JP3415744B2

JP3415744B2 - プレストレストコンクリートの再生方法

Info

Publication number: JP3415744B2
Application number: JP12655997A
Authority: JP
Inventors: 公伸芦田; 孝一石橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2017-05-16
Also published as: JPH10317682A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄筋やＰＣ鋼材を
補強材とするプレストレストコンクリート構造物のコン
クリートの再生方法、特に、コンクリートのアルカリ度
の低下により中性化したコンクリート構造物、および、
塩素イオンを含有するコンクリート構造物、コンクリー
トにアルカリ骨材反応を引き起こす可能性のある骨材を
含有しているコンクリート構造物の再生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】プレストレストコンクリート
構造物は、圧縮強度の強いコンクリートと引張強度の強
いＰＣ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、特に、道
路、鉄道、倉庫などの橋梁や長大構造物に用いられてい
る。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。さらに、コンクリー
トのアルカリ度がｐＨで11〜13の強アルカリ性であるの
で、その内部にあるＰＣ鋼材は、鋼材表面に不動態被膜
を形成して腐食から保護され、そのために、プレストレ
スト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。

【０００３】しかしながら、この永久構造物と考えられ
てきたプレストレスト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。

【０００４】プレストレスト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、塩害と
呼ばれる現象などが挙げられる。

【０００５】中性化とは、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って、炭酸化によ
り、コンクリートのアルカリ度が通常のｐＨ11〜13より
低下する。そして、ｐＨが10程度にまで低下するとＰＣ
鋼材の不動態被膜が破壊され、ＰＣ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。

【０００６】このようなプレストレストコンクリート構
造物の劣化は、コンクリート内部のＰＣ鋼材の錆、さら
には、ＰＣ鋼材の破断という現象を引き起こし、構造的
にも、外見上でも、大きな課題となっている。

【０００７】また、海岸部等にあるプレストレストコン
クリート構造物では、海水の飛沫が飛んできて、コンク
リート表面に付着する。さらに、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、ＰＣ鋼材の位置に達すると、塩素イオン
により、ＰＣ鋼材の不動態被膜が破壊され、腐食が発生
する。

【０００８】また、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、コンクリートが造られる時から、多量の塩化
物を含有することとなり、その結果ＰＣ鋼材の不動態被
膜形成が不十分となり、腐食が発生する。

【０００９】以上のような原因で、コンクリートにひび
われが発生したり、ＰＣ鋼材に腐食が発生し、プレスト
レストコンクリート構造物としての耐久性が大きく低下
する。

【００１０】このような劣化したプレストレストコンク
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、断面修復が主体であった。

【００１１】この断面修復は、ＰＣ鋼材の錆やコンクリ
ートのひび割れ・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。

【００１２】また、中性化や塩害についての鉄筋コンク
リート構造物における根本原因の除去として、電気化学
的な手法を応用した補修工法が開示されている（特開平
１−176287号公報、特開平２−302384号公報）。

【００１３】これらの１つの方法は、中性化したコンク
リート部分にある鋼材とコンクリート表面、または、ア
ルカリ度がｐＨ11以上のアルカリ性雰囲気中にあるコン
クリート部分にある電極との間に直流電流を流すことに
よって、アルカリ性雰囲気中にあるアルカリ性物質、例
えば、ナトリウム又はカリウムの水酸化物が移動し、中
性化によって劣化したコンクリート部分がｐＨ10以上に
なり、再アルカリ化するものである。

【００１４】また、もう一つの方法は、塩分を含有する
コンクリートに対して、コンクリート部分にある鋼材と
コンクリート表面にある電極との間に直流電流を流すこ
とによって、コンクリート中の塩分をコンクリート表面
外に取り出す方法である。しかし、これらの方法では、
使用する電圧が水素発生電位よりも高いので、コンクリ
ート中に存在する間隙水の電気分解が起こり、陰極であ
る鋼材の表面に水素ガスが発生するという副作用が存在
している。

【００１５】一般に、高張力鋼であり、かつ、コンクリ
ート内で大きな力で緊張されているＰＣ鋼材は、その組
織中に水素ガスが吸蔵されると金属組織の脆化が起こ
り、水素脆性による遅れ破壊という破断現象を引き起こ
す。その結果、プレストレストコンクリート構造物とし
て力学的に成り立たなくなり、構造物の破壊という事態
が発生する。現に、過去には、ＰＣ鋼材の水素脆性によ
ると考えられるプレストレストコンクリートの崩壊現象
がある。

【００１６】よって、電気化学的な手法を応用した補修
工法がコンクリート構造物の補修に最適であるが、プレ
ストレストコンクリート構造物への適用に関しては、水
素脆性という副作用が余りにも危険すぎるために、今日
まで適用されなかった。

