JP2018104608A - コンクリート保護コーティング材 - Google Patents

Abstract

【課題】スライムを形成するバクテリアを利用したコーティング材【解決手段】スライムを形成するバクテリアを吸着した吸着材及び結合材を含むコーティング材。スライムを形成するバクテリアは、好ましくは、ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス、紅色硫黄細菌、緑色硫黄細菌、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリスから選択される１種以上のバクテリアを吸着した吸着材。前記吸着材が、好ましくは、高吸収性樹脂、高多孔性樹脂、膨張蛭石、パーライト及び珪藻土から選択される１種以上の吸着材であり、前記結合材は、黄土基盤の結合材、α−半水石膏、高炉スラグ、フライアッシュ、普通ポートランドセメント及びマグネシア−リン酸塩結合材から選択される１種以上の結合材が望ましい、コーティング材。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート保護コーティング材に関する。

汚水、糞尿、畜産廃水のような腐食性環境に露出したコンクリートは、各種の劣化現象および化学的侵食により、耐久寿命が２０〜３０年未満となるため、構造物の使用性および安全性の低下という問題を引き起こすことがある（キム・ジョンピル（２００５））。このため、先進国では、コンクリートの耐久設計に関する基準及びコードを規定することで、体系的なシステムを構築し適用している（ＡＣＩ３１８−１１（２０１１）、ＡＣＩ２０１．２Ｒ−０８（２００８）、ＢＳ ＥＮ ７５４３（２００３））。米国のＡＣＩ３１８−１１（２０１１）基準の場合、コンクリートの耐久設計を構造設計の一部分として取り扱っており、ＡＣＩ２０１．２Ｒ−０８（２００８）では、コンクリートが凍結融解、化学的な侵食、磨耗及びアルカリ骨材反応などによって影響を受ける場合に対する損傷機構、およびこれに応じて要求される対策を提示している。ＢＳ ＥＮ ７５４３（２００３）では、構造物の耐久性を予測するために必要な指針、目標耐久年限、及び設計耐久年限などに対する概略的な過程を提示している。一方、国際標準化機構であるＩＳＯ（２００４）では、ＴＣＩ７１／ＳＣ７を中心に化学的侵食によるコンクリートの劣化に応じた補修および補強に関する研究を行っているが、現在までに制定された規格がないのが実情である。韓国の場合、建設交通部および韓国コンクリート学会の主管の下、２００４年度に「コンクリート標準仕様書−耐久性編」を制定している。このように、コンクリートの耐久年を向上するための様々な政策的、および社会的要求事項とあいまって、建設産業では腐食環境に露出されたコンクリートにおいて、メンテナンスの側面からコーティング材料の適用が大きく増加すると期待している（キム・ソンス（２０１３））。

例えば、海水による塩害、および土壌中の硫酸などの化学的侵食のため、コンクリートコーティング材の使用が急増している。硫酸塩によるコンクリートの耐久性低下は、他の化学的侵食による要因に比べて大きいことが知られている（Ａｌ−Ａｍｏｕｎｄｉ（２００２））。そこで、耐透水性が高いエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、またはアクリル樹脂のような有機系コーティング材がコンクリートの腐食制御に一般に使用されている（チョン・ビョンシク（２００４））。しかし、コンクリートとコーティング材との接着面に形成されたコーティング膜は、コンクリートの内部に存在する水分が外部に蒸発することを難しくするため、膜の脱落現象が起こってしまう。また、冬季の施行ではコーティング膜の境界面に形成された水分が凍るため、境界面で膨張圧が発生してしまう（キム・ソンス（２００３））。このため、コンクリートの亀裂及び変形が発生することで、耐久年数の増加に対する効率性が著しく低下してしまう。また、有機系コーティング材は、環境汚染及び有害物質の多量の含有の懸念があるため、全世界的に使用原料及び製造工程を厳しく規定している。これによって、既に欧州などの先進国では重金属及び揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含まない環境に優しいコーティング材が開発され、商用化されている（Ｂａｚａｎｔら（１９９４））。一方、韓国の塗料（コーティング）業界では、６０％以上が海外の技術に依存しているのが実情である（韓国科学技術情報研究院）。よって、技術的・環境的要求事項に対応し得、環境に優しい新たなコーティング材の開発に対する韓国独自の技術が必要である。また、韓国の建設産業におけるロウテク（Ｌｏｗ−ｔｅｃｈ）イメージを捨てるためには、先端技術（Ｂｉｏ／Ｎａｎｏ／Ｅｃｏ）を組み入れた新たな概念の建設材料への技術戦略が必要である。

最近では、コンクリート構造物の目標性能および耐久寿命を維持するために、微生物の炭酸カルシウム形成作用を利用したコンクリートの表面コーティング、亀裂補修、及び自己治癒コンクリートなどの新技術に関する研究が進められている（Ａｃｈａｌ（２００９）、ＤｅＭｕｙｎｃｋ（２００８）、キム・ファジュン（２０１０））。しかし、微生物を利用したコンクリートは源泉技術開発の段階にあり、イメージ分析（Ｉｍａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ）を介した定性的な評価が殆どである。また、微生物を利用したコンクリートの研究は、殆どバチルス系の微生物を利用した亀裂治療に重点が置かれており、コーティング材に対する研究はないのが実情である。特に、微生物によるスライム膜は、従来のコーティング材料の短所を解決しながらコンクリート構造体の腐食抵抗性の向上が期待されるものの、まだこれに対する検証研究は非常に不十分なのが実情である。そこで、以下では、微生物によるスライム膜の活用技術と、従来の先行技術との差をより明確に理解するために、従来の先行研究の内容をより詳細に説明する。

従来の大部分の研究では、微生物の生体鉱物形成作用（Ｂｉｏｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ）を利用したコンクリートの亀裂治癒、耐久性の向上、及び自己治癒に関する研究、ならびに水質浄化が可能な微生物を適用した研究が中心に進められている。

微生物の生体鉱物形成作用を用いたコンクリートは、多くの研究者ら（Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａ（２００１）、Ｄｅ Ｂｅｌｉｅ（１９９５）、Ｇｈｏｓｈ（１９８９）、Ｊｏｎｋｅｒｓ（２００３）、キム・ファジュン（２０１１））によって研究されている。微生物が形成した鉱物の析出によるコンクリートの亀裂の治癒は、実証されており、これに基づいて耐久性を向上するためにモルタルに適用した多用な事例がある（Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａ（２００１）、Ｇｈｏｓｈ（１９８９）、キム・ファジュン（２０１１））。水質浄化のために微生物を適用したコンクリートにおいては、水中または海洋に設置されるコンクリート製品及びブロックに生物膜（Ｂｉｏｆｉｌｍ）を形成し、微生物を吸着させる技術を利用した水質浄化が研究されている（アン・テウン（２００９）、キム・ファジュン（２０１１））。しかし、殆どの研究は、基礎的な実験を介してその可能性が紹介されているのみである。また、正確な根拠の提示及び評価方法は研究者によって異なり、かつ微生物に関する要素技術が非常に重要であるものの、これに関する技術資料及び関連研究は非常に不十分である。また、本発明に関連するバクテリアの要素技術、およびこれを適用したコンクリートの関連研究及び韓国内外の技術は非常に不十分なのが実情である。よって、以下では、微生物の生体鉱物形成作用を用いたコンクリート、および水質浄化のための微生物コンクリートに関して説明することで、従来の研究で適用される微生物、および微生物を活用したコンクリートに関する研究動向及び問題点を把握することとする。

まず、生体鉱物形成作用を利用した微生物コンクリートに関する先行研究を調べると、大部分の研究では、表面に発生した亀裂の治癒、微生物モルタル及び自己治癒コンクリートの開発に関する研究が行われてきたが、コンクリートは強アルカリ性（ｐＨ１２〜１３）であるため、微生物の生存性に限界がある。これを克服するためには、強アルカリ性環境でも生存可能な微生物の分離及び培養技術が必要であると判断される。また、大部分の研究者らはイメージ分析、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、Ｘ線回折分析（ＸＲＤ）及び力学的特性評価を用いて可能性を提示しているが、これらの研究を多様な環境下で露出されるコンクリートに適用するためには耐久性及び定量的な評価が必要である。

生体鉱物形成を利用した炭酸カルシウムの析出は、Ｂｏｑｕｅｔら（１９７３）によって初めて報告されている。Ｂｏｑｕｅｔは、実験室条件で微生物による炭酸カルシウムの沈殿の析出を誘導しており、Ａｄｏｌｐｈｅ及びＢｉｌｌｙ（１９７４）は、凝灰岩および石灰岩から分離した微生物を利用して炭酸カルシウムの析出を実験しており、微生物によって形成された炭酸カルシウムは腐食に対して大きな抵抗を有すると報告している。このような生物生体鉱物の形成を利用した炭酸カルシウムの析出は、生物誘導鉱物の形成、および生物制御鉱物の形成の２つのメカニズムによって起こる。

生物誘導鉱物の形成過程では、微生物は鉱物粒子の生成および成長には関与しないが、周辺環境条件に変化を起こすことで炭酸カルシウムの形成を誘導する。よって、生物誘導鉱物の形成では、周辺環境条件に応じて形成される鉱物の形態および種類が異なる（Ｌｏｗｅｎｓｔａｎ ａｎｄ Ｗｅｉｎｅｒ（１９８９））。Ｂａｒｉｓｓａｎｔ（２００３）は、微生物の細胞外壁において、高分子物質（ＥＰＳ：Ｅｘｔｒａ ｐｏｌｙｍｅｔｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）が炭酸カルシウムの形成、および鉱物の構造の決定に大きな役割をすると報告している。Ｂａｒｉｓｓａｎｔ（２００３）は、高分子物質を形成する微生物の混入量が増加するほど、方解石（Ｃａｌｃｉｔｅ）だけでなく、ヴァテライト（ｖａｔｅｒｉｔｅ）およびアラゴナイト（ａｒａｇｏｎｉｔｅ）などの多様な鉱物が析出すると報告している。生物制御鉱物の形成過程は、微生物によって独立的に支配される。微生物は鉱物の形成に必要な要素を調節して鉱物化形成に参与し、微生物の種類に応じて周辺環境条件とは独立して特定の鉱物および結晶構造を形成する。Ｂａｚｙｌｉｎｓｋｉ（２００７）は、磁鉄石（Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）を形成する鉄（ＩＩＩ）還元微生物、海洋に生息する単細胞プランクトンの一種である円石藻、および珪酸化形態に形成された単細胞の珪藻類は、シリカ沈殿物を析出するが、これは生物制御を介した鉱物の形成に属すると報告している。

亀裂治癒の場合、Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ（２００１）は、生体鉱物の形成が可能なバクテリアであるスポルサルシナ・パステウリ（Ｓｐｏｒｓａｒｃｉｎａ ｐａｓｔｅｕｒｉｉ）の利用による亀裂治癒に対する可能性を評価している。Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎは、亀裂が発生した表面にて方解石が生成されており、これを用いることによるバクテリアを活用した亀裂補修に対する可能性を提示している。しかし、好気性バクテリアの場合には成長条件として酸素が必要であり、強アルカリ性であるコンクリートでは活性度が低下すると報告している。

Ｄｅ Ｂｅｌｉｅ及びＤｅ Ｍｕｙｎｃｋ（２００９）は、強アルカリ性であるコンクリートからバクテリアを保護するためにバチルス・スファエリクス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐｈａｒｉｃｕｓ）をシリカゾールに吸着して使用した。また、彼らは、バクテリアに最適な生存環境、および炭酸カルシウムの析出を調整するために、コンクリートにウレア及び塩化カルシウム溶液を混入した。実験の結果、該コンクリートは、エポキシ樹脂を使用して亀裂を治癒した実験体と類似した効果を示していた。

Ｍｕｙｎｃｋ（２０１０）及びＪｏｎｋｅｒｓ（２０１１）は、微生物の生体鉱物形成作用を用いたコンクリートの亀裂治癒に対するメカニズムを究明した。

亀裂を介して水分および空気が流入すると、耐性胞子として存在していた微生物が活性化し、細胞外壁が負電荷を帯びる。これにより、微生物は、細胞外壁の表面の周囲からＣａ^２＋を含む陽イオンを誘引し、自らの表面に炭酸カルシウムを析出することで、亀裂部位を治癒すると報告している。

キム・ファジュン（２０１０）は、スポロサルシナ・パステウリ、コンクリート構造物から分離したスポロサルシナ・ソリ（Ｓｐｏｒｏｓａｒｃｉｎａ ｓｏｌｉ）、バチルス・マシリエンシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｍａｓｓｉｌｉｅｎｓｉｓ）、アースロバクター・クリスタロポイーテス（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ ｃｒｙｓｔａｌｌｏｐｏｉｅｔｅｓ）、リシニバシラス・フシフォルミス（Ｌｙｓｉｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ ｆｕｓｉｆｏｒｍｉｓ）を使用してモルタルの亀裂の充填可能性を提示している。彼らはコンクリートの表面および亀裂部位に、ウレアを含むｐＨ６．８の水溶液状態で、スポロサルシナ・パステウリを１日１００μＬずつ５回注入した。同一位置を２０日間顕微鏡で観察したところ、実験の結果、バクテリアの生体鉱物形成作用を介した炭酸カルシウムの析出によって亀裂部が充填されており、亀裂の幅が小さいほど充填効果はより大きいことが示された。

微生物モルタルの場合、Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ（２００１）はポートランドセメントモルタルの圧縮強度を向上するために生体鉱物形成作用が可能なバクテリアを使用し、バクテリアの種類および培地混入による影響を評価している。炭酸カルシウムを析出するシュードモナス・エルゴノーザ（Ｐｓｕｅｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｏｎｏｓａ）を混入した試験体では、圧縮強度の増進効果が示されなかったが、スポロサルシナ・パステウリを混入した試験体では、材齢２８日において、バクテリアを混入していない試験体に比べ圧縮強度が約１８％大きく示されていた。ただし、ＸＲＤ分析の結果、バクテリアの炭酸カルシウム析出による影響は示されていなかった。彼らは、高いｐＨ、および低い酸素量によってバクテリアの活性度及び生存が低下したと報告している。

