iMaRRC
Newsletter

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

iMaRRC Newsletter Vol.19 March 2021

Vol.19 March 2021

研究コラム 下水処理場におけるコンクリートと防食被覆の劣化
1970 年の下水道法改正により下水処理場の設置が義務付けられてから 50 年が経過し、全国にある 2000 カ所以上の下水処理場も他の土木構造物と同様に老朽化が課題となっています。
下水処理場での特徴的な劣化として、微生物により生成される硫酸による腐食が挙げられます（Figure 1）。硫酸による劣化に対しては、耐硫酸の防食被覆が開発され、腐食の想定される場所における対策工も標準的に実施されるなど、対策が進められています。
しかし、昨今、硫酸に起因しない劣化も散見されるようになっています。例えば、酢酸に代表される有機酸は下水処理場において一般的に存在している酸であり、汚泥処理施設を中心に比較的高濃度となっています。耐硫酸性を有する被覆が有機酸により劣化した例
がビルピット＊で報告されており、下水処理場においても耐硫酸性を有する防食被覆の中に有機酸が侵入して劣化する可能性があります。防食被覆が劣化すると、有機酸だけでなく同時に存在しうる硫酸により、コンクリート躯体本体への影響も危惧されます。
この現象について把握するため、iMaRRC では現在研究を進めて
おり、有機酸による防食被覆の劣化に関する実験を行いましたのでご紹介します。樹脂成形した防食被覆材の平板を、有機酸に一定温度で長期間浸せきさせました。結果として、防食被覆材の種類によっては耐硫酸性を有するものでも有機酸の影響を受けるものがあり、表面に膨れが発生するのを確認しました（Figure 2）。
今後も、下水処理場における防食被覆劣化に関する研究を進め、施設の劣化要因を整理して、防食被覆の性能評価手法について検討していく予定です。
＊ビルピットとは：ビルの地下部分で発生した排水は、一時的に貯留されたのち、地表付近にある下水道管にポンプでくみ上げて放流しています。この貯留する槽を「ビルピット」と呼んでいます。
このコラムにする動画を iMaRRC ホームページに掲載しました

Deterioration of concrete and coating at wastewater
treatment plants
More than 2000 wastewater treatment plants(WWTPs) in Japan are facing the same aging problem
as other structures. A characteristic deterioration at the
WWTPs is corrosion caused by sulfuric acid (Figure 1).
For deterioration due to sulfuric acid, countermeasures
are being taken by developing sulfuric acid-resistantcoating and implementing countermeasure construction
as standard in places where corrosion is expected.
However, deterioration not caused by sulfuric acidhas been observed in recent years. For example, organic
acids (e.g., acetic acid) are commonly present in
WWTPs and have relatively high concentrations, especially in sludge treatment facilities. An example of thedeterioration of a protective lining by organic acid has
beenreported in a sump pit, and a similar case might occur
in WWTPs. When the lining deteriorates, both organicand sulfuric acids that can coexist may affect concrete
structures.
We are currently conducting research and experiment
to understand this phenomenon. Some types of sulfuric
acid-resistant coating materials are affected by organic
acids, and consequently, swelling occurs on the surface(Figure 2).
We plan to proceed with our research on the deterioration of anticorrosion coating at WWTPs, sort out thedeterioration factors of facilities, and study the methods
for evaluating the protective lining performance.

のでご覧ください 。 ※ 実験動画等のページ （ short video ）http://www.pwri.go.jp/team/imarrc/activity/movie.html

