JP4574013B2 - 陰極防食 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、鉄筋コンクリートと共用するために特に、但し独占的にではなく、調整された陰極防食の方法と、陰極防食の方法によって使用するための陽極構造とに関する。
【０００２】
（従来技術）
周囲の層内に少なくとも部分的に埋め込まれた鋼製要素の陰極防食は、周知のものである。これは主として、パイプラインまたは掘削装置のような腐食性の強い環境にある大型の構造物を保護するために使用される。しかしながら、陰極防食の効果がより大幅に局所化されることが可能でありかつ鉄鋼による補強全体を保護するようには作用しない場合のあるような、コンクリート構造物内の補強要素の陰極防食に対する提案がなされている。
【０００３】
また、コンクリート内の鋼の腐食は、コンクリート構造物内において、コンクリート内部の従来の金属補強部材によって限定された陽極と陰極との間にイオンの動きを発生させることで軽減され得る、もしくは停止され得ることも周知である。持続的な保護を維持するに足る電流が発生される陰極防食のための技術、および比較的短時間ではあるが修復効果をもたらすに足る値の電流が使用される修復のための技術は用意されている。
【０００４】
放っておくと金属補強材を腐食させ、その構造物の劣化および補強部材を被覆するコンクリート材の破砕をもたらす塩化物イオンのコンクリートからの抽出を特に含む、様々な修復効果を取得することが可能である。この方法では、電解質はコンクリートの外面と陽極との間の多孔物質内に存在する。
【０００５】
この方法の例は、Ｎｏｒｃｕｒｅ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ社の「塩分に誘発される腐食は貴社のコンクリート構造物にとって問題となりつつあるか」と題するパンフレット、Ｖｅｃｔｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎの「コンクリートの修復および保護のスペシャリスト」と題するパンフレットおよび「Ｆｏｓｒｏｃ／ＮＣＴＡＳ」の「Ｎｏｒｃｕｒｅ脱塩」と題するパンフレットに詳細に示され、説明されている。これらのパンフレットは、船橋楼甲板を含む様々なコンクリート構造物に使用される技術について記述しているが、Ｆｏｓｒｏｃのパンフレットは特に、この陽極法を使用して船橋楼甲板を修復する技術について明記している。
【０００６】
Ｆｏｓｒｏｃのパンフレットにおいては、また概して慣習的に使用されているように、任意の被覆層の除去によってコンクリートの表面が露出されると、上側の表面に多孔物質が置かれ、これが電解質を受け入れる。次に多孔物質は、金網の形式であるメッシュタイプの電極で被覆され、次いで電極はさらなる多孔物質の層で覆われる。
【０００７】
供給電流は、網状の陽極とコンクリートの鉄筋との間に接続され、これが、何週間もの延長期間に渡ってイオンをコンクリート材から電解質を介して移動させ、修復効果をもたらす働きをする。
【０００８】
凍結状態における氷結防止剤としての塩の利用の増大化は、凍結状態が予想され得る気候の下では塩化物によるコンクリート構造物の劣化問題を極端に悪化させている。また、海洋環境においても、塩の存在が同様の劣化を発生させる可能性がある。
【０００９】
一時的な電流を使用するコンクリートの修復は、外部電源陰極防食法とは全く異なる工程である。後者の工程では、典型的には１平方メートル当たり約１−１０ミリアンペアである低電流が、腐食抑止を目的としてコンクリートの寿命を通じて連続的に流される。
【００１０】
修復工程で使用される電流は、約２０乃至９０日間に渡る全く一時的なものであり、その値は、連続電流の場合の約５０乃至２００倍である。従って、修復工程における電流は、１平方メートル当たり０．４乃至３．０アンペアの範囲になると思われる。さらに、修復の工程は液体の電解質を包含しなければならないが、連続工程は典型的に乾式である。従って、陽極および使用される材料のタイプは、全く異なる性質のものである。
【００１１】
ＰＣＴ発行のＡｓｔｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ社による出願第ＷＯ９４／２９４９６には、亜鉛または亜鉛合金等の犠牲陽極を使用してコンクリート内の補強部材を陰極的に保護するための方法が提供されている。発表されたこの出願においては、および当該出願から生じた市販の製品には、付着されたカップリングワイヤを有するパック形の陽極本体が供給されている。市販の製品の場合、この種のワイヤは事実上２本存在し、パック上で正反対に配置され、露出された鉄筋部材と付着するための柔軟な接続線としてそこから外向きに伸長している。
【００１２】
パックは、陽極の活動を持続させる電解質を保持するモルタルのような封入材料によって囲まれている。モルタルはコンクリートと親和性があるため、電解作用はモルタルを介して陽極と鉄筋部材との間のコンクリート内部に向けて、かつこれを通過して発生することが可能である。
【００１３】
発表された出願の主たる特徴は、陽極の周囲の領域における電解質のｐＨを１２乃至１４という高位に維持する成分をモルタルの中に組み込むことにある。
【００１４】
