JP2005220677A - コンクリート及び／又はモルタル構造物の腐蝕防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで、長期間にわたって下水道施設等のコンクリート又はモルタルの腐蝕を防止することができるコンクリート又はモルタル構造物の腐蝕防止方法を提供すること。
【解決手段】 コンクリート（１）及び／又はモルタル構造物表面をそのまま又は研削材等で平滑化した後、プライマー（２）を塗布し、次いで両面テープ（４）又は接着剤を用いてチタン板（３）をコンクリート及び／又はモルタル表面に接合した後、チタン板の外周部とコンクリート及び／又はモルタルとの境界部に耐水性シーリング材（５）を塗布することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば下水道施設等のコンクリート及び／又はモルタル構造物の内壁が硫黄酸化細菌に起因する硫酸により腐蝕されるのを防止するコンクリート及び／又はモルタル構造物の腐蝕防止方法に関するものである。

近年、日本の下水道施設等において、コンクリート及び／又はモルタル構造物の腐蝕の事例が数多く報告されている。しかも、これらの腐蝕は日本だけではなく、アメリカ、オーストラリアなどでも報告されている。下水道施設等の建設には多額の費用がかかるので、これらの施設を長期にわたって、効果的に機能させるには、コンクリートの腐蝕を防止するための適切な処置を講じることが重要である。

コンクリートの腐蝕には２種類の微生物、つまり硫酸塩還元細菌及びチオパチルス属等の硫黄酸化細菌が関与していることが知られている。これらの微生物によるコンクリートの腐蝕過程では、まず下水中に存在する硫酸塩が嫌気的条件下で硫黄酸化細菌により還元され、硫化水素が発生する。次いでこの硫化水素がコンクリート壁面に付着した水に吸着され、好機的条件下で硫黄酸化細菌により酸化されて、硫酸が生成する。コンクリートの主成分である水酸化カルシウムは、生成した硫酸によって硫酸カルシウム（石膏）に変化し、これによりコンクリートが膨張・脆弱化して腐蝕する。

前記２種類の微生物のうち、硫黄酸化細菌がコンクリートの腐蝕の主な原因と考えられており、硫黄酸化細菌による硫化水素から硫酸への変化を防止する方法が提案されている。その方法として、下水に空気や酸素を注入して、硫化水素を蒸発・酸化させるとともに、嫌気性細菌の硫酸塩還元細菌の働きを減じ、硫化水素の発生を防止する方法が知られている。しかし、空気注入では硫化水素が放散する恐れがあり、酸素注入はコスト高のデメリットがある。

そこで、水に易溶性のキノン誘導体を下水に添加して硫化水素を酸化すると同時に硫酸塩還元細菌の働きを減じ、コンクリートの腐蝕を防止する方法や、下水に塩素、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、鉄等を添加する方法が、従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、これらの方法では下水に添加した物質が流れ出るため、効果的でなく、経済的にも問題がある。また、有機化合物の抗菌剤をコンクリートに添加し、硫酸塩還元細菌を死滅させる方法も、知られている（例えば、特許文献２，３参照。）。しかし、この方法ではコンクリートにピンホールや亀裂を造ってしまう。

さらに、銅、ニッケル、スズ、鉛等の金属又はこれらの金属の酸化物をコンクリートに含有させてコンクリートの腐蝕を防ぐ方法も、提案されている（例えば、特許文献４参照。）。しかし、この方法では下水に前記金属イオンが溶出するため、水質汚染の恐れがある。

硫酸に対して耐食性のある材料をコンクリート表面に被覆する方法がいくつか提案されている（例えば、特許文献５，６，７，８参照。）。これらはエポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ガラス繊維材等をコンクリート表面に被覆する方法であるが、ピンホールやコスト等の問題があった。

以上のことから低コストで、公害を生じず、安定した腐蝕防止効果のあるものがなかった。また、海岸岸壁のコンクリート構造物は微細なひび割れ部分から海水が浸入し、その塩害によりコンクリートの劣化及び鉄筋の腐蝕が加速され、構造物の強度が低下するという問題があった。

海中コンクリート構造物の防食工法として、コンクリート表面にチタン板を貼ることを開示しているものもある（例えば、特許文献９参照。）。しかし、その工法についてはコンクリート型枠面にチタン板を両面テープ又はボルトにより密着固定したのち、型枠を組み立てコンクリートを打ち込むという工法をとっているため、長期間のうちにはチタン板とコンクリートとの境界部から海水が浸入してコンクリートの腐蝕が進行するという問題がある。

