JP2016130346A - 鋼管の防食方法ならびに鋼管杭および鋼管矢板 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも一部が土壌中に埋設された鋼管について、周辺の施設に影響を及ぼすことなく十分な防食効果が得られる防食方法を提供する。【解決手段】鋼管の防食方法は、上端開口１ａが上方に向かって開口する一方、下端開口１ｂが土壌中に位置するように、少なくとも一部が土壌中に埋設された鋼管杭１等の鋼管の防食方法である。鋼管杭１の土壌２中に埋設された部分のうち、鋼管杭１内の土壌２の表面よりも高い位置に、鋼管杭１の管厚み方向に貫通する貫通孔１ｃを有し、鋼管杭１内に吸水性物質４を配置する。鋼管杭１内に配置した吸水性物質は、貫通孔１ｃを経由して鋼管杭１周辺の土壌２の水分を吸収し、鋼管杭１周辺の土壌２中の含水比を低減させる。吸水性物質４は、鋼管杭１の一部を土壌２中に埋設した後、上端開口１ａから投入することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、鋼管の防食方法ならびに鋼管杭および鋼管矢板に関する。

屋外で長期間使用される鋼材は、厳しい腐食環境に曝されることがある。このような鋼材の例として、鋼管杭および鋼管矢板が挙げられる。鋼管杭は、例えば地中または海底に打ち込まれ、構造物の基礎として用いられる。鋼管矢板は、鋼管本体と鋼管本体の側面に設けられた継手とを有する。複数の鋼管矢板を継手同士で連結することにより、矢板壁が形成される。鋼管矢板は、矢板壁を形成するように地中に打ち込まれることにより、主に河川、海岸、および港湾の護岸に用いられる。

これらの鋼材は、打ち込まれる際に、例えば地中または海底の、土砂、泥または瓦礫と直接激しく接触するため、表面に傷がつきやすい。よって、鋼材の表面には、著しい腐食が発生しやすい。特に、地中は非常に過酷な腐食環境であるため、鋼材の腐食が著しく、鋼材の寿命も短くなる。

そのため、屋外で使用される鋼材については、長期間、効果が持続可能であり、かつ効果的な防食対策が望まれている。

鋼材の防食方法として、従来から、特許文献１に開示されるように、鋼材の表面にポリオレフィン、ポリウレタン等の樹脂から成る防食被膜を形成する方法が採用されている。また、特許文献２に開示されるように、防食被膜の形成に加えて、鋼材に電流を流す電気防食（カソード防食）を併用する方法も一般的に行われている。防食被膜の形成と電気防食とを併用することにより、鋼材表面の防食被膜が形成されていない部分においても、防食効果が得られる。

特開２００２−６０９６２号公報 特開２００６−２９０６５号公報

しかし、表面に防食被膜を形成した鋼材では、例えば鋼材を地中に打ち込む際に、防食被膜が土砂、泥または瓦礫と接触して剥離し、十分な防食効果が得られないことがある。

一方、電気防食を土壌中に配置された鋼材に適用する場合には、土壌の電気抵抗は非常に大きい、すなわち土壌の電気伝導性が非常に低いため、鋼材に大きな防食電流を流す必要がある。そのため、電気防食は、土壌中に配置される鋼材に対しては適切な防食方法とはいえない。しかも、鋼材を配置する地点の近隣に鉄道等に使用される通信設備が設置されている場合には、鋼管に流す防食電流により当該通信設備に障害が生じるおそれがある。また、鋼材を配置する地点の周辺に水道管、ガス管等の埋設管が配置されている場合には、防食電流に起因する迷走電流による腐食、いわゆる電食がこれらの埋設管に生じ、重大な被害が生じるおそれがある。さらに、電気防食では常に防食電流を供給するため、外部電源方式を採用した場合にはコストが非常にかかる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、少なくとも一部が土壌中に埋設された鋼管について、周辺の施設に影響を及ぼすことなく十分な防食効果が得られる防食方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成するために検討を重ねた結果、鋼管と土壌とが接する部分において、土壌の含水比を減少させることにより鋼管の腐食を抑制できることを見出した。

