JP2009197292A - 水中に設けられた鋼構造物の防食装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 塩分濃度が高い海洋中の岸壁や港湾等に建設された鋼構造物を保持・管理するために飛沫帯や干満帯と称される大気と水面の境界区域を簡単な装置で確実に防食することができる鋼構造物の防食装置を提供する。
【解決手段】 鋼構造物の飛沫帯や干満帯の周囲に該鋼構造物の鋼材よりもイオン化傾向が大きい金属を直接に接続または伝導性材を介在させて接続して伝導可能にするとともに該イオン化傾向が大きい金属が設けられた周囲を腐食環境が厳しい外気雰囲気と遮断するために上端が密閉され且つ下端が水面下まで延びる被覆部材で被覆する。
【選択図】 図１

Description

この出願の発明は海洋、河川および湖沼環境に建設されている鋼構造物の防食装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は特に塩分濃度が高く腐食環境が厳しいとされる海洋中の岸壁や港湾等に建設されている鋼構造物の飛沫帯や干満帯における腐食による劣化を防ぐための防食装置に関するものである。

鋼材は加工性が良好で機械的強度が高くしかも大量生産が可能なために多くの構造建築物の材料として使用されているが他の構造材料に比較して大気中での腐食性が大きいという欠点がある。この鋼構造物を腐食による劣化から防ぐために従来から種々の防食方法が行われている。例えば、（イ）鋼材そのものを耐腐食性にする方法、（ロ）鋼材の表面に塗料などの有機物を被覆する方法、（ハ）鋼材の表面にメッキなど金属を被覆する方法、（ニ）電気防食法による方法、（ホ）腐食抑制剤を添加する等の方法が知られている。
ただ、実際の鋼構造物の腐食環境は多種多様であり腐食対策も腐食環境に応じて多種多様な腐食抑制法（防食方法）が用いられている。特に塩分濃度が高い海洋中の岸壁や港湾等に建築されている鋼構造物では複数の防食方法を組み合わせる防食法が一般に行われている。例えば、腐食環境がきわめて厳しいとされている海洋中の岸壁や港湾に建設されている鋼管杭は海底土中に打ち込まれ海水中を経て海面上まで伸びており１本の鋼管杭であっても鋼管杭全体の腐食環境は一様ではなく鋼管杭の部位により腐食速度は大きく異なっている。

このような鋼構造物を防食する場合は大気中の部位を塗料やメッキ等で被覆して防食する一方、水中では電気防食法によって腐食を抑制する方法が最も普通に行われている。
この電気防食法とは水中の鋼構造物の鋼材が電解質である周囲の海水と海水に含まれている酸素により形成される腐食電池構造を利用するものであるが、具体的には防食の対象となる鋼構造物よりイオン化傾向が高いアルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の金属を鋼構造物の周辺に設置するとともに該鋼構造物と伝導体で連結してイオン化傾向が大きい金属が鋼構造物の代わりにイオン化して防食の対象である鋼構造物がイオン化（腐食）するのを抑制するものである。このように大気中や海水中の環境下に建設されている鋼構造物であっても腐食環境に応じた腐食抑制方法を組み合わせることにより鋼構造物が腐食するのが抑制されている。

ところが干潮時においては大気中に露出する一方、満潮時には水面下になる干満帯と呼ばれる大気と水面の境界部分は塗料やメッキを利用する防食方法が困難であるだけでなくこの領域は絶えず水面下に保持されていないため電気防食法を用いることは不可能である。また、干満帯より少し上方に位置する飛沫帯も多量の塩分を含んだ水滴が絶えず接触する環境にあり腐食環境が極めて高い状態になっている。このような海洋の岸壁や港湾等に建設された鋼構造物の飛沫帯や干満帯を対象にした防食方法に関する技術も数多く知られているが（特許文献１〜５）、従来から知られている鋼構造物の飛沫帯や干満帯を対象にした防食装置は単に飛沫帯や干満帯の周囲を被覆して腐食環境を緩和しながら水中の腐食電池構造を利用したり被覆する金属板の腐食を防ぐものであり海洋中に建設されている鋼構造物の飛沫帯や干満帯を被覆して酸素の遮断と電気防食の相乗効果で効率よく確実に防食する装置は未だ知られていない。
： 特開平０６−１７３２８７号公報 ： 特開平 ９−３０２７０１号公報 ： 特許第３３４９１１９号公報 ： 特開２００７−７７４７４号公報 ： 特開２０００−１７６８１号公報

