JP2022152546A - 犠牲陽極、電気防食工法、及び、コンクリート構造物 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気防食効果を比較的長期に亘って良好に維持することができる犠牲陽極を提供することを課題とする。【解決手段】コンクリートを用いて形成されるコンクリート部と該コンクリート部に埋め込まれた金属材とを備えるコンクリート構造物に設置されて金属材に防食電流を供給する犠牲陽極であって、前記金属材よりもイオン化傾向が高い金属から構成される陽極部と、水硬性材料を用いて形成され、陽極部を内包するバックフィル部とを備えており、陽極部は、１ｃｍ３当たりの表面積が７．５ｃｍ２以上１５．０ｃｍ２以下であり、バックフィル部の圧縮強度が３Ｎ／ｍｍ２以上１０Ｎ／ｍｍ２以下である。【選択図】なし
Description
電気防食工法に用いる犠牲陽極、該犠牲陽極を用いた電気防食工法、および、該犠牲陽極が設置されたコンクリート構造物に関する。
コンクリートを用いて形成されるコンクリート部と該コンクリート部に埋め込まれた金属材とを備えるコンクリート構造物が知られている。例えば、コンクリート構造物としては、金属材として鉄筋がコンクリート部に埋め込まれて形成された所謂鉄筋コンクリートや、金属材としてボルトボックスが端部に埋め込まれたシールドトンネルのセグメント等が挙げられる。このようなコンクリート構造物内では、部分ごとに、金属材を腐食する環境が異なる場合がある。
鉄筋コンクリートを例に説明すると、コンクリート部の劣化した部分をはつり取り、はつり取った部分を劣化に対して耐久性の高い断面修復材（例えば、ポリマーセメントモルタルなど）で埋め戻すことがある（断面修復工法）。この場合、断面修復材で埋め戻した部分（以下では、「断面修復部」とも記す）と、その周囲の部分（以下では、「コンクリート躯体部」とも記す）とでは、金属材の腐食環境（例えば、塩化物イオン量やｐＨ等）が異なることがある。このため、断面修復部側に位置する金属材とコンクリート躯体部側に位置する金属材とが異なる腐食環境に曝されることになる。
また、シールドトンネルのセグメントを例に説明すると、セグメント同士を連結した後にボルトボックスが埋込材（例えば、セメントモルタルなど）で埋め込まれることがある。この場合、ボルトボックスの内側（埋込材）とボルトボックスの外側（コンクリート部）とでは、金属材の腐食環境（例えば、塩化物イオン量やｐＨ等）が異なることがある。このため、ボルトボックスの内側の面とボルトボックスの外側の面とが異なる腐食環境に曝されることになる。
上記のように、金属材の表面が部分ごとに異なる腐食環境に曝されると、腐食環境の境界付近において、金属材の表面にマクロセル腐食が生じることがある。斯かるマクロセル腐食を抑制する方法としては、金属材よりもイオン化傾向の高い金属を陽極部として備える犠牲陽極をコンクリート構造物に設置する方法（電気防食工法）が挙げられる（特許文献１～特許文献８参照）。斯かる電気防食工法では、犠牲陽極から金属材に防食電流を供給し、金属材に発生する腐食電流を抑制することで、金属材のマクロセル腐食を抑制することができる。
特許文献１，２，３，５では、犠牲陽極自体の構成を特殊なものとした電気防食工法が開示されており、特許文献４，８では、犠牲陽極の設置位置を工夫した電気防食工法が開示されている。また、特許文献６では、犠牲陽極となる金属を微粉にした塗料を塗布する電気防食工法が開示されており、特許文献７では、犠牲陽極となる金属をブリスター状とする電気防食工法が開示されている。
しかしながら、近年では、上記のような従来の電気防食工法における犠牲陽極とは別に、比較的長期にわたって良好な電気防食効果を維持することができる犠牲陽極が要求されている。
そこで、本発明は、電気防食効果を比較的長期に亘って良好に維持することができる犠牲陽極を提供することを課題とする。また、該犠牲陽極を用いた電気防食工法、及び、該犠牲陽極が設置されたコンクリート構造物を提供することを課題とする。
本発明に係る犠牲陽極は、コンクリートを用いて形成されるコンクリート部と該コンクリート部に埋め込まれた金属材とを備えるコンクリート構造物に設置されて金属材に防食電流を供給する犠牲陽極であって、前記金属材よりもイオン化傾向が高い金属から構成される陽極部と、水硬性材料を用いて形成され、陽極部を内包するバックフィル部とを備えており、陽極部は、１ｃｍ３当たりの表面積が７．５ｃｍ２以上１５．０ｃｍ２以下であり、バックフィル部の圧縮強度が３Ｎ／ｍｍ２以上１０Ｎ／ｍｍ２以下である。
斯かる構成によれば、陽極部の１ｃｍ３当たりの表面積、及び、バックフィル部の圧縮強度が上記の範囲であることで、電気防食効果を比較的長期に亘って良好に維持することができる。
