JP2016094633A - 鋼構造物の防食構造の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼構造物と犠牲陽極材との間の保水状態を長期間維持して鋼構造物を長期的に防食する。
【解決手段】一部が下地２中に埋設される鋼構造物１の防食構造の形成方法であって、前記鋼構造物１の埋設部分直上の地際部の外周面に、水を吸収させた膨潤ゴムからなる保水材１０を介して鋼よりも腐食電位が卑な犠牲陽極材１１を設置するとともに、前記保水材１０の上面に水を溜める貯水部１２を形成し、さらに前記犠牲陽極材１１と鋼構造物１とを導通可能に接続する。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、土壌、コンクリート、アスファルト、鋼以外の金属等の下地に設置された鋼構造物の防食構造に関する。

地面に設置されるガードレール、標識柱、柵等の鋼構造物や、地下埋設されるマンホール等の鋼構造物では、鋼構造物の埋設部分がカソードとなり、露出部分のうちの埋設部分直上の地際部がアノードとなってマクロセル腐食が生じる。かかる鋼構造物のマクロセル腐食に対しては、鋼構造物よりも腐食電位の卑な材料からなる防食具を地際部に取り付け、その防食具を犠牲陽極として犠牲腐食させる方法が知られている。（特許文献１〜３参照）。

特許文献１においては、鉄筋コンクリート構造物を貫通する地下埋設配管（鉄製）に対し、コンクリート壁面に亜鉛陽極シートを取付け、この亜鉛陽極シートを配管に導通させてマクロセル腐食を防止する技術が開示されている。

また、特許文献２、３においては、鋼材製施設体の外周に取り付けるリング形防食具として、亜鉛系、アルミニウム系、マグネシウム系等の金属製で、２個１対の半円形のリング半体が記載されている。２個のリング半体は、施設体の周りに向かい合わせに配置してリング状に組み合わせ、突き合わせ部をネジやピンで締結し、リングの外周からボルトまたは楔を用いて施設体に接続固定される。そして、特許文献２では、リングの内周面から接触片を突出させて施設体に接触させることにより、施設体とリングとの通電状体を確保している。また、特許文献３では、施設と分割リングとの間に吸水性の充填材を入れてリングと設置面とを確実に接触させ、通電状態を確保している。前記吸水性充填材としてモルタル、コンクリート、ベントナイト等のバックフィル材、金属繊維、吸水性樹脂が開示され、吸水性樹脂としてスポンジなどの連続気泡性発泡合成樹脂が好ましいとされている。
特開平１１−２０９８８５号公報 特開２００２−２２７１４９号公報（請求項１） 特開２００２−２２６９８３号公報（請求項８、９、［００１５］）

スポンジ等の発泡合成樹脂は容易に多量の水を吸収するが、吸収した水の蒸発も容易であるため、長期的に保水状態を維持することが困難である。このため、長期的な防食が困難であった。

本発明は、上述した技術背景に鑑み、鋼構造物と犠牲陽極材との間の保水状態を長期間維持することで長期的に防食できる構造物の防食構造の形成方法およびその関連技術の提供を目的とする。

即ち、本発明は下記［１］〜［６］に記載の構成を有する。

［１］一部が下地中に埋設される鋼構造物の防食構造の形成方法であって、
前記鋼構造物の埋設部分直上の地際部の外周面に、水を吸収させた膨潤ゴムからなる保水材を介して鋼よりも腐食電位が卑な犠牲陽極材を設置するとともに、前記保水材の上面に水を溜める貯水部を形成し、さらに前記犠牲陽極材と鋼構造物とを導通可能に接続することを特徴とする鋼構造物の防食構造の形成方法。

［２］前記保水材に水とともに電解質を吸収させる前項１に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法。

［３］前記電解質が塩化ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硫酸マグネシウムのうちから選ばれる１種以上である前項２に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法。

［４］前記犠牲陽極材が亜鉛合金またはアルミニウム合金である前項１〜３のうちのいずれか１項に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法。

［５］前記犠牲陽極材がＺｎ、Ｉｎのうちの少なくとも一方を含有するアルミニウム合金である前項４に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法。

［６］一部が下地中に埋設される鋼構造物の防食構造であって、
前記鋼構造物の埋設部分直上の地際部の外周面に、水を吸収させた膨潤ゴムからなる保水材を介して鋼よりも腐食電位が卑な犠牲陽極材が設置されるとともに、前記保水材の上面に水を溜める貯水部が形成され、さらに前記犠牲陽極材と鋼構造物とが導通可能に接続されていることを特徴とする鋼構造物の防食構造。

