JP2018021228A - 犠牲電極材、電気防食工法、コンクリート構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】犠牲電極の周囲のｐＨが低下しても犠牲電極の活性を維持することができる犠牲電極材を提供することを課題とする。【解決手段】構造物に埋設された金属材料に対して電気的に接続される犠牲電極と、該犠牲電極が埋設されて所定形状を有する外装部とを備える犠牲電極材であって、前記外装部は、犠牲電極の周囲のｐＨが３以上１１以下となるように形成されることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、構造物に埋設された金属材料に対して電気防食を行う際に用いられる犠牲電極材、斯かる犠牲電極材を用いた電気防食工法、及び、斯かる犠牲電極を備えるコンクリート構造物に関する。

コンクリート等を用いて形成された構造物に埋設されている鉄筋などの鋼材は、表面に不動態被膜が形成されているため、本来、腐食から保護されている。ところが、斯かる構造物が経時的に劣化したりすることによって、構造物の表面に亀裂が生じたり、構造物の内部に間隙が生じたりする場合がある。斯かる場合、亀裂や隙間を通じて、水分や塩素成分が構造物の内部にまで侵入し、鋼材を部分的に腐食する（金属イオンが溶出する）虞がある。

鋼材が部分的に腐食すると、腐食した部分と腐食していない部分とが鋼材に形成され、斯かる部分同士の間に電位差が生じることになる。このような電位差が生じることによって、腐食した部分から腐食していない部分へ向かって鋼材中に腐食電流が流れることになる。そして、このような腐食電流が鋼材中に流れることで、腐食した部分からの金属イオンの溶出が促進され、鋼材の腐食が更に進行する。

上記のようにして生じる鋼材の腐食を防止する方法としては、構造物内の鋼材と該鋼材よりもイオン化傾向の高い金属（以下、犠牲電極とも記す）とを電気的に接続することで、鋼材よりも先に犠牲電極を腐食させて鋼材の腐食を抑制する方法が知られている。斯かる方法では、犠牲電極は、セメントを含有するセメント組成物と水とが混練されて硬化することで形成されるセメント硬化体内に埋設された状態で使用される。具体的には、セメント硬化体内に犠牲電極が埋設されてなる犠牲電極材が提案されており（特許文献１，２参照）、該犠牲電極材中の犠牲電極と鋼材とを電気的に接続することで鋼材の腐食を抑制する電気防食工法が知られている。

ここで、犠牲電極の腐食は、犠牲電極の周囲のｐＨ環境に影響を受けるため、犠牲電極が腐食しやすいｐＨ環境を犠牲電極の周囲で維持することが要求される。例えば、上記のような犠牲電極材を用いて行う電気防食工法では、犠牲電極材を構成するセメント硬化体内のｐＨは、通常、犠牲電極の腐食前で１２．５以上であるが、犠牲電極として用いる亜鉛メッシュの腐食に伴って１１．５程度にまで低下することになる。そして、このようなｐＨ環境に変化すると、犠牲電極に不動態皮膜が形成されて犠牲電極が腐食し難くなる（活性が低下する）ため、電気防食の効果を継続させることが困難になる。

そこで、セメント硬化体を形成する際に硝酸リチウムや臭化リチウムを添加することで、セメント硬化体における犠牲電極の周囲のｐＨを１２．５以上に維持する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特表２００８−５０１８５９号公報 特表２００２−５３６５４４号公報

しかしながら、上記のように硝酸リチウムや臭化リチウムを添加する方法であっても、犠牲電極材の経時的な使用によって、犠牲電極材を構成するセメント硬化体内のｐＨが低下することになる。このため、ｐＨ１２．５以上という狭いｐＨ範囲に維持する方法では、犠牲電極の活性を効果的に維持することが困難である。

そこで、本発明は、犠牲電極の周囲のｐＨが低下しても犠牲電極の活性を維持することができる犠牲電極材及び電気防食工法を提供すると共に、該犠牲電極材を用いた電気防食工法を提供することを課題とする。

本発明に係る犠牲電極材は、構造物に埋設された金属材料に対して電気的に接続される犠牲電極と、該犠牲電極が埋設されて所定形状を有する外装部とを備える犠牲電極材であって、前記外装部は、犠牲電極の周囲のｐＨが３以上１１以下となるように形成されることを特徴とする。

