JP4457378B2 - 流電陽極による金属構造物没水部分の電気防食方法およびそのための流電陽極構造 - Google Patents

Description

本発明は、港湾・河川構造物等の金属構造物の没水部分に設置される流電陽極方式による電気防食方法およびそのための電気防食用流電陽極の構造に関する。

桟橋、護岸等の港湾施設や道路橋、鉄道橋等の基礎部を構成する鋼管杭や鋼矢板が海水や河川水等により腐食するのを防止するため、主としてアルミニウム合金を用いた流電陽極方式による電気防食法が広く用いられている。
港湾施設や橋等は５０年以上の長期間耐用施設であるためこの基礎部を防食するための流電陽極も一般には寿命が１０年から３０年程度のものが取り付けられるが、最近では５０年以上の耐用年数をもつ大型流電陽極の取付けも要求されるようになっている。

港湾施設等の鋼構造物を電気防食する場合、防食開始当初は鋼材表面の錆の還元に防食電流が消費される他に鋼材表面の電位を自然電位から防食電位にシフトさせるために多大な電流が必要とされるために大きな防食電流密度が必要である。その後、鋼材表面の錆が還元され電位が自然電位から防食電位にシフトされるに従って必要な防食電流は減衰していく。さらに防食電流を流しつづけると鋼材表面のｐＨが上昇して海水中の溶存イオンが鋼材表面に析出する。この電解皮膜はエレクトロコーティングと呼ばれ、抵抗被覆として作用するため防食電流はさらに低減し定常値に達する。

このため、海域における土木鋼構造物の電気防食設計指針（案）では、内湾の通常海水中における裸鋼に対する初期防食電流密度は１００ｍＡ／ｍ²と、定常防食電流密度は初期電流密度の５０％の５０ｍＡ／ｍ²と規定されている。（非特許文献１参照）
防食設計も上記規定に基づいて行われており、防食に必要な陽極の個数は、まず、数式１式のように防食対象面積と初期防食電流密度とを乗じて所要防食電流を求め、次に数式２式のように所要防食電流を陽極１個あたりの初期発生電流で除して求める。

[数1]
Ｉ＝Ｓ×Ｉ ・・・・・（１）
Ｉ：所要防食電流（Ａ）
Ｓ：防食対象面積（ｍ²）
Ｉ：初期防食電流密度（Ａ／ｍ²）

[数２]
Ｎ＝Ｉ／Ｉg ・・・（２）
Ｎ：陽極の個数（個）
Ｉg：陽極１個あたりの初期発生電流（Ａ／個）

また、陽極所要質量は数式３式で求められる。

[数3]
Ｗ＝Ｉg・Ｔ・Ｄ／Ｑ ・・・（３）
Ｗ：陽極所要質量（ｋｇ／個）
Ｔ：耐用年数（ｙ）
Ｄ：陽極発生電流低減率（通常は０．５）
Ｑ：有効発生電気量（Ａ・ｙ／ｋｇ）

すなわち、流電陽極の初期発生電流と平均発生電流との関係は所期防食電流密度と定常防食電流密度との比（通常は０．５）に合うように設計されており、陽極所要質量は平均発生電流と耐用年数との積によって設計されている。
つまり、取付個数の増減調整で対応するとしている。

本発明者等の研究の結果では、初期防食電流密度が大きいほどエレクトロコーティングが早く形成されるので、防食電流が早く減衰し定常防食電流に達することが判明している。また、文献には、初期防食電流密度が小さいとエレクトロコーティングは多孔質化するが、初期防食電流密度が大きくなるほど緻密化するので定常防食電流がより低減されることが報告されている。（非特許文献２参照）
海域における土木鋼構造物の電気防食設計指針（案）・同解説（建設省土木研究所 １９９１年３月、Ｐ１５、表３，１ "防食技術便覧 腐食防食協会編"のＰ６８５、８〜１３行、図６，５