上記［１］に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法によれば、鋼構造物と犠牲陽極材との間に介在する保水材が水を吸収させた保水性の高い膨潤ゴムで構成されているから、長期的に導通が維持されて犠牲陽極材による防食が可能である。さらに、前記保水材の上面に形成された貯水部に雨水を溜めることができるので、滞水時は保水材表面からの水の蒸発を防ぐとともに、保水材に水を補給することができる。この蒸発抑制と水の補給により、保水状態が長期に維持されて長期的に防食できる。

［２］に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法によれば、電解質によって保水材の導通性が高くなり、防食効果が向上する。

［３］に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法によれば、特に保水材の導通性を高めることができる。

［４］に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法によれば、亜鉛合金またはアルミニウム合金の犠牲腐食による防食効果が得られる。

［５］に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法によれば、Ｚｎおよび／またはＩｎを含むアルミニウム合金が全面腐食することで長期的に安定した犠牲陽極として作用し、特に長期的な防食が可能である。

上記［６］に記載の鋼構造物の防食構造によれば、鋼構造物と犠牲陽極材との間に介在する保水材が水を吸収させた保水性の高い膨潤ゴムで構成されているから、長期的に導通が維持されて犠牲陽極材による防食が可能である。さらに、前期保水材の上面に形成された貯水部に雨水を溜めることができるので、滞水時は保水材表面からの水の蒸発を防ぐとともに、保水材に水を補給することができる。この蒸発抑制と水の補給により、保水状態が長期に維持されて長期的に防食できる。

本発明により形成した防食構造の一実施形態の部分断面図であり、貯水部に滞水している状態を示している。 図１Ａの防食構造において、貯水部が空になった乾燥状態を示している。 本発明の他の実施形態の防食構造の部分断面図である。

図１Ａおよび図１Ｂは本発明の方法により形成した鋼構造物の防食構造の一実施形態の部分断面を示している。これらの図において、鋼部材１は、下部がコンクリート２中に埋設され、上部は大気中に露出している。前記鋼部材１およびコンクリート２は、本発明における鋼構造物および下地に対応する。

前記鋼部材１の埋設部分直上の地際部の外周面の全体に、保水材１０を介して犠牲陽極材１１が配置されている。前記保水材１０および犠牲陽極材１１は下方部がコンクリート２中に埋設され、コンクリート２によって鋼部材１に押し付けられた状態で鋼部材１の周りに固定されている。

前記犠牲陽極材１１は保水材１０よりも上下方向に長く、その上側部分１１ａは保水材１０の上面１０ａから突出している。そして、犠牲陽極材１１の上側部分１１ａが堰となり、上側部分１１ａ、保水材１０の上面１０ａおよび鋼部材１の外周面１ａによって形成される空間が貯水部１２として利用される。前記貯水部１２は保水材１０上に形成され、上面が開放された空間である。

前記鋼部材１と犠牲陽極材１１とはリード線等の接続部材１３によって導通可能に接続されている。接続ははんだ付やリベット止め等の周知の手段で行う。

前記保水材１０は水を吸収させた膨潤ゴムで構成されている。ゴムの分子構造は網目構造であり、網目の交差点である架橋点で拘束されているが、網目全体が動くことによって弾性を発現する。ゴムの種類によっては網目内に液体が入り込み、入り込んだ液体が網目を拡げて膨潤するものがある。このような膨潤特性を有するゴムは膨潤ゴムと称され、本発明の防食構造において保水材１０として用いることができる。膨潤ゴムの網目構造は分子構造によるものであるから、その網目サイズはスポンジのような発泡樹脂の連続気泡よりも遙かに小さい。従って、膨潤ゴムは発泡樹脂のように急速かつ容易に吸水することはないが、一旦網目内に入り込んだ水は容易に蒸発しないので、スポンジよりも遙かに長期的に保水して導通を維持できる。

