JP2016003342A

JP2016003342A - 外付け可能な犠牲陽極材。

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Publication number: JP2016003342A
Application number: JP2014122311A
Authority: JP
Inventors: 盛岡　実; Minoru Morioka; 実盛岡; 博敬松久保; Hiroyoshi Matsukubo; 宮口　克一; Katsuichi Miyaguchi; 克一宮口; 豊上村; Yutaka Kamimura
Original assignee: Denka Co Ltd
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-01-12
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: JP6325908B2

Abstract

【課題】外付けが可能で、長期にわたって防錆効果を発揮する犠牲陽極材を提供する。
【解決手段】（１）有機-無機複合型塗膜養生剤でコーティングしたバックフィル材で包み込んでなる外付け可能な犠牲陽極材、（２）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主成分とする（１）の外付け可能な犠牲陽極材、（３）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（１）又は（２）の外付け可能な犠牲陽極材、（４）鉄よりもイオン化傾向の大きい金属をモルタル製のバックフィル材で包み込んでいる（１）〜（３）のいずれかの外付け可能な犠牲陽極材、（５）モルタル製のバックフィル材がアルカリ金属を含み、アルカリ金属がナトリウム及び／又はカリウムである（４）の外付け可能な犠牲陽極材、である。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に、鉄筋コンクリート構造物の防食に使用される犠牲陽極材に関する。

コンクリート構造物の耐久性について、コンクリート技術者のみならず、一般の人々からも高い関心が寄せられている。セメント・コンクリートの耐久性は、劣化原因をいかに制御するかが重要である。劣化原因としては、塩害、アルカリシリカ反応、中性化などが挙げられる。中でも、塩害は早期に劣化が顕在化するため、深刻な問題である。

鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食を抑制する方法として、亜鉛犠牲陽極材を用いる方法が知られている（特許文献１）。この方法は、塩害で劣化した鉄筋コンクリートを断面修復材で補修する際に鉄筋に装着する。
犠牲陽極材は、断面修復材に埋設して使用するため、一度、配置してしまうと、取り換えが困難であり、犠牲陽極材の寿命がきても交換ができないという課題があった。
さらに、犠牲陽極材の寿命は、腐食環境によって大きく影響を受けるため、取り付けた部位によって様々であり、特定部位に設置した犠牲陽極材だけを交換したい場合にも、この埋設型は維持管理が困難なものであった。

そのため、犠牲陽極材をコンクリート構造物の外側に配置できれば、犠牲陽極材が寿命を向かえた際に、交換も容易である。また、劣化速度が異なる部位において、個々に交換が可能なため、経済的な維持管理が可能となる。
しかしながら、従来の犠牲陽極材は、コンクリート構造物に外付けした場合には、長期にわたって防食効果を発揮できるものではなかった。
また、従来の犠牲陽極材はコンクリート構造物に埋設するため、犠牲陽極材に適用されるモルタル製のバックフィル材のｐＨを高く保つためにアルカリ金属を配合する必要があり、アルカリシリカ反応を助長させないために、リチウムを配合していた。リチウムはナトリウムやカリウムと比べて高価な材料であり、経済性にも乏しいものであった。

一方、コンクリートの養生などに使用される有機-無機複合型塗膜養生剤が開発されているが（特許文献２）、犠牲陽極材へ適用したものは見当たらない。

特許第０３０９９８３０号公報特開２００２−２７４９７６号公報

本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、犠牲陽極材の表面に有機-無機複合型塗膜養生剤を塗布することによって、外付けが可能で、長期にわたって防錆効果を発揮する犠牲陽極材が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。本発明は、外付けが可能で、長期にわたって防錆効果を発揮する犠牲陽極材を提供する。

