令和4年度
第14回土木技術講習会

下水道施設のコンクリート劣化と補修・補強技術

ケーシーコンサルタント株式会社
北村 清1

講習の内容１．下水道施設のコンクリート劣化原因
コンクリートの劣化機構と要因・劣化の事例紹介
２．コンクリート劣化のメカニズム
硫化水素の発生、硫酸イオンによるコンクリート劣化
３．コンクリート劣化調査
中性化深さ試験(ドリル法）、鋼材腐食度調査(はつり法）
４．コンクリート劣化部の除去
ウォータージェト工法、劣化部除去の確認方法
５．断面修復工法
断面修復工法の概要、マクロセル腐食、鉄筋補強
6．防食被覆工法
防食被覆工法の選定、種類
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１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.1 コンクリート劣化機構と要因、特徴および指標の例

コンクリート標準示方書 【維持管理編】

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１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.2 下水道施設における化学的侵食

下水道施設に特有な硫酸によるコンクリート腐食は、下水中の硫酸イオンに起因する硫酸塩還元細菌と硫黄酸化細菌の代謝による化学的劣化である。
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
編著 地方共同法人 日本下水道事業団

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１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【処理水槽内天井・梁の劣化状況】

スターラップ

防食被覆工はがれ主筋
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１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【処理水槽内天井・壁（上部）の劣化状況】

防食被覆工はがれ
骨材露出

防食被覆工はがれ6

１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【処理水槽内壁（下部）の劣化状況】

防食被覆工ふくれ7

１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【処理水槽壁の劣化状況】

防食被覆工ふくれ8

１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【処理水槽梁の劣化状況】
スターラップ破断

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１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【処理施設流入水路の劣化状況】

防食被覆工はがれ10１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【マンホールの劣化状況】

ポンプ圧送先マンホール
硫化水素の発生多い

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１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【処理水槽の劣化状況（塩害）】12１．下水道施設のコンクリート劣化原因
1.3 劣化の事例 【処理施設（ポンプ室）の劣化状況（漏水、ASR)】

ひび割れからの漏水

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２．コンクリート劣化のメカニズム• 硫酸塩（下水中に含まれる）からの流化物（H2S）の生成
硫酸塩還元細菌（嫌気性細菌）
SO42- + 2C + 2H2O
H2S + 2HCO3• 汚水の流れの乱れや撹拌（気液混合）によるH2Sの気相への放散

14２．コンクリート劣化のメカニズム
2.1 硫化水素の人体に対する作用と毒性『屋外作業場等における作業環境管理に関するガイドライン』
平成24年2月 厚生労働省労働基準局長 通達
硫化水素管理濃度1ppm以下
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２．コンクリート劣化のメカニズム
2.2 硫化水素・酸素・一酸化炭素濃度の測定状況

16２．コンクリート劣化のメカニズム(つづき）• 硫化水素（H2S）からの硫酸の生成
硫黄酸化細菌
H2S + 2O2
H2SO4
• コンクリート中の成分と硫酸の反応
Ca(OH)2 + H2SO4
CaSO4・2H2O（二水石膏）
CaSO4 ・2H2O + 3CaO・Al2O3 + 26H20
3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O（エトリンガイト）• エトリンガイトから二水石膏の生成
コンクリート中の硫酸イオン濃度が上昇し、中性または酸性域になると
CaSO4 ・2H2O + 3CaO・Al2O3 + 26H20
3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O（エトリンガイト）
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２．コンクリート劣化のメカニズム
2.3 コンクリート劣化進行の概念図
さらにpHが低下

硫酸を生成
硫黄酸化細菌コンクリート表面のpHが低下

二水石膏の生成

エトリンガイトの生成

二水石膏の生成

コンクリート表面

Fe層の生成硫酸 の浸透表面に硫黄酸化細菌が付着

エトリンガイトの生成

硫酸 の浸透18

２．コンクリート劣化のメカニズム
2.3 コンクリート劣化（はつり調査）の状況写真

アルカリ領域Fe層
二水石膏
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２．コンクリート劣化のメカニズム
2.4 フェノールフタレイン溶液の特性
フェノールフタレイン溶液は強酸性ではオレンジ、強塩基性では無色です。

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３．コンクリート劣化調査
3.1 中性化深さ試験（ドリル法）

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３．コンクリート劣化調査
3.2 鉄筋劣化度調査（はつり調査）22

