1. はじめに
「コンクリートが自分でひび割れを治してくれたら…」多くの建設関係者が一度は夢見たことがあるのではないでしょうか。実は、この夢のような技術が現実になりつつあります。
日本のインフラの現状を見ると、高度経済成長期に建設された橋梁などの老朽化が進み、維持管理費用が深刻な社会問題となっています。例えば全国約72万の道路橋梁では、建設後50年を経過する施設の割合は2019年3月時点で27%とされ、今後さらに増加する見込みです。
また、国土交通省所管分野（道路、河川、下水道、港湾等）における将来の維持管理・更新費については、今後30年間（2019〜2048年度）の合計が約176.5〜194.6兆円程度、年度費用は2044年度に最大約7.1兆円となる見込みが示されています（推計条件により幅があります）。
この課題解決の鍵となるのが「自己修復コンクリート」です。人間の傷が自然に治るように、コンクリートの微細なひび割れが自動的に閉塞・修復される技術で、海外では実証・適用が進んでいます。例えば、デルフト工科大学を中心に検討されてきた微生物を用いる方式などは、材料・工法として商業展開され、実環境での運用を前提にした技術開発が継続されています。
本記事では、この革新的な自己修復コンクリート技術について、その仕組みから実際の現場での可能性まで、建設業界の皆さんにとって実務的に役立つ情報をお伝えします。
2. 自己修復の基本的な仕組み
2.1 生物の治癒力をコンクリートで再現
自己修復コンクリートを理解するために、まず私たちの身体がどのように傷を治すかを考えてみましょう。指を切った時、血液が固まって傷口を塞ぎ、新しい細胞が成長して元の状態に戻ります。これと同じような現象をコンクリートでも起こそうというのが、自己修復技術の基本的な考え方です。
実際のコンクリートで修復の対象となるのは、主に幅0.1～0.3ミリメートル程度の微細なひび割れです。これは髪の毛の太さ程度の小さなひび割れですが、ここから水や塩分が侵入して鉄筋を腐食させるため、構造物の寿命を大きく左右します。したがって、こうした微細ひび割れを早期に閉塞・修復できることは、耐久性・長寿命化の観点で大きな意味を持ちます。
2.2 従来のコンクリートにも存在する自然治癒力
意外に思われるかもしれませんが、普通のコンクリートにも実は自己修復能力があります。これは「自然治癒」と呼ばれる現象で、古くから知られていました。
最も代表的なのが、セメントの水和反応による修復です。コンクリート中には反応しきれなかったセメント粒子が残っており、ひび割れから侵入した水と反応して新たな水和物を形成し、ひび割れを塞ぎます。また、空気中の二酸化炭素とコンクリート中の水酸化カルシウムが反応して生成される炭酸カルシウムも、ひび割れの閉塞に寄与します。
ただし、この自然治癒には限界があります。一般に修復できるひび割れ幅は微細領域に限られ（環境条件や材料により差があります）、修復には週〜月単位の時間を要することが多く、また同一箇所で繰り返し十分な修復が成立するとは限りません。そのため、現場で確実性を担保するには、自然治癒に加えて「自律的（人工的）に修復を起こす」仕組みが重要になります。
2.3 人工的な修復技術の3つのアプローチ
現在開発されている人工的な自己修復技術は、修復材料をどのように供給するかによって大きく3つに分類されます。
最初のアプローチは「内在型」と呼ばれるもので、修復材料をあらかじめコンクリート全体に混ぜ込んでおく方法です。これは薬を全身に行き渡らせるような考え方で、どこにひび割れが発生しても対応できる利点があります。
二番目は「外在型」で、修復材料を小さなカプセルに封入してコンクリート中に配置し、ひび割れによってカプセルが破れた時に修復材料が放出される方式です。これは救急箱のような考え方で、必要な時に必要な場所で修復材料が供給されます。
三番目は「複合型」で、これら二つの方式を組み合わせたものです。初期の修復は外在型で対応し、長期的な修復は内在型で継続するという、より確実で持続的な修復システムを目指しています。
3. 実用化が進む主要技術
3.1 微生物を使った生物学的修復
最も注目されているのが、微生物の力を借りて修復生成物（主に炭酸カルシウム）を作り出す技術です。これは「バイオコンクリート」とも呼ばれ、オランダで実用化・適用が進んでいる技術群の一つです。
