iMaRRC
Newsletter

The National Research and Development Agency
Public Work Research Institute (PWRI)

iMaRRC Newsletter Vol.27 November 2023

Vol.29 July 2024

研究コラム デジタル画像相関法による腐食鋼材の非接触ひずみ分布計測
鋼材の腐食には様々な形態がありますが、特に塩分の影響を受ける環境などでは、鋼材表面に局部的に穴状の腐食を生じ、Nondestructive strain distribution measurement of corroded
steel using the DIC method

形や大きさ、深さが不規則な窪みが形成される場合があります。鋼材表面が平坦であれば、力を加えた時にひずみ（物体に力を加えた時に現れる形状の変化）は一様に分布しますが、腐食によって不規則な窪みが形成された鋼材では、ひずみの分布も不均一となります。
一般に、材料の力学特性の評価などにおいてひずみを測定す

Metallic corrosion manifests in various forms, influenced by
the morphology of the metal and the exposure environment.
Among these, localized pitting corrosion is particularly
prevalent on steel surfaces in environments with high airborne
salt levels. Strain, which is the deformation that occurs when aforce is applied to an object, is typically evenly distributed across

る際には、「ひずみゲージ」が用いられます。ひずみゲージは、 a flat steel surface. However, the presence of irregular pits due to
金属の伸縮による電気抵抗値の変化でひずみを測定するセン corrosion results in an uneven distribution of strain.
サであり、ゲージを貼付した領域での平均的なひずみの大きさ

Traditionally, strain measurement has been conducted using aしか測定することはできません（Figure 1）。そこで iMaRRC で

strain gauge—a sensor that measures strain by detecting changes

は、腐食によって生じる不均一なひずみ分布の時間的変化を把in electrical resistance caused by the metal’s expansion and握するために、デジタル画像相関（DIC）法に着目し、その適contraction. This method, however, only measures the average

用性について検討しています。DIC 法は、測定対象の表面にあらかじめ塗装などでランダムな模様を作成しておき、力を加える前後のランダム模様の変化を画像解析することにより、広範なひずみの分布を非破壊で可視化できる手法です。

strain within the area to which the gauge is attached (see Figure1). At iMaRRC, our research is centered on the application of theDigital Image Correlation (DIC) method to assess its
effectiveness in detecting temporal changes in uneven strain
distributions caused by corrosion. The DIC method allows for

Figure 2 は、腐食した鋼材に引張荷重を加えながら、高解像

the nondestructive visualization of a broad strain distribution by

度デジタルカメラで鋼材表面の変化を撮影し、DIC 法によりひinitially creating random patterns on the object’s surface using

ずみ分布を解析した結果を表しています（Figure 1 と同時に測

paint or similar substances, and then analyzing the pattern定）。腐食鋼材表面では、局部的に腐食が進行している箇所でchanges before and after force application.

は塑性ひずみが集中して生じていること、また、腐食の進行程度に応じてひずみの大きさが変化することが視覚的に把握できました。今後も引き続き、鋼材の破壊に繋がるひずみ集中の成長や延性き裂の進展に及ぼす、鋼材表面の凹凸の影響などを解明していく予定です。（執筆：タンダー 専門研究員）

Figure 2 presents the results from using the DIC method to analyze
strain distribution while applying a tensile load to corroded steel. The
analysis, captured using a high-resolution digital camera (concurrentlywith Figure 1), revealed that plastic strain tends to localize in areas
where corrosion is more advanced, with the magnitude of strain
varying according to the degree of corrosion progression. Moving※このコラムの動画をiMaRRC ウェブサイトに掲載しましたのでごforward, we aim to further explore how surface irregularities influence

覧ください。http://www.pwri.go.jp/team/imarrc/activity/movie.html

the development of strain concentrations, which can lead to steel
fractures and the propagation of ductile cracks.

