JP2011184744A - 鉄筋コンクリート構造物内部にある鉄筋の防食工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 鉄筋コンクリート構造物中のコンクリートの0.1〜10倍の電気抵抗率をもつ断面修復材で、鉄筋コンクリートの表面を被覆し、その内部に犠牲陽極材を設置し、犠牲陽極材の周りに、犠牲陽極材の不導態の生成を避けるのに充分なpHを持った電解質溶液を含有する多孔性材料を付設し、犠牲陽極材と鉄筋コンクリート内部の鉄筋を電気的に接続してなる塩害を受けた鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法であり、さらに、断面修復材を被覆した鉄筋コンクリートの表面に、有機−無機複合型塗膜養生剤を塗布してなる鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法を構成とする。
【選択図】 なし
Description
亜硝酸塩は、防錆効果を発揮するものの、外部から侵入する塩化物イオンの遮蔽効果を発揮するものではなく、また、亜硝酸型ハイドロカルマイトは、防錆効果を発揮するものの、これを混和したセメント硬化体が多孔質になりやすく、むしろ、外部からの塩化物イオンの浸透を許容しやすい。
断面修復材の収縮を低減する方法としては、膨張材、収縮低減剤、及び/又は繊維等を併用し、さらに、使用する膨張材として、組成や粒度の異なる二種類の膨張材を組み合わせて使用することが提案されている(特許文献5、特許文献6参照)。
しかしながら、有機−無機複合型塗膜養生剤を、断面修復材を被覆したモルタルやコンクリートの硬化体の表面に塗布することが、犠牲陽極材の防食効果に関して、どのような効果が発揮されるかについては知られていなかった。
なお、本発明における部や%は、特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明でいう断面修復材とは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを指す。
本発明では、膨張性能が良好なことから、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系膨張材を用いることが好ましい。
このような膨張材としては、各社より市販されている膨張材や静的破砕材が利用可能である。膨張材や静的破砕材は、多数市販されており、その代表例としては、電気化学工業社製、商品名「デンカCSA」や「デンカパワーCSA」、住友大阪セメント社製、商品名「サクス」、太平洋マテリアル社製、商品名「エクスパン」、「N-EX」、「ブライスター」、及び「太平洋ジプカル」などが挙げられる。
膨張材の使用量は、セメント100部に対して、2〜30部が好ましい。
収縮低減剤の使用量は、セメント100部に対して、1〜6部が好ましい。
繊維の使用量は、断面修復材100容量部中、0.01〜1.0容量部が好ましい。
細骨材の使用量は特に限定されるものではなく、用途や要求される作業性に応じて適宜調整される。
本発明における断面修復材の電気抵抗率は、コンクリート構造物の電気抵抗率の0.1〜10倍が好ましく、0.5〜5倍がより好ましい。電気抵抗率が0.1倍未満では復極量が小さくなり、コンクリート構造物内部の鉄筋が腐食しやすくなる場合がある。電気抵抗率が小さいと防食電流が流れやすくなるが、同時に腐食電流も流れやすくなる。鉄筋の腐食の有無はこれらのバランスによって決まり、腐食電流の影響が大きいため、腐食が進行しやすくなると考えられる。電気抵抗率が10倍を超えると、電気抵抗が高いために防食電流が流れにくくなり、防食範囲が狭まり、犠牲陽極材の防食効果が小さくなる場合がある。
断面修復材の電気抵抗率は、水結合材比の調整や、各種混和材や炭素繊維の混和、ポリマー混和量を変えたポリマーセメントモルタルの使用等により調整できる。
ここで、乳化重合は、重合すべき単量体を混合し、これに乳化剤や重合開始剤等を加え水系で行なう一般的な乳化重合方法である。
膨潤性粘土鉱物との配合安定性を得るには、アンモニア、アミン類、及びカセイソーダなどの塩基性物質を使用し、pH5以上に調整したものが好ましい。
合成樹脂水性分散体の粒子径は、一般的に100〜300nmであるが、60〜100nm程度の小さい粒子径のものが好ましい。
水溶性樹脂としては、純水への溶解度が常温で1%以上であるものであれば良く、樹脂単位重量当たりの水素結合性基又はイオン性基が10〜60%であることが好ましい。
また、平均分子量は2,000〜1,000,000が好ましい。
水溶性樹脂の使用量は、合成樹脂水性分散体の固形分100部に対して、固形分換算で0.05〜200部が好ましい。
そのうち、日本ベントナイト工業会、標準試験方法 JBAS-104-77に準じた方法で測定した膨潤力が20ml/g以上の粘土鉱物、特に、フッ素雲母やベントナイトが好ましい。
また、膨潤性粘土鉱物のイオン交換当量は100g当たり、10ミリ当量以上が好ましい。
さらに、膨潤性粘土鉱物のアスペクト比が50〜5,000のものが好ましい。
