JP2013185174A

JP2013185174A - コンクリート中鉄筋に対する防食方法

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Publication number: JP2013185174A
Application number: JP2012049503A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Otani; 俊介大谷; Yukihiro Sone; 幸宏曽根
Original assignee: Nakabohtec Corrosion Protecting Co Ltd
Current assignee: Nakabohtec Corrosion Protecting Co Ltd
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: JP5851287B2

Abstract

【課題】陽極を常に活性化した状態に維持することで、大きな電流を安定して発生させることができ、従来の陽極材を用いた防食方法における発生電流が小さいとの問題点を解消し、特に、断面修復に起因するマクロセル腐食による再劣化を防止し得るコンクリート中鉄筋に対する防食方法を提供すること。
【解決手段】陽極材Ａを鉄筋が露出したコンクリート開口部１１に埋め込み、陽極材Ａと鉄筋１２を導通させ、開口部を断面修復材で充填するコンクリート中鉄筋に対する防食方法において、前記陽極材Ａとして、任意形状のアルミニウム合金もしくは亜鉛合金１の表面を、塩化物を含有するゲル層４で被覆し、該ゲル層４の上に、塩化物を含有させた布材５を張り付け、さらにその上をセメント系材料６で被覆した陽極材を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート中鉄筋に対する防食方法に関し、特に、塩害によって部分的に断面修復を行うコンクリート建造物において、該断面修復を行う箇所に好適に適用され、断面修復に起因するマクロセル腐食による再劣化を防止し得る電気防食方法に関する。

コンクリート建造物の断面修復によるマクロセル腐食は、既設コンクリート部と断面修復部とを貫通する鉄筋の電位差によって生じる。そのため、断面修復施工後に断面修復部と既設コンクリート部との境界の鉄筋が集中的に腐食し、数年後に再補修が必要になることがある。

マクロセル腐食を防止するためには、塩化物イオンが侵入した部位をできるだけはつりとることが必要である（非特許文献１参照）。しかしながら、塩化物イオンが侵入したコンクリート全てを取り除くことは困難であるのが実情である。
断面修復部に陽極を設置する手法による電気防食の従来の技術としては、高アルカリ溶液を含有する多孔性材料によって周りを付設したアルミニウム、アルミニウム合金、カドミウム、カドミウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金などの犠牲陽極をコンクリート開口部に挿入し、陽極と鉄筋をコネクターやリード線により接続させて鉄筋を防食する方法がある（特許文献１および特許文献２参照）。

また、陽極材料の取替えを可能にするため断面修復材料と多孔性材料との間に非接着性吸湿材を介する方法があり、この非接着性吸湿材として、潮解性のある塩化カルシウム、塩化マグネシウムまたは塩化リチウムをシリカゲル、吸水性樹脂、水溶性高分子、粘土、ベントナイト、微粉状ゼオライト、珪藻土などでゲル化させたものが提案されている（特許文献３参照）。

「コンクリート便覧第II版」１９９６年２月１５日、技報堂出版発行

特許第３０９９８３０号公報特許第３５２１１９５号公報特許第３５５６６３１号公報

コンクリート中鉄筋の電気防食方法において、断面修復部に用いられる従来の陽極材は、アルミニウム、アルミニウム合金、カドミウム、カドミウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金などの犠牲陽極の周りを高アルカリ性の電解質溶液を含有する多孔性材料で覆うことによって、犠牲陽極の不動態化を防いでいる。しかし、このような従来の陽極材は、時間の経過とともにこの電解質溶液が周囲に拡散するなどして失われ、犠牲陽極が活性化しにくく、コンクリート中の鉄筋と短絡させると、陽極電位が大きく上昇して発生電流が小さくなることがある。

本発明は、陽極を常に活性化した状態に維持することで、大きな電流を安定して発生させることができ、従来の陽極材を用いた防食方法における発生電流が小さいとの問題点を解消し、特に、断面修復に起因するマクロセル腐食による再劣化を防止し得るコンクリート中鉄筋に対する防食方法を提供することを目的とする。

本発明は、コンクリート中鉄筋の電気防食方法において、断面修復部に用いられる陽極材として、特定構造の陽極材を用いることにより、上記目的を達成したものである。
すなわち、本発明は、陽極材を鉄筋が露出したコンクリート開口部に埋め込み、陽極材と鉄筋を導通させ、開口部を断面修復材で充填するコンクリート中鉄筋に対する防食方法において、前記陽極材として、任意形状のアルミニウム合金もしくは亜鉛合金の表面を、塩化物を含有するゲル層で被覆し、該ゲル層の上に、塩化物を含有させた布材を張り付け、さらにその上をセメント系材料で被覆した陽極材を用いることを特徴とするコンクリート中鉄筋に対する防食方法を提供するものである。