この出願の発明は塩分濃度が高く腐食環境がきわめて厳しいとされている海洋中の岸壁や港湾等に建設された鋼構造物における大気中と水面の境界部分である飛沫帯や干満帯と称される部位を簡単な装置で効率よく防食できる防食装置を提供するものである。

この出願の発明は上記の課題を解決するものとして、第１には、鋼構造物の飛沫帯や干満帯の周囲に該鋼材よりもイオン化傾向が大きい金属を設けて通電可能にするとともにその周囲を上端が密閉され下端が水面下まで延びる部材で被覆された鋼構造物の防食装置を提供する。
第２には、イオン化傾向が大きい金属の形態が線状、棒状、板状、粒状または網状のいずれかである上記の鋼構造物の防食装置を提供する。
第３には、鋼構造物に対して被覆部材が空隙を有して設けられている上記の鋼構造物の防食装置を提供する。
第４には、鋼構造物および被覆部材の両方または一方に下端部が水面下まで伸びる縦方向の凹部が設けられている上記の鋼構造物の防食装置を提供する。
第５には、鋼構造物と被覆部材の間に非伝導性多孔体が設けられた上記の鋼構造物の防食装置を提供する。
第６には、金属からなる被覆部材の上端部が非伝導性材を介在して設けられている上記の鋼構造物の防食装置を提供する。
第７には、被覆部材の底面が半透膜で形成されているとともに被覆部材内の浸透圧が水面下の浸透圧よりも高く保持されている上記の鋼構造物の防食装置を提供する。
第８には、被覆部材の上端部が鋼構造物に施された他の防食処理の部位を被覆するように設けられた上記の鋼構造物の防食装置を提供する。

上記第１の発明によれば、腐食環境の厳しい環境に建設されている鋼構造物の飛沫帯や干満帯の周囲に該鋼構造物よりもイオン化傾向が大きい金属を設けて通電可能とするとともに被覆部材で被覆することにより飛沫帯や干満帯を過酷な腐食環境から遮断しながら電気防食法により鋼構造物の防食を可能にする。
上記第２の発明によれば、イオン化傾向が大きい金属の形態を線状、棒状、板状、粒状または網状に特定することにより効果的な鋼構造物の防食を可能にする。
上記第３の発明によれば、鋼構造物の飛沫帯や干満帯の周囲に被覆部材を空隙を有するように設けることにより海水等の導電性液を被覆部材の上端まで吸い上げて鋼構造物とイオン化傾向が大きい金属間の導電性を良好にすることができる。
上記第４の発明によれば、鋼構造物または部材の表面に下端部が水面下まで伸びる縦方向の凹部を設けることにより該凹部から海水等の導電性液を被覆部材の上端まで吸い上げて鋼構造物とイオン化傾向が大きい金属間の導電性を良好にすることができる。
上記第５の発明によれば、鋼構造物と部材の間に非導電性の多孔体を設けることにより多孔体の空隙を通して海水等の導電性液を被覆部材の上端まで吸い上げて鋼構造物とイオン化傾向が大きい金属間の導電性を良好にすることができる。
上記第６の発明によれば、導電性部材の上端部を非伝導性材を介在することにより鋼構造物とイオン化傾向が大きい金属との電気防食を効率的に行うことができる。
上記第７の発明によれば、部材の底面に半透膜を設けて部材内の浸透圧を水面下の浸透圧よりも高くすることにより被覆部材内を絶えず海水等の導電性液で満たして鋼構造物とイオン化傾向が大きい金属間の導電性を良好にすることができる。
上記第８の発明によれば、部材の上端部が鋼構造物に施された他の防食処理の部位を被覆するように設けることによりメッキや塗料で被覆された部分との境界部分の防食を効果的に行うことができる。

従来から海洋中の岸壁や港湾等に建設されている鋼構造物の水面下の腐食を防ぐ方法としては電気防食法が一般的に行われている。この電気防食法とは金属（鋼構造物）から電解質（海水）へ流れ出ようとする腐食電流に打ち勝つだけの直流電流を連続的に電解質側から金属に流し込むことにより防食対象の金属がイオン化（腐食）するのを防止するものである。具体的には防食対象の鋼構造物よりもイオン化傾向が大きいアルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の金属を該鋼構造物の周辺に設けて鋼構造物と直接または間接に通電させて鋼構造物の代わりにイオン化することにより鋼構造物がイオン化（腐食）するのを防ぐことが一般的に行われている。従来から良く知られている電気防食法は図５で示したように鋼構造物の水面下における防食を対象とするものであり腐食環境が厳しいとされている大気中と水面の境界部分である飛沫帯や干満帯に対する有効な防食手段になり得ない点で大きな課題を有している。この出願の発明は基本的には電気防食法の原理を利用するものであるが飛沫帯や干満帯においても防食が可能である点に特徴を有している。
この出願の発明の態様の詳細を図１〜図４にしたがって下記に説明する。