アスペクト比とは、例えば、電子顕微鏡写真等により求めた層状に分散した粘土鉱物の粒子の長さ/厚みの比である。
膨潤性粘土鉱物の使用量は、合成樹脂水性分散体の固形分100部に対して、1〜50部が好ましい。
架橋剤の使用量は、合成樹脂水性分散体と水溶性樹脂の合計の固形分100部に対して、固形分換算で0.01〜30部が好ましい。
有機−無機複合型塗膜養生剤は、断面修復材の凝結が終結した後、表面に塗布することが好ましい。例えば、数時間から数日等、時間が経つと、モルタルの表面が乾燥し、ひび割れが発生しやすくなる。
このような有機−無機複合型塗膜養生剤としては、電気化学工業社の「RISフルコート」や「クラッコフ」、東亞合成社の「CA2」シリーズを用いることができる。
多孔性材料を得るには、モルタルに、混和材料として軽量細骨材、気泡剤、及び膨張材等を使用したり、モルタル中の空気量を適正に調整して、未だ固まらないモルタルを製造し、これを犠牲陽極材の金属に被覆し、硬化した状態で細孔が分散した多孔質の被覆となるようにする。モルタルの練混ぜのさいに、アルカリ金属化合物を添加して、アルカリ度をさらに高くしたモルタルを得ることも可能である。
鉄筋コンクリート内部の鉄筋に、その鉄筋より標準電極電位の低い金属を電気的に接続すると、鉄筋自体の電位が低くなる。そのため、電位を測定することで、その数値から有効性を判断できる。
電位の測定は、コンクリート内部の鉄筋の犠牲陽極材を設置した面を測定点とし、鉛照合電極を用い測定する。このとき犠牲陽極材と鉄筋の接続を切り離せるようにしておき、接続を切り離した直後のインスタントオフ電位と、24時間経過後の電位(24時間後オフ電位)を測定し、これらの差から復極量を算出する。復極量が大きいほど鉄筋を防食する効果が大きい。
塩害を受けたコンクリート構造物の断面修復を想定した実験を行った。
塩害を受けたコンクリートとして、単位セメント量が330kg/m3、水セメント比が60%、s/aが52%、NaClの添加量が12kg/m3のコンクリートを調製した。なお、このコンクリートの電気抵抗率は100Ω・mであった。
セメント100部に対し、膨張材a5部、膨張材b5部、収縮低減剤3部、細骨材、減水剤、ポリマー、及び繊維a、繊維bを配合し、水結合材比や、ポリマーと繊維bの添加率を変えて表1のように電気抵抗率を変えた断面修復材を調製した。
調製した断面修復材を型枠に詰めて4×4×16cmの供試体を作製し、材齢28日で長さ変化率を測定した。また、既設コンクリート板の上に、縦30cm、横30cm、厚さ3cmとなるように調製した断面修復材を打設し、材齢28日でひび割れの発生状況を観察した。
15×15×53cmの型枠を用いて、軸方向の半分にコンクリートを打設し、残りの半分に断面修復材を打継いで試験体を作製した。このとき、供試体の軸方向の中央にφ13mmのみがき鋼棒を設置し、断面修復材側に犠牲陽極材Aを設置した。みがき鋼棒と犠牲陽極材にそれぞれリード線をつなぎ、試験体の外部で、電気的接続のオン−オフ操作ができるようにした。試験体を40℃に加温して鉄筋の腐食を促進させた。
断面修復材内部の犠牲陽極材を設置した面で、鉄筋の中心に相当する点を測定点とし、鉛照合電極を用いて、インスタントオフ電位と24時間後オフ電位を測定し、それらの差から復極量を算出した。なお、復極量を測定するとき以外は、みがき鋼棒と犠牲陽極材を電気的に接続した状態とした。みがき鋼棒の発錆の有無を観察し、防錆効果を確認した。結果を表1に併記する。
セメント :普通ポルトランドセメント、密度3.15g/cm3、ブレーン値3,100cm2/g
膨張材a :エトリンガイト−石灰複合系膨張材、ブレーン値3,000cm2/g
膨張材b :カルシウムサルホアルミネート系膨張材、ブレーン値6,000cm2/g
収縮低減剤:粉末収縮低減剤、市販品
ポリマー :ポリアクリル酸−酢酸ビニル−ベオバ系粉末ポリマー、市販品
繊維a :ビニロン繊維、市販品
繊維b :炭素繊維、市販品
減水剤 :ポリカルボン酸系減水剤、市販品
細骨材 :川砂、密度2.62g/cm3、アルカリシリカ反応性なし
粗骨材 :川砂利、密度2.64g/cm3、アルカリシリカ反応性なし
塩化ナトリウム(NaCl):食塩、市販品
水 :水道水
犠牲陽極材A:アルカリシリカ反応抑制剤としてのLiOHを含有する多孔性モルタルで覆われた亜鉛塊
電気抵抗率:供試体を作製した翌日に脱型し、20℃、60%RHで養生し、材齢28日で四電極法にて測定。
長さ変化率:JIS A 1171に準拠。収縮量の評価
ひび割れ :ひび割れ抵抗性で、ひび割れが発生した場合を不可、ひび割れの発生がない場合を可とした。
復極量 :材齢6ヶ月において、鉛照合電極を用い、コンクリート内部の鉄筋と犠牲陽極材の電気的接続を切断した直後のインスタントオフ電位と、切断して24時間経過後の24時間後オフ電位を測定し、下式により復極量を算出した。
復極量(mV)=[Eio(mV)]−[Eof(mV)]
Eio :インスタントオフ電位
Eof :24時間後オフ電位
