1.
研究目的
下水道整備の進展にともない下水道管路延長は約 ４２万 km，下水処理場は 約 2,100 箇所に達し，下 水道ストックのボリュームは年々増大している。こ のような状況下で，下水道施設の改築および更新の 判断，施設の有効的な活用方法，維持管理の合理化， また環境負荷の軽減といった総合的なストックマネ ジメントが必要とされている。 合成木材製覆蓋は，臭気対策や安全確保を目的と して水処理施設等の開口部に設置され，使用実績は 30 年を越えていることから，処理施設本体と同様に 適切に維持管理を行ったうえで，必要に応じ適切な 更新をしていかなければならない。 本研究は，下水処理場で長期間使用された合成木 材製覆蓋の点検や診断，および更新設計に係る技術 的事項をとりまとめ、技術資料を作成することを目 的とした。2.
研究体制
2.1 研究体制 積水化学工業㈱と(財)下水道新技術推進機構の 2 者で研究を行なった。3.
合成木材製覆蓋の概要
3.1 覆蓋の材質について 下水処理場施設等に設置されている覆蓋は，コン クリート製のものが多く使用されているが，コンク リート製品は開閉が容易ではないことや耐腐食性に ついて懸念があることから，最近はガラス繊維強化 プラスチック（ＦＲＰ）製やアルミニウム製，合成 木材製の簡易覆蓋が多く用いられてきている。 3.2 合成木材とは合成木材（Fiber reinforced Foamed Urethane） は，硬質ウレタン樹脂発泡体をガラス長繊維で強化 した軽量耐食構造材である。 硬質ウレタン樹脂発泡体の気泡は独立状態であり 水を通さないことから長時間の浸漬でも吸水しない。 また，ガラス長繊維は樹脂内で均質に分散されてい るため，どの断面でも品質が一定している。（図-１） ガラス長繊維 熱硬化性樹脂発泡体 (硬質ウレタン樹脂) 図-１ 合成木材の構造 3.3 合成木材製覆蓋の特長 合成木材製覆蓋（図-２参照）の特長を以下に示す。 ○ 合成木材の長所である軽量，耐久性，加工性を 活かした製品特性を有している。 ○ 反りや曲がりが生じにくいため，蓋間の段差等
下水処理場施設の合成木材製
覆蓋更新に関する共同研究
により気密性が損なわれにくい。 図-２ 合成木材製覆蓋 3.4 合成木材製覆蓋の構造 合成木材製覆蓋の構造は単板蓋と組立蓋があり， 開口寸法が 5,000mm 以上の場合は山形蓋や円弧形状 の蓋が用いられている。本研究では，単板蓋と組立 蓋に対して研究を行った。 単板蓋と組立蓋の基本構造を図-３，図-４に示す。 図-３ 単板蓋の基本構造 図-４ 組立蓋の基本構造
4.
研究内容
4.1 簡易覆蓋の現状把握 研究に当たって全国の自治体に対し，簡易覆蓋の 使用状況，点検や維持管理，更新計画についてアン ケート調査を実施した。 簡易覆蓋の使用経過年数について図-５に示す。そ の結果，45%の施設で簡易覆蓋の標準耐用年数である 18 年を超えて使用していることが判明した。 5年以内 7% 10年 以内 18% 18年 以内 30% 30年 以内 38% 31年 以上 7% 図-５ 簡易覆蓋の使用経過年数 4.2 合成木材素材の性能試験 素材の劣化特性や更新の判断基準となるデータの 収集・分析を目的に，試験室における希硫酸溶液 （１％，３％，５％濃度）浸漬試験および，処理場 施設内※１への暴露試験を実施した。（※１：全 12 施 設に設置。うち年間平均硫化水素濃度が 50ppm 以上 である腐食環境Ⅰ類の施設は５施設。） 4.2.1 試験室における希硫酸溶液浸漬試験 経時的な物性低下を確認するために，希硫酸溶 液への浸漬試験を実施した。測定頻度は「0－100 －300－1,000－3,000－5,000－7,500－10,000 時 間」とした。図-６に曲げヤング係数の計測結果 を示す。 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 1 10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 曲げ ヤ ン グ 係数 E（ x 1 0 3N/ m m 2) 浸漬時間（hr） 試験前平均 ＋標準偏差σ －標準偏差σ 1% 3% 5% （1%）劣化予測 （3%）劣化予測 （5%）劣化予測 ※（％）は希硫酸濃度をしめす 強度保持率 64％ 強度保持率 97％ 強度保持率 83％ 試験素材の設計基準値 浸漬期間 約1年1ヵ月 １８年：157,680hr 図-６ 浸漬試験結果による曲げヤング係数の 低下予測 ○ 希硫酸濃度が高いほど，早期に曲げヤング 係数の低下が認められた。 ○ 標準耐用年数である 18 年後の推定曲げヤン グ係数は，希硫酸溶液濃度１％では強度保 持率 97％，３％では同 83％，５％では同 64 ％となった。○ 10,000 時間経過後，試験片の形状寸法は変 化せず，重量は１％未満の増加が認められ た。 4.2.2 処理場施設内への暴露試験 処理場施設内における経時的な物性低下を確 認するために，暴露試験を実施した。測定は「0 － 100 － 300 － 1,000 － 3,000 － 5,000 － 7,500 － 10,000 時間」経過時とした。図-７，図-８に曲げ ヤング係数の計測結果を示す。 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 曲 げヤン グ 係 数 Ｅ （ × 1 0 3N/ m m 2） （Ａ）反応槽 （Ａ）初沈 （Ａ）濃縮 （Ｂ）Ⅰ初沈 （Ｂ）Ⅱ初沈 （Ｂ）濃縮 （Ｃ）Ⅳ初沈 （Ｃ）反応槽 （Ｃ）濃縮槽 （Ｄ）濃縮槽 （Ｅ）初沈 （Ｅ）高速濾 過 （Ｂ）Ⅰ初沈 （Ｅ）高速ろ過 初期の物性値 Ave=7.2×103 σ=0.31×103 （σ/Ave≒0.04） －σ Ave ＋σ Ⅰ類 Ⅱ類 Ⅰ類 Ⅰ類 Ⅰ類 暴露時間（hr） Ⅰ類 浸漬期間 約1年1ヵ月 １８年：157,680hr 試験素材の設計基準値 図-７ 暴露試験結果による曲げヤング係数 の変化 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 曲げ ヤ ン グ 係数 E （x 10 3 N/ m m 2) （Ａ）濃縮 （Ｂ）Ⅰ初沈 （Ｂ）濃縮 （Ｄ）濃縮槽 （Ｅ）高速濾過 暴露時間（hr） （Ｂ）濃縮 137ppm/pH5 （Ｅ）高速ろ過 204ppm/pH１ （A）濃縮 263ppm/pH6 （B）Ⅰ初沈 73ppm/pH１ （D）濃縮槽 113ppm/pH6 図-８ Ⅰ類施設に設置した部材の曲げヤング 係数の変化 ○ 腐食環境がⅠ類施設のうち２施設で，約 10～16％の曲げヤング係数の低下が確認 されたが，残りの 10 施設では確認されな かった。 ○ 覆蓋裏面の結露水 pH１の施設で曲げヤン グ係数の低下が見られた。結露水 pH１の 状態は，希硫酸溶液の濃度１～３％程度に 相当する。 ○ 覆蓋裏面の結露水の pH が５～６の施設で は曲げヤング係数の低下が見られなかっ た。 これらの実験結果より，覆蓋裏面の結露水の pH が覆蓋劣化要因のひとつであることが確認された。 なお，気相中の硫化水素濃度が高い箇所であっても 曲げヤング係数の低下が見られない施設もあり，一 概に気相中の硫化水素濃度だけで曲げヤング係数の 低下を判断することは難しい。 このようなことから，覆蓋裏面の結露水の pH が低 下するような腐食環境下では合成木材の劣化が進む ため，点検頻度を増やす必要がある。 4.2.3 合成木材の接着性能試験結果 合成木材のリユース品と新品部材は接着にて接 合するため，接着性能試験を実施した。 （表-１） 表-１ 圧縮せん断接着強度試験結果 接着 せん断強度 N/mm2 新品 新品 被着材 (FFU素材) (FFU素材) 破壊 希硫酸溶液 新品 被着材 浸漬後の 1% (FFU素材) 破壊 試験片 希硫酸溶液 新品 被着材 浸漬後の 3% (FFU素材) 破壊 試験片 希硫酸溶液 新品 被着材 浸漬後の 5% (FFU素材) 破壊 試験片 希硫酸溶液 新品 被着材 浸漬後の 5% (FFU素材) 破壊 試験片 (B)Ⅰ初沈 新品 被着材 浸漬後の にて暴露 (FFU素材) 破壊 試験片 0.5mm 研磨 破壊 形態 薬品 浸漬 番号 補強体 破壊箇所 ﾌﾞﾗﾝｸ ① 6.6 試験 環境 試験体 種類 ② 無 6.4 ③ 無 6.1 ﾌｨｰﾙﾄﾞ ⑥ 無 6.5 ④ 無 5.5 ⑤ 有 6.5 ○ 破壊試験の結果，破壊形態は接着接合部で の剥離ではなく，被着材部分の破壊であっ た。 ○ 希硫酸溶液の濃度が高くなるにつれ，圧縮 せん断接着強度は低下した。 ○ 被着材の破壊強度は，全て判定基準値であ る 3.5 kN/mm2以上を満足していた。 結果は，リユース部材の表面を 0.5 mm 研削したも のと新品素材を接着した場合，新品同士とほぼ同等 の圧縮せん断接着強度を発現することが認められた。 4.3 合成木材製覆蓋の更新設計手法 合成木材製覆蓋の更新設計手法の整理を行った。 ここでは覆蓋の点検内容を明示し，診断・更新設計 を実施するための手順を示す。 図-９に点検及び診断の手順を示す。