本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、下記の鋼管の防食方法、ならびに鋼管杭および鋼管矢板を要旨とする。

（１）上端開口が上方に向かって開口する一方、下端開口が土壌中に位置するように、少なくとも一部が土壌中に埋設された鋼管の防食方法であって、
前記鋼管は、土壌中に埋設された部分のうち、前記鋼管内の土壌表面よりも高い位置に、前記鋼管の管厚み方向に貫通する貫通孔を有し、
前記鋼管内に配置した吸水性物質により、前記貫通孔を経由して前記鋼管周辺の土壌の水分を吸収させ、前記鋼管周辺の土壌の含水比を低減させる鋼管の防食方法。

これにより、鋼管と土壌とが接する部分において土壌の含水比を減少させることができ、鋼管の腐食を抑制することができる。また、鋼管に防食電流を流す必要がないため、周辺の施設に影響を及ぼすことがない。

（２）前記鋼管の一部を土壌中に埋設した後、前記上端開口から前記鋼管内に前記吸水性物質を投入することにより、前記鋼管内に前記吸水性物質を配置する上記（１）に記載の鋼管の防食方法。

これにより、土壌中に埋設した鋼管内の土壌表面の高さを調整してから吸水性物質を鋼管内に配置することができる。鋼管を土壌中に埋設する際に鋼管内に土壌が入り込み、貫通孔が塞がれることがある。このような場合に、鋼管内から土壌を取り除いて貫通孔を露出させてから、吸水性物質を鋼管内に投入することにより、鋼管周辺の土壌中に含まれる水分を、貫通孔を介して吸水性物質により吸収させることができる。したがって、上述の構成により、効率よく鋼管の防食を図ることができる。

（３）前記貫通孔は、前記鋼管の前記土壌中に埋設された部分のうち、前記土壌中に存在する地下水よりも上方の部分に設けられている上記（１）または（２）に記載の鋼管の防食方法。

本発明の発明者らは、鋭意努力の結果、鋼管は、土壌中において、地下水よりも上方の部分の方が、地下水に接する部分に比べて腐食しやすいことを見出した。そのため、貫通孔を地下水よりも上方に設けることにより、鋼管の腐食しやすい部分に接する土壌の含水比を低減させることができる。これにより、効率よく鋼管の防食を図ることができる。

（４）前記貫通孔は、前記鋼管の軸線方向の異なる位置に複数設けられている上記（１）から（３）までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法。

これにより、鋼管と土壌とが接する部分のうち、より広い範囲において土壌の含水比を減少させることができる。そのため、効率よく鋼管の防食を図ることができる。

（５）前記複数の貫通孔は、前記鋼管の周方向に異なる位置に設けられている上記（４）に記載の鋼管の防食方法。

これにより、鋼管と土壌とが接する部分における土壌の含水比を、全体に効率よく低減させることができる。そのため、効率よく鋼管の防食を図ることができる。

（６）前記複数の貫通孔は、前記鋼管の軸線方向の異なる位置のそれぞれにおいて、前記鋼管の周方向に等間隔に設けられている上記（４）または（５）に記載の鋼管の防食方法。

これにより、鋼管と土壌とが接する部分における土壌の含水比を、全体に効率よく低減させることができる。そのため、効率よく鋼管の防食を図ることができる。

（７）前記鋼管内に、前記複数の貫通孔のうち前記鋼管の上端開口側に最も近い貫通孔を埋めるような位置まで前記吸水性物質を配置する上記（１）から（６）までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法。

これにより、最も多くの貫通孔を経由して吸水性物質により土壌の水分を吸収させることができる。そのため、効率よく鋼管の防食を図ることができる。

（８）上記（１）から（７）までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法によって防食される鋼管杭。

この鋼管杭は、上記の鋼管の防食方法で防食されるため、耐久性に優れる。

（９）鋼管からなる本体と、前記本体の側面上に設けられた継手とを備え、
前記鋼管からなる本体が、上記（１）から（７）までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法で防食される鋼管矢板。

