ダクタイル鋳鉄管の技術と実務ガイド：特性・製造・設計・施工・維持管理

2025年12月26日 最終更新日時 : 2025年12月26日 エバープレイ編集部

はじめに — ダクタイル鋳鉄管とは

ダクタイル鋳鉄管（Ductile Iron Pipe、以下DI管）は、鋳鉄の一種であるダクタイル鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄）を材料とした管で、上水道、消火栓配管、下水道や工業用配水などに広く用いられています。従来の灰色鋳鉄に比べて延性・靭性に優れ、機械的強度が高い点が特徴です。耐荷重性や耐衝撃性に優れるため、都市インフラの主幹管路として長年実績があります。

ダクタイル鋳鉄の材料特性

ダクタイル鋳鉄は、鉄中の炭素が球状の黒鉛（ニョードルではなく球状）として存在することにより、割れにくく延性を示します。球状化（ノダライゼーション）は一般にマグネシウムやセリウムを用いて行われます。

  • 機械的性質：引張強さや降伏強さが高く、破断伸び（延性）を示す。代表的な材料等級にはGGG-40（引張強さ約400MPa、延伸率約10%）やGGG-50（約500MPa）などの規格名が用いられることがあります（等級は規格により表記が異なる）。
  • 耐衝撃性：球状黒鉛構造により衝撃や振動に対して壊れにくい。
  • 耐摩耗性・加工性：鋳造後の加工や切断・ネジ加工が可能で、補修や継手加工が比較的容易。

製造工程（概略）

DI管の代表的な製造は遠心鋳造（centrifugal casting）です。製造工程の概略は次の通りです。

  • 溶解：鉄スクラップや鉄鉱石を電気炉や溶銑炉で溶解。
  • 球状化処理（ノダライゼーション）：溶鉄にマグネシウム等を添加して黒鉛を球状化。
  • 調質・インオキュレーション：凝固過程での組織制御を行い、所定の機械的性質を得る。
  • 遠心鋳造：回転する鋳型内に溶湯を流し込み、遠心力で金属を均一に付着させて管を得る。これにより致密で一様な肉厚が得られる。
  • 機械加工・検査：口径端部の仕上げ、溝加工、ネック加工などを行い、化学成分や機械特性、内部外部の検査（肉厚、密度、微細組織）を実施。
  • 防食処理・ライニング：内面のセメントモルタルライニング（CML）や樹脂ライニング、外面の塗装や被覆処理を施す。
  • 耐圧試験：製品ごとまたはロットごとに水圧試験等を実施して規格適合を確認。

規格と品質管理

DI管は国際的・地域的に複数の規格で規定されています。代表的なものには以下があります。

  • ISO 2531（Ductile iron pipes, fittings, accessories and their joints for water applications）
  • EN 545（Ductile iron pipes, fittings, accessories and their joints for water pipelines）などの欧州規格
  • AWWA C151/A21.51（米国のDI管規格）

国内ではこれら国際標準を参照して製造・品質管理されることが多く、JIS等の国内規格に基づく要求も適用されます。品質管理項目は化学成分、黒鉛の球状化度（ノダラリティ）、引張試験、硬さ、衝撃試験、非破壊検査、内部・外部のライニング厚さや密着性確認など多岐にわたります。

設計上の考慮点

DI管を設計する際は、荷重条件、周辺地盤、流体圧力、流速、耐震性、継手形式、耐食処理などを総合的に検討します。主な設計項目は以下です。

  • 許容圧力と圧力等級：PN（プレッシャーノミナル）表示やアメリカ式のクラス設定が用いられ、一般にPN10/PN16/PN25などが選定されます。圧力と腐食量を考慮して肉厚が決定されます。
  • 継手の選定：プッシュオン（ゴムガスケット式）、ねじ込み、フランジ、機械継手、拘束（拘束継手）など用途と施工条件で選ぶ。配管経路で引張や曲げの力が発生する場合は拘束継手やアンカリングが必要です。
  • 地中埋設条件：地盤の支持力、車両荷重、埋設深さによって支持・被覆工法やライニング仕様を決定。地盤改良やコンクリートベッド、マンホールとの接続も検討。
  • 摩耗・侵食設計：流速が高く固形物を含む場合は内部のライニング材や流速制御などで摩耗対策を実施。
  • 耐震・伸縮対応：地震時の変位や温度伸縮に対応するため、ジャケット、可撓ジョイント、スリップジョイントあるいは伸縮吸収器を採用することがある。