特開平７−７０５６１号公報 特開平１１−４９５４２号公報 特開平１０−３１６４６２号公報 特開平４−１４９０５３号公報 特開昭６３−１６０７２号公報 特開平２−２６５７０８号公報 特開平１１−６１０００号公報 特開２００１−１８１５６９号公報 特開平５−１３２９６４号公報

そこで本発明は、前記従来のものの問題点を解決し、低コストで、公害を生じるおそれがないとともに、コンクリート又はモルタル構造物の強度を低下させることなく、長期間にわたって下水道施設等のコンクリート又はモルタルの腐蝕を防止することができるコンクリート又はモルタル構造物の腐蝕防止方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明者らは各所下水道施設における、下水の硫酸濃度を詳細に測定し、濃度は大きくても０．５ｗｔ％（ｐＨ１）であり、下水温度は４０℃以下であることを見出した。施工性及び品質の安定性の観点から、この腐食条件で長期間の耐食性を有する金属材料をコンクリート表面に接合すれば好ましい腐食防止効果が得られるのではないかと考えた。

この腐食条件で耐食性に優れた金属材料として、チタンが挙げられ、本発明者らはこのチタン板をコンクリート構造物表面に貼ることで、コンクリートの腐食が防止できると考え、その施工方法を詳細に検討し、本発明を想到するに至った。

すなわち、請求項１に記載の発明は、コンクリート及び／又はモルタル構造物表面をそのまま又は研削材等で平滑化した後、プライマーを塗布し、次いで両面テープ又は接着剤を用いてチタン板をコンクリート及び／又はモルタル表面に接合した後、チタン板の外周部とコンクリート及び／又はモルタルとの境界部に耐水性シーリング材を塗布することを特徴とする。請求項２に記載の発明は、請求項１において、チタン板は、チタンを重量％で９８．０％以上を含有する厚さが０．３ｍｍ以上のチタン合金の薄板又はチタン合金の条であることを特徴とする。ここで、チタン合金の条とは細長い状態のチタン合金の一片でロール状のものをいい、このチタン合金の条を任意の長さで切断したものをチタン合金の薄板と称している。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、両面テープ又は接着剤を用いてチタン板をコンクリート及び／又はモルタル表面に接合する際に、チタン製ボルトを併用することを特徴とする。請求項４に記載の発明は、請求項３において、チタン製ボルトは、チタンを重量％で９８．０％以上を含有することを特徴とする。

前記発明の腐蝕防止方法では、チタンの海水に対する優れた防食性を利用し、海岸の海水と接するコンクリート構造物の耐食性向上にも同様な工法で行えることが判明した。また、前記発明において、コンクリート及び／又はモルタル構造物表面（以下、コンクリートを代表して説明する）を研削材等で平滑化することがあるのは、プライマーを塗布し、ついで両面テープまたは接着剤を用いて、チタン板をコンクリート表面に接合した際に、コンクリート表面が平滑であると、コンクリートとチタン板の接合強度が大きくなるからである。両者の接合強度は建研式引張試験で（引張速度＞２０ｍｍ/分）、０．２４ＭＰａ以上の値となるのが望ましい。研削材で平滑化するとコンクリート表面のよごれ等が同時に除去され、プライマーの付着性が良好となり、このことも接合強度の増大に効果がある。

プライマーを用いるのは、コンクリートとチタン板の接合強度が大きくなるからで、両面テープまたは接着剤とコンクリートの接合では接着強度は十分ではなく、プライマーを用いて、プライマーと両面テープまたは接着剤の接合とすることで、接着強度が大きくなる。プライマーはさらに水分を通しにくい性質があるため、コンクリートから水分が両面テープ・接着剤接着面に浸透し、接着強度を低下するのを防止する。また、プライマーをコンクリート面のみだけでなく、チタン板面に塗布することも一層のコンクリートとチタン板の接着強度の向上に有効である。プライマーの材料としては、合成ゴム系、合成樹脂系、ウレタン系、ブチルゴム系等種々のものがあり、各々例えば芳香族及び脂肪族炭化水素とケトンの混合物、トルエン、ヘキサン等の有機溶剤に溶かしたもので、固形分は２０〜３０ｗｔ％程度である。
チタン板とコンクリートを接着するための、両面テープは接着強度が大きいものなら種類は問わないが、アクリル系、合成ゴム系が好ましい。
接着剤については、地震等の振動によっても硬化した接着剤が破壊しない弾性のあるものが望ましい。例えばセメダインの特殊シリコーン変性ポリマーをベースとする弾性接着剤ＰＭシリーズが優れた耐振動性、耐水性を示す。工ポキシ接着剤は接着強度が大きいが、硬くて脆く、振動に弱い特徴がある。

