JP3325322B2 - コンクリートの再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄筋やＰＣ鋼材を補強
材とする、鉄筋コンクリート構造物やプレストレストコ
ンクリート構造物などのコンクリートの再生方法、特
に、コンクリート表面及びコンクリート中に電流を流す
ことにより、コンクリート中のアルカリ度を回復する、
コンクリート中の塩素イオンを除去する、並びに、コン
クリート内部の補強材を防食する等の方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】鉄筋コンクリート構造物やプ
レストレストコンクリート構造物などのコンクリート構
造物は、圧縮強度の高いコンクリートと引張強度の高い
鋼材とを組み合わせることによって、力学的に圧縮強度
と引張強度のバランスの取れた構造体となり、それゆえ
種々の重要な構造物に広く使用されてきた。

【０００３】また、コンクリートは、一般には、水、
火、及び日光等の環境に対する抵抗性が強い。

【０００４】さらに、コンクリートのアルカリ度が、ｐ
Ｈ11〜14の強アルカリ性であり、コンクリート内部にあ
る鋼材表面に不働態被膜が形成して、鋼材は腐食から保
護され、そのために、コンクリート構造物は耐久性のあ
る永久構造物であると考えられてきた。

【０００５】しかしながら、この永久構造物と考えられ
てきたコンクリート構造物も、種々の原因によりその耐
久性が低下し、構造物としての寿命に疑問が投げかけら
れるようになってきた。

【０００６】コンクリート構造物が劣化する原因の一つ
として、コンクリートの中性化、例えば、「炭酸化」と呼
ばれる現象等が挙げられる。

【０００７】炭酸化とは、セメントの水和反応によって
生成された水酸化カルシウムが大気中の二酸化炭素と反
応して炭酸カルシウムとなる現象である。そして、この
炭酸化により、コンクリートのアルカリ度が通常のｐＨ
11〜14より低下する。ｐＨが10程度にまで低下すると鋼
材の不働態被膜が破壊され、鋼材の腐食がはじまり、コ
ンクリート構造物としての強度バランスが崩れ、その耐
久性が大きく低下することになる。

【０００８】コンクリートの中性化のようなコンクリー
ト構造物の劣化は、コンクリート内部の鋼材の発錆、コ
ンクリートのひび割れ、及びコンクリートの欠落等の現
象を引き起こし、構造的にも、外見的にも、大きな課題
となっている。

【０００９】このようなコンクリートの中性化現象は、
炭酸化以外にも、酸化イオウ(SO_X)や酸化窒素(NO_X)など
によっても、同様に引き起こされている。

【００１０】また、海岸周辺にあるコンクリート構造物
では、海水の飛沫が飛んできて、コンクリート表面に付
着し、その海水中に含まれている塩分が、コンクリート
中の空隙を通ってコンクリート内部に浸透し、鉄筋に接
触すると、鋼材の不働態被膜が破壊され腐食が発生する
等の課題があった。

【００１１】さらに、コンクリート材料として使用され
る細骨材に海砂が用いられる場合、その塩分除去が不十
分であると、コンクリート配合をするときから、多量の
塩化物を含有することとなり、その結果、鋼材の不働態
被膜形成が不十分となり、腐食が発生する等の課題があ
った。

【００１２】このように、鋼材に腐食が発生し、それが
さらに、コンクリートのひび割れ、欠落、及び剥離等に
進展し、コンクリート構造物としての耐久性を大きく低
下する現象を、一般に、「塩害」と呼んでいる。

【００１３】「塩害」などで劣化したコンクリート構造物
の補修方法は、鋼材の錆についてはその周囲のコンクリ
ートを、また、コンクリートのひび割れや欠落部分につ
いてはその部分のコンクリートを「はつり」取ったのち、
新しいコンクリートやモルタルを充填する、いわゆる、
断面修復工法が主体であった。

【００１４】この断面修復工法は、鋼材の発錆、並び
に、コンクリートのひび割れや欠落という目に見える劣
化現象についてのみ補修を行うのであって、補修時に劣
化現象が確認できていない部分、即ち、潜在的にはコン
クリートの劣化が進行しているが、表面的にはその劣化
が顕在化していない、いわゆる危険部分については全く
処置を行うことができなかった。

【００１５】また、この工法は、コンクリートが劣化し
た根本的な原因については、何ら対策を行っておらず、
劣化現象の根本的な解決は期待できるものではなかっ
た。

【００１６】このような、潜在的な危険部分の課題解決
や劣化現象の根本的な解決を目的として、電気化学的な
手法を応用した補修工法やコンクリートの鉄筋を陰極に
して電気的に防食する工法が開示されている(特開平１
−176287号公報)。

