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給水管の劣化

給水管の変遷と劣化

このページでは、給水管の変遷と劣化についてまとめています。

給水管材の変遷と劣化
給水管材の変遷
  1. 給水管は1965年頃までは亜鉛メッキ鋼管が使用されていました。通称白ガス管は経年とともに亜鉛メッキが劣化し、素地の鉄の腐食により赤水発生や出水不良の問題が多く発生していました。その後硬質塩化ビニルライニング鋼管に移行し、一般に普及してきました。しかし、1985年頃まで使用されていた継ぎ手が樹脂コーディング継手ではネジ切り部分の鉄部が露出しており、この部分からサビるという弱点がありました。 
  2. 管端の継手部分に防食処理を施した管端防食継手が1984年に開発され、登場後は管の長寿命化につながってきています。しかしながら厚労省調査に依ると、管端防食継手の登場後も管端部の防食処理が不十分であったり、管端コアの挿入忘れ等の施工上の問題で継手管端部で鉄が露出し、腐食して赤水を生じる事例があったということです。現在では注釈にあるように、更に改良が加えられた管端防食継手となっています。
  3. 主な給水管材の特性は次の通りです。
    管材名称(通称等) 仕  様 特  徴
    亜鉛メッキ鋼管(白ガス管/SGPW) 鋼管の内外面を亜鉛メッキしたもの。色:銀色。 亜鉛は酸にもアルカリにも反応し、経年とともに溶けだします。やがて素地の鉄が腐食して赤水などの原因となります。残留塩素が多い水質でも同様の現象となります。
    硬質塩化ビニル管(VP管) 塩化ビニル樹脂が主原料。色:グレー。 現在は排水設備工事用(VU)として使われています。紫外線で劣化するので露出部は紫外線対策が必要。使用可能温度は常温。
    硬質塩化ビニルライニング鋼管
    (VLP管/SGP-VA,VB,VD)
    配管用炭素鋼管の内面に硬質塩化ビニルをライニング(塗布)したもの。 ・給水管で一般に普及しています。
    外部からの衝撃や内圧に対しては鋼管と同じ強度を示し、耐食性に関しては塩化ビニル管の特性を示します。使用可能温度は5〜60℃の範囲。
    耐久性管端継手の種類により異なります。
    ・給湯管用として、耐熱性硬質塩化ビニルライニング鋼管(SGP−HVA)があります。
    *鋼管外側の処理によって
    VA…1次防錆(茶色)、 VB…亜鉛メッキ(銀色)、 VD…塩化ビニル(青色)
    耐衝撃性塩化ビニル管(HIVP) 塩化ビニル樹脂に改質剤を添加して、耐衝撃性を高めています。色:濃紺 VP管より耐衝撃性に優れ、外力による割れが生じにくく、耐食性がある。給水配管、埋設管、コンクリ内配管等に用いられています。自治体によっては給水引き込み管に使用されています。紫外線で劣化するので露出部は紫外線対策が必要です。価額は安価。
    一般配管用ステンレス鋼管(SUS) クロム18%−ニッケル8%の鉄合金 VLPより長寿命で耐食性は半永久的。共用部給水管に近年使用されていますが、価額は割高。耐震性に優れているので、給水引き込み管に用いられます。
    銅管(CUP) 一般に発砲ポリエチレン等で被覆された銅管を用いる。 主に給湯用に使用されます。
    架橋ポリエチレン管(XPE) 【※4】 高温での耐熱性、耐クリープ性(変形しにくい)が優れている。色:透過白色
    サヤ管ヘッダー工法と呼ばれる配管方法で専有部の給水・給湯管に近年使用されています。
    ポリブテン管(PB) 【※5】 超高分子のブテンの重合体の耐熱プラスチック 耐熱性、軽量、柔軟性などの特性があり、常温の水から温水にわたる範囲で使用可能。内面が滑らかで摩擦抵抗係数が小さいため、スケールなどが付着しにくい。専有部の給水・給湯管に近年使用されています
【残留塩素】
     