【００１７】また、陰極での水素ガスの発生を回避する
ために、プレストレストコンクリートに印可する電圧を
水素発生電位以下、すなわち、約１．０Ｖ以下に抑制し
て直流電流を通電する方法も試みられているが、この方
法ではプレストレストコンクリート構造物に永久的に通
電処理を行わなければならず、通電装置の維持と耐久性
に問題があり、現実的に適用が困難である。

【００１８】本発明者等は、このような状況を鑑み、前
記課題を解消すべく種々検討した結果、ＰＣ鋼材に作用
している有効引張力とＰＣ鋼材の引張強度の比率によ
り、ＰＣ鋼材の水素感受性が変化し、その結果、水素脆
性という最悪の事態を招くことなく、電気化学的な手法
をプレストレストコンクリート構造物にも適用できる知
見を得て本発明を完成するに至った。

【００１９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、（１）
プレストレストコンクリートに設置されている鋼材を陰
極とし、該コンクリートの表面部分、及び／又は、該コ
ンクリートの一部に陽極を設置し、該両電極間に水素発
生電位以上の電圧を印可して直流電流を流す方法におい
て、該コンクリートに設置されているＰＣ鋼材に与える
有効張力を、ＰＣ鋼材の引張強度の８０％以下とするこ
とを特徴とするコンクリートの通電再生方法、（２）コ
ンクリートの表面積１ｍ²当たり、０．１Ａ以上１０Ａ
以下の電流密度の直流電流を流し、かつ、電流を流す期
間が６ヶ月以下であることを特徴とする（１）記載のコ
ンクリートの通電再生方法である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
一般に、硬化したコンクリート内部には、水酸化カルシ
ウム水溶液である間隙水が充分に存在している。そのた
め、コンクリートに電圧をかけると、この間隙水が電解
質の役割をし、コンクリート自身が持つ抵抗と加えた電
圧に応じた電流が流れる。

【００２１】また、中性化したプレストレストコンクリ
ート構造物や塩害のプレストレストコンクリート構造物
などを再生するのに必要な直流電流を印可するために
は、コンクリートにかける電圧が少なくとも５Ｖ以上、
好ましくは１０Ｖ以上必要である。また、通電処理中に
陰極となるＰＣ鋼材の表面で生じる水の電気分解の反応
は、

【００２２】

【化１】

【００２３】となり、式(1) の水素発生電位は、理論的
には、

【００２４】

【数１】

【００２５】と導くことができる。

【００２６】従って、コンクリート中のｐＨ値がｐＨ1
0.0〜13.6程度であるので、E = -0.908〜-1.121[V] と
なり、水素発生電位は絶対値で約０．９〜１．１Ｖとな
る。よって、再生処理に要する電圧は水素発生電位以上
となり、陰極付近での水素ガスの発生を免れることがで
きない。

【００２７】本発明は、この様な水素発生電位以上の電
圧を印可した場合にも、プレストレストコンクリートの
ＰＣ鋼材に対する水素ガスの影響を詳しく検討し、調査
した結果、プレストレストコンクリートに設置されてい
るＰＣ鋼材に作用している有効引張力がＰＣ鋼材の引張
強度の８０％以下であれば、水素ガスの影響が全く無
く、再生処理ができること、あるいは、若干の影響があ
っても極く一時的なものとなり、極めて早急に回復する
ことを見出したものである。

【００２８】ＰＣ鋼材の水素ガスの影響を調べるために
実施した試験方法は、金属製反力枠にてＰＣ鋼材を緊張
した後、ＰＣ鋼材の周辺にコンクリートを打設し、この
コンクリートを充分に養生した後、所定の電流密度で直
流電流を印可した。所定の期間電流を印可した後、ＰＣ
鋼材を取り出し、直ちに低ひずみ速度引張試験を行っ
た。この試験では、水素ガスの影響がＰＣ鋼材の破断ま
での伸び率、特に、ＰＣ鋼材の断面収縮率に明確に現れ
る試験方法である。

【００２９】この試験方法において、種々の条件、種々
のＰＣ鋼材にて鋭意検討を行った結果、ＰＣ鋼材の有効
引張力が引張強度の８５％以上であれば、明確な水素ガ
スの影響が見られ、８１〜８５％で一部水素ガスの影響
があり、８０％以下では全く影響がないか、あるいは、
その影響が極く短時間のものであって、速やかにＰＣ鋼
材が回復することが判明したのである。