Ｇｈｏｓｈ（２００５）は、シュワネラ（Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ）バクテリアを混入したモルタルの圧縮強度および内部空隙の分布を評価した。シュワネラは細胞外壁にて鉄を還元するバクテリアの一種であって、従来の研究とは対照的に、生体鉱物形成作用を誘導していなかった。実験結果、材齢２８日において、バクテリアを添加していない試験体に比べシュワネラを添加した試験体では、圧縮強度は約２５％大きく示された。また、モルタル内部の空隙の分布は、シュワネラを添加した試験体では、空隙のサイズが小さくなる傾向を示した。これによって、彼らはバクテリアによってモルタルの内部に生成された磁鉄石が圧縮強度の向上に寄与していると報告している。

キム・ファジュン（２０１０）は、生体鉱物形成作用が可能な微生物の種類、および養成方法によるモルタルの圧縮強度を評価した。材齢２８日において、バチルス・マシリエンシスを混入したモルタルは、一般のモルタルに比べて、圧縮強度が約８．９％大きく示されており、アースロバクター・クリスタロポイーテスを混入したモルタルは、圧縮強度が約４０．３％大きく示されていた。彼らは、混入された微生物によって生成される鉱物構造及び形状が異なるため、モルタルの圧縮強度は影響を受ける可能性があると報告している。また、水中養成の場合、気中養成の試験体に比べて圧縮強度が大きく示されており、ウレア−塩化カルシウム（Ｕｒｅａ−ＣａＣｌ_２）培地で水中養成した試験体では、最も優秀な圧縮強度の発現が示されていた。

自己治癒コンクリートの場合、Ｊｏｎｋｅｒｓ及びＳｃｈｌａｎｇｅｎ（２００８）は、亀裂発生の前は強アルカリ性であるコンクリートの内部環境と、セメントの水和反応のような物理または化学的反応とに耐えられるバクテリアを選定するために、先行研究に基づいて、アルカリ状態で胞子を形成するバチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、バチルス・シュードファームス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｓｅｕｄｏｆｉｒｍｕｓ）ＤＳＭ８７１５、及びバチルス・コーニ（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｏｈｎｉｉ）ＤＳＭを利用した。ここでは、大量のバクテリアの添加のため、モルタルの圧縮強度は約１０％低く示されていた。また、微生物による鉱物の析出を評価するためにＥＳＥＭを分析したところ、実験結果によれば、７日間養成した試験体は、バクテリアを混入していない試験体に比べて、炭酸カルシウムの析出が大きく示されていたが、２８日以降には炭酸カルシウムの析出に対する特別な影響が示されなかった。

次に、自己浄化コンクリートに関する先行研究を調べると、水質浄化が可能な微生物を活用したコンクリートとは、水質汚染物質を浄化し得る微生物を同定及び分離し、これをコンクリートに適用した技術である。従来の研究では、内部に連続した空隙構造を有するポーラスコンクリートを利用して、魚貝類の生息環境を提供する環境低減型コンクリートが開発されている（キム・セウォン（２００１））。しかし、従来の研究では機能的な側面に重点を置いているため、強アルカリ性であるコンクリートに適用された微生物の成長及び活性度に対する研究は非常に不十分であるのが実情である。特に、海洋及び河川構造物の場合には、流速による微生物の脱落現象が発生する恐れがあり、これを固定化する技術が非常に重要である。

キム・テフン（２０１１）は、有用微生物群である光合成細菌、酵母菌、乳酸菌、放線菌、糸状菌などを連続空隙が形成された多孔性コンクリートに適用し、微生物を混入していない試験体と比較して水質の浄化能力を評価した。実験の結果、浮遊物質の除去効率は８０％で最も優秀な効果を示しており、これは多孔性コンクリートに吸着された微生物が生物膜を形成して有機物質を分解したためだと判断される（キム・セウォン（２００１））。よって、彼らは、有機物の分解が卓越であり、多様な環境への適応性に優れると知られている有用微生物を活用して、水中または水辺に設置されるコンクリートブロック及び構造物にこれらの有用微生物を吸着して生物膜を形成することで、固定化された有用微生物によって汚染源である多量の有機物質を迅速に、かつ持続的に分解することができると報告している。

キム・ファジュン（２０１１）は、廃水分解能に優れる微生物を選定するために先行研究に基づいて微生物を選定している。また、固定化のために微生物を天然ゼオライトに吸着させて、セメントレンガを製作している。陽イオンで構成されたゼオライトの表面は、陰イオンで構成された微生物の細胞壁と静電気的に吸着する。実験の結果、浮遊物質除去効率（ＳＳ）は、納豆菌、および大邱のＳ環境事業所で分離同定した微生物が最も効果的であり、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）はバクテリアを適用した全ての実験体で減少していた。また、総窒素（Ｎ）は、味噌菌を混入した試験体を除いては全て５０．１９％〜５１．２０％の除去効率を示した。彼らはゼオライト及びセメントレンガの内部および外部に窒酸化微生物による生物膜が形成されることによって、窒素の除去が起こると報告している。総リン（Ｐ）は、バクテリアを適用した実験体で全て除去効率が示されていた。

次に、スライムコンクリートに関する先行研究を調べると、Ｓｏｌｅｉｍａｎｉら（２０１４）は、耐硫酸性を向上するために大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）ＤＨ５αバクテリアスライムを利用し、特殊製作された装置を使用してモルタルの表面にスライムを形成した。これを観察するために、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）、および共焦点レーザ顕微鏡（Ｃｏｎｆｏｃａｌ Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＣＬＳＭ）を利用して、硫酸（ｐＨ５）に露出したモルタルの表面からのバクテリア及びスライムの挙動を評価した。実験の結果、スライムは７３．５％生成されており、スライムの厚さは５６．９μｍと示されていた。

このように、従来の研究では、バクテリアを活用した環境に優しいコンクリートとして、目標性能と寿命とをたゆまず維持する自己治癒コンクリート及び水質浄化用コンクリートに関する研究が主に行われてきた。しかしながら、バクテリアの要素技術及びバクテリアスライムの形成に基づくコーティング材に関する韓国内外の特許及び類似研究は殆どないのが実情である。

本発明は、バクテリアおよびコンクリート技術を融合する基礎技術であって、スライム（グリコカリックス膜）バクテリアを活用したコーティング材を提示することで、これに基づいてコンクリート耐硫酸挙動に対するバクテリアのスライム基盤のコーティング材の影響を評価するものである。すなわち、本発明の目的は、スライムを形成することができる最適のバクテリアを選定し、スライムを生成するためのバクテリアの培養及び最適の倍地条件を提示し、スライムが形成されたバクテリアを固定化するための最適の吸着材を提示し、バクテリアスライム基盤のコーティング材の技術を確立するものである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、スライムを形成するバクテリアを吸着した吸着材、及び結合材を含むコーティング材が提供される。

前記スライムを形成するバクテリアは、ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス、紅色硫黄細菌、緑色硫黄細菌、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリスからなる群から選択される１種以上であってもよい。

前記吸着材は高吸収性樹脂、高多孔性樹脂、膨張蛭石、パーライト及び珪藻土からなる群から選択される１種以上であってもよい。

前記結合材は、黄土基盤の結合材、α−半水石膏、高炉スラグ、フライアッシュ、普通ポートランドセメント及びマグネシア−リン酸塩結合材からなる群から選択される１種以上であってもよい。

前記マグネシア−リン酸塩結合材は、前記結合材の総質量に対して、リン酸塩の含量が１０〜５０質量％であってもよい。

前記リン酸塩はリン酸カルシウム（ＫＨ_２ＰＯ_４）、二リン酸カルシウム（Ｃａ（Ｈ_２ＰＯ_４）_２）、リン酸ナトリウム（ＮａＨ_２ＰＯ_４）、リン酸アンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）、リン酸二カリウム（Ｋ_２ＨＰＯ_４）、リン酸カルシウム（ＣａＨＰＯ_４）、リン酸二ナトリウム（Ｎａ_２ＨＰＯ_４）、及びリン酸二アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４）からなる群から選択される１種以上であってもよい。

前記マグネシア−リン酸塩結合材は、前記マグネシア−リン酸塩１００質量部に対して、遅延剤１〜１０質量部を更に含んでもよい。

前記スライムを形成するバクテリアによって形成された二酸化珪素（ＳｉＯ_２）が空隙を遮蔽する内部構造を有してもよい。

前記コーティング材は、コンクリート構造体の表面の化学的侵食を防止するために使用されてもよい。

前記コンクリート構造体は、下水管渠であってもよい。

前記化学的侵食は、硫酸によるものであってもよい。

前記コーティング材は、前記コンクリート構造体の表面に０．５〜１０ｍｍの厚さで塗布されてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、スライムを形成するバクテリアを培養してスライムを形成するステップと、前記スライムを形成したバクテリアを固定するために、吸着材を用いて前記スライムを形成したバクテリアを吸着するステップと、前記バクテリアが吸着された吸着材を結合材と混合するステップと、を含むコーティング材の製造方法が提供される。

前記スライムを形成するバクテリアは、ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス、紅色硫黄細菌、緑色硫黄細菌、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリスからなる群から選択される１種以上であってもよい。

また、前記ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス、紅色硫黄細菌及び緑色硫黄細菌は、精製水１Ｌを基準に酵母抽出物０．１〜５ｇ、ジソジウムサクシネートヘキサハイドレート１〜５０ｇ、無水エタノール０．１〜５ｍＬ、クエン酸鉄溶液０．１〜５ｍＬ、リン酸に二水素カリウム０．１〜５ｇ、硫酸マグネシウム七水和物０．１〜５ｇ、塩化ナトリウム０．１〜５ｇ、塩化アンモニウム０．１〜５ｇ、及び塩化カルシウム二水和物０．０１〜０．５ｇを含む培地でｐＨ５〜９の条件で培養されてもよい。

前記バチルス・チューリンゲンシス及びバチルス・サブチリスは、精製水１Ｌを基準に動物組織のペプシン消化物１〜１０ｇ、酵母抽出物０．５〜３ｇ、塩化ナトリウム１〜１０ｇ及び牛肉抽出物０．５〜３ｇを含む培地でｐＨ４〜１０の条件で培養されてもよい。

前記培養に使用された炭素源はマルトース、デキストロース及びフルクトースからなる群から選択される１種以上であってもよい。

前記吸着材は高吸収性樹脂、高多孔性樹脂、膨張蛭石、パーライト及び珪藻土からなる群から選択される１種以上であってもよい。

前記吸着の際に使用される前記バクテリアの前記吸着材に対する混入量は、バクテリア培養液の総質量を基準にして、前記吸着材が前記高吸収性樹脂または高多孔性樹脂である場合、５０〜２００倍であり、前記吸着材が前記膨張蛭石、パーライトまたは珪藻土である場合、５〜２０倍であってもよい。

前記吸着は、メッシュの大きさが１００μｍ〜５ｍｍ、及び厚さが０．５〜５０ｍｍであるメッシュ状の吸着パッドに前記吸着材を投入した後、前記吸着パッドを前記バクテリアの培養液に浸漬するステップを含んで行われてもよい。

前記吸着パッドの素材は、鋼材であってもよい。

前記吸着材を利用した吸着は、前記メッシュ状の吸着パッドに前記吸着材を投入した後、前記吸着パッドを前記バクテリアの培養液の中に浮遊させて行われてもよい。

前記吸着パッドは、前記吸着パッドの下端に連結された平行錘によって浮遊し、
前記平行錘の重さは、下記数学式１によって決定されてもよい。
数学式１において、ｄは吸着パッドの浸漬深さ、Ｗ_Ｌは積載荷重、Ｗ_Ｓは固定荷重、Ｌ及びＢは吸着パッドの長さ及び幅、γ_ｗは培養液の単位容積の質量である。

前記バクテリアを吸着した吸着材及び前記結合材の混合において、前記結合材の使用量は、前記バクテリアを吸着した吸着材の質量の０．５〜３倍であってもよい。

本発明によると、コンクリートの耐化学性を考慮した最適なスライムを形成するバクテリア及び最適なスライムの形成条件を提供することができる。

また、従来のコンクリートの配合の際に、単純投入ではなくバクテリア自己栄養生存環境を形成するための最適な吸着方法を提供することができる。

また、バクテリア成長環境を考慮したｐＨ８〜１０水準の最適結合材の活用技術を提供することができる。

また、バクテリアの投入のための従来技術に比べて経済的であり、多量のバクテリアを容易に、かつ実質的に吸着させることを可能にする方法を提供することができる。

また、コンクリート下水管渠の化学的侵食に対するメカニズムと、スライムを形成するバクテリアの耐硫酸性メカニズムとを考慮した新たな概念を有し、コンクリートの耐化学性、および耐久性を向上するコーティング材に関する技術を提供することができる。

ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノススにおいて、細胞周辺にスライム（ｇｌｙｃｏｃａｌｙｘ）膜を形成していることを示す写真である。 硫酸によるコンクリートの性能低下メカニズムを示す模式図である。 スライムを形成したバクテリア基盤のコーティング材のメカニズムを示す模式図及び内部の微細構造のＳＥＭ分析写真である。 本発明の実施例において、バクテリアの吸着のための吸着パッド（ａ）、および吸着パッドが浸漬された培養液筒（ｂ）を例示的に示す模式図である。 本発明の実施例において、培養されたバクテリアの７日後の変化の様子を示す写真である。 本発明の実施例において、培養されたロードバクター・カプスラタスのスライム膜の形状及び構造の顕微鏡写真である。 本発明の実施例において、各培地のスライム膜を凍結乾燥して示す写真である。 本発明の実施例において、ロードバクター・カプスラタスのスライムの生成量を示すグラフである。 本発明の実施例において、ロードバクター・カプスラタスのスライムの構成比を示すグラフである。 本発明の実施例において、高吸収性樹脂の表面構造を示す写真である。 本発明の実施例において、高多孔性樹脂の表面構造を示す写真である。 本発明の実施例において、膨張蛭石の表面構造を示す写真である。 本発明の実施例において、パーライトの表面構造を示す写真である。 本発明の実施例において、ロードバクター・カプスラタスに対する吸着材別の表面組織の観察結果を示す写真である。 本発明の実施例において、ロードバクター・カプスラタスに対する吸着材別の表面組織の観察結果を示す写真である。 本発明の実施例において、黄土基盤の結合材のＸ線回折分析（ＸＲＤ）の結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、硫酸５％溶液に浸漬されたコンクリートの硫酸浸透深さを測定する方法を説明する模式図及び写真である。 本発明の実験例１において、コーティング材のバクテリア混入有無及び培地の種類によるＸ線回折分析のパターンを示すグラフである。 本発明の実験例１において、コーティング材のバクテリア混入有無及び培地の種類によるＸ線回折分析のパターンを示すグラフである。 本発明の実験例１において、コーティング材のバクテリア混入有無及び培地の種類による内部の微細構造を示す写真である。 本発明の実験例１において、コーティング材のバクテリア混入有無及び培地の種類による内部の微細構造を示す写真である。 本発明の実験例１において、第１組の硫酸浸漬による浸漬日数別の試験体の外観の状態を示す写真である。 本発明の実験例１において、第１組の硫酸浸漬による浸漬日数別の試験体の外観の状態を示す写真である。 本発明の実験例１において、第１組の硫酸浸透の深さを観察した結果を示す写真である。 本発明の実験例１において、第１組のコンクリートの表面から採取した試料の反応生成物の主要回折ピークを分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第１組のコンクリートの表面から採取した試料の反応生成物の主要回折ピークを分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第１組のコンクリートの表面から採取した試料の組織構造及び化学的構成元素を分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第１組のコンクリートの表面から採取した試料の組織構造及び化学的構成元素を分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第１組のコンクリートの表面から採取した試料の組織構造及び化学的構成元素を分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第１組の硫酸浸漬日数別の質量の変化を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第１組の硫酸浸漬日数別の圧縮強度の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第１組の硫酸浸漬日数２８日における試験体中央部の動弾性係数の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第１組の硫酸浸漬日数２８日における試験体表面部の動弾性係数の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第２組の硫酸浸漬による浸漬日数別の試験体の外観の状態を示す写真である。 本発明の実験例１において、第２組の硫酸浸漬による浸漬日数別の試験体の外観の状態を示す写真である。 本発明の実験例１において、第２組の硫酸の浸透深さを観察した結果を示す写真である。 本発明の実験例１において、第２組のコンクリートの表面から採取した試料の反応生成物の主要回折ピークを分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第２組のコンクリートの表面から採取した試料の反応生成物の主要回折ピークを分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第２組のコンクリートの表面から採取した試料の組織構造及び化学的構成元素を分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第２組のコンクリートの表面から採取した試料の組織構造及び化学的構成元素を分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第２組の硫酸浸漬日数別の質量の変化を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第２組の硫酸浸漬による浸漬日数別の圧縮強度の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第２組の硫酸浸漬日数２８日における試験体中央部の動弾性係数の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第２組の硫酸浸漬日数２８日における試験体表面部の動弾性係数の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第３組の硫酸浸漬による浸漬日数別の試験体の外観の状態を示す写真である。 本発明の実験例１において、第３組の硫酸浸漬による浸漬日数別の試験体の外観の状態を示す写真である。 本発明の実験例１において、第３組の硫酸の浸透深さを観察した結果を示す写真である。 本発明の実験例１において、第３組のコンクリートの表面から採取した試料の反応生成物の主要回折ピークを分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第３組のコンクリートの表面から採取した試料の反応生成物の主要回折ピークを分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第３組のコンクリートの表面から採取した試料の組織構造及び化学的構成元素を分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第３組のコンクリートの表面から採取した試料の組織構造及び化学的構成元素を分析した結果を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第３組の硫酸浸漬日数別の質量の変化を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第３組の硫酸浸漬による浸漬日数別の圧縮強度の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第３組の硫酸浸漬日数２８日における試験体中央部の動弾性係数の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、第３組の硫酸浸漬日数２８日における試験体表面部の動弾性係数の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、従来技術との比較にて、硫酸浸漬による試験体の浸漬日数別の外観の状態を示す写真である。 本発明の実験例１において、従来技術との比較にて、硫酸浸漬日数別の質量の変化を示すグラフである。 本発明の実験例１において、従来技術との比較にて、硫酸浸漬による浸漬日数別の圧縮強度の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、従来技術との比較にて、硫酸浸漬日数２８日における試験体中央部の動弾性係数の比を示すグラフである。 本発明の実験例１において、従来技術との比較にて、硫酸浸漬日数２８日における試験体表面部の動弾性係数の比を示すグラフである。 本発明の実験例２において、硫酸浸漬による試験体の浸漬日数別の外観の状態を示すグラフである。 本発明の実験例２において、浸漬材齢による試験体の圧縮強度の変化を示すグラフである。 本発明の実験例２において、浸漬材齢による試験体の質量の変化を示すグラフである。 本発明の実験例２において、硫酸５％水溶液の浸漬２８日以降におけるバクテリアの吸着性を評価するための微細構造の分析結果を示す写真である。 本発明の実験例３において、浸漬材齢による試験体の質量の変化を示すグラフである。 本発明の実験例３において、浸漬材齢による試験体の圧縮強度の変化を示すグラフである。 本発明の実験例４において、浸漬材齢７日後に採取されたコーティング材表面の試料を培地に再接種（継代培養）し、群落（コロニー）の形成を確認した結果を示す写真である。 本発明の実験例４において、マグネシア−リン酸塩複合体の造成による試験体の圧縮強度及びｐＨの測定結果を示すフグラフである。 本発明の実験例４において、リン酸塩の種類による圧縮強度及びｐＨの測定結果を示すグラフである。

以下、実施例を介して本発明を詳細に説明する。ただし、本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語および単語は、通常的または辞書的な意味に限定して理解されてはならない。これらの用語および単語は、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義するという原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味および概念で理解されるべきである。また、本明細書に記載された実施例の構成は、本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替可能な多様な均等物および変形例が存在し得ることを理解すべきである。

本発明は、コンクリート保護用素材の技術に関するものであり、より詳しくは、バクテリアスライム基盤のコンクリート保護コーティング材に関する。なお、本発明は、韓国国土交通部の建設技術研究事業の研究費支援によって行われた研究から導出されたものである。

本発明は、スライムを形成するバクテリアを吸着した吸着材及び結合材を含むコーティング材を開示する。また、前記コーティング材は、スライムを形成するバクテリアを培養してスライムを形成するステップと、前記スライムを形成したバクテリアを固定するために、吸着材を用いて前記スライムを形成したバクテリアを吸着するステップと、前記バクテリアが吸着された吸着材を結合材と混合するステップと、を含む製造方法によって製造される。

本発明で使用可能なバクテリアとしては、スライムを形成可能なバクテリアであれば特に限定されないが、例えば、ロードバクター・カプスラタス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｃａｐｓｕｌａｔｕｓ）、ロードバクター・ブラスティカス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｂｌａｓｔｉｃｕｓ）、ロードバクター・スフェロイデス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）、ロドシュードモナス・パルストリス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐａｌｕｓｔｒｉｓ）、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス（Ｒｕｂｒｉｖｉｖａｘ ｇｅｌａｔｉｎｏｓｕｓ）、紅色硫黄細菌（Ｐｕｒｐｌｅ ｓｕｌｆｕｒ ｂａｃｔｅｒｉａ）、緑色硫黄細菌（Ｇｒｅｅｎ ｓｕｌｆｕｒ ｂａｃｔｅｒｉａ）、ロドシュードモナス・パルストリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ）など（以上、国家指定研究所内の微生物拠点センターで保有）を使用することができる。ロードバクター・カプスラタスの場合、好気性及び嫌気性条件の両方で成長活動が可能である。例えば、チョン・チョンファ（２０１０）は、下水・廃水処理施設物の窒素およびリンを除去するためにロードバクター・カプスラタスを使用している。

図１では、ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、及びルブリヴィヴァックス・ゲラティノススが、細胞周辺にスライム（ｇｌｙｃｏｃｌａｙｘ）膜を形成していることを示している。

本発明によるコーティング材は、コンクリート構造体の表面の化学的侵食を防止するために使用されるが、以下では、一例として硫酸によるコンクリートの性能低下メカニズム、およびスライムバクテリア基板のコーティング材のメカニズムについて説明する。

図２は、硫酸によるコンクリートの性能低下メカニズムを示す模式図である。

図２を参照すると、硫酸環境に露出したコンクリートの腐食段階は大きく３段階に区分される。第１段階では、汚水・廃水に含まれた有機化合物のうち、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）が硫還元細菌（ＳＲＢ：Ｓｕｌｆａｔｅ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｂａｃｔｅｒｉａ）によって硫化水素（Ｈ_２Ｓ）へ変換され、これが硫酸化細菌によって酸化されて硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）になる（下記反応式１を参照）。第２段階では、生成された硫酸と、セメント成分である水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）とが反応して二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）を生成する（下記反応式２を参照）。第３段階では、生成された二水石膏と、アルミン酸三カルシウム（Ｃ３Ａ）とが反応してエトリンガイト（Ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ）を生成する（下記反応式３を参照）。このようにしてセメント水和物と反応して生成されたエトリンガイト、および二水石膏（Ｇｙｐｓｕｍ）は、コンクリートの膨張及び軟化作用を起こすため、組織構造の破壊及び亀裂を発生させる。

［反応式１］
Ｈ_２Ｓ＋２Ｏ_２→Ｈ_２ＳＯ_４
［反応式２］
Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２ＳＯ_４→ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ
［反応式３］
ＣａＳＯ_４＋３ＣａＯ_３Ａｌ_２Ｏ_３＋２６Ｈ_２Ｏ→ＣａＯ_３Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ

図３は、スライムを形成したバクテリア基盤のコーティング材のメカニズムを示す模式図及びコーティング材内部の微細構造のＳＥＭ分析写真である。

図３を参照すると、スライムを形成するバクテリア（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｃａｐｓｕｌａｔｕｓ）は、物質代謝を介して細胞の周辺にスライム（Ｇｌｙｃｏｃｌａｙｘ）を形成し、これによってイオン交換の表面の体積が拡張し、微生物の集落（Ｃｏｌｏｎｙ）及び群集形態を示す。このようなバクテリアの特性は、周辺環境からカルシウムを含む多様なイオン（水中に溶解された珪素、マグネシウムなどの元素）を誘引する。コーティング材の内部に形成されたシリカ成分（ＳｉＯ_２）、および少量の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）は、無機物および有機物が結合されて合成された鉱物であって、純粋化学的概念の析出ではなく微生物の物質代謝作用が伴う生化学的概念の析出反応である（Ｋｉｍ（２００９））。このように形成されたスライム膜によってコーティングの内部組織は緻密になり透水性が低くなるため、硫酸塩のような有害物質が外部から侵入することを防止する。更に、コーティング材の内部に硫酸塩が浸透した場合でも、コーティング材の内部に形成されたシリカ成分（ＳｉＯ_２）などの有機・無機系鉱物は、微細な粒子となり内部空隙を充填し、かつ材齢が増加することでポゾラン反応によって内部組織が緻密となるため、耐久性能を増進するのに効果的である。よって、バクテリアの種特異性および培地（酵素）は鉱物決定の特徴を決定し、コーティング材の耐久性及び緻密性の向上に、バクテリアの種特異性および培地（酵素）効果を与えると判断される。

一方、前記バクテリアのうち紅色黄細菌及び緑色黄細菌の場合、硫化水素を電子供与体（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｄｏｎｏｒ）として使用することで、嫌気または通性嫌気の条件で硫化水素を分解することができるため更に有利に採用される。ロードバクター・カプスラタスの場合、ロードバクター・カプスラタスは、下水・廃水処理施設物の窒素およびリンを除去するために使用されるバクテリアであるため、これによってスライムバクテリア基盤のコーティング材に自己浄化機能をも付与することができる。

本発明では、前記バクテリアの最適培養環境を造成するために、特殊な培地造成に関して研究した結果に基づいて、バクテリアの特性に応じて接種培養の際に効率が良好となる最適な培地造成および培養条件を提示する。

詳しくは、前記ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス、紅色硫黄細菌及び緑色硫黄細菌は、精製水１Ｌを基準に酵母抽出物（Ｙｅａｓｔ ｅｘｔｒａｃｔ）０．１〜５ｇ、ジソジウムサクシネートヘキサハイドレート（Ｄｉｓｏｄｉｕｍ ｓｕｃｃｉｎａｔｅ ｈｅｘａｈｙｄｒａｔｅ）１〜５０ｇ、無水エタノール（Ａｂｓｏｌｕｔｅ ｅｔｈａｎｏｌ）０．１〜５ｍＬ、クエン酸鉄溶液（Ｆｅｒｒｉｃ ｃｉｔｒａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）０．１〜５ｍＬ、リン酸二水素カリウム（ＫＨ_２ＰＯ_４）０．１〜５ｇ、硫酸マグネシウム七水和物（ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）０．１〜５ｇ、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）０．１〜５ｇ、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）０．１〜５ｇ、及び塩化カルシウム二水和物（ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ）０．０１〜０．５ｇを含む培地でｐＨ５〜９の条件で培養されることが好ましく、酵母抽出物０．５〜２ｇ、ジソジウムサクシネートヘキサハイドレート５〜２０ｇ、無水エタノール０．２〜１ｍＬ、クエン酸鉄溶液０．５〜２ｍＬ、リン酸二水素カリウム０．２〜１ｇ、硫酸マグネシウム七水和物０．２〜１ｇ、塩化ナトリウム０．２〜１ｇ、塩化アンモニウム０．２〜１ｇ、及び塩化カルシウム二水和物０．０２〜０．１ｇを含む培地でｐＨ６〜８の条件で培養されることがより好ましい。