防錆効果 :材齢6ヶ月で鉄筋の錆の有無を確認した。鉄筋に錆が発生しなかった場合は良、1/10の面積以内で錆が発生した場合は可、1/10の面積を超えて錆が発生した場合は不可とした。
実験No.1- 5において、表2に示す犠牲陽極材を断面修復材内部に設置し、アルカリシリカ反応性骨材を配合して、アルカリシリカ反応(ASR)の抑制効果の有無を調べたこと以外は実験例1と同様に行った。なお、比較のために、犠牲陽極材を設置しない場合や、金属の周りの多孔性モルタルにアルカリシリカ反応抑制剤を含まない場合について調べた。結果を表2に併記する。
犠牲陽極材B:アルカリシリカ反応抑制剤としてのLiOHを含有する多孔性モルタルで覆われた、亜鉛/アルミニウムの比が1/1である亜鉛アルミニウム合金
犠牲陽極材C:アルカリシリカ反応抑制剤としてのLiOHを含有する多孔性モルタルで覆われた、アルミニウム塊
犠牲陽極材D:アルカリシリカ反応抑制剤としてのLiOHを含有する多孔性モルタルで覆われた、マグネシウム塊
犠牲陽極材E:アルカリシリカ反応抑制剤としてのLiOHを含有する多孔性モルタルで覆われた、亜鉛/マグネシウムの比が1/1である亜鉛マグネシウム合金
犠牲陽極材F:アルカリシリカ反応抑制剤としてのLiOHを含有する多孔性モルタルで覆われた、アルミニウム/マグネシウムの比が1/1であるアルミニウムマグネシウム合金
犠牲陽極材G:アルカリシリカ反応抑制剤としてのLiOHを含有する多孔性モルタルで覆われた、亜鉛/アルミニウム/マグネシウムの比が1/1/1である亜鉛アルミニウムマグネシウム合金
犠牲陽極材H:アルカリシリカ反応抑制剤を含まない多孔性モルタルで覆われた亜鉛塊
ASR抑制効果:軸方向の中央にφ13mmのみがき鋼棒を設置し、犠牲陽極材を設置した、10×10×40cmの断面修復材の試験体を作製した。40℃で養生して長さ変化率を測定し、材齢6ヶ月の長さ変化率が、500×10-6未満の場合は「良」、500〜1,000×10-6の場合は「可」、1,000×10-6を超える場合は「不可」とした。
実験No.1- 5において、断面修復材の表面に表3に示す塗布量で有機−無機複合型塗膜養生剤を塗布し、1月後、3月後、6月後、及び1年後のモルタル硬化体の電気抵抗率を測定したこと以外は実験例1と同様に行った。
なお、有機−無機複合型塗膜養生剤を用いない場合と、比較として、従来の塗膜養生剤を塗布した場合についても同様に行った。結果を表3に併記する。
有機−無機複合型塗膜養生剤:アクリル樹脂-フッ素雲母の複合型塗膜養生剤
従来の塗膜養生剤:EVA系塗膜養生剤、市販品
Claims (8)
- 塩害を受けた鉄筋コンクリート構造物の断面修復する鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法において、鉄筋コンクリート構造物中のコンクリートの0.1〜10倍の電気抵抗率をもつ断面修復材で、鉄筋コンクリートの表面を被覆し、その内部に犠牲陽極材を設置し、前記犠牲陽極材の周りに、犠牲陽極材の不導態の生成を避けるのに充分なpHを持った電解質溶液を含有する多孔性材料を付設し、前記犠牲陽極材と鉄筋コンクリート内部の鉄筋を電気的に接続してなることを特徴とする鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法。
- 前記多孔性材料が、アルカリシリカ反応抑制剤を含有してなることを特徴とする請求項1記載の鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法。
- 前記アルカリシリカ反応抑制剤がリチウム含有化合物を含有してなることを特徴とする請求項2記載の鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法。
- 前記犠牲陽極材の金属が、亜鉛、アルミニウム、及びマグネシウムからなる群より選ばれた一種又は二種以上を含む金属又は合金であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法。
- 前記断面修復材を被覆した鉄筋コンクリートの表面に、有機−無機複合型塗膜養生剤を塗布してなることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法。
- 前記有機−無機複合型塗膜剤が、合成樹脂水性分散体、水溶性樹脂、及び膨潤性粘土鉱物を含有してなることを特徴とする請求項5に記載の鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法。
- 前記有機−無機複合型塗膜剤の膨潤性粘土鉱物が、合成フッ素雲母であることを特徴とする請求項6に記載の鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法。
- 有機−無機複合型塗膜剤の使用量が、100〜500g/m2であることを特徴とする請求項5〜7のうちのいずれか1項に記載の鉄筋コンクリート内部の鉄筋の防食工法。
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