【００１７】しかしながら、これらの方法では、コンク
リートの鉄筋のみを陰極として、直流電流を流すため、
深さ方向の処理領域が表面から内部鉄筋近傍に限られ、
さらに、内部鉄筋間の処理効果は、鉄筋からの距離が長
くなるに従い電流密度が低下するため悪くなるなどの課
題があった。

【００１８】この課題を克服するために、複数の外部電
極をコンクリート表面に設置して、その外部電極を陰極
と陽極とすることが提案された。

【００１９】しかしながら、この方法では、処理領域の
拡大を行うことが可能であるが、コンクリート表面のみ
に電極を設置し、内部鉄筋を電気的に浮いた状態にして
おくため、内部鉄筋の腐食を引き起こす危険性がある等
の課題があった。

【００２０】本発明者は、このような状況に鑑み前記課
題を解消すべく種々検討した結果、特定の方法を採用す
ることにより、前記課題を解消し、コンクリート構造物
の補修が充分に行い得る知見を得て本発明を完成するに
至った。

【００２１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、コンク
リート表面の２ヶ所以上に電極を設置して外部電極と
し、該電極の少なくとも１箇所以上を陽極、残りを陰極
とし、これら陽極と陰極を相対する面に設置し、コンク
リート内部に含まれる鉄筋を該陰極と接続して該陽極と
陰極間に直流電流を流すことを特徴とするコンクリート
の再生方法である。

【００２２】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２３】一般に、硬化したコンクリート内部には、
水酸化カルシウムや水酸化ナトリウムを含有する水溶液
が充分に存在している。そのため、コンクリートに電圧
を印加すると、この水溶液が電解質の役割をし、コンク
リート自身が持つ抵抗と印加した電圧に応じた電流が流
れる。そして、コンクリート内部の鉄筋等の補強材のみ
を陰極にすると、処理領域が制限されてしまう。また、
コンクリート表面のみに電極を設置した場合には、コン
クリート内部の鉄筋の補強材に腐食が発生する危険性が
ある。

【００２４】本発明は、コンクリート内の処理領域の拡
大と処理効率の増加を図ると共に、処理期間中での内部
鉄筋の腐食を防ぐために、コンクリート外部に設置した
陰極とコンクリート内部の補強材とを電気的に接続し処
理を行う方法である。

【００２５】即ち、コンクリートの表面に陽極と陰極の
二種類の電極を設置し、その陰極とコンクリート内部の
補強材とを電気的に接続し、直流電流を流すものであ
る。

【００２６】まず、本発明で使用するに電極について説
明する。

【００２７】コンクリートの表面に設けた陽極は、鉄筋
メッシュや金網などの使用も可能であるが、電気的な腐
食作用が働くため、資源の有効と再利用の面から、電気
的な腐食に対する抵抗性が高いものの使用が好ましい。

【００２８】具体的には、チタン、チタン合金、及び白
金又はそれでメッキされた金属等、炭素繊維や炭素棒な
どの炭素、並びに、体積電気抵抗率が10³Ω・cm以下の導
電性を有する有機高分子等である。

【００２９】チタンや白金は電気的な腐食に対して安定
であり、炭素や有機高分子もほぼ安定である。

【００３０】なお、通常のコンクリートの体積電気抵抗
率は、10³〜10⁴Ω・cm程度であるので、導電性を有する
有機高分子の体積電気抵抗率は、10³Ω・cm以下が好まし
く、10²Ω・cm以下がより好ましく、10Ω・cm以下が最も
好ましい。

【００３１】また、陰極は電気的な腐食作用の心配がな
いので、陽極に使用した材料の使用はもちろん、それ以
外の導電性材料の使用も可能である。

【００３２】電極の設置方法や電極間距離は、特に制限
されるものではないが、コンクリート中を流れる有効電
流が広く流れるように設置することが必要である。コン
クリートが多角形や円形の場合などは、できるだけ相対
する面に、陽極と陰極を設置することが好ましい。具体
例として、コンクリート壁等の場合について説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００３３】コンクリート壁の場合は、壁を挟むよう
に、一方の表面に陰極を、他方の表面に陽極を設けるこ
とが好ましく、角柱の場合は、１つ以上の表面に陽極
を、他の表面に陰極を設けることが好ましい。また、床
の場合は、上面に陽極を、下面に陰極を設けることが好
ましい。いずれの場合もその逆に電極を設置することも
可能であるが、外部電極の陰極とコンクリート内部の補
強材である鉄筋を電気的に接続しておくことが必要であ
る。