点検結果 ② 診断 付属部品の 交換・修理 覆蓋表面のみ更新 塗装のみ劣化 砂押さえ 以下劣化 判定ＮＧ 点検の継続 異常なし 異常あり 簡易診断 点検頻度の見直し 判定ＮＧ 判定ＯＫ 判定ＮＧ 判定ＯＫ 詳細診断 ① 簡易覆蓋の点検 本体診断 表面被覆 診断 表面処理の 状況判断 たわみ試験 曲げ試験 判定ＮＧ 付属 部品診断 判定ＮＧ 点検頻度の見直し 判定ＯＫ 判定ＯＫ ③ 更新設計 図-９ 点検及び診断の手順 4.3.1 点検 点検頻度に応じ日常点検，定期点検，異常時点 検に区分し，それぞれ点検内容を定めた（表-２参 照）。 点検を的確に実施することで，異常や損傷等を 早期に発見できる。 腐食環境下では点検頻度を早めて実施する。 表-２ 点検内容と頻度 部位 点検内容 点検 【 】内は腐食環境下 日常点検 １回/３ヵ月 【１回/月】 定期点検 １回/２年 【１回/年】 異常時点検 必要時 覆 蓋 本体 目視による割れ・傷 ○ ○ ○ 目視による面板の反り ○ 歩行時のたわみ注１ ○ がたつき ○ ○ 本体表面 目視による表面塗装剥れ ○ 点検口 開閉作動状態 ○ 蝶番･取手･ラッチ錠の破損 ○ 付 属 部 品 取手 目視による損傷 ○ ねじのゆるみ ○ 飛散 防止 目視による変形・損傷 ○ ○ (ロック状態)注２ （○）注２ シール部 ゴムパッキンの損傷 ○ ○ 受枠 目視による錆・腐食 ○ 躯体 目視による腐食・ひび割れ ○ ○ ○ 4.3.2 診断 診断は，点検結果から表-２に示すような異常が 認められた場合に行う。まず簡易診断を実施して， 本体，表面状態，付属部品の劣化状況を把握する。 覆蓋本体で異常が認められた場合は，詳細診断を おこなう。詳細診断は覆蓋本体のたわみ試験と曲 げ試験を実施し，更新の要否を判定する。 4.3.2.1 簡易診断 簡易診断は，合成木材製覆蓋が設置されている 場所で，簡易的に合成木材製覆蓋の本体，本体の 表面被覆，付属部品に分けて診断・判定する。以 下に，簡易診断項目およびその方法と判定基準を 示す。 表-３ 覆蓋本体の簡易診断 項目 部位 診断内容 安全性 面板 ①割れの有無 ②傷・剥がれ等の損傷の有無 全体 ③歩行時のガタツキの有無 ④歩行時のたわみが大きい個所の有無 梁 ⑤梁の外れの有無（たわみ大の蓋を確認） ⑥割れの有無 防臭性 全体 ⑦蓋の並びに段差の有無 表-４ 覆蓋表面被覆の簡易診断 項目 診断内容 対象箇所 機能性 塗装の退色および塗膜はがれの有無 塗装のみ 安全性 表面の滑り特性のチェック 砂・塗装 表-５ 付属部品の簡易診断 項目 部位 診断内容 機能性 点検口 開閉の作動性 隙間，ガタツキの有無 蝶番，取手，ラッチ錠の外観（破損等） 取 手 握り部分の作動状況 ねじの緩み シール部 シール部のパッキン効果（防臭機能）のチェック 受枠部のパッキン効果（防臭機能）のチェック 飛散防止 (ロック機構) 飛散防止板の変形・損傷の有無 ロックが掛かった状態での外れの有無 ロック取付部の緩み，ガタツキの有無 ロックハンドルの機能性（曲がり，破損等） 安全性 受枠 溶接部の外観（外れ，曲がり等） 受枠の外観（錆，腐食，破損等） 躯 体 ロック固定用金物の外観（外れ等） 4.3.2.2 詳細診断 詳細診断の手順は，まずたわみ試験を実施する。 たわみ試験の判定方法は，測定たわみ量がℓ /200 （ℓ はスパン長）以下を判定 OK とする。次に,た わみ試験で判定が OK であった場合，曲げ試験を実 施するが，曲げ試験の判定は，曲げ強度もしくは 曲げヤング係数のどちらか一方が，表-６に示す判 定基準値未満になった場合を NG とする。
