コンクリート工学年次論文集 Vol.25 - 日本コンクリート工学協会

コンクリート工学年次論文集，Vol.25，No.1，2003
論文
トンネル内部のコンクリートの汚れに関する研究
市坪誠＊１・山田宏＊２・堀口
至＊３・竹村和夫＊４
要旨：本論文は，トンネル内部のコンクリートの汚れ洗浄に関する基礎的資料を
得ることを目的として，実構造物内壁の汚れ付着特性を把握するとともに，汚れ
付着量，光源および視線入射角をパラメータとする試料を用いて，トンネル環境
下での見かけの汚れ評価について実験的に研究を行ったものである。その結果，
実構造物壁面では汚れ付着の経時変化の推定が可能となり，汚れ洗浄を行う際の
指標を明らかとした。また，トンネル内の汚れ評価は実態よりも過大に評価され
る傾向にあることから，汚れ洗浄を短い周期で計画する必要がある。
キーワード：トンネル，コンクリート，汚れ，汚れ評価，メンテナンス
１．はじめに
明らかにされていない部分が多いことから，
トンネル内部は，ドライバーが明るい屋外
構造物の維持・補修を行うには，その汚れ特
からの変化に対して素早く順応出来るように
性の把握が重要となる。
そこで本研究では，トンネル内部のコンク
照明機器が設置されている。従来，ナトリウ
ムランプを使用していたのに対し，近年では，
リートの汚れ洗浄に関する基礎的資料を得る
自然な見え方（良好な演色性），高効率およ
ことを目的として，まず実構造物内壁におけ
び長寿命などから白色の蛍光ランプを使用し
る汚れの経時変化から洗浄のための指標を把
コスト低減を図っている。また，トンネルの
握した。続いて，汚れ付着量，光源および視
内装板は，表面が高明度であることからトン
線入射角をパラメータとするモルタル試料を
ネル内部の照度を高め，ドライバーの視線誘
用いて，トンネル環境下での見かけの汚れ評
導の手助けを行うものである。しかし，トン
価を実験的に把握した。
ネル内壁面は自動車の排気ガスによる煤塵に
より汚染が進行して黒色となり，安全運転上
2.
の配慮から壁面の洗浄を実施・検討している
2.1
のが実状である。
図-1 にトンネル（全長：1,706m，計画交通
従来，コンクリートの汚れに関する研究は，
実験概要
トンネル内壁面の汚れ評価
量：48,000 台／日）の汚れ測定場所（南側内
建築物や土木構造物を対象に，降雨水が汚れ
壁面５地点）を示す。このうち，内装板（タ
付着に直接影響することを踏まえ，汚れ原因
イル）測定部は歩道面下端から 35cm（以下 Tl
物質（生態系・非生態系）１），付着メカニズ
と略），120cm（Tm），205cm（Th）の３カ所，
ム２）３），構造物部材ごとの防汚対策４）５）が
コンクリート測定部は下端から 220cm（C）の
報告されている。しかし，降雨水の介在しな
１カ所において，供用開始から９ヶ月間，毎
い煤塵を主とした汚れに関する研究は少なく，
＊１
＊２
＊３
＊４
月それぞれの個所を３回測定しその平均値を
呉工業高等専門学校助教授環境都市工学科工博（正会員）
呉工業高等専門学校専攻科生建設工学専攻
呉工業高等専門学校助手環境都市工学科工博（正会員）
呉工業高等専門学校教授環境都市工学科工博（正会員）
-1829-
換気立抗
東
西
TP2
3m 430m
TP3
TP4
420m 420m
1706m
車道部分
TP5
歩道部分
3m
430m
2.5m
TP1
タイル部分
700m
3@4m
縦断面図
横断面図
コンクリート壁面
C
Th
⑩⑪⑫
⑦⑧⑨
Tm
④⑤⑥
Tl
①②③
15cm
コンクリート
Ｃ＝(⑩＋⑪＋⑫)／３
85cm
250cm
35cm
内装板（タイル）
Ｔh＝(⑦＋⑧＋⑨)／３
Ｔm＝(④＋⑤＋⑥)／３
Ｔl＝(①＋②＋③)／３
85cm
図−1
35cm
トンネルの測定場所
4@50mm
4@50mm
200mm
CS1 CS2 CS3 CS4 3@67mm
CS5
3@67mm
175cm
タイル壁面
200mm
汚れ試料
接触型による測定点
図−2
非接触型による測定点
試料および試料測定点
用いる。壁面の測色は，接触型色彩色差計と
ランドセメント，W/C＝45％）を作成した。汚
非接触型色彩色差計（測定距離４m）を用いて
れ試料はトラックの排気口から試料表面にス
色差（JIS Z 8730）による評価を行う。なお，
スを直接吹き付け，未汚れ状態から順次汚染
汚れ実態を表すために，汚れ評価に対応する
白色（Ｌ＊＝100，ａ＊＝0，ｂ＊＝0）を基準と
する色差（ΔＥ＊ab）を用いた６）。
された汚れ試料４種類（最大汚れ試料：未汚