120

Load vs. Strain of corroded steel①100
2Load, kN

80

②③

3

160
40

20

ひずみゲージ

65kNkN
65

00

50000

10000015000020000090kNkN
9097.697.6
kNkN

250000Strain, µεFigure. 2 DIC 法による局所ひずみ測定

Figure. 1 ひずみゲージによるひずみ測定(図中の①～③は Figure 1 の①～③と同じ状態を表している)

1

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研究コラム 有機物回収型下水処理の実用化に向けた取り組み
下水道は、公衆衛生の向上や公共用水域の水質の保全

Toward practical application of a wastewater treatment process
for organic matter recoveryに重要な役割を果たしていますが、下水処理場やポンプ場では多くの電気が使用されています。一方で、下水処理

Sewage systems are crucial for improving public health andmaintaining the quality of public waters. However, wastewater
treatment plants (WWTPs) and pumping stations consume
substantial amounts of electricity. WWTPs offset some of thisconsumption by generating electricity through the anaerobic
digestion of sludge, which is produced during the removal of organic
matter from wastewater. The methane produced during this process
is burned to generate electricity, which can either be used on-site or
sold externally, thus reducing the net electricity consumption of theWWTP. Traditional wastewater treatment processes, however,oxidize the majority of organic matter, which results in minimal
recovery as wastewater sludge.
Looking to the future and the goal of achieving a decarbonizedsociety, there is a growing need for wastewater treatment systems
that can recover organic matter with high efficiency. At iMaRRC,
we are exploring the High-rate Contact Stabilization (HiCS)
process, which retains sludge in the system for less than two days.
The HiCS process is divided into three phases: stabilization,
contact, and sedimentation (Figure 1). A bench-scale test plant,
installed at a municipal WWTP, is currently used to treat real
wastewater (Figure 2). The sludge recovered from this process
undergoes anaerobic digestion tests to evaluate the rate of methanegas production. Preliminary results indicate that sludge andmethane gas production rates using the HiCS process are superior
to those observed with the conventional activated sludge process.
Future studies will focus on assessing the impacts of watertemperature variations on sludge and methane gas production
rates, as well as on the quality of the treated water and overall
energy efficiency, including posttreatment stages. These findings
will be compiled and shared in forthcoming technical reports.

場では、下水から有機物を取り除く過程で生じた汚泥から嫌気性消化により消化ガスを発生させ、消化ガス中のメタンガスを燃焼させ発電することが可能です。発電した電気を下水処理場で消費したり、外部へ売却したりすることにより、下水処理場の実質的な消費電力量を削減することができます。従来の下水処理方式では、有機物の大半は酸化され、その分は下水汚泥として回収されていませんでした。しかし、下水道を通して有機物が集約される下水処理場の特徴を活かし、許容される範囲内でなるべく多くを汚泥として回収することで、将来の脱炭素社会の実現への貢献が可能です。比較的小規模な下水処理場でも導入が可能となるよう、有機物を効率的に回収できる下水処理方式の実用化が期待されます。
iMaRRC では、下水汚泥が系内に滞留する時間が 2 日未満の汚泥を用いる HiCS（High-rate contact stabilization）法に着目しています。HiCS 法は、基本的に、安定化、接触、沈殿の 3 フェーズから構成されます（Figure 3）。実下水処理場に設置したベンチスケールの試験プラント（Figure 4）を用いて、連続的に実下水を処理し、得られた汚泥を嫌気性消化試験に供し、消化ガス中のメタンガス発生率等を調査しています。現時点では、HiCS 法の汚泥発生量やメタンガス発生率は、従来の標準活性汚泥法の汚泥よりも多い傾向が見られています。今後、水温変化による汚泥発生量やメタンガス発生率への影響把握、後段処理を含めた際の処理水質とエネルギーの評価等を行い、技術資料をとりまとめる計画としています。
（執筆：桜井 主任研究員）
B

M

余剰汚泥
P

流入水
P

54L反応槽処理水プログラムタイマー

P

流入水ポンプ
安定化フェーズ
B

M

余剰汚泥

B

M

余剰汚泥

P

流入水
P

処理水
P

沈殿フェーズ

P

流入水

処理水
PP

処理水ポンプ

接触フェーズ

送風機

Figure 3. Schematic of a SBR cycle in the HiCS process. Operational

Figure 4. Bench-scale test plant at a municipalparts are highlighted in red (P: Pump, B: Blower, M: Mixer)

