JP2783957B2 - コンクリート内の鋼材を不動態化する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は中性化劣化しおよび／あ
るいは塩分を含有するコンクリート内の鋼材を不動態化
する方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】補強コンクリート内の埋設鋼材は、一般
的にはアルカリ環境にて鋼材表面に形成される高密度酸
化膜により腐食から守られている。この膜は、攻撃的媒
体に対する保護膜の役目をする。しかしながら、コンク
リートが塩化物イオンで汚染された場合や、そのアルカ
リ性が大気中からの二酸化炭素吸収によって低下された
場合には、不動態酸化膜は破壊されてしまい、結果的に
埋設鋼材が腐食される。

【０００３】コンクリート中の補強鋼材の腐食を起こす
原因やメカニズムを調べる研究が数多く成されてきた。
今日では、腐食作用は自然の電気化学反応の結果であっ
て、不動態酸化膜が破損した部分が陽極となり、膜が変
化していない周囲部分が陰極となることが、広く認めら
れている。陽極と陰極部分により腐食電池が形成され
て、陽極部分での鉄の分解が生ずる。

【０００４】それら腐食を抑制するためや原因を除去す
るための努力が、多様な電気化学処理方法で試みられて
きた。よく知られた方法の一つとして、埋設鋼材が腐食
しなくなるような電位になるまで調整してその値を保持
する陰極防食法がある。陰極防食造成法は、実践可能で
はあるが、同時に多数の逆要素が不利益をもたらすの
で、最小限度であっても永久的処理法（メンテナンスフ
リーの処理法）とはなり得ず、将来にわたっての監視や
保全を必要とする。その他の欠点として、高コストであ
って、コンクリートを処理するための外層が過度に重く
なるために構造負荷が発生したり、さらに、正確な電流
供給配分が難しいことである。

【０００５】また別の従来方法は、塩化物を抽出除去す
る方法であって、塩化物イオンは電界の影響にて表面に
付設した電解質層へ移送されて蓄積し、最後に電解質層
と共に除去される。ベネスランドらの米国特許第４，０
３２，８０３号は、そのような方法の一例である。塩化
物除去方法は、陰極防食法より効率的で安価であり、そ
れゆえ改善された形態ではあるが、処理を完了するのに
要する時間を予知認識するのが難しいという欠点があ
る。この理由から、残留塩化物レベルを調べるためにコ
ンクリートの頻繁なサンプル調査や分析が必要となる。
また、将来の塩化物による腐食に対する安全性に関し、
一般に認められている残留塩化物量というものがないと
いう事実も困難を助長する。これら欠点要素は、処理目
標値を達成するのに要するコストや時間を計算するのを
難しくする。ある例では、予め計画設定することがすこ
ぶる難しいため、処理時間が実際上ではとうてい許容で
きないほど長くなってしまう。

【０００６】中性化されたコンクリートに対する第３の
方法として、外部供給源からアルカリ物質を電気移動さ
せて中性化部分に含侵させる方法がある。ミラーらの米
国特許第４，８６５，７０２号に、その方法の一例が記
述されている。けれど後者の方法では、塩化物が少ない
中性化コンクリートの場合はかなり成功を納めるが、塩
化物などのイオン物質の量が多くコンクリートに含まれ
る場合には、適切ではなく、むしろ、不都合となる。ま
た、コンクリートが高炉スラグセメントを含む場合や、
ポラゾン物質が加えられる場合には、長い処置時間を要
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、処理時間を
高度に予知可能にし、サンプル調査や塩化物分析の必要
性を排除し、迅速で経済的な処置をし、中性化劣化、塩
化物劣化の有無や、ポゾラン物質添加、高炉スラグセメ
ント使用などの有無に関わらず、ほぼ全種類のコンクリ
ートに同等に適用可能とすることができるので、上記の
従来方法の欠点を克服するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、コンクリート
の電気化学処理は、例えば、塩化物量の関数としたりあ
るいは中性化度合を抑制因子とする必要がないという、
新たな発見と認識に基づいている。というよりむしろ、
本発明は、コンクリートの電気化学処理は、埋設補強鋼
材の表面状態から適切に制御できるという認識に基づい
て成されたものである。一般の構築物においては、埋設
補強材の表面積は建造記録から知ることができるし、そ
うでなくても、かなり正確な近似値が得られる。本発明
の電気化学処理は、ベネスランドらの１９９０年６月１
５日の米国出願第５３９，０６９号に開示された従来方
法に多かれ少なかれ基づいている。しかしながら、従来
方法の残留塩化物レベルを確認するためにコンクリート
構造物のコアサンプルを定期的に採取する代わりに、本
発明の方法では、埋設補強鋼材の全表面積に対する積算
電流量に関連して制御されている。本発明の処理は、埋
設鋼材の表面積１平方メートルあたり少なくとも５００
アンペア・時間の積算電流値が達成されるまで行う。そ
して、コンクリート内のいろんな位置での残留塩化物レ
ベルや中性化レベルに関係なく、処理動作は、前記積算
電流値の時点で（あるいは、好ましくは、電流供給量が
埋設鋼材の表面積１平方メートルあたり１００００アン
ペア・時間、特に好ましくは２０００アンペア・時間を
越える以前に）終了される。

