JP2006037118A

JP2006037118A - 電気防食方法および電気防食装置

Info

Publication number: JP2006037118A
Application number: JP2004213830A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ishimori; 正樹石森; Takemi Aizawa; 健実相沢
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】エネルギー損失を抑え、設備管理を容易とする電気防食方法および電気防食装置を提供する。
【解決手段】コンクリート構造物の１種である桁橋１０は、橋脚１１と、橋桁（主桁）１３と、橋桁１３を支持するために橋脚１１に設けられた支承１４と、橋桁１３の上に設けられた床板１５と、床板１５どうしを連結する伸縮装置１７を有する。支承１４には圧電素子２１が、橋桁１３には鉄筋１８およびチタンメッシュ１９がそれぞれ埋設されている。桁橋１０に作用する外力によって橋桁１３や床板１５に生ずる歪みや撓み、振動を利用して圧電素子２１に電圧を発生させ、この電圧を整流回路２２を通して直流電圧とした後に鉄筋１８とチタンメッシュ１９に印加して防食電流をコンクリート中に流し、鉄筋１８の腐食を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、コンクリート構造物中の各種鋼材を電気防食するための電気防食方法、この電気防食方法に用いられる電気防食装置に関する。

近時、海岸線近くに建設される高速道路やビルディング等のコンクリート構造物では、そのコンクリート構造物中の鋼材（例えば、鉄筋、鉄骨、ＰＣ鋼材）の塩化ナトリウムによる腐食を防止するために、所謂、電気防食技術が取り入れられている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

この電気防食方法としては、防食対象の鋼板と、この鋼板よりも酸化還元電位が卑な亜鉛やマグネシウム等からなる電極と、を結線し、両者間の電位差を利用して鋼材に防食電流を流す流電陽極方式や、直流電源装置とチタン等の薄膜電極からなる耐久性電極を用い、直流電源装置のプラス極をこの耐久性電極に接続し、マイナス極を鋼材に接続して防食電流を流す外部電源方式がある。後者の外部電源方式では、防食用電極（つまり、耐久性電極）を交換する必要がなく、半永久的に防食効果を得ることができ、しかも複雑に配置された鋼材の各部に過不足なく防食電流を流すことができる利点がある。

外部電源方式に用いられる直流電源装置は、発電施設から給電される電気で駆動され、給電される５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流を直流に変換して、鋼材および耐久性電極に所定の電圧を印加している。

しかしながら、このような送電電力を用いるためには発電施設からそのコンクリート構造物に至る間に送電線が必要であり、その保守・点検は容易なものではない。また、例えば、発電施設から遠い場所に建設されるコンクリート構造物では送電ロスが大きくなるという問題もある。このような問題に対して、例えば、一次電池を用いる方法も考えられるが、一次電池には寿命があるために定期的に交換しなければ、電池切れによってコンクリート構造物中の鋼板の腐食が起こる問題がある。
特開２００４−５２０６１特開２００３−２７６０７特開２００２−２０６１８２

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、エネルギー損失を抑え、設備管理を容易とする電気防食方法および電気防食装置を提供することを目的とする。また、本発明は電池交換の必要がなく、半永久的に使用可能な電気防食装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点では、圧電素子に外力が作用することによって発生する電圧を直流電圧とした後に被防食鋼材と耐久性電極に印加することにより、前記被防食鋼材の腐食を抑制することを特徴とする電気防食方法、を提供する。

本発明の第２の観点では、コンクリート構造物中の鋼材の電気防食方法であって、前記コンクリート構造物の所定位置に耐久性電極と圧電素子を設け、前記コンクリート構造物に作用する外力によって前記コンクリート構造物に生ずる歪みや撓み、振動を利用して前記圧電素子に電圧を発生させ、この電圧を直流電圧とした後に前記耐久性電極と前記鋼材に印加することにより、前記鋼材の腐食を防止することを特徴とする電気防食方法、を提供する。

本発明の第３の観点では、被防食鋼材と、耐久性電極と、圧電素子と、前記圧電素子で発生する電圧を直流電圧とする直流変換回路と、を具備し、前記圧電素子に外力が作用することで前記圧電素子に発生する電圧を前記直流変換回路を通して前記被防食鋼材および前記耐久性電極に印加することにより前記被防食鋼材の腐食を抑制することを特徴とする電気防食装置、を提供する。

