JP2015086127A - 好アルカリ性微生物及びそれを用いた坑中性化コンクリート、抗中性化混和材・混和剤、抗中性化コンクリート型枠離型剤・離型材、抗中性化コンクリートひび割れ補修材、抗中性化コンクリート表面塗布剤 - Google Patents

Abstract

【課題】現在社会インフラとしての、コンクリート高架橋、コンクリート橋梁、コンクリート製信号機ポール、トンネル等の経年劣化が進んでおり、住民の安心や安全に直接係る問題としてクローズアップされている。
コンクリート構造物の劣化因子および劣化プロセスは、これまでの研究によりかなり解明されてきたが、実態は複雑で現在のところ日常点検や定期点検により中性化、塩害、アルカリ骨材反応等の診断がなされ、これに応じて維持補修をしているのが現状である。
しかしながらこのような劣化が発見されてからの事後対応では、財政の面から全てを手当てするための予算予測が困難であり、リスク管理という面では社会インフラ危機に対応できないところまで来ている。
【解決手段】本願発明はこのような課題に対して、事前予防管理の観点に立ち、経年劣化しない耐久性のあるコンクリート構造物を作るために、中性化という劣化因子に焦点を当て微生物をこれに応用して解決を図るものである。

Description

本願発明はコンクリートの耐中性化、中性化防止又は少なくとも中性化抑制のいずれかひとつに関する。

近年社会インフラとしての道路やトンネル等においてコンクリート劣化の進行による鉄筋コンクリート製信号柱が折れ道路に落下する事件が起こっている。（非特許文献１）

またコンクリート陸橋の一部コンクリート片が空中落下して下を通行していた車両を直撃して破壊するという事故もある。（非特許文献２）

いずれの事件もコンクリート躯体の長年による中性化が経年劣化の原因の一つであるとコンクリート工学の専門家は指摘している。（特許文献６、非特許文献３）

彼らの知見によると、本来コンクリート内部は高アルカリ環境（ＰＨ１１〜１４）にあり、高アルカリゆえにコンクリート内部に配置されている鉄筋表面の不動態皮膜が保護され、その結果鉄筋の腐食が守られている。（非特許文献４）

一方空気中の二酸化炭素は長年に亘り、コンクリート内の水和化合物である水酸化カルシウムと反応して炭酸化し、コンクリート表面から深部に向かい中性化を進行させる。
鉄筋が配置されている位置まで中性化が進行すると鉄筋の不動態皮膜が破壊され、発錆を開始しその膨張圧によりコンクリート表面と鉄筋の間に微細なクラックが生じる。
このひび割れ部分から水や酸素が供給され鉄筋の腐食がさらに進行するという劣化機構が解明されている。（非特許文献５）

現存する中性化進行防止ないし遅延技術および再アルカリ化技術としコンクリート表面被覆工法（特許文献１）、コンクリート表面含浸材塗布工法（特許文献２）、再アルカリ化工法（特許文献３）、未硬化のコンクリートにアルカリ剤を散布する方法（特許文献４）などが提案されている。
またＥＭ菌等を含む有用微生物混和材をコンクリート内部に生コン製造時に投入して、多様な総合効果を示す例（特許文献５）も提案されている。

好アルカリ性微生物としてアルカリフィス トランスバーレンシス菌による高アルカリプロテアーゼに関するものとして、独立行政法人海洋研究開発機構による開発特許がある。（特許文献７）

特許２７３８５４７号公報 特開２０１０−００１７０７号公報 特許３４３４０３０号公報 特開平０８−０８１２８５号公報 特開２００５−３２０１９４号公報 特開２００９−１３６７１９号公報 特許第４６８１２８３号公報

中国新聞朝刊 平成２５年１０月２５日 信号柱また折れる 中国新聞朝刊 平成２５年５月８日 陸橋からコンクリート片 橋梁による第三者被害予防措置要領（案） 平成１６年３月 国土交通省道路局国道防災課 中性化に対するコンクリートの維持管理 コンクリート標準仕様書 維持管理編 土木学会 ２００７年 劣化の機構 コンクリート診断技術１３基礎編 日本コンクリート工学会 ２０１３年

上記の課題解決するために、これまで採用されている工法の多くはコンクリート劣化因子である二酸化炭素や水もしくは酸素のコンクリート内部への浸入防止を図ることにより中性化を抑制もしくは阻止するものである。