この鋼管矢板は、本体が上記の鋼管の防食方法で防食されるため、耐久性に優れる。

本発明によれば、周辺の施設に影響を及ぼすことなく、土壌中に埋設された鋼管の防食が可能である。

図１は、鋼管杭の軸線方向の各位置において周方向に２個ずつ貫通孔を有し、かつ本発明に係る防食方法が適用される鋼管杭の構成図であり、図１（ａ）は平面図を示し、図１（ｂ）は正面図を示す。 図２は、鋼管杭の軸線方向の各位置において周方向に３個ずつ貫通孔を有し、かつ本発明に係る防食方法が適用される鋼管杭の構成図であり、図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は正面図を示す。 図３は、複数の貫通孔が螺旋状に設けられ、かつ本発明に係る防食方法が適用される鋼管杭の構成図であり、図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）は正面図を示す。 図４は、本体に複数の貫通孔が設けられ、かつ本発明に係る防食方法の対象とされる鋼管矢板の斜視図である。 図５は、下端開口が地下水含有層中に位置するように鋼管杭が埋設された状態を模式的に示す図である。 図６は、下端開口が地下水含有層よりも上に位置するように鋼管杭が埋設された状態を模式的に示す図である。 図７は、鋼管杭が曝される土壌内の環境を説明するため、土壌中に鋼管杭を埋設した状態を模式的に示す図である。 図８は、試験装置の模式図であり、図７における領域ＡおよびＢを模擬した状態を示す。 図９は、試験装置の模式図であり、図７における領域Ｃを模擬した状態を示す。 図１０は、試験装置の模式図であり、図７における領域Ｄを模擬した状態を示す。 図１１は、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤでの鋼材の平均腐食深さの経時変化を示す図である。 図１２は、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの平均腐食速度を示す図である。 図１３は、過去の研究による土壌の含水比と腐食速度との関係を示す図である。

本発明に係る鋼管の防食方法が適用される鋼管には、例えば鋼管杭および鋼管矢板が含まれる。以下で、鋼管杭および鋼管矢板の構成について説明する。

〈鋼管杭の構成〉
図１に示すように、鋼管杭１は、上端開口１ａと下端開口１ｂとを有する鋼管からなる。鋼管杭１は、管厚み方向に貫通する複数の貫通孔１ｃを有する。本実施形態では、貫通孔１ｃは、鋼管杭１の軸線方向の異なる位置（一点鎖線で示す位置ａ〜ｅの５箇所）において周方向に２個ずつ設けられている。ただし、貫通孔１ｃを設ける鋼管杭１の軸線方向の位置は５箇所に限られず、各位置に設ける貫通孔１ｃの数は２個に限られない。また、貫通孔１ｃの数は、軸線方向の各位置で同じでなくてもよい。

軸線方向の各位置ａ〜ｅでは、それぞれ２個の貫通孔１ｃが鋼管杭１の横断面の中心Ｏに対して点対称に設けられている。隣り合う軸線方向の位置において、貫通孔１ｃ同士は、図１（ａ）に示すように、鋼管杭１の上方から見て周方向に９０°間隔で設けられている。すなわち、鋼管杭１の上方から見た場合、位置ａ、ｃおよびｄと位置ｂおよびｅとでは、貫通孔１ｃが鋼管杭１の周方向で異なる位置に設けられている。また、位置ａ、ｃおよびｄでは貫通孔１ｃが鋼管杭１の周方向で同じ位置に設けられており、位置ｂおよびｅでは貫通孔１ｃが鋼管杭１の周方向で同じ位置に設けられている。貫通孔１ｃは、軸線方向の各位置ａ〜ｅが等間隔（間隔Ｌ）となるように設けられている。鋼管杭１の外径Ｄ２が６００ｍｍである場合、貫通孔１ｃの直径Ｄ１はたとえば２０ｍｍであり、間隔Ｌは２５０ｍｍである。

各貫通孔１ｃは、鋼管杭１が土壌に打ち込まれた際に、地下水よりも上方に位置するように鋼管杭１に設けられている。鋼管杭１の地下水に接する部分は、地下水よりも上方の部分に比べて腐食しにくいため、腐食を抑制するも貫通孔１ｃを設ける必要がない。なお、鋼管杭１の地下水に接する部分に貫通孔１ｃが設けられていても構わない。