この技術の仕組みは、基本構造としてはシンプルです。耐久性の高い微生物（例：バチルス属の胞子）と栄養源（例：乳酸カルシウム）をコンクリート中に保持しておき、ひび割れから水（および酸素）が侵入すると、休眠していた微生物が活動を開始します。微生物の代謝により炭酸イオンが供給され、カルシウムと結びついて炭酸カルシウム（石灰石の主成分）が析出し、ひび割れを埋めて閉塞・修復するという仕組みです。
研究レベルでは、対照系（通常のコンクリート）よりも大きなひび割れ幅まで閉塞が成立した例が報告されており、自然治癒に比べて修復能力の拡張が期待されています。ただし、適用条件（ひび割れ幅、湿潤条件、温度、供給される酸素等）によって性能が大きく変わるため、現場適用では「どの環境で、どの程度の修復が見込めるか」を設計段階で織り込む必要があります。
この技術の利点としては、自己修復の生成物が炭酸カルシウムである点が挙げられます。これはセメント系材料内部でも比較的安定で、ひび割れの水みちを閉塞するうえで理にかなった生成物です。また、使用する微生物は一般に非病原性の菌株が選定されるのが通常ですが、実構造物での採用にあたっては、材料安全性・施工時安全性・周辺環境への配慮を含め、各プロジェクトの条件に応じた確認が前提になります。
一方で課題もあります。コンクリートの強アルカリ環境（pH12～13程度）や乾湿繰返しなど、材料が置かれる環境条件は厳しく、長期にわたる「有効に働く状態の維持」が実装上の難しさになります。また、初期コストが従来材料より上がる傾向があるため、ライフサイクルコスト（点検・補修・更新も含む）で投資回収を説明できる用途から普及が進むのが現実的です。
3.2 マイクロカプセル技術の実用性
二番目の有力技術が、修復材料を小さなカプセルに封入して配置する方法です。これは薬のカプセルと同じ考え方で、髪の毛よりも細い直径10～500マイクロメートルのカプセルに修復材料を入れ、コンクリート中に分散させます。
この技術の面白いところは、ひび割れがカプセルに到達した瞬間に、まるで風船が割れるようにカプセルが破れて中の修復材料が流れ出すことです。タイミングが絶妙で、ひび割れが発生した正確な場所に、必要な分だけ修復材料が供給されるという理想的なシステムです。
カプセルの材料には様々なものが使われています。ポリマー系のポリウレタンやエポキシ樹脂は確実に修復材料を保護できますが、コンクリートの強アルカリ環境で長期間安定するかが課題です。一方、寒天やキトサンなどの天然系材料は環境に優しいものの、耐久性や製造安定性の面で検討課題が残ります。
修復材料としては、エポキシ樹脂などのポリマー系材料が代表例です。ひび割れ面を接着・充填して水みちを遮断する発想で、自己修復効率は透水性の回復や力学特性の回復など複数の指標で評価されます。なお、現場適用を考える場合は、修復材そのものの耐久性に加え、ひび割れ内部への浸透性、施工時温度帯、長期での劣化（硬化不良、脆化等）も含めた総合設計が必要です。
この技術の課題は、カプセルサイズと配合の最適化です。小さなカプセルはコンクリートの強度に与える影響が比較的小さい反面、修復材料量が限られます。大きなカプセルは十分な修復効果がある可能性がある一方で、材料としての欠陥源になり得ます。多くの研究では、数十マイクロメートル〜100マイクロメートル前後を一つの目安として、修復性能と母材性能のバランスが議論されています。
3.3 形状記憶合金による機械的修復
三番目のアプローチは、形状記憶合金という特殊な金属を使った機械的な修復方法です。形状記憶合金は、変形しても加熱すると元の形に戻る性質を持つ金属で、眼鏡のフレームなどに使われています。
この技術では、形状記憶合金のワイヤーをコンクリート中に埋め込んでおき、ひび割れが発生して応力が変化したり、温度が上昇したりすると、ワイヤーが収縮してひび割れを物理的に閉じる仕組みです。まるで筋肉が収縮して傷口を閉じるような動作です。
この方法の最大の利点は、修復が即座に行われることです。化学的な反応を待つ必要がなく、条件が整った瞬間にひび割れが閉じられます。また、温度変化や応力変化が繰り返し発生する環境では、何度でも修復動作を行うことができます。
ただし、形状記憶合金は材料コストが高く、適用範囲は限定されがちです。また、コンクリート中での腐食や疲労特性の長期的な変化も含め、設計・維持管理の枠組みに落とし込むには検討が必要です。
4. 日本での研究開発と実用化への道のり