また、前記バチルス・チューリンゲンシス及びバチルス・サブチリスは、精製水１Ｌを基準に動物組織のペプシン消化物（Ｐｅｐｔｉｃ ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ａｎｉｍａｌ ｔｉｓｓｕｅ）１〜１０ｇ、酵母抽出物０．５〜３ｇ、塩化ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）１〜１０ｇ及び牛肉抽出物（Ｂｅｅｆ ｅｘｔｒａｃｔ）０．５〜３ｇを含む培地でｐＨ４〜１０の条件で培養されることが好ましく、動物組織のペプシン消化物３〜７ｇ、酵母抽出物１〜２ｇ、塩化ナトリウム３〜７ｇ及び牛肉抽出物１〜２ｇを含む培地でｐＨ６〜８の条件で培養されることがより好ましい。

この際、前記培養に使用される炭素源は、マルトース（Ｍａｌｔｏｓｅ）、デキストロース（Ｄｅｘｔｒｏｓｅ）及びフルクトース（Ｆｕｃｔｏｓｅ）が使用され、マルトース、デキストロース及びフルクトースは、培地質量に対して０．１〜１％の割合で使用されるが、バクテリアの成長速度及びスライムの精製量を考慮すると、好ましくはマルトースが０．２〜０．５％の割合で使用される。

本発明において、スライムを形成可能なバクテリアを吸着するための材料としては多孔性の陽イオン交換能力が優秀な素材が使用されるが、好ましくは高多孔性樹脂、膨張蛭石、パーライト、珪藻土などが使用される。

バクテリアをコンクリート製造環境に使用する場合、バクテリアを単純に使用すると、コンクリートの硬化後、水分がないため、バクテリアは成長が鈍化するか死滅してしまう。硬化したコンクリートの内部でもバクテリアが成長可能な環境を造成するために、本発明では無数な気孔による多孔質構造（有効水分率４０体積％以上及び空隙率５０％以上）を有し、優れた水分吸収力および保湿力を有する材料を使用してバクテリアを吸着して使用する。

本発明で提示された前記バクテリア吸着材料は、材料の表面に存在する交換性陽イオン（Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋など）によって有機物を吸着する性質があり、バクテリア及びバクテリア成長に必要な有機性栄養分（培地成分）を吸収する。また、ｐＨが６〜９であり、バクテリアが成長するための最適な環境を製造するのに最も理想的な材料である。

前記吸着材を利用したバクテリアの吸着には浸漬工程が利用される。ここで、バクテリアの最適吸収効率のための浸漬条件について、前記吸着の際に使用される前記スライムを形成したバクテリアの前記吸着材に対する混入量は、バクテリア培養液の質量を基準にして、前記吸着材が前記高吸収性樹脂または高多孔性樹脂である場合、５０〜２００倍であることが好ましく、１００〜１５０倍であることがより好ましく、前記吸着材が前記膨張蛭石、パーライトまたは珪藻土である場合、５０〜２０倍であることが好ましく、１０〜１５倍であることがより好ましい。また、バクテリア培養液に吸着材を浸漬してから湿度４０〜８０％及び温度５〜４０℃の条件で１〜１０日間保管することが好ましく、浸漬後湿度５０〜７０％及び１０〜３０％の条件で２〜５日間保管することがより好ましい。

一方、前記吸着材は比重が１．０未満であるため培養液に浸漬すると浮遊する。よって、本発明ではバクテリアの効果的な吸着方法を考慮し、図４にバクテリアを吸着するための吸着パッド（ａ）と吸着パッドが浸漬された培養液筒（ｂ）を例示的に示した。

図４を参照すると、開閉型クリップ１１０を介して吸着材を投入及び排出する。複数の吸着パッド１２０を使用する際、連結用鋼棒１３０を利用して各吸着パッド１２０を連結し、吸着パッド１２０が一定間隔を維持しながら浮遊するように平衡錐１４０が最下端の吸着パッド１２０に連結される。なお、図４では、他の構成として、他のバクテリアによる汚染を防止するためのねじ式の開閉蓋１５０、ねじ式開口部１６０及び環状ピン１７０などを図示している。

膨張蛭石などの吸着材を入れるメッシュ状の吸着パッドは、アルミニウムなどの鋼材を利用して製作することが好ましい。メッシュのサイズは使用される吸着材の粒度サイズを考慮して決定され、好ましくは使用可能な吸着材及びバクテリアの種類を考慮して、メッシュサイズは１００μｍ〜５ｍｍであり、メッシュ状の吸着パッドの厚さは０．５〜５０ｍｍの範囲のものを使用してもよく、好ましくはメッシュのサイズは３００μｍ〜３ｍｍであり、メッシュ状の吸着パッドの厚さは１〜３０ｍｍの範囲のものを使用してもよく、より好ましくはメッシュのサイズは５００μｍ〜１ｍｍであり、メッシュ状の吸着パッドの厚さは２〜１０ｍｍ範囲のものを使用してもよい。

メッシュ状の吸着パッドの長さ及び幅は培養液筒の直径によって変化する。メッシュ状の吸着パッドには吸着材の投入および排出を自由にするように開閉型クリップが形成され、固定のために環状ピンが設置される。メッシュ状の吸着パッドはアルミニウムなどの鋼棒を利用して互いに連結される。また、メッシュ状の吸着パッドの最下部層には浮遊を防止するための平衡錐が設置される。浸漬深さを設計するための平衡錐の重さは下記数学式１から決定される。

数学式１において、ｄは吸着パッドの浸漬深さ、Ｗ_Ｌは積載荷重、Ｗ_Ｓは固定荷重、Ｌ及びＢは吸着パッドの長さ及び幅であり、γ_ｗは培養液の単位容積の質量である。目標浸漬深さｄを設定するための要素のうち、固定荷重Ｗ_Ｓは吸着パッドの体積及び比重に応じて設定されるため、平衡錐を用いて積載荷重Ｗ_Ｌを流動的に変化させることで目標浸漬深さを確保する。

このように、本発明における吸着材を利用したバクテリアの吸着は、メッシュ状の吸着パッド１２０に吸着材を投入して、吸着パッド１２０をバクテリアの培養液の中に浮遊させて行われるようにし、吸着パッド１２０に含まれた吸着材が培養液の水深の中間部で浮遊することで、バクテリア及び有機性栄養分（培地成分）を均一に吸着するようにする。

前記吸着材を利用してバクテリアを吸着した後、バクテリアが吸着された吸着材を結合材と混合することで最終コーティング材が製造される。

前記結合材としては、特にコンクリート下水管渠の化学的侵食に対するメカニズム、およびスライムを形成するバクテリアの耐硫酸性メカニズムを考慮すると、黄土基盤の結合材、α−半水石膏、高炉スラグ、フライアッシュ、普通ポートランドセメント及びマグネシア−リン酸塩結合材が使用されてもよく、好ましくは黄土基盤の結合材、α−半水石膏またはマグネシア−リン酸塩結合材が使用されてもよく、バクテリアの持続成長を更に考慮すると、最も好ましくはマグネシア−リン酸塩結合材が使用されてもよい。

前記マグネシア−リン酸塩結合材は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とリン酸塩（ＰＯ_４ ⁻）との反応によってマグネシア−リン酸塩複合体が形成されて硬化される特性を示す。マグネシア−リン酸塩結合材のｐＨ及び強度発現特性は、酸化マグネシウムとリン酸塩との配合割合に最も大きい影響を受ける。また、混和材多量置換セメント（セメント１０〜２０％）は長期的にｐＨの低減を期待することができ、所要圧縮強度（付着強度）の発現も可能である。よって、バクテリアの持続的成長のための適正ｐＨ（８〜１０）を維持し、コンクリート構造体との所要付着強度を確保する結合体としては、マグネシア−リン酸塩複合体をコーティング材の主要結合材として利用することが好ましい。

一方、コーティング材の効率性および接着強度は、それぞれバクテリアの混入及び成長率と結合材の強度及び量によって決定されるため、バクテリアを含む吸着材および結合材、ならびに細骨材（必要時）の混合割合は、コーティング材の性能を決定する非常に重要な要素である。特に、結合材の凝結時間は下水管渠のコーティング施工で最も重要な性能のうちの一つであるためこれを考慮すべきである。よって、所要性能（フロー、圧縮強度及び耐硫酸性など）に対するコーティング材の構成要素の配合設計が非常に重要である。

ここで、前記バクテリアが吸着された吸着材および前記結合材の混合における結合材の使用量は、前記結合材が黄土基盤の結合材である場合、バクテリアが吸着された吸着材の質量の０．５〜３倍であることが好ましく、１〜１．５倍であることがより好ましく、前記結合材がα−半水石膏、高炉スラグ、フライアッシュ、普通ポートランドセメントまたはマグネシア−リン酸塩結合材である場合、バクテリアが吸着された吸着材の質量の０．５〜３倍であることが好ましく、１．５〜２．５倍であることがより好ましい。

バクテリアが吸着された吸着材および結合材を計量して配合容器に入れ、十分に混合して最終製造されるコーティング材は、化学的侵食に露出されるコンクリート構造体の表面に塗布されて化学的侵食を防止するために使用される。このとき、コーティング材の長時間性能の具現と共に、経済的な側面において、コーティング材の塗布厚さは０．５〜１０ｍｍにすることが好ましく、２〜４ｍｍにすることがより好ましい。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。

（スライムバクテリア）
本実施例ではスライムを形成するバクテリアとして国家指定研究所内の微生物拠点センターで保有しているロードバクター・カプスラタス、ロドシュードモナス・パルストリス、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリスバクテリアを使用した。

ロードバクター・カプスラタス及びロドシュードモナス・パルストリスを培養するための基本培地を下記表１に示し、バチルス・チューリンゲンシス及びバチルス・サブチリスバクテリアを培養するための基本培地を下記表２に示した。

ロードバクター・カプスラタスの場合、前記培地を基本として、炭素源であるデキストロース（ｄｅｘｔｒｏｓｅ）、マルトース（ｍａｌｔｏｓｅ）、及びフルクトース（ｆｒｕｔｏｓｅ）をそれぞれ培地の質量に対して０．３％ずつ入れ、ｐＨを６．８に調節した。その後、０．１％（体積／体積）のロードバクター・カプスラタスをそれぞれの炭素源に接種し培養した。接種されたバクテリアは、嫌気条件下で照度２，０００ｌｕｘ、３０℃で７日間インキュベータを用いて培養された。図５は培養されたバクテリアの７日後の変化の様子を示しており、肉眼で培地色の変化を観察することで培養状態を確認した。

培養されたロードバクター・カプスラタスのスライム膜の形状及び構造を確認するために顕微鏡観察を行った。ロードバクター・カプスラタスのスライム膜と細胞とを区分するために、Ｍａｎｅｖａｌ’ｓ ｓｔａｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ方法を利用して染色した。図６に顕微鏡観察の結果を示すが、ロードバクター・カプスラタスの細胞（図６では表れないが、ピンク色に染色される部分）と、細胞を包んでいるスライム（ｇｌｙｃｏｃａｌｙｘ）膜（図６では表れないが、白色の部分）とが観察される。

培地によるバクテリアの成長速度及びスライムの生成量を評価するために、以下のように実験を行った。培養されたロードバクター・カプスラタスを１，０００ｐｐｍで３０分間遠心分離して得られた上澄液と、エタノールとを１：１（体積／体積）で混合し、４℃で１２時間沈殿させてスライム膜を分離した。

図７は、各培地によるスライム膜を凍結乾燥して示す写真であり、図８はロードバクター・カプスラタス及びスライムの生成量を示すグラフであり、図９はロードバクター・カプスラタスのスライムの構成比を示すグラフである。

実験結果、ロードバクター・カプスラタスは、図８に示したようにマルトースで０．８９ｇ／Ｌの最も速い成長速度を示した。また、マルトースで培養したロードバクター・カプスラタスのスライムは、約０．２５ｇ／Ｌで最も多い生成量を示した。特に、図９に示したように、マルトースで培養したロードバクター・カプスラタスが１つの細胞当たり最も多いスライムを生成していた。しかし、フルクトースで培養したロードバクター・カプスラタスは０．３ｇ／Ｌで最も遅い成長速度を示した一方、１つの細胞当たりに生成したスライムは約２１％で、デキストロースで培養したカプスラタスと類似した生成量を示した。

（スライムバクテリア基盤の吸着材）
スライムが形成されたバクテリアを固定し有機栄養分（培地）を吸着させるために、まず、吸着性能が優秀な吸着材別特性を評価した。本実施例で評価した吸着材は４つであり、Ｔ社の高吸収性樹脂（Ｈｙｄｒｏｇｅｌ）、Ｔ社の高多孔性樹脂（Ｈｙｄｒｏｇｅｌ）、Ｓ社の膨張蛭石、Ｓ社のパーライトを使用した。一般に、バクテリアは材料の表面組織、比表面積及び表面疎水性によって吸着に対する影響を受ける（ｐｅｄｅｒｓｎ（１９９０）、Ｋｉｄｄａ ｅｔ ａｌ．（１９９２））。そこで、本実施例ではバクテリアを吸着する前にそれぞれの吸着材の表面構造および比表面積を評価した。表面構造は走査電子顕微鏡を利用して観察した。また、比表面積はＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、Ｔｅｌｌｅｒ）を利用して評価した。

高吸収性樹脂は、カルボキシル基（ＣＯＯ⁻）などのような親水性高分子を架橋することで形成された３次元網状構造物である（ファン・ジュンソク（２００８））。高吸収性樹脂は、親水性のために自己質量の数百倍の水を吸収し膨張する性質を有する。一方で、これは架橋構造によって水に溶解しない性質を有する（パク・サンボム（１９９４））。高吸収性樹脂の表面構造は、図１０に示したように、表面空隙は存在しないものの、内部は数百μｍ以上の空隙が蜂の巣状に存在している。これによって、高吸収性樹脂は内部拡散による吸収、吸着及び膨張することができるようになる（ファン・ジュンソク（２００８））。高吸収性樹脂の比表面積は０．１１ｍ^２／ｇと測定された。

高多孔性樹脂は、高吸収性樹脂（Ｈｙｄｒｏｇｅｌ）の粉砕によって表面に多様なサイズの空隙が存在し、毛細管現象による速い吸収、吸着及び膨潤が可能になる。特に、高多孔性樹脂は、図１１に示したように、空隙が互いに連結された多孔性構造を示す。高多孔性樹脂の比表面積は３．５４ｍ^２／ｇと測定された。

