株式会社RSテックは、確かな実績と経験を生かし腐食や劣化のメンテナンスに最適な防触設計と材料を提案します。

2022/12/12

コンクリートの劣化には様々な原因がありますが、中でも硫化水素による硫酸腐蝕は、劣化速度が速く、構造物の耐久性を大きく損なう原因となります。内容液のpHが中性であっても、硫化水素が原因で硫酸が発生し、pHが低下することでコンクリート腐蝕が進行するのです。

ここで重要なのは、硫化水素の存在とその影響について理解することです。硫化水素は、特に下水道や工場排水などの環境で発生しやすく、それによって生成される硫酸によってコンクリートが腐食します。

硫化水素が原因で発生するコンクリートの腐蝕問題に対処するためには、防蝕ライニングの導入が有効です。特に樹脂ベースのライニングは、硫化水素による影響からコンクリートを守るために広く用いられています。

弊社では、既に劣化が進んだ構造物に対しても、最適な防蝕ライニング工法を提案することが可能です。私たちが使用する特殊エポキシライニング工法は、高い環境遮断性能を持ち、幅広い薬品に対する耐性を備えています。これにより、鉄筋コンクリート構造物の耐用年数を延ばし、長期にわたる保護を実現することができます。

是非参考にしてください。

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硫化水素とは

硫化水素（H₂S）は、無色の気体で、腐った卵のような特徴的な臭いがあります。主に、有機物が微生物によって分解される過程で発生し、特に下水処理施設や廃水設備、沼地、などで見られます。

硫化水素は有毒で、高濃度では人間の健康に重大な影響を及ぼす可能性があります。短期的な曝露でも、眼や呼吸器系の刺激、頭痛、めまい、嘔吐などの症状を引き起こすことがあります。また、非常に高い濃度の硫化水素ガスに曝露されると、即座に意識を失い、生命の危険にさらされることもあります。

さらに、硫化水素は建築材料に対しても悪影響を与えることが知られています。硫化水素が酸化すると硫酸が生成され、これがコンクリートや金属の腐食を引き起こす原因となることがあります。このため、硫化水素が発生しやすい環境では、建材の選択やメンテナンスに特別な注意が必要です。

硫化水素と硫酸還元菌の関係と発生原因

硫化水素の発生と硫酸還元菌（SRB：Sulfate-Reducing Bacteria）との関係は、生物学的及び化学的な現象の1例です。

硫酸還元菌（SRB）とは？

1. 定義: 硫酸還元菌は、嫌気性（酸素の少ない環境で活動する）微生物の一群で、その代謝過程で硫酸を還元し、硫化水素を生成します。
2. 存在場所: これらの菌は、天然の環境（例えば沼地、湖底の堆積物）や人工的な環境（下水道システム、油田、紙パルプ工場など）に広く存在します。

硫化水素の発生メカニズム

1. 生物学的プロセス: SRBは硫酸イオンを電子受容体として利用し、有機物や水素などを電子供与体として使用します。このプロセスで硫酸は還元され、硫化水素が生成されます。
2. 化学的条件: この反応は嫌気的条件（酸素が不足している環境）で進行し、硫酸塩が豊富に存在する場所で特に活発になります。

硫化水素の発生原因

1. 自然環境: 沼地や湖底などの自然環境では、有機物の分解過程で自然に硫酸還元菌の活動が促進され、硫化水素が生成されます。
2. 人工環境: 下水処理施設や石油精製所などでは、有機物の分解過程で硫酸還元菌が活動し、硫化水素が発生します。特に、汚泥や廃水処理施設ではこの現象がよく観察されます。

重要性と影響

1. 環境への影響: 硫化水素は有毒であり、環境に放出されると空気汚染の原因となり得ます。また、建材の腐食を引き起こすこともあります。
2. 産業への影響: 特に下水処理施設や石油関連施設では、硫化水素の管理と制御が重要であり、適切な換気、監視、防蝕措置が必要です。

硫化水素の発生と硫酸還元菌の活動は、環境保護と産業プロセスの管理の両方において重要な課題です。

硫化水素から硫酸の発生

硫化水素から硫酸への変換プロセスは、主に化学的及び微生物学的な過程を通じて行われます。このプロセスは、環境科学と工業化学の分野で重要な意味を持ちます。以下は、硫化水素から硫酸への変換の基本的なステップを説明します。

1. 硫化水素の生成

• 出発点: 硫化水素は、自然界では有機物が微生物によって分解される過程（特に硫酸還元菌による）で生じます。工業的には、石油精製やガス処理の過程で副産物として発生することもあります。

2. 硫化水素の酸化

• 化学的酸化: 硫化水素は酸化されて硫黄（(S)）や硫酸塩に変換されることがあります。これは大気中の酸素との反応や、特定の微生物による媒介がある場合に起こります。

