『自己修復コンクリート』とは？その仕組みと導入事例でわかる未来の建築技術【自己治癒コンクリート】

自己修復コンクリート（自己治癒コンクリート）は、ひび割れや小さな損傷を自動的に修復する新たな建築材料です。バクテリアや特殊な材料を活用し、ひび割れを自ら埋めてしまうこの革新的な技術は、構造物の耐久性を飛躍的に向上させるだけでなく、メンテナンスコストの削減や環境負荷の軽減にも貢献します。日本では新千歳空港や港湾施設をはじめとする公共インフラへの導入事例が増えており、未来の建築技術として注目されています。本記事では、自己修復コンクリートの仕組みや具体的な導入事例を通じて、持続可能なインフラを支える可能性について詳しく解説します。

自己修復コンクリートの実力とは？自己治癒コンクリートでインフラ長寿命化を実現

自己修復コンクリートとは？未来のインフラを支える「自己治癒」技術

自己修復コンクリート、または「自己治癒コンクリート」は、コンクリートのひび割れや小さな損傷を自ら検知し、内部のメカニズムで修復する革新的な建材です。この技術が注目される背景には、コンクリート構造物の劣化に対する従来のメンテナンスの難しさや、メンテナンス費用の高さがあり、インフラ老朽化が進む中で、大規模な修繕や補修工事の省力化が強く求められている現状があります。

従来のコンクリートと自己修復コンクリートの違い

コンクリートは圧縮には強い一方で、引張力や曲げ力には弱いため、ひび割れが発生しやすいという特性を持っています。通常、ひび割れが発生すると水や酸素が浸透し、鉄筋の腐食やさらなる劣化を引き起こし、構造の耐久性が大きく損なわれることが問題です。従来は定期的なメンテナンスが必要とされ、長期的には膨大な維持費が発生する上、ひび割れが進行すると建物の大規模修繕が必要となります。しかし、自己修復コンクリートではひび割れが発生してもその損傷が自動で修復されるため、構造物の寿命が大幅に延び、結果的にメンテナンスコストも削減されます。

壁面に亀裂を入れます

水を満杯に張ります

やがて水漏れしますが…

見事にひび割れが塞がりました

自己修復コンクリートの仕組み｜バクテリアとポリ乳酸の協働による修復

自己修復コンクリートの革新の中心には、バクテリアの活動を活用した「バイオメカニズム」があります。自己修復の仕組みは、アルカリ耐性のあるバクテリア（主に「バチルス菌」）と、その栄養源となるポリ乳酸を組み合わせることで実現しています。バクテリアはポリ乳酸の分解生成物である「乳酸カルシウム」を摂取し、炭酸カルシウムを生成します。この炭酸カルシウムが、コンクリート内部のひび割れ部分に充填され、ひびを埋めていくのです。

具体的な流れは次の通りです：

1. 休眠状態のバクテリア：ひび割れが発生する前、コンクリート内部でバクテリアは休眠状態にあります。強いアルカリ性のコンクリート内では、バクテリアが活動するには適していません。
2. ひび割れ発生とバクテリアの目覚め：ひび割れが発生して水や酸素が侵入すると、コンクリート内部のpHが低下し、バクテリアが活性化します。これにより、バクテリアは休眠から目覚め、ポリ乳酸を栄養源に代謝活動を開始します。
3. 炭酸カルシウムの生成：バクテリアは乳酸カルシウムを摂取し、炭酸カルシウムを排出します。この炭酸カルシウムがひび割れを埋め、構造を補強します。バクテリアは修復が完了すると再び休眠に入り、次のひび割れ発生に備えます。

このように自己修復コンクリートは「自己治癒」機能を備えた一種の「生きた材料」として機能し、構造物の寿命を延ばし、ひび割れの再発を防ぎます。

自己治癒コンクリート「Basilisk HA」解説動画

自己修復コンクリートの種類｜技術の多様化と各社の取り組み

自己修復コンクリートには、バイオ系と非バイオ系の2種類が存在し、それぞれが異なる修復メカニズムを持っています。

バイオ系自己修復技術

オランダのデルフト工科大学で開発された「バイオ系」自己修復技術では、アルカリ耐性を持つバクテリア（バチルス菌など）が活用されています。この技術を基にした日本国内の製品として、會澤高圧コンクリートの「Basilisk HA」が挙げられます。會澤高圧コンクリートはバクテリアとポリ乳酸を均等に混ぜる特殊ミキサーを導入し、コンクリート内でのバクテリア分布の均一性を確保することで、大量生産と耐久性を両立させています。

さらに、愛媛大学の研究グループがイースト菌や納豆菌を活用した自己修復技術も開発しています。これらの菌類も炭酸カルシウムを生成する性質を持っており、微生物の活動によりひび割れが修復されるため、非常に環境に優しい技術です。

非バイオ系自己修復技術

一方、東北工業大学や東京大学では、バクテリアを使わない「非バイオ系自己修復技術」の研究も進められています。この技術では、コンクリート内部に修復材を封入したカプセルやマイクロカプセルが組み込まれ、ひび割れが発生するとカプセルが破れて修復材が放出され、ひび割れを埋める仕組みです。非バイオ系の技術は、コンクリート中の化学反応により自己治癒効果が発生するため、微生物を使用する必要がなく、温度や湿度の影響を受けにくい点が特徴です。