本発明に係る犠牲陽極は、陽極部の体積が１ｃｍ３以上であることが好ましい。
斯かる構成によれば、陽極部の体積が上記の範囲であることで、電気防食効果をより長期に亘って良好に維持することができる。
本発明に係る電気防食工法は、上記の犠牲陽極を、コンクリート部に埋め込まれた金属材と電気的に接続するものである。
本発明に係るコンクリート構造物は、コンクリートを用いて形成されたコンクリート部と、該コンクリート部に埋め込まれた金属材と、該金属材に電気的に接続された上記の犠牲陽極とを備える。
以上のように、本発明によれば、電気防食効果を比較的長期に亘って良好に維持することができる。
以下、本発明の実施形態について、図１，２，３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。
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。
図１に示す本実施形態に係る犠牲陽極１は、コンクリートを用いて形成されるコンクリート部と、該コンクリート部に埋め込まれる金属材とを備えるコンクリート構造物に設置され、金属材に防食電流を供給して金属材の電気防食を行うものである。コンクリート部は、セメントと粗骨材と細骨材と水とが混練されて硬化することで形成される。
犠牲陽極１は、前記金属材よりもイオン化傾向が高い金属から構成される陽極部２と、該陽極部２を内包するバックフィル部３とを備える。また、犠牲陽極１は、陽極部２と前記金属材とを電気的に接続する接続部４を更に備える。
犠牲陽極１は、前記金属材よりもイオン化傾向が高い金属から構成される陽極部２と、該陽極部２を内包するバックフィル部３とを備える。また、犠牲陽極１は、陽極部２と前記金属材とを電気的に接続する接続部４を更に備える。
陽極部２を構成する金属としては、特に限定されるものではなく、例えば、亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム、アルミニウム合金、インジウム、銅、銅合金等が挙げられる。
亜鉛合金は、Ｚｎを主成分とし、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｉｎ等の他の金属を少なくとも一種含む。
アルミニウム合金は、Ａｌを主成分とし、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｉｎ等の他の金属を少なくとも一種含む。
銅合金は、Ｃｕを主成分とし、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ等の他の金属を少なくとも一種含む。
陽極部２を構成する金属は、コンクリート構造物中の金属材を構成する金属に応じて、適宜選択することができる。例えば、前記金属材が鋼材（鉄製材料）である場合、陽極部２を構成する金属としては、前記金属材よりもイオン化傾向が高い金属から構成される金属のうち、加工がし易く、防食電流の供給量と供給期間のバランスがよいことから、亜鉛又は亜鉛合金を用いることが好ましい。
亜鉛合金は、Ｚｎを主成分とし、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｉｎ等の他の金属を少なくとも一種含む。
アルミニウム合金は、Ａｌを主成分とし、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｉｎ等の他の金属を少なくとも一種含む。
銅合金は、Ｃｕを主成分とし、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ等の他の金属を少なくとも一種含む。
陽極部２を構成する金属は、コンクリート構造物中の金属材を構成する金属に応じて、適宜選択することができる。例えば、前記金属材が鋼材（鉄製材料）である場合、陽極部２を構成する金属としては、前記金属材よりもイオン化傾向が高い金属から構成される金属のうち、加工がし易く、防食電流の供給量と供給期間のバランスがよいことから、亜鉛又は亜鉛合金を用いることが好ましい。
また、陽極部２の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、網状、板状、棒状、帯状等が挙げられる。
また、陽極部２としては、１ｃｍ３当たりの表面積が７．５ｃｍ２以上１５．０ｃｍ２以下であり、好ましくは１０．０ｃｍ２以上１２．５ｃｍ２以下であるものが挙げられる。表面積が上記の範囲であることで、陽極部２から前記金属材へ防食電流を安定して供給することができると共に、比較的長期に亘って供給することができる。