実験前Figure1:硫酸による腐食例

30 日後

60 日後

Figure2:有機酸による防食被覆材の劣化実験

1

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

iMaRRC Newsletter Vol.19 March 2021

研究コラム RC 床版の劣化過程の画像分析
道路橋の鉄筋コンクリート床版（以下、RC 床版）の劣化メカ
ニズムの一つに、
大型車両が繰返し走行することによる疲労があります。
床版の疲労による劣化過程の解明や補強方法の開発には、
輪荷
重走行試験機が活用されています（Figure 3）。この試験機は、大型車両を模擬した車輪が繰返し移動して載荷することで、疲労による RC 床版の劣化過程を再現できます。輪荷重走行試験機による試験のデータ等から、疲労による劣化過程の概念図（Figure 4）が示されています。RC 床版の点検では、近接目視で把握した床版の状態と劣化過程の概念図を照らし合わせて、損傷度を評価しています。ただし、実際の床版では、荷重の状況や、それを受ける道路橋の構造も様々であることから、損傷度による評価は必ずしも容易ではありません。
一方、近年、ドローン等のロボットにより撮影された画像を用いた点検（以下、画像点検）が着目されています。画像点検では、必ずしも従来どおりの損傷度の評価にあわせて評価する必要はなく、変状の形状的特徴などの画像に含まれる様々な情報を、点検の次のステップである診断に役立つように伝えることが重要と考えています。しかし、画像点検技術の開発者は、診断に携わる技術者に役立つ点検結果の伝え方について、必ずしも十分な知識を有していません。
iMaRRC では、画像点検技術の開発者と診断に携わる技術者の橋渡し役を担い、両者のニーズをすり合わせることを目的とした取り組みを進めています。この取り組みの一環として、RC 床版の輪荷重走行試験を行い、劣化過程を画像で詳細に記録しました（Figure 5）。今後、このようなデータも活用し、どのように画像
点検をすれば診断に役立つのかを明確化していきたいと考えています。
このコラムにする動画を iMaRRC ホームページに掲載しましたのでご覧ください。※実験動画等のページ（short video）
http://www.pwri.go.jp/team/imarrc/activity/movie.html

Detailed image records for the damage process of RC
slabs – Toward application for image inspection
Fatigue is a typical deterioration mechanism observed inreinforced concrete (RC) slabs on road bridges that iscaused by cyclic loading from the wheels of large vehicles
crossing over them.
A wheel running machine can be used to study this deterioration mechanism and to develop strengthening methods(Figure 3). This machine simulates the cyclic loading fromthe wheels of large vehicles and can reproduce the actual
damage to RC slabs. Figure 1 shows a schematic for the
proposed deterioration process of RC slabs due to fatigue
according to the test results obtained using this machine.
The setup of the deterioration process can be applied for thedamage evaluation of RC slabs by comparing the results ofperiodic visual inspections. However, the evaluation cannot
focus simply on patterns because RC slabs are subjected tovarious loads and have diverse structures.
A recent approach that has gained attention is image inspection using robots (drones). However, an evaluation
method for image inspection that can be used by diagnosis
engineers has not yet been clarified. iMaRRC conducted awheel running test of an RC slab and recorded the deterioration process in detail by obtaining fine-resolution images
for the bottom of the specimen (Figure 4). We are currently
developing an evaluation method based on the test resultsof the wheel running machine that can be truly useful for
diagnosis engineers.
A video of the damage process for the RC slab specimen
is available on the iMaRRC website.

Figure 3: Wheel running machine2

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

iMaRRC Newsletter Vol.19 March 2021

主桁と
直角方向
床版

乾燥収縮による主桁直角方向のひび割れの発生
Transverse cracking to main girder due to drying shrinkage

主桁
活荷重による曲げひび割れが発生し、格子状に進展
Flexural cracking due to live loads results in lattice cracking

繰返し荷重によりひび割れ密度増大
Cracking density increases due to cyclic live loads

種々の要因によりひび割れが貫通
Penetrated cracking due to various factors

1. 主桁間のたわみ差による床版の変形
Deformation of slab due to difference of deflection between main girders

2. ねじりせん断応力による床版上面からのひび割れ進展（支持桁付近）
Penetrated cracking from top of slab due to torsional shear stress around main girders

3. 水平せん断応力による床版上方へのひび割れ進展（輪荷重付近）
Penetrated cracking toward top of slab due to transverse shear stress around live loads