本発明は、（１）有機-無機複合型塗膜養生剤でコーティングしたバックフィル材で包み込んでなる外付け可能な犠牲陽極材、（２）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（１）の外付け可能な犠牲陽極材、（３）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（１）又は（２）の外付け可能な犠牲陽極材、（４）鉄よりもイオン化傾向の大きい金属をモルタル製のバックフィル材で包み込んでいる（１）〜（３）のいずれかの外付け可能な犠牲陽極材、（５）モルタル製のバックフィル材がアルカリ金属を含み、アルカリ金属がナトリウム及び／又はカリウムである（４）の外付け可能な犠牲陽極材、である。

本発明の犠牲陽極材は、外付けできるため、個々に交換が可能であり、経済的な維持管理が可能となる。また、長期にわたって防錆効果を発揮するなどの効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の有機-無機複合型塗膜養生剤は、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する、また、さらに、これらと架橋剤とを含有するものである。

本発明で云う合成樹脂水性分散体とは、一般的には合成樹脂エマルジョンであり、芳香族ビニル単量体、脂肪族共役ジエン系単量体、エチレン系不飽和脂肪酸単量体、及びその他の共重合可能な単量体の内から一種又は二種以上を乳化重合して得られるものである。
例えば、スチレンを主体としたスチレン・ブタジエン系ラテックス、スチレン・アクリル系エマルジョンやスチレンと共重合したメチルメタクリレート・ブタジエン系ラテックス、エチレン・アクリルエマルジョンである。合成樹脂エマルジョンには、カルボキシル基またはヒドロキシ基を有するものがより望ましい。
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、加工澱粉又はその誘導体、セルロース誘導体、ポリ酢酸ビニルの鹸化物又はその誘導体、スルホン酸基を有する重合体又はその塩、アクリル酸の重合体や共重合体又はこれらの塩、アクリルアミドの重合体や共重合体、ポリエチレングリコール、及びオキサゾリン基含有重合体等が挙げられ、そのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
水溶性樹脂として、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。０．０５部未満では防湿性が低下する場合があり、２００部を超えると防湿性が著しく低下する場合がある。

膨潤性粘土鉱物としては、スクメタイト属に属する層状ケイ酸塩鉱物が挙げられる。例えば、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、マイカ、及びベントナイトなどである。これらは天然品、合成品、及び加工処理品のいずれであっても使用可能である。
そのうち、日本ベントナイト工業会、標準試験方法ＪＢＡＳ−１０４−７７に準じた方法での膨潤力が２０ｍｌ／ｇ以上の粘土鉱物、特に、ベントナイトが好ましい。
また、イオン交換当量が１００ｇ当たり、１０ミリ当量以上ものが好ましく、６０〜２００ミリ当量以上ものがより好ましい。
さらに、そのアスペクト比が５０〜５，０００のものが好ましい。アスペクト比とは、電顕写真により求めた層状に分散した粘土鉱物の長さ／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、固形分に対して、１〜５０部が好ましい。１部未満では防湿性が低下しブロッキングが生じやすくなる場合があり、５０部を超えると塗膜養生剤の膜の変形能力が低下する場合がある。

架橋剤とは、水溶性樹脂や合成樹脂水性分散体が有するカルボキシル基、アミド基、及び水酸基等の親水性官能基と反応して、架橋、高分子化（三次元網目構造）、又は疎水化するものであり、カルボキシル基と付加反応を起こすオキサゾリン基を有するものが水溶性樹脂をも兼ねるので好ましい。
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。０．０１部未満では防湿性が低下する場合があり、３０部を超えると防湿性やブロッキング防止性が頭打ちになる。

本発明では、合成樹脂水性分散体、水溶性樹脂、及び膨潤性粘土鉱物を混合して、また、さらに、これらと架橋剤とを反応させて、塗膜養生剤を調製する。

塗膜養生剤の合成方法は、水溶性樹脂と膨潤性粘土鉱物をあらかじめ水中で混合した後に、合成樹脂水性分散体と架橋剤を混合する方法が好ましい。

塗膜養生剤の被覆方法は、均一に養生被覆膜が形成できる方法であれば特に限定されるものではなく、撒布したり、塗布したり、吹付けたりすることが可能である。
このような塗膜養生剤としては、電気化学工業社製「ＲＩＳフルコート」や「クラッコフ」を用いることができる。