4.1 国内企業の取り組み状況
日本でも自己修復コンクリートの研究開発が活発化しています。特に、會澤高圧コンクリート等が展開する「Basilisk HA自己治癒コンクリート」は、国土交通省の新技術情報提供システムNETISに登録され、評価区分において最高ランクの「VE」技術として認定された旨が公表されています。
戸田建設では、日本大学工学部サンジェイ・パリーク教授との共同研究で、微生物の代謝活動によるひび割れ閉塞技術の実用化研究を進めています。安積疎水の修復に向けた実証試験も開始されており、日本の環境条件を踏まえた適用知見の蓄積が進んでいます。
清水建設、鹿島建設、大成建設などの大手ゼネコンでも、耐久性向上・維持管理の効率化に資する各種技術が研究開発されており、自己修復技術もその選択肢の一つとして検討が続いています。
4.2 大学・研究機関での基礎研究
自己修復コンクリートは材料・構造・施工・維持管理が密接に絡むため、大学・学協会を含む幅広い領域で基礎研究が蓄積されています。国内では、日本コンクリート工学会（JCI）等を中心に、自己治癒／自己修復の定義整理、メカニズムの分類、利用可能性の整理などが進められてきました。
また、自己修復効果を「どの指標で、どう測るか」は社会実装上の核心であり、ひび割れからの通水量に基づく評価試験方法の提案など、性能評価手法に関する研究も公表されています。こうした評価の整備は、仕様化・標準化、さらには発注・設計への織り込みに直結する基盤となります。
4.3 実証実験から見える可能性と課題
現在、日本国内でもいくつかの実証実験が進行中です。最も注目されるのが、下水道施設での微生物型自己修復コンクリートの試験です。下水道のような硫酸腐食環境は、従来のコンクリートにとって最も過酷な条件の一つですが、自己修復技術により長期的な耐久性向上が期待されています。
また、山岳トンネルでの適用研究も進んでいます。地下水の浸入によるひび割れが慢性的な問題となっているトンネル構造物において、自己修復技術は維持管理コストの大幅削減につながる可能性があります。実際の現場では、地下水がひび割れ修復の引き金となるため、適用条件としては相性が良いケースもあります。
地方自治体との連携による橋梁での実証実験も始まっています。老朽化した橋梁の補修工事において、一部に自己修復コンクリートを使用し、長期的な効果を検証する取り組みです。このような実構造物での検証データは、技術の信頼性向上に不可欠です。
5. コストと経済効果の現実
5.1 初期コストの現状
自己修復コンクリートの最大の課題の一つはコストです。方式や要求性能にもよりますが、従来材料に対して初期コストが上がる傾向は避けにくいのが現状です。一方で、自己治癒技術に関する検討資料の中には、世代（方式）によってコスト上昇が約1.3～1.5倍程度に収まる可能性が示唆されるものや、約2倍程度が課題として指摘されるものもあります。
ただし、ライフサイクルコストで考えると、状況は大きく変わります。構造物の寿命を延ばせれば、点検・補修・更新の頻度低減や、通行止め等の社会的コストの低減まで含めて、初期コスト増の回収が見込めるケースがあります。特に、点検や補修が困難な構造物では、経済的メリットがより大きくなります。
5.2 維持管理コスト削減の効果
自己修復コンクリートの真価は、維持管理段階で発揮されます。従来のコンクリート構造物では、定期点検と、発見された損傷の補修作業が必要ですが、自己修復コンクリートでは、ひび割れの水みちを早期に遮断できる場合、劣化進行を抑え、補修頻度を下げられる可能性があります。
ただし、維持管理の削減効果は「適用した技術が、当該環境で、狙ったひび割れ幅レンジに対して、どれだけ確実に働くか」に依存します。したがって、費用対効果の説明では、対象構造物の劣化メカニズム（塩害、中性化、凍害、硫酸腐食等）と、自己修復機構の適合性をセットで示すことが重要です。
6. 実用化に向けた課題と対策
6.1 技術面での現実的な課題
自己修復コンクリートの実用化で重要な課題の一つは、修復材料の長期安定性です。コンクリートのpH値は12～13という強いアルカリ性で、一般的な化学物質や微生物にとって厳しい環境です。微生物型技術では、休眠状態で長期に生存し得るとする報告もありますが、実構造物条件（乾湿、温度、酸素供給、ひび割れ発生頻度）で「修復が必要なタイミングに確実に働く」ことを長期にわたって担保するには、さらなるデータ蓄積が求められます。