 水道水には殺菌・消毒のために必ず塩素が含まれています。1957年に成立した水道法によって水道水に塩素の添加が義務付けられています。この法律で、蛇口から出る水から遊離塩素として0.1ppm(結合残留塩素とした場合0.4ppm)以上保持するように添加することが決まっています。
 塩素は水に溶けて[ Cl2 + H2O → HClO(次亜塩素酸) + HCl(塩酸)] という反応で次亜塩素酸や塩酸を生じ、酸性を示します。「遊離塩素」次亜塩素酸(HCLO)・次亜塩素酸イオン(OCL)とは、水道水に含まれる塩素のことで、強い酸化力を持っています。両刃の剣で、この酸化作用で鉄が酸化し、赤水[水酸化第2鉄Fe(OH)]などの一因となっています。
【耐久性】
耐久性は期待される耐用年数のことで、実際の耐用年数ではありません。施工時の管材料・継手・管端部処理・弁の組み合わせで異なります。塩化ビニル管・継手協会では、耐用年数を50年としています。
  ・[亜鉛メッキ鋼管、亜鉛メッキ継手管端部未処理] …12年〜
  ・[塩ビライニング鋼管、樹脂コーディング継手管端部処理不十分] …12年〜
  ・[塩ビライニング鋼管、樹脂コーディング継手管端防食コア] …15年〜
  ・[塩ビライニング鋼管、管端防食継手] …40年〜
   
【管端継手】   
継ぎ手も防食性能の要求に伴い、[樹脂コーティング継手(昭和49年〜)]、[管端防食コア(昭和55年〜)]、[管端防食継手(昭和59年〜)]と耐食性の向上を図った継手が出現。現在では更に、継手内面を樹脂で被覆する[コア内蔵型]、[コア一体型継手]などの改良型が開発され、登場しています。
 
【※4】
      
架橋ポリエチレン管とは、熱可塑性プラスチックとしての鎖状構造ポリエチレンの分子どうしのところどころを結合させ、立体の網目構造にした超高分子量ポリエチレンを言います。詳細は架橋ポリエチレン工業界まで。
【※5】
      
ポリブテンは、ポリエチレンや、ポリプロピレンと同じポリオレフィン系の樹脂です。分子量が約120万と非常に大きく特殊な分子構造をもっていますが柔軟性に優れ、熱雄着が出来ます。詳細はポリブテンパイプ工業界まで。
給水管の劣化
  • 給水管の劣化が進行すると、
      管内全面・管端部に腐食や錆び瘤、
      管内面・ネジ部の減肉、
      ブリスタ−の発生(これが破れた後、腐食が進行)、ライニングの剥離
    が起こっています。劣化が著しく進行すると、
     流量の減少、赤水、漏水 という現象が生じてきます。
  • 当グランドMでは’06年、急に主管での水道料金が増加したため調査したところ、主管の揚水管部分(揚水ポンプと高架水槽の間)の内、埋設管での漏水が判明。埋設区間が相当長いため、掘削しての外観目視による調査は作業の手間や費用面から難しく、また緊急を要したこともあり建物を這わして新規に更新。給水管材が[VLP+管端防食継手]であったら期待耐用年数は40年超、築年数(18年〜20年)からすると、結果的には短寿命だったように思います。埋設配管の場合、腐食原因は環境の差異や材料間の表面状態などさまざまで、埋設状態での特定は難しく、推測の域をでません。
  1. 水道用亜鉛メッキ鋼管⇒白水は赤水発生の予兆