斯かる構成によれば、犠牲電極が埋設された外装部のｐＨが上記の範囲であることで、犠牲電極と金属材料とを電気的に接続して金属材料の電気防食を行った際に、外装部における犠牲電極の周囲のｐＨが低下しても犠牲電極の表面に不動態皮膜が形成されて電気防食の効果が低下する（活性が低下する）のを防止することができる。これにより、犠牲電極の活性を効果的に維持することができる。

前記外装部は、水硬性材料と水との混練物が硬化することで形成されることが好ましい。

前記水硬性材料は、セメント、水酸化マグネシウム、石膏、ドロマイト、ベントナイト、粘土からなる群より選択される一種又は二種以上であることが好ましい。

本発明に係る電気防食工法は、上記何れかに記載の犠牲電極材における犠牲電極と構造物に埋設された金属材料とを電気的に接続して金属材料の電気防食を行うことを特徴とする。

本発明に係るコンクリート構造物は、金属材料が埋設された構造物本体と、金属材料と電気的に接続された犠牲電極と、該犠牲電極が埋設された埋設部とを備えており、前記埋設部は、犠牲電極の周囲のｐＨが３以上１１以下となるように形成されることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、犠牲電極の周囲のｐＨが低下しても犠牲電極の活性を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る犠牲電極材を示した斜視図。 本発明の一実施形態に係るコンクリート構造物の一部を示した断面図。

以下、本発明の一実施形態について図１を参照しながら説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

本実施形態に係る犠牲電極材１は、図１に示すように、構造物に埋設された金属材料に対して電気的に接続される犠牲電極２と、該犠牲電極２が埋設されて所定形状を有する外装部３とを備える。また、犠牲電極材１は、犠牲電極２と前記金属材料とを電気的に連結する連結部４を更に備える。そして、犠牲電極材１は、犠牲電極２が連結部４を介して構造物中の金属材料と電気的に接続されることで、金属材料の電気防食を行うことが可能となる。

犠牲電極２を構成する素材としては、電気防食の対象となる金属材料よりもイオン化傾向の高い金属（具体的には、金属単体、合金又は擬合金）が用いられる。犠牲電極２を構成する金属成分としては、特に限定されるものではなく、例えば、亜鉛、アルミニウム、インジウム、マグネシウム等の金属、これらの金属の合金あるいは擬合金等が挙げられる。犠牲電極２の形状としては、特に限定されるものではなく、本実施形態では、板状の形状を有する。また、犠牲電極２は、連結部４と接続される。本実施形態では、四角形状の犠牲電極２の各角部の近傍に連結部４が接続される。

前記外装部３は、埋設された犠牲電極２の周囲のｐＨが３以上１１以下、好ましくは４以上８．５以下となるように構成される。犠牲電極２の腐食は、外装部３のｐＨが低いほど効果的に生じるが、外装部３に接する構造物（犠牲電極材１を取り付ける対象物）が外装部３のｐＨの影響によって変性する虞がある。このため、外装部３における犠牲電極２の周囲のｐＨは、下限値が３である。なお、外装部３における犠牲電極２の周囲のｐＨは、下記の実施例に記載の方法で測定されるものである。

外装部３は、例えば、水硬性材料と水との混練物が硬化することで形成することができる。水硬性材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、セメント、水酸化マグネシウム、石膏、ドロマイト、ベントナイト、粘土からなる群より選択される一種又は二種以上を用いることができる。

外装部３を形成する方法としては、特に限定されるものではない。例えば、水硬性材料としてセメントを用いた場合には、セメントと細骨材と水とを混練して混練物を形成し、該混練物を型枠に充填すると共に、該混練物中に犠牲電極２を埋設する。この際、犠牲電極２に接続された連結部４の一部が混練物の外側に位置するように配置される。そして、型枠内で混練物を硬化させることで外装部３が形成される。その後、型枠から外装部３を取り出すことで、所定形状を有する外装部３に犠牲電極２が埋設されてなる犠牲電極材１を得ることができる。