保水材１０として上述した膨潤ゴムを用い網目内に保水させることにより、保水材１０は導体となる。また、ゴムの弾力性により、鋼部材１および犠牲腐食材１１に対する密着性が高まることで導通をより確かなものとすることができる。前記膨潤ゴムは、１種のゴムであっても良いし、複数のゴムを混合した複合膨潤ゴムであっても良い。水膨張性ポリウレタンゴムやビニルアルコール/アクリル酸塩共重合体は高い保水性を有しており、これらのゴムは保水材１０の材料として好適に使用できる。また、クロロプレンゴムを主成分とし、クロロプレンゴムを膨潤させるために吸水性材料を加えた複合膨潤ゴムを使用することも好ましい。吸水性材料としては、非イオン性親水基のみを含む構造を有し、後述する電解液も吸収可能な吸水性ウレタンゴムが好ましい。吸収した水は親和力のある構造の周囲に水素結合で保持されることが好ましく、これにより高い保水性を有することが可能となる。吸水性材料を加えた複合膨潤ゴムは、吸水性が高く、かつ吸収させた水が水素結合で保持されるので高い保水性を有する。また、主成分のゴムには天然ゴム、液状ゴム、合成ゴム等を用いることも可能である。

膨潤ゴムの保水性は、膨潤ゴムに一定時間吸水させ、その後一定期間大気に曝し、この大気暴露後に防食電流が流れるか否かを目安として評価することができる。本発明においては、２０日間吸水させて、６０日後に防食電流が流れる膨潤ゴムを保水材１０の材料として推奨する。水を補給することなく６０日後に防食電流が流れる膨潤ゴムは保水性が高いと評価することができる。

前記膨潤ゴムは高い保水性を有しているといえども、長期間大気に曝されていると網目内の水は僅かずつ蒸発して保水量が減少する。本発明の防食構造は、保水材１０の上面１０ａに貯水部１２を設けて水Ｗを溜める構造である。前記貯水部１２に滞水していると、保水材１０の上面１０ａが水Ｗに覆われているので保水材１０表面からの水の蒸発を防ぐことができ、かつ保水材１０に水Ｗを補給することができる。この蒸発抑制と水の補給により、保水状態が長期に維持されて長期的に防食できる。水Ｗは雨水（雪を含む）を利用することができる。前記貯水部１２は鋼部材１の周りに形成されているので、どの方向からの雨水も受け入れることができ、受け入れた雨水を全周に均等に行き渡らせることができる。

図１Ａは前記貯水部１２に滞水している状態である。水Ｗは保水材１０よりも導通性が高いので、腐食電流Ｃは優先的に貯水部１２内の水Ｗ中を流れる。防食回路は、鋼部材１−接続部材１３−犠牲陽極材１１−貯水部１２（水Ｗ）−鋼部材１となる。図１Ｂは前記貯水部１２に水の無い乾燥状態である。前記貯水部１２内の滞水が蒸発しあるいは保水材１０に吸収されて滞水が消費されると、図１Ｂの乾燥状態となる。前記貯水部１２に滞水が無くても保水材１０が保水しているので腐食電流Ｃは保水材１０中を流れ、犠牲腐食による防食が行われる。防食回路は、鋼部材１−接続部材１３−犠牲陽極材１１−保水材１０−鋼部材１となる。膨潤ゴムからの水の蒸発は極めて遅いので、時折降雨がある気象下では、図１Ａの滞水状態と図１Ｂの乾燥状態とが繰り返されて、鋼部材１は長期に防食される。

上述したように、保水材１０を構成する膨潤ゴムは吸水によって導通性を得ることができるが、電解質を加えた電解液を吸水させることでさらに高い導通性を得て防食効果を向上させることができえる。電解質は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）のうちから選ばれる１種が好ましい。これらの電解質のうちでも、鋼部材１を腐食させない亜硝酸ナトリウムが特に好ましい。また、電解液の電解質濃度は０．１〜１５％が好ましく、特に０．５〜６％の範囲が好ましい。

前記犠牲陽極材１１は鋼部材１よりも腐食電位が卑であることが条件であり、早期に自己腐食し穴が明くことで貯水部１２を失わないような材料が好ましい。かかる観点より、亜鉛合金またはアルミニウム合金を好適に用いることができる。特に、Ｚｎ、Ｉｎのうちの少なくとも一方を含有するアルミニウム合金が好ましい。Ｚｎおよび／またはＩｎを含むアルミニウム合金は腐食形態が全面腐食となり、亜鉛合金よりも長期的に安定した犠牲陽極として作用する。アルミニウム合金中のＺｎ濃度は０．５〜２０質量％が好ましく、Ｉｎ濃度は０．０１〜１質量％が好ましい。両元素ともに、下限値未満では犠牲腐食効果が少なく、上限値を超えると早期に腐食し易くなって長期防食が困難になる。特に好ましいＺｎ濃度は０．５〜１０質量％であり、特に好ましいＩｎ濃度は０．０５〜０．５質量％である。

