）・抗菌剤（銀剤の紫外線照射による発光確認や試薬による発色－銅系）2 などの腐食抑制剤が添加されたコンク反応で確認する間接的手法に頼っており、短時間リートやモルタルは、年間平均硫化水素濃度がで防食効果を判定できる簡易な品質管理手法の確10ppm 未満で、腐食環境分類Ⅲ類（硫酸による立が望まれていた。

1

コンクリート腐食が明らかに見られる腐食環境）

筆者らは防菌剤の添加量を迅速に測定する技術において使用可能な防食材料 3、4 として公的にをすでに報告 6 しているが、その技術を発展させ認められている。これらの腐食抑制剤は、耐食性て、防菌剤添加コンクリート二次製品内面から採コンクリート製品として下水管路やマンホールな取した切削粉を、腐食コンクリートから単離したどに、また現場打設としてシールドの発進立坑の硫黄酸化細菌、培地、pH 指示薬からなる培養液

２次覆工コンクリートや施設改修時の断面修復モに添加し、発色の変化を確認することで防食効果

ルタル材などに添加され、広く利用されている。

を判定できる手法を新たに開発した。その開発過耐食性コンクリート製品は商品化して 20 年以上程における不安定要素の解決方法などを含めて、が経過し、40 万ｔ以上の採用実績があり、全国以下に紹介する。

12 ヵ所で昨年実施した追跡調査 （最大 20 年経5過）の結果、通常の製品と比較して平均で 12 倍もの耐久性を有することが確認されている。

2

pH 指示薬を用いた防食効果判定手法について耐食性コンクリート製品の防食効果は、防菌効図－１に防菌剤の硫黄酸化細菌に対する阻害効

果を有する有効成分添加量により担保されるた果の概念図を示す。硫黄酸化細菌は下水から発生

め、製品中の有効成分が規定値以上添加されていする硫化水素や壁面で化学的に硫化水素から変化るかどうかを定期的に計量証明機関で分析して確した元素状硫黄に酸素を渡し最終的に硫酸を生成

42

月刊下水道

Vol. 42

No. 6

特集 下水道管路資器材のレジリエンス

図－１

防菌剤のイオウ酸化細菌に対する阻害効果概念図 1

元素イオウ××

亜硫酸

硫酸

A.thiooxidans
硫化水素

チオ硫酸

×

硫酸

× ：阻害を表す
実線：化学的酸化経路

P.vursutus ・ S.novellus

破線：生物的酸化経路

ポリチオン酸
pH

高い

低い

写真－１

無添加
無添加

防菌剤添加
防菌剤添加
混合直後させる能力を持っている。

防食効果判定

無添加
無添加

防菌剤添加
防菌剤添加

２時間経過後クレゾールグリーン（BCG）pH 指示薬、硫黄酸

コンクリート表面で硫黄酸化細菌が活動する化細菌（稼働中の下水処理場のコンクリート槽と、生成された硫酸によりコンクリート表面のの腐食部分から採取し単離した Acidithiobacillus

pH が徐々に低下し、膨張性のエトリンガイトやthiooxidans NB1-3 株）、および、エネルギー源脆弱物質の２水石こうが生成され、コンクリートとなる還元性硫黄化合物（元素硫黄（S 0）とチオの腐食が進行する。

硫酸 Na）を加えた培養液（25 ㎖）を用いている。

通常のコンクリート表面では、硫黄酸化細菌

その培養液にコンクリートから採取した切削粉の活動による pH の低下が認められるが、防菌剤（100 ㎎）を加えて経時的に反応液の色の変化をが添加されていると硫黄酸化細菌の活動が抑制観察する。硫黄酸化細菌が活動すると、pH は低され、コンクリート本来の pH が維持されるはずく維持されるが、防菌剤により硫黄酸化細菌の活である。本判定手法は硫黄酸化細菌培養に最適動が阻害されると、コンクリートからのアルカリな 9K 基本塩培地を初期 pH2.5 に調整し、pH ５の溶出に伴い、４～６に上昇し青色に変化するた付近に変色域（黄色 → 緑 → 青）を持つブロモめ、防食効果を確認することができる（写真－１）。

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No. 6433

防食効果が確認できた。EDTA-2Na は pH ＝４

簡易的効果測定手法確立に向けた試験～６の範囲では、微生物にとって有害なセメント中に含まれる Cd 2+、Cr 3+、Hg 2+、Pb 2+ などの重金属イオンをマスキングできるため、それらが発