連結部４は、導電性を有する素材を用いて形成される。連結部４を構成する素材としては、例えば、鉄、ステンレス、チタンなどが挙げられる。連結部４の形状としては、特に限定されるものではなく、本実施形態では、棒状の形状を有する。そして、連結部４は、一端部が犠牲電極２と接続される。

次に、上記のように構成される犠牲電極材１を用いて金属材料の電気防食を行う電気防食工法について説明する。具体的には、コンクリート構造物中に金属材料（鋼材）が埋設されている場合、まず初めに、コンクリート構造物の表面をはつり取ることで、金属材料をコンクリート構造物の表面に露出させる。次に、はつり取った箇所に犠牲電極材１を配置すると共に、棒状の連結部４の他端部を金属材料に連結する。これにより、犠牲電極２と金属材料とが電気的に接続された状態となる。そして、コンクリート構造物のはつり取った箇所を犠牲電極材１ごとモルタル等で埋め戻すことで、犠牲電極材１を備えるコンクリート構造物が形成される。これにより、コンクリート構造物中の金属材料よりも早く犠牲電極２が腐食するため、コンクリート構造物中の金属材料の電気防食を行うことができる。

以上のように、本発明に係る犠牲電極材、電気防食工法、及び、コンクリート構造物では、犠牲電極の周囲のｐＨが低下しても犠牲電極の活性を効果的に維持することができる。

即ち、犠牲電極が埋設された外装部のｐＨが上記の範囲であることで、犠牲電極と金属材料とを電気的に接続して金属材料の電気防食を行った際に、外装部における犠牲電極の周囲のｐＨが低下しても犠牲電極の表面に不動態皮膜が形成されて電気防食の効果が低下する（活性が低下する）のを防止することができる。これにより、犠牲電極の活性を効果的に維持することができる。

なお、本発明に係る犠牲電極材、電気防食工法、及び、コンクリート構造物は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

具体的には、上記実施形態では、水硬性材料と水とが混練されて硬化することで外装部３が形成されているが、所定の形状を維持できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、粘土等のように硬化しない状態であっても所定の形状を維持できるもので外装部が形成されてもよい。

また、上記実施形態では、コンクリート構造物は、犠牲電極材１が埋め込まれたものが例示されているが、これに限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、金属材料１０ｂが埋設された構造物本体１０ａと、金属材料１０ｂと電気的に接続された犠牲電極２と、該犠牲電極２が埋設された埋設部１０ｃとを備えるコンクリート構造物１０であってもよい。具体的には、構造物本体１０ａをはつり取って金属材料１０ｂを構造物本体１０ａの表面に露出させた後、はつり取った箇所に犠牲電極２を配置する。そして、該犠牲電極２と金属材料１０ｂとを連結部４を介して電気的に接続した後、モルタル等ではつり取った箇所を犠牲電極２ごと埋め戻すことで埋設部１０ｃを形成する。これにより、埋設部１０ｃに犠牲電極２が埋設されたコンクリート構造物１０が形成される。斯かる場合には、埋設部１０ｃにおける犠牲電極２の周囲のｐＨは、３以上１１以下、好ましくは、８以上８．５以下となるように調整される。

また、上記実施形態では、外装部３は、均質となるように形成されるが、これに限定されるものではなく、例えば、犠牲電極２の周囲（外装部３の内側）の性質と外装部３の表面側の性質とが異なるように構成されてもよい。例えば、犠牲電極２の周囲（外装部３の内側）を軟質なもの（スポンジ等）で形成し、外装部３の表面側をモルタル等の硬化体で被覆するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、犠牲電極２は、板状に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、網目状（メッシュ）や棒状であってもよい。

以下、実施例および比較例を用いて本発明を更に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。

＜使用材料＞
１．早強ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）
２．軽焼ドロマイト（吉澤石灰工業株式会社製）
３．半水石膏（吉野石膏株式会社製）
４．硫酸第一鉄（堺化学社製）
５．水
６．犠牲電極（導電性を有する連結部を備える亜鉛メッシュ、サイズ：３０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍ）
７．コンクリート構造物（金属材料として鋼材が埋設されたもの）