     水道用亜鉛メッキ鋼管は亜鉛が水中で水酸化亜鉛[Zn(OH)2]の保護皮膜を形成して鋼管(鉄)の防食として機能しています。この保護皮膜は溶存酸素、pH、水温などの水質によっては一様な形成が期待出来ず、亜鉛の溶出度が上がり白水が発生します。亜鉛の溶出が著しい管内では腐食がかなり進んでいるものと考えられ、比較的短期間に鉄部が露出し、赤水が発生しやすくなるので注意が必要です。亜鉛の溶出が著しい場合は、配管の更生(既設管の延命)や更新(全体または一部を新規に取り替え)を検討する時機といえます。
     漏水は、白水、赤水の段階を経て発生に至ります。白水は、亜鉛メッキ鋼管から溶け出した亜鉛が原因です。この水を沸かすと表面に油膜状のものが形成され、さらに白濁します。 このような現象は、水の滞留時間が長いほど発生しやすく、 開栓直後の使い始めに多く見られます。 なお、亜鉛は必須栄養元素で毒性は弱いことから、 通常の摂取量では健康への影響はありません。
  2. 硬質塩化ビニルライニング鋼管⇒管端部の腐食に要注意
     硬質塩化ビニルライニング鋼管は内面が樹脂でライニングされているので、直管部での腐食の心配は少ないです。しかし、継手と接合するため、管端部やネジ部の防食処理の不良などにより鉄部が水と直接触れると、その部分から腐食(局部電池腐食)が始まります。鉄が溶出し腐食が進行すると、成長して錆瘤となり、腐食部は鉄部が薄くなる減肉状態になってきます。また給水枝管でも特に、量水器(水道メーター)まわりのバルブや伸縮継手との接続部では異種金属接触腐食が起こります。一部継手のライニング塗膜ではブリスターの発生が懸念されます。屋外の土中埋設管での腐食として管外面でのマクロセル腐食が考えられます。
      VLP管での腐食は管端面に集中するため、相当に劣化が進行しても赤水として顕在化しにくく、突然漏水が発生することが多いようです。管端防食継手が使用されるようになった後でも、管端部の防食処理が不十分であったり、管端コアの挿入忘れ等の施工上の欠陥があった場合は、このような腐食が今日まで、進行している可能性は否定できません。継手内面を樹脂で被覆する[コア内蔵型]あるいは[コア一体型]などの改良型が登場し、腐食トラブルは減る方向に進んでいると思いますが、 現在でも「管工事の際には施工管理が大変重要である」ということに変わりはありません。
【腐食】
給水管における「腐食」はほとんどの場合、水が介在する「湿食」といわれるものです。水の介在で電位差が生じると電気化学的反応(電池作用)が起こり、金属が侵される腐食(湿食)が始まります。鋼管と水との関係で言えば、水中に溶けている酸素は鉄の表面で電子を受け取り、水酸化物イオン(OH-)となり、一方、鉄原子は水中に鉄イオン(Fe2+)となって溶解します。(Fe2+)イオンと(OH-)イオンにより、水酸化第1鉄の白色沈澱物が生じます。この水酸化第1鉄は酸化されやすい物質なので、水中の溶存酸素と反応し水酸化第2鉄に変化し水に溶けない沈澱物として赤水や赤錆の原因となります。また水質(溶存酸素、pH、残留塩素など)は腐食の進行に影響を与えます。
【局部電池腐食】
一つの金属体表面における状態の差、例えば金属体の材質の不均一、接触する電解質水溶液の状態の差異などが原因となって、金属体(鉄など)表面の局部で構成された短絡電池。
 