本発明の第４の観点では、コンクリート構造物中の鋼材を電気防食するための装置であって、前記コンクリート構造物中の所定位置に設けられた耐久性電極と、前記コンクリート構造物の所定位置に設けられた圧電素子と、前記圧電素子で発生する電圧を直流電圧とする直流変換回路と、を具備し、前記コンクリート構造物に作用する外力によって前記コンクリート構造物に生ずる歪みや撓み、振動を利用して前記圧電素子に電圧を発生させ、この電圧が前記直流変換回路を通して前記耐久性電極と前記鋼材に印加されることにより前記鋼材の腐食を抑制することを特徴とする電気防食装置、を提供する。

前記コンクリート構造物としては橋梁等が挙げられる。例えば、橋梁の一種である桁橋の場合には、橋脚の上に設けられて橋桁（主桁）を支持する支承に前記圧電素子を設けることができる。また、橋桁の上に設けられる床板上を鉄道や自動車等の交通手段が通行する場合には、前記圧電素子を床板内に埋設すると、床板上を通行する車両が床板に与える圧力を利用して前記圧電素子を発電させることができる。さらに、橋脚では床板どうしを連結するために伸縮装置が設けられるため、この伸縮装置に作用する力が圧電素子に加えられるように構成することで、圧電素子を発電させることができる。

本発明によれば、エネルギーロスが少なく、環境に優しい、オンサイト発電を利用した電気防食が実現される。これにより大規模発電施設等からの送電の必要がなくなるため、特に発電施設等から遠隔の地に建設されるコンクリート構造物等では、送電に関係する設備費、維持費等を大きく軽減することもできる。また、本発明と電気防食用電源として一次電池を用いる場合とを比較すれば、電池交換の手間がなく、電池切れによってコンクリート構造物中の鋼板の腐食が進行するということもない。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について、コンクリート構造物として橋梁を例に挙げて、詳細に説明する。

図１に鉄筋コンクリート製の桁橋１０の概略構造を示す側面図を示す。桁橋１０は、橋脚１１と、橋台１２と、橋桁（主桁）１３と、橋桁１３を支持するために橋脚１１および橋台１２に設けられた支承１４と、橋桁１３の上に設けられた床板１５、橋桁１３の落下を防止する落橋防止システム１６と、床板１５どうしを連結する伸縮装置１７と、を備えている。

図２に図１に示した支承１４の近傍の拡大図を示す。支承１４としては、制振作用を有するゴム材料（所謂、ゴム支承）が広く用いられており、図２に示すように、支承１４には圧電素子２１が埋設されている。圧電素子２１は、例えば、圧電セラミックスの表裏面に電極が形成された構造を有しており、圧電セラミックスはその厚み方向に分極されている。

なお、図２には１枚の圧電素子２１を示しているが、ゴム支承には複数の圧電素子２１を埋設してもよいことは言うまでもない。また、圧電素子２１としては、所謂、ユニモルフ素子等の屈曲変位型の圧電素子を用いることも好ましい。さらに、圧電素子２１としては、所謂、積層型圧電素子を用いてもよい。さらにまた、圧電素子には高分子圧電材料を用いることも好ましい。

圧電素子２１には４個のダイオードを組み合わせて構成される整流回路２２が接続されている。周知の通り、圧電材料に応力が作用すると、圧電効果により電圧が発生する。圧電素子２１に圧縮応力が加わる場合と引張応力が加わる場合とでは圧電素子２１で発生する電圧の正負が変わるために、整流回路２２を通して、常にチタンメッシュ１９に正の電圧が印加されるようになっている。これは、鉄筋１８に正の電圧が印加されると鉄筋１８の腐食を促進する結果となるので、そのような状態となることを防止するためである。

整流回路２２には、電極（つまり、鉄筋１８とチタンメッシュ１９）と並列にコンデンサ２３が設けられている。圧電素子２１で発生した電圧はリアルタイムに電極に印加されるが、このときに余剰電気がコンデンサ２３に蓄えられる。そして、圧電素子２１が発電してないときに、コンデンサ２３に蓄えられた電気が電極に供給されるようになっている。なお、コンデンサ２３に代えて、二次電池（例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等）を用いてもよい。

橋桁１３には、図２に示されるように、鉄筋（鋼材）１８と耐久性電極であるチタンメッシュ１９が埋設されており、整流回路２２の正極がチタンメッシュ１９に接続され、負極が鉄筋１８が接続されている。なお、図２には明示していないが、橋脚１１も橋桁１３と同様にコンクリート中に鉄筋およびチタンメッシュが埋設された構造であり、橋脚１１中の鉄筋およびチタンメッシュと整流回路２２とを接続することが好ましい。