解決しようとする問題点は、次記する事実に由来する。
すなわち、初期防食電流密度と長期間の防食に必要な電気量（アンペア×時間）との関係を図４に表わすと、例えば初期防食電流密度１３０ｍＡ／ｍ²で防食した場合の電気量は破線より下の面積となるが、初期防食電流密度２４０ｍＡ／ｍ²で防食した場合は実線より下の面積で済むので、初期防食電流密度２００ｍＡ／ｍ²で防食した場合の方が経済的に防食を達成することができることになる。そこで初期防食電流密度を２倍にするために、例えば陽極取付数を２倍したり、陽極を大型化して１本当たりの発生電流を２倍にすることが考えられる。
しかし、単に陽極取付数を２倍に増やし、あるいは大型化したのでは流電陽極の平均発生電流も定常防食電流の２倍の容量となるので陽極質量が過剰となり不経済であるばかりでなく、金属構造物が塗装されている場合には長期間の過防食により塗膜が劣化されるという弊害がでる。
また、従来の通常の防食設計においては、長い防食期間中には海水の汚染により、防食期間終期には塗膜の劣化により設計時よりも多くの防食電流が必要となり多数の流電陽極を増設する必要に迫られる場合もあるが、従来はこれら増設する流電陽極を金属構造物に溶接しなければならないので、作業やその準備などに多大な労力を強いられていた。

請求項１に記載した本発明の流電陽極による金属構造物没水部分の電気防食方法は、流電陽極による金属構造物の没水部分の電気防食方法において、金属構造物に定常防食電流を通電するための流電陽極を設置し、該定常防食電流では防食電流不足となる期間にその不足防食電流分を補完するための流電陽極を前記の定常防食電流を通電するための流電陽極に対し、離脱可能に接続設置することを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、上記不足防食電流を通電するための離脱可能な流電陽極が、定常防食電流を通電する流電陽極よりも寿命の短い流電陽極であるとすることに特徴を有する。

請求項３に記載した発明は、上記不足防食電流を通電するための離脱可能な流電陽極が定常防食電流を通電するための流電陽極よりも電位の卑な陽極であることに特徴を有する。一例として、定常電流を通電するための流電陽極をアルミニウム合金陽極とした場合に、不足電流を通電するための流電陽極をマグネシウム合金陽極とすることが挙げられる。

請求項４に記載した発明は、上記一連の発明にあって、上記不足防食電流を通電するための離脱可能な流電陽極が防食電流不足が解消した場合に撤去されることに特徴を有する。

請求項５に記載した発明は、上記一連の発明にあって、上記不足防食電流を通電するための離脱可能な流電陽極の設置またはその撤去は該金属構造物没水部分の電位を基準として行われることに特徴を有する。

請求項６に記載した発明は、金属構造物に定常防食電流を通電する流電陽極から張り出した芯金または該陽極芯金に取り付けられた固定脚に、該定常防食電流で防食電流不足となる期間にその不足防食電流を通電するための流電陽極を着脱するための手段が施してある電気防食用流電陽極に特徴を有する。

請求項７に記載した発明は、上記金属構造物に定常防食電流を通電するための電気防食用陽極と着脱するための手段が張り出した芯金に施してある不足防食電流を通電するための流電陽極に特徴を有する。

請求項１に記載した発明にあっては、定常防食電流を通電するに必要なだけの流電陽極を設置する他に、防食初期など防食電流が不足する場合には防食電流密度を大きくするための流電陽極を増設する。これにより防食初期には初期防食電流密度が大きくなり金属構造物に早期にエレクトロコーティングが形成されて防食電流が早く減衰するので早期に定常防食電流に達し、そのエレクトロコーティングも緻密化するので定常防食電流がより低減される。

請求項２に記載した発明にあっては、定常防食電流を通電するための流電陽極が設置されている金属構造物に不足防食電流を通電するための流電陽極を追加設置すれば、初期防食電流密度が大きくなり早期に定常防食電流に達するので増設する流電陽極は小型のもので済み、設置する陽極の質量を小さくすることができる。
また、海水の汚染や金属構造物塗膜の剥離増大により防食電流を増加する必要が生じた場合にも、定常防食電流を通電する流電陽極の残存寿命と同程度の寿命の陽極を設置すればよいので、陽極の質量を小さくすることができる。

請求項３に記載した発明にあっては、流電陽極が同じ大きさの場合、電位の卑な陽極ほど金属構造物の電位との差が大きく発生電流も大きくなる。そのため、定常防食電流を通電する流電陽極よりも電位の卑な陽極を不足防食電流を通電するための流電陽極として設置すれば初期防食電流密度は一層大きくなって早期に定常防食電流に達し、そのエレクトロコーティングも緻密化するので定常防食電流がより低減される。