当該装置の使用に際しては、一連の陽極が、間隔を置いた位置で補強部材に接続された状態で供給される。カップリングワイヤによる付着は、補強棒の周囲にワイヤを巻き付けるだけの単純なものである。複数の陽極は補強棒に隣接した位置に配置され、コンクリートで再び所望の量まで被覆される。
【００１５】
概してこの防食システムは、腐食し始めるほど何年も所定の場所に存在しているコンクリート構造物に対して使用される。一般に、修復を必要とする損傷範囲は掘削されて補強棒が露出され、その上から上述のようにモルタルで被覆されたパックの形態である防食装置がコンクリート内に挿入され、再度コンクリートが充填される。
【００１６】
これらの装置は、ある程度の商業的成功を収め始めており、目下修復工程において使用されつつある。但し、この分野におけるこの製品の成功を増進させるためには、作業および人間工学面での改良が要求される。
【００１７】
ＢｅｎｎｅｔｔおよびＣｌｅａｒによる国際刊行物第ＷＯ９８／１６６７０号には、表面装置としての使用を意図した他の陰極防食システムが開示されている。この装置は、コンクリートの表面に塗布される薄い吹き付け用の亜鉛または亜鉛合金に関連している。次いでこの亜鉛または亜鉛合金は、陰極防食工程用の電流を供給する陽極として使用される。陽極は表面に露出されているため、これは、印加電流が存在せず、電解工程が進行するにつれて陽極が次第に腐食される犠牲システム、もしくは外部電源陰極防食システムの何れかとして使用されることが可能である。
【００１８】
上述のＢｅｎｎｅｔｔ出願の改良点は、亜鉛陽極被覆とコンクリート表面との間のインタフェースに配置される、もしくは同インタフェースの近くに配置される易流動形式の湿潤材の適用にある。湿潤材の易流動形式での供給が、表面より上の部分の湿気を吸収するように働くことは発見されており、かつ当該出願にも開示されている。当該出願では、湿潤材は潮解性または吸湿性の何れかであるものとして定義されている。但し、潮解性物質は湿った空気に曝されると湿っぽくなる、もしくは液化するものであり、吸湿性物質は大気から湿気を吸収する能力のあるものとして定義されている。湿潤材は、陽極のインタフェースに、もしくは陽極のインタフェースの近くに、水性の溶液、コロイド溶液またはアルコール等の有機溶剤に含まれる溶液として加えられることにより供給される。湿潤材が陽極の表面に溶液として付加される場合、これは、毛管現象によってインタフェースへ、もしくはインタフェースの近くへと移動される。当該出願は、湿潤材は露出された陽極被覆表面に付加されるため、陽極被覆は十分に薄いものでなければならず、そうでない場合は湿潤材がインタフェースに到達できるように多孔性であるように調整されなければならないと述べている。
【００１９】
ＣＥ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔに譲渡され１９８１年５月５日に発行された米国特許第４２６５７２５号（Ｔａｔｕｍ）は、陽極とその電気コネクタとを固定的に接続するための装置を開示している。
【００２０】
Ｈｅｒａｅｕｓ Ｅｌｅｋｔｒｏｄｅｎに譲渡され１９９７年３月１１日に発行された米国特許第５６０９７４８号（Ｋｏｔｏｗｓｋｉ）は、陰極防食を供給するためにコンクリート構造物内に埋め込まれる陽極装置を開示している。
【００２１】
Ｔｈｏｒｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｓに譲渡され１９９５年７月１１日に発行された米国特許第５４３１７９５号（Ｍｏｒｅｌａｎｄ）は、アルカリバッファを使用して酸の蓄積を防止する、コンクリート構造物上の導電性コーティングと共用するための陰極防食システムを開示している。
【００２２】
（発明の概要）
従って、本発明の目的の１つは、陰極防食のための改良された方法を提供することにある。
【００２３】
本発明の第１の態様によれば、
被覆材と、被覆材に少なくとも部分的に埋め込まれた鋼部材とを供給することと、
犠牲陽極本体を、被覆材とは分離された固体の形態で供給することと、
陽極本体を被覆材の中に位置づけることと、
陽極本体を鋼部材に電気接続して、両者間の電位により電流を電気接続を介して両者間に流させ、かつイオンを鋼部材の腐食を抑止する傾向のある被覆材を介して流させることと、
陽極本体内に結合されて陽極本体によって保持される、もしくは陽極本体周辺の物質内に結合されて陽極本体周辺の物質によって保持される潮解性物質を供給することを含む、陰極防食のための改良された方法が提供されている。
【００２４】
好適には、潮解性物質は、陽極本体の物質の表面によるイオンの送達を可能にし、かつ陽極本体の表面に潮解性物質を呈示するような方法で保持される。
【００２５】
潮解性物質は、延長された期間に渡ってイオンの送達を強化させる強化剤の一例に過ぎない。これには、後に詳述するアルカリが含まれる場合があるが、これに限定されない。
【００２６】
ある代替例では、陽極本体自体が、陽極本体に組み込まれた潮解性物質を保持する。組込みは、溶解された形態で成形された、亜鉛または他の犠牲物質との混合物として実行されることが可能である。この他、本潮解性物質の組込みは、陽極の材料および潮解性物質または他の補強材を細かく分割し、分割された物質を焼結法または加圧法もしくは他の適正な方法で統合された固体にする等の技術によって行うことができる。さらにまた、補強材は、陽極材料の薄膜に折り畳まれる、もしくは巻き込まれることによって陽極材料と共に封入されることが可能である。混合は、上述の状態が陽極本体の仕上がり表面に適合するように実行される。