【０００９】または、埋設補強鋼材が所定の長期間にわ
たって保護されるのが確実な高レベル値になった時点で
終了してもよい。前記の従来方法と比較して、本発明の
方法は、電力入力量と処理時間がほぼ半分以下で実施で
きる。本発明の前記の長所や特徴は、以下に詳しく説明
される本発明の好適実施例や付随図面から理解されるで
あろう。

【００１０】

【実施例】図１中の数字１０はコンクリート構造物を表
しており、埋設補強鋼材１２を含み、通常の硬化したコ
ンクリート１１から成る。構造物の力学的要求性能に従
って、一定コンクリート量に対する補強鋼材の量は広範
囲にわたって変更される。本発明の目的のため、ここで
はコンクリート構造物は十分養生されたものであって、
コンクリート１１自身が補強鋼材１２の適度な腐食状態
を生成するような塩化物イオン侵入、中性化（炭酸化等
によりアルカリ性が低下すること、例えば、ｐＨ９程度
になる）作用、あるいは、その他の影響で劣化されてい
るものとする。

【００１１】本発明の方法を実行するために、保護され
る補強鋼材と、処理されるコンクリート表面に直接に接
している電解質または電解液内に設置された仮設分散プ
ラス極とに、電気接続が成されている。図示の構成で
は、大文字“Ｇ”で示された直流電源は、そのプラス側
がコンクリート構造物１０の露出表面に電気接続された
分散電極体１３に接続されており、マイナス側が埋設補
強鋼材に接続されている。補強鋼材と分散電極間に均等
な電流供給を達成するために、電気的接続点は好きな数
だけ設定できる。

【００１２】より優位にするため、電極１３は、例えば
鋼線網やチタニウム網などの網目状の電導材で構成され
ているのがよい。本発明の図示実施例では、電極体１３
は、コンクリート構造物１０の露出表面１５に密着され
た電解媒体１４内に埋設されている。適当な例として
は、露出表面１５が上向きであって水平（あるいはそれ
に近い）状態の場合には、電解媒体１４はコンクリート
構造物１０を覆うように貯められている液体でありえ
る。さらには、電解媒体は、セルロース状パルプ繊維と
水またはその他電解質との噴霧混合物のような、自己付
着可能な電導体であるのがより望ましい。前記繊維媒体
の場合は、電極体１３を取り付ける前に第１層が作られ
て、その後に第２層が成形されるため、電極体は電導体
内に完全に埋設されることになる。また、これら自己付
着タイプ電解質媒体は、コンクリート露出面が垂直であ
る場合や下向である場合には、どんな処理例においても
最も望ましい。このような脱着可能な自己付着材料等の
導電体は、通常、処理の終了後にコンクリート表面から
除去される。

【００１３】分散電極のその他の構成については、例え
ば、コンクリート面に直接に塗られた導電性塗料や接着
した薄膜、多孔質材層なども可能である。本発明の分散
電極の形状は、特に重視されるものではなく、埋設補強
鋼材の表面区域全体に効率よく電流が供給できる機能を
もてさえすればよい。一般的にこの目的機能は、外部分
散電極１３からコンクリート構造物の露出面全体に均等
に電流を流すことにより実施できる。

【００１４】本発明の目的を実行するため、埋設補強鋼
材１２の表面積１平方メートルにつき少なくとも０．１
アンペアの直流電流が、マイナス側に接続された補強鋼
材と陽極の役目をするプラスに接続された外部電極との
間に供給される。直流電圧源Ｇの出力電圧は広範囲内で
変化するが、上記の最小電流値にて十分な電流供給が実
行できるようになっている。実際には、直流電圧出力が
４０ボルト以下、特に５〜４０ボルトに範囲で調整でき
て、埋設補強鋼材１２の表面積１平方メートルあたり
０．１〜１０アンペア、特に０．５〜１０アンペアの直
流電流を供給できるような電源Ｇを使用するのが、最適
であると判明した。電源の出力は、図示のような適当な
電圧計Ｖや電流計Ａにてモニターできる。