鋼管杭１の内部には、鋼管杭１が土壌中に打ち込まれた状態で、吸水性物質が配置される。鋼管杭１の内部に配置された吸水性物質は、鋼管杭１内部の土壌中の水分を吸収するとともに、貫通孔１ｃを経由して鋼管杭１の外部の土壌中の水分を吸収する。図１に示すように貫通孔１ｃを設けることにより、効率よく土壌の含水比を低減させることができ、効率よく鋼管杭１の防食を図ることができる。

貫通孔１ｃは、鋼管杭１の腐食を抑制する観点からは多いほど、または大きいほど好ましい。しかし、貫通孔１ｃが多すぎる場合または大きすぎる場合には、鋼管杭１の周面摩擦力および先端支持力が十分に得られず、鋼管杭としての機能を果たせなくなる。

図２に示すように、鋼管杭１０１の軸線方向の異なる位置に、周方向にそれぞれ３個以上の貫通孔１０１ｃが設けられていてもよい。鋼管杭１０１は、上端開口１０１ａと下端開口１０１ｂとを有する鋼管からなる。図２の例では、貫通孔１０１ｃを設ける鋼管杭１０１の軸線方向の位置は、一点鎖線で示す位置ａ１〜ｅ１の５箇所であり、貫通孔１０１ｃは位置ａ１〜ｅ１において周方向に３個ずつ等間隔に設けられている。隣り合う軸線方向の位置において、貫通孔１０１ｃ同士は、図２（ａ）に示すように、鋼管杭１０１の上方から見て周方向に６０°間隔で設けられている。このように貫通孔１０１ｃを設けることにより、鋼管杭１０１の内部に配置された吸水性物質によって、効率よく土壌の含水比を低減させることができ、効率よく鋼管杭１０１の防食を図ることができる。

また、図３に示すように、鋼管杭２０１に、貫通孔２０１ｃが螺旋状に設けられていてもよい。鋼管杭２０１は、上端開口２０１ａと下端開口２０１ｂとを有する鋼管からなる。図３の例では、貫通孔２０１ｃは、一点鎖線で示す鋼管杭２０１の軸線方向の位置ａ２〜ｍ２の１３箇所に１個ずつ設けられている。位置ａ２〜ｍ２は、鋼管杭２０１の軸線方向に等間隔である。隣り合う軸線方向の位置において、貫通孔２０１ｃ同士は、図３（ａ）に示すように、鋼管杭２０１の上方から見て周方向に６０°間隔で設けられている。このように貫通孔２０１ｃを設けることにより、鋼管杭２０１の内部に配置された吸水性物質によって、効率よく土壌の含水比を低減させることができ、効率よく鋼管杭２０１の防食を図ることができる。

〈鋼管矢板の構成〉
鋼管矢板３０は、図４に示すように、鋼管からなる本体３１と本体３１の側面上に配置された一対の継手３２とを備える。本体３１は、上端開口３１ａと下端開口３１ｂとを有する鋼管からなる。本体３１は、複数の貫通孔３１ｃを有する。本体３１の貫通孔３１ｃの配置は、鋼管杭１の貫通孔１ｃと同様である。なお、鋼管矢板３０は、本体３１の軸線方向の異なる位置に、周方向にそれぞれ貫通孔３１ｃを１個または３個以上設けたものであってもよい。

各継手３２は、長手方向に切れ目３２ａが設けられた鋼管からなる。一対の継手３２は、本体３１に対して並列に、かつ本体３１を挟むように配置されている。すなわち、一対の継手３２は、それらの軸線方向が本体３１の軸線方向と同じ方向になるように配置されている。また、一対の継手３２は、本体３１に対して溶接によって固定されている。

鋼管矢板３０は、複数の鋼管矢板３０の継手３２同士を連結することにより矢板壁を構成する。

〈鋼管の防食方法〉
次に、本発明の実施形態に係る鋼管の防食方法を説明する。以下では、図５を参照して、鋼管杭１の場合の防食方法について説明する。図５は、図１に示す鋼管杭１を、上端開口１ａが地表２ａから露出し、かつ下端開口１ｂが地下水含有層３中に位置するように土壌中に打ち込んで埋設した状態を示す。