【００２７】
他の代替例では、陽極本体は、犠牲物質の中心体と、中心体の少なくとも１つの外面に永久的に付着され、被覆材に埋め込まれるための被覆材から分離された陽極部材を限定している層とを備え、当該層は、陽極部材の中心体と鋼部材との間の被覆材を介するイオンの送達を可能にするように配置され、潮解性物質は層内に層との混合物として結合されている。好適には、層は、犠牲陽極本体の外側に成形されたセメント状用材のような固体である。
【００２８】
好適には、陽極本体は、被覆材の中に完全に埋蔵されるように被覆材に埋め込まれる。
【００２９】
好適には、潮解性物質は固体である。
【００３０】
好適には、本方法は、必要な穴は比較的小さいものが１つだけであることから好適にはドリル掘削によって被覆層に少なくとも１つの穴を形成し、そこに鋼部材を露出させる段階と、陽極本体を穴に挿入する段階と、陽極本体を鋼部材に付着させる段階と、穴を少なくとも部分的に充填する段階とを含んでいる。
【００３１】
さらに他の代替例では、本方法は、被覆材の既存の層に少なくとも１つの穴を形成し、そこに部材を露出させる段階と、陽極本体を穴に、もしくは穴の１つに挿入する段階と、陽極本体をその穴または他の穴にある鋼部材に電気接続する段階と、穴を陽極本体から分離された充填材で少なくとも部分的に充填する段階とを含み、潮解性物質は、充填材の中に充填材との混合物として含まれる。
【００３２】
好適には、本方法は、陽極本体内部に結合されて陽極本体によって保持される、もしくは陽極本体周辺の物質内部に結合されて陽極本体周辺の物質によって保持される、少なくとも陽極本体の表面において１２を越える、好適には１４を越えるｐＨをもたらす物質を供給することを含んでいる。
【００３３】
好適には、陽極本体は、鋼部材に固定的に付着された一体ピンによって鋼部材に電気接続される。
【００３４】
ある代替例では、ピンは、インパクトツールによって鋼部材内部へと駆動される一端を有している。
【００３５】
他の代替例では、ピンは、鋼部材に電気溶接された一端を有している。
【００３６】
さらに他の代替例では、陽極部材は、陽極部材への衝撃によって陽極部材に付着された流動的な金属部分を有する接続部材によって補強部材に電気接続されている。
【００３７】
好適には、前記少なくとも１つの穴は第１および第２の穴を含み、陽極部材は第１の穴に挿入され、第２の穴は鋼部材と連絡し、陽極部材からの電気接続は第２の穴にある鋼部材に固定的に付着されている。
【００３８】
本発明の第２の態様によれば、
鋼部材と、鋼部材を被覆して鋼部材から分離されたコンクリート層の表面を限定するコンクリート層とを有する既存のコンクリート構造物を供給することと、
犠牲陽極部材を、コンクリート層とは分離された固体の形態で供給することと、
既存のコンクリート層にドリルで少なくとも１つの穴を開け、そこに鋼部材を露出させることと、
穴に陽極部材を挿入することを含み、陽極部材は少なくとも１つのドリルで開けられた穴に挿入されるように形作られ、
陽極部材を鋼部材に電気接続することと、
少なくとも１つの穴の残りの部分に充填材を詰め込むことを含み、
陽極本体は鋼部材に電気接続され、両者間の電位は電流を電気接続を介して両者間に流させ、かつイオンを鋼部材の腐食を抑止する傾向のあるコンクリート材を介して流させる、コンクリート構造物の陰極防食のための方法が提供されている。
【００３９】
本発明の第３の態様によれば、被覆材の中の鋼部材の陰極防食において使用される陽極部材が提供され、本陽極部材は、
犠牲陽極材を含む被覆材から分離された固体と、
鋼部材との電気接続のための電気接続用部材と、
陽極部材内部に結合されて陽極部材によって保持される潮解性物質とを備えている。
【００４０】
本発明の第４の態様によれば、被覆材の中の鋼部材の陰極防食において使用される陽極部材が提供され、本陽極部材は、
犠牲陽極材によって形成された被覆材から分離された中実の陽極本体と、
鋼部材との電気接続のための電気接続用部材と、
被覆材と陽極材との間のイオンの送達の強化において犠牲陽極材と協働するための強化材とを備え、前記強化材は、中実の陽極本体の犠牲陽極材内部に結合されて中実の陽極本体によって保持される。
【００４１】
本発明の第５の態様によれば、被覆材の中の鋼部材の陰極防食において使用される陽極部材が提供され、本陽極部材は、
犠牲陽極材によって形成された被覆材から分離された中実の陽極本体と、
鋼部材との電気接続のための電気接続用部材とを備え、
電気接続は、鋼部材と固定的に付着するように調整された中実部材を含んでいる。
【００４２】
次に、添付の図面に関連して本発明の一実施形態について説明する。
【００４３】
図１、２および３には、改良された陰極防食装置の本発明による第１の実施形態が示されている。
【００４４】
本装置の構造は、上述の出願第ＷＯ９４／２９４９６号に明記された構造に類似するものであり、ここで当該出願の構造をより詳しく参照する。
【００４５】