桁橋１０では、風等の自然力により、実質的に常時、橋桁１３および床板１５に歪みまたは撓みや振動が生じている。また、床板１５上を鉄道や自動車等の交通手段が通過することによって、橋桁１３および床板１５が撓みまたは歪み、または振動する。このような撓み等が発生した際には、支承１４が変形することによってこの撓み等が吸収され、桁橋１０の構造が維持される。こうして支承１４が変形する際に圧電素子２１に応力が掛かって圧電素子２１に電圧が発生し、発生した電圧が電極に印加される。これにより、鉄筋１８とチタンメッシュ１９との間（コンクリート部分）に防食電流が流れ、鉄筋１８の腐食が抑制される。

橋桁１３および床板１５が撓みまたは歪み、または振動する際には、伸縮装置１７も伸縮する。そこで、伸縮装置１７に加わる力で圧電素子が発電するように、伸縮装置１７に圧電素子を配置することも好ましい。伸縮装置１７の構造には制限はなく、実際に使用されているもので構わない。

図３に橋桁１３と床板１５の拡大図を示す。桁橋１０では、床板１５にも圧電素子２１が埋設されている。床板１５の上を自動車等の交通手段が通行すると、自動車等の自重によって圧電素子２１に圧縮応力が印加されることにより、または自動車等が通行する際に床板１５が撓むことによって圧電素子２１が屈曲して電圧が発生し、発生した電圧が印加される。これにより、鉄筋１８とチタンメッシュ１９との間のコンクリート部分に防食電流が流れ、鉄筋１８の腐食が抑制される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、橋梁は図１に示した桁橋に限定されるものではなく、アーチ橋や吊り橋等、その構造に限定はない。また、コンクリート構造物としては、橋梁の他に、ビルディングやマンション等の建造物、あるいは塔等を挙げることができる。支承１４はゴム支承に限定されるものではなく、伸縮装置１７と同様に機械的に振動等を吸収する構成のものが用いられる場合には、その支承において撓み等が生ずる部分に圧電素子を設けることができる。

本発明は、コンクリート構造物の電気防食に好適である。

桁橋の概略構造を示す側面図。図１中の支承近傍の拡大図。橋桁と床板の部分の拡大図。

符号の説明

１０；桁橋
１１；橋脚
１２；橋台
１３；橋桁
１４；支承
１５；床板
１６；落橋防止システム
１７；伸縮装置
１８；鉄筋
１９；チタンメッシュ
２１；圧電素子
２２；整流回路
２３；コンデンサ

Claims

圧電素子に外力が作用することによって発生する電圧を直流電圧とした後に被防食鋼材と耐久性電極に印加することにより、前記被防食鋼材の腐食を抑制することを特徴とする電気防食方法。
コンクリート構造物中の鋼材の電気防食方法であって、
前記コンクリート構造物の所定位置に耐久性電極と圧電素子を設け、前記コンクリート構造物に作用する外力によって前記コンクリート構造物に生ずる歪みや撓み、振動を利用して前記圧電素子に電圧を発生させ、この電圧を直流電圧とした後に前記耐久性電極と前記鋼材に印加することにより、前記鋼材の腐食を防止することを特徴とする電気防食方法。
被防食鋼材と、耐久性電極と、圧電素子と、前記圧電素子で発生する電圧を直流電圧とする直流変換回路と、を具備し、
前記圧電素子に外力が作用することで前記圧電素子に発生する電圧を前記直流変換回路を通して前記被防食鋼材および前記耐久性電極に印加することにより前記被防食鋼材の腐食を抑制することを特徴とする電気防食装置。
コンクリート構造物中の鋼材を電気防食するための装置であって、
前記コンクリート構造物中の所定位置に設けられた耐久性電極と、
前記コンクリート構造物の所定位置に設けられた圧電素子と、
前記圧電素子で発生する電圧を直流電圧とする直流変換回路と、
を具備し、
前記コンクリート構造物に作用する外力によって前記コンクリート構造物に生ずる歪みや撓み、振動を利用して前記圧電素子に電圧を発生させ、この電圧が前記直流変換回路を通して前記耐久性電極と前記鋼材に印加されることにより前記鋼材の腐食を抑制することを特徴とする電気防食装置。