れ部からの色差 28）と未汚れ試料の計５種類
トンネル内での試料の汚れ評価
である。
各種条件下での物体色の測定は，試料を垂
20×20×6cm のモルタル供試体（普通ポルト
直として，地上 90cm，距離４m の水平位置よ
2.2
-1830-
30
トンネル壁面汚れの経時変化
25
y = αLoge(x)
⊿E*ab
20
15
10
5
0
0
50
100
150
図−3
汚れ評価式
表−1
場所
材質・高さ
係数
C
2
(R )
気になる・非常に気になる(日)
係数
Th
2
(R )
気になる・非常に気になる(日)
係数
Tm
2
(R )
気になる・非常に気になる(日)
係数
Tl
2
(R )
気になる・非常に気になる(日)
200
250
300 （日）
トンネル内の汚染評価
TP1
TP2
TP3
TP4
TP5
6.485
7.669
7.599
8.396
7.174
0.948
0.955
0.931
0.925
0.930
2231・10425
679・2500
721・2687
386・1269
1064・4290
4.398
6.605
5.784
5.408
4.367
0.829
0.863
0.894
0.869
0.836
149・1290
28・118
45・232
58・339
154・1357
4.288
7.092
5.831
5.473
4.433
0.814
0.836
0.881
0.896
0.842
169・1550
22・85
44・222
56・316
143・1219
4.486
7.305
6.211
6.215
4.852
0.837
0.896
0.913
0.930
0.880
135・1121
20・75
35・159
35・159
93・660
り非接触型色彩色差計を用いて測定し，汚れ
3.
色彩を理解するため色相（ Hue ）・明度
3.1
（Value）・彩度（Chroma）（JIS Z 8721，JIS
トンネル内壁面の汚れ実態を以下の式(1)
Z 8102）により評価を行う（図-2）。歩行者
実験結果及び考察
トンネル内壁面の汚れ実態
で示す（図-3）。
が壁面を正面視する状態および斜めから見る
ΔＥ＊ab＝α・logｅｔ
状態での評価を考慮するため，視線入射角は
(1)
＊
90°と 45°の２種類とした。屋外条件下では
ここに，ΔＥ ab：白色基準の色差，α：係数，
日向と日陰（10,000 lx）で同時に測定し，ト
ｔ：曝露時間（日）。
ンネル内では自然光と高圧ナトリウムランプ
（橙黄色）の影響が大きい坑口（TP1：昼：3,000
トンネル内の汚れ実態において，式(1)を各
lx，夜：12 lx）と蛍光ランプが影響する中央
測定位置で適用した結果を表-1 に示す。これ
部（TP3：昼：15 lx，夜：5 lx）で測定を行
より，決定係数（Ｒ２）の結果から各場所にお
った。なお，測色の基準となる標準光（Ｄ６５
ける位置や材質によらず上記式に適合するこ
光源）下での試料表面の測定も併せて行った。
とがわかる。
-1831-
式(1)は汚れ評価を踏まえた汚染度を示し
その結果，コンクリート部分で最も汚れが
ており，なかでも係数αはその値が大である
進行しているのは第４地点となり，386 日（色
ほど早期に汚染されることを示す。各場所に
差 49.9）で“汚れが気になる”，1269 日（色
おける内装板の値の比較から，上部に比べ下
差 59.5）で“汚れが非常に気になる”状態と
部ほど汚れていることがわかる。浮遊塵埃，
なることがわかる。人の目線近くの内装板部
降下煤塵総量は地表付近で濃く高空になるほ
分（Tm）において最も汚れが進行しているの
ど薄くなる
７）
ことから，汚れ付着の垂直分布
は浮遊煤塵量の状態を示すことが理解できる。
ここで上村ら
８）
は汚れの感覚尺度を未汚れ
は第２地点となり，22 日（色差 22.1）で“汚
れが気になる”，85 日（色差 31.5）で“汚れ
が非常に気になる”状態となることがわかる。
試料との色差から定量化し，“汚れが気にな
内装板の結果より，“汚れが気にならない”
る”，“汚れが非常に気になる”尺度の値を
ためには年 17 回，“汚れがあまり気にならな
それぞれ色差 10，20 としている。本研究では，
い”ためには年 4 回程度壁面を洗浄する必要
この値を未汚れ試料の値が事前に把握されな
がある。これより，トンネル内の照度を維持
くても汚れ評価との対応が得られる白色基準
するため，汚れ洗浄の時期を規定する一指標
の色差
６）
で表している。
が明らかとなった。
CS1/SH
CS2/SH