この出願の発明の装置の構造を分かり易くするために装置の概要を小型化して説明すると、防食の対象である鋼材線の表面に該鋼材線よりイオン化傾向が大きい金属で成形された細線を接合するとともに該鋼材線を化学の実験等で使用するピペットに挿入し先端部を密閉した後、ピペット内を海水等の電解質で満たす。そしてピペットの先端を上に向け反対側を海面下に保持してピペット内を大気雰囲気と遮断した構造とするものである。
すなわち、この出願の発明は上記の構造をそのまま大型化して防食の対象である海洋中の鋼構造物に適用するものであるが、具体的には海洋中に建設されている鋼構造物の飛沫帯や干満帯の周辺に該鋼構造物の鋼材よりもイオン化傾向が大きいアルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の金属を設けるとともにその周囲を上端が密閉され下端が水面下まで延びる被覆部材で被覆する。そして、被覆部材内を吸引して電解質（海水）で満たすことにより被覆部材内の鋼構造物とイオン化傾向が大きい金属を伝導可能にするものである。
すなわち、この出願の発明は従来から水面下において行われている鋼構造物の電気防食法と同じ防食環境を腐食環境が厳しいとされる海洋中の鋼構造物の飛沫帯や干満帯の周囲に構築することを要旨とするものである。

図１はこの出願の発明の態様を模式的に示したものである。図１において（２）で示されているものは防食の対象である鋼構造物（１）の表面に設けられている該鋼構造物よりイオン化傾向が大きい金属であり具体的にはアルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の金属である。この鋼構造物（１）よりイオン化傾向が大きい金属（２）の形態は線状、、棒状、網状、板状または粒状のいずれでもよいが鋼構造物（１）の周囲に線状のものを縦方向に複数設けることが簡単で効率的である。なお、鋼構造物（１）の表面にイオン化傾向が大きい金属（２）を設ける方法については、海面（４）より深い部分に設けられている通常の電気防食と同じように導電体（３）を介在させて鋼構造物（１）とイオン化傾向が大きい金属（２）を接続してもよいし、鋼構造物（１）の表面にイオン化傾向が大きい金属（２）を溶接等の方法により直接に設けてもよい。そしてこの出願の発明はイオン化傾向が大きい金属（２）が設けられている周囲をさらに被覆部材（５）で被覆して内部を海水で満たすことにより大気中の酸素を遮断するものである。要するにこの出願の発明は塗装やメッキが困難な飛沫帯や干満帯において、鋼構造物の周囲に該鋼構造物よりイオン化傾向が大きい金属を設けて伝導可能にするとともにその周囲をさらに被覆部材で被覆して内部を電解質（海水）で満たすことにより大気中の酸素を遮断した状態でイオン化傾向が大きい金属を鋼構造物の代わりにイオン化させて防食対象の鋼構造物がイオン化（腐食）するのを防ぐことを要旨とするものである。

なお、この出願の発明は鋼構造物（１）と大気中の酸素を遮断することを要件とするものであるが、たとえ被覆部材（５）の亀裂等により被覆部材（５）内に微量の酸素が漏入しても化学反応により酸素が消費されるため被覆部材（５）の内部は実質的に酸素がほとんど存在しない状態になる。この被覆部材（５）に使用する部材は特に限定されるわけではないがゴムや薄板の金属やプラスチックのように曲げ易い（フレキシブル）材料の方が防食の対象である鋼構造物（１）の形状に容易に対応させることができるため好適である。
ただ被覆部材として金属板を使用する場合には防食対象の鋼構造物（１）と直接接触しないように絶縁部材（６）を介在させて鋼構造物（１）と被覆部材（５）が通電するのを防ぐことが必要である。すなわち、この出願の発明は鋼構造物（１）の飛沫帯や干満帯の周囲に２〜１００ｍｍ程度の間隙を有する被覆部材（５）を設けてその中に海水が満たされた構造にするものである。なお、鋼構造物（１）の周囲に被覆部材（５）を設ける方法は特に限定されるわけではないが鋼構造物（１）の周囲に縦方向に切断したものを広げて被覆した後、切断部分を繋ぎ合わせる方法や縦方向に分割された各パーツで被覆した後、切断部分を繋ぎ合わせる方法等がある。そして被覆部材（５）で被覆した後で適当な方法で内部の空気を吸引除去することにより内部の空気を海水と置換する。なお、被覆部材（５）は大気に接している部分が密閉されている限り被覆部材（５）内の海水は保持されるため被覆部材（５）の底部は必ずしも密閉にする必要はないが底部を密閉にしてもよい。