＜各実施例及び各比較例の犠牲電極材の作成＞
実施例１〜８及び比較例１〜５については、上記の１〜５の材料を下記表１の配合で混練して混練物を形成した。そして、該混練物を型枠に流し込むと共に、犠牲電極が備える連結部が混練物の外側に位置するように混練物中に犠牲電極を埋め込んだ。そして、混練物が硬化した後、型枠から外装部を取り外して犠牲電極材を得た。

＜外装部のｐＨ＞
実施例１〜８及び比較例１〜５については、上記の混練物を形成した直後のｐＨを飽和カロメル電極を用いたｐＨ計で測定し、その測定結果を形成後３日の外装部における犠牲電極の周囲のｐＨとした。測定結果については、下記表２に示す。また、外装部を形成後１０日、３０日の外装部の犠牲電極の周囲のｐＨを測定した。具体的には、各日にちの外装部を粉末処理（乳鉢等で粉砕）し、イオン交換水（又は蒸留水）と重量比１：１で混合した。そして、混合物を吸引濾過した後、濾過水のｐＨをｐＨ計で測定した。測定結果については、下記表２に示す。

＜分極抵抗・自然電位の測定＞
上記のコンクリート構造物中の金属材料に、作製した犠牲電極材の連結部を連結し、金属材料と犠牲電極とを電気的に連結した。そして、外装部を形成後３日、１０日、３０日の分極抵抗及び自然電位を測定した。自然電位は、飽和カロメル電極（ＳＣＥ）を参照電極として測定した。分極抵抗は、交流２極式により、１ｍＨｚにおけるインピーダンスをＣＰＥ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｈａｓｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）解析して求めた。測定結果については、下記表２に示す。
なお、下記表２では、自然電位が−６００ｍＶより貴（＋）側で、分極抵抗が５０００Ω・ｃｍ^２以上を「×」とし、自然電位が−１０００〜−６００ｍＶで、分極抵抗が１０００〜５０００Ω・ｃｍ^２を「○」とし、自然電位が−１０００ｍＶより卑（−）側で、分極抵抗が１０００Ω・ｃｍ^２以下を「◎」とした。

＜まとめ＞
表２の各実施例と比較例１とを比較すると、３０日後の分極抵抗及び自然電位は、各実施例の方が小さいことが認められる。また、各実施例と比較例２〜５とを比較すると、各実施例の方が各測定時期において分極抵抗及び自然電位が低いことが認められる。また、各実施例では、外装部を形成した後３日から３０日に亘って分極抵抗及び自然電位が低くなるように変化するのに対し、比較例１では、３０日後に分極抵抗及び自然電位が急激に高くなり、比較例２〜５では、分極抵抗及び自然電位が比較的高い値で維持されることが認められる。つまり、外装部のｐＨを本願発明の範囲にすることで、分極抵抗及び自然電位が比較的低い値で長期的に維持されるため、犠牲電極の活性が効果的に維持することができる。

１…犠牲電極材、２…犠牲電極、３…外装部、４…連結部、１０…コンクリート構造物、１０ａ…構造物本体、１０ｂ…金属材料、１０ｃ…埋設部

Claims (5)

1. 構造物に埋設された金属材料に対して電気的に接続される犠牲電極と、該犠牲電極が埋設されて所定形状を有する外装部とを備える犠牲電極材であって、
   前記外装部は、犠牲電極の周囲のｐＨが３以上１１以下となるように形成されることを特徴とする犠牲電極材。
2. 前記外装部は、水硬性材料と水との混練物が硬化することで形成されることを特徴とする請求項１に記載の犠牲電極材。
3. 前記水硬性材料は、セメント、水酸化マグネシウム、石膏、ドロマイト、ベントナイト、粘土からなる群より選択される一種又は二種以上であることを特徴とする請求項２に記載の犠牲電極材。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の犠牲電極材における犠牲電極と構造物に埋設された金属材料とを電気的に接続して金属材料の電気防食を行うことを特徴とする電気防食工法。
5. 金属材料が埋設された構造物本体と、金属材料と電気的に接続された犠牲電極と、該犠牲電極が埋設された埋設部とを備えており、
   前記埋設部は、犠牲電極の周囲のｐＨが３以上１１以下となるように形成されることを特徴とするコンクリート構造物。