チタン板をコンクリートに接着した後、チタン板の外周部とコンクリートとの境界部を耐水性シーリング材で塗布するが、これは接着面に水が浸入して、接着強度が低下するのを防止するためである。シーリング材としては耐水性があるものなら材質は問わないが、シリコーン樹脂系、アルキット樹脂系が望ましい。
チタン板に関しては、コストの面からなるべく薄いものが望ましいが、厚さ０．５ｍｍ程度のものを用いるのがチタン板の硫酸や海水への耐食寿命、施工法の容易さから望ましい。またチタンの材質はＪＩＳ１〜４（ＪＩＳ Ｈ ４６００）種等の９８ｗｔ％以上の含有量のものであれば特に問題ないが、チタン合金でも使用可能である。硫酸及び海水耐食性向上の観点からは、パラジウム入りが優れており、例えばＪＩＳ１１〜１３種（ＪＩＳ Ｈ ４６００）等がある。

コンクリート構造物の腐食防止方法において、チタン板をコンクリートに接着する方法を前記に示したが、さらに、チタン製ボルトを用いて、チタン板をコンクリート構造物に両面テープまたは接着剤と併用して固定することが好ましい。これは長期間の使用において、チタン板の重み、コンクリートの振動等により、チタン板が当初の接着位置よりずれる恐れがあるため、その防止のために、チタン製ボルトで固定するものである。また両面テープの養生、接着剤の固化までの時間の間の仮付け効果もある。チタン製ボルトの使用間隔は１ｍ単位程度で問題なく、チタン製ボルトの頭部周囲はチタン板と溶接で接合するか、シーリング材を塗布して、水の浸入を防止する必要がある。

請求項１ないし４に記載の発明は、前記のようにコンクリート及び／又はモルタル構造物表面をそのまま又は研削材等で平滑化した後、プライマーを塗布し、次いで両面テープ又は接着剤を用いてチタン板をコンクリート及び／又はモルタル表面に接合した後、チタン板の外周部とコンクリート及び／又はモルタルとの境界部に耐水性シーリング材を塗布するので、低コストで、公害を生じるおそれがないとともに、コンクリート又はモルタル構造物の強度を低下させることなく、長期間にわたって下水道施設等のコンクリート又はモルタルの腐蝕を防止することができる。すなわち、従来は、下水処理場のコンクリート内壁は長期間の使用により、下水中に含まれる最大ｐＨ１の硫酸で腐食していたが、コンクリート内面を補修することによって、極めて長期間優れた耐食性が得られ、下水道施設の操業安定性が図れるという効果がある。また、海中、海岸に建設されるコンクリート構造物の塩害による劣化防止にも効果がある。

本発明の一実施の形態を、以下に説明する。

下水道施設におけるコンクリート内壁の腐食条件を模擬した腐食条件での本発明方法での防食性を評価した。
「試験条件」
（１）試験材
・チタン板：縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ 酒洗肌材
・モルタル試験片：縦３００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ６０ｍｍ
湿潤面（２４時間水道水浸漬品）
・プライマー：合成ゴム系プライマー
・両面テープ：アクリル系粘着剤 基材不職布
・接着剤：変性シリンコーンポリマー系弾性接着剤
・シーリング剤：シリコーン樹脂
（２）試験片製作工程
モルタル試験片の表面をウェスで水分除去の後、モルタル表面にプライマーを塗布し、３０分程度乾燥させ、ついで、両面テープ及び接着剤をつけたチタン板をモルタルに貼った後、５ｋｇのローラで１往復させ圧着した。ついで、チタン板の外周部を耐水性シーリング材で覆い、チタン板の外周部からの水の浸水を防いだ。このようにして得られた試験片を約１週間、２３℃の温度の部屋で養生した後、表１に示す各種試験を行い、接着強度を測定した。
接着強度測定方法は建研式といわれるもので、接着したチタン板の反対側表面にナットを溶接した鉄鋼製薄板をエポキシ系接着剤で接着し、ついでナットにネジ付棒をつけ、インストロンで引張速度２０ｍｍ／分でネジ付け棒を引っ張ることで、チタン板とモルタル試験片との接着強度を測定するものである。

