化学研究室
●平成10年度に実施した調査・試験・研究の成果概要
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＜材料施工部＞ |
化学研究室
●平成10年度に実施した調査・試験・研究の成果概要
粘土は、残土等として発生した場合、処理しにくいことが多い。現状では、その有効活用には限りがあるため、更に有効な活用方法の開発が望まれる。粘土は、表面積が大きく化学的な活性も高いので、この様な特性を活かした活用方法が望ましい。その化学的活性の例として、イオン交換などにより海水の淡水化、水の浄化、廃棄物処理場の有害物質拡散防止材料などがあげられる。現在の海水の淡水化技術は多くのエネルギーを投入するため、より効率のよい手法が望まれている。また、廃棄物処理場から重金属などの有害物質が万一漏出した場合に、周辺環境の汚染を防止する方法は、今後さらに必要になると考えられる。そこで、本課題においては、不明の点が多い粘土の化学的特性に関する基本的な研究を行うとともに、その化学的特性を活かした有効な活用用途を開発するものである。
10年度は、粘土や粘土分の多い土壌を有効に活用するために、粘土のイオン交換特性とその分析方法および粘土の有効利用について、文献および資料により調査を行った。
我が国では、情報化社会の進展及び生活の快適性を求めた国民の生活様式の変化等により、エネルギー消費量が増大している。特にエネルギー消費量の多い大都市圏では、ヒートアイランド現象が顕在化し、さらにその現象は今後拡大することが予想されると同時に、ヒートアイランド現象の緩和策が期待されている。
本研究では、路面に与えられた熱を吸熱することでヒートアイランド現象を緩和し、同時に吸収した熱を利用する路面発電システム（Road Electric Generation System、以下本文ではREGSという）を開発することを目標としている。
10年度は、REGSの性能について基本的な確認実験を行い、REGSにより得られる発電量について数値計算値と比較した。
繊維強化プラスチック(ＦＲＰ)は、軽量、高強度、高耐食性などの優れた特徴をもつ注目すべき構造用新素材である。従来の土木構造材料に比べて非常に軽量であるため、一般構造部材に使用すれば、施工省力化、死荷重低減による構造物の小型化などの様々な効果が可能である。材料の耐腐食性が高いので、鋼構造や鉄筋コンクリートに比べて維持管理の軽減も期待できる。しかし、土木構造材としてのＦＲＰの適用例はほとんどないのが現状であり、解明すべき技術的課題も多い。
本研究では、適切な適用用途、設計方法、部材接合方法等の利用技術とともに、ＦＲＰ利用における経済性の検討などに関して総合的に技術開発を行っている。
現在、建設分野において鋼材を用いる構造を考える場合、通常の荷重や中規模の地震に対しては、残留変形が生じない範囲で耐える弾性設計を行っている。一方、大地震時においては変形によりエネルギーを吸収することで崩壊を免れる塑性設計を行っている。しかしながら、阪神・淡路大震災では、変形によるエネルギー吸収が少ないまま鋼材が破断する現象が見られた。この現象の原因解明，対策の検討等、鋼材を用いる構造物の安全性の確保が極めて重要となっており、材質，設計，施工に係わる総合的な解析・研究開発が望まれている。
10年度は、靱性を向上させるために成分調整された次世代鋼材の溶接部について、破壊靱性試験及びシャルピー試験を行い、次世代鋼材の溶接部の脆性的破壊挙動について検討を行った。さらにこれまでの知見から次世代鋼材の利用可能性を評価した。
ＩＳＯ（国際基準化機構）等では、材料に関する試験法や機械等製品規格を中心に国際規格を整備してきた。近年、品質保証体制（ＩＳＯ9000シリーズ）や、構造物の設計基準、性能基準についても整備が進められつつある。我が国の建設分野においては、材料・部材等の要求品質と品質管理の手法を規定する仕様規定が一般的であった。しかし、国際整合化の観点から、性能を重視する性能規定の考え方へ移行していく必要が生じている。そこで、性能規格化に対応した新たな品質管理のしくみが必要となる。