従って本陰極防食装置は、コンクリートの中にコンクリートの上面１４から間隔を置いて埋め込まれた補強棒１１を有する概して参照数字１０で指示されるコンクリート構造物の中で使用するように配置される。本発明は、主としてコンクリート層の中に埋め込まれた補強棒の防食に関するものであるが、この他に、アタッチメントを受け入れるために表面または一部がコンクリートから露出されている状態で部分的に埋め込まれたアタッチメント用サポート等のコンクリート内の鋼部材に対しても効果的に使用されることが可能である。また、本発明は主としてコンクリート構造物に関連するものであるが、被覆層の内部に鋼要素が埋め込まれているような他の状況では、陽極構造のような幾つかの態様も使用されることが可能である。以下、説明はコンクリート構造物に関連する主要用途、但し唯一ではない用途について行なう。
【００４６】
パック形の陽極本体１６を含む概して１５で指示される陰極防食装置は、コンクリート内部の補強棒１１に隣接する場所に埋め込まれている。本体１６は、好適には平面図が円形であって図３が示すように円形の上面１８を限定し、かつ図１が示すように円筒形の外周面１７を有している。陽極本体は、好適であれば他の形状で供給されることも可能であるが、パック形は、比較的平坦であってコンクリート本体への挿入が可能であり、かつ急速な減損を回避するに足る容量の陽極材を供給する点で好都合である。
【００４７】
外周面１７の正反対の位置には、軟質であるが自立するに足る剛性を有する１対の渡り線１９および２０が付着されている。これには、銅または最も好適には鋼等の任意の適正な導電材料を使用することができる。
【００４８】
陽極本体の周りには、モルタル材２１の層が供給されている。実際には、モルタル材は、パックの全外周および上面、下面におけるモルタル材の厚さが約１ｃｍになるようにパックの周囲に成形される。線１９および２０は陽極材に電気接続され、モルタルを突き抜けている。
【００４９】
モルタルは、コンクリート層と密に通じ合う電解質を形成するため、イオンは陽極と鉄筋との間を流れることができる。
【００５０】
モルタルは、上述の出願に記述されているようにｐＨを１２より上に、好適には１４より上に（好適な値は約１４．５）保つための適正な物質を包含し、またこれを支持している。上述の出願に記述されているように、本質的にアルカリ含有度の高い（即ち、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏの含有比率が比較的高い）ポルトランドセメントの使用が可能であり、もしくは他のセメントを、例えばＬＩＯＨ、ＮａＯＨまたはＫＯＨの形態である補助的なアルカリと共に使用することも可能である。これらの物質は、陽極本体上への成形に先立ってモルタルに混合される。
【００５１】
上述の物質に加えて、モルタル材には、潤湿性または潮解性の物質も添加される。適当な物質としては、ＣａＣｌ２、ＬｉＮＯ３、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、Ｃａ（ＳＯ４）２およびこの他にも当業者には周知の多くの物質がある。こうした潮解性物質は、基本的に固体または粉末状であるが、溶解によって水溶液にされることも可能である。モルタルに形成される際には、この物質は、セメントとの混合材料の中に粉末の形態で所望の比率で供給され、従来方法により混合水に添加されることが可能である。代替として、物質は、全量または幾分かの水が溶液に供給された水溶液の形態で供給されることも可能である。但し、混合されてモルタルが硬化すると、潮解性物質は上述の残りの物質と共にモルタル材としてしっかりと固まる。他の適正な潮解性物質は上述の出願に記載されており、参照は可能である。従って、いずれにせよ、湿潤材または潮解性物質は周辺の充填材において保持され、もしくは周辺の充填材内部で結合され、易流動性または液体状態ではなくなる。従って、これはコンクリート層内では移動できず、充填材の中で所定の場所に在り続ける。
【００５２】
充填材は好適には固体物であり、陽極を処理の間に転位される危険性なしに包含し、保持することができる。但し、ゲル状およびペースト状のものも使用可能である。充填材は、好適には比較的多孔性であり、陽極が酸化（腐食）する間の陽極材の膨張に対応することができる。但し、水で満たされる可能性のある空隙は回避されなければならない。添加剤を支持するものとしてフェルト等の被覆用生地を使用することも可能であり、添加剤は生地の孔内で乾燥する。
【００５３】
従って、潮解性物質は、永続的にモルタルによって支持されかつモルタルに混和され、保管中や使用中にモルタルから外に移動できないように選択される。
【００５４】
防食装置の使用法は、実質的には上述の出願第ＷＯ９４／２９４９６号に記述されているようなものであり、これは、原初の成形工程におけるコンクリートの形成、もしくはより好適には原初の成形に続く修復工程の何れかの時点でコンクリート層内に埋め込まれる。こうして、点線２２が示すように、補強棒１１を露出させるに足る量の原初のコンクリートが掘削される。次に、線１９および２０が補強棒の周りに巻かれ、防食装置が露出された開口において所定の位置に配置される。次に、装置は成形し直されたコンクリート部分で被覆され、引き続きコンクリート内の所定の位置に埋蔵される。
【００５５】
従って、本システムは概して、陽極がコンクリート内に埋め込まれる犠牲陽極システムへの適用が可能である。図示されていない或る代替装置では、陽極は、充填材が陽極の１表面だけに添加されてこれを被覆する状態でコンクリートと接触するような、コンクリートの表面に付加されるパッドの形態である場合もある。
【００５６】