次に、膨張蛭石は、図１２に示したように、層と層との間が、くし層に形成されている表面構造を示す。これは、蛭石を９００〜１，０００℃に加熱すると膨張しながら層の間にある水分が蒸気に変えられるために形成された構造である（ソン・ジェホン（２００９））。膨張蛭石の物理的特性および化学造成を下記表３に示した。

次に、パーライト（Ｐｅｒｌｉｔｅ）は、原石を８〜１２メッシュ以下に粉砕して１，０００℃以上に加熱することで、パーライトに含まれた揮発油成分が変化しながら、軟化した粒子の内部から膨張して内部気孔が形成される。パーライトの表面構造は、図１３に示したように、ガラス質の皮膜に包まれた形状を有する。パーライトの化学造成及び物理的特性をそれぞれ下記表４及び表５に示した。

それぞれの吸着材を培養することで、スライム基盤のバクテリアを固定した。

ロードバクター・カプスラタス、ロドシュードモナス・パルストリス、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリスに２４時間浸漬し吸着した。詳しくは、図４を参照して、培養液筒に製造されたバクテリアの各培養液を入れ、定量された吸着材を吸着パッド（メッシュのサイズ７００×７００μｍ、パッドの厚さ５ｍｍ、５段連結）に投入した。培養液筒に浸漬及び浮遊（平衡錐の重さは前記数学式１によって決定した）させた後、蓋を閉めて湿度６０％及び温度２０％の環境で７２時間保管した。次に、培養液筒から吸着パッドを取り出し、開閉型クリップを介してバクテリアが吸着された吸着材を回収した。

このとき、バクテリアが吸着された吸着材を製造する際の吸着パッドの平均浸漬深さｄは、積載荷重Ｗ_Ｌ１０ｋｇ（５ｋｇ平衡錐２つ）、固定荷重Ｗ_Ｓ１０ｋｇ（２ｋｇ吸着パッド５つ）、吸着パッドのサイズ（Ｌ×Ｂ＝０．３ｍ×０．３ｍ）、培養液の単位容積の質量γ_ｗ１，０００ｋｇ／ｍ^３から約０．２２ｍに決定した。

前記製造されたバクテリアが吸着された吸着材として、ロードバクター・カプスラタス、ロドシュードモナス・パルストリス、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリスを吸着した吸着材の吸着性能を評価するために、走査電子顕微鏡の分析結果を図３（膨張蛭石を使用）及び図４（高吸収性樹脂を使用、内部及び表面の構造形状を観察）を示した。図３では比較のために微生物を使用していない場合に対する結果も一緒に示した。図３及び図４に示したように、バクテリアの良好の吸着状態（円部分を参照）を示すことが分かる。

また、ロードバクター・カプスラタスに対してはバクテリアの吸着を評価するために吸着材別の表面組織を１，０００〜１０，０００倍率の走査電子顕微鏡を用いて観察しており、その結果を図１４ａ及び図１４ｂに示した。実験結果、全ての吸着材ではスライムを形成したロードバクター・カプスラタスが吸着されたことが分かり、高多孔性樹脂ではロードバクター・カプスラタスが群集形態に観察された。また、これは膨張蛭石でも類似した形状を示した。

（バクテリアが吸着された材料基盤のコーティング材）
上述したように、スライムを形成するバクテリアのうちロードバクター・カプスラタスに対するスライムの生成量及び成長評価を介して、最適の培地条件として選定されたマルトースおよびデキストロースを用いて７日間培養し、培養されたロードバクター・カプスラタスを固定化するために表面組織及び比表面積が優秀な高多孔性樹脂を用いて２４時間浸漬し吸着した。次に、ロードバクター・カプスラタスを吸着してスライムを形成した高多孔性樹脂と黄土基盤の結合材とを利用してコーティング材を製造した。

黄土基盤の結合材は、スライムバクテリア基盤のコーティング材を製造するために使用される結合材であり、Ｃ社の黄土基盤の結合材を使用した。使用された黄土基盤の結合材の化学的造成比（Ｘ線蛍光分析器：ＸＲＦ）及びＸ線回折分析結果をそれぞれ下記表６及び図１５に示した。使用された黄土基盤の結合材は８５０℃で焼成されており、化学的造成比およびＸ線回折を測定した結果、主要成分はＳｉＯ_２およびＣ３Ａ（Ａｌ_２Ｏ_３）で構成されている。また、２０℃以下、５５℃以上では非定型の結晶相である非定型ピークを示した。比重および粉末度は、それぞれ２．８および３，２００ｃｍ^２／ｇであった。

バクテリアが吸着された高多孔性樹脂、および黄土基盤結合材（黄土セメント）を計量して配合容器に入れ、３分間以上、十分に混合してからコーティング材を製造し、コンクリートに筆を用いて塗布する方法で以下の実験を行った。コーティング材が塗布されたコンクリートの厚さは１２時間乾燥してからノギスを利用して測定しており、誤差範囲は±０．５ｍｍであった。

実験例１（活用バクテリア：ロードバクター・カプスラタス）
スライムバクテリアコーティング材が塗布されたコンクリートの耐硫酸性を評価するために、コーティング材の配合実験を計３組に分類し、計１８配合の実験を行った。コンクリートのコーティング材の配合について、各組での配合詳細を下記表７に示した。

各組の変数は、結合材の置換率、吸着材のバクテリアの混入量、およびコーティング材の厚さである。第１組は、結合材の置換率を主要変数としており、吸着材に対するバクテリアの混入量の１００倍の質量との置換率は、１〜２の範囲に設定した。

第２組は、第１組の実験結果によって決定された結合材の置換率で固定しており、第２組の主要変数は、吸着材に対するバクテリアの混入量であり、範囲は質量比で５０〜２００倍である。第３組は、第１組及び第２組の実験結果に基づいて結合材の置換率および吸着材のバクテリア混入率を固定しており、第３組の主要変数は、コーティングの厚さであり、範囲は０．５〜３ｍｍである。全ての組において、コーティング材を塗布していないコンクリート、およびバクテリアを混入していないコーティング材をそれぞれ比較分析した。従来技術との比較分析結果は後述する。

本実験例において、コーティング材を塗布するためのコンクリートの配合詳細を下記表８に示した。水−セメントの比は下水施設用の現場打設コンクリートの設計強度を考慮して、０．４５にした。セメントは、韓国のＳ社の１種普通ポートランドセメントを使用した。細骨材および太骨材は、それぞれ最大直径が５ｍｍ以下の天然砂、および最大直径が２５ｍｍの破砕砂利を使用した。使用された天然砂および破砕砂利の密度は、それぞれ２．６２及び２．６であり、造粒率はそれぞれ２．５及び６．３であった。配合の際に使用した骨材の水分状態は、表面乾燥の飽和状態が維持されるようにした。

コンクリートの配合には、３００リットル容量の強制式ミクサーを使用した。配合方法を簡略に説明すると、まず３００リットルの配合容器に太骨材および細骨材を投入して１分間乾燥練りを実施し、更に１分３０秒間乾燥練りを実施した。最後に水を投入して約２分間配合した。全ての配合において、減水剤及び空気連行剤を添加していない。コンクリートの耐硫酸性を評価するために、Φ１００×２００の円形供試体モールドに打設した。打設された供試体を１日経過後脱型し、恒温恒湿状態で材齢２８日まで養成を実施した。養成温度は２０±２℃であり、湿度は６０±２℃であった。

前記製造されたコーティング材と、コーティング材がコーティングされたコンクリートとの性能に対する評価方法は以下のようである。

［コーティング材の評価方法］
（１）水和生成物
コーティング材の水和生成物を評価するために、コンクリートのバクテリア混入有無に応じて材齢２８日に試料を採取した。採取した試料に対してＸ線回折分析を測定するために１ｍｍ以下に粉砕した。Ｘ線回折分析は、Ｘ線が角度に応じて試料表面の結晶層によって散乱されることで回折相を得る分析装置である。これを利用して、各試料の水和反応生成物の主要回折ピークを分析した。

（２）内部の微細構造及び元素分析
採取された試料の内部の微細構造及び化学的構成元素を分析するために、走査電子顕微鏡及び元素分析器（ＥＤＳ）を利用した。試料に電子線を放出し、５，０００〜３０，０００の倍率で内部の微細構造を確認した。また、電子線を走査する際に放出されるＸ線エネルギーを利用して表面に含有された元素の種類および含量を走査した。

［コンクリート性能の評価方法］
コーティング材が塗布されたコンクリートの主要変数による硫酸抵抗性を評価するために、ＪＩＳ Ｋ ８９５１基準に準じて化学試料溶液に浸漬した。化学試料溶液として硫酸を５％の濃度で蒸留水に溶解して製造したものを使用しており、製造された硫酸溶液の濃度が薄くなることを考慮して、１４日に１回ずつ溶液を交換した。

（１）外観調査
硫酸５％溶液に浸漬されたコンクリートの浸漬日数別性能低下を評価するために、溶液に浸漬前、ならびに浸漬後１日、３日、７日及び２８日の試験体に対して、肉眼で外観の変化を評価した。

（２）硫酸の浸透深さ
硫酸５％溶液に浸漬されたコンクリートの硫酸浸透深さを測定するために、図１６に示したように、浸漬日数２８日で切断して断面の浸漬深さを観察した。

（３）硫酸に浸漬されたコンクリートの表面構造及び反応生成物
硫酸５％溶液に浸漬されたコンクリートの表面構造及び反応生成物を評価するために、図１６に示したように、浸漬日数２８日で表面（０〜１ｃｍ）の試料を採取した。採取された試料の反応生成物を評価するために、Ｘ線回折分析装置を使用した。また、内部の微細構造及び表面に含有された元素の種類および含有量を評価するために、電子顕微鏡及び元素分析器を使用した。

（４）質量
質量を測定するために、浸漬日数１日、３日、７日及び２８日において、硫酸５％溶液に浸漬されたモールドを取り出して使用した。溶液が除去されたモールドに対して布巾などで表面の水気を除去し、乾燥炉の中で１０５±５℃の温度で乾燥させ、１ｇ単位の秤を使用して質量Ｗ（ｇ）を測定した。また、コーティング材の質量を無視するために、下記数学式２のように、硫酸溶液に浸漬する前の質量対比にて浸漬日数別の質量比を示した。

数学式２において、Ｗは質量比（％）を、Ｗ_ｔは浸漬日数別の供試体の質量（ｋｇ）を、Ｗ_０は浸漬前の供試体の質量（ｋｇ）を示す。

（５）圧縮強度
圧縮強度を評価するために、ＫＳ（２０１３）によってΦ１００×２００モールドを使用して浸漬日数１日、３日、７日及び２８日の間、溶液に浸漬されたモールドを取り出して使用した。溶液が除去されたモールドに対して布巾などで表面の水気を除去し、乾燥炉の中で１０５±５℃の温度で乾燥させた後、５００ｋＮ容量の万能材料試験機を使用してコンクリートの圧縮強度を測定した。また、硫酸浸漬日数別の圧縮強度の低下を評価するために、硫酸５％溶液に浸漬前の圧縮強度を評価した。

（６）動弾性係数
動弾性係数を評価するために、ＫＳ（２０１３）によって１次共鳴振動数を介して動弾性係数を評価した。測定は、浸漬日数２８日の間、溶液に浸漬されたモールドを取り出して使用した。測定装置で５００〜１０，０００Ｈｚ容量の共鳴周波数測定機器（ＥＲＵＤＩＴＥ）を使用して測定した。測定部位は硫酸に侵食された試験体の中央部および表面部とし、劣化の程度を比較するために、中央部および表面部をそれぞれ３回ずつ測定して平均値で算出した。また、共鳴周波数試験による動弾性係数は数学式３及び数学式４によって算定した。

数学式３において、Ｅ_ｐは動弾性係数（ＭＰａ）を、Ｗは供試体の質量（ｋｇ）を、Ｆ_１は縦振動の１次共鳴振動数（Ｈｚ）を示し、数学式４において、Ｌは供試体の長さ（ｍｍ）を、Ａは供試体の断面積（ｍｍ^２）を示す。

［コーティング材の評価結果］
（１）水和生成物
コーティング材のバクテリア混入有無、及び培地種類によるＸ線回折分析パターンを図１７ａ及び図１７ｂに示した。本評価対象であるバクテリアが混入されたコーティング材は、マルトース及びデキストロースでそれぞれ７日間培養されたバクテリアを使用し、高多孔性樹脂に対するバクテリアの混入量は１００倍質量であり、２４時間の間に浸漬および吸着し、吸着材−結合材の比は１：１．５として製造されたものである。一方、バクテリアが混入されていないコーティング材は、高多孔性樹脂を蒸留水に浸漬して吸収させたものである。高多孔性樹脂に対する蒸留水の量及び吸着材−結合材の比は、バクテリアが混入されたコーティング材と同一にした。

Ｘ線回折分析の結果、バクテリアが混入されていないコーティング材は、１０℃付近で石膏の結晶相が確認された。形成された石膏は、コーティング材の軟化作用（Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｏｎ）を誘発し、これは水和反応生成物である珪酸三カルシウム（Ｃ３Ｓ）と反応してエトリンガイトを形成する。よって、バクテリアが混入されていないコーティング材では、石膏およびエトリンガイトによって体積が増加し、それによって膨張及び亀裂が発生する可能性が高い。一方、バクテリアを混入したコーティング材では、多量のシリカ成分である珪酸塩鉱物（ＳｉＯ_２、Ｑｕａｒｔｚ）が形成された。ＳｉＯ_２は０．１〜１μｍの粒度を有する微細な粒子であって、反応性が高くセメント粒子の空隙を充填する効果がある。これによって、後述するようにバクテリアを混入した試験体でより高い圧縮強度を示すが、これはコーティング材でＳｉＯ_２によって内部緻密度が向上されたためであると判断される（Ｓｈｉａｎｄ Ｄａｙ（２００１））。また、Ｇｈｏｓｈ（２００９）は、たんぱく質を細胞周辺に形成したシュワネラバクテリアを混入したモルタルからＳｉＯ_２が析出されており、これによって強度が増進されたと報告している。しかし、現在、ロードバクター・カプスラタスによって形成されたＳｉＯ_２に関してはまだ報告されていない。よって、バクテリアによって形成された外部物質であるスライム、たんぱく質、およびアミノ酸などによって新たな有機−無機鉱物（Ｏｒｇａｎｉｃ−ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）が形成されたと期待される。また、マルトース培地で培養したロードバクター・カプスラタスを混入したコーティング材では、炭酸カルシウム強度（ＣａＣＯ_３ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）ピークの数が、バクテリアを混入していないコーティング材に比べ増加したが、デキストロース培地は大した影響を示していない。よって、バクテリアの種特異性および培地（酵素）は鉱物結晶を決定しており、コーティング材の耐久性の向上に培地（酵素）効果を与えることが期待される。