自己修復コンクリートの効果｜長寿命化と環境負荷の削減

自己修復コンクリートの最大のメリットは、構造物の寿命を大幅に延ばし、メンテナンスの手間やコストを削減できる点です。通常のコンクリート構造物は50～60年程度の寿命ですが、自己修復機能を持つコンクリートは100年以上の耐久性を持つとされています。これにより、建物の再構築や大規模修繕が不要となり、インフラ整備にかかるコストを劇的に削減できます。

また、環境負荷の低減にも大きく貢献します。セメントの製造には多量のエネルギーが必要で、CO2排出量も多いため、世界中で脱炭素化が叫ばれる中で、自己修復コンクリートは環境問題の解決策のひとつとして期待されています。例えば、日本国内だけでもセメント製造によるCO2排出は年間約3,400万トンにのぼりますが、自己修復コンクリートの普及によりこの排出量を大幅に削減することができます。

自己修復コンクリートの国内外での実用化と未来の展望

自己修復コンクリートは、オランダや日本の公共インフラでの導入が進んでいます。オランダでは既に橋梁やトンネルなどの大型インフラに自己修復技術が用いられており、日本でも新千歳空港や港湾施設などで自己修復コンクリートの実証実験が行われ、効果が実証されています。今後は、山岳トンネルや地下構造物のようにメンテナンスが難しい施設での採用が期待されています。

さらに、住宅用コンクリートやDIY向け製品としての展開も進んでおり、一般家庭でも自己修復コンクリートを使って補修ができる日も近いとされています。會澤高圧コンクリートのBasiliskブランドは、ひび割れが生じやすい外構や庭の舗装などに適したDIY補修材を提供しており、幅広い層への普及が期待されています。

自己修復コンクリートの代表的な導入事例

1. 新千歳空港（日本）
   新千歳空港の一部施設では、會澤高圧コンクリートの「Basilisk HA」自己修復コンクリートが使用されています。空港のように高頻度のメンテナンスが難しい場所での実証実験により、耐久性やひび割れ補修効果が評価されています。
2. 港湾施設や橋梁（日本）
   港湾施設や橋梁のような水や湿度の影響を受けやすい場所でも、自己修復コンクリートの有効性が期待されています。これらの場所では自己修復機能が活躍し、ひび割れからの浸水を防ぎ、構造物の寿命を延ばす効果が確認されています。
3. デルフト大学のキャンパスプロジェクト（オランダ）
   オランダのデルフト工科大学のキャンパス内のいくつかの構造物で、自己修復コンクリートの試験が行われています。特にバクテリアとポリ乳酸を組み合わせた修復技術の有効性が示されており、ヨーロッパ各国の橋やトンネルで採用が進んでいます。
4. 地下トンネルや水路の補修（日本およびヨーロッパ）
   メンテナンスが難しい地下トンネルや水路では、自己修復コンクリートを利用することで、ひび割れや浸水を防止し、補修回数の削減が図られています。特に地下構造物は頻繁な点検が難しいため、自己修復コンクリートが非常に有用とされています。
5. 高速道路・公共インフラのプレキャスト製品（日本）
   會澤高圧コンクリートでは、自己修復機能を持つプレキャスト製品も提供しています。こうした製品は、施工現場で組み立てるだけで自己修復機能が発揮されるため、施工後のメンテナンス負担を軽減する効果が見込まれています。

公式ギャラリーより

今後の普及可能性

自己修復コンクリートは、日本国内でも国土交通省のNETIS（新技術情報提供システム）に登録されており、今後さらに公共事業や民間プロジェクトでの採用が広がる見込みです。

自己修復コンクリートの将来展望｜脱炭素社会に向けた不可欠な技術

自己修復コンクリートは、コンクリート自体のメンテナンスフリー化やインフラの長寿命化を実現し、持続可能な社会構築に貢献します。長期的な環境負荷の削減とインフラ維持コストの削減を同時に達成する技術として、自己修復コンクリートはますます注目されています。特に、脱炭素社会への移行が求められる中、自己修復コンクリートの普及は、建築や土木分野における大きな変革をもたらすでしょう。

自己修復コンクリートの課題と今後の研究方向

自己修復コンクリートはその革新性により注目されていますが、普及にはいくつかの課題も残されています。まず、製造コストが一般的なコンクリートに比べて高いことが課題です。量産化が進むことでコスト削減が期待されますが、さらなる技術開発が求められます。また、バクテリアの活性が持続する期間や、温度や湿度の変化による影響についても、長期間のデータを収集する必要があります。

今後の研究開発においては、自己修復機能の高性能化や、さまざまな環境条件下での安定性の向上が重要視されています。さらに、バクテリアを使用しない自己修復技術や、自己修復性を持つ補修材の開発も進められており、社会全体でのインフラ長寿命化が実現する未来が期待されています。

まとめ｜自己修復コンクリートがもたらす新たな建築の未来

自己修復コンクリートは、メンテナンス不要でインフラの長寿命化を実現し、脱炭素社会の構築にも貢献できる革新的な技術です。バクテリアやポリ乳酸を使った自己治癒機能により、ひび割れを自動的に修復し、劣化の進行を防ぎます。將来、家庭やDIYの補修材としての普及も期待されており、幅広い用途での展開が可能です。持続可能な未来の建築材料として、自己修復コンクリートのさらなる技術革新と市場拡大に注目が集まっています。