陽極部２の体積（バックフィル部３に内包される陽極部全体の体積）としては、特に限定されるものではなく、例えば、１ｃｍ３以上であることが好ましく、５ｃｍ３以上であることがより好ましい。陽極部２の体積が上記の範囲であることで、防食電流を比較的長期に亘って前記金属材に供給することができる。
また、陽極部２としては、１ｃｍ３当たりの表面積が７．５ｃｍ２以上１５．０ｃｍ２以下であり、好ましくは１０．０ｃｍ２以上１２．５ｃｍ２以下であるものが挙げられる。表面積が上記の範囲であることで、陽極部２から前記金属材へ防食電流を安定して供給することができると共に、比較的長期に亘って供給することができる。
陽極部２の体積（バックフィル部３に内包される陽極部全体の体積）としては、特に限定されるものではなく、例えば、１ｃｍ３以上であることが好ましく、５ｃｍ３以上であることがより好ましい。陽極部２の体積が上記の範囲であることで、防食電流を比較的長期に亘って前記金属材に供給することができる。
バックフィル部３は、水硬性材料を用いて形成される。具体的には、バックフィル部３は、水硬性材料と水とが混練されて形成される混練物が硬化して所定形状をなすことで形成される。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少なくとも１つが挙げられる。
バックフィル部３の圧縮強度としては、３Ｎ／ｍｍ２以上１０Ｎ／ｍｍ２以下である。バックフィル部３の圧縮強度は、下記の実施例に記載の方法で測定することができる。バックフィル部３の圧縮強度が３Ｎ／ｍｍ２以上であることで、バックフィル部３にひび割れが生じるのを抑制することができる。具体的には、陽極部２から前記金属材に防食電流を供給した際に、酸化物が生成され、該酸化物の溶解物がバックフィル部３中の空隙を満した際に、バックフィル部３内に膨張圧が生じることになるが、バックフィル部３の圧縮強度が３Ｎ／ｍｍ２以上であることで、該膨張圧によってバックフィル部３にひび割れが生じるのを抑制することができる。また、バックフィル部３の圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ２以下であることで、陽極部２から防食電流を供給した際に生成した酸化物が溶解しうる空隙が比較的多くなる。このため、陽極部２の表面が早期に不溶性の酸化物により覆われて防食電流を供給できなくなるのを抑制することができる。
また、バックフィル部３のｐＨとしては、陽極部２の不動態化を抑制できる範囲であれば特に限定されるものではない。例えば、陽極部２が亜鉛又は亜鉛合金である場合には、バックフィル部３のｐＨは、１３．３以上であることが好ましい。バックフィル部３のｐＨが上記の数値範囲であることで、陽極部２の不動態化を抑制することができる。
接続部４は、導電性を有する素材を用いて形成される。接続部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。接続部４の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、線状、棒状等が挙げられるが、本実施形態では、線状に形成される。そして、接続部４は、一端部が陽極部２と接続される。
上記のように構成される犠牲陽極１を作製する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、バックフィル部３を形成する水硬性材料としてセメントを用いる場合、セメントと細骨材と水とを混練して混練物を形成し、陽極部２に接続された接続部４の他端側が混練物の外側に位置するように、混練物中に陽極部２を埋設する。そして、前記混練物が硬化することで、所定形状のバックフィル部３に陽極部２が埋設されてなる犠牲陽極１が形成される。
次に、上記のように構成される犠牲陽極１を用いてコンクリート構造物に埋め込まれた金属材の電気防食を行う方法（電気防食工法）について説明する。具体的には、図２に示すように、コンクリートを用いて形成されたコンクリート部Ｘ２に金属材Ｘ１として鉄筋が埋め込まれたコンクリート構造物Ｘ（鉄筋コンクリート）の電気防食を行う方法について説明する。
まず初めに、コンクリート構造物Ｘにおけるコンクリート部Ｘ２の一部をはつり取って凹部Ｘ３を形成すると共に、該凹部Ｘ３の内側に金属材Ｘ１の一部を露出させる。
次に、はつり取った箇所に犠牲陽極１を配置すると共に、陽極部２と金属材Ｘ１とを接続部４を介して電気的に接続する。陽極部２と金属材Ｘ１とを接続部４を介して接続する際には、接続部４の他端側を金属材Ｘ１に巻き付けたり、溶接したりする方法を採用することができる。