CS3/SH
CS4/SH
CS5/SH
CS1/SU
CS2/SU
CS3/SU
CS4/SU
CS5/SU
CS1/D
CS2/D
CS3/D
CS4/D
CS5/D
Chroma
１２
日中，90°
８
４
０
Value
８
４
０
１２
４
０
Value
８
４
０
５RY ５Y ５YG ５G
Hue
（SH：日陰，SU：日向，Ｄ：Ｄ６５光源）
（SH：日陰，SU：日向，Ｄ：Ｄ６５光源）
屋外での汚れ色彩（昼、90°）
図−5
１２
トンネル，昼，90°
CS1/TP1
CS2/TP1
CS3/TP1
CS4/TP1
CS5/TP1
CS1/TP3
CS2/TP3
CS3/TP3
CS4/TP3
CS5/TP3
８
４
０
Value
８
４
０
トンネル，昼，45°
８
４
０
Value
８
４
CS1/TP1
CS2/TP1
CS3/TP1
CS4/TP1
CS5/TP1
CS1/TP3
CS2/TP3
CS3/TP3
CS4/TP3
CS5/TP3
０
５RY ５Y ５YG ５G
Hue
５RY ５Y ５YG ５G
Hue
（TP1：トンネル坑口，TP3：トンネル中央部）
図−6
屋外での汚れ色彩（昼、45°）
Chroma
Chroma
１２
日中，45°
８
５RY ５Y ５YG ５G
Hue
図−4
CS1/SH
CS2/SH
CS3/SH
CS4/SH
CS5/SH
CS1/SU
CS2/SU
CS3/SU
CS4/SU
CS5/SU
CS1/D
CS2/D
CS3/D
CS4/D
CS5/D
Chroma
トンネル内での汚れ色彩（昼、90°）
（TP1：トンネル坑口，TP3：トンネル中央部）
図−7
-1832-
トンネル内での汚れ色彩（昼、45°）
Chroma
１２
Chroma
トンネル，夜，90°
１２
CS1/TP1
CS2/TP1
CS3/TP1
CS4/TP1
CS5/TP1
CS1/TP3
CS2/TP3
CS3/TP3
CS4/TP3
CS5/TP3
８
４
０
Value
８
４
CS1/TP1
CS2/TP1
CS3/TP1
CS4/TP1
CS5/TP1
CS1/TP3
CS2/TP3
CS3/TP3
CS4/TP3
CS5/TP3
４
０
Value
８
４
０
０
５RY ５Y ５YG ５G
Hue
５RY ５Y ５YG ５G
Hue
（TP1：トンネル坑口，TP3：トンネル中央部）
（TP1：トンネル坑口，TP3：トンネル中央部）
トンネル内での汚れ色彩（夜，90°）
120
視線入射角90°白色基準
100
図−9
□：y = 0.874x （R2 = 0.977）
△：y = 1.040x （R2 = 0.839）
■：y = 1.374x （R2 = 0.933）
▲：y = 1.102x （R2 = 0.917）
80
60
120
○：y = 0.775x （R2 = 0.937）
×：y = 1.007x （R2 = 0.993）
SH/90°
SU/90°
TP1/90°/N
TP3/90°/N
TP1/90°/E
TP3/90°/E
40
20
各種光源下における色差
図−8
各種光源下における色差
トンネル，夜，45°
８
トンネル内での汚れ色彩（夜，45°）
○：y = 0.992x （R2 = 0.990）
×：y = 0.753x （R2 = 0.926）
□：y = 0.867x （R2 = 0.968）
△：y = 1.115x （R2 = 0.869）
■：y = 1.461x （R2 = 0.862）
▲：y = 1.189x （R2 = 0.908）
視線入射角45°白色基準
100
80
60
SH/45°
SU/45°
TP1/45°/N
TP3/45°/N
TP1/45°/E
TP3/45°/E
40
20
0
0
0
20
40
60
80
標準の光による色差
100
0
120
（SH：日陰，SU：日向，TP1：坑口，
3.2
40
60
80
標準の光による色差
100
120
（SH：日陰，SU：日向，TP1：坑口，
TP3：中央部，N：昼，E：夜）
図−10
20
TP3：中央部，N：昼，E：夜）
各種光源下での色差（正面視）
図−11
各種光源下での色差（視線 45°）
トンネル環境下における見かけの
低下し，トンネル中央部の汚れ評価は汚れに
汚れ評価
伴い彩度が若干大きくなる傾向にある。視線
図-4 および図-5 に屋外でのモルタル表面の
入射角 45°において，坑口での汚れ評価は
汚れ色彩を示す。視線入射角 90°と 45°の差
90°と同様汚れ進行に伴い明度が低下する。
