JP2020139342A - 鉄筋コンクリート構造物 - Google Patents

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Abstract

【課題】鉄筋の露出を伴う施工を行うことなく、鉄筋コンクリートを防食することができる鉄筋コンクリート構造物を提供する。【解決手段】鉄筋コンクリート構造物のコンクリート２１内部に形成され、防食溶液４を保持する貯蔵部２３を備え、防食溶液４は、貯蔵部２３から前記コンクリート２１に拡散浸透し、鉄筋２２近傍のコンクリート２１の乾燥を妨げ、鉄筋２２を不働体化する。【選択図】図３

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造物に関する。
金属の腐食は湿潤環境にて生じるが、アルカリ環境では、鉄は不働態化し腐食は起こらないとみなせる（非特許文献１）。鉄筋コンクリートは、コンクリートもしくはセメントがアルカリ性であることから、鉄を防食しており、コンクリートが健全な限り鉄筋の健全性も保たれる。
屋外において、コンクリートの中性化の深さ（進度）は、１年で数mm単位であるため、十分なかぶり厚があれば鉄筋は防食される（非特許文献２）。ただし、コンクリートが中性化した場合には鉄筋は腐食する恐れがある。特に、コンクリートにひび割れが生じた場合には、ひび割れた箇所の近傍で局所的なコンクリートの中性化が進行し、ひび割れた箇所の鉄筋が腐食する（非特許文献３）。
ひび割れが大きい場合には、鉄筋コンクリート構造物は更改されるが、ひび割れが微小な場合には補修が施される。中性化したコンクリートの補修方法としては、電気化学的工法による再アルカリ化がある（非特許文献４）。電気化学的工法は、電気化学装置を使用して劣化した既設コンクリート構造物に対して大きな電流を短期間流すことで、脱塩して補修する技術である。
原, "金属の腐食の基礎概念"，J.Vac.soc., vol.44_860 三橋, "コンクリートの中性化進行速度に及ぼす気象環境条件の影響に関する研究"，コンクリート工学論文集, 10, pp.143-149(1999) 半田,"コンクリート中鉄筋の水素による遅れ破壊"，IEICE Technical Report, R2009-47, pp.7-10(2009) 上田, "コンクリート構造物の劣化と問題点"，材料と環境, 59, pp.111-116(2010) "Standard Test Method for Corrosion Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete",ASTM C 876-15, Annual book of ASTM Standards, vol. 03.02, pp.457-462(1999)
微小なひび割れが生じた鉄筋コンクリートに対して、電気化学的工法による再アルカリ化を実施するには、鉄筋に電気的接続をする必要があるため、一部のコンクリートを斫り、鉄筋を露出するなど破壊を伴う施工が必要となる。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、鉄筋の露出を伴う施工を行うことなく、鉄筋コンクリートを防食することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、鉄筋コンクリート構造物であって、前記鉄筋コンクリート構造物のコンクリート内部に形成され、防食溶液を保持する貯蔵部を備え、前記防食溶液は、前記貯蔵部から前記コンクリートに拡散浸透し、鉄筋近傍のコンクリートの乾燥を妨げ、前記鉄筋を不働体化する。
本発明によれば、鉄筋の露出を伴う施工を行うことなく、鉄筋コンクリートを防食することができる。
鉄筋コンクリート試供体の電位測定の結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート構造物の構成図である。 鉄筋コンクリート構造物の断面図である。 コンクリートポールの断面図である。 変形例のコンクリートポールの断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