ここで、地下水とは、土壌中において土壌粒子同士の間隙が水で占められている領域内に含まれる水をいう。また、土壌中において、土壌粒子同士の間隙が水で占められている領域の土壌と該土壌中に含まれる水とを合わせて「地下水含有層」という。そのため、「地下水よりも上方」とは、「地下水含有層よりも上方」であることを意味する。なお、土壌中において、地下水が含まれていない層は「地下水非含有層」という。図５は、地下水非含有層２が地下水含有層３の上部に位置する状態を示す。

図５に示すように、鋼管杭１の内部に吸水性物質４を配置する。吸水性物質４は、鋼管杭１を土壌に打ち込む前に鋼管杭１の内部に配置しておいてもよい。また、鋼管杭１を土壌に打ち込んだ後、上端開口１ａから吸水性物質４を投入することにより、鋼管杭１の内部に配置してもよい。

吸水性物質４を鋼管杭１の内部に配置することにより、鋼管杭１周辺の土壌に含まれる水分が、貫通孔１ｃを経由して吸水性物質４により吸収される。また、鋼管杭１内部の土壌に含まれる水分が、直接吸水性物質４により吸収される。そのため、鋼管杭１に接する部分における土壌の含水比を減少させて、鋼管杭１の腐食を抑制することができる。

吸水性物質４は、図５に示すように、鋼管杭１内部の土壌の表面から、貫通孔１ｃのうち上端開口１ａに最も近い貫通孔１ｃを埋めるような位置まで配置することが好ましい。これにより、最も多くの貫通孔１ｃを経由して土壌の水分を吸収させることができ、より土壌の含水比を減少させることができる。

鋼管杭１内部の土壌の表面の高さの調整は、鋼管杭１を土壌に打ち込んだ後で鋼管杭１の内部から土壌を取り除くこと、または追加することにより行うことができる。また、鋼管杭１を土壌に打ち込む前に、鋼管杭１を打ち込む部分の土壌を掘削することによっても行うことができる。図５は、鋼管杭１を打ち込む前に、鋼管杭１を打ち込む部分周辺の土壌を掘削し、さらに鋼管杭１を打ち込んだ後で鋼管杭１の内部から土壌を取り除いた状態を示す。

鋼管杭１内部の土壌の表面の高さは、地下水含有層３よりも高い位置となるように調整すること、すなわち地下水非含有層２が鋼管杭１の内部に位置し、地下水含有層３が鋼管杭１の内部で露出しないように調整することが好ましい。吸水性物質４が地下水含有層３に接すると、吸水性物質４の吸水能が急速に失われ、鋼管杭１外部の土壌から十分に水分を吸収できなくなるからである。図６に示すように、鋼管杭１の下端開口１ｂが地下水含有層３中に位置しない場合には、鋼管杭１の周面摩擦力および先端支持力が十分に得られる程度に鋼管杭１内部から土壌を取り除いてもよい。

なお、本発明者らが検討した結果、地下水含有層３では、地下水含有層３よりも上方の地下水非含有層２と比べて鋼管杭１の腐食が進行しにくいことが分かっている。そのため、鋼管杭１の地下水含有層３に接する部分では地下水非含有層２に接する部分と比べて腐食を抑制する必要性に乏しい。また、図５に示すように、鋼管杭１の地下水含有層３に接する位置または鋼管杭１内部の土壌の表面よりも低い位置に貫通孔１ｃが設けられていてもよいが、この貫通孔１ｃは吸水性物質４に接する部分の貫通孔１ｃと比べて吸水性物質４の吸水による水分の通過量は少ない。

鋼管杭１において、腐食を抑制したい部分に貫通孔１ｃを設けることにより、腐食を抑制したい部分近傍の土壌すなわち地下水非含有層２から水分をより多く吸収することができる。そのため、貫通孔１ｃが腐食を抑制したい部分から離れている場合と比べて鋼管杭１の腐食を効果的に抑制することができる。