3.1 発色阻害要因の検討色阻害の一因になっていたと考えられる。

防菌剤単独で防食効果を確認する場合は、硫黄

3.2 硫黄酸化細菌種類の影響酸化細菌を含む培養液の他に何も加える必要がないので、再現性のある結果が得られるが、防菌剤

コンクリート腐食に関与する硫黄酸化細菌は、を添加したコンクリートから採取した切削粉には表－１に示すように、コンクリートの中性化にセメント成分、セメント硬化物、骨材など防菌剤伴って数種類が関与することが知られている。筆以外の成分が多く含まれおり、再現性のある結果

者らの最近の調査 7 では、年間平均硫化水素濃が得られ難かった。

度が約 50ppm の分配槽気中部に曝露したモル

そのため、切削粉からのアルカリ溶出の影響をタル供試体の腐食部分から、菌の活動最適生育緩衝溶液（pHpH が 6.5 ～ 6.9 と中性域にある Halothiobacillus＝ 2.0）を、さらに、切削粉からのセメント成分

neapolitanus 、 菌 の 活 動 最 適 生 育 pH が、 そ由来で硫黄酸化細菌の生育を阻害する可能性のあ

れ ぞ れ 3.5 ～ 4.0、2.0 ～ 3.0 と 酸 性 域 に あ るるイオンの影響を除外するため、重金属イオンのAcidithiobacillus albertensis、Acidithiobacillus

マスキング剤として EDTA-2Na を培養液に添加

thiooxidans の存在が確認されている。防菌剤にした。この培養液に防菌剤を添加していないコン

添加されているニッケルはアルカリ領域から生育

クリート二次製品から採取した切削粉（Ｃ、Ｄ、できる Paracoccus versutus （生育 pH ＝ 5.0 ～除くため、0.1 Ｍβ -alanine-SO42－Ｅ）、防菌剤添加コンクリート二次製品から採取10.0）、
Starkeya novellus（生育 pH ＝ 5.0 ～ 9.2）
、した切削粉（Ｆ、Ｇ、Ｈ）を各々３試料ずつ加え中性域から生育できる Thiomonas intermediaて反応させ、比較検討を行った。

（生育 pH ＝ 1.9 ～ 7.0）に対して防食効果が高く、データは示さないが、２時間経過後、防菌剤を酸性領域で生育する Acidithiobacillus 属に対し加えていない切削粉（Ｃ、Ｄ、Ｅ）では pH が４てはタングステンの防食効果が高いことが判明前後で緑色を呈し、一方、防菌剤を加えた切削粉している1、3、5。そこで、硫黄酸化細菌の種類（Ｆ、Ｇ、Ｈ）においては pH ＞５の青色に変化し、により防食効果に違いがあるかどうかを検討す表－１

コンクリート腐食に関与する硫黄酸化細菌※ 網掛け部分は本技術で検討した菌

硫黄酸化細菌種類

生育 pH

防菌効果成分生育可能 pH

最適生育 pH

ニッケル

酸化タングステン

Paracoccus versutus

5.0 ～ 10.0

7.5 ～ 8.0◎△

Starkeya novellus

5.0 ～ 9.27.0◎△

Thiomonas intermedia

1.9 ～ 7.0

6.0

◎

△

Halothiobacillus neapolitanus

4.5 ～ 8.5

6.5 ～ 6.9◎○

Acidithiobacillus albertensis

2.0 ～ 4.5

3.5 ～ 4.0○◎

Acidithiobacillus thiooxidans

0.5 ～ 5.5

2.0 ～ 3.0

○

◎

備考

腐食曝露
供試体から検出

凡例：◎効果大、○効果中、△効果小44

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特集 下水道管路資器材のレジリエンス

図－２

硫黄酸化細菌株の影響 ①

図－３（A.thiooxidans 、S.novellus ）（A.thiooxidans 、T.intermedia ）

5.80

4.40
4.20

5.00

4.00

4.60

3.80

pH

5.40

3.60

4.20

3.40

3.80
3.40
0.1

１10
反応時間（時間）
防菌剤 ①

防菌剤 ②

3.20
0.1

100

１10
反応時間（時間）
無添加 ①
防菌剤 ①

無添加

図－４るために、A.thiooxidans （NB1-3 株）のほかに、無添加 ②
防菌剤 ②

100
無添加 ③
防菌剤 ③

硫黄酸化細菌株の影響 ③

P.versutus（NBRC 14568 株）、
S.novellus（NBRC（A.thiooxidans 、P.versutus 、S.novellus 、14993 株）、T.intermedia （NBRC 14564 株）をT.intermedia ）追加添加した条件で試験を実施した。

A.thiooxidans に加え、図－２に S.novellus を、4.60

図－３に T.intermedia を追加添加した条件を、4.40

また、図－４に P.versutus も含め、４種類の硫黄酸化細菌を同時に添加した条件での pH の経時変化を示す。S.novellus を追加添加した場合は防菌剤無添加でも時間とともに pH の増加が継続してしまい、明確な発色の差が確認できなかった。