（２）内部の微細構造
コーティングのバクテリアの混入有無及び培地の種類による内部の微細構造を図１８ａ及び図１８ｂに示した。バクテリアを混入していないコーティング材の場合、多数の内部の微細空隙、石膏及びエトリンガイトが存在した。一方、バクテリアを混入したコーティング材では、内部の微細空隙が殆ど示されておらず、これは形成されたＳｉＯ_２によって緻密度が向上したためである（Ｓｈｉ ａｎｄ Ｄａｙ（２００１））。また、コーティング材の内部でロードバクター・カプスラタスがコロニーを形成し、群集形態で現れている。

［コンクリート性能評価の結果（第１組）］
（１）外観の変化
第１組の主要変数は、バクテリア吸着材−結合材の比であり、硫酸浸漬による浸漬日数別の試験体の外観状態を図１９ａ及び図１９ｂに示した。無コーティング試験体（Ｃ）の外観変化では、浸漬日数が増加するほどペーストがなくなって鋼材が露出された。また、バクテリアを混入されていない試験体（Ｇ１−Ｂ１、Ｇ１−Ｂ１．５及びＧ１−Ｂ２．０）の浸漬日数別の外観変化では、吸着材−結合材の比が減少することでコーティング材の剥離がひどく現れており、吸着材−結合材の比が１．０の試験体では浸漬日数２８日で試験体Ｃと類似した外観状態を示した。スライムバクテリア基盤の試験体の浸漬別の外観変化では、吸着材−結合材の比が１．０の試験体の浸漬日数が増加するほど、角部分でコーティング材の剥離が現れたが、吸着材−結合材の比が１．５及び２．０の試験体では浸漬日数による硫酸侵食に対する影響は微々であった。

（２）硫酸の浸透深さ
図２０では、結合材の置換率による試験体の硫酸の浸透深さを観察するために浸漬日数２８日でΦ１００×２００ｍｍの供試体の断面を４等分し、断面を切断してイメージ分析を行った結果を示している。浸透深さは供試体の表面から白色の脱色現象が発生した地点までの距離とした。コーティング材を塗布していない試験体（Ｃ）の表面から約３．３９ｍｍが白色に脱色されていた。また、バクテリアを混入していない試験体（Ｇ１−Ｂ１．０、Ｇ１−Ｂ１．５及びＧ１−Ｂ２．０）の場合には結合材の置換率が減少することで白色の脱色現象がより大きく現れた。一方、バクテリアを混入した全ての試験体ではコーティング材の脱落現象とは関係なく、コンクリート表面からの白色の脱色現象が現れなかった。

（３）表面の微細構造及び反応生成物
Ｘ線回折分析を利用してコンクリート表面（０〜１ｃｍ）から採取した試料の反応生成物の主要回折ピークを分析した結果を図２１ａ及び図２１ｂに示し、走査電子顕微鏡及び元素分析器を使用して採取した試料の組織構造及び化学的構成元素の分析結果を図２２ａおよび図２２ｃに示した。全ての試験体では主要反応生成物である石膏（Ｇｙｐｓｕｍ；ＣａＳＯ_４・Ｈ_２Ｏ）、石英（Ｑｕａｒｔｚ；ＳｉＯ_２）及び二酸化硫黄（ＳｕｌｆｕｒＯｘｉｄｅ：ＳＯ_２）を示すピークが検出された。特に、コーティング材を塗布していない試験体（Ｃ）では、反応生成物である石膏及び二酸化硫黄の強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が強く形成されており、内部の微細構造でも多量の石膏及びエトリンガイトの形状が確認された。これによって、試験体Ｃは、他の試験体に比べて、低い圧縮強度を示していると判断される。また、バクテリアを混入していない試験体（Ｇ１−Ｂ１．０、Ｇ１−Ｂ１．５及びＧ１−Ｂ２．０）は、吸着材−結合材の比とは関係なく試験体Ｃと類似した傾向を示した。一方、バクテリアを混入した試験体は、吸着材−結合材の比が増加するほど試験体Ｃに比べ石英のピークの数および強度が強く検出された。内部の微細構造では、吸着材−結合材の比が増加するほど内部緻密度が向上しており、少量のエトリンガイトの形状が確認された。また、ＥＤＳ分析結果、バクテリアを混入した試験体では、Ｓｉ元素が高く示される傾向を示しており、培地成分のためＭｇ、Ｎａ、Ｃｌ及びＰなどが確認された。

（４）質量の変化
図２３では、第１組の硫酸浸漬日数別の質量の変化を示した。コーティング材を塗布していない試験体（Ｃ）は、浸漬日数７日から２８日の間に約６〜１１％の質量減少を示した。また、バクテリアを混入していいない試験体（Ｇ１−Ｂ１．０、Ｇ１−Ｂ１．５及びＧ１−Ｂ２．０）は、浸漬日数３日で吸着材−結合材の比が減少するほど減少する傾向を示しており、浸漬日数２８日では吸着材−結合材の比が１．５の試験体で約４％の最も大きい減少を示した。一方、マルトースで培養したバクテリアが混入された試験体では、浸漬日数３日で吸着材−結合材の比は、質量の変化に大した影響を示していなかった。しかし、浸漬日数２８日では吸着材−結合材の比が１．０の試験体で約８％の最も急激な減少を示した。デキストロースで培養されたバクテリアを混入した試験体では、浸漬日数別の質量の変化において、吸着材−結合材の比の影響は微々であった。

（５）圧縮強度
図２４では、第１組の硫酸浸漬による浸漬日数別の圧縮強度の比（ｆ_ｃｋ／ｆ_{ｃｋ（０）}）を示した。ここで、ｆ_ｃｋは浸漬日数による試験体の圧縮強度であり、ｆ_{ｃｋ（０）}は硫酸浸漬前の試験体の圧縮強度である。コーティング材を塗布していない試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数２８日で約１８％の急激な強度低下を示した。一方、バクテリアを混入していない試験体（Ｇ１−Ｂ１．０、Ｇ１−Ｂ１．５及びＧ１−Ｂ２．０）の圧縮強度の比は、吸着材−結合材の比及び浸漬日数とは関係なく類似した傾向を示された。一方、テキストロース培地で培養したバクテリアを混入した試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数が増加するほど吸着材−結合材の比とは関係なく増加するか類似した傾向を示した。一方、マルトース培地で培養したバクテリアを混入した試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数及び吸着材−結合材の比とは関係なくコーティング材を塗布していない試験体に比べて約２２〜３５％高く示されており、バクテリアを混入していない試験体に比べて約３〜１０％高く示された。これはバクテリアが形成したスライム（Ｇｌｙｇｏｃａｌｙｘ）及びシリカ成分（ＳｉＯ_２）によってコーティングの内部の緻密度が向上したためである。

（６）動弾性係数
硫酸浸漬日数２８日における試験体中央部の動弾性係数比（Ｅ_ｄ＿ｃ／Ｅ_{ｄ＿ｃ（０）}）及び表面部の動弾性係数比（Ｅ_ｄ＿ｓ／Ｅ_{ｄ＿ｓ（０）}）をそれぞれ図２５及び図２６に示した。ここで、Ｅ_ｄ＿ｃは浸漬日数２８日での中央部の動弾性係数、Ｅｄ_＿ｓは浸漬日数２８日での表面部の動弾性係数、Ｅ_{ｄ＿ｃ（０）}は硫酸に浸漬されていない試験体Ｃにおける中央部の動弾性係数、Ｅ_{ｄ＿ｓ（０）}は硫酸に浸漬されていない試験体Ｃにおける表面部の動弾性係数である。コーティング材を塗布していない試験体（Ｃ）の中央部の動弾性係数の比は約３３％であり、表面部の動弾性係数の比は約５０％であり、最も急激な減少を示した。バクテリアを混入していない試験体（Ｇ１−Ｂ１．０、Ｇ１−Ｂ１．５及びＧ１−Ｂ２．０）の中央部の動弾性係数の比は、吸着材−結合材の比が減少するほど低く示されており、表面部の動弾性係数の比は吸着材−結合材の比とは関係なく約２７〜３１％低く示された。一方、バクテリアを混入した試験体の中央部の動弾性係数の比は、培地の種類とは関係なく吸着材−結合材の比が増加するほど高く示されており、表面部の動弾性係数の比はＧ１−Ｍ１．０の試験体を除いてはすべて高く示された。

［コンクリート性能評価の結果（第２組）］
（１）外観の変化
第２組の主要変数はバクテリア混入量であり、硫酸浸漬によるコンクリートの外観状態を図２７ａ及び図２７ｂに示した。バクテリアを混入していない試験体（Ｇ２−Ｗ５０、Ｇ２−Ｗ１００及びＧ２−Ｗ２００）は、蒸留水の混入量とは関係なく浸漬日数２８日で表面からコーティング材の剥離が発生し、コンクリートが露出した。一方、スライムバクテリア基盤の試験体は、吸着材に対するバクテリアの混入量の５０質量倍を除いては浸漬日数７日まで大した影響を示しておらず、浸漬日数２８日では培地の種類、および吸着材に対するバクテリアの混入量とは関係なく、表面から少しのコーティング材の剥離が発生した。

（２）硫酸の浸漬深さ
図２８に、浸漬日数２８日で吸着材に対するバクテリアの混入量に応じて、試験体の硫酸の浸透深さを観察するために、断面を切断してイメージ分析した結果を示した。バクテリアを混入していない全ての試験体（Ｇ２−Ｗ５０、Ｇ２−Ｗ１００及びＧ２−Ｗ２００）では、コンクリートの表面が白色になる脱色現象が起こっており、吸着材に対する蒸留水の混入量が５０倍のＧ２−Ｗ５０試験体では約３．７１ｍｍと最も大きく起こっていた。一方、バクテリアが混入された試験体は吸着材に対するバクテリアの混入量の１００質量倍以下では、コーティング膜の脱落および減少が起こっていたが、コンクリートの表面で白色の脱色現象は起こっていなかった。これは、バクテリアが形成した内部スライムの及びシリカ成分（ＳｉＯ_２）によって内部緻密度が向上したためであると判断される。

（３）内部の微細構造及び反応生成物
図２９及び図３０では、それぞれ第２組の主要変数に応じた反応生成物の主要回折ピーク（ＸＲＤ）、ならびに表面構造（ＳＥＭ）および元素分析結果（ＥＤＳ）を示した。分析の結果、バクテリアを混入していない試験体では、吸着材に対する蒸留水の混入量とは関係なく石膏及び二酸化硫黄の強度が強く検出された。内部の微細構造でも針状のエトリンガイト形状が確認されており、元素分析の結果、多量のＳ（硫黄）元素が測定された。このような反応生成物は、コンクリートの膨張及び軟化作用を起こし、組織構造の破壊及び亀裂を起こす。一方、バクテリアを混入した試験体は、吸着材に対するバクテリアの混入量が増加するほどＳｉＯ_２のピークの数および強度が増加する傾向を示しており、内部構造にて多量のスライム（Ｓｌｉｍｅ）膜が形成され、内部緻密度が向上したことが分かった。また、ＥＤＳの分析結果、第１組と同じくバクテリアを吸着材の質量対比で２００倍混入したＧ２−Ｍ２００、Ｇ２−Ｄ２００の試験体では、ＳｉＯ_２のためＳｉ元素が高く現れる傾向を示しており、培地及びバクテリアのためＭｇ、Ｎａ、Ｃｌ及びＰなどが追加で確認された。

（４）質量の変化
図３１には、吸着材に対するバクテリアの混入量に応じた浸漬日数別の質量の変化を示した。バクテリアを混入していない試験体（Ｇ２−Ｗ５０、Ｇ２−Ｗ１００及びＧ２−Ｗ２００）の質量は、浸漬日数に応じて吸着材に対する蒸留水の混入量が増加するほど減少していた。一方、バクテリアを混入した試験体の浸漬日数３日での質量の変化では、培地の有無及びバクテリアの混入量に対する影響は微々であった。しかし、浸漬日数２８日では吸着材の質量対比でバクテリアが５０倍混入されたＧ２−Ｍ５０、Ｇ２−Ｄ５０の試験体は、バクテリアを混入した他の試験体に比べて最も多い質量減少を示した。

（５）圧縮強度
図３２には、第２組の硫酸浸漬による圧縮強度の比（ｆ_ｃｋ／ｆ_{ｃｋ（０）}）を示した。バクテリアを混入していない試験体（Ｇ２−Ｗ５０、Ｇ２−Ｗ１００及びＧ２−Ｗ２００）の圧縮強度の比は、浸漬日数７日では吸着材に対する蒸留水の混入率とは関係なく約９〜１１％の増加を示しており、浸漬日数２８日では約１２〜１５％の増加を示した。浸漬日数３日において、バクテリアを混入した試験体の圧縮強度の比は、バクテリアの混入量及び培地の有無に対して、大きな影響を受けていなかった。しかし、バクテリアを混入した試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数２８日でコーティング材を塗布していない試験体に比べ約３０％高く示された。また、吸着材に対するバクテリアの混入率が１００％の試験体の圧縮強度の比は、吸着材の質量に対する蒸留水の混入量が１００倍の試験体に比べ約４％高く示された。これは、バクテリアが形成したスライム（Ｇｌｙｃｏｃａｌｙｘ）及びシリカ成分（ＳｉＯ_２）によってコーティング材の内部緻密度が向上したためである。