【００３０】なお、本発明で用いる用語については、次
のように定義する。 (1) 「鋼材」とは、ＰＣ鋼材、鉄筋、鉄骨等の金属製の
構造材のことであり、コンクリート中、もしくは、コン
クリート表面にあるもの。 (2) 「プレストレス」とは、荷重作用による引張応力を
打ち消す目的で、事前に、もしくは、事後に、計画的に
コンクリートに与える応力度。 (3) 「プレストレストコンクリート」とは、緊張材によ
ってプレストレスが与えられているコンクリートのこと
であり、一般には、ＰＣ鋼材、鉄筋、鉄骨等の構造材を
含んでいる。 (4) 「ＰＣ鋼材」とは、プレストレスを与えるために用
いる緊張材の高強度鋼材。 (5) 「有効引張力」とは、コンクリートにプレストレス
を与えた後、実際に緊張材に作用している引張力。 (6) 「引張強度」とは、日本工業規格に規定されている
ＰＣ鋼材の引張強さ、及び／又は、引張荷重のことであ
り、具体的には、「JIS G 3109(1994)ＰＣ鋼棒」、「JI
S G 3137(1994) 細径異形ＰＣ鋼棒」、「JIS G 3536(1
994)ＰＣ鋼線及びＰＣ鋼より線」、「JIS G 3538(1994)
ＰＣ硬鋼線」、等に記載されている引張強さや引張荷
重。

【００３１】本発明では、使用する電流密度は、コンク
リートから塩化物イオンを除去したり、アルカリ性の電
解質溶液をコンクリート中に浸透できるだけの大きさが
必要であり、さらに、コンクリート自身を対象としてい
るため、その値は、コンクリート表面積当たりの電流量
が必要となる。通常はコンクリートの表面積当たり０．
１Ａ／ｍ²以上であり、より好ましくは、０．５Ａ／ｍ
²以上、さらに好ましくは、０．７５Ａ／ｍ²以上であ
る。また、本発明では、電流を流し続ける期間は、通常
１日から６ヶ月程度であり、限定された期間であるが、
電流を流し続ける期間が限定しているといえども、むや
みに過大な電流密度にするのは危険であり、必然的に上
限が決まる。上限としては、コンクリート表面積当たり
１０Ａ／ｍ²以下が好ましく、より好ましくは７．５Ａ
／ｍ²以下であり、さらに好ましくは５．０Ａ／ｍ²以
下である。

【００３２】本発明に用いる外部電極ついて説明する。
コンクリートの表面部の電極は、一般には、正（＋）側
になるため、電気的な腐食作用が働く。本発明では、電
流を流す期間が１日から６ヶ月程度と比較的短期なた
め、普通の鉄筋や金網等も使用可能であるが、資源の有
効と再利用を考えると、電気的な腐食に対する抵抗性が
高いものが好ましい。具体的には、チタン、チタン合
金、白金、及び／又は、それらでメッキされた金属、
炭素繊維、炭素棒等の炭素、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、である。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。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としては、その値以下、
すなわち、10³Ω・cm以下が好ましく、より好ましくは
10²Ω・cm以下、さらに好ましくは10Ω・cm以下であ
る。

【００３３】また、本発明ではコンクリートに通電する
際に、電解質溶液を用いても良く、その溶液としては、
リチウム化合物の水溶液、及び、リチウム化合物と他の
電解質材料とからなる水溶液、アルカリ金属やアルカリ
土類金属などの水酸化物や炭酸塩などの水溶液、炭酸グ
アニジン、ヒドロキシルアミン、クロルアミン、および
水酸化テトラアルキルアンモニウム等のアミン類の水溶
液が例示され、また、これらを混合した水溶液やホウ酸
等の緩衝剤を含む水溶液などがある。

【００３４】リチウム化合物の水溶液とは、リチウム化
合物のうち、水溶性のものであり、具体的には、酢酸リ
チウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化ホウ素リ
チウム、臭化リチウム、水酸化リチウム、よう化リチウ
ム、乳酸リチウム、硝酸リチウム、修酸リチウム、過塩
素酸リチウム、リン酸リチウム、ピルビン酸リチウム、
硫酸リチウム、四ホウ酸リチウム、亜硝酸リチウム、炭
酸リチウム、塩化リチウム、クエン酸リチウム、フッ化
リチウム、及び、水素化リチウム等が使用可能である。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳しく説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１ＰＣ鋼材の水素ガスの影響を調べるために、金属製反力
枠にＰＣ鋼材を緊張した状態で、ＰＣ鋼材の周辺にコン
クリートを打設し、このコンクリートを充分に養生した
後、直流電流を印可した。直流電流停止後、ＰＣ鋼材を
取り出し、低ひずみ速度引張試験を行った。この試験で
は、ＰＣ鋼材に与える水素脆性の有無は、破断後のＰＣ
鋼材の断面収縮率（ＲＡ）で表現される。また、その判
定基準は製造時のＰＣ鋼材の断面収縮率（ＲＡ）を基準
として、その基準値からの差が２０を超える場合は「水
素脆性あり」、１０を超え２０以下の場合は「水素脆性
は不確定」、１０以下の場合は「水素脆性なし」とす
る。なお、破断後のＰＣ鋼材の断面収縮率（ＲＡ）は、
次式により求める。