従って陰極防食装置は、陽極と鉄筋部材との間の電位差が、電気接続を介して両者間に電流の流れを発生させ、かつコンクリートを介して、一方で陽極を腐食させながらも、両者間に鋼製補強棒の腐食を防止するに足る、もしくは少なくともこれを低減させるに足る量のイオンを発生させるという従来の方法で作動する。
【００５７】
ｐＨのレベルおよび湿潤材の存在は、電流の保全を拡大し、電流は５年乃至２０年という延長された期間に渡って持続されることが可能である。
【００５８】
モルタル層内部に結合された潮解性物質の存在は、陽極周辺のイオンの移動を維持して陽極の寿命が続く限り十分な出力電流が維持されることを保証し、かつ陽極／充填材のインタフェースを電気化学的な活性状態に維持するに足る量の湿気を吸収すべく作用する。またこの存在は、電流の量を増大させる。モルタル材２１が、コンクリート内に埋蔵されていて大気に暴露されないとしても、また潮解性物質が固定された形態でモルタル材に固められるとしても、潮解性物質への湿気の吸収量は、延長された作動期間に渡ってかつ陽極が消耗するまで、電流出力の保全を強化しかつ電流出力早期低減を防止するに足るものであることが発見されている。
【００５９】
図１１は、モルタル材における異なる添加物について、複数の電流出力を経時的にプロットしたものである。これは、アルカリと組み合わせた場合、およびアルカリなしの場合の双方とも、モルタル内に湿潤材を使用すれば電流の大幅な増加が達成されることを示している。これらの観察の実行期間は比較的短いものでしかないが、陽極の通常の寿命を数年間は延長された期間に渡り、電流レベルにおける同様の効果が維持されることは十分に予測できる。
【００６０】
次に図４乃至７を参照すると、本発明による防食装置の代替装置が示されている。
【００６１】
基本的に、本防食装置は先の説明と同様に作動するものであり、要求された電位の適正な物質で形成された陽極本体が存在し、当該本体はコンクリート構造物１０の補強棒１１に電気接続されている。本体は、上述の物質を包含するモルタル材２１Ａによって囲まれている可能性もあるが、この周辺材料は省略される場合もある。この装置では、陽極本体１６Ａはモルタル材を支えていないが、実際には、後続の工程で開口２２Ａへの充填材として付加される。
【００６２】
従って本実施形態では、開口２２Ａはドリルによって穿孔された開口であり、コンクリート内部を掘削されて下に基底２９まで伸長する円筒形の穴２５として形成されている。基底２９は、コンクリート構造物１０の内部において、補強棒１１の上部が露出されるに足る深さにある。補強棒は、実際には必ずしもその上面が完全に露出される必要はないが、補強棒が実際に正しく配置されていること、および補強棒がなくなっていたり電気接続が開放されたままになっているという可能性もなく補強棒に後の接続が正しく行われることを確認する意味で、その方が好適である。
【００６３】
この装置の場合、補強棒の下側まで露出させて補強棒の周囲への巻付けのためのアクセスを可能にする必要はなく、補強棒の上面だけを露出させればよい。従って、掘削穴で十分であり、掘削穴の直径は、本体１６Ａを受け入れて、モルタル材２１が所定の場所に挿入されて開口２２Ａが充填された後に本体がコンクリート構造物１０の内部に完全に包含されることを保証するに足るものであればよい。
【００６４】
或る例では、陽極本体１６Ａは、円筒形の外面２６と、円形の上面２７と、円形の底面２８とを有している。好適であれば、他の形状を採用することも可能である。ある装置では、陽極本体１６Ａは中央に縦穴３０を含んでいる。穴３０は、上部ヘッド３２と先の尖った下端３３とを有するアタッチメントピン３１と協働する。従って、本構造物を組み立てるための部品キットは、複数の陽極本体１６Ａと、掘削された穴に入れて組み立てるための複数のピン３１とを含むことになる。ピン３１の外径は穴３０の内径よりも僅かに大きく、ピンは、穴３０へと駆動されると穴の中にしっかりと固定されるため、陽極本体がピンから離れていく可能性はない。或る代替装置では、陽極本体は予めピン上に一体形の剛構造として形成されることが可能であり、設置の間はそのまま所定位置に在る。
【００６５】
ピン３１の長さは、ピン３１が穴３０を通過してヘッド３２が上面２７に当たる位置に至り、この時点で先の尖った下端３３が補強棒１１内に勘合するように選択される。
【００６６】
建設業界では、このタイプのピンをコンクリートおよび鋼構造内へと駆動するための適正なインパクトツールは周知であり、こうしたツールは当業者にとって周知である。
【００６７】
従って、図４が示すように、陽極本体が穴の中の所定の位置にある状態で、ピン３１は穴の最高部に位置づけられ、下端が補強棒内部へと進入していくようにインパクトツールにより穴を介して駆動され、補強棒の冷間成形によって補強棒に付着されてピンの補強棒に対する永久的な物理的付着が供給される。
【００６８】
こうして、ピンは補強棒から上へと垂直に立ち、陽極本体はピンによって補強棒上に保持される。従って、結合に緩みはなく、付着強度は完璧であるため、モルタル材２１Ａの成形またはその他の間にも緩むことはない。穴は陽極本体と相対的に形作られているため、穴全体は充填材で満たされ、水がたまる可能性のある空隙の発生が回避される。図示されていない或る代替装置では、穴は陽極本体を取り囲む充填材で全体的ではないが部分的に満たされることが可能であり、穴の残りの部分は、単にコンクリートであることが可能な他の充填材を継ぎ足される。
【００６９】