【００３４】ここで、鉄筋とは、丸鋼、異形鉄筋、及び
ＰＣ鋼棒等をいう。

【００３５】本発明では、表面に設置した電極間の処理
が可能であり、また、表面電極間に存在する内部鉄筋の
発錆を防ぐことが可能である。

【００３６】また、本発明において、電流が流れやすく
なることから、コンクリート表面に設置する電極の周囲
に電解質溶液を存在させておくことは好ましい。

【００３７】ここで、電解質溶液として好ましいのは、
アルカリ性溶液又は中性溶液であるが、ｐＨ５以上の弱
酸性溶液でも使用可能である。

【００３８】アルカリ性溶液中のアルカリイオンの発生
源としては、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属
塩や、カルシウムやマグネシウムなどのアルカリ土類金
属塩などの各種のアルカリ塩が挙げられる。そのうち、
アルカリ骨材反応を促進する可能性が少ない、カルシウ
ム、リチウム、マグネシウム、及びアルミニウム等の塩
の使用が好ましい。

【００３９】さらに、本発明の電解質溶液に腐食抑制剤
を併用することは好ましい。

【００４０】腐食抑制剤とは、通常、防錆剤と呼ばれる
もので、腐食環境下において併用することによって、金
属の腐食を著しく減少させる物質である。

【００４１】腐食抑制剤としては、亜硝酸塩、クロム酸
塩、ケイ酸塩、及びリン酸塩等の無機系腐食抑制剤や、
有機リン酸塩、エステル塩、有機酸類、スルホン酸類、
アミン類、アルキルフェノール類、メルカプタン類、及
びニトロ化合物等の有機系腐食抑制剤が挙げられる。

【００４２】本発明では、これら腐食抑制剤の中でアル
カリ性、中性、及びｐＨ５以上の弱酸性のものが使用で
きるが、コンクリート物性に与える影響が小さい、例え
ば、無機系腐食抑制剤の使用が好ましく、特に、亜硝酸
塩の使用がより好ましい。

【００４３】また、水に溶解してイオンとなるものは、
電気的にコンクリート中に浸透するので好ましい。

【００４４】次に、電解質溶液をコンクリート表面に存
在させる方法について説明する。

【００４５】電解質溶液をコンクリート表面に存在させ
る方法としては、一般には、コンクリート表面に電解質
溶液を保持する容器を設けて、その中に、電解質溶液を
溜める方法が考えられる。

【００４６】しかしながら、コンクリートの表面が水平
上向きだけでなく、垂直面や天井面もあることを考える
と、液体である電解質溶液を漏らさずに溜める容器を設
けることは難しい。

【００４７】そのため、電解質溶液を何らかの物質に吸
着、もしくは、保持し、電解質溶液保持層を形成してコ
ンクリート表面に供給する方法がより好ましい。この方
法であれば、水平上向きだけでなく、垂直面や天井面で
も、十分に電解質溶液をコンクリート表面に存在させる
ことが可能である。

【００４８】電解質溶液を吸着、もしくは、保持した電
解質溶液保持層を形成するものとして電解質溶液保持材
がある。

【００４９】電解質溶液保持材の材料としては、パル
プ、布、及び不織布等の繊維状物質又はそのシート、ゼ
オライト、シラスバルーン、及び発泡ビーズ等の無機や
有機の多孔質材料、並びに、吸水性の有機高分子等又は
これらの組み合わせが挙げられる。

【００５０】そのうち、繊維状物質のシートは、コンク
リート表面に釘や角材などで固定するだけで、使用する
ことができるので好ましく、さらに、シート表面を加工
することで、電解液の蒸発や凍結を防止することも可能
となる。

【００５１】繊維状物質や多孔質材料は、コンクリート
の表面に電解質保持材として設置する際に、コンクリー
トの表面形状に関わりなく、水や電解質溶液とともに吹
き付けすることで電解質溶液保持層を形成できる。

【００５２】なお、電解質保持材を使用する場合、付着
性向上のために、接着性や粘着性を増大する成分や、増
粘剤などを添加することも可能である。

【００５３】吸水性の有機高分子としては、例えば、ポ
リアクリル酸系のものが挙げられ、多孔質材料と同じよ
うに、吹き付けすることでコンクリート表面に電解質溶
液保持層を形成したり、不織布等でシートを形成したり
することが可能である。