wastewater treatment plant2

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研究コラム 繊維補強コンクリート（FRC）を用いた道路橋床版の更新・補修に関する研究
国内の道路橋鉄筋コンクリート床版においては、これまで重車両の繰返し走行による疲労劣化が主たる劣化損傷と考えられてきました。しかし、近年では、床版内部のコンクリートに複数の水平ひび割れが生じる事例や、アスファルト舗装下で床版上面のコンクリートに土砂化が生じる事例などが報告されています。また、これらの劣化により損傷した床版では、補修後に比較的早期に再劣化する事例も見られることから、更新・補修技術へのニーズが高まっています。
これに対し、近年開発された、通常のコンクリートに比べて高強度で耐久性に優れた短繊維補強コンクリート（以下、FRC）（Photograph 1.）を用いた更新・補修技術の開発が進んでいます。
しかし、新しい材料を用いた更新・補修技術の有効性の確認方法については、十分には明確でない点もあります。そこで、土木研究所
CAESAR と iMaRRC は、2020 年度に参加者を公募し、FRC を用いた橋梁床版の耐久性向上技術に関する共同研究を開始しました。
この共同研究では、FRC を用いることを想定した上で、床版の更新技術と上面補修技術について検討を行いました。更新技術の検討
では、プレキャスト床版の接合部界面における路面水浸入を防ぐことが耐久性向上の点で重要と考え、実験的検討（Photograph 2.）により、その照査方法の試案を提示しました。上面補修技術の検討では、既存の補修材料で補修材の打継目付近から早期再劣化した事例があることから、構造的な視点から打継目付近の挙動に着目した実験（Photograph 3.）を行い、適用する際の留意点をまとめました。
共同研究報告書には、「道路橋の繊維補強コンクリート床版の性能確認マニュアル（案）」と対比して、技術開発者が開発技術の性能を説明した資料もあり、FRC 床版の採用を検討する際に参考にできるものと期待されます。
（執筆：小沢 研究員）※本共同研究の成果をまとめた報告書の掲載ページ
https://www.pwri.go.jp/team/imarrc/research/tech-info.html

Study on renewal and repair of road bridge decks
using fiber reinforced concrete (FRC)
In Japan, the primary cause of damage to highway
bridge reinforced concrete (RC) slabs has traditionallybeen attributed to fatigue deterioration from therepeated traffic of heavy vehicles. However, recent
reports have highlighted several instances where RC
slabs beneath asphalt surfacing have disintegrated.
Typically, these areas are repaired using a patching
method, but it has been observed that such repairs are
not permanent, with the slabs often deteriorating
rapidly after repair.
In response to these challenges, new renewal andrepair technologies utilizing fiber reinforced concrete(FRC), which boasts greater strength and durability
than ordinary concrete, have been developed(Photograph 1). Nonetheless, the effectiveness of thesetechnologies remains uncertain. Therefore, in 2020,
CAESAR and iMaRRC initiated joint research toexplore technologies that enhance the durability ofhighway bridges using FRC slabs.
This research examined renewal technology and topsurface repair technology involving FRC slabs. The
renewal technology emphasizes the importance ofpreventing water infiltration at the joint interface ofprecast slabs to enhance durability (Photograph 2), anda verification method was proposed accordingly. In therepair technology, experiments were conducted tounderstand the behavior of the bonding surface
between the repair material and the concrete from astructural perspective (Photograph 3). Theseexperiments have led to a summary of key
considerations for applying top surface repairs.

Steel fiber

Photograph 1. Fiber reinforced concrete

Photograph 2. Wheel running fatigue test of

Photograph 3. Loading test applying negative bending to thebonding surface of concretewater-filled precast slabs joints

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報告 アスファルト混合物の持続的循環を目指した再生利用に関する共同研究報告書を発行
近年、アスファルト舗装をリサイクルした場合の再生混合物中に含まれる再生骨材の配合率は、上昇傾向にありま

Joint Research Report on Recycling of Asphalt Mixtures
for Sustainable Practices

す。高い再生骨材配合率は、循環型社会の実現に寄与するという考え方もある一方で、繰り返し再生利用時の再生アスファルト性状の低下による舗装寿命が短縮する可能性も懸念されており、その場合は循環型社会の実現の阻害要因となってしまいます。そこで、土木研究所舗装チームとiMaRRC は（一社）日本アスファルト合材協会と共同研究を実施し、アスファルト再生骨材配合率の混合物性状への影響を把握するとともに再生混合物への中温化技術の適用性を検討し、適切な再生骨材配合率の品質・適用範囲を明らかにしました。また、再生骨材の性状判定に用いられる圧裂試
験について、試験精度向上のための検討も行い、試験室で導入しやすい試験条件や判定方法を提案しています。
（執筆：百武 上席研究員）※本共同研究の成果をまとめた報告書の掲載ページ
https://www.pwri.go.jp/team/imarrc/research/tech-info.html