先にも説明した通り、モルタル材は、陽極本体と鋼製補強棒との間の電解質電流維持の強化に必要な成分を含んでいる。但し、装置によっては、先述の通り、強化成分の省略もしくは交換が可能であって、陽極本体の効果的な設置を使用できるものがある。
【００７０】
次に、図８、９および１０を参照すると、図４乃至７が示す構造に関連するものであるが、必要に応じて採用される場合のあるさらなる改良を示す、さらに他の修正が示されている。
【００７１】
陽極は、鋼製補強材に対して電気的に陰性である任意の適正物質で形成されることが可能である。好適な選択は亜鉛であるが、マグネシウム、アルミニウムまたはこれらの合金等の他の物質の使用も可能である。
【００７２】
図８が示す実施形態では、被覆層が省略されている代わりに、先に述べたような湿潤材および／またはアルカリおよび／または他の強化剤が陽極の本体に組み込まれている。従って本体は先述のような物質で形成され、強化剤は利用可能な多くの技術のうちの１つによって構造物に組み込まれている。好適には、本剤は、陽極材の成形の間に均質混合物としてそれに加えて混和される。或る代替装置では、陽極および強化剤の材料は細かく分割され、焼結もしくは他の方法で混和剤として共に結合されることが可能である。
【００７３】
図１３には、さらに他の装置が示されており、この場合は陽極材が薄膜として供給され、強化剤は薄膜の片側に層として供給される。次いでこれは折り畳まれ、もしくは丸められて、ゼリーロールまたは蛇腹状に畳まれた構造物のような、強化剤を間にした陽極材の被覆層が形成される。この装置は、陽極本体に、同一表面で直接利用可能な強化剤を有する陽極材によって限定される、ゼリーロールの端面のような表面を供給する。
【００７４】
こうして、潮解性物質は、陽極本体の物質の表面と層との間でイオンの送達を可能にし、かつ本剤を同じ表面で呈示するような方法で保持される。従って、当該表面が腐食し始めても、本剤はその表面において引き続き有効であり、電解効果を拡大させるその作用は継続される。このように、本剤の唯一の効果はインタフェースで発生し、本体または活動表面から離れた他の場所に埋め込まれた場合は価値がない。
【００７５】
さらに他の代替技術は、孔または開口に本剤を有する網状の形態の陽極材を使用可能であり、もしくはドリルまたは他の方法で本体に形成された穴を使用して本剤を受け入れることができる。
【００７６】
本剤を陽極本体に直接供給するこの装置は、寸法が最小である陽極本体の組立てを可能にするため、より小さい場所または穴におけるその設置が可能になり、よってスペースが限定されている場所における設置が可能になり、よって設置を可能にする掘削穴を形成するための費用が低減される。
【００７７】
図８の実施形態では、陽極本体１６Ａが、異なる物質である補助的な本体部分３５の追加によって強化されている。この本体部分は、陽極の主要本体に比べると鋼製の補強棒との電位差が増大している金属で形成されているため、この陽極本体は初期の作動状態では拡大された電位差を供給するが、追加本体の方が早期に消耗され、初期の段階で使い果たされることになる。従って、追加本体は工程に「キックスタータ」を供給し、初期の高電位差を発生させる。次いでこれが消耗した後は、先述の陽極本体１６Ａを使用して残りの工程が続行される。
【００７８】
この装置では、追加本体は所定の位置に取り付けられるように単に円筒形のワッシャの形式で本体１６Ａの下端２７に付着され、次いでピンが、先述のように穴３０を介して、およびワッシャ内のより小さい穴を介して補強棒１１内へと駆動される。ワッシャは次いで、使用前に本体１６Ａに付着される、もしくは単純な分離要素にされることが可能である。ワッシャは、本体のどちらの端からでもピン上に当てられることが可能であり、先に述べたようにピンの剛性によって所定位置に保持される。
【００７９】
図９には、さらなる代替例が示されているが、この場合は、ピン３０が鉛等の流動性のある金属による変形ブロック３６で置換されている。従って、この実施形態では、本体１６Ｂは中央に穴を包含しない代わりに、その下端２７に鉛ブロック３６を搭載している。よってこの場合のインパクトツールは、力を本体１６Ｂから流動性の物質ブロック３６へと駆動するように作動し、当該物質は、その流れ作用によって変形され、補強棒１１に結合される。
【００８０】
図１０には、さらに他の代替例が示されており、この場合は、ピン３１Ａが既に本体１６Ｃを介して挿入されて供給されている。この装置では、本体１６Ｃを介する穴３０がピンとの摩擦嵌めとして配置されているため、ピンは、本体１６Ｃを変形させる必要なしに所定位置に保持されている。このように、ピンは本体１６Ｃの下側から下へと突き出した下端を有し、この下端またはチップ３７は、従来型のアーク溶接システム３８によって補強棒１１の上面に溶接されている。アーク溶接システム３８は、補強棒の概して離れた位置に接続された帰線３９を有している。従って、ピン３１Ａを通る電流はピンの下端を補強棒に溶接するように作用し、本体１６Ｃを掘削された穴２５内の所定位置に正確に保持する、永久的に固定された直立するピンが供給される。
【００８１】