異はなく，色相：YG（黄緑）系，彩度：１
中央部において，未汚れの色相は９Y（黄）と
程度，明度：３∼８となり，汚れが進行する
なり，汚れ進行に伴ってその彩度が若干大き
に従って明度のみが直接低減し，明るい灰色
く評価される傾向にある。
から黒色に変色することがわかる。
図-8 および図-9 に夜間のトンネル内での見
図-6 および図-7 に昼間のトンネル内におけ
かけの汚れ色彩を示す。視線入射角 90°での
るモルタル表面の見かけの汚れ色彩を示す。
坑口と中央部において，汚れ評価の色相が２Y
視線入射角 90°において，トンネル坑口での
∼８YG の広い範囲で変化し，彩度は最大 13
汚れ評価は屋外と同様汚れ進行に伴い明度が
となり屋外や坑口に比べそれぞれ大きく評価
-1833-
される傾向にある。視線入射角 45°において，
傾向にあることから，汚れ洗浄をより短
90°と同様に，坑口と中央部での汚れ評価は
い周期で計画する必要がある。
色相が６RY（赤みの黄）∼６YG の広い範囲
で変化するとともに彩度も屋外や坑口に比べ
謝辞
て大きく評価される傾向にある。ここで，車
本研究の遂行に際し，呉工業高等専門学校
のヘッドランプは水平方向に拡散し車道以外
専攻科生の丸岡弘晃君に多大な助力を得まし
にも 5∼20lx 程度投光することから，夜間で
た。ここに付記して感謝の意を表します。
のモルタル表面の汚れ評価はランプに影響さ
れその色相および彩度の値が変化することが
参考文献
わかった。
1) 市坪
誠，森永
力，河合研至，田澤榮一：
図-10 および図-11 に標準光の色差と各種光
コンクリート表面の汚れに及ぼす生態系物
源下の色差との対応を示した。照明やヘッド
質の影響，コンクリート工学年次論文報告
ランプなど人工の光の影響を受ける夜間のト
集，Vol.21，No.1，pp.277−282，1999
ンネル坑口および昼・夜間におけるトンネル
2) 橘高義典：建築物外壁面の汚染の調査およ
中央部での汚れ評価は，標準光の状態より色
び基礎的考察―建築物外壁仕上材料の汚染
差が高く評価されることがわかった。また，
の評価手法に関する研究（その１）―，日
歩行者などによる斜めからの壁面評価は，立
本建築学会構造系論文報告集第 370 号，
pp.11−18，1986
ち止まって正面視した場合の評価より色差が
3) 小竹森浩，田澤榮一，河合研至，市坪
若干高くなることが理解できた。
微生物によるコンクリートの表面汚染機構
以上の結果，トンネル内の汚れ評価は汚染
に関する研究，コンクリート工学年次論文
実態より過大に評価される傾向にあり，トン
ネル空間を一定以上の照度とするために汚れ
洗浄をより短い周期で計画する必要がある。
誠：
報告集，Vol.17，No.1，pp.273-278，1995
4) 地濃茂雄，吉田晃：コンクリート表面の劣
化事情と補修再生技術工法に関する検討，
コンクリート工学年次論文報告集，Vol.18，
４．結論
No.1，pp.1041-1046，1996
本研究の範囲で得られた結論は以下のとお
5) 高倉寅喜，吉野好明，濱本
隆，市坪
誠：
りである。
コンクリート構造物の汚れと防汚構造細目，
(1) トンネル内の汚染度を示す関係式(1)を導
セメント・コンクリート論文集
いた。汚れ付着の垂直分布量は，上部に
比べ下部ほど大となる傾向にある。
No.52，
pp.778−785，1998
6) 市坪
誠，田澤榮一，河合研至，竹村和夫：
(2) 汚れ評価に対応する色差を得ることによ
コンクリート表面の付着物質が景観評価に
り，トンネル内の洗浄時期を規定する一
及ぼす影響，第 23 回セメント・コンクリー
指標が明らかとなった。
ト研究討論会論文報告集， pp.92 − 97 ，
1996.10
(3) 人工の光の影響を受ける夜間の坑口およ
び昼・夜間のトンネル中央部において，
7) 瀬沼
勲，木村武馬：大気汚染の垂直分布
汚れ評価を示す色差は標準光の値より大
について，日本建築学会大会学術講演梗概
きくなる傾向にあった。
集，pp.107−108，1968.10
(4)汚れ評価を示す色差は，正面視より斜めか
8) 上村克郎，小西敏正，橘高義典，石上真司：
外壁面仕上材料の汚染程度の表示量につい
ら見た方が大きくなる傾向にあった。
(5) (3)・(4)の結果より，トンネル内におけ
る汚れ評価は，汚れ実態より大きくなる
-1834-
て，日本建築学会大会学術講演梗概集，
pp.385-386，1986

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