In recent years, there has been a growing use of recycled
aggregate in asphalt mixtures. While many advocate for higher
mix ratios of recycled aggregate to promote a recyclingoriented society, concerns persist about the potential
deterioration of recycled asphalt properties through repeatedcycling, which could shorten pavement lifespan. This poses achallenge to advancing toward a recycling-oriented society. To
address these concerns, this study investigated the effect ofrecycled aggregate mix ratios on asphalt mixture properties. We
also examined the applicability of warm mix asphalt
technology for recycled mixtures, aiming to define optimal
ratios of recycled aggregate and clarify their quality and scopeof application. Additionally, we propose to improve theaccuracy of splitting tests used to determine the recycled
aggregate properties. Our approach involves proposing test
conditions and evaluation methods that are easy to implement
in laboratory settings.

予告 第６回 iMaRRC セミナーの開催（8/2）について
iMaRRC では、1 月の能登半島地震により開催を延期しておりAnnouncement of upcoming eventsました第 6 回 iMaRRC セミナーを以下のとおり開催することになりました。多くの方に参加いただけるよう対面と Web のハイ

The 6th iMaRRC Seminar (webinar) is scheduled for

ブリッド形式及び、アーカイブ配信いたします。一昨年度同様、

the morning of August 2, 2024. The theme for this

多数の方にご参加いただけましたら幸いです。

session is "Contribution to a Carbon-neutral Society
through Local Biomass: Cross-sectoral Utilization of

第 6 回 iMaRRC セミナー
「地域バイオマスを活用してカーボンニュートラル社会に貢献

Biomass in Wastewater Treatment Plants and Its

する ～下水処理場を核とした分野横断的なバイオマスの利用

Challenges." We encourage the participation of allと課題～」

interested parties in this seminar. Detailed information isavailable on the PWRI and iMaRRC web pages.

日時：2024 年 8 月 2 日(金) 10:00～12:00
開催方法：下水道展`24 東京の併催企画（対面）＆Web 併催※本セミナーの詳細については、下記の土木研究所ホームページに掲載しています。
https://www.pwri.go.jp/jpn/about/pr/event/2024/0111/index.html

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研究者紹介 iMaRRC Researchers
Ms. Chika Abe was appointed as Chief Researcher at iMaRRC in

1. 阿部 千雅

April 2024. She began her career with the former Ministry of2024 年 4 月に上席研究員（資源循環Construction, now the Ministry of Land, Infrastructure, Transport担当）として着任いたしました。1994

and Tourism (MLIT), in 1994. Over the years, Ms. Abe has held

年に旧建設省（現国土交通省）に入省

various positions within MLIT and related organizations, primarily

し、本省や関係機関で、下水道を中心

focusing on sewerage. She was a member of the Water Quality Teamに様々なお仕事に関わってまいりまat PWRI from 2005 to 2006. During this period, she commuted from

した。土木研究所にも 2005 年～2006
年度、水質チームに在席しました。当時はまだ小さかった子供達の保育園事情のため都内から通いましたが、当時まだ仕事と育児の両立環境は今ほど整備されていなかった中、上司や同僚の皆様のあたたかいご支援と制度面でのサポートでなんとか乗り切ることができたことにとても感謝しています。
現在は主に、防食塗装などの下水道関係の材料の評価、下水汚泥や地域バイオマスの肥料・エネルギー利用、下水からの資源・エネルギー回収などの研究を行っています。今とても必要とされている内容ですので、チームの皆様と共にしっかりと進めて参ります。他には、自分が今後年齢を重ねた
とき超高齢社会でも幸せに生きていたいという思いから、様々な分野の女性仲間と一緒にライフワークとして 10 年ほど前から「オムツゴミストレスフリー」を目指す活動にも取り組んでいます。

Tokyo, navigating the challenges of early childcare. Despite the lesssupportive environment for work–life balance at the time compared
to today, she expresses deep gratitude toward her supervisors andcolleagues for their substantial support, which helped her manage
her responsibilities.
Ms. Abe’s current research primarily involves the evaluation ofmaterials such as anticorrosion coatings and the use of sewage
sludge and local biomass for fertilizer and energy. Her work is crucial
in advancing the recovery of resources and energy from sewage.
Given the importance of these research topics, she is committed tocollaborating closely with her team to drive these initiatives forward.
Additionally, for about 10 years, Ms. Abe has engaged in activities
aimed at achieving a “diaper trash stress-free” environment,
collaborating with women across various fields. This initiative is partof her lifelong commitment to fostering a fulfilling life in a superaged society.