【００１５】本発明によれば、前記電流は、埋設補強鋼
材１２の表面積１平方メートルあたりの積算電流供給量
が少なくとも約５００アンペア・時間となるよう、所定
時間だけ供給される。好ましくは、積算電流供給量が埋
設補強鋼材の表面積１平方メートルにつき約１００００
アンペア・時間、特に２０００アンペア・時間を越えな
い程度にする。というのも、それ以上にしても電力を無
駄消費するだけで、特定の効果を得るわけでもないから
である。鋼材表面積１平方メートルあたり約１００００
アンペア・時間を過える過度の積算電流供給量は実際上
の問題を発生させ、コンクリート品質を低下させてしま
う。

【００１６】前記所望の鋼材表面積１平方メートルあた
り積算電流供給量値を達成するための電流供給時間は、
言うまでもなく、使用する直流電源能力によって決めら
れ、非常に広い範囲で決められるためここでは特に重視
しない。特段の理由がなければ電流供給は連続的に行う
が、本発明を阻害しない範囲で電流供給が断続的であっ
てもよい。

【００１７】十分な電流供給量が埋設補強鋼材１２に付
与された後、電流供給が遮断され、装置全体が取り除か
れて、可能な場合は、外部電導材も除去される。そし
て、埋設鋼材は堅固に不動態化される状態になっている
ので、長期間にわたって表面保護されることになる。次
に、本発明の方法による鋼材処理効果の説明をする。

【００１８】埋設補強鋼材１２の表面積１平方メートル
あたり０．１アンペア・時間かそれ以上の電流供給の結
果、陰極ストリップと呼ばれる現象を引き起こす。つま
り、鋼材表面に存在する酸化膜あるいはその他の膜が完
全に取り除かれて、無垢の活性鋼表面が表れる。同時
に、鋼材には強いマイナス電流が掛けられるので、塩化
物イオンが、コンクリート内に存在する場合には、鋼材
表面から排出される。このイオン排出の結果、鋼材表面
は塩化物非汚染状態となる。さらに、鋼材から少なくと
も１０mmの範囲の周辺コンクリートからも、基本的には
塩化物が除去される。また同時に、鋼材表面での電流作
用による電気化学的陰極反応の結果、多量の水酸化ナト
リウムが生成されて、鋼材周辺のコンクリートの細孔に
浸透してゆき、鋼材周辺を高レベルのアルカリ状態にす
る。この陰極反応は、以下のように作用すると考えられ
る。

【００１９】Ｏ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ＋４ｅ^- → ４ＯＨ^- ２Ｈ₂ Ｏ＋２ｅ^- → Ｈ₂ ＋２ＯＨ^- Ｎａ⁺ ＋ｅ^- → Ｎａ ２Ｎａ＋２Ｈ₂ Ｏ → ２ＮａＯＨ＋Ｈ₂ 所定量の電流供給後に電流が遮断されると、鋼材はそれ
自体で不変態化して塩化物のない高度アルカリ環境の中
で無垢活性状態となる。この理想的条件下で、鋼材は酸
化されて、腐食から本体を保護するための高密度酸化膜
を形成する。この酸化作用は、実際には腐食の特殊形態
ではあるが、不動態膜として知られる高密度の酸化保護
膜を形成する結果となる。

【００２０】必要とあらば、保護膜の形成は、銀／酸化
銀、鉛／酸化鉛、銅／硫酸銅などの通常の基準照合電極
１６を使って鋼材の電位をモニターして確認できる。基
準照合電極１６は、必須条件ではないが、例えば、コン
クリート内のドリル孔１７にセメントで固めるなどし
て、モニターされる鋼材に近接した固定位置に取り付け
るのが望ましい。

【００２１】図２で示されているような、動作電流が遮
断後の時間経過による自然電位変化のグラフを説明す
る。図示のように、不動態化作用は動作電流が遮断され
ると同時に開始され、所定時間にわたって継続される。
基準照合電極のモニター動作時間を十分長くすれば、腐
食に対して十分安全だと考えられる鋼材の自然電位値が
獲得できるのが判る。実際、モニター時間をもっと長く
取れば、自然電位曲線が今度は逆方向から腐食臨界値を
通過するので、鋼材が再び腐食問題にさらされることが
判明するであろう。

【００２２】図２から明かなように、電圧計１８で測定
された鉛／酸化鉛照合電極１６と補強鋼材１２間の基準
電位値は、数カ月の期間をかけて少しずつ増加する。基
準電位の初期値は約−４００ミリボルトであったのが、
徐々におよそ７週間かけて（腐食観点から比較的安全だ
とされる値である）＋５００ミリボルトまで上昇する。
そして１年後には、基準電位はほぼ＋７００ミリボルト
の高いレベルまで増加し続ける。