鉄筋コンクリートは、内部の鉄筋がコンクリートの強度を高める役割を持つことに加え、アルカリ性のコンクリートが鉄筋を覆うことで鉄筋を防食する。ひび割れのない健全な鉄筋コンクリートの中の鉄筋は、コンクリートのアルカリ環境に覆われているため不働態化している。しかし、ひび割れが生じた鉄筋コンクリートでは、ひび割れた部分のコンクリート内部の中性化が進行し、脱不働態化して鉄筋の腐食が進行する。
コンクリートにひび割れが生じると、ひび割れ内部が中性化し、ここに中性から酸性の水分が侵入した際に鉄筋が腐食する。しかし、ひび割れ内部が中性化した場合でも、アルカリ性の溶液を鉄筋近傍に滞留させることで防食することが可能となる。
また、コンクリートの中性化の深さ（進度）は、１年で数mm単位であることから、コンクリートには未中性化領域が多く残っている。そのため、ひび割れ内部に雨水などの中性から酸性の水分が侵入した場合でも、この水分が滞留した場合には、滞留した水分に未中性化領域のコンクリートの水酸化カルシウムが溶解し、コンクリートを介して拡散することで、鉄筋近傍がアルカリ環境に変化する。
したがって、鉄筋コンクリートにアルカリから中性の水分を供給して維持し、鉄筋近傍にアルカリ性の水分を保持させ、中性から酸性の水分の侵入を防ぐことができれば、鉄筋を防食できる。
図１は、鉄筋コンクリートの供試体の電位測定の結果を示す図である。図１は、0.1mm幅のひび割れを有する鉄筋コンクリートの供試体に対し、7時間の水浸漬による湿潤過程と、41時間の恒温槽設置（60℃維持）による乾燥過程を1サイクルとする乾湿繰り返し試験を実施したのち、湿度約70%の環境に放置した際の電位測定の結果を示したものである。図１では、乾湿繰り返し試験を継続した期間（0〜40日）では、電位の卑化が示され、湿度約70%の環境に放置した期間（100日〜）では電位の貴化が示されている。なお、40〜100日の期間の測定データはないが、電位は-350mVから-200mVまで緩やかに上昇していると考えらえる。
非特許文献５のAPPENDIX X1.1.3によれば、ある領域の電位が-350mV vs. CSEよりもマイナスの場合、90％以上の確率でその領域の鉄筋が腐食していると判定される。このことから、乾湿繰り返しにより腐食が進行しているとみなすことができる。一方、電位の貴化は腐食の停止を示しており、湿度70％の環境に放置することにより、ひび割れ内部に水分が滞留した結果と考えられ、水分の滞留が防食効果を有することが示されている。
＜第１の実施形態＞
図２は、第１の実施形態の鉄筋コンクリート構造物（鉄筋コンクリート）の構成を示す図である。
図示する鉄筋コンクリート構造物２は、コンクリート２１の内部に複数の鉄筋２２が配置されている。鉄筋コンクリート構造物２には、コンクリート２１の内部に防食溶液４を保持（貯蔵）する溶液貯蔵部２３が形成されている。溶液貯蔵部２３は、コンクリート２１に囲まれた空間（空洞）であって、防食溶液が溜められる領域である。溶液貯蔵部２３は、鉄筋コンクリート構造物２に製品形状としてあらかじめ形成されているものとする。鉄筋コンクリート構造物２は、溶液貯蔵部２３の上に配置された蓋２４を有する。蓋２４は、開閉可能であり、防食溶液４は、蓋２４を介して溶液貯蔵部２３に供給される。
本実施形態では、溶液貯蔵部２３に防食溶液４を保持することで、鉄筋２２近傍のコンクリート２１に防食溶液４の水分を常時保持させる。これにより、本実施形態では、鉄筋コンクリート構造物２内部の鉄筋２２の腐食を抑制する。
具体的には、コンクリート２１に囲まれた溶液貯蔵部２３に保持された防食溶液４は、浸透および拡散によりコンクリート２１内部に浸透する。これにより、鉄筋２２に到達するひび割れが生じた場合であっても、コンクリート２１を介した防食溶液４の拡散により、鉄筋２２近傍は防食環境が保たれる。
図３は、図２に示す鉄筋コンクリート構造物２の断面図である。図３では、溶液貯蔵部２３に防食溶液４が貯蔵されている。