2. 中河 礼Ms. Aya Nakagawa joined the Materials and Resources

2024 年 4 月に iMaRRC 材料資源研

Research Group of iMaRRC as an exchange researcher in April

究グループの交流研究員として着任い2024. She majored in organic chemistry in graduate school,たしました。大学院では有機化学を専攻

focusing on biofunctional molecules. Her career took a turn when

し、生体機能分子の研究に取り組んでいshe developed an interest in a field different from her academic

ましたが、就職活動時に学生時代の研究

research and joined a pipeline rehabilitation materialsとは異なる分野に興味を持ち、地元大阪

manufacturer in Osaka. For 12 years, she was involved in theの管路更生材料メーカーに入社しましdevelopment and evaluation of pipe rehabilitation materials

た。そこで上下水道といったライフラインの維持管理を支える管更生材料、特に熱可塑性や熱硬化性樹脂と繊維を組み合わせたFRP 材の開発評価に12 年間従事していました。今回、土木研究所への出向というご縁をいた
だき、これまでの業務で身近にあった『下水道管の更生管材料』に加え、扱いのなかった『防食樹脂』や『金属部材』といった新しい分野にも触れる機会を得ましたので、より多くの知識と技術を吸収できるよう努めて参ります。
5

critical for maintaining vital infrastructures like water and sewage
systems, particularly focusing on FRP materials that incorporate
thermoplastic and thermosetting resins with fibers. Recently, Ms.
Nakagawa transitioned to the Public Works Research Institute,expanding her expertise to include “corrosion-resistant resin” and“metal components,” along with her continued work in “sewerpipe rehabilitation materials.”

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iMaRRC Newsletter Vol.29 July 2024

話は変わりますが、猫を飼い始めたことをきっかけに無類In her personal life, Ms. Nakagawa is an avid cat enthusiast, aの猫好きになりました。一日の終わりに猫の動画を見て、心passion ignited by owning a cat. She enjoys unwinding byを癒しています。こちらでも猫好きの同士とお話したいので、 watching cat videos at the end of the day and is keen to connect
お心当たりのある方はお声がけいただけますと嬉しいです。
with fellow cat lovers. If you know someone who shares thisinterest, she would be delighted to engage with them.

3. 仲野 弘識Mr. Hironori Nakano also joined the Materials and2024 年 4 月に iMaRRC 材料資Resources Research Group of iMaRRC as an exchange

源研究グループに交流研究員

researcher in April 2024. Previously, he was involved in tasks

として着任致しました。出向元

related to concrete work, including construction management

では、高速道路などのコンクリ

and technical support for constructing new concrete

ート構造物の新設工事におけstructures, such as highways. At iMaRRC, he is now

る施工管理業務や技術支援業

researching technologies aimed at enhancing the productivity

務など、コンクリート工に関わof concrete work, which includes innovations in high-flow

る業務に従事しておりました。

concrete and ICT technologies. Although he continues to

その経験を活かして、iMaRRC

work with familiar materials, his new role offers a fresh

では、高流動コンクリートや ICT 技術など、コンクリート工

perspective and invigorating challenges. Moreover, Mr.の生産性向上に寄与する技術の研究に取り組んでいます。使Nakano appreciates the dynamic environment at iMaRRC,

う材料は同じでも立場は異なるため、非常に新鮮で、今まで

where research across various fields is conducted on the sameとは別の視点から物事を考えられる機会を得られたと感じ

floor, facilitating interesting interactions with diverseております。また iMaRRC では同フロア内で様々な分野のprofessionals. With this secondment, he not only aims to研究が行われており、そういった方々と交流できる点もとてbroaden his knowledge and skills but also to actively engage

も面白いところだと思っております。この度、出向という新with colleagues from the Civil Engineering Research Institute

たなチャンスを頂きましたので、多くの知識や技術を習得す

and other exchange researchers to foster substantial

ることはもちろん、土木研究所の皆様や交流研究員の方々とprofessional growth.

交流を深め、大きく成長できるようにがんばります。

iMaRRC Newsletter 発行元：（国研）土木研究所 先端材料資源研究センター（ iMaRRC ）
Tel:029-879-6761 Fax: 029-879-6733 Email: imarrc-at-pwri.go.jp *送信の際は、-at-を@に変更してください6