本願発明はコンクリート内部への中性化進行を阻止もしくは抑制するために、好アルカリ性微生物が分泌する菌体外酵素（アルカリプロテアーゼ）の持つ高いアルカリ性が周辺環境を高アルカリ性に保つ作用を応用してコンクリート表面および内部のＰＨ環境を長期に亘り１１〜１３に保ち、抗中性化コンクリートおよびこれに関連する製品を提供することを目的とする。

一般に好アルカリ性微生物は栄養素の細胞内蓄積にＮａ＋等無機塩を必須とし、コンクリート内部で生存するためには嫌気性の性質が必要があり、さらに通常コンクリートのＰＨは１２〜１３であり、この環境が最適な微生物としてアルカリフィルス属Ａ．トランスヴァーレイシス種の学名Ａｌｋａｌｉｐｈｉｌｕｓ ｔｒａｎｓｖａａｌｅｎｓｉｓ Ｔａｋａｉ ｅｔ ａｌ．２００１（特許文献７）が適合する。
以下「トランスヴァーレイシス」と呼称する。

請求項１に係る本願発明の課題について、トランスヴァーレイシスは独行政法人理化学研究所にＪＣＭ１０７１２として寄託されており、これを入手し培養増殖させて解決する。
培養には炭素源、窒素源および各種無機塩が必要であり、炭素源としてはグルコース、ガラクトース等が挙げられ、窒素源としてはコーングルテンミール、酵母エキス等が挙げられ、無機塩としては人口海水等が上げられる。（特許文献７）
以下培養に必要な物質を「ＮＡ＋等を含む栄養素」と呼称する

請求項２に係る本願発明の課題は、生コンクリートの製造過程において、トランスヴァーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素をこれに投入混成しかつ生存させ、その微生物の分泌する酵素（アルカリプロテアーゼ）の働きを応用してコンクリート表面および内部を常時高アルカリ環境（ＰＨ１１以上）に保ち中性化を抑制阻止することにより解決する。

請求項３に係る本願発明の課題は、請求項２を実現するために生コンクリート製造過程においてトランスヴァーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素を投入するための手段として、これをＰＨ１２．６のアルカリイオン水に混ぜ合わせたものを坑中性化混和剤とし、これをポーラスモルタルに浸潤させたものを坑中性化混和材とすることにより解決する。

請求項４に係る本願発明の課題は、コンクリートの表面部分を請求項２なる性能を有するための実現手段として、トランスヴァーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素をＰＨ１２．６に調整した型枠離型剤に含有させたものを坑中性化型枠離型剤とし、これをポーラスシートに浸潤させたものを坑中性化型枠離型材とすることにより解決する。

請求項５に係る本願発明の課題は、コンクリートにひび割れ補修部分の再アルカリ化もしくは抗中性化するための実現手段として、トランスヴアーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素をＰＨ１２．６に調整したひび割れ補修材に含有させたものを坑中性化ひび割れ補修材とするにより解決する。

請求項６に係る本願発明の課題は、中性化が未進行又は進行中のコンクリートの表面を再アルカリ化もしくは抗中性化するための実現手段として、トランスヴァーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素をＰＨ１２．６に調整したコンクリート表面塗布剤に含有させたものを抗中性化コンクリート表面塗布剤とすることにより解決する。

本願発明によりコンクリート劣化因子の一つである中性化現象を長期に亘り、著しく抑制もしくは阻止できる。

本願発明により製造される抗中性化コンクリートを利用すれば、現在社会インフラ（道路、トンネル、橋梁、空港、港湾等）において広く使用されているコンクリート構造物の耐用年数を従来と比較して格段に長くすることが可能となる。

本願発明により製造される抗中性化コンクリートを利用すれば、コンクリート構造物の維持管理方法を劣化現象が発生してから対応する事後維持管理型から、事前に劣化を予防する予防維持管理型に転換できるためトータル維持管理コストを大幅に減少させることが可能となる。

はコンクリート構造物の劣化概要を示す は本願発明の開発原理を示す

請求項１に係る本願発明はトランスヴァーレイシスを培養増殖し、流動パラフィン重層保存法、凍結保存法又は少なくとも凍結乾燥保存法等により保存し適宜必要に応じて活性化させる。