3. 中間生成物

• 硫黄の形成: 硫化水素が部分的に酸化されると、初期段階では硫黄（(S)）が生成されます。
• 硫黄のさらなる酸化: この硫黄は、さらに酸化されて硫酸イオンになることがあります。

4. 硫酸の生成

• 完全酸化: 硫黄または硫黄化合物が完全に酸化されると、最終的に硫酸（(H₂SO₄）が生成されます。これは、特定の微生物（硫黄酸化菌など）の作用や化学的酸化プロセスによるものです。

5. 環境への影響

• 酸性雨: 大気中に放出された硫化水素が酸化して硫酸を生成すると、これが雨水と結合して酸性雨の一因となることがあります。
• コンクリート腐食: 硫酸は、建築材料、特にコンクリートに対して腐食作用を持ちます。これは硫化水素が発生しやすい環境（下水道、廃水処理施設など）で特に問題となります。

このプロセスの理解は、環境汚染の管理や工業プロセスの最適化において重要です。硫化水素の排出制御や、硫酸による環境影響の低減が、多くの産業や地域社会において重要な課題となっています。

コンクリートの硫酸腐蝕

この硫化水素による硫酸腐蝕は、コンクリート内の液相部よりも気相部で激しく起こることが多いのが特徴です。

コンクリートの硫酸腐蝕は、硫酸または硫酸イオンがコンクリートに触れることで起こる化学的な腐食プロセスです。このプロセスは、コンクリートの耐久性に深刻な影響を及ぼす可能性があります。以下に、そのメカニズムと影響について詳しく説明します。

硫酸腐蝕のメカニズム

1. 硫酸の発生: 硫酸腐蝕は、硫酸または硫酸塩がコンクリートの近くで生成されることから始まります。これは、硫化水素（H₂S）が酸化して硫酸（H₂SO₄）になる場合や、工業排水、農業排水、下水処理施設などで硫酸塩が豊富に存在する場合によく見られます。
2. 化学反応: 硫酸がコンクリートの主要成分であるカルシウムシリケート水和物（CSH）と反応すると、体積を増す硫酸塩が生成されます。
3. 構造的劣化: 生成された硫酸塩の体積増加によって内部応力が生じ、これがコンクリート内のひび割れや剥離を引き起こします。
4. 鉄筋の腐食: さらに、コンクリート中のpHの低下により、内部の鉄筋が腐食しやすくなります。鉄筋の腐食は構造的強度を低下させ、最終的には建物や構造物の崩壊を招く可能性があります。

硫酸腐蝕の影響

1. 耐久性の低下: 硫酸による腐蝕はコンクリートの耐久性を大幅に低下させるため、定期的なメンテナンスや早期の修復が必要です。
2. 安全リスク: 腐食による劣化は安全性リスクを高め、特に漏れの発生は安全を確保する上で重大な問題となります。
3. 維持費の増加: 腐食により修復や交換のコストが増大し、長期的な維持管理費用が高くなります。

対策

1. 防蝕ライニング: 硫酸に対して耐性のあるライニングを施すことで、硫酸の侵入を防ぐことができます。
2. 適切な設計: 硫酸が発生しやすい環境では、腐蝕に強い材料の選択や設計が重要です。
3. 環境管理: 硫酸還元菌の活動を抑制することや、硫酸塩の排出を管理することも有効です。

コンクリートの硫酸腐蝕は、外部からの硫酸（H₂SO₄）がコンクリート中の水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）と反応し、硫酸カルシウム（CaSO₄）を生成するプロセスから始まります。この硫酸カルシウムがさらにコンクリート内のアルミン酸塩成分と反応すると、体積が大きなエトリンガイトが形成され、コンクリート内に膨張と内部応力を生じさせます。これがひび割れや構造的劣化の原因となり、結果的にコンクリートの強度と耐久性が低下します。硫酸腐蝕は、特に下水道システムや工業地帯など、硫酸塩が豊富な環境で問題となります。効果的な対策には、硫酸に対する耐性を持つ材料の使用や適切な防蝕ライニングの適用が含まれます。

硫化水素による硫酸腐蝕が多い代表的な施設

硫化水素による硫酸腐蝕が多い代表的な施設や環境と、その原因を以下の表にまとめました。

施設・環境	硫化水素による硫酸腐蝕の原因
下水処理施設	有機物の分解による硫化水素の生成
工業廃水処理施設	硫酸塩を含む廃水の処理による硫化水素の生成
排水管やマンホール	市街地の排水システム内での硫化水素の生成
沼地や湿地	酸素が少ない自然環境における硫化水素の生成