防食技術（内面・外面）

鋳鉄材料であるため、腐食対策は必須です。代表的な処置は以下のとおりです。

  • 内面ライニング
    • セメントモルタルライニング（CML）：上水道で最も一般的。腐食防止に加え、水質保護効果がある。
    • エポキシ樹脂やポリエチレンライニング：耐食性を強化する場合や化学薬品を含む流体への適用。
  • 外面コーティング
    • 溶融亜鉛めっき、粉体塗装、ビチューメン（熱可塑性被覆）や埋設用ポリエチレン被覆などが一般的。
    • 埋設環境に応じた被覆や任意でのスリーブ巻き付け、カソード防食（犠牲陽極・外部陰極保護）を組み合わせる。

施工上の注意点

DI管は鋼管や樹脂管に比べて重量があるため、施工時の取り扱い、据え付け、地盤の配慮が重要です。

  • 運搬・吊り上げ：適切なクランプやスリングを用い、管端やライニングを損傷しないように管理する。
  • 溝掘りと支持（ベッディング）：設計に応じた埋設底の整形、砂利や細粒材によるベッディング、所定の被覆深さを確保する。
  • 継手作業：ゴムガスケットの異物混入防止、潤滑材の適正使用、突合・嵌合深さの確認。拘束継手の場合はボルトの締め付け管理とアンカー設置。
  • 試験と検査：敷設後に水圧試験、漏水検査、音響検査（場合により）などを実施する。接合部の防水処理や被覆補修を忘れない。
  • 既設管との切替え：供用中工事（ライフトラップ）では停止時間短縮や仮設配管の計画が必要。

維持管理と補修技術

DI管は長寿命ですが、適切な維持管理が必要です。維持管理の要点は以下の通りです。

  • 腐食監視：管路電位測定やクラック検査、外部被覆の状況確認を定期的に行う。
  • 漏水検知と修繕：漏水箇所は早期発見して局所補修（スリーブ、バンド、寿命交換）を実施。大口径ではマンホールを活用した現地修繕が一般的。
  • 内面劣化対策：内部ライニングの剥離や摩耗が見られる場合は再ライニングや部分交換を検討。
  • 電気防食の維持：外部陰極保護を採用している場合は系統の維持管理（電流、電極の状態）を実施。

他材料との比較

DI管は鋼管、FRP、PVC、HDPEなどと比較して以下の強みと弱みがあります。

  • 長所
    • 高強度で地中荷重や衝撃に強い。
    • 耐火性・耐候性に優れる。
    • 再資源化（リサイクル）が容易で鉄としての価値がある。
  • 短所
    • 重量があり運搬・施工コストが高くなる。
    • 腐食対策が不可欠で、塗装・ライニングなど初期費用がかかる。
    • 柔軟性が低く、曲線施工や地盤変位に対する吸収性はPE等に劣る。

環境面とリサイクル性

DI管は鉄鋼材料であるためスクラップとして回収・再溶解が可能で、鉄資源の循環に寄与します。一方で鋳造工程は高エネルギーを要するため、ライフサイクルアセスメントでは原材料・製造段階のCO2排出が問題となる場合があります。防食コーティングや内面ライニングも廃棄・処理時の配慮が必要です。

適用事例と近年の動向

DI管は上水道や配水本管、大口径の下水・幹線、消火配管等で多く使われています。近年は以下のような流れがあります。

  • 耐久性向上のための高性能ライニングや複合被覆の採用。
  • 施工性改善のための拘束継手や簡易施工継手の開発。
  • 長寿命化・維持管理コスト低減を目的としたセンサ導入、モニタリング技術の併用。
  • 環境配慮として再生鉄の活用や製造プロセスの省エネ・低炭素化の取り組み。

実務者へのチェックリスト（設計・施工・維持管理）

  • 設計段階：圧力等級、肉厚、継手方式、埋設深さ、ベッディング材の指定を明確化する。
  • 調達段階：製造規格（ISO/EN/AWWA 等）、メーカーの品質保証、試験成績の確認。
  • 施工段階：搬入・保管時のライニング保護、継手作業の手順・潤滑管理、試験（水圧・漏水）実施。
  • 維持管理：定期点検計画、電位測定、漏水監視、補修部材の在庫管理。

まとめ

ダクタイル鋳鉄管は高い機械的信頼性と実績を持つ配管材料であり、適切な防食処理と設計・施工管理を行えば長期間にわたり安定した供用が期待できます。重量や腐食の課題はあるものの、防食技術や継手技術の発達、監視技術の導入により、今後も都市インフラの基幹資材として重要な位置を占めるでしょう。設計者・施工者は規格準拠、ライニング仕様、埋設条件および維持管理計画を一体で検討することが重要です。

参考文献

以下はダクタイル鋳鉄管の技術概要や規格、実務情報の参考になる資料です。各リンクは外部サイトに移動します。

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