図１では鋼構造物（１）と被覆部材（５）の間を空隙にする態様について説明したが、この出願の発明はイオン化傾向が大きい金属（２）が設けられている周囲を電解質である海水で満たすとともに大量の酸素が存在する外気雰囲気と遮断する環境であればよく、必ずしも図１に記載の態様に限定されるわけではない。例えば、図２に示されるように被覆部材（５）の内部に非伝導性の連通気泡体（７）を装填して被覆部材（５）の内部を毛細管現象で吸い上げられた海水で充満させてもよい。このようにこの出願の発明は海洋中の岸壁や港湾等に建設されている鋼構造物の飛沫帯や干満帯を従来から海面下で行われている電気防食法と同じ条件にする構造にして鋼構造物の腐食を防止するものである。

図1では鋼構造物（１）と被覆部材（５）の間に２〜１００ｍｍ程度の空隙を設けて海水を満たす態様を説明し、図２では被覆部材（５）の内部に非伝導性の連通気泡体を装填することにより海水を満たす態様を説明したが、このような態様とは別に図３に示されているように鋼構造物（１）および被覆部材（５）のいずれかに縦方向の凹溝（８）を形成するとともに該凹溝（８）内にイオン化傾向が大きい金属（２）を設けて毛細管現象を利用して海水を汲み上げて被覆部材（５）内を海水で満たしてもよい。なお、該凹溝（８）としては断面形状が方形、三角形あるいは円形および楕円形の半割り形状が考慮される。
さらに、他の態様としては図４に示されているように被覆部材（５）の水面下にある底部に半透膜（９）を設けるとともに被覆部材（５）の内部の電解質の濃度を濃くすることにより浸透圧を利用して絶えず被覆部材（５）の内部に海水が移行するようにしてもよい。
なお、この出願の発明は基本的には被覆部材（５）の内部が電解質である海水で絶えず満たされていることを要件とするものであるが、たとえ被覆部材（５）にひび割れが生じたり鋼構造物と被覆部材（５）の間に生じた隙間等から微量の空気が流入して空隙が形成されたとしても僅かの時間だけ腐食が進行した後は酸素が消費し尽されてほとんどが窒素だけの気体になり腐食しない環境になるので腐食効果が低下することはない。このことは海洋中に設けられている鋼管杭の内面側からの腐食がほとんど進行しない現象からも容易に理解できる。

鋼構造物と被覆部材の間が空隙の防食装置の模式図である。 鋼構造物と被覆部材の間に非伝導性の連通気泡体が充填された防食装置の模式図である。 被覆部材または鋼構造物のいずれかに縦方向の凹溝が形成された防食装置の模式図である。 被覆部材の底部に半透膜が設けられた防食装置の模式図である。 従来の海面下に電気防食装置が設けられた防食装置の模式図である。

符号の説明

１ 鋼構造物
２ 鋼構造物よりイオン化傾向が大きい金属
３ 導電体
４ 海面
５ 被覆部材
６ 絶縁部材
７ 連通気泡体
８ 凹溝
９ 半透膜
１０ 柵

Claims (8)

1. 鋼構造物の飛沫帯および／または干満帯の周囲に該鋼材よりもイオン化傾向が大きい金属を直接または伝導性材を介在して設けて通電可能にするとともに該イオン化傾向が大きい金属が設けられた周囲を上端が密閉され且つ下端が水面下まで延びる被覆部材が設けられていることを特徴とする鋼構造物の防食装置。
2. 鋼構造物よりもイオン化傾向が大きい金属の形態が線状、棒状、板状、粒状または網状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の鋼構造物の防食装置。
3. 鋼構造物に対して被覆部材が空隙を有して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼構造物の防食装置。
4. 鋼構造物および被覆部材の両方または一方に下端部が水面下まで伸びる縦方向の凹部が設けられていることを請求項１または２に記載の鋼構造物の防食装置。
5. 鋼構造物と被覆部材の間に非伝導性多孔体が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼構造物の防食装置。
6. 金属からなる被覆部材の上端部が非伝導性材を介在して設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の鋼構造物の防食装置。
7. 被覆部材の底面が半透膜で形成されているとともに被覆部材内の浸透圧が水面下の浸透圧よりも高く保持されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の防食装置。
8. 被覆部材の上端部が鋼構造物に施された他の防食処理の部位を被覆するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の防食装置。