【００３６】

【数２】

【００３７】［試験条件１］にて実施した試験結果をＣ
種１号については表１に、Ｂ種１号については表２にそ
れぞれ示す。なお、低ひずみ速度引張試験は、直流電流
停止当日と直流電流停止１ヶ月後の２回実施し、直流電
流停止後のＰＣ鋼材の回復状況も調べた。

【００３８】［試験条件１］・引張試験の低ひずみ速度＝１．６×１０^-5／sec ・引張試験機：島津製作所製ＵＨ−２０００ｋＮＡ・ＰＣ鋼材：「JIS G 3109(1994)ＰＣ鋼棒」記載のＣ種
１号（記号SBPR 1080/1230）とＢ種１号（記号SBPR 930
/1080)、呼び名13mm。引張強度（引張強さ）＝ 1230 N/mm²（Ｃ種１号）引張強度（引張強さ）＝ 1080 N/mm²（Ｂ種１号）・通電処理：電流密度＝１A/m²（コンクリート表面
積）、通電期間＝１〜１８０日・有効引張力：ＰＣ鋼材の引張強度の５０％〜９０％

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】実施例２実施例１と同じ金属製反力枠を用いて、［試験条件２］
にて、通電処理を行った後、低ひずみ速度引張試験を実
施した。その結果を表３に示す。なお、低ひずみ速度引
張試験は、実施例１と同様に、直流電流停止当日と直流
電流停止１ヶ月後の２回実施し、直流電流停止後のＰＣ
鋼材の回復状況を調べた。

【００４２】［試験条件２］・引張試験の低ひずみ速度
＝１．６×１０^-5／sec ・ＰＣ鋼材：「JIS G 3536(1994)ＰＣ鋼線及びＰＣ鋼よ
り線」記載の異形ＰＣ鋼線（記号SWPD1L）、呼び名9mm
。引張強度（引張荷重）＝ 90.2 kN。・通電処理：電流密度＝２A/m²（コンクリート表面
積）、通電期間＝１４〜５６日・有効引張力：ＰＣ鋼材の引張強度の６０％〜８５％

【００４３】

【表３】

【００４４】実施例３実施例１と同じ金属製反力枠を用いて、［試験条件３］
にて、通電処理を行った後、低ひずみ速度引張試験を実
施した。その結果を表４に示す。なお、低ひずみ速度引
張試験は、実施例１と同様に、直流電流停止当日と直流
電流停止１ヶ月後の２回実施し、直流電流停止後のＰＣ
鋼材の回復状況を調べた。

【００４５】［試験条件３］・引張試験の低ひずみ速度＝１．６×１０^-5／sec ・ＰＣ鋼材：「JIS G 3109(1994)ＰＣ鋼棒」記載のＣ種
１号（記号SBPR 1080/1230）、呼び名13mm。引張強度
（引張強さ）＝ 1230 N/mm²。・通電処理：電流密度＝０．１〜１０A/m²（コンクリー
ト表面積）・通電期間＝５６日・有効引張力：ＰＣ鋼材の引張強度の６０％〜８５％

【００４６】

【表４】

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、プレストレストコンク
リート構造物に対して電気化学的な再生（通電）処理を
実施する場合、水素ガスの影響が全く無いか、あるい
は、あっても極く短期間の内にＰＣ鋼材が回復する。従
って、中性化したプレストレストコンクリート構造物や
塩素イオンを含有するプレストレストコンクリート構造
物、あるいは、アルカリ骨材反応を引き起こす可能性の
ある骨材を含有しているプレストレストコンクリート構
造物の劣化再生や補修に関する分野での利用に役立つ。
また、プレストレストコンクリート構造物に種々の物質
を電気化学的に導入することにより、プレストレストコ
ンクリート構造物を充填、強化することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04G 23/02 C04B 41/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プレストレストコンクリートに設置され
ている鋼材を陰極とし、該コンクリートの表面部分、及
び／又は、該コンクリートの一部に陽極を設置し、該両
電極間に水素発生電位以上の電圧を印可して直流電流を
流す方法において、該コンクリートに設置されているＰ
Ｃ鋼材に与える有効張力を、ＰＣ鋼材の引張強度の８０
％以下とすることを特徴とするコンクリートの通電再生
方法。
【請求項２】コンクリートの表面積１ｍ² 当たり、
０．１Ａ以上１０Ａ以下の電流密度の直流電流を流し、
かつ、電流を流す期間が６ヶ月以下であることを特徴と
する請求項１記載のコンクリートの通電再生方法。