図１２には、掘削された２つの穴４０および４１を使用する他の代替装置が示されている。コンクリート構造物においては、補強部材は２インチ未満の深さで配置されることが多いが、この場合は、鉄筋より上に収容され得るほど小型であって、しかも陽極本体を被覆する充填材のために十分なスペースを残した陽極本体を供給することは困難である。従って、２つ穴の装置であれば、鉄筋側の深い方の第２の穴は陽極部材を受入れて収容し、第１の穴は鉄筋に電気的に接続しているピン部材を受け入れることができる。ピン部材は、上述の技術の１つを使用して鉄筋に付着されている。掘削された両穴の間には小さな接続溝４２が形成され、この溝を陽極４４とピン部材４５とに付着されたたわみ導体４３が通過している。掘削された穴および溝は、先述の通りに充填される。従って陽極は、比較的小さな掘削穴に設置されることが可能であり、かつ鉄筋に接続されて有効な電気接続を保証することが可能であると同時に、要求された長さの動作寿命に渡って犠牲物質の要求された容積を供給するに足るサイズを保有している。
【００８２】
各陽極の効果は比較的局部的なものであるために、陽極はアレーとして設置して鉄筋構造全体を防食しなければならない点は認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるコンクリート修復のための方法を略示する断面図である。
【図２】 図１に対して直角の方向から描いた断面図である。
【図３】 図１および２が示す実施形態の平面図である。
【図４】 図１の方法に類似する修正された方法における連続段階を示す縦断面図である。
【図５】 図１の方法に類似する修正された方法における連続段階を示す縦断面図である。
【図６】 図１の方法に類似する修正された方法における連続段階を示す縦断面図である。
【図７】 図４、５および６が示す実施形態の平面図である。
【図８】 図１の方法に類似する修正されたさらなる３方法を示す縦断面図である。
【図９】 図１の方法に類似する修正されたさらなる３方法を示す縦断面図である。
【図１０】図１の方法に類似する修正されたさらなる３方法を示す縦断面図である。
【図１１】 異なる成分の充填材を使用する陽極システムによって生成される電流を示すグラフである。
【図１２】 図１の方法に類似する修正されたさらなる方法を示す縦断面図である。
【図１３】 図１に類似する修正されたさらなる陽極本体構造を示す縦断面図である。

Claims (21)

1. コンクリートまたはモルタル製の被覆材に少なくとも部分的に埋め込まれた鋼部材を設け、
   少なくとも部分的に犠牲陽極物質より構成され、該被覆材とは分離された固形の犠牲陽極本体を設け、
   前記陽極本体は、犠牲陽極物質よりなる中心体と、該中心体の外面に恒久的に付着したモルタルよりなる層とより構成され、
   該陽極本体を該鋼部材に電気接続することで、両者間の電位により該電気接続を介して電流を両者間に流し、該陽極本体の界面と、鋼部材の腐食を抑止する傾向のある被覆材とを介して、イオンを流動させ、
   陽極反応を促進すべく、イオン伝導材を設けるものとした、
   陰極防食の方法であって、
   該イオン伝導材は、該陽極本体の界面に追加的に水分を吸収させるように選択・構成された保湿材よりなり、陽極本体の寿命期間に渡って該界面を電気化学的な活性状態に維持するとともに、前記被覆材のｐＨを１２より大きく維持するのに用いられるアルカリではないよう選択・構成されたものとし、
   前記陽極本体を被覆材内に埋設し、
   前記保湿材は、犠牲陽極物質で形成された中心体、および／もしくは、前記モルタルよりなる層に結合させることを特徴とする陰極防食方法。
2. 前記陽極本体は、前記保湿材を、前記陽極本体の前記犠牲陽極物質内に組み込むことで保持することを特徴とする請求項１に記載の陰極防食方法。
3. 前記陽極本体は、分割した部材を一体状の固形体に組み込んでなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の陰極防食方法。
4. 前記陽極本体を、前記被覆材とは別の、該被覆材に埋め込むべき陰極防食装置とし、前記モルタルよりなる層は、該陰極防食装置の該中心体と、前記鋼部材との間で、前記被覆部材および該層を介してイオンを流動可能に配設されており、前記保湿材を該層に結合し
   て混合体を構成していることを特徴とする請求項１に記載の陰極防食方法。
5. 前記陽極本体を、前記犠牲陽極物質よりなる一以上の層より形成しており、該一以上の層を一定の形状に曲折させ、該層の部分間の物質を含めて、該陽極本体を構成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の陰極防食方法。
6. 前記イオン伝導材は、前記保湿材およびアルカリ材より構成され、該アルカリ材は、少なくとも前記陽極本体の界面においてｐＨが１２より大きくなるものとしていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の陰極防食方法。
7. 前記陽極本体および前記鋼部材に固形部材を固着し、該固形部材により、該陽極本体を該鋼部材に電気接続していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の陰極防食方法。
8. 前記被覆材に第１穴および第２穴を穿設し、穿設した該第２穴内にて前記鋼部材を露出させ、穿設した該第１穴に前記陽極本体を挿入し、該第１穴内の該陽極本体より該第２穴内の該鋼部材に、可撓性のある電気接続手段を延設し、該電気接続手段を該鋼部材に電気接続するともに、該第２穴内に充填材を充填して該第二穴内の該電気接続手段および該鋼部材を覆うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の陰極防食方法。