そして、凹部Ｘ３を犠牲陽極１ごと断面修復材（モルタル等）で埋め戻して断面修復部Ｘ４を形成する。これにより、犠牲陽極１が設置されたコンクリート構造物Ｘが形成される。そして、斯かるコンクリート構造物Ｘでは、金属材Ｘ１を陰極とし、犠牲陽極１の陽極部２を陽極として、金属材Ｘ１に防食電流が供給されるため、金属材Ｘ１の電気防食を行うことができる。
まず初めに、コンクリート構造物Ｘにおけるコンクリート部Ｘ２の一部をはつり取って凹部Ｘ３を形成すると共に、該凹部Ｘ３の内側に金属材Ｘ１の一部を露出させる。
次に、はつり取った箇所に犠牲陽極１を配置すると共に、陽極部２と金属材Ｘ１とを接続部４を介して電気的に接続する。陽極部２と金属材Ｘ１とを接続部４を介して接続する際には、接続部４の他端側を金属材Ｘ１に巻き付けたり、溶接したりする方法を採用することができる。
そして、凹部Ｘ３を犠牲陽極１ごと断面修復材（モルタル等）で埋め戻して断面修復部Ｘ４を形成する。これにより、犠牲陽極１が設置されたコンクリート構造物Ｘが形成される。そして、斯かるコンクリート構造物Ｘでは、金属材Ｘ１を陰極とし、犠牲陽極１の陽極部２を陽極として、金属材Ｘ１に防食電流が供給されるため、金属材Ｘ１の電気防食を行うことができる。
また、図３に示すように、金属材Ｘ１として金属製のボルトボックスＸ１０が埋設されたコンクリート構造物Ｘ（例えば、シールドトンネルに用いられるセグメント等）の電気防食を行う方法について説明する。
ボルトボックスＸ１０は、コンクリート構造物Ｘの端部においてコンクリート部Ｘ２に埋め込まれている。また、ボルトボックスＸ１０は、箱状のボックス本体Ｘ１０ａと、ボックス本体Ｘ１０ａ同士を連結するボックス連結部材Ｘ１０ｂ（具体的には、ボルト及びナット）と、を備える。
まず初めに、ボックス本体Ｘ１０ａの内側に、犠牲陽極１を配置すると共に、ボックス連結部材Ｘ１０ｂ（具体的には、ボルト及びナット）と、陽極部２とを接続部４を介して電気的に接続する。
そして、ボックス本体Ｘ１０ａ内を埋込材（モルタル等）で埋め込んで埋込部Ｘ５を形成する。これにより、犠牲陽極１が設置されたコンクリート構造物Ｘが形成される。そして、斯かるコンクリート構造物Ｘでは、ボルトボックスＸ１０を陰極とし、犠牲陽極１の陽極部２を陽極として、ボルトボックスＸ１０に防食電流が供給される。このため、ボルトボックスＸ１０の電気防食を行うことができる。
ボルトボックスＸ１０は、コンクリート構造物Ｘの端部においてコンクリート部Ｘ２に埋め込まれている。また、ボルトボックスＸ１０は、箱状のボックス本体Ｘ１０ａと、ボックス本体Ｘ１０ａ同士を連結するボックス連結部材Ｘ１０ｂ（具体的には、ボルト及びナット）と、を備える。
まず初めに、ボックス本体Ｘ１０ａの内側に、犠牲陽極１を配置すると共に、ボックス連結部材Ｘ１０ｂ（具体的には、ボルト及びナット）と、陽極部２とを接続部４を介して電気的に接続する。
そして、ボックス本体Ｘ１０ａ内を埋込材（モルタル等）で埋め込んで埋込部Ｘ５を形成する。これにより、犠牲陽極１が設置されたコンクリート構造物Ｘが形成される。そして、斯かるコンクリート構造物Ｘでは、ボルトボックスＸ１０を陰極とし、犠牲陽極１の陽極部２を陽極として、ボルトボックスＸ１０に防食電流が供給される。このため、ボルトボックスＸ１０の電気防食を行うことができる。
以上のように、本発明に係る犠牲陽極、電気防食工法、及び、コンクリート構造物は、電気防食効果を比較的長期に亘って良好に維持することができる。
即ち、本実施形態に係る犠牲陽極１は、陽極部２の１ｃｍ３当たりの表面積、及び、バックフィル部３の圧縮強度が上記の範囲であることで、コンクリート構造物Ｘ中の金属材Ｘ１に対する電気防食効果を比較的長期に亘って良好に維持することができる。
また、陽極部２の体積が上記の範囲であることで、コンクリート構造物Ｘ中の金属材Ｘ１に対する電気防食効果をより長期に亘って良好に維持することができる。
なお、本発明に係る犠牲陽極、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、上記及び下記の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い（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い）ことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、犠牲陽極１は、硬化したバックフィル部３を備えるように構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、バックフィル部３が変形自在な状態（具体的には、硬化前の状態）であってもよい。これにより、バックフィル部３を自在に変形させることができるため、任意の形状にバックフィル部３を形成して犠牲陽極１をコンクリート構造物Ｘに設置することができる。