（６）動弾性係数
図３３及び図３４には、それぞれ硫酸浸漬日数２８日で、第２組の主要変数による各試験体の中央部の動弾性係数の比（Ｅ_ｄ＿ｃ／Ｅ_{ｄ＿ｃ（０）}）、及び表面部の動弾性係数の比（Ｅ_ｄ＿ｓ／Ｅ_{ｄ＿ｓ（０）}）を示した。中央部の動弾性係数の比は、全ての配合で約０．９７〜１．０８の類似した範囲の水準であった。一方、表面部の動弾性係数の比は、バクテリアを混入していない試験体（Ｇ２−Ｗ５０、Ｇ２−Ｗ１００及びＧ２−Ｗ２００）で吸着材に対する蒸留水の混入量が増加するほど減少していた。これは水−結合材の増加のためコーティング材の強度が低下したためである。逆に、バクテリアを混入した試験体の中央部の動弾性係数の比は、培地の種類とは関係なく吸着材に対するバクテリアの混入量が増加するほど増加していた。また、バクテリアを混入した試験体の表面部の動弾性係数の比は、約１．００〜１．０５の範囲で、浸漬前と類似した水準を示していた。

［コンクリート性能評価の結果（第３組）］
（１）外観の変化
硫酸浸漬による試験体の浸漬日数別の外観の変化を図３５ａ及び図３５ｂに示した。以前の実験を通して、浸漬日数１日は硫酸浸漬に対してコンクリートの外観は大した変化を示さなかったため測定していない。浸漬日数７日において、バクテリアを混入していない試験体（Ｇ３−Ｃ０．５、Ｇ３−Ｃ１．０及びＧ３−Ｃ３．０）の外観は、コーティングの厚さが０．５ｍｍの試験体を除いて、コーティングの厚さに対して大した影響を示さなかった。また、バクテリアを混入した全ての試験体でも、コーティングの厚さ及び培地の種類に対する影響は微々であった。逆に、浸漬日数２８日において、バクテリアを混入していない試験体（Ｇ３−Ｃ０．５、Ｇ３−Ｃ１．０及びＧ３−Ｃ３．０）の外観は、バクテリアを混入した試験体に比べてコーティング材の脱落現象が大きく示された。特に、コーティングの厚さが０．５ｍｍのＧ３−Ｃ０．５の試験体は、コーティング材が剥離してコンクリートが露出した。一方、バクテリアを混入した試験体の外観は、コーティングの厚さが薄いほどコーティング材の剥離現象が大きく現れた。

（２）硫酸の浸透深さ
図３６に、浸漬日数２８日におけるコーティング厚さによる試験体の硫酸の浸透深さを観察するために断面を切断してイメージ分析した結果を示した。バクテリアを混入していない全ての試験体（Ｇ３−Ｃ０．５、Ｇ３−Ｃ１．０及びＧ３−Ｃ３．０）では、浸漬日数７〜２８日でコーティング膜の脱落のために表面が露出していた。このため、コーティングの厚さが１．０ｍｍ以下の試験体の硫酸の浸透深さは、約２．９９〜２．１５ｍｍでコーティングされていない試験体（Ｃ）と類似して測定された。一方、バクテリアを混入した試験体は、コーティング膜の脱落現象にもかかわらず、硫酸の浸透深さは測定されなかった。

（３）表面構造及び反応生成物
図３７及び図３８では、それぞれ第３組の主要変数による反応生成物の主要回折ピーク、ならびに表面構造および元素分析結果を示した。分析の結果、全ての試験体で主要な反応生成物である石膏（Ｇ）、石英（Ｑ）、二酸化硫黄（Ｓ）及び炭酸カルシウムを示すピークが検出されていた。特に、バクテリアの混入有無に関係なくコーティング厚さ１ｍｍ以下では反応生成物である石膏及び二酸化硫黄の強度が強く検出されており、内部の微細構造でも多量の石膏及びエトリンガイトが確認された。また、ＥＤＳ分析結果、石膏及びエトリンガイトを形成の際の消耗のため、カルシウムの回折ピークは比較的低く示された。一方、コーティングの厚さが３．０ｍｍのバクテリアを混入した試験体は、培地の種類とは関係なくＳｉＯ_２の強度が増加する傾向を示した。これによって、他の試験体に比べて高い圧縮強度及び耐硫酸性の向上を示すと判断される。また、ＥＤＳ分析結果、第１組及び第２組と同じくＳｉ元素が高く示される傾向を示しており、培地及びバクテリアによってＭｇ、Ｎａ、Ｃｌ及びＰなどが追加で確認された。

（４）質量の変化
図３９には、第３組の硫酸の浸漬日数別の質量の変化を示した。バクテリアを混入していない試験体（Ｇ３−Ｃ０．５、Ｇ３−Ｃ１．０及びＧ３−Ｃ３．０）は、浸漬日数３日でコーティング厚さとは関係なく大した変化を示さなかった。逆に、浸漬日数２８日ではコーティング材の厚さが０．５ｍｍの試験体で約８％の最も大きい質量減少を示した。一方、浸漬日数別のバクテリアを混入した試験体は、培地の種類及びコーティングの厚さとは関係なく、バクテリアを混入していない試験体に比べて、質量が約１〜２％高く示されるか、類似した傾向を示した。

（５）圧縮強度
図４０には、第３組の硫酸浸漬による浸漬日数別の圧縮強度の比（ｆ_ｃｋ／ｆ_{ｃｋ（０）}）を示した。バクテリアを混入していない試験体（Ｇ３−Ｃ０．５、Ｇ３−Ｃ１．０及びＧ３−Ｃ３．０）の圧縮強度の比は、コーティング厚さ０．５ｍｍを除いては浸漬日数が増加するほど約８〜１０％の増加を示した。マルトース培地で培養したバクテリアを混入した試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数３日でコーティングの厚さが増加するほど増加する傾向を示しており、デキストロース培地でも類似した傾向を示した。また、浸漬日数２８日での圧縮強度の比は、培地の種類に関係なくコーティング厚さが１．０ｍｍ以上の試験体で最も大きく示された。バクテリアを混入したＧ３−Ｍ３．０の試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数２８日でコーティング材を塗布していない試験体に比べて約３６％高く示されており、バクテリアを混入していないＧ３−０．３の試験体に比べて約４〜６％高く示された。これは、コーティング材にて形成されたスライム膜、及び内部緻密度の向上によって硫酸の浸透が抑制され、圧縮強度が向上されたためであると判断される。

（６）動弾性係数
図４１及び図４２は、それぞれ硫酸浸漬日数２８日におけるコーティングの厚さによる試験体中央部の動弾性係数の比（Ｅ_ｄ＿ｃ／Ｅ_{ｄ＿ｃ（０）}）、及び表面部の動弾性係数の比（Ｅ_ｄ＿ｓ／Ｅ_{ｄ＿ｓ（０）}）を示した。中央部の動弾性係数の比は、バクテリアの混入有無とは関係なく類似した傾向を示した。一方、コーティングの厚さが１．０ｍｍ以下の試験体での表面部の動弾性係数の比は、バクテリアの混入有無及び培地の種類とは関係なく類似した傾向を示した。しかし、コーティングの厚さが３ｍｍの試験体における表面部の動弾性係数の比において、マルトースで培養したバクテリアを混入した試験体は、バクテリアを混入していない試験体に比べて約２１％高い値を示した。また、デキストロースで培養されたバクテリアを混入したＧ３−Ｄ３．０の試験体に比べて、約８％高い値を示した。これは、バクテリアが生成したスライムの量、及び硫酸侵食による反応生成物による差であると判断される。

［従来技術との比較分析結果］
以下では、コンクリート内の硫酸挙動に対する従来のエポキシコーティング材と、本発明とを比較するために、計４配合を実験した結果を説明する。実験体名は、エポキシコーティング材を塗布したコンクリートは「Ｅｐｏｘｙ」、バクテリアを混入していないコーティング材を「Ｈｗａｎｇｔｏｈ」、マルトース培地で培養されたバクテリアを混入したコーティング材を塗布したコンクリートを「Ｍａｌｔｏｓｅ」、デキストロース培地で培養されたバクテリアを混入したコーティング材を塗布したコンクリートを「Ｄｅｘｔｒｏｓｅ」と称した。エポキシコーティング材はＳ社の製品を使用しており、エポキシ樹脂とアミン系硬化剤とを１：１で混合して塗布しており、主成分及び物理的特性は下記表９に示したとおりである。スライムバクテリア基盤のコーティング材は、上述した実験に基づいて下記表１０に示したように選定しており、バクテリアの混入可否によるコーティング材の性能を評価するために全ての条件を同一にして追加配合を行った。全ての実験体は筆で同様に塗布された。また、コーティングの厚さを同じくするために、エポキシコーティング材は１回塗布した後、１２時間乾燥してから２回塗布した。コーティングの厚さは１．０ｍｍ±０．０５ｍｍに固定した。コンクリートの耐硫酸性を評価するために、ＪＩＳ Ｋ ８９５１基準に従って、硫酸５％溶液に浸漬されたコンクリートの浸漬日数別の外観の変化、質量の変化、圧縮強度及び動弾性係数を評価した。

（１）外観の変化
硫酸浸漬による試験体の浸漬日数別の外観の状態を図４３に示した。コーティング材を塗布していない試験体（Ｃｏｎｔｒｏｌ）の外観は、浸漬日数が増加するほどペーストがなくなり、骨材が露出した。浸漬日数７日において、エポキシコーティング材が塗布されたコンクリートの外観は、亀裂及び膨張現象が発生していた。一方、バクテリアを混入したコーティング材が塗布されたコンクリートは、大した変化を示さなかった。浸漬日数２８日において、エポキシを塗布したコンクリートの外観は、コーティング材の脱落現象が起こっており、バクテリアを混入していないコーティング材を塗布したコンクリートも類似した傾向を示した。しかし、スライムバクテリア基盤のコーティング材を塗布したコンクリートの外観は、コーティング材の脱落現象が起こったものの、これは他の試験体に比べ小さく示された。

（２）質量の変化
図４４には、硫酸浸漬日数別の質量の変化を示した。コーティング材を塗布していない試験体（Ｃｏｎｔｒｏｌ）は、浸漬日数７日から２８日の間に約６〜１１％の質量減少を示した。また、エポキシコーティング材を塗布したコンクリート（Ｅｐｏｘｙ）は、浸漬日数２８日で約５％の急激な質量減少を示した。一方、コーティング材を塗布していない試験体（Ｃｏｎｔｒｏｌ）を除いた全ての試験体の浸漬日数別の質量は、浸漬日数２８日で約５〜６％が減少し、類似した傾向を示した。

（３）圧縮強度
図４５には、硫酸浸漬による浸漬日数別の圧縮強度の比（ｆ_ｃｋ／ｆ_{ｃｋ（０）}）を示した。コーティング材を塗布していない試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数２８日で約２２％の低下を示した。エポキシコーティング材を塗布した試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数が増加するほど減少していた。一方、バクテリアを混入した試験体の圧縮強度の比は、浸漬日数が増加するほど増加しており、浸漬日数２８日で圧縮強度の比は、バクテリアを混入していない試験体（Ｈａｗｎｇｔｏｈ）に比べて約５〜６％高く示されており、エポキシコーティング材を塗布した試験体に比べて約２６〜２７％高く示された。これは、浸漬日数によるコーティング材の反応生成物、バクテリアが形成したスライム膜及びシリカ成分によって、内部緻密度が向上したためである。

（４）動弾性係数
図４６及び図４７には、それぞれ硫酸浸漬日数２８日で試験体の中央分の動弾性係数の比（Ｅ_ｄ＿ｃ／Ｅ_{ｄ＿ｃ（０）}）、及び表面部の動弾性係数の比（Ｅ_ｄ＿ｓ／Ｅ_{ｄ＿ｓ（０）}）を示した。中央部の動弾性係数の比は、コーティング材を塗布していない試験体（Ｃｏｎｔｒｏｌ）を除いた全ての試験体で約０．９７〜１．０６の範囲であり、類似して示された。一方、表面部の動弾性係数の比は、エポキシコーティング材を塗布した試験体がバクテリアを混入していない試験体（Ｈｗａｎｇｔｏｈ）に比べて約６％高く示されたものの、バクテリアを混入した試験体に比べて約９％低く示された。

実験例２（活用バクテリア：ロドシュードモナス・パルストリス及びバチルス・チューリンゲンシス）
ロドシュードモナス・パルストリス及びバチルス・チューリンゲンシスに対して、バクテリアを混入したコーティング材を製造するために、結合材として比重が２．６７ｇ／ｃｍ^３のα−半水石膏（α−ｈｅｒｍｉｈｙｄｒａｔｅ ｇｙｐｓｕｍ）及び比重が２．９１ｇ／ｃｍ^３の高炉スラグ（ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ；ＧＧＢＳ）を１：１の質量比で混合した結合材を用い、吸着材を浸漬した培養液と２．２：１（吸着材−結合材の比が２．２）の質量比で混合（吸着材としては、前記膨張蛭石を、バクテリア培養液：膨張蛭石の質量比＝１０：１で使用）したことを除いては、前記実験例１と同じ方法で実験を行った。実験結果は以下のようである。

（１）外観の変化
硫酸浸漬による試験体の浸漬日数別の外観の状態を図４８に示した。全ての試験体は浸漬材齢１日及び３日ではっきりとした外観の変化を示さなかった。浸漬材齢７日以降、コンクリート試験体（ＯＰＣ）及びバチルス・チューリンゲンシスを混入したコーティング材を使用した試験体は、外観の侵食が現れており、特にコンクリート試験体（ＯＰＣ）の場合、材齢２８日では目立つ外観の侵食を示した。ロドシュードモナス・パルストリスを混入したコーティング材を使用した試験体は目立つ外観の変化を示さなかった。

（２）圧縮強度
浸漬材齢による試験体の圧縮強度の変化を図４９に示した。ロドシュードモナス・パルストリス及びバチルス・チューリンゲンシスを混入したコーティング材を使用した場合、浸漬材齢７日までで、それぞれ約４５％及び２５％の圧縮強度の増加を示しており、その後、浸漬材齢２８日までで４５％の圧縮強度の減少を示した。一方、コンクリート試験体（ＯＰＣ）の場合、浸漬材齢７日で約５％、浸漬材齢２８日で約１０％の圧縮強度の減少を示した。