防食溶液４は、溶液貯蔵部２３からコンクリート２１に浸透および拡散し、鉄筋２２近傍のコンクリート２１の乾燥を妨げ、アルカリ化し、鉄筋２２を不働体化する溶液である。防食溶液４は、ｐＨ７からｐＨ１２の範囲のｐＨ値である。すなわち、防食溶液４は、アルカリ性の溶液である。
防食溶液４は、例えば、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カルシウムの少なくとも１つを含んでいてもよい。
また、防食溶液４は、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カルシウムのいずれか１つを主成分とした溶液であることが望ましい。これにより、中性の水分を防食溶液４として用いる場合に生じるコンクリート２１の劣化を防止しつつ、鉄筋２２の防食を実現することができる。主成分とは、少なくとも0.1％以上の濃度の溶液であることを意味する。
また、水酸化カルシウムを含む防食溶液４を用いた場合、防食溶液４の水面には、大気の二酸化炭素と水酸化カルシウムとが反応した炭酸カルシウムの膜４１が形成される。これにより、防食溶液４の蒸発を防止することができる。
鉄筋コンクリート構造物２を設置する際に、溶液貯蔵部２３に防食溶液４を供給し、溶液貯蔵部２３には常に防食溶液４が保持（貯蔵）されている状態とする。また、防食溶液４が蒸発するなどして、溶液貯蔵部２３の防食溶液４が減少または枯渇した場合は、蓋２４を開けて防食溶液４を溶液貯蔵部２３に供給（補充）する。
＜第２の実施形態＞
次に、第１の実施形態の鉄筋コンクリート構造物２を、コンクリートポールに適用した第２の実施形態について説明する。コンクリートポールは、例えば電柱などの円柱状の鉄筋コンクリート構造物である。
一般的な市販のコンクリートポールは、底部に蓋が取り付けられ、水抜き穴が形成されている。降雨等によりコンクリートポール内部に侵入した水分は、水抜き穴から地中に排出される。水分は、コンクリートポールの側面に形成されている穴（不図示）などからコンクリートポール内部に侵入する。
図４は、コンクリートポール２Ａの断面図である。図示するコンクリートポール２Ａは、コンクリート２１の内部に複数の鉄筋２２が配置されている。コンクリートポール２Ａには、コンクリート２１の内部に防食溶液を保持する溶液貯蔵部２３が形成されている。溶液貯蔵部２３は、周囲をコンクリート２１に囲まれた空洞であって、防食溶液が溜められる領域である。本実施形態の防食溶液は、第１の実施形態の防食溶液４と同様である。
図示するコンクリートポール２Ａは、コンクリートポール２Ａの内部の空洞を仕切る仕切り部２５Ａ（例えば、仕切り板など）を備える。本実施形態では、仕切り部２５Ａを用いて、コンクリート２１内部に溶液貯蔵部２３を形成する。コンクリートポール２Ａに形成されている空洞を仕切り部２５Ａで仕切ることで、本実施形態では、簡易に溶液貯蔵部２３を形成することができる。
なお、コンクリートポール２Ａのひび割れ発生は、地面と接する地際部分、段落し部分（鉄筋本数の減少部分）、ケーブル類の設置部分などに多く見られる。このため、仕切り部２５Ａは、コンクリートポール２Ａが設置される際に、上記のひび割れ多発部分の近傍となる位置に形成されることが望ましい。例えば、地際部分のひび割れに対しては、コンクリートポール２Ａの地中への埋め込み深さを考慮して、仕切り部２５Ａの配置位置を地際部近傍に決定することが望ましい。
また、コンクリートポール２Ａは、複数の仕切り部２５Ａを有してもよい。複数のひび割れ多発部分のそれぞれに仕切り部２５Ａを形成することで、コンクリートポール２Ａの内部に複数の溶液貯蔵部２３を形成することも可能である。
仕切り部２５Ａを地際近傍に形成した場合、防食溶液の貯蔵量が少ない場合であっても、コンクリートポール２Ａのひび割れ発生が多い地際部分のコンクリート２１では、防食溶液の水分が保持され、防食環境を保つことができる。したがって、仕切り部２５Ａを地際近傍に形成することで、防食溶液の貯蔵量を節減することができる。
コンクリートポール２Ａは、上部に配置された、開閉可能な蓋２４を有する。防食溶液は、蓋２４、または、コンクリートポール２Ａの側面に形成されている穴（不図示）を介して溶液貯蔵部２３に供給される。また、コンクリートポール２Ａは、底部（下部）に配置された蓋２６を有する。蓋２６は、水分を地中に排出する水抜き穴２６１を有する。