また、上記実施形態では、バックフィル部３に埋設された陽極部２を備える犠牲陽極１を形成し、該犠牲陽極１をコンクリート構造物Ｘに設置するように構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、犠牲陽極１が埋没しない程度に凹部Ｘ３を埋戻材で埋戻して断面修復部Ｘ４を形成し、該断面修復部Ｘ４上にバックフィル部３を形成して犠牲陽極１を形成してもよい。又は、図５に示すように、犠牲陽極１が埋没しない程度にボックス本体Ｘ１０ａを埋込材で埋め込んで埋込部Ｘ５を形成し、該埋込部Ｘ５上にバックフィル部３を形成して犠牲陽極１を形成してもよい。
上記実施形態では、陽極部２は、接続部４を介して金属材Ｘ１と電気的に接続されているが、これに限定されるものではなく、例えば、陽極部２が金属材Ｘ１と直接接触するように、犠牲陽極１をコンクリート構造物Ｘに設置してもよい。斯かる場合には、犠牲陽極１は、接続部４を備えないように構成してもよい。
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。
＜バックフィル材（ＢＦ材）の材料＞
・セメント系材料（住友大阪セメント社製、製品名：普通セメント）
・水酸化ナトリウム（１級試薬）
・臭化リチウム（１級試薬）
・セメント系材料（住友大阪セメント社製、製品名：普通セメント）
・水酸化ナトリウム（１級試薬）
・臭化リチウム（１級試薬）
＜陽極部の材料＞
・陽極部Ａ：縦３ｃｍ横３ｃｍ厚み０．５４ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積５．０ｃｍ２。
質量３４．７ｇ。
・陽極部Ｂ：縦４ｃｍ横４ｃｍ厚み０．３１ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積７．５ｃｍ２。
質量３５．４ｇ。
・陽極部Ｃ：縦５ｃｍ横５ｃｍ厚み０．２０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１０．８ｃｍ２。
質量３５．７ｇ。
・陽極部Ｄ：縦６ｃｍ横６ｃｍ厚み０．１４ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１５．０ｃｍ２。
質量３６．０ｇ。
・陽極部Ｅ：縦７ｃｍ横７ｃｍ厚み０．１０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積２０．６ｃｍ２。
質量３５．０ｇ。
・陽極部Ｆ：縦３ｃｍ横５ｃｍ厚み０．３２ｃｍの亜鉛合金板から作製したエキスパンドメタルネット。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１２ｃｍ２。
質量３４．３ｇ。
・陽極部Ｇ：縦２ｃｍ横２ｃｍ厚み０．２０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１２．０ｃｍ２。
質量５．７ｇ。
・陽極部Ｈ：縦２ｃｍ横３ｃｍ厚み０．２０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１１．６ｃｍ２。
質量８．６ｇ。
・陽極部Ｉ：縦７ｃｍ横７ｃｍ厚み０．２０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１０．６ｃｍ２。
質量７０．０ｇ。
・陽極部Ａ：縦３ｃｍ横３ｃｍ厚み０．５４ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積５．０ｃｍ２。
質量３４．７ｇ。
・陽極部Ｂ：縦４ｃｍ横４ｃｍ厚み０．３１ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積７．５ｃｍ２。
質量３５．４ｇ。
・陽極部Ｃ：縦５ｃｍ横５ｃｍ厚み０．２０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１０．８ｃｍ２。
質量３５．７ｇ。
・陽極部Ｄ：縦６ｃｍ横６ｃｍ厚み０．１４ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１５．０ｃｍ２。
質量３６．０ｇ。
・陽極部Ｅ：縦７ｃｍ横７ｃｍ厚み０．１０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積２０．６ｃｍ２。
質量３５．０ｇ。
・陽極部Ｆ：縦３ｃｍ横５ｃｍ厚み０．３２ｃｍの亜鉛合金板から作製したエキスパンドメタルネット。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１２ｃｍ２。
質量３４．３ｇ。