本発明において、貯水部は図１Ａに示した犠牲陽極材１１の上側部分１１ａを堰として利用した形状に限定されない。他の形状として図２の貯水部２２を例示できる。前記貯水部２２は保水材２０の上面２０ａが鋼部材１側で低くなるように傾斜しており、鋼部材１の外周面１ａと保水材２０の上面２０ａとによって形成されている。図２の犠牲陽極材２１は保水材２０の外周側と同じ高さであるが、保水材２０よりも高くして上部側を堰として利用することもできる。

また、図示例の防食構造は保水材１０、２０および犠牲陽極材１１、２１の下方部をコンクリート２中に埋設しているが、本発明はこのような設置形態に限定されない。保水材１０、２０および犠牲陽極材１１、２１の全体をコンクリート２上に設置することもできる。

［実施例］
図１Ａおよび図１Ｂに参照される、コンクリート２に埋設された鋼部材１の防食構造を構築した。

鋼部材１は外径５００ｍｍの円柱である。保水材１０は内径５００ｍｍ、外径５０５ｍｍの半円筒体であり、材料の膨潤ゴムは吸水性ウレタンゴムである。前記保水材１０は、防食構造の構築に先立って、１％の亜硝酸ナトリウムを含む電解液中に２０日間浸漬して膨潤させた。犠牲陽極材１１は、厚み１ｍｍ、高さ３００ｍｍの２個の半円筒体である。防食構造の構築時に保水材１０、及び犠牲陽極材は、周方向に連結して円筒体に組み立てた。前記犠牲陽極材１１の組み立ては保水材１０を鋼部材１に押し付けるようにして行うので、鋼部材１と保水材１０、保水材１０と犠牲陽極材１１は隙間無く接触している。また、前記犠牲陽極材１１の上側部分１１ａが保水材１０の上面１０ａから突出し、保水材１０の上面１０ａに貯水部１２が形成されている。前記鋼部材１と犠牲陽極材１１とは接続部材１３によって接続されている。

上記の防食構造を構築し、貯水部１２に給水することなく６０日経過した後、保水材１０（膨潤ゴム）の防食電流を測定したところ、０．２μＡであった。即ち、２０日間吸水させた保水材１０は水の補給なしで６０日後も鋼部材１に対する防食機能を有することを確認した。また、鋼部材１に腐食は発生しなかった。

［比較例］
実施例の防食構造において、保水材１０の膨潤ゴムをスポンジ（連続気泡性発泡合成樹脂）に変更したことを除き、実施例と同様にして防食構造を構築した。構築後水を補給することなく６０日経過した後にスポンジの防食電流を測定したところ、電流は流れておらず、鋼部材１に腐食が発生した。

本発明の方法により形成した鋼構造物の防食構造は、鋼部材と犠牲陽極材との間に保水性の高い膨潤ゴムで構成された保水材を配置した構造であるから、鋼構造物の長期的な防食に利用できる。

１…鋼部材（鋼構造物）
２…コンクリート（下地）
１０、２０…保水材
１１、２１…犠牲陽極材
１２、２２…貯水部
１３…接続部材
Ｗ…水

Claims (6)

1. 一部が下地中に埋設される鋼構造物の防食構造の形成方法であって、
   前記鋼構造物の埋設部分直上の地際部の外周面に、水を吸収させた膨潤ゴムからなる保水材を介して鋼よりも腐食電位が卑な犠牲陽極材を設置するとともに、前記保水材の上面に水を溜める貯水部を形成し、さらに前記犠牲陽極材と鋼構造物とを導通可能に接続することを特徴とする鋼構造物の防食構造の形成方法。
2. 前記保水材に水とともに電解質を吸収させる請求項１に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法。
3. 前記電解質が塩化ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硫酸マグネシウムのうちから選ばれる１種以上である請求項２に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法。
4. 前記犠牲陽極材が亜鉛合金またはアルミニウム合金である請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法。
5. 前記犠牲陽極材がＺｎ、Ｉｎのうちの少なくとも一方を含有するアルミニウム合金である請求項４に記載の鋼構造物の防食構造の形成方法。
6. 一部が下地中に埋設される鋼構造物の防食構造であって、
   前記鋼構造物の埋設部分直上の地際部の外周面に、水を吸収させた膨潤ゴムからなる保水材を介して鋼よりも腐食電位が卑な犠牲陽極材が設置されるとともに、前記保水材の上面に水を溜める貯水部が形成され、さらに前記犠牲陽極材と鋼構造物とが導通可能に接続されていることを特徴とする鋼構造物の防食構造。
   

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