塗膜養生剤の使用量は、特に限定されるものではないが、１ｍ^２当たり、１００ｇ〜５００ｇの範囲で使用することが好ましく、１５０〜４００ｇがより好ましい。１００ｇ未満では犠牲陽極材を外付けした際に、長期にわたって防食効果を発揮できない場合があり、５００ｇを超えてもさらなる効果の向上が期待できない。

本発明で云う外付け可能な犠牲陽極材とは、鉄筋を構成する鉄よりもイオン化傾向が高い金属を鉄筋と回路を形成することでガルバニック電池を形成し、鉄を防食できる能力を持つ材料のことである。
金属の種類としては、具体的には、クロム、亜鉛、マンガン、鉛、チタン、ウラン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、リチウム及び／又は、それらから選択される２種および／又はそれ以上の合金および／又は擬合金を用い、これらの金属から軟鋼線などを通じ鉄筋と結束することによって回路を形成する。
これらの金属を一個当たり５０〜７０ｇ程度のブリケットにし、セメントや石こうなどの結合材を用いた無機系のモルタルなどで構成されるバックフィル材で包み込み、長期間にわたって防食効果を保持できるものが好ましい。
本発明で云う埋設とは、犠牲陽極材がコンクリート躯体に埋没された状態であり、外付けとは、犠牲陽極材がコンクリート躯体から飛び出した状態である。

犠牲陽極材の使用割合は、コンクリート内に設置する鉄筋の表面積１ｍ^２あたり、５〜２０個が好ましく、１０〜１５個がより好ましい。５個未満では、鉄筋の腐食を長期にわたって抑制できない場合があり、２０個を超えて多用してもさらなる効果の増進が期待できない。

本発明の犠牲陽極材のバックフィル材はモルタル製であることが望ましい。バックフィル材としてのモルタルの特性としては、空隙率が一定の範囲にあることが望ましい。具体的には、５％から２０％の間で、より好ましくは、１０％から１５％である。

また、バックフィル材としてのモルタルには高いｐＨが望まれる。具体的にはｐＨが１３以上であることが望ましい。ｐＨが１３未満であると、犠牲陽極材が完全に反応しきらず、寿命が短くなる場合がある。バックフィル材としてのモルタルのｐＨを１３以上に保つ方法としては、モルタルにアルカリ金属を含有させることが挙げられる。アルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、リチウムが挙げられる。本発明ではいかなるアルカリ金属も適用可能であるが、経済性の観点から、ナトリウム及び／又はカリウムを選定することが望ましい。

以下、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

「実験例１」
単位セメント量３００ｋｇ／ｍ^３、単位水量１７０ｋｇ／ｍ^３、ｓ／ａ＝４２％、スランプ８ｃｍ、空気量４．５±１．０％のコンクリートを調製した。この際、塩分含有量が１０ｋｇ／ｍ^３となるように、塩化ナトリウムを添加した。このコンクリートを用いて、鉄筋比０．７％の鉄筋コンクリート製の壁を造成した。
なお、鉄筋の表面積１ｍ^２あたり１３個の犠牲陽極材を設置した。犠牲電極材は、２つに割った型枠を準備し、片方にバックフィル材に犠牲陽極を埋め込み、もう片方にバックフィル材のみを埋め込み、型枠を合わせて作製し、バックフィル材が硬化した後、有機−無機複合型塗膜剤でコーティングして作製した。
この鉄筋コンクリートの鉄筋の腐食電流とアルカリシリカ反応の有無と犠牲陽極材の交換の可否を調べた。鉄筋の倶食状態の判定を表１に示す。また、犠牲陽極材の種類と設置方法を表２のように設定した。結果を表２に示す。