9. 前記保湿材は、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウムを含めたアルカリ性金属酸化物またはアルカリ性金属水酸化物以外のものとすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の陰極防食方法。
10. 前記保湿材は、硝酸カルシウム、塩化カルシウム、硝酸リチウム、亜硝酸カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウム、亜硝酸塩、硝酸塩、チオシアン酸塩、チオ硫酸塩、珪酸塩、酢酸塩、蟻酸塩、乳酸塩、および、臭化、塩化、塩素酸化、クエン酸化、ヨー化、硝酸化によるリチウム塩、さらに、ハロゲン塩、過塩素酸塩の中より選択されたものとすることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の陰極防食方法。
11. 前記保湿材を硝酸リチウムおよび／または臭化リチウムとすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の陰極防食方法。
12. コンクリートまたはモルタルよりなる被覆材と、
    コンクリートまたはモルタルよりなる該被覆材に少なくとも部分的に埋め込まれた鋼部材と、
    該被覆材に少なくとも部分的に埋め込んだ該鋼部材を陰極防食するための陰極防食装置との組み合わせ構造であって、
    該陰極防食装置は、
    犠牲陽極物質よりなる固形の陽極本体と、
    該犠牲陽極物質を該鋼部材に電気接続する電気接続部材であって、該電気接続部材を介して該陰極防食装置と該鋼部材との間に電流を流し、これにより、該被覆材に接した該犠牲陽極物質の界面と、該鋼部材の腐食を抑止する傾向のある該被覆材とに、イオンを流動させるようにしたものと、
    陽極反応を促進するイオン伝導材とよりなるものとした、組み合わせ構造において、
    該イオン伝導材は、該陽極本体の界面を電気化学的な活性状態に維持する保湿材、および／または、該犠牲陽極物質と該被覆材との間で、該界面におけるｐＨを１２より大きくするアルカリ材よりなるものであり、
    該イオン伝導材は、前記陰極防食装置が前記被覆材内に組み込まれるように、固形の前記陽極本体における前記犠牲陽極物質により形成される部材に組み込まれ、当該部材によ
    り保持されるものとしたことを特徴とする陰極防食用組み合わせ構造。
13. 前記イオン伝導材は、前記陽極本体に結合した保湿材よりなり、該陽極本体周辺の伝導性を、該保湿材がない場合に生じうるレベルよりも高いレベルに維持するのに十分な水分を吸収するものであることを特徴とする請求項１２に記載の陰極防食用組み合わせ構造。
14. 前記保湿材は、前記被覆材のｐＨを１２より大きく維持するのに用いられるアルカリではないものとすることを特徴とする請求項１３に記載の陰極防食用組み合わせ構造。
15. 前記保湿材は、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウムを含めたアルカリ性酸化物またはアルカリ性水酸化物以外のものとすることを特徴とする請求項１３に記載の陰極防食方法。
16. 前記保湿材は、硝酸カルシウム、塩化カルシウム、硝酸リチウム、亜硝酸カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウム、亜硝酸塩、硝酸塩、チオシアン酸塩、チオ硫酸塩、珪酸塩、酢酸塩、蟻酸塩、乳酸塩、および、臭化、塩化、塩素酸化、クエン酸化、ヨー化、硝酸化によるリチウム塩、さらに、ハロゲン塩、過塩素酸塩の中より選択されたものとすることを特徴とする請求項１３に記載の陰極防食用組み合わせ構造。
17. 前記保湿材を硝酸リチウムおよび／または臭化リチウムとすること
    を特徴とする請求項１３に記載の陰極防食用組み合わせ構造。
18. 前記イオン伝導材は、少なくとも前記陽極本体の界面においてｐＨが１２より大きくなるようなアルカリを含むことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の陰極防食方法。
19. 前記陽極本体には、固形部材を接続固定して、該陽極本体の表面にて露出させており、該固形部材を該鋼部材に固着する構造とすることで、前記の電気接続をなすことを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の陰極防食用組み合わせ構造。
20. 前記陽極本体を、前記犠牲陽極物質よりなる一以上の層より形成しており、該一以上の層を一つの形状に曲折することで、該層の部分間の物質を含めて、該陽極本体を構成していることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の陰極防食用組み合わせ構造。
21. 前記陽極本体は、分割した材質を一体状の固形体に組み込んでなる
    ことを特徴とする請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の陰極防食用組み合わせ構造。

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