【マクロセル腐食】     
腐食する部分と腐食しない部分とが位置的にはっきり分かれて見ることのできる腐食で、腐食する部分から腐食しない部分へ電解質(土壌など)を通って電流が流れる大きな電池を形成している状態なので、macro (大きな) + cell (電池)の意味からこのように呼んでいます。
【ミクロセル腐食】
土壌に接している鋼管の表面には、表面状態、組織環境等の僅かな差異により、微視的な陽極と陰極からなる局部電池(ミクロセル)が無数に形成され、これらによる腐食をミクロセル腐食と呼びます。ミクロセル腐食は比較的穏やかで均一且つ全面的な腐食を引き起こします。ミクロセル腐食に影響を与える土壌因子として、pH、通気性、バクテリア、土壌比抵抗が考えられています。
【異種金属接触腐食】
量水器まわりの直管(鉄)とバルブ・伸縮継手(青銅)を接続した場合、異種の金属がつながると、それぞれの金属材料のイオン化傾向の差により電位差を生じて、電池を形成し(陰−)となる金属(鉄)が侵される腐食をいう。ガルバニ腐食ともいう。
【ブリスター】
ライニング塗膜が劣化して起こる塗膜の膨れ。
【孔食】
孔食とは直径数mm以下の微小部分に腐食が集中するもので、塩化物イオンなどの腐食性イオンの作用によって、安定した保護皮膜の一部分が破壊された場合に生じます。
【潰食】
合金中のある種の成分のみが溶解し、腐食しにくい金属成分のみが残って多孔性のものとなる腐食。潰食は流体の流速が速いときなどに発生し、馬蹄形状にえぐられるように生じます。潰食は流速と関係のあることが知られていますが、定量的には完全に把握されていません。銅を使用した場合によく問題になり、潰食の発生部位は、水の流れが急激に変化する曲がり部、継手部、弁の下流側、管径の変化する下流側です。
【疲労割れ】
銅管は、黄銅の様な銅合金と異なり割れを起こしにくい材料とされるが、シンダー埋設部や機器類との接続部で、応力腐食割れや、熱応力や振動に起因する疲労割れを起こす事があります。
【エロージョン・コロージョン】
流動する水、土砂などの環境物質の摩耗作用と腐食作用の相乗作用によって金属に生じる損耗。
【スライム】
管壁に粘性状態で固着したもの。
【スラッジ】
浮遊物。水中に溶けない2mm以下の物質。
【スケール】
浮遊物が付着し硬化したもの。
給湯管の劣化
  • 赤水や腐食の問題から、1965年頃から亜鉛メッキ鋼管に替えて銅管やステンレス管が使われ始めました。銅管にはリン脱銅管が腐食対策として1975年頃から採用され、表面がポリエチレン塩化ビニル樹脂で被覆された銅管は現在でも使用されています。給水装置分野に使用される銅管および被覆銅管は、日本水道協会の水道用銅管規格に規定され、協会の検査に合格した銅管に限られています。最近では、高温での耐熱性、耐クリープ性(変形しにくい)が優れている架橋ポリエチレン管やポリブテン管の採用が多くなってきているようです。
  1. 銅管
    銅管の腐食形態としては、孔食の他に、潰食疲労割れなどがあります。孔食は、pHが低い、要存酸素が高い、残留塩素が高い、管内流速が遅いなどが原因となります。潰食は、気水分離の不良、施工不良による渦流などが原因で起こる場合があります。孔食や潰食は、大規模強制循環式給湯配管での発生が見受けられますが、一過式の給湯配管やクローズ方式の冷温水配管では、殆ど見られません。銅管は割れを起こしにくい材料とされていますが、機器類との接続部などで、応力腐食割れや、熱応力や振動に起因する疲労割れを起こす事があります。
  2. ステンレス鋼鋼管
    ステンレス鋼管の耐蝕性は管表面に形成される保護皮膜(不動態皮膜)によるものであり、この不動態皮膜が破壊されると腐食が発生することになります。ステンレス鋼管の腐食形態としては、孔食、応力腐食割れ、異種金属接触腐食などがあります。施工前に施工方法や施工技術の検討が重要となります。  
【孔食】
孔食とは直径数mm以下の微小部分に腐食が集中するもので、塩化物イオンなどの腐食性イオンの作用によって、安定した保護皮膜の一部分が破壊された場合に生じます。酸化皮膜が形成されにくい酸度が高い(pHが低い)水質で発生します。また施工時のろう付け接合不良などによる局部腐食があります。
【潰食】
合金中のある種の成分のみが溶解し、腐食しにくい金属成分のみが残って多孔性のものとなる腐食。潰食は流体の流速が速いときなどに発生し、馬蹄形状にえぐられるように局部腐食が生じます。潰食は流速と関係のあることが知られていますが、定量的には完全に把握されていません。銅を使用した場合によく問題になり、潰食の発生部位は、水の流れが急激に変化する曲がり部、継手部、弁の下流側、管径の変化する下流側です。
【疲労割れ】
銅管は、黄銅の様な銅合金と異なり割れを起こしにくい材料とされるが、シンダー埋設部や機器類との接続部で、応力腐食割れや、熱応力や振動に起因する疲労割れを起こす事があります。
【青水】
一般に溶出した銅イオンの量は1mg/l程度の低い値で、この程度では水は青色にならず、溶けだした銅イオンのために水が肉眼で青く見えるのは、約100mg/l以上の銅イオンが溶出した時くらいだそうです。銅管がまだ新しい時期に、銅イオンの溶出によって浴槽や洗面器類またタオルなどが青くなることが稀にあるそうですが、無害です。詳細は(社)日本銅センターまで。
【局部腐食=エロージョン・コロージョン】
流動する水、土砂などの環境物質の摩耗作用と腐食作用の相乗作用によって金属に生じる損耗。
【スライム】
管壁に粘性状態で固着したもの。
【スラッジ】
浮遊物。水中に溶けない2mm以下の物質。
【スケール】
浮遊物が付着し硬化したもの。
      


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参考文献:
・マンションの維持修繕技術(高層住宅管理業協会)
・H15 給水装置関係技術実態調査(厚生労働省)
・埋設管保安高度化技術(高圧ガス保安協会)
・防せい防食用語(日本規格協会)
・設備配管の診断・改修実務(日本建築設備診断機構)
・マンション管理新聞(H13.3.25)

引用:
・管端防食管継手カタログ(日立金属)

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