密閉された環境の構造物で、廃液や排水を管理している設備では、硫酸塩還元菌が原因の硫化水素の発生と、それに伴う硫酸腐蝕によって、コンクリートは早いスピードで劣化が進行していき、構造物自体の耐久性に大きな影響を及ぼします。

これらの施設や環境では、硫化水素が生成されやすく、それが硫酸となってコンクリート構造物に腐蝕を引き起こすリスクが高まります。そのため、これらの場所では硫酸腐蝕に対する特別な注意と対策が必要です。

硫化水素対策の防蝕

硫化水素による腐蝕を受けやすいコンクリート構造物では、環境からの遮断として樹脂による防蝕ライニングが一般的です。特に硫酸への耐性が求められるため、耐食性の高い材料の使用が不可欠です。さらに、工場排水のように多種多様な薬品が含まれる排水に対応するためには、広範囲の薬品耐性が必要とされます。

既に腐食や劣化が進んでいる施設のメンテナンスを行う場合、完璧な施工環境が確保できない可能性が高いため、作業性の良さやリスクの少ない施工方法の選定が重要となります。これには、施工の容易性だけでなく、安全性や効率性も考慮する必要があります。全体的に、これらの要因を総合的に検討し、最適な防蝕対策とメンテナンス方法を選択することが、硫化水素による腐蝕からコンクリート構造物を守る上で重要です。

硫化水素対策、RSJ#100特殊エポキシライニング

硫化水素に起因する腐食への対策として、RSJ#100はその高度な耐蝕性能により最適な解決策を提供します。特に硫酸への強力な耐性と優れた防蝕バリア構造が、硫化水素による厳しい環境下でもコンクリート構造物を効果的に保護します。

1：RSJ#100エポキシライニングの幅広い薬品耐性

塩酸15％	◎	ガソリン	◎
塩酸10％	◎	灯油	◎
硝酸10％	◎	重油	◎
硝酸5％	◎	石油エーテル	◎
硫酸60％	◎	トルエン	◎
硫酸40％	◎	キシレン	◎
硫化水素	◎	ナフサ	◎
アンモニア　水40％	◎	硝酸塩	◎
亜硫酸	◎	ベンゼン	×
苛性ソーダ	◎	アセトン	×

2：RSJ#100エポキシライニングの防蝕性能

3：RSJ#100の湿潤環境対応性

また、すでに劣化してしまっている構造物の防蝕メンテナンスでは、その特徴を存分に発揮することができます。

水中硬化性	メンテナンス作業では、常に乾燥状態を保つことが困難な湿潤環境下での施工が必要な場合があります。通常の樹脂材料では、このような状況下での密着性にリスクが伴いますが、RSJ#100を使用すれば、そうした不測の事態にも対応し、安定した品質を確保することが可能です。
比重が軽い	RSJ#100の塗膜は軽量であるため、劣化した躯体への負担を軽減します。この特性は、特に構造的に弱まったコンクリート構造物の修復や補強において重要で、追加の重量によるストレスを最小限に抑えることができます。
躯体強化性	RSJ#100エポキシライニング工法で使用する専用のプライマー（RS#123）は、コンクリート表面に約1mmの深さまで浸透し、固着して一体化します。このプロセスにより、表面は高密度化され、弱体化した躯体は強化されます。
作業性	RSJ#100は、貼付けやFRPなどの補強材による積層作業が不要で、塗装のみで施工が完了します。さらに、現場でRSJ#100の粘度を調整することでパテ状に加工することも可能です。
防蝕性	RSJ#100では、無機セラミックを特殊な方法で配合することで、塗膜内に効果的な透過防止バリア構造を形成します。この構造は、腐食や化学物質の浸透を効果的に阻止し、構造物を長期間保護します。

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まとめ

硫化水素による硫酸腐蝕は、下水処理施設や工業廃水処理施設などのコンクリート構造物に深刻なダメージを与える主要な原因です。硫化水素が生成し、硫酸に変化することで、コンクリートは膨張し、劣化が進行します。このような環境でのコンクリート保護には、硫酸に強い耐食材料の使用が必須です。特に工場排水など、多様な薬品に晒される状況では、幅広い薬品耐性を備えた対策が求められます。こうした要求に応えるため、RSJ#100エポキシライニング工法は最適な選択肢です。この工法は、高い薬品耐性と優れた防蝕性能を提供し、既に腐蝕や劣化が進行している施設にも適用可能です。また、作業性の良さとリスクの少ない施工方法により、メンテナンスの効率化と安全性が向上します。RSJ#100エポキシライニング工法は、硫化水素による腐蝕からコンクリート構造物を守るための理想的な解決策を提供します。

是非、参考にしてください。

弊社は用途に応じた樹脂ライニング仕様の提案をさせて頂いております。

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