水の浸透、すり磨き現象によるひび割れのスリット化
Slit-like cracking due to water penetration and rubbing

押し抜きせん断耐力の減少
Decrease of punching shear capacity

押し抜きせん断破壊（コンクリートの剥離および陥没）
Punching shear fracture and collapse of slab

Figure 4: Schematic for the deterioration process of RC slabs due to fatigue**次の参考文献をもとに作成：西川和廣、村越潤、山本悟司、杉山純：活荷重による橋梁上部構造の損傷と対策、土木技術資料、34-8、pp.58-65、1992

Figure 5: Crack pattern on the bottom of the RC slab specimen after the test on the wheel running machine (red lines: cracking)3

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

iMaRRC Newsletter Vol.19 March 2021

研究コラムコンクリート素地の視認性に関する表面被覆材の評価方法
コンクリート構造物の補修時にしばしば用いられる塗装

Evaluation method of concrete surface visibility of transparent protective coatings for concrete structuresは表面被覆材と呼ばれ、塩害をはじめとした予防保全対策に用いられています。一方、5 年毎の定期点検では、全面にわ

Surface coating materials are often used to protect concrete

たる直接近接目視により変状を早期かつ詳細に発見するこ

structures from damages such as steel reinforcement corrosion byとが定められています。

salt permeation. Recently, transparent surface coating materials

耐久性向上と目視点検の両立を図るために、近年、様々なare applied, ensuring close-up visual inspection availability along

透明な表面被覆材が開発され普及しつつあります。ところwith barrier coat protection. However, evaluation methods of con-が、表面被覆材の上からコンクリート表面をどの程度目視でcrete surface visibility of transparent protective coatings have not

きるか（以下、視認性と記す）を客観的な方法で定量的に評

yet been established.

価する方法は確立されていませんでした。そこで、被覆材がInvestigations into the mechanisms of concrete surface visibility

視認性に与える要因の調査を行い、目視点検のための視認性

through coated layers have shown that the principal obstructiveに関する表面被覆材の評価方法を作成しました（土木研究所

factors are the clearness of coating layers and the darkening level

資料第 4387 号）。

of concrete surfaces. Coated film clearness is critical, but darken-

被覆材による素地の視認性阻害のメカニズムについて検ing because of primer paint should also be considered; for in-

討したところ、表面被覆材自体の透明性だけでなく、素地に

stance, a darkening change on wet-like concrete surfaces makes

直接塗布するプライマ等の材料がコンクリートに浸透した

crack inspection difficult (Figure 6 [b, c]).

場合に生じる素地の暗色化が大きく関わっていることがわ

iMaRRC established a test method of concrete surface visibility

かりました。特にひび割れは健全な一般部に比べて黒い線状

of transparent protective materials by conducting validation stud-に見えるため、例えば Figure 6 の(b)や(c)のように表面が全体

ies on the relation between inspectors’ subjective judgment andに暗色化すると、近接目視点検などにおいてひび割れなどのquantitative instrument results of clearness and darkening levels.

変状の視認性を低下させる傾向があります。そこで、被覆材

Figure 7 shows the proposed performance requirement to ensureの透明性（塗膜の隠ぺい率で評価）と塗布した際の暗色化度

concrete surface visibility derived from the validation studies. The合いを指標とし、機器による測定で数値化し、目視によるひevaluation method currently applies only to surface coating, but

び割れ視認性の主観的評価の結果との対応を検討しました。

the application to concrete peel spalling prevention cover is under

それらの結果から、視認性を確保できる表面被覆材の評価法

consideration as one of the next tasks.