10年度は材料の性能規定化の一例としてアスファルト舗装の要求性能や性能規定について検討した。また、アスファルト舗装を構成する材料の要求性能について検討した。
国際化並びにコスト縮減のための建設事業の性能規定化が求められている。性能規定化に伴う鋼構造物の塗膜の防食性能や景観性能を保証するための効率的で精度の高い検査技術の確立が求められている。
鋼構造物の塗膜検査は、塗料が十分に乾燥した後、電磁式塗膜厚計で200～500㎡程度を１ロットとして１ロット当たり測定数25点以上について、各点の測定を５回行いその平均値をその点の塗膜厚としている。塗膜厚の管理基準としては、ロットの平均値は目標膜厚の90％以上で、かつ最小値が目標値の70％以上であることとされている。しかしながら、塗膜厚は、素地の鋼材の表面粗さや塗装工の技量などによってばらつくものであり、膜厚検査は合格値が得られる箇所を探しながら測定してすべて合格させているのが現状である。
10年度は、効率的かつ精度の高い塗膜検査方法として、色調の変化によって一定以上の塗膜厚が得られる塗料を塗装した試験桁について、非破壊検査および破壊検査による塗膜厚測定との関係を調べた。その結果、塗膜検査方法として適用可能であることが明らかとなった。
公共事業実施時の建設活動による地球環境や生活環境への影響等の外部不経済（外部コスト）を考慮し評価した上で、建設事業による社会全体のコスト（建設事業コスト）の低減を図る必要がある。このため、外部コストの一つである建設事業から発生する環境負荷を低減する技術を開発することを目的とする。
10年度は、環境負荷低減型材料として、光化学スモッグなどの大気汚染物質の原因物質の一つである揮発性有機溶剤(VOC)の発生源である溶剤型塗料を用いる構造物塗装について、その現状把握と問題点の整理を行い、開発目標を設定した。
循環形社会を形成や最終処分場の延命のために、資源の有効利用を図ることは社会的急務となっている。そうした状況において、建設副産物についてはアスファルトコンクリート発生材や建設発生土等のリサイクルを推進してきた。一方、建設産業以外から発生した副産物を、公共事業において再利用して欲しいという要望も多い。
本研究では、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥などの廃棄物を主原料として製造したセメント（エコセメント）と可燃ごみ焼却を1,200℃以上で溶融固形した溶融スラグをコンクリート材料としての利用の可否をコンクリートの力学的材料特性および材料の対環境安全性について検討したものである。
住宅や社会資本の高度に持続させるには、資源の節約や廃棄による地球への負担の軽減が必要である。このためには、材料の革新による耐久性の優れた材料の採用が有望である。メンテナンス労力が軽減される、品質の良い状態が長く保てる等、多くの有利な点が期待される。本調査ではこの様な適用が期待される「超高耐久材料」を探し、それらを土木分野に適用するための技術開発項目を検討する。これらの「超高耐久材料」は通常初期コストが高くなるが、維持管理費用が削減できるため、ライフサイクルを考慮した総額では安価になると期待される。
10年度には、９年度に検討した耐久性に優れた材料のなかから、主要なものについて、ライフサイクルを考えた際のコストの検討を行った。
土木資材としての適用を想定した先端複合材料の耐久性に関する研究は少ない。先端複合材料を積極的に用いるためには、土木の主要環境のひとつである、コンクリート環境における耐久性評価が必要である。そこで本研究では、土木用途における複合材料の劣化現象や耐久性評価を目的として、室内促進劣化試験による確認、環境条件の厳しい地域における暴露試験を行うものである。
10年度には、ガラス繊維強化複合材料(GFRP)と炭素繊維強化複合材料(CFRP)の暴露試験を、環境が異なる３カ所で行い、１年から１年６ヶ月の暴露試験後の試料の調査を行った。GFRPは塗装のない場合には曲げ強度が初期値の90%に低下したものがあったが、塗装のあるものでは物性変化は認められなかった。CFRPは物性変化は無塗装のものにも見られなかったが、チョーキングが著しいため、塗装が必要であることが分かった。