・陽極部Ｇ：縦２ｃｍ横２ｃｍ厚み０．２０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１２．０ｃｍ２。
質量５．７ｇ。
・陽極部Ｈ：縦２ｃｍ横３ｃｍ厚み０．２０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１１．６ｃｍ２。
質量８．６ｇ。
・陽極部Ｉ：縦７ｃｍ横７ｃｍ厚み０．２０ｃｍの亜鉛合金板。
体積１ｃｍ３あたりの表面積１０．６ｃｍ２。
質量７０．０ｇ。
１．試験１
＜犠牲陽極の作製＞
上記の各陽極部２に接続部４として軟銅線を接続した。また、上記のセメント系材料に水酸化ナトリウムと臭化リチウムとを混和して水で混練することでＢＦ材を作製した。そして、ＢＦ材で陽極部２を５ｍｍ厚さで包み込んでバックフィル部３を形成し、犠牲陽極１を作製した。ＢＦ材（即ち、バックフィル部３）のｐＨ及び圧縮強度については、下記表１に示す。なお、圧縮強度の測定は、「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法（ＪＳＣＥ－Ｇ ５０５）」に基づいて行った。
＜犠牲陽極の作製＞
上記の各陽極部２に接続部４として軟銅線を接続した。また、上記のセメント系材料に水酸化ナトリウムと臭化リチウムとを混和して水で混練することでＢＦ材を作製した。そして、ＢＦ材で陽極部２を５ｍｍ厚さで包み込んでバックフィル部３を形成し、犠牲陽極１を作製した。ＢＦ材（即ち、バックフィル部３）のｐＨ及び圧縮強度については、下記表１に示す。なお、圧縮強度の測定は、「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法（ＪＳＣＥ－Ｇ ５０５）」に基づいて行った。
＜供試体の作製＞
図６に示すように、供試体として、複数の金属材Ｘ１（φ１３ｍｍ×長さ８０ｍｍの鋼材４本）とコンクリート部Ｘ２と断面修復部Ｘ４と犠牲陽極１とを備えるコンクリート構造物Ｘ（１００×１００×４００ｍｍ）を作製した。なお、上記の供試体の作製は、２０℃の恒温室内で行った。
各金属材Ｘ１は、断面修復部Ｘ４に位置するものを鋼材Ｎｏ．１とし、該鋼材Ｎｏ．１から離れるごとに鋼材Ｎｏ．２，鋼材Ｎｏ．３，鋼材Ｎｏ．４とした。
隣り合う金属材Ｘ１同士は、エポキシ樹脂Ｘ６で電気的に絶縁した。
また、隣り合う金属材Ｘ１同士は、スイッチＳ１～３によって、電気的に接続された状態と、電気的に遮断された状態とを切り替え可能にした。
また、断面修復部Ｘ４に位置する金属材Ｘ１（鋼材Ｎｏ．１）と犠牲陽極１とは、スイッチＳ４によって、電気的に接続された状態と、電気的に遮断された状態とを切り替え可能にした。
なお、使用したＢＦ材（Ａ～Ｅ）及び陽極部２（Ａ～Ｉ）については、下記表２に示す。
図６に示すように、供試体として、複数の金属材Ｘ１（φ１３ｍｍ×長さ８０ｍｍの鋼材４本）とコンクリート部Ｘ２と断面修復部Ｘ４と犠牲陽極１とを備えるコンクリート構造物Ｘ（１００×１００×４００ｍｍ）を作製した。なお、上記の供試体の作製は、２０℃の恒温室内で行った。
各金属材Ｘ１は、断面修復部Ｘ４に位置するものを鋼材Ｎｏ．１とし、該鋼材Ｎｏ．１から離れるごとに鋼材Ｎｏ．２，鋼材Ｎｏ．３，鋼材Ｎｏ．４とした。
隣り合う金属材Ｘ１同士は、エポキシ樹脂Ｘ６で電気的に絶縁した。
また、隣り合う金属材Ｘ１同士は、スイッチＳ１～３によって、電気的に接続された状態と、電気的に遮断された状態とを切り替え可能にした。
また、断面修復部Ｘ４に位置する金属材Ｘ１（鋼材Ｎｏ．１）と犠牲陽極１とは、スイッチＳ４によって、電気的に接続された状態と、電気的に遮断された状態とを切り替え可能にした。
なお、使用したＢＦ材（Ａ～Ｅ）及び陽極部２（Ａ～Ｉ）については、下記表２に示す。
コンクリート部Ｘ２は、以下の方法で作製した。即ち、塩化物イオン量が５ｋｇ／ｍ３となるように、レディミクストコンクリート（住友大阪セメント社製、呼び名：２１－１８－２０Ｎ）に塩化ナトリウム（試薬）を外割りで添加し、水／セメント比６０％で混練物を作製した。また、該混練物を、金属材Ｘ１（具体的には、鋼材Ｎｏ．２～４）を配置した型枠に打設して硬化させた。そして、打設して２４時間後に脱型してコンクリート部Ｘ２を得た。
断面修復部Ｘ４は、以下の方法で作製した。即ち、セメントとして普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）と、ポリマーとして固形分４５％のＳＢＲラテックス（旭化成社製）と、砂として珪砂５号と珪砂６号とを等量混合した混合砂と、を用い、ポリマー／セメント比が５％、水／セメント比が４５％、砂／セメント比が２／１、塩化物イオン量が０ｋｇ／ｍ３で混練物を作製した。また、脱型した直後のコンクリート部Ｘ２の所定位置に、金属材Ｘ１（具体的には、鋼材Ｎｏ．１）を配置すると共に、前記混練物を打設して硬化させることで断面修復部Ｘ４を形成した。なお、断面修復部Ｘ４を形成する際には、コンクリート部Ｘ２における断面修復部Ｘ４を形成する部分（即ち、断面修復部Ｘ４と接する面）を６０番のサンドペーパーで目粗し処理し、その後、プライマーを使用せず水湿しのみで断面修復部Ｘ４を形成する前記混練物を打設した。