T.intermedia を追加添加した条件では、反応時

4.20
pHpH

硫黄酸化細菌株の影響 ②

4.00
3.80
3.60
0.1

１間による、pH の上昇が安定しており、発色の差がより明瞭になった。４種類の硫黄酸化細菌を加えた条件ではさらに発色の差が明瞭になったが、

10
反応時間（時間）

100

無添加 ①

無添加 ②

無添加 ③

防菌剤 ①

防菌剤 ②

防菌剤 ③

P.versutus のみを追加添加した条件（データは示していない）
において発色が不安定だったため、

S.novellus、T.intermedia、A.thiooxidans の ３

８、10、15㎏／ m３添加（標準は４㎏／ m３）し種類を用いてその後の試験を実施した。

たコンクリート二次製品の切削粉を用いて試験を3.3 セメント量、防菌剤添加量の影響実施した。
図－５、６に単位セメント量 300 ㎏／ m３、二次製品中のセメント量、防菌剤の添加量によ500 ㎏／ m３各々に防菌剤を０、２、４、６、８、る発色状況の差を検討するために、コンクリート10、15㎏／ m３添加したときの反応２時間後、３二次製品の代表的な単位セメント量 300㎏／ m３、時間後のセメント重量に対する添加量（％）と500㎏／ m３各々に対し、防菌剤を０、２、４、６、pH の関係を示す。pH は、防菌剤添加量を増加

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図－５

セメント量 300㎏／ m３の pH 変化

図－６6.00

6.00
４㎏／m３

5.50
5.00

5.00

pHpH

5.50

4.50

4.50
4.00

4.00
3.50

セメント量 500㎏／ m３の pH 変化

3.50
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
セメントに対する防菌剤添加量（％）

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
セメントに対する防菌剤添加量（％）
反応２時間後４㎏／m３

反応２時間後反応３時間後反応３時間後させていくとセメント量に対して１％添加前後で検討しており、これらの技術が、下水道施設の延最大値を示し、セメント量の２％で一度落ち込み、命化や効率的な維持管理の一助になれば幸いであ３％付近で再び上昇し、それ以上は減少していた。

る。

一般的に微生物に対する生育阻害作用は、最小影響濃度以上であれば変化しないが、コンクリー〈参 考 文 献〉

トは複合材料でポーラスな構造をしているため、

1 日本ヒューム㈱、㈱安藤・間：（公財）日本下水道新技術機構、徐々に溶出してくる物質により反応時間による防食効果に違いが出たと考えられる。防菌剤の標準添加量（４㎏／ m ）では pH の差（発色）が明３確になり、防食効果の確認が可能になった。

建設技術審査証明（下水道技術）報告書「ビックリート（防菌コンクリート）」、2019 年３月
2 ㈱シナネンゼオミック：㈶下水道新技術推進機構、建設技術審査証明（下水道技術）報告書「ゼオマイティ」、2010
年３月
3 （公社）日本下水道協会：下水道管路施設ストックマネジメ

4

おわりに

今回報告した内容は、根岸ほか（2018）の発表 8内容と一部重複しているが、発表から半年以上にわたり、再現性確認試験を追加実施し、通常のコンクリートでの pH の上昇による青色への変色や pH の上昇が明確でない防菌剤添加コンクリートにおいても再現性良く防食効果が確認できる反応液の配合を見出した。現在、製品化に向けて最終調整を行っているところである。
また、この手法を応用し、実際の腐食コンクリー
ト中の硫黄酸化細菌濃度を簡易に判定する方法も

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ントの手引き－ 2016 年版－、pp.4-25、平成 28 年 12 月
4 日本下水道事業団：下水道コンクリート構造物の腐食抑制技術及び防食技術マニュアル、p.3、平成 29 年 12 月
5 ビックリート製品協会：ビックリート（下水道用耐食性コンクリート）製品の現場追跡調査結果報告書、平成 30 年
７月、http://bic.gr.jp/wp/wp-content/uploads/2018/12/

File.53.pdf
6 3P-1a112 硫黄酸化細菌を利用したタングステン含有コン
クリート中のタングステンの迅速分析、日本生物工学会大会講演要旨集 68、p.246、2016 年
7 根岸敦規、栗原靖夫：「硫黄酸化細菌の活動を阻害する防菌剤・抗菌剤の追跡調査による腐食抑制効果の確認」、『第51 回下水道研究発表会講演集』、pp.661-663、2014 年
8 根岸敦規、杉尾剛、井川秀樹：「pH 指示薬を用いた耐食性コンクリート製品の腐食抑制効果判定手法の検討」、『第55 回下水道研究発表会講演集』、pp.34-36、2018 年

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