下水道施設コンクリートは、下水から発生する硫化水素に起因した劣化が問題となってお下水道施設コンクリートは、下水から発生する硫化水素に起因した劣化が問題となっておりこれに対して各種の防食工法が行われているが、防食技術は必ずしも確立されておらず、より耐久性の優れた防食材料の利用技術の開発が望まれている。
本研究では、耐久性に優れた防食材料として、プラスチック板等を貼付けたシート型防食材や繊維補強等をした厚膜型防食材について防食性試験調査を行っている。
10年度は、９年度に引き続き防食材を施したコンクリート供試体を各薬品に浸漬試験を行い、耐久性の評価を行った。薬品浸漬試験の結果によれば、シート型防食材では硫酸10％のビニルエステル、オルソ型ポリエステルと飽和水酸化カルシウムのビニルエステルで質量変化率が非常に小さくなった。厚膜型防食材ではすべての薬液において、ノボラック型ビニルエステル樹脂ガラスマット入りで質量変化率が最も小さくなった。また、最終年度であるため、これまでの結果をまとめて下水道施設コンクリート用防食材料の適用技術マニュアル（案）を作成した。
舗装の維持修繕工事は交通渋滞を伴うことから、社会の経済的損失等が問題となっている。維持修繕工事の削減のためには舗装の長寿命化が必要である。舗装の長寿命化をはかる方策として、材料の評価方法を見直しその適正な利用をはかるとともに新材料等の適用を進めてゆくことも必要である。
本研究では、新しい材料及び評価手法等の要素技術の検討を通して舗装の長寿命化をはかることを目的としている。
10年度は、アスファルトの耐劣化性を向上するための添加材の評価を行うとともに、本課題の最終年度にあたり、これまでの研究成果のとりまとめを行った。
近年、高規格幹線道路、地域高規格道路及び地域道路が整備され、地域経済活動の基盤をなすと共に民生の安定に寄与している。しかし、積雪寒冷地域では、冬季のすべり摩擦抵抗の低下、堆雪による幅員の減少等の道路機能障害により、旅行速度の低下、渋滞及び事故の発生等、自動車交通の利便性は低下している。ここでは、今後の効果的な路面凍結対策を図るため、効果的な凍結防止方法の開発について検討を行うものである。
10年度は、新たな凍結防止方法の一つとして熱電半導体を用いた路面凍結対策を提案し、その基本的な効果を数値計算により把握した。
海洋環境に建設される鋼構造物及びコンクリート構造物は、潮風や海水飛沫による損傷が懸念される。近年、海峡横断道路橋や湾岸道路橋の建設は増加している。そのストックを考慮すると耐久性に優れた鋼系非金属系を含めた新材料などを用い、可能な限り長寿命化し維持管理費用の節減を図ることが有効であるといえる。本研究は、大規模橋梁鋼構造物及びコンクリート構造物を対象に耐食性新材料を適用することにより、長寿命化を指向した防食材料の利用技術の開発を図ることを目的とする。
10年度は、新設コンクリート構造物に適応する電気防食工法の開発を目的として、ＰＣ桁を用いた電気防食試験の継続とＲＣ小型供試体を用いた電気防食試験を行った。その結果ＰＣ桁は通電開始170日、ＲＣ小型供試体は通電開始140日までの電気防食の結果では、どちらの供試体とも鉄筋に異常はなく、電気防食効果が認められた。
近年、高架橋に対してコスト削減のために構造物全体の死荷重を低減させることが求められている。また、25トン対応等による床版上面増厚で障害となる建築限界の問題等を解決する一つの方策としても、舗装の薄層化が求められている。このため、橋梁の走行面舗装の適正な機能を担保しながら、より薄い舗装を開発し検証することが必要となっている。
10年度は橋面舗装を大幅に薄層化することを目的として、評価項目及び方法の検討を行うとともに、有望な材料の選定と試験体の作製を行った。
環境問題の一つとして、光化学スモッグの原因物質の一つである揮発性有機溶剤（VOC）の大気中への放出量を削減することが求められている。また、鋼橋塗装に含まれている鉛などの有害金属による土壌汚染および塗装作業者の健康被害を防ぐため、Ａ塗装系（鉛系錆止め～フタル酸樹脂塗料）とＢ塗装系（鉛系さび止め～塩化ゴム系樹脂塗料）の塗替え塗装時にケレンダストを飛散させないケレン方法の確立が求められている。