【００２３】実験で判ったことは、本方法で作成された
腐食保護膜の寿命はかなり長く、塩化物イオンの再侵入
に対して堅固であって、しかも意外なことに、腐食保護
膜は、処理区域内の鋼材と金属接触状態にあるが、処理
区域外のコンクリート内埋設鋼材まで及んでおり、さら
に意外なのは、その作用が電流が遮断されて装置が取り
外された後に起こることである。

【００２４】また、図１に示す方法でコンクリート中に
電流を流した場合、下記のように、鋼材の表面積１平方
メートル当たりの積算電流量が５００〜１００００Ａ・
Ｈｒで通電を停止することにより、通電停止後にはじめ
て不動態が再形成され、この範囲以外の積算電流量で
は、不動態が再形成されないか、もしくは不完全であっ
た。 鋼材の表面積１ｍ² 当たりの積算電流量 ２５０Ａ・Ｈｒ 自然電位が回復せず、不動態再生は不十分 ５００Ａ・Ｈｒ 不動態が再生 ２０００Ａ・Ｈｒ 不動態が再生 ５０００Ａ・Ｈｒ 不動態が再生 １００００Ａ・Ｈｒ 不動態が再生 １２５００Ａ・Ｈｒ 自然電位の回復が遅く、不動態再生に時間が掛かり 過ぎと共にコンクリート自身の強度が低下 本発明の処理方法は、前記のミラーやベネスランドらの
特許に記述されている方法に関連してはいるが、埋設補
強鋼材の表面区域に付与される電流供給に従った処理動
作を制御することにより、有利な経済性が実現できると
いう意味で予期しない長所を有する。また同時に、一定
の期間内で防食／リハビリ調査の効果的実施がいっそう
確実となる。それゆえ、本発明の方法は、普通の場合に
おいて、ほぼ安全だとみなされる塩化物レベル達成に要
する約半分の時間で信頼できる効果をあげることができ
る。

【００２５】従来のコンクリートの残留塩化物レベルを
対象にする制御では、処理された材料からのコアサンプ
ルの定期的な採取と試験が必要であるが、本発明の方法
では、埋設補強材の表面域に対する処理を行うため、処
理時間を前もって正確に確認することができる。しか
も、塩化物レベルが目標値まで減少されたことをコアサ
ンプル試験にて確認するより前に、本発明では有効とさ
れる表面１平方メートルあたりアンペア・時間で示す積
算電流値を得るのに要する処理時間以上の延長期間に及
んで処理を継続させることも可能である。

【００２６】知られているように、コンクリート構造物
での単位コンクリートあたりの内部埋設補強材の量はそ
れぞれ広範囲に異なるものである。設計要件に従って、
鋼材／コンクリート比率は、コンクリート表面積の１平
方メートルあたり鋼材表面積０．２から２平方メートル
の範囲で変えられる。より一般的な範囲は、コンクリー
ト表面積の１平方メートルあたり鋼材表面積が０．３か
ら１平方メートルである。したがって、補強鋼材の表面
に関する処理時間を制御因子にすれば、コンクリートの
コアサンプル採取試験の時間制御とはずいぶん異なった
最終結果が得られると言える。

【００２７】上記の本発明の実施例は一例を示すもので
あって、開示された明白な技術事項から逸脱することな
く変更可能であるのは言うまでもない。本発明の範囲を
規定するのは、特許請求の範囲である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の方法による処理のための鋼材で
補強されたコンクリート造成物の概略図である。

【図２】図２は本発明に従った処理後の、所定処理期間
内の埋設補強鋼材の増加する不動態レベル（つまり、保
護能力）を示したグラフである。

【符号の説明】

１０…コンクリート構造物 １１…硬化コンクリート １２…埋設された補強鋼材 １３…分散電極体 １４…電解媒体 １５…露出表面 １６…基準照合電極 １８…電圧計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C04B 41/60 C25D 9/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリートの表面に電導材を適用して
   分散電極を形成し、直流電圧供給源を前記電導材に接続
   してプラス極とし、埋設補強鋼材に接続してマイナス極
   とする、埋設補強鋼材をもつコンクリート内の補強鋼材
   を電気化学的に処理する方法であって、 （ａ）前記直流電圧源に、プラス極である前記電導材と
   マイナス極である前記埋設補強鋼材との間に所定の電流
   を供給させる工程と、 （ｂ）前記埋設補強鋼材の表面積１平方メートル当たり
   ５００〜１００００アンペア・時間の積算電流量を前記
   電極間に流す工程と、 （ｃ）前記埋設補強鋼材の表面積当たりの積算電流量が
   前記範囲内で前記電流供給を終了する工程とから成る処
   理方法。
2. 【請求項２】 前記直流電圧源を作動させて、前記埋設
   補強鋼材の表面積１平方メートル当たり０．１〜１０ア
   ンペアの電流密度を供給することを特徴とする請求項１
   記載の処理方法。