（３）引張試験結果
試験条件１〜３において、両面テープ及び接着剤を用いたもののすべての条件で、０．３ＭＰａ以上の接着強度を示した。本発明方法において、長期間の硫酸中、アルカリ中、温水中において優れたチタン板／モルタルの接着特性を示すことが判明した。また同時にチタン板の腐食量を測定したが、０．００１ｍｍ／年の腐食速度であり、長期間のコンクリート下水道構造物内壁の腐食防止方法として優れていることが判明した。

実際の施工法の一例について以下に説明する。図１はチタンライニング工法の概略断面図、図２は図１の右側から見た正面図である。１はコンクリート、２はプライマー、３はチタン板、４は両面テープ（接着剤）、５は目地シーリング材、６はチタン製ボルト、７はモルタル補修部を示す。

まず、下水道施設のコンクリート構造物から水抜きをして、高さ約１ｍ、長さ３０ｍの腐食部・劣化部を除去した後、モルタルで補修してモルタル補修部７を形成した。モルタルの乾燥後、＃１５０の研磨布を用いて、研磨機でモルタル補修部７を含む腐食防止処理を行う部分を平滑化した。続いて、平滑化を行った部分に前記試験で挙げたプライマーと同様のプライマー２を塗布し、３０分乾燥した。その後、純チタン１種真空焼なまし材の幅１．２ｍ、厚さ０．５ｍｍのコイルを展開したチタン板３の貼り付け面に前記試験で挙げた両面テープと同様の両面テープ４を貼り付け、プライマー２を塗布した部分に貼り付けた。続いて、チタン板３の表面を５ｋｇのローラで１往復して、チタン板３とコンクリート１表面とを接着した。続いて、一部について、純チタンのＭ１０ボルト６を用い、コンクリート１表面にチタン板３を固定した。ここで、チタン製ボルト６の間隔は約１ｍとした。ボルト６の周囲とチタン板３との接合部はシリコーン樹脂で耐水処理した。さらにチタン板３の外周部をシリコーン樹脂の耐水性シーリング材５で覆い、耐水処理した。

このようにして施工されたコンクリート構造物に、ｐＨ１〜２の下水を１年間通したあと、チタン板３を切り出し、コンクリート１との接着強度を測定したところ、０．４ＭＰａ以上の値を示し、全く劣化はなく、充分な耐水性を示した。また、この条件において、チタン板３の腐食は全くみられなかった。

前記実施例ではコンクリート１表面にチタン板３を固定する際にチタン製ボルト６を用いたが、必ずしもこのようなボルトで固定しなくともよいことは言うまでもない。

海岸のコンクリート構造物に対しても前記実施例と同様な方法で、防食処理し、一年後に防食処理されたコンクリート構造物を調査したところ、全く海水の浸入がなく、塩害が生じていないことが確認できた。

本発明の一実施の形態を示すチタンライニング工法の概略断面図である。 図１の右側から見た正面図である。

符号の説明

１ コンクリート
２ プライマー
３ チタン板
４ 両面テープ（接着剤）
５ 目地シーリング材
６ チタン製ボルト
７ モルタル補修部

Claims (4)

1. コンクリート及び／又はモルタル構造物表面をそのまま又は研削材等で平滑化した後、プライマーを塗布し、次いで両面テープ又は接着剤を用いてチタン板をコンクリート及び／又はモルタル表面に接合した後、チタン板の外周部とコンクリート及び／又はモルタルとの境界部に耐水性シーリング材を塗布することを特徴とするコンクリート及び／又はモルタル構造物の腐蝕防止方法。
2. チタン板は、チタンを重量％で９８．０％以上を含有する厚さが０．３ｍｍ以上のチタン合金の薄板又はチタン合金の条である請求項１記載のコンクリート及び／又はモルタル構造物の腐蝕防止方法。
3. 両面テープ又は接着剤を用いてチタン板をコンクリート及び／又はモルタル表面に接合する際に、チタン製ボルトを併用する請求項１又は２記載のコンクリート及び／又はモルタル構造物の腐蝕防止方法。
4. チタン製ボルトは、チタンを重量％で９８．０％以上を含有する請求項３記載のコンクリート及び／又はモルタル構造物の腐蝕防止方法。

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