＜腐食度の評価＞
上記のように作製した供試体（コンクリート構造物Ｘ）は、断面修復部Ｘ４の打設から２８日間、２０℃の室内で、供試体表面に水を十分に含ませた湿布を貼り付けて養生を行った。養生期間中は、スイッチＳ１～Ｓ３によって、金属材Ｘ１同士を電気的に接続し、犠牲陽極１と鋼材Ｎｏ．１とを電気的に接続しなかった。
上記のように作製した供試体（コンクリート構造物Ｘ）は、断面修復部Ｘ４の打設から２８日間、２０℃の室内で、供試体表面に水を十分に含ませた湿布を貼り付けて養生を行った。養生期間中は、スイッチＳ１～Ｓ３によって、金属材Ｘ１同士を電気的に接続し、犠牲陽極１と鋼材Ｎｏ．１とを電気的に接続しなかった。
上記の養生完了後、スイッチＳ４によって、犠牲陽極１と金属材Ｘ１（鋼材Ｎｏ．１）とを電気的に接続した後、２０℃，８０％ＲＨの恒温恒湿室内に供試体を静置した。
そして、供試体を静置してから１月後、１年後、２年後のそれぞれにおいて、スイッチＳ４に無抵抗電流計を接続し、犠牲陽極１から供給される防食電流量を測定した。測定結果については、下記表２に示す。
そして、供試体を静置してから１月後、１年後、２年後のそれぞれにおいて、スイッチＳ４に無抵抗電流計を接続し、犠牲陽極１から供給される防食電流量を測定した。測定結果については、下記表２に示す。
また、供試体を静置してから１月後、１年後、２年後のそれぞれにおいて、スイッチＳ１～３に無抵抗電流計を接続し、各金属材Ｘ１（鋼材Ｎｏ．２～Ｎｏ．４）の自然電位を測定した。自然電位の測定は、スイッチＳ４によって犠牲陽極１と鋼材Ｎｏ．１との電気的な接続を遮断してから２４時間後の時点で行った。また、自然電位の測定は、飽和硫酸銅電極を照合電極として用い、ＡＳＴＭＣ８７６に準拠して行った。
斯かる自然電位を測定することで、各金属材Ｘ１の腐食の程度を把握することができる。具体的には、自然電位がマイナス側に大きい程、金属材Ｘ１に生じている電位差が大きい（即ち、腐食電流が多く流れている）ことを示すため、金属材Ｘ１の腐食が進んでいることを示す。このため、上記の自然電位を測定することで、各金属材Ｘ１の腐食の程度（以下では、「腐食度」とも記す）を評価することができる。腐食度の評価は、自然電位が、－３５０ｍＶ以下を×、－３５０ｍＶを超え－２００ｍＶ以下を△、－２００ｍＶを超える場合を〇として評価した。評価結果については、下記表２に示す。
斯かる自然電位を測定することで、各金属材Ｘ１の腐食の程度を把握することができる。具体的には、自然電位がマイナス側に大きい程、金属材Ｘ１に生じている電位差が大きい（即ち、腐食電流が多く流れている）ことを示すため、金属材Ｘ１の腐食が進んでいることを示す。このため、上記の自然電位を測定することで、各金属材Ｘ１の腐食の程度（以下では、「腐食度」とも記す）を評価することができる。腐食度の評価は、自然電位が、－３５０ｍＶ以下を×、－３５０ｍＶを超え－２００ｍＶ以下を△、－２００ｍＶを超える場合を〇として評価した。評価結果については、下記表２に示す。
２．試験２
＜供試体の作製＞
図７に示すように、金属材Ｘ１として、ボルトボックスＸ１０を用いた。ボックス本体Ｘ１０ａとしては、板厚３．２ｍｍの黒皮付きの鋼板を用いて１５０ｍｍ角で深さが１００ｍｍの箱を２個作製した。ボックス連結部材Ｘ１０ｂとしては、Ｍ３０のねじ切り棒鋼と六角ナットとを用いた。また、２つのボックス本体Ｘ１０ａをボックス連結部材Ｘ１０ｂで一体化した。
＜供試体の作製＞
図７に示すように、金属材Ｘ１として、ボルトボックスＸ１０を用いた。ボックス本体Ｘ１０ａとしては、板厚３．２ｍｍの黒皮付きの鋼板を用いて１５０ｍｍ角で深さが１００ｍｍの箱を２個作製した。ボックス連結部材Ｘ１０ｂとしては、Ｍ３０のねじ切り棒鋼と六角ナットとを用いた。また、２つのボックス本体Ｘ１０ａをボックス連結部材Ｘ１０ｂで一体化した。
そして、ボックス本体Ｘ１０ａの内側に、上記Ｃの陽極部２を備える犠牲陽極１を配置し、スイッチＳ５によって、犠牲陽極１とボルトボックスＸ１０（ボックス連結部材Ｘ１０ｂ）とが電気的に接続された状態と電気的に遮断された状態とを切り替え可能にした。
その後、ボックス本体Ｘ１０ａ内に、上記のＢＦ材を埋込材（モルタル）として充填して埋込部Ｘ５を形成し、材齢２８日間養生して供試体（コンクリート構造物Ｘ）とした。埋込材（モルタル）の水／セメント比は５０％、砂／セメント比は３／１とした。使用したＢＦ材は下記表３に示す。