マイクロカプセル型技術でも同様の問題があります。カプセル材料が長期間アルカリ環境に耐えられるかが重要で、材料の劣化により修復材料が漏れ出したり、逆にカプセルが硬化して破れなくなったりする可能性があります。
また、修復のタイミング制御も重要な課題です。ひび割れが発生していない段階で修復材料が放出されると無駄になり、ひび割れが拡大しすぎてから修復が始まると効果が限定的になります。このタイミングを、材料設計（カプセル強度、反応開始条件など）と環境条件（湿潤条件等）の両面から最適化することが、実装の鍵を握っています。
6.2 経済性と社会実装の課題
コストの問題も避けて通れません。現在の自己修復コンクリートは、従来材料より初期コストが高くなりがちです。しかし、これを単純にコスト増として捉えるのは適切ではありません。重要なのは、構造物の全生涯コストでの評価です。
建設業界では、初期建設費を抑えることが重視されがちですが、維持管理費を含めたライフサイクルコストで考えると、自己修復コンクリートのメリットが明確になる場面があります。特に、点検や補修が困難な構造物では、初期コストの増加を上回る経済効果が期待できます。
社会実装の面では、性能評価の整備が急務です。従来のコンクリートには性能データと評価手法が蓄積されていますが、自己修復コンクリートでは、対象とする性能（止水性、耐久性、力学回復、繰返し修復の成立性など）を明確にし、評価指標を揃える必要があります。ここが整うほど、発注・設計・施工・維持管理に落とし込みやすくなります。
7. 実用化への現実的なロードマップ
7.1 段階的な普及戦略
自己修復コンクリートの実用化は、一気に進むものではなく、段階的な普及が現実的です。最初の段階では、特殊な環境条件や高い付加価値が見込める用途から始まることになるでしょう。
例えば、海洋構造物のように、維持管理が困難で劣化因子（塩分等）の影響が大きい構造物では、初期コストの増加を上回るメリットが成立しやすいと考えられます。これらの分野での実績を積み重ねることで、技術の信頼性を確立し、コストダウンも図れるでしょう。
次の段階では、一般的なインフラへの展開が考えられます。橋梁、トンネル、上下水道施設などの社会インフラは、維持管理費削減のニーズが高く、自己修復技術の導入効果が大きい分野です。
最終的には、一般建築物や住宅にも普及することが期待されますが、これにはコスト低減と仕様化・評価の整備が不可欠です。
7.2 技術開発の重点領域
今後の技術開発では、実用性の向上が最重要課題となります。まず、修復材料の長期安定性向上が必要で、より耐アルカリ性に優れたカプセル材料や、アルカリ環境でも機能し得る微生物系の設計が求められます。
また、修復効果の予測技術も重要です。どの程度のひび割れが、いつ、どのように閉塞されるかを予測できれば、構造設計や維持管理計画により効率的に活用できます。
コスト削減も継続的な課題です。製造プロセスの効率化、量産効果の活用、代替材料の開発などにより、段階的なコストダウンを図る必要があります。
8. まとめ
自己修復コンクリートは、インフラの老朽化という社会課題に対する有力な解決策として大きな期待を集めています。生物の治癒力を模倣したこの技術は、従来の建設材料の概念を変える可能性を持っています。
海外、特にオランダでの実証・適用の蓄積は、この技術が研究段階に留まらず、現場課題に対する工学的な打ち手として位置づけられていることを示しています。日本でも、気候条件や使用環境に適した技術開発が進んでおり、実用化に向けた基盤が整いつつあります。
しかし、実用化にはまだ解決すべき課題があることも事実です。技術面では長期安定性の確保、経済面ではコストダウン、制度面では評価手法の整備が主要な課題となっています。これらは、用途を絞った適用と、長期モニタリングによるデータ蓄積を通じて、段階的に解像度が上がっていく領域です。
建設業界の皆さんには、この技術動向を注視していただき、自社の業務にどのように活用できるかを検討していただきたいと思います。完全な普及までは時間がかかる可能性がありますが、早期から情報収集と適用条件の見極めを進めることで、技術が仕様化された際に競争優位を築きやすくなります。
自己修復コンクリートは、単なる新しい建設材料にとどまらず、持続可能な社会インフラの実現に向けた重要な技術となるはずです。