図６に示すように、吸水性物質４は、鋼管杭１内部の土壌の表面から、鋼管杭１の上端まで配置してもよい。この場合、最も多くの吸水性物質４を鋼管杭１の内部に配置することができ、より多くの水分を土壌、特に地下水非含有層２から吸収することができる。

鋼管杭１内部の吸水性物質４は、定期的に交換することが好ましい。これにより、吸水性物質４の吸水能を維持することができる。鋼管杭１内部の吸水性物質４は、例えばバキュームポンプによって吸い込むことにより取り除くことができる。

吸水性物質４としては、シリカゲルまたは塩化カルシウムを使用することができる。シリカゲルを使用した場合、鋼管杭１内部から取り除いた後、加熱することにより吸水能を復活させ、再利用することができる。

以上、本発明の鋼管の防食方法を、鋼管杭に適用する場合について説明したが、鋼管矢板についても同様に適用できる。図４に示す鋼管矢板３０に本発明の鋼管の防食方法を適用する場合、本体３１の内部に吸水性物質を配置する。これにより、本体３１の周辺の土壌に含まれる水分が、貫通孔３１ｃを経由して吸水性物質により吸収される。また、本体３１内部の土壌に含まれる水分が、直接吸水性物質により吸収される。さらに、本体３１内部に配置された吸水性物質により、継手３２周辺の土壌に含まれる水分も吸収されるため、本体３１だけでなく継手３２の腐食も抑制することができる。

〈腐食試験〉
本発明者らは、土壌中に埋設された鋼管杭が曝される環境を模擬した棒鋼の腐食促進試験を室内で行った。

ここで、鋼管杭が曝される土壌中の環境について説明する。図７は、土壌中に鋼管杭を埋設した状態を模式的に示す図である。図７では、鋼管杭１は、上端開口１ａ側が地表２ａから露出している以外は、土壌中に埋設されており、下端開口１ｂは土壌中の地下水含有層３中に位置している。土壌中において、地下水含有層３の上部の層は、地下水が含まれていない層（地下水非含有層２）である。土壌中における代表的な環境として、図７に示すように、地表側からＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４つの領域の環境が挙げられる。

領域Ａは、地下水非含有層２のうち、地表２ａの近傍に位置する領域である。領域Ａは、地表２ａからの酸素供給量が比較的多く、土壌の含水比が領域Ｂに比べて少ない環境である。領域Ｂは、地下水非含有層２のうち、地表２ａと地下水含有層３との中間に位置する領域である。領域Ｂは、地表２ａからの酸素供給量は比較的多く、土壌の含水比は領域Ａに比べて多いが領域Ｃに比べて少ない環境である。領域Ｃは、地下水含有層３のうち、地下水非含有層２との境界部分に位置する領域である。領域Ｃは、地表２ａからの酸素供給量は領域Ｄよりも多いが領域Ａおよび領域Ｂと比べて少なく、土壌の含水比は飽和している環境である。領域Ｄは、地下水含有層３において領域Ｃよりも下方に位置する領域である。領域Ｄは、地表２ａからの酸素供給量がほとんどなく、土壌の含水比が飽和している環境である。

この腐食試験では、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの腐食環境を模擬することとした。試験条件について図８、９および１０を参照して説明する。以下では、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを模擬した状態の試験条件を、それぞれ条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤという。

この試験では、恒温恒湿槽１１、および恒温恒湿槽１１内に配置した土槽１２を用いた。土槽１２は、ゴム栓１４ａが着脱可能な孔１３ａと通気孔１３ｂが設けられた蓋１３を有する。以下の土槽１２および土壌１５の準備は窒素雰囲気のグローブボックス内で行い、準備完了後、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置した。

図８に示す試験では、条件ＡおよびＢを模擬するように、土槽１２内には日本国内で採取した天然の土壌１５を入れた。土壌１５の含水比は、条件Ａでは５％、条件Ｂでは２５％とし、試験中は恒温恒湿槽１１により一定に保った。条件Ａおよび条件Ｂの土壌１５は、所定量の乾燥土壌と水とを混合し、攪拌することにより得た。土壌の含水比は、下記（１）式で定義される。
Ｒ＝Ｗ／Ｓ×１００ …（１）
ただし、Ｒ：含水比（％）、Ｗ：土壌中の水分の重量（ｇ）、Ｓ：乾燥状態の土壌の重量（ｇ）である。