と判定値として Figure 7 を提案しました。

コンクリート表面の目視が重要なものとしては剥落防止工もあり、表面被覆と同様に透明性を有するものが普及しつつあります。剥落防止工は繊維を有するものが多いものの、視認性のメカニズムは同様であると考えられ、これらの材料工法につい

暗色化度合い（－ΔＬ*）→暗色化ても試験結果を蓄積して本評価法の適用範囲の拡大をはかりたいと考えています。
このコラムにする動画を iMaRRC ホームページに掲載しましたのでご覧ください。※実験動画等のページ（short video）
20
http://www.pwri.go.jp/team/imarrc/activity/movie.html
4.0 隠ぺい率6.5
よく見える
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0

3.0

3.6

15

3 .1

10

2 .6
1 .1

2.3
1 .8
1 .7

5

0

3 .9

3 .3

2 .9
3 .9
3 .4

3 .5
2 .9

明色化←

隠ぺい率12.6
見える
隠ぺい率14.3
隠ぺい率18.3
何とか見える
隠ぺい率20.0
隠ぺい率21.1
見えない規準値(案)

1 .8
3 .1
2 .6
2 .8

1.6
1.8

2 .1

2 .1
2 .0
1 .8

2 .0

1 .3

2 .7
2 .8

2 .0
2 .8
2 .0
3 .4

3 .2
2 .4
1 .7

1 .9

1.4

-5
1 .8
2 .8

-10

0

5

10
透明←

Figure 6: Influence factors for concrete surface visibility

15

塗膜の隠ぺい率（%）

20
→不透明

25

Figure 7: Coating material requirement to ensure concrete visibility

4National Research and Development Agency
Public Works Research Institute (PWRI)

iMaRRC Newsletter Vol.19 March 2021

研究者紹介 iMaRRC Researchers
谷藤 渓詩
令和 2 年 (2020 年) 7 月から iMaRRC

Dr. TANIFUJI Keishi joined iMaRRC as a research specialist in July 2020. He studied ethanol production from

材料資源研究グループの専門研究員としwood in graduate school. After receiving his PhD, heて働いております。大学院博士課程ではjoined a private paper company and worked as a plant en-

木材からエタノールを製造する研究に従

gineer and then as a researcher at the same company. His

事しました。その後、民間の製紙会社へ就

major is originally related to the fields of wood chemistry

職し、パルプ製造に係るプラントエンジ
ニアとして、また同社の研究員として働いておりました。そのため、私はこれまで木材の化学や紙パルプに関する分野の研究に携わっておりました。
現在、私は、下水汚泥処理に関する研究を行っております。
これまでの専門分野とは異なりますが、下水汚泥も有機性のバイオマスですので、これまで扱ってきたパルプ分野の研究経験をどのように下水汚泥処理技術の研究開発に活かせるかを日々考えながら業務にあたっています。また、下水処理場で用いられる設備・機械類は一般的なものですので、プラントエン
ジニアとして働いた経験が、処理場内のフローの理解や研究開発にも活かせております。社会実装を念頭に置いた研究開発を進め、研究成果が下水処理場の操業改善など、社会に還元できるものになるように努めてまいります。

and pulping chemistry.
Now, he has begun work related to sewage sludge treatment. This is his first time in this research field. He is always thinking about ways to adapt his research experience
to sewage sludge treatment. His experience of working asa plant engineer also helps him understand the flow of asewage sludge treatment plant in his research. His dreamis to contribute to society through research, such as improving the sewage treatment process.
At the personal front, his hobbies include cooking. Everyday, he cooks dinner using his favorite new electric pressure cooker, and he always brings a homemade bento(boxed lunch) to the office.

プライベートでは料理にはまっておりまして、最近、電気の圧力鍋を購入いたしました。ずぼらな私でもスイッチ押
すだけでおいしい料理ができますので、晩ご飯とお弁当はほぼ毎日手作りです。

報告 第 4 回 iMaRRC セミナーを開催しました
第 4 回 iMaRRC セミナーを 2021 年 1 月 15 日に開催しましFourth iMaRRC seminar

た。
今回は、新型コロナ感染拡大が収束していない状況でしたの

The fourth iMaRRC seminar (webinar) was held on

で、WEB で開催させていただきました(Figure 8)。WEB 開催でJanuary 15, 2021(Figure 8). The seminar was held online