【００５４】さらに、工事期間中に電解質溶液から蒸発
する水分を計算し、その量を予め電解質溶液保持材に余
分に吸水させておき、工事中の水分補給の作業を軽減す
ることも可能である。

【００５５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明
する。

【００５６】実施例１ セメント280kg/m³、水168kg/m³、細骨材860kg/m³、粗骨
材1,002kg/m³、ＡＥ減水剤0.7kg/m³、及び塩化ナトリウ
ム10kg/m³のコンクリート配合を用いてコンクリートを
調整し、断面の深さ7.5cmの所に公称径19mmの異形鉄筋
を30cm間隔で埋設した、縦120cm、横120cm、厚さ15cmの
コンクリート試験体を作製した。作製したコンクリート
試験体の一方の面に、厚さ20mmのスポンジを取り付け、
その中心にチタンメッシュがくるように設置し、反対面
に、その中心に鉄筋メッシュがくるように厚さ20mmのス
ポンジを取り付けた。各スポンジは、常に湿潤状態を保
つように１Ｎの亜硝酸リチウム水溶液を補充した。次
に、チタンメッシュを陽極に、鉄筋メッシュとコンクリ
ート内部の鉄筋を陰極として、コンクリート表面積１m²
当たり１Ａとなるように直流電流を４週間流した。その
結果、コンクリート中の塩分量がコンクリート表面均一
に減少し、最初の１／10となった。処理終了後、コンク
リート試験体の内部鉄筋の状態を検査したところ、内部
鉄筋は不動態膜に覆われていた。さらに、コンクリート
試験体中には、陰極である鉄筋メッシュ側から亜硝酸イ
オンが、陽極であるチタンメッシュ側からリチウムイオ
ンが電気的に浸透することによって、コンクリート試験
体中のリチウムイオン濃度と亜硝酸イオン濃度が高くな
り、アルカリシリカ反応抑制効果や異形鉄筋の防錆効果
が向上した。

【００５７】＜使用材料＞ セメント：電気化学工業社製、普通ポルトランドセメン
ト 水 ：水道水 細骨材 ：姫川産川砂 粗骨材 ：姫川産砕石、Gmax=20mm ＡＥ減水剤：エム・エム・ビー社製、商品名「ポゾリスN
o.70」 塩化ナトリウム：和光純薬工業社製、試薬１級 亜硝酸リチウム：日産化学工業社製 チタンメッシュ：エルテックコーポレーション社製、商
品名「エルガードメッシュ#210」 鉄筋メッシュ：公称径３mmの鉄筋を５cm間隔で溶接した
もの

【００５８】比較例１ コンクリート試験体の内部鉄筋のみを陰極として使用し
たこと以外は実施例１と同様に行った。その結果、チタ
ンメッシュと内部鉄筋の間に挟まれたコンクリートの中
の塩分量が、内部鉄筋を中心として10cm未満の領域で
は、初期の１／10となったが、内部鉄筋を中心として10
cmから15cmの領域では、初期の１／８までしか減少しな
かった。また、チタンメッシュを設置しなかった面から
内部鉄筋までの塩分は殆ど減少しなかった。

【００５９】比較例２ 陰極として、コンクリート試験体表面に設置した鉄筋メ
ッシュのみを使用したこと以外は実施例１と同様に行っ
た。その結果、塩分濃度は、実施例１と同様に、コンク
リート試験体の面内で均一に減少し、初期の１／10とな
った。処理終了後、コンクリート試験体の内部鉄筋を調
べたところ、数カ所に数センチ程度の発錆が観察され
た。

【００６０】

【発明の効果】本発明では、コンクリートの内部鉄筋と
コンクリート表面の外部電極の一部を陰極として、その
他の外部電極を陽極として直流電流を流すため、処理電
流による内部鉄筋の腐食を生じることなく、コンクリー
ト中に含まれる塩分を、処理面内均一に減少することが
可能である。また、コンクリートにとって有益な物質
は、陽イオン又は陰イオンのいずれも、コンクリート内
部に、電気的に浸透させることができるので、コンクリ
ートの改質も可能となるなどの効果を奏することができ
る。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリート表面の２ヶ所以上に電極を
   設置して外部電極とし、該電極の少なくとも１箇所以上
   を陽極、残りを陰極とし、これら陽極と陰極を相対する
   面に設置し、コンクリート内部に含まれる鉄筋を該陰極
   と接続して該陽極と陰極間に直流電流を流すことを特徴
   とするコンクリートの再生方法。