本発明では、陽極材の犠牲陽極として、海洋鋼構造物の電気防食に多くの実績があるアルミニウム合金、もしくは船舶、熱交換器、土壌中の埋設物の電気防食に多くの実績がある亜鉛合金を用いる。このアルミニウム合金と亜鉛合金は、塩化物を含有する環境中では分極抵抗が小さく、鋼材と短絡させると小さな電位変化で大きな電流を発生することができる。そのため、本発明では、陽極材を、アルミニウム合金もしくは亜鉛合金の表面に塩化物を保持する構成としている。
すなわち、本発明の陽極材は、アルミニウム合金もしくは亜鉛合金の周りを塩化物を含有するゲル層で覆い、該ゲル層の周りに塩化物を含有させた布材を巻き付け、さらにその周りをセメント系材料で被覆した構造となっている。

本発明のコンクリート中鉄筋に対する防食方法によれば、陽極を常に活性化した状態に維持することで、大きな電流を安定して発生させることができ、従来の陽極材を用いた防食方法における発生電流が小さいとの問題点を解消し、特に、断面修復に起因するマクロセル腐食による再劣化を防止することができる。

図１は、本発明で用いられる陽極材の一例を示す陽極材構造図である。図２は、図１に示す陽極材を、コンクリート開口部の鉄筋に複数個設置した状態を示す概略図である。図３は、実施例１および比較例１〜３における陽極材のアノード分極特性の結果を示すグラフである。図４は、実施例２における陽極材のアノード分極特性の結果を示すグラフである。図５は、実施例３における陽極材のアノード分極特性の結果を示すグラフである。図６は、実施例４における陽極材のアノード分極特性の結果を示すグラフである。

以下、本発明のコンクリート中鉄筋に対する防食方法を、図面を参照しながら説明する。
本発明で用いられる陽極材Ａは、例えば、図１に示すように、柱状もしくは板状のアルミニウム合金もしくは亜鉛合金１からなる陽極の表面を、塩化物を含有するゲル層４で被覆し、該ゲル層４の上に、塩化物を含有させた布材５を張り付け、さらにその上をセメント系材料６で被覆した構造を有する。なお、図１中、２は陽極材Ａを鉄筋に設置して陽極と鉄筋を接続させるためのリード線であり、３はアルミニウム合金もしくは亜鉛合金１にリード線２を接続するためのリベットである。

前記アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１は、コンクリート中の鉄筋に比べて電位が低いため、リード線２で両者を接続すると、アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１の溶解反応により断面修復材を介して鉄筋に防食電流を供給する。本発明では、前記アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１は、ゲル層４および布材５に含有させた塩化物溶液（塩化物と水）によって活性化されて、安定的に電流を鉄筋に供給することができる。特に、ゲル層４は、保水性が高いため、アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１の表面に設けることで溶解反応に必要な水と塩化物を保持する機能がある。また、ゲル層４は、塩化物を含有させた布材５で覆われているため、水と塩化物が供給される。

前記ゲル層４に含有させる塩化物および前記布材５に含有させる塩化物としては、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化リチウムが好ましい。これらの塩化物は、外部から吸水するため、溶解反応に必要な水が枯渇する惧れがほとんどない。これらの塩化物のなかでも、特に吸水性に富む塩化リチウムが好ましい。

前記ゲル層４は、吸水性樹脂、揮発性溶剤および塩化物溶液の混合物から形成されることが好ましい。この混合物からなるゲル層４で前記アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１の表面を被覆するには、この混合物を加熱溶解して前記アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１の表面に塗布すればよい。
前記ゲル層４の厚さは、０．５〜３ｍｍであることが好ましく、１〜２ｍｍであることがより好ましい。前記ゲル層４の厚さが厚すぎると、布材を張り付ける際の作業性が悪く、また前記ゲル層４の厚さが薄すぎると、水と塩化物を保持する機能が低くなる。

上記混合物における吸水性樹脂の割合は、該混合物中、１０〜２５質量％が好ましく、１５〜２０質量％がより好ましい。また、上記混合物における揮発性溶剤と塩化物溶液との比率は、質量比で、５：５〜９：１が好ましく、６：４〜７：３がより好ましい。
上記混合物中の吸水性樹脂の割合や揮発性溶剤と塩化物溶液との比率が、上記の範囲を逸脱すると、上記混合物を前記アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１の表面に均一に塗布し難くなる。