表-６ 設計基準値と判定基準値 区 分 材 質 曲げ強度（単位：N/mm2） 曲げヤング係数（単位：N/mm2） 設計基準値 判定基準値 設計基準値 判定基準値 単板蓋 FFU59M 40 40 4,000 4,000 FFU65M 60 60 6,000 6,000 組立蓋 FFU50 50 50 5,000 5,000 FFU74 100 100 9,000 9,000 覆蓋本体に強度的な問題が無くても，表面状態， 付属部品で異常が認められた場合は再塗装や交換 などの適切な処置を講じる。 4.3.3 更新方法の選択 更新方法の選択は，詳細診断の結果，更新が必 要（判定が NG）となった場合，新設による更新か リユースによる更新かを選択する。図-10 に覆蓋 の更新方法の選択手順を示す。 更新方法の選定は，蓋の形式（単板蓋か組立蓋） やリユース履歴により手順が異なる。 ここでリユースとは，補強材を接着接合し強度 を回復することで，覆蓋を再利用可能な状態にす ることであり，その構造は，主梁の補強を基本（図 -11 参照）とする。 単板蓋 組立蓋（リユース履歴有り） 更新方法の選択 組立蓋（リユース履歴無し） 素材の残存 強度の確認 リユース の効果 新設による更新設計 残存強度が設計 基準値の60%以上 残存強度が設計 基準値の60%未満 効果あり 効果なし ③ 更新設計 ④ リユースによる更新設計 図-10 更新方法の選定手順 図-11 リユースの構造例 (1) 単板蓋，組立蓋（ﾘﾕｰｽ履歴あり）の場合 単板蓋は，リユースに際し既存覆蓋とほぼ同 じ体積の補強材で補強する必要があり，コスト メリットが得られないため，新設による更新を 選択する。 また，組立蓋を再度リユースすることは，重 量が増加することや実績が無いことから，現時 点では実施しないこととした。 (2) 組立蓋（リユース履歴無し）の場合 組立蓋をはじめて更新する際はリユースによ る更新を選択する。 覆蓋の残存強度が設計基準値の 60%以上であ る場合は，リユースの効果の有無について，コ スト縮減と環境負荷の改善の面から判断する。 なお，リユースがコスト面で優位となる要因は 以下の事項があり，試算結果を表-７に示す。 ① 蓋の受枠に関して，撤去費，材料費，設置費， それに伴う鋼材スクラップの計上が不要。 ② 更新蓋の材料費や部材の機能向上，蓋表面の 性能復元の作業が生じるが，新規蓋の製作よ り安価。 ③ 処分費がリユース更新に伴う再生加工くず のみ。 表-７ 交換とリユースのコスト比較 項 目 新規蓋と交換 リユース ケース１ ケース２ ケース３ コスト 1.00 0.36 0.49 0.62 注）新規蓋と交換を 1.00 とて換算した。 ケース１：強度や性能は維持しており，蓋表面性能のみ復元した場合。 ケース２：蓋表面性能の復元＋防臭機能の向上を施した場合。 ケース３：蓋表面性能の復元＋防臭機能の向上＋設計荷重の向上 (1.0 KN/m2 ⇒ 3.5 KN/m2）を施した場合。 覆蓋を産業廃棄物として処分する際や新設する 際の資源の採取や製造する際の CO2発生量が抑え られ，リユースが環境面で優位となる。表-８に交 換とリユースの環境負荷試算の結果を示す。 表-８ 交換とリユースの環境負荷試算 項 目 新規蓋と交換 リユース ケース１ ケース２ ケース３ 産業廃棄物の発生量 (m3) 371 10 CO2の発生量 (ｔ-CO2) 773 13 注）ケース１：強度や性能は維持しており，蓋表面性能のみ復元した場合。 ケース２：蓋表面性能の復元＋防臭機能の向上を施した場合。 ケース３：蓋表面性能の復元＋防臭機能の向上＋設計荷重の向上 (1.0 KN/m2 ⇒ 3.5 KN/m2）を施した場合。 4.3.4 リユースによる更新設計手順 更新方法の選定結果から，リユースの効果があ ると確認できれば，リユースによる更新設計を行 う。リユースによる更新設計の手順は，既存覆蓋
と補強材の接着強度を確認し，基準値以下の場合 は，基準値を満たす表面の研磨深さを検討する。 その上で，強度計算を行い，補強方法や補強量を 決定し，最後に表面処理方法を決定する。 合成木材製覆蓋をリユースにより更新する場合 の手順を図-12 に示す。 リユース品の 接着性能の確認 表面研磨深さの検討 リユースの設計諸元の設定 リユース覆蓋の強度計算 判定ＮＧ リユース品の表面処理の選択 再度研磨 リユースの効果 【効果あり】 判定ＯＫ 図-12 リユースによる更新設計フロー