このため、現在鋼橋塗装で最も広く適用されているＡおよびＢ塗装系をVOCを削減した環境にやさしい塗装系で塗替え塗装を行うための素地調整程度，塗装方法などの塗装技術に関する技術を確立する必要がある。また、ＡおよびＢ塗装系を塗替える時に発生する有害金属である鉛を含んだケレンダストの飛散を防ぐための技術を確立する必要がある。
10年度は、環境にやさしい塗装系での塗替え塗装に関する暴露試験片の調査およびケレンダストを飛散させない素地調整方法について実大試験桁で素地調整の試験を行った。その結果、環境にやさしい塗装系での塗替え塗装試験では、１年経過時点でいずれも良好であった。素地調整試験の結果、モイスチャーブラスト，バキュームブラストおよび塗膜はく離剤がケレンダストがほとんど発生しなく良好で
あった。
近年、耐流動対策としての改質アルファルトを使用した舗装が増えており、舗装発生材として再生利用されることが予想される。その際、他のストレートアスファルト舗装発生材とともに再生した場合の影響および多様な改質材の再利用の適否等について検討する必要がある。
10年度は、改質アスファルトの再生利用について、アンケート調査を行い現状の利用状況を明らかにした。その結果、改質アスファルトと排水性舗装の再生は実績は少ないが、使用実績や発生材は増えていた。また、改質再生アスファルトへの再生方法が明確になっていないとの意見が数多くあった。
河川管理施設の鋼構造物は、腐食し易く補修が困難である。本研究では、近年開発されつつある複合材料・耐食性金属材料（チタン、アルミニウム等）・高耐久性塗料などの各種の耐食性に優れた新素材を河川管理施設へ導入することにより、河川管理施設の維持管理の省力化を目指している。このためには、新素材の材料物性・長期的特性・施工性・安全性などの調査が必要である。
10年度は複合材料の河川管理施設への適用可能性を調べるために、複合材料の水中浸せき試験を実施した。その結果、比較的高温では曲げ強度が急速に低下するが、低温の場合には強度低下の速度が小さくなることが分かり、実際の水温などの河川環境に応じた安全率が設定できることが分かった。
多孔質弾性舗装は非常に優れた騒音低減効果を有し、道路交通騒音問題を根本的に解決する可能性を持つ舗装材料である。ゴムチップを用いてプレス成形した舗装版を、十分な支持力を有する基盤に接着する工法がとられる。このため、舗装版の接着システムの確立が不可欠であり、これまでに接着材の選定や接着不良原因の要因別検証により、施工技術の開発が進められてきている。
10年度は、せん断強度試験方法の比較評価、ならびに施工条件の影響評価により、多孔質弾性舗装施工技術の確立と品質基準作成のための検討を行った。
ダム施設の鋼構造物には、普通鋼材，亜鉛めっき鋼材，ステンレス鋼材などが使用されているが、異種金属接触腐食などによって鋼材が腐食することがある。このため、ダム施設の鋼構造物のメンテナンスを軽減するため、耐食性材料や電気防食を適切に使用する防食方法の確立が望まれている。本調査は、ダム施設における鋼構造物の防食法を確立することを目的とする。
10年度は、淡水環境における耐食材料の異種金属接触腐食などを防ぐ方法としての電気防食法の適用性について、七ヶ宿ダム湖水を循環させた試験水槽で検討した。その結果、SUS304/SM400BではSM材が、SUS304/A5083P-OではAl材が異種金属接触腐食が生じており、電気防食を行うことで、異種金属接触腐食が理論的に防げることが明らかとなった。
河川管理施設の鋼構造物は、腐食し易く補修が困難である。本研究では、近年開発されつつある高耐久性塗料・複合材料・耐食性金属材料（チタン、アルミニウム等）などの、各種の耐食性に優れた新素材の河川管理施設への導入による河川管理施設の維持管理の省力化を目指している。このためには、新素材の河川環境における材料物性・長期的特性等の調査が必要であるので、江戸川河口において暴露試験を実施し、実用化のための基礎資料を得るものである。
10年度には、繊維強化複合材料の暴露試験を開始するとともに、河川鋼構造物用塗料の暴露試験の追跡調査を実施し、資料の整理を行った。暴露試験の追跡調査の結果、室内促進劣化試験とほぼ一致する結果が得られていることが確認された。