前記吸水性樹脂としては、例えば、ポリアルキレンオキサイド系、アクリル酸塩系などが用いられる。
また、前記揮発性溶剤としては、吸水性樹脂を溶液化できるものが好ましく、例えば、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、トルエンが好ましい。
前記塩化物溶液は、塩化物濃度が２０質量％以上であることが好ましく、飽和溶液がより好ましい。塩化物濃度が２０質量％未満であると、アルミニウム合金もしくは亜鉛合金が活性化しにくくなる。

前記ゲル層４に含有させる塩化物の量は、４〜２０質量％が好ましく、１０〜２０質量％がより好ましい。塩化物の含有量が少なすぎると、アルミニウム合金もしくは亜鉛合金が活性化しにくくなることと、布材からの水の吸水量が減少する。

前記ゲル層４の上に前記布材５を張り付けるには、塩化物を含有させていない状態の布材を、前記ゲル層４の上に巻き付け、これを塩化物溶液に浸漬すればよい。
前記布材５を張り付けることにより、前記アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１の表面に塩化物と水を長期間安定して保持することができる。
前記布材５の材料は、布材を浸漬する塩化物溶液の保持性に富む材料が好ましく、例えば、レーヨン、ポリエステル、ナイロン、綿などが好ましい。
また、前記布材５は、一定の厚さおよび目付け量を持つものが好ましく、厚さが厚すぎたり、目付け量が大きすぎると、張り付け時の作業性が悪くなり、厚さが薄すぎたり、目付け量が小さすぎると、塩化物溶液を十分に保持できない惧れがあるため、厚さ０．５〜１．０ｍｍで、目付け量５０〜１５０ｇ／ｍ² であることが好ましく、厚さ０．６〜０．８ｍｍで、目付け量８０〜１００ｇ／ｍ² であることがより好ましい。

布材を浸漬させる前記塩化物溶液としては、前記ゲル層４に用いられる塩化物溶液と同様の塩化物溶液が用いられる。

前記布材５に含有させる塩化物溶液の量は、布材が保持しえる限界量に近いほど好ましい。塩化物溶液の含有量が少なすぎると、ゲル層へ供給する水および塩化物が少なくなる。

本発明の陽極材Ａは、前記ゲル層４および前記布材５を設けた後、さらに前記セメント系材料６で被覆する。
前記セメント系材料６の被覆層の厚さは、３〜２０ｍｍであることが好ましく、５〜１０ｍｍであることがより好ましい。前記セメント系材料６の被覆層の厚さが厚すぎると、コンクリート開口部への設置がし難くなり、また前記セメント系材料６の被覆層の厚さが薄すぎると、布材に吸水している塩化物を保持し難くなる。

前記セメント系材料６としては、練混ぜ水に、低級アルコールを混入したものを用いるのが好ましい。練混ぜ水に低級アルコールを混入したセメント系材料を水中に浸漬すると、電気抵抗が低下する。電気抵抗が低いセメント系材料６を用いることにより、アルミニウム合金もしくは亜鉛合金１から発生する電流のロスを低減できる。

前記低級アルコールとしては、グリセリン、エチレングリコールが好ましい。これらの低級アルコールは、水溶性と吸湿性があるため、これらの低級アルコールを混入したセメント系材料を水中に浸漬すると、低級アルコールが水に溶出し、該溶出により生じたセメント系材料の空隙に水を吸収する。その結果、セメント系材料の電気抵抗が低下する。
前記低級アルコールの混入が多すぎると、空隙が過大となり電気抵抗の増加を招くため、低級アルコールの混入量は、練混ぜ水中、２．５〜３０質量％とするのが好ましい。特に、練混ぜ水中、１０〜２０質量％とするのが、電気抵抗の低減効果が高いので好ましい。

本発明のコンクリート中鉄筋に対する防食方法は、例えば、図２に示すように、上述した陽極材Ａを、コンクリート開口部１１の鉄筋１２に該陽極材Ａのリード線２を巻き付けて設置することにより実施される。陽極材Ａは複数個を適宜設置することができ、リード線２により陽極材Ａと鉄筋１２が導通される。
陽極材Ａを設置した後、コンクリート開口部１１を断面修復材で充填する。断面修復材としては従来と同様のものが用いられる。
なお、本発明で用いられる陽極材は、上述した図１に示す陽極材Ａに限定されるものではない。要は、前記アルミニウム合金もしくは亜鉛合金の周りを前記ゲル層で覆い、該ゲル層の周りに前記布材を巻き付け、さらにその周りをセメント系材料で被覆する構造となっていればよく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜種々の変更が可能であることは言うまでもない。