請求項４に記載した発明にあっては、不足防食電流を通電するための流電陽極は離脱可能に設置されているので、必要がなくなったときには容易に撤去することができる。このため、無駄な陽極が取り付けられたままになっていることもなくなるので過防食による塗膜の劣化等も防ぐことができる他、残った陽極部分は他の金属構造物に不足防食電流を通電するための流電陽極として流用もできるので資源の無駄も省くことができる。

請求項５に記載した発明にあっては、通常、金属構造物への電気防食効果の良否は金属構造物の電位を基準として判断できる。したがって、その電位を基準として不足防食電流を通電するための流電陽極を設置または離脱させれば常に最適な防食常態を保つことができ、防食電流不足による金属構造物の腐食や過防食による塗膜の劣化等も防ぐことができる他、資源の無駄も防ぐことができる。

請求項６に記載した発明にあっては、定常防食電流を通電する流電陽極から張り出した芯金または該陽極芯金に取り付けられた固定脚を利用して不足防食電流を通電する流電陽極を着脱し易くするため、該芯金または固定脚にボルト孔が加工されたり、不足防食電流を通電する流電陽極の芯金を差し込むための溝や孔等を形成するものであるが、これにより、防食初期だけでなく、海水の汚染や防食期間終期における塗膜の劣化により設計時よりも多くの防食電流が必要となった場合にも不足防食電流を通電するための流電陽極を設置する際にその流電陽極を金属構造物に溶接する必要がなくなるので、作業やその準備などに費やす労力を大幅に軽減できる。

請求項７に記載した発明にあっては、定常防食流電を通電する流電陽極から張り出した芯金または該陽極芯金に取り付けられた固定脚に加工されたボルト孔、あるいは溝や孔を利用して不足防食電流を通電するための流電陽極を固定できるように、該流電陽極から張り出した芯金にボルト孔が加工されたり、上記溝や孔に挿入し易いように加工されているものであるが、これにより、上記同様不足防食電流を通電する流電陽極を金属構造物に溶接する必要がなくなるので、作業やその準備などに費やす労力を大幅に軽減できる。

以下、本発明の実施の形態を図をもって説明する。
図１は垂直に立てられた金属構造物に対する本発明実施の形態を示す一例である。図において、定常防食電流を通電する流電陽極１の芯金８先端に取り付けられた取付用溝型鋼２にボルト挿入孔３を加工する一方、中心部にボルト挿入孔３を加工した平鋼４を平行に並べ、その両端に不足防食電流を通電するための流電陽極５を固定して四角い枠を作り、該平鋼のボルト挿入孔３と溝型鋼３のボルト挿入孔３とをボルト６、ナット７で締め付け固定するものである。図には不足防食電流を通電するための流電陽極５は平鋼４の両端に１本づつ固定したものを記載してあるが複数本づつを両端に固定してもよい。
このように不足防食電流を通電するための流電陽極５はボルト６、ナット７で定常防食電流を通電するための陽極１に固定されるので取り外しも簡単にできる。このため、不足防食電流を通電するための陽極５が残存した状態で定常防食電流で金属構造物が防食可能となったなら、これを直ちに取り外し、上記と同じ取付方法で他の金属構造物に取り付けて、不足防食電流を通電するための流電陽極として再利用することができる。

図２も本発明の実施の形態を示す一例で、直列に固定された２本の定常防食電流を通電するための陽極１の芯金８にボルト孔を加工し、不足防食電流を通電するための流電陽極５を２本の定常防食電流を通電するための陽極１の芯金８，８間に差し渡しその芯金９をＵボルト１０で固定したものである。
また、本発明においては、不足防食電流を通電するための流電陽極５は定常防食電流を通電するための陽極１の芯金８または取付用溝型鋼２を用いてのみ固定するものではなく、図３に示すように、定常防食電流を通電する流電陽極１の芯金８に不足防食電流を通電するための流電陽極５の芯金９を着脱容易な固定具で固定するとともに、該不足防食電流を通電するための流電陽極５の反対側の芯金９は金属構造物に立てた金具１１に着脱容易な固定具、例えばＵボルト１０で固定するもであってもよい。なお、不足防食電流を通電するための流電陽極５が短期の取り付けの場合は金属構造物に立てた金具１１は片側のみの断続溶接とし、流電陽極を撤去した後に該金具１１をハンマーで叩いて外せばよい。
その他に、上記金具１１に代わる手段として不足防食電流を通電するための流電陽極の芯金先端に磁石を取り付けて直接金属構造物に固定することや、平鋼やＬ型鋼を金属構造物に溶接して不足防食電流を通電するための流電陽極の芯金をＵボルトで固定するなど、種々の方法を使用することができる。

