JP5275787B2

JP5275787B2 - コンクリート構造体

Info

Publication number: JP5275787B2
Application number: JP2008331849A
Authority: JP
Inventors: 博之齋藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010150623A

Description

本発明は、鉄筋を腐食させないコンクリート構造体に関する。

コンクリート構造体は、建築や土木の構造体として多く用いられてきた（例えば、非特許文献１を参照。）。しかし、補強されていないコンクリート構造体の圧縮強度は引張強度の１０倍程度であるため（例えば、非特許文献２を参照。）、引張応力に抗する補強を必要としていた。例えば、補強に鉄筋を用いることにより、鉄筋がコンクリート構造体に加えられる引張応力を負担し、コンクリート構造体及び鉄筋がコンクリート構造体に加えられる圧縮応力を負担する。なお、コンクリート構造体の材料であるコンクリート中は水酸化カルシウムや、ナトリウム又はカリウム等のアルカリ金属イオンによってアルカリ性に保たれているため、鉄筋は不働態と呼ばれる状態となり、極めて腐食しにくくなることが知られている（例えば、非特許文献２を参照。）。

しかし、鉄筋を補強材として用いたコンクリート構造体においては、まれに鉄筋の腐食が発生する。腐食が生じる理由としては、大気中の二酸化炭素によりアルカリ性が中和され、不働態状態が維持できなくなり、鉄がイオン化するアノード化と空気中の酸素がイオン化し、水中の水素イオンが水素に戻るカソード化とが進行し、鉄筋表面に水素が発生する。この水素が鉄筋に侵入し、腐食を引き起こすとされている（例えば、非特許文献２を参照。）。以下に、腐食の過程を概説する。水素発生の際には、数式１に示す鉄筋表面の一部分において鉄が腐食してイオン化する反応と釣り合うように、数式２及び数式３に示す鉄筋表面の他の部分においてコンクリート中の水分に含まれる水素イオンが水素となる反応を生じる。

この際に生じた水素が鉄筋表面に吸着されて鉄筋中に侵入すると考えられている。対策として、鉄筋への水素の侵入を軽減する方法、鉄筋の合金組成を変える方法、鉄筋に侵入した水素を金属組織内に強く束縛する方法等が検討された。
ＨｉｒｏｙｕｋｉＳＡＩＴＯ著、「ＣＯＲＲＯＳＩＯＮＲＡＴＥＯＦＳＴＥＥＬＢＡＲＳＩＮＣＯＮＣＲＥＴＥＩＮＴＨＥＩＮＤＯＯＲＡＮＤＯＵＴＤＯＯＲＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ１３ｔｈＡｓｉａｎ−ＰａｃｉｆｉｃＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｎ−０９，１６−２１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００３齋藤博之著、「鉄筋コンクリート柱の耐久性劣化対策」、平成２０年度ウェザリング技術研究成果発表会予稿集、平成２０年１１月２７、２８日

しかし、これらの対策は鉄筋表面における水素の発生を抑えることはできないため、根本的には鉄筋の腐食を止めることはできない。

そこで本発明では、コンクリート中において、別の金属又は合金の表面に限って水素を発生させることで、鉄筋表面には水素を発生させないコンクリート構造体を提供することを目的とした。

上記課題を解決するために、本発明に係るコンクリート構造体は、コンクリート中の鉄筋の鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金を、鉄筋と電気的に接続させて、水素を貴な電位を示す金属又は合金表面に発生させ、鉄筋表面には水素を発生させない構成とした。

具体的には、本発明に係るコンクリート構造体は、コンクリートと、前記コンクリート中に埋設され、鉄に対して卑な電位を示す金属又は合金と電気的に接続されている鉄筋と、前記鉄筋に電気的に接続され、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金と、を含