＜使用材料＞
有機−無機複合型塗膜剤：合成樹脂水性分散体（エチレンアクリル酸共重合エマルジョン、分子量２７５００、アクリル酸／エチレン共重合比１５／８５、固形分３０％）、膨潤性粘土鉱物（Ｎａテトラシックマイカ、組成式ＮａＭｇ_２．５（Ｓｉ_４Ｏ_１０）Ｆ_２）の複合型、市販品
セメント：普通ポルトランドセメント。市販品、比重３．１５．
粗骨材：新潟県姫川産、砕石、Ｇｍａｘ２５ｍｍ、比重２．６５。
細骨材：新潟県姫川産、川砂、比重２．６４。
練り水：水道水。
バックフィル材：水酸化アルカリを含んだモルタル
犠牲陽極材Ａ：ブリケット状の亜鉛６２ｇをモルタル性のバックフィル材（１４０ｇ）で包み込んだもの。バックフィル材には水酸化リチウムをｐＨが１３以上となるように混和した。
犠牲陽極材Ｂ：ブリケット状の亜鉛６２ｇをモルタル性のバックフィル材（１４０ｇ）で包み込み、さらに、バックフィル材を有機−無機複合型塗膜剤で１ｍ^２当たり２５０ｇコーティングしたもの。バックフィル材には水酸化ナトリウムをｐＨが１３以上となるように混和した。
犠牲陽極材Ｃ：ブリケット状の亜鉛６２ｇをモルタル性のバックフィル材（１４０ｇ）で包み込み、さらに、バックフィル材を有機−無機複合型塗膜剤で１ｍ^２当たり２５０ｇコーティングしたもの。バックフィル材には水酸化カリウムをｐＨが１３以上となるように混和した。
犠牲陽極材Ｄ：ブリケット状の亜鉛６２ｇをモルタル性のバックフィル材（１４０ｇ）で包み込み、さらに、バックフィル材を有機−無機複合型塗膜剤で１ｍ^２当たり２５０ｇコーティングしたもの。バックフィル材には水酸化リチウムをｐＨが１３以上となるように混和した。
犠牲陽極材Ｅ：ブリケット状の亜鉛６２ｇをモルタル性のバックフィル材（１４０ｇ）で包み込んだもの。バックフィル材には水酸化ナトリウムをｐＨが１３以上となるように混和した。
犠牲陽極材Ｆ：ブリケット状の亜鉛６２ｇをモルタル性のバックフィル材（１４０ｇ）で包み込み、さらに、バックフィル材をＥＶＡ系の塗膜剤で１ｍ^２当たり２５０ｇコーティングしたもの。バックフィル材には水酸化ナトリウムをｐＨが１３以上となるように混和した。

＜試験方法＞
鉄筋腐食の判定：材齢１年後にＡＳＴＭＣ８７６に準じて、基準電極となる銅／硫酸銅電極に対する鉄筋の自然電位を測定し、鉄筋の腐食状態を判定した。鉄筋の腐食は表１のように判断される。
アルカリシリカ反応の判定：ＪＣＩ−ＤＤ２法に準拠

表２より、本発明の外付け用犠牲陽極材は長期にわたって防食効果を発揮していることがわかる。また、バックフィル材に高価なリチウムを配合しなくても、アルカリシリカ反応を誘発しないことも分かる。

本発明の犠牲陽極材は、外付けできるため、個々に交換が可能なため、経済的な維持管理が可能となる。また、長期にわたって防錆効果を発揮するなどの効果を奏するので、土木、建築分野で広範に使用される。

Claims

有機-無機複合型塗膜養生剤でコーティングしたバックフィル材で包み込んでなる外付け可能な犠牲陽極材。
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請求項１に記載の外付け可能な犠牲陽極材。
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請求項１又は２に記載の外付け可能な犠牲陽極材。
鉄よりもイオン化傾向の大きい金属をモルタル製のバックフィル材で包み込んでいる請求項１〜３のいずれか１項に記載の外付け可能な犠牲陽極材。
モルタル製のバックフィル材がアルカリ金属を含み、アルカリ金属がナトリウム及び／又はカリウムである請求項４に記載の外付け可能な犠牲陽極材。