図９に示す試験では条件Ｃを、図１０に示す試験では条件Ｄをそれぞれ模擬した。図９および図１０に示すように、土槽１２内に土壌１５を入れ、さらに水位が土壌１５の表面よりも高い位置となるように水１６を入れた。すなわち、条件ＣおよびＤでの土壌１５の水分の飽和度は１００％であり、含水比に換算すると６０％であった。

試験片は、ＪＩＳ Ｇ ３１０１（２００４）で規定される一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）の棒鋼１７とした。棒鋼１７は、直径１０ｍｍ、長さ５０ｍｍであり、接続棒１８を介してゴム栓１４ａに接続される構成とした。

条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのいずれにおいても、土槽１２の開口部を孔１３ａおよび通気孔１３ｂが開いた状態の蓋１３で閉じた。続いて棒鋼１７を蓋１３に設けられた孔１３ａから挿入し、土壌１５中に埋没させた後、通気孔１３ｂをゴム栓１４ａ（図８および９ではゴム栓１４ａは図示していない。）で閉じた。これにより、土槽１２の内部を窒素雰囲気で密閉した。ゴム栓１４ａ、１４ｂは、それぞれ孔１３ａ、通気孔１３ｂの周縁部に固定した。各条件とも、土壌１５中に埋没させた棒鋼１７は３本とした。

以上の作業の後、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置した。条件Ａ、ＢおよびＣでは、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置した後、ゴム栓を外して通気孔１３ｂを開放し、この時点を試験開始時点とした。また、条件Ｄでは、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置した時点を試験開始時点とし、その後も通気孔１３ｂは閉じたままとした。恒温恒湿槽１１は、条件Ａ、ＢおよびＣでは内部に空気を吹き込むことにより、条件Ｄでは内部に窒素ガスを吹き込むことにより、それぞれ恒温恒湿状態を維持し、いずれも内部の温度は４０℃とした。条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの試験条件を表１にまとめた。

試験開始後２１日、９２日および１８４日に、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの土槽１２から棒鋼１７を取り出し、腐食生成物を除去した後に各棒鋼１７の重量を測定した。測定した各棒鋼１７の重量と、試験開始前にあらかじめ測定した各棒鋼１７の重量とから重量減少量を算出し、平均腐食深さを算出した。平均腐食深さｄ（ｍｍ）は、重量減少量ΔＷ（ｇ）と、試験開始前に測定した棒鋼１７の表面積Ｓ（ｍｍ^２）と、棒鋼１７の密度ρ（ｇ／ｃｍ^３）とから下記（２）式を用いて算出した。
ｄ＝１０^３×ΔＷ／（ρ×Ｓ） …（２）

２−２．試験結果
図１１は、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤでの平均腐食深さの経時変化を示す図である。図１２は、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの平均腐食速度を示す図である。平均腐食速度とは、平均腐食深さ（ｍｍ）を曝露期間（年）で割った値である。１年は３６５日とした。図１１および図１２には、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのデータに加えて、一般土での鋼の腐食深さおよび腐食速度についてのデータ（図１１および図１２中の「一般土」）も示した。一般土での腐食速度は、一般に鋼管杭の設計指針として用いられている値（０．０２ｍｍ／年）を用いた（一般社団法人 鋼管杭・鋼矢板技術協会編、「鋼管杭−その設計と施工−」、第１２版、一般社団法人 鋼管杭・鋼矢板技術協会、２００９年、ｐ．５４９）。また、一般土での腐食深さは、この腐食速度の値から算出した。第１腐食試験で使用した土壌は、一般土よりもｐＨが小さいため、条件を揃えた場合、一般土よりも第１腐食試験で使用した土壌の方が鋼材の腐食量は大きくなると考えられる。