本発明は、定常防食電流を通電する流電陽極に、該定常防食電流を通電するための流電陽極だけでは防食電流不足となる期間に、その不足防食電流を通電するための流電陽極を離脱可能に設置する構成なので、従来の流電陽極による電気防食方法と比べて初期防食電流密度を大きくすることができ、エレクトロコーティングが早く形成されるので、防食電流が早く減衰し定常防食電流に達することができる。また、不足防食電流を通電するための流電陽極を多くすれば初期防食電流密度がますます大きくなり、エレクトロコーティングが緻密化して定常防食電流がより低減される。
また、流電陽極に不足防食電流を通電するための流電陽極は簡単に着脱できる構成なので、海水の汚染により、あるいは防食期間終期に塗膜の劣化により設計時よりも多くの防食電流が必要となり多数の流電陽極を増設する必要に迫られた場合、従来はこれら流電陽極の増設作業に多大な労力を要していたのであるが、これを簡単に施工ができるなどのため、流電陽極による金属構造物没水部分の電気防食において、陽極質量が過剰となり不経済であるばかりでなく金属構造物が塗布されている場合には長期間の過防食をより塗膜が劣化されるという弊害を回避し得、合理性を高めることに貢献する。

本発明の実施例を示す斜視図である。 本発明の実施例を示す平面図である。 本発明の実施例を示す側面図である。 初期防食電流密度と防食電流密度の減衰を示すグラフである。

符号の説明

１ 陽極
２ 取付用溝型鋼
３ ボルト挿入孔
４ 平鋼
５ 流電陽極
６ ボルト
７ ナット
８ 芯金
９ 芯金
１０ Ｕボルト
１１ 金具

Claims (7)

1. 流電陽極による金属構造物の没水部分の電気防食方法において、金属構造物に定常防食電流を通電するための流電陽極を設置し、該定常防食電流では防食電流不足となる期間にその不足防食電流分を補完するための流電陽極を前記の定常防食電流を通電するための流電陽極に対し接続設置するものであって、
   前記の不足防食電流分を補完するための流電陽極は、不足防食電流を通電するための陽極が残存した状態で定常防食電流で金属構造物が防食可能となったなら、これを直ちに取り外すために、離脱可能に接続設置することを特徴とする金属構造物没水部分の電気防食方法。
2. 不足防食電流を通電するための離脱可能な流電陽極が定常防食電流を通電するための流電陽極よりも寿命の短い流電陽極であることを特徴とする請求項１記載の金属構造物没水部分の電気防食方法。
3. 不足防食電流を通電するための離脱可能な流電陽極が定常防食電流を通電するための流電陽極よりも電位の卑な陽極であることを特徴とする請求項１または２記載の金属構造物没水部分の電気防食方法。
4. 不足防食電流を通電するための離脱可能な流電陽極が防食電流不足が解消した場合に撤去されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の金属構造物没水部分の電気防食方法。
5. 不足防食電流を通電するための離脱可能な流電陽極の接続設置またはその撤去が該金属構造物没水部分の電位を基準として行われることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の金属構造物没水部分の電気防食方法。
6. 金属構造物の没水部分の電気防食用流電陽極において、金属構造物に定常防食電流を通電するための流電陽極から張り出した芯金または該陽極芯金に取り付けられた固定脚に、該定常防食電流で防食電流不足となる期間にその不足防食電流を通電する流電陽極を着脱するための手段が施してあることを特徴とする電気防食用流電陽極。
7. 金属構造物に定常防食電流を通電するための電気防食用流電陽極と着脱するための手段が張り出した芯金に施してあることを特徴とする不足防食電流を通電するための流電陽極。

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