（３）質量の変化
浸漬材料による試験体の質量の変化を図５０に示した。全ての試験体は浸漬材齢の増加につれて、質量の減少を示した。コンクリート試験体（ＯＰＣ）の場合、浸漬材齢２８日で約１２％の質量減少を示しており、ロドシュードモナス・パルストリス及びバチルス・チューリンゲンシスを混入したコーティング材を使用した場合、材齢２８日で約５％の質量の減少を示した。

（４）微細構造の分析（ＳＥＭ）
硫酸５％水溶液への浸漬２８日以降、バクテリアの吸着性を評価するために、微細構造の分析結果を図５１に示した。これによれば、ロドシュードモナス・パルストリス及びバチルス・チューリンゲンシスを混入したコーティング材の粒子表面のバクテリア群集の形成を確認することができた。

実験例３（活用バクテリア：ロードバクター・カプスラタス、ロドシュードモナス・パルストリス、バチルス・チューリンゲンシス及びバチルス・サブチリス）
ロードバクター・カプスラタス、ロドシュードモナス・パルストリス、バチルス・チューリンゲンシス及びバチルス・サブチリスに対して、バクテリアを混入したコーティング材を製造するために、結合材として比重が３．１５ｇ／ｃｍ^３の普通ポートランドセメント（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｐｏｒｔｌａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ；ＯＰＣ）及び比重が２．９１ｇ／ｃｍ^３の高炉スラグを１：１の質量比で混合した結合材を、吸着材が浸漬された培養液と２．２：１（吸着材−結合材の比が２．２）の質量比で混合（吸着材としては、前記膨張蛭石を、バクテリア培養液：膨張蛭石の質量比＝１０：１で使用）したことを除いては、前記実験例１と同じ方法で実験を行った。実験結果は以下のようである。

（１）質量の変化
浸漬材齢による試験体の質量変化を図５２に示した。硫酸溶液の浸漬材齢７日での質量変化は、配合水として水及びバクテリア培地のみを使用した場合、約４％の質量減少を示しており、バクテリア接種の培養液を配合水として使用する場合、約３〜８％の質量減少を示した。

（２）圧縮強度
浸漬材齢による試験体の圧縮強度の変化を図５３に示した。配合水として水及びバクテリア培地のみを使用した試験体は、浸漬材齢が増加するほど圧縮強度が減少したが、バクテリア接種の培養液を配合水として使用した試験体は、浸漬材齢が増加しても圧縮強度の減少は示されなかった。

実験例４（活用バクテリア：ロードバクター・カプスラタス、ロドシュードモナス・パルストリス、バチルス・チューリンゲンシス及びバチルス・サブチリス）
ロードバクター・カプスラタス、ロドシュードモナス・パルストリス、バチルス・チューリンゲンシス及びバチルス・サブチリスに対して、バクテリアを混入したコーティング材を製造するために、結合材として比重が２．６７ｇ／ｃｍ^３のα−半水石膏及び比重が２．９１ｇ／ｃｍ^３の高炉スラグを１：１の質量比で混合した結合材を、吸着材を浸漬した培養液と２．２：１（吸着材−結合材の比が２．２）の質量比で混合（吸着材としては、前記膨張蛭石を、バクテリア培養液：膨張蛭石の質量比＝１０：１で使用）したことを除いては、前記実験例１と同じ方法でコーティング材を製造した。また、製造したコーティング材を使用した試料を、硫酸腐食環境でのバクテリアの持続成長性を評価するために、ＪＳＴＭ Ｃ ７４０１に基づいて、硫酸５％溶液に浸漬した。浸漬材齢７日後、コーティング材表面の試料を採取し、これを培地に再接種（継代培養）して群落の形成を確認した。その結果を図５４に示した。

図５４を参照すると、ロドシュードモナス・パルストリス及びバチルス・チューリンゲンシスを混入したコーティング材の場合、バクテリア群落は確認されておらず、ロードバクター・カプスラタス及びバチルス・サブチリスを混入したコーティング材の場合、比較的多いバクテリアの群落形成を確認することができた。これによれば、硫酸腐食環境に露出されるスライムを形成するバクテリアの持続成長性の側面からは、ロードバクター・カプスラタス及びバチルス・サブチリスの方が有利であることが分かった。

実験例４（活用バクテリア：ロードバクター・カプスラタス、活用結合材：マグネシア−リン酸塩複合体）
前記結合材のうち、黄土基盤の結合材、α−半水石膏、高炉スラグ、フライアッシュ、普通ポートランドセメントを用いる場合、セメントの造成のための前記吸着材の使用にも関わらず、ｐＨの上昇のためにバクテリアの成長持続性を完全に実現することは難しい。

一方、マグネシア−リン酸塩複合体の場合、ｐＨ７〜９の中性水準のｐＨを示し、初期反応速度が非常に速いため、打設後５〜１５分以内に凝結が始まり、高い初期強度の発現率を備えることができる。また、マグネシア−リン酸塩複合体の接着強度は、一般セメントに比べ高い水準であり、セメントコンクリートを母材として使用する場合、高い接着強度のために接着界面ではなく母材から破壊される。また、補修界面の水分状態による付着強度の損失が少なく（一般に、補修界面は湿潤状態である）、養成温度に対する強度発現の影響が少ない。また、上水・下水道の補修工事は一般に冬季に行われ、内部温度は平均０〜５℃の水準であるが、一般のセメントコンクリートの場合、温度が低い環境での強度発現は著しく遅い。一方、マグネシア−リン酸塩複合体は強度発現が養成温度に大きく影響されないため、補修時期によって品質が低下する恐れがない。よって、本発明ではマグネシア−リン酸塩複合体が本発明による結合材として十分な役割をすると判断した。

本実験例では、ロードバクター・カプスラタスに対して、バクテリアが混入したコーティング材を製造するための結合材として、多様な造成（下記表１１を参照）のマグネシア−リン酸塩複合体を、吸着材を浸漬した培養液と２：１（吸着材−結合材の比が２）の質量比で混合（吸着材としては、前記膨張蛭石を、バクテリア培養液：膨張蛭石の質量比＝１０：１で使用）したことを除いては、前記実験例１と同じ方法でコーティング材を製造し、実験例１と同じ方法で実験を行った。試験体の圧縮強度及びｐＨを測定した結果を図５５に示した。

図５５を参照すると、高い圧縮強度及び１０未満のｐＨ維持性能を実現するためには、マグネシア−リン酸塩複合体のリン酸塩の含量は２０〜４０質量％であることが好ましく、３０〜４０質量％であることがより好ましいことが分かる。このとき、マグネシア−リン酸塩複合体の速い初期反応速度を考慮して、遅延剤（ホウ酸：Ｂｏｒａｘ）が前記マグネシア−リン酸塩複合体１００質量部に対して、１〜１０質量部の含量で添加されることが好ましく、３〜５質量部の水準で添加されることがより好ましいことが分かる。

一方、リン酸塩の種類による圧縮強度及びｐＨに対する影響を調べるために、下記表１２に示した４種の一リン酸塩及び４種の二リン酸塩を使用して実験例１と同じ方法で実験を行い、試験体の圧縮強度及びｐＨを測定した結果を図５６に示した。

図５６を参照すると、おおよそ、二リン酸塩よりは一リン酸塩を使用した場合、優れた圧縮強度及びｐＨを示しており、一リン酸塩のうちでもリン酸ナトリウムまたはリン酸アンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）を使用することが最も好ましいことが分かる。

これまで説明した本発明の好ましい実施例は、技術的課題を解決するために開示されたものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば本発明の範囲内で多様な修正、変更、不可などが可能であって、このような修正・変更などは、以下の特許請求の範囲に属すると考えるべきである。

１１０ 開閉型クリップ
１２０ 吸着パッド
１３０ 連結用鋼棒
１４０ 平衡錐
１５０ 開閉蓋
１６０ ねじ式開口部
１７０ 環状ピン
２１０ コンクリート球体

Claims (24)

1. スライムを形成するバクテリアを吸着した吸着材、及び結合材を含むコーティング材。
2. 前記スライムを形成するバクテリアは、ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス、紅色硫黄細菌、緑色硫黄細菌、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリスからなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１に記載のコーティング材。
3. 前記吸着材は、高吸収性樹脂、高多孔性樹脂、膨張蛭石、パーライト及び珪藻土からなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載のコーティング材。
4. 前記結合材は、黄土基盤の結合材、α−半水石膏、高炉スラグ、フライアッシュ、普通ポートランドセメント及びマグネシア−リン酸塩結合材からなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコーティング材。
5. 前記マグネシア−リン酸塩結合材は、前記結合材の総質量に対して、リン酸塩の含量が１０〜５０質量％であることを特徴とする、請求項４に記載のコーティング材。
6. 前記リン酸塩はリン酸カルシウム（ＫＨ_２ＰＯ_４）、二リン酸カルシウム（Ｃａ（Ｈ_２ＰＯ_４）_２）、リン酸ナトリウム（ＮａＨ_２ＰＯ_４）、リン酸アンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）、リン酸二カリウム（Ｋ_２ＨＰＯ_４）、リン酸カルシウム（ＣａＨＰＯ_４）、リン酸二ナトリウム（Ｎａ_２ＨＰＯ_４）、及びリン酸二アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４）からなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項５に記載のコーティング材。
7. 前記マグネシア−リン酸塩結合材は、前記マグネシア−リン酸塩１００質量部に対して、遅延剤１〜１０質量部を更に含むことを特徴とする、請求項５または６に記載のコーティング材。
8. 前記スライムを形成するバクテリアによって形成された二酸化珪素（ＳｉＯ_２）が空隙を遮蔽する内部構造を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコーティング材。
9. コンクリート構造体の表面の化学的侵食を防止するために使用されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーティング材。
10. 前記コンクリート構造体は、下水管渠であることを特徴とする、請求項９に記載のコーティング材。
11. 前記化学的侵食は、硫酸によるものであることを特徴とする、請求項９または１０に記載のコーティング材。
12. 前記コンクリート構造体の表面に０．５〜１０ｍｍの厚さで塗布されることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のコーティング材。
13. スライムを形成するバクテリアを培養してスライムを形成するステップと、
    前記スライムを形成したバクテリアを固定するために、吸着材を用いて前記スライムを形成したバクテリアを吸着するステップと、
    前記バクテリアが吸着された吸着材を結合材と混合するステップと、
    を含むコーティング材の製造方法。
14. 前記スライムを形成するバクテリアは、ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス、紅色硫黄細菌、緑色硫黄細菌、バチルス・チューリンゲンシス、及びバチルス・サブチリスからなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１３に記載のコーティング材の製造方法。
15. 前記ロードバクター・カプスラタス、ロードバクター・ブラスティカス、ロードバクター・スフェロイデス、ロドシュードモナス・パルストリス、ルブリヴィヴァックス・ゲラティノスス、紅色硫黄細菌及び緑色硫黄細菌は、精製水１Ｌを基準に酵母抽出物０．１〜５ｇ、ジソジウムサクシネートヘキサハイドレート１〜５０ｇ、無水エタノール０．１〜５ｍＬ、クエン酸鉄溶液０．１〜５ｍＬ、リン酸に二水素カリウム０．１〜５ｇ、硫酸マグネシウム七水和物０．１〜５ｇ、塩化ナトリウム０．１〜５ｇ、塩化アンモニウム０．１〜５ｇ、及び塩化カルシウム二水和物０．０１〜０．５ｇを含む培地でｐＨ５〜９の条件で培養されることを特徴とする、請求項１４に記載のコーティング材の製造方法。
16. 前記バチルス・チューリンゲンシス及びバチルス・サブチリスは、精製水１Ｌを基準に動物組織のペプシン消化物１〜１０ｇ、酵母抽出物０．５〜３ｇ、塩化ナトリウム１〜１０ｇ及び牛肉抽出物０．５〜３ｇを含む培地でｐＨ４〜１０の条件で培養されることを特徴とする、請求項１４に記載のコーティング材の製造方法。
17. 前記培養に使用された炭素源はマルトース、デキストロース及びフルクトースからなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のコーティング材の製造方法。
18. 前記吸着材は高吸収性樹脂、高多孔性樹脂、膨張蛭石、パーライト及び珪藻土からなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載のコーティング材の製造方法。
19. 前記吸着の際に使用される前記バクテリアの前記吸着材に対する混入量は、バクテリア培養液の総質量を基準にして、前記吸着材が前記高吸収性樹脂または高多孔性樹脂である場合、５０〜２００倍であり、前記吸着材が前記膨張蛭石、パーライトまたは珪藻土である場合、５〜２０倍であることを特徴とする、請求項１８に記載のコーティング材の製造方法。
20. 前記吸着は、メッシュの大きさが１００μｍ〜５ｍｍ、及び厚さが０．５〜５０ｍｍであるメッシュ状の吸着パッドに前記吸着材を投入した後、前記吸着パッドを前記バクテリアの培養液に浸漬するステップを含んで行われることを特徴とする、請求項１３〜１９のいずれか一項に記載のコーティング材の製造方法。
21. 前記吸着パッドの素材は、鋼材であることを特徴とする請求項２０に記載のコーティング材の製造方法。
22. 前記吸着材を利用した吸着は、前記メッシュ状の吸着パッドに前記吸着材を投入した後、前記吸着パッドを前記バクテリアの培養液の中に浮遊させて行われることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 前記吸着パッドは、前記吸着パッドの下端に連結された平行錘によって浮遊し、
    前記平行錘の重さは、下記数学式１によって決定されることを特徴とする、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載のコーティング材の製造方法。
    数学式１において、ｄは吸着パッドの浸漬深さ、Ｗ_Ｌは積載荷重、Ｗ_Ｓは固定荷重、Ｌ及びＢは吸着パッドの長さ及び幅、γ_ｗは培養液の単位容積の質量である。
24. 前記バクテリアを吸着した吸着材及び前記結合材の混合において、前記結合材の使用量は、前記バクテリアを吸着した吸着材の質量の０．５〜３倍であることを特徴とする、請求項１３〜２３のいずれか一項に記載のコーティング材の製造方法。