請求項２に係る本願発明は、通常コンクリートの場合は、水、普通ポルトランドセメント、骨材、砂、ＡＥ減水剤等を練り混ぜて生コンクリートを製造する過程において請求項３の抗中性化混和剤もしくは抗中性化混和材を投入する。
投入量は周辺環境（地理的条件、気象条件、用途など）によりセメント硬化時間やバクテリア増殖スピードが異なるために、事前調査を実施の上決定する。（図３）

請求項３に係る本願発明はトランスヴァーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素をＰＨ１２．６のアルカリイオン水に混ぜて抗中性化混和剤とし、これをポーラスモルタルに浸潤させて抗中性化混和材とし、生コンクリートプラント工場もしくはコンクリート二次製品工場等においてコンクリート組成材料（水、セメント、骨材、砂、ＡＥ減水剤など）をミキシングする際に投入するものである。（図４）

請求項４に係る本願発明はトランスヴァーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素をＰＨ１２．６に調整した型枠離型剤に含有させたものを坑中性化型枠離型剤とし、これをポーラスシートに浸潤させたものを坑中性化型枠離型材とし、建設工事現場において型枠工事が完了し、生コンクリートを打設する前段階において上記の離型材もしくは離型材を型枠表面に塗布又は張り付ける。（図５）

請求項５に係る本願発明はトランスヴァーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素をＰＨ１２．６に調整したコンクリートひび割れ補修剤に含有させたものを抗中性化コンクリートひび割れ補修材とし、コンクリートひび割れ部分に圧注入して空隙を充填する。（図６）

請求項６に係る本願発明はトランスヴァーレイシスおよびＮＡ＋等を含む栄養素をＰＨ１２．６に調整したコンクリート表面保護塗料に含有させて抗中性化コンクリート表面塗布剤とし、コンクリート表面に直接塗布するものである。気象環境によってはさらに、この塗布面の上にコンクリート保護材を塗布する（図７）

１ 健全なコンクリート（水酸化カルシウム Ｃａ（ＯＨ）２）
２ 鉄筋 Ｆｅ
３ 中性化したコンクリート（炭酸化カルシウム ＣａＣＯ３）
４ コンクリートひび割れ
５ 腐食鉄筋 ｅ（ＩＩ）Ｏ ２Ｆｅ（ＩＩＩ）２Ｏ３
６ 好アルカリ性微生物（トランスヴァーレイシス）
７ 菌体外酵素（アルカリプロテアーゼ）
８ 請求項３の抗中性化コンクリート混和材
９ セメント
１０ 水
１１ 骨材
１２ 砂
１３ ＡＥ減水剤等
１４ コンクリート製造装置
１５ 微生物栄養素（炭素源）
１６ 微生物栄養素（窒素源）
１７ 無機塩（Ｎａ＋）
１８ ＰＨ調整済アルカリイオン水
１９ ポーラスモルタル
２０ ＰＨ調整済コンクリート型枠離型剤
２１ ポーラスシート
２２ ＰＨ調整済コンクリートひび割れ補修材
２３ 注入器具
２４ ワッシャープレート
２５ ＰＨ調整済コンクリート表面塗布剤
２６ 請求項６の抗中性化コンクリート表面塗布剤又は表面塗布材
２７ 撹拌装置
２８ コンクリート（表面部分は中性化または非中性化のいずれかひとつ）

はコンクリート構造物の劣化プロセスの概要を示す は本願発明の開発原理を示す は本願発明の抗中性化コンクリートの製造方法を示す は本願発明の抗中性化混和剤および抗中性化混和材の製造方法を示す は本願発明の抗中性化型枠離型剤および抗中性化型枠材の製造方法および施工方法を示す は本願発明の抗中性化コンクリートひび割れ補修材の製造方法および施工方法を示す は本願発明の抗中性化コンクリート表面塗布剤および抗中性化コンクリート表面塗布材の製造方法および施工方法を示す

Claims (6)

1. コンクリートを抗中性化する機能を有する好アルカリ性微生物
2. 請求項１に記載の好アルカリ性微生物を含有させてなる抗中性化コンクリート
3. 請求項１に記載の好アルカリ性微生物を含有させてなる抗中性化混和剤および抗中性化混和材
4. 請求項１に記載の好アルカリ性微生物を含有させてなる抗中性化コンクリート型枠離型剤および抗中性化離型材
5. 請求項１に記載の好アルカリ性微生物を含有させてなる抗中性化コンクリートひび割れ補修材
6. 請求項１に記載の好アルカリ性微生物を含有させてなる抗中性化コンクリート表面塗布剤