以下に実施例を挙げて本発明の効果を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
下記の材料を用いて図１に示す構造を有する陽極材を作製した。この陽極材は、径４０ｍｍ、長さ３０ｍｍの円筒形で、ゲル層４の厚さ１ｍｍ、布材５の巻き立て厚さ３ｍｍ、セメント系材料６の被覆層の厚さ５ｍｍに作製した。
陽極：柱状（径２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ）のアルミニウム合金
ゲル層の形成材料：吸水性樹脂、イソプロピルアルコールおよび塩化リチウム飽和溶液の混合物（吸水性樹脂２０質量％含有、イソプロピルアルコールと塩化リチウム飽和溶液との比率６：４）。吸水性樹脂としてポリアルキレンオキサイド系を使用。
布材：ポリエステル、レーヨンからなる布材（厚さ０．６ｍｍ、目付け量９０ｇ／ｍ² ）に塩化リチウム飽和溶液を放水状態まで含浸させたもの。
セメント系材料：練混ぜ水にグリセリンを１５質量％混入。セメントはプレミックスタイプのセメント系モルタル（BASFポゾリス社製のエマコS88C）を使用。

作製した陽極材を、断面修復材に用いられるモルタルで形成されたモルタル試験体（径５０ｍｍ×長さ５０ｍｍ）の中央部に埋設し、アノード分極試験に供した。
アノード分極試験は、陽極を埋設したモルタル試験体と円筒形のステンレス板を水酸化カルシウム飽和溶液に浸漬して、ポテンショスタットのプラス端子に陽極材のリード線を、マイナス端子にステンレス板を接続して、陽極材のインスタントオフ電位の変化に伴うアルミニウム合金表面積当りの発生電流密度を測定した。なお、インスタントオフ電位は、水酸化カルシウム飽和溶液中に飽和ＫＣｌ銀塩化銀電極を入れて測定した。
アノード分極試験の結果を図３に示す。

比較例１〜３
比較のため、実施例１において塩化物（塩化リチウム）を使用しない以外は実施例１と同様に作製した陽極材（比較例１）、実施例１においてゲル層を設けない以外は実施例１と同様に作製した陽極材（比較例２）および高アルカリ溶液を含有する多孔性材料によって周りを付設したアルミニウム合金からなる特許文献１などに記載されている従来の陽極材（比較例３）について、実施例１と同様のアノード分極試験を行った。その結果を図３にまとめて示す。

実施例２
実施例１において、ゲル層の形成材料における吸水性樹脂の含有量を１５質量％とした以外は実施例１と同様に陽極材を作製した。
この陽極材について実施例１と同様のアノード分極試験を行った。その結果を図４に示す。

実施例３
実施例１において、ゲル層の形成材料における吸水性樹脂の含有量を１５質量％とし、かつイソプロピルアルコールと塩化リチウム飽和溶液との比率を７：３とした以外は実施例１と同様に陽極材を作製した。
この陽極材について実施例１と同様のアノード分極試験を行った。その結果を図５に示す。

実施例４
実施例１において、陽極として柱状（径２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ）の亜鉛合金を用いた以外は実施例１と同様に陽極材を作製した。
この陽極材について実施例１と同様のアノード分極試験を行った。その結果を図６に示す。

Ａ陽極材
１アルミニウム合金もしくは亜鉛合金（陽極）
２リード線
３リベット
４ゲル層
５布材
６セメント系材料
１１コンクリート開口部
１２鉄筋

Claims

陽極材を鉄筋が露出したコンクリート開口部に埋め込み、陽極材と鉄筋を導通させ、開口部を断面修復材で充填するコンクリート中鉄筋に対する防食方法において、
前記陽極材として、任意形状のアルミニウム合金もしくは亜鉛合金の表面を、塩化物を含有するゲル層で被覆し、該ゲル層の上に、塩化物を含有させた布材を張り付け、さらにその上をセメント系材料で被覆した陽極材を用いることを特徴とするコンクリート中鉄筋に対する防食方法。
前記ゲル層が、吸水性樹脂、揮発性溶剤および塩化物溶液の混合物から形成され、該混合物中の吸水性樹脂の割合が１０〜２５質量％であり、揮発性溶剤と塩化物溶液との比率（質量比）が５：５〜９：１である、請求項１記載の防食方法。
前記布材が、レーヨン、ポリエステル、ナイロンまたは綿からなり、厚さ０．５〜１．０ｍｍで、目付け量５０〜１５０ｇ／ｍ² である、請求項１または２記載の防食方法。
前記セメント系材料が、練混ぜ水に低級アルコールを２．５〜３０質量％混入してなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の防食方法。
前記揮発性溶剤が、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノールまたはトルエンである、請求項２記載の防食方法。
前記ゲル層に含有させる塩化物および前記布材に含有させる塩化物が、塩化マグネシウム、塩化カルシウムまたは塩化リチウムである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の防食方法。
前記低級アルコールが、グリセリンまたはエチレングリコールである、請求項４記載の防食方法。