なお、コンクリートポールの健柱後（設置後）に、仕切り部を形成してもよい。
図５は、健柱後（設置後）に仕切り部２５Ｂを形成したコンクリートポール２Ｂの断面図である。図示する仕切り部２５Ｂは、底部の蓋２６の水抜き穴２６１を塞ぐように、蓋２６の上に形成される。これにより、コンクリートポール２Ｂの空洞全体が、溶液貯蔵部２３となる。例えば上部の蓋２４を開けて、セメントまたは硬化性樹脂をコンクリートポール２Ｂの空洞に注入し、底部の蓋２６（特に水抜き穴２６１）の上に堆積させる。堆積したセメントまたは硬化性樹脂が硬化することで、仕切り部２５Ｂが形成される。
以上説明した本実施形態の鉄筋コンクリート構造物は、鉄筋コンクリートのコンクリート内部に形成され、防食溶液を保持する貯蔵部を備え、防食溶液は、貯蔵庫からコンクリートに拡散浸透し、鉄筋近傍のコンクリートの乾燥を妨げ、前記鉄筋を不働体化する。すなわち、本実施形態では、溶液貯蔵部に防食溶液を保持することで、鉄筋近傍のコンクリートに防食溶液の水分を常時保持させ、鉄筋コンクリート構造物の鉄筋の腐食を抑制する。したがって、本実施形態では、ひび割れが生じた鉄筋コンクリート構造物に対して、鉄筋の露出を伴う施工を行うことなく、簡易に低コストで鉄筋コンクリートを防食することができる。
具体的には、防食溶液は、浸透および拡散によりコンクリート内部に浸透し、これにより、鉄筋に到達するひび割れが生じた場合であっても、コンクリートを介した防食溶液の拡散により、鉄筋近傍は防食環境を保つことができる。すなわち、鉄筋近傍に水分を保持させることで、外部環境からの酸性から中性の水分の侵入を妨げるとともに、コンクリートの未中性化領域からアルカリ成分を溶出させ鉄筋を防食することができる。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
２ ：鉄筋コンクリート構造物
２Ａ、２Ｂ：コンクリートポール
２１：コンクリート
２２：鉄筋
２３：溶液貯蔵部
２４：上部の蓋
２５Ａ、２５Ｂ：仕切り部
２６：底部の蓋
２６１：水抜き穴

Claims (7)

  1. 鉄筋コンクリート構造物であって、
    前記鉄筋コンクリート構造物のコンクリート内部に形成され、防食溶液を保持する貯蔵部を備え、
    前記防食溶液は、前記貯蔵部から前記コンクリートに拡散浸透し、鉄筋近傍のコンクリートの乾燥を妨げ、前記鉄筋を不働体化すること
    を特徴とする鉄筋コンクリート構造物。
  2. 前記鉄筋コンクリート構造物は、コンクリートポールであること
    を特徴とする請求項１記載の鉄筋コンクリート構造物。
  3. 前記コンクリートポールの内部に形成された空洞を仕切る仕切り部を備え、
    前記貯蔵部は、前記仕切り部を用いて形成されること
    を特徴とする請求項２記載の鉄筋コンクリート構造物。
  4. 前記仕切り部は、前記コンクリートポールが設置される際に、地際近傍となる位置に形成されること
    を特徴とする請求項３に記載の鉄筋コンクリート構造物。
  5. 前記防食溶液は、ｐＨ７からｐＨ１２の範囲のｐＨ値であること
    を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構造物。
  6. 前記防食溶液は、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カルシウムの少なくとも１つを含むこと
    を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構造物。
  7. 前記防食溶液は、水酸化カルシウムを含み、前記防食溶液の水面には、大気の二酸化炭素と水酸化カルシウムとが反応した炭酸カルシウムの膜が形成されること
    を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構造物。
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