３．コンクリート劣化調査
3.3 コンクリート表面pH試験
水槽内のコンクリート表面を水で湿らせてリトマス試験紙でｐHを確認する。
一般にpHが5以下に低下すると硫黄酸化細菌が増殖し、硫化水素から硫酸を生成すると言われている。

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４．コンクリート劣化部の除去
4.1 コンクリート劣化部の補修フロー準備工(内部清掃等)

仮設 工

劣 化 部 除 去 工

施工に適した環境の確保（汚泥引抜、スカム等の付着物の水洗清掃等）

作業用足場、電力、用水、照明、換気、排水、養生(保加温等)、安全対策等

超高圧水(200Mpa以上)

劣化部除去後の検査
鉄 筋 処 理 工

錆び落し、清掃、鉄筋防錆処理

鉄筋処理後の検査
断 面 修 復 工

錆びの除去程度、防錆剤の塗布状
況

断面修復材による所定厚さまでの修復
ひび割れ等の欠損部の処理（必要に応じて）断面修復後の検査
防 食 被 覆 工

コンクリートの健全度、表面強度劣化部除去の確認(フェノールフタレイン溶液)

修復部の施工状況、接着強さ
修復層の施工厚さ、書類検査

防食被覆層の施工・養生

完

了 検

査

外観、接着強さ、防食被覆層の施工厚さ、書類検査

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４．コンクリート劣化部の除去
4.2 ウォータージェット工法

超高圧水処理（ウォータージェット工法）
200MPa以上

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４．コンクリート劣化部の除去
4.3 コンクリート劣化部除去の確認方法

超高圧水処理後の状況

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５．断面修復工法
5.1 断面修復工法の概要

吹き付け工法型枠工法

左官工法
埋設型枠型枠工法断面図

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５．断面修復工法
5.2 マクロセル腐食※コンクリート中に塩分が多い場合

出典:ＲＲＲ(公益財団法人鉄道総合技術研究所)
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６．断面修復工法
5.3 マクロセル腐食対策

鉄筋に防錆処理を行う方法

電気防食工法

断面修復材に亜硝酸リチウムを混入する方法

打継ぎ面に撥水系の表面保護材を塗布する方法

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５．断面修復工法
5.4 鉄筋補強

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30

５．断面修復工法
5.4 鉄筋補強

鉄筋(SD345）
引張強度 215N/mm2
ヤング係数 205,000N/mm2
高強度炭素繊維
引張強度6.5倍
ヤング係数 0.5倍

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６．防食被覆工法
6.1 防食被覆工法の選定

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32

６．防食被覆工法
6.2 塗布型ライニング工法の選定

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６．防食被覆工法
6.3 塗布型ライニング工法

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６．防食被覆工法
6.4 形成品後貼り型シートライニング工法

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６．防食被覆工法
6.5 プレプレグ後貼り型シートライニング工法

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６．防食被覆工法
6.6 型枠型シートライニング工法 （型枠工法、埋設型枠工法）

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６．防食被覆工法
6.7 モルタルライニング工法

断面修復用モルタルと防食被覆層に用いる耐硫酸モルタルを同一材料とすることも可能◎ポルトランドセメント系耐硫酸モルタル
1)二水石膏生成の抑制
微粉末高炉スラグ、フライアッシュなどの混入することで水酸化カルシュウムの含有率を数%まで削減
Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4・2H2O 二水石膏
2)硫酸浸入抑制
普通ポルトランドセメントと比較して比表面積が40～70倍である超微粉末のシリカヒュームを混入し構造の緻密化を図る。
◎アルミナセメント系耐硫酸モルタル
水酸化カルシウムをほとんど含まず、pHの低下に伴い安定な水酸化アルミニウムが形成され、モルタル内への硫酸イオン浸入を抑制する。

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おわりに
• 供用中の下水処理施設の水槽内部は、汚水が貯留されていたり、汚泥が付着してコンクリート表面の確認が出来ない場合が多い。
従って、大規模修繕（ポンプ、散気装置、配管等の更新）時に汚水を抜いて洗浄後確認するのが一般的である。
• 防食被覆工の設計耐用年数は10年間を標準とする（防食技術マニュアル）とあることから、少なくとも10年に1回程度は汚水を抜いて確認する必要がある。
• 防食被覆工が性能照査型に移行し品質管理に携わる管理者に高い管理能力が要求されるようになった。このため、優れた管理者の育成を目指しコンクリート防食技士制度が設立されている。
• 資格取得者は、コンクリート防食の基礎技術が修得できると共に、コンクリート防食の施工管理に携わる専門技術者となることができる。
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