あったこともあり、全国から 150 名を超える参加がありましto prevent the spread of COVID-19. More than 150 peo-

た。当セミナーでは、毎回テーマを絞って最新の研究調査に関

ple from all over Japan participated in the seminar, with

する情報交換を行ってきていますが、今回は「ひび割れをどう

the theme “A discussion relating to the cracks of concrete

考えるか（続）～コンクリート構造物の新しい点検技術とそのstructures (2) – New inspection techniques for concrete活用～」と題し、コンクリート構造物の外観目視点検を効率化

structures and their applications.” The research results of a

するための新技術活用について、iMaRRC を中心とした研究動

new technology that can be used to improve the visual in-

向を紹介させていただきました。

spection efficiency of concrete structures were presented.

冒頭、古賀裕久上席研究員より、予防保全型のメンテナンス

The four lectures made are titled “Characteristic Analy-への転換や ICT を活用した維持管理の効率化がますます求め

sis of Deformation in Bridge Deck Inspection Results”,

られるようになっている昨今、いかに外観目視点検を効率化し“Example of feature analysis of bridge slab cracks by geo-ていくかが重要との認識のもと、今回のテーマ設定を行った旨

metric analysis,” “Crack Measurement Technology for

説明がありました。

Concrete Using Moiré Fringes”,

5National Research and Development Agency
Public Works Research Institute (PWRI)

iMaRRC Newsletter Vol.19 March 2021

研究動向については、以下の４件を紹介いたしました。

and “Example of bridge inspection using a drone.”analysis of bridge slab cracks by geometric analysis”, “Crack「橋梁床版点検結果に見られる変状の特徴分析」

Measurement Technology for Concrete Using Moiré

櫻庭浩樹 iMaRRC 主任研究員

Fringes”, and “Example of bridge inspection using a「形状解析による橋梁床版ひび割れの特徴分析例」

drone.”

小沢拓弥 iMaRRC 研究員「モアレ縞を用いたコンクリートのひび割れ計測技術」
髙橋啓太 iMaRRC 研究員「ドローンを活用した橋梁の点検事例」
服部達也 先端技術チーム主任研究員
WEB 開催ではありましたが、参加者の皆さんと活発な質疑が行えました。大変ありがとうございました。次回は、新型コ
ロナ感染症が収束していることを願いつつ、状況に応じて開催方法を工夫していきたいと思います。
よろしくお願いいたします。

受賞報告

Figure 8:Status of the presentation

Research Awards
表彰団体

賞

受賞者

論文名

Award

Recipient Name

Title

第 25 回 土木学会舗装工

川上篤史（舗装チーム）、

繰り返し再生したアスファルト

土木学会舗装工学委員会

学講演会「論文賞」

新田弘之（iMaRRC）、

混合物への再生用添加剤と再生(Pavement Engineering(Paper Award of the 25th

藪雅行（舗装チーム）、

骨材配合率の影響

Committee of JSCE)

Pavement Engineering

掛札さくら（舗装チーム）、 (EFFECTS OF REJUVENA-

Conference)

川島陽子（iMaRRC）

TORS AND RECYCLED AG-(Atsushi KAWAKAMI, Hi-

GREGATE RATIO FOR AS-

royuki NITTA,PHALT MIXTURES BY RE-

Masayuki YABU,PEATEDLY RECYCLING)

Awarding organiza-

発表の様子

tion

受賞日
Date
2020/12/11

Sakura KAKEFUDA
And Yoko KAWASHIMA)
第 32 回 環境システム計

宮本 豊尚、重村 浩之

下水道資源を用いた固化肥料に環境システム計測制御学会

測 制御学会 研究発 表会(Toyohisa Miyamoto,

よる海域施肥の基礎的検討(The Society of Environmen-

奨励賞

Hiroyuki Shigemura)(Ocean Fertilization Using Solidi-

tal Instrumentation Control(32th EICA Annual Meet-fied Sewage Resources :A Basicand Automation)

ing Paper Award)

Study)

2020/10/30

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