図１１および図１２から分かるように、地下水位よりも上部を模擬した条件ＡおよびＢでは一般土よりも腐食深さおよび腐食速度が大きく、地下水位以下の部分を模擬した条件ＣおよびＤでは一般土と同程度の腐食速度であった。また、条件Ａでは、試験開始後２１日では一般土よりも腐食深さおよび腐食速度が大きかったものの、腐食速度は大気中での腐食と同様に経時的に減少した。条件Ｂでは、試験開始後２１日における腐食深さおよび腐食速度が条件Ａよりも大きく、この傾向は試験開始後９２日および１８４日においても同様であった。

以上の腐食試験の結果より、土壌中において、鋼管と接触する部分の土壌の含水比を低減することが、効果的な鋼管の防食方法であることが分かる。また、地下水含有層では、鋼管の防食がほとんど必要ではないことが分かる。すなわち、鋼管を土壌中に埋設した状態で、地下水非含有層に位置する部分に貫通孔を設け、鋼管内部に吸水性物質を配置することが好ましいことが分かる。

図１３は、過去の研究による土壌の含水比と腐食速度との関係を示す図である。過去の研究（S.K. Gupta, ”The critical soil moisture content in the underground corrosion of mild steel”, Corrosion Science, 1979, Vol.19, Issue 3, pp.171-178）では、土壌としてｐＨが約８の粗粒砂、シルトおよび細粒砂を用い、温度を２０℃から２５℃の間に保持し、試験片を６箇月土壌中に埋没させた。図１３に示すこの過去の研究結果によると、これらの土壌で含水比が２５％から３５％の間で腐食速度が最大となっている。この腐食試験の結果でも含水比が２５％の条件Ｂで腐食速度が最大であり、過去の研究結果と合致する。

本発明による鋼管の防食方法は、電気防食では周辺の施設に影響を及ぼす可能性がある場所に埋設される鋼管に利用可能である。

１、１０１、２０１ 鋼管杭
１ａ、１０１ａ、２０１ａ 上端開口
１ｂ、１０１ｂ、１０１ｂ 下端開口
１ｃ、１０１ｃ、１０１ｃ、 貫通孔
２ａ 地表
３ 地下水含有層
４ 吸水性物質
１５ 土壌
１６ 水
３０ 鋼管矢板
３１ 本体
３１ａ 上端開口
３１ｂ 下端開口
３１ｃ 貫通孔
３２ 継手

Claims (9)

1. 上端開口が上方に向かって開口する一方、下端開口が土壌中に位置するように、少なくとも一部が土壌中に埋設された鋼管の防食方法であって、
   前記鋼管は、土壌中に埋設された部分のうち、前記鋼管内の土壌表面よりも高い位置に、前記鋼管の管厚み方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記鋼管内に配置した吸水性物質により、前記貫通孔を経由して前記鋼管周辺の土壌の水分を吸収させ、前記鋼管周辺の土壌の含水比を低減させる鋼管の防食方法。
2. 前記鋼管の一部を土壌中に埋設した後、前記上端開口から前記鋼管内に前記吸水性物質を投入することにより、前記鋼管内に前記吸水性物質を配置する請求項１に記載の鋼管の防食方法。
3. 前記貫通孔は、前記鋼管の前記土壌中に埋設された部分のうち、前記土壌中に存在する地下水よりも上方の部分に設けられている請求項１または２に記載の鋼管の防食方法。
4. 前記貫通孔は、前記鋼管の軸線方向の異なる位置に複数設けられている請求項１から３までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法。
5. 前記複数の貫通孔は、前記鋼管の周方向に異なる位置に設けられている請求項４に記載の鋼管の防食方法。
6. 前記複数の貫通孔は、前記鋼管の軸線方向の異なる位置のそれぞれにおいて、前記鋼管の周方向に等間隔に設けられている請求項４または５に記載の鋼管の防食方法。
7. 前記鋼管内に、前記複数の貫通孔のうち前記鋼管の上端開口側に最も近い貫通孔を埋めるような位置まで前記吸水性物質を配置する請求項４から６までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法。
8. 請求項１から７までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法によって防食される鋼管杭。
9. 鋼管からなる本体と、前記本体の側面上に設けられた継手とを備え、
   前記鋼管からなる本体が、請求項１から７までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法で防食される鋼管矢板。