その後、ボックス本体Ｘ１０ａ内に、上記のＢＦ材を埋込材（モルタル）として充填して埋込部Ｘ５を形成し、材齢２８日間養生して供試体（コンクリート構造物Ｘ）とした。埋込材（モルタル）の水／セメント比は５０％、砂／セメント比は３／１とした。使用したＢＦ材は下記表３に示す。
＜腐食面積率＞
そして、供試体作製後、供試体を２０℃恒温室に静置し、腐食促進試験を行った。該腐食促進試験は、供試体に埋込部Ｘ５側から２．５％塩化ナトリウム溶液を１日１回１リットル噴霧して２日間放置する操作を５回行うものである。腐食促進試験開始から１年後に供試体を破壊して、ボックス本体Ｘ１０ａの内部の腐食面積率を求めた。該腐食面積率については、下記表３に示す。なお、腐食面積率は、ボックス本体Ｘ１０ａの内部の鋼部分の面積に対するボックス本体Ｘ１０ａの内部の腐食した面積の割合である。
そして、供試体作製後、供試体を２０℃恒温室に静置し、腐食促進試験を行った。該腐食促進試験は、供試体に埋込部Ｘ５側から２．５％塩化ナトリウム溶液を１日１回１リットル噴霧して２日間放置する操作を５回行うものである。腐食促進試験開始から１年後に供試体を破壊して、ボックス本体Ｘ１０ａの内部の腐食面積率を求めた。該腐食面積率については、下記表３に示す。なお、腐食面積率は、ボックス本体Ｘ１０ａの内部の鋼部分の面積に対するボックス本体Ｘ１０ａの内部の腐食した面積の割合である。
＜まとめ＞
表２を見ると、各実施例では、金属材Ｘ１のＮｏ．２～４について、２年目の腐食度が「〇」であるのに対し、各比較例では、金属材Ｘ１のＮｏ．２～４の何れかで、２年目の腐食度が「×」となることが認められる。つまり、陽極部２の１ｃｍ３当たりの表面積、及び、バックフィル部３の圧縮強度を本願発明の範囲とすることで、コンクリート構造物Ｘ内に、腐食環境が異なる部分（具体的には、断面修復部Ｘ４における腐食環境とコンクリート部Ｘ２における腐食環境と）があっても、比較的長期に亘って金属材Ｘ１の腐食を抑制することができる。
表２を見ると、各実施例では、金属材Ｘ１のＮｏ．２～４について、２年目の腐食度が「〇」であるのに対し、各比較例では、金属材Ｘ１のＮｏ．２～４の何れかで、２年目の腐食度が「×」となることが認められる。つまり、陽極部２の１ｃｍ３当たりの表面積、及び、バックフィル部３の圧縮強度を本願発明の範囲とすることで、コンクリート構造物Ｘ内に、腐食環境が異なる部分（具体的には、断面修復部Ｘ４における腐食環境とコンクリート部Ｘ２における腐食環境と）があっても、比較的長期に亘って金属材Ｘ１の腐食を抑制することができる。
また、表２の実施例７～１０を比較すると、実施例７では、金属材Ｘ１のＮｏ．２～４について、２年目の腐食度が「△」であるのに対し、実施例８～１０では、金属材Ｘ１のＮｏ．２～４について、２年目の腐食度が「〇」となることが認められる。つまり、陽極部２の体積を１ｃｍ３以上にすることで、より長期に亘って金属材Ｘ１の腐食を抑制することができる。
また、表３を見ると、各実施例の方が各比較例よりも腐食面積率が小さいことが認められる。つまり、陽極部２の１ｃｍ３当たりの表面積、及び、バックフィル部３の圧縮強度を本願発明の範囲とすることで、所謂鉄筋コンクリート以外のコンクリート構造物Ｘにおいても、良好な電気防食効果を得ることができる。
１…犠牲陽極、２…陽極部、３…バックフィル部、４…接続部、Ｘ…コンクリート構造物、Ｘ１…金属材、Ｘ１０…ボルトボックス、Ｘ１０ａ…ボックス本体、Ｘ１０ｂ…ボックス連結部材、Ｘ２…コンクリート部、Ｘ３…凹部、Ｘ４…断面修復部、Ｘ５…埋込部、Ｘ６…エポキシ樹脂、Ｓ１～Ｓ５…スイッチ
Claims (4)
- コンクリートを用いて形成されるコンクリート部と該コンクリート部に埋め込まれた金属材とを備えるコンクリート構造物に設置されて金属材に防食電流を供給する犠牲陽極であって、
前記金属材よりもイオン化傾向が高い金属から構成される陽極部と、水硬性材料を用いて形成され、陽極部を内包するバックフィル部とを備えており、
陽極部は、１ｃｍ３当たりの表面積が７．５ｃｍ２以上１５．０ｃｍ２以下であり、
バックフィル部の圧縮強度が３Ｎ／ｍｍ２以上１０Ｎ／ｍｍ２以下である
犠牲陽極。 - 陽極部の体積が１ｃｍ３以上である、
請求項１に記載の犠牲陽極。 - 請求項１又は２に記載の犠牲陽極を、コンクリート部に埋め込まれた金属材と電気的に接続する、
電気防食工法。 - コンクリートを用いて形成されたコンクリート部と、該コンクリート部に埋め込まれた金属材と、該金属材に電気的に接続された請求項１又は２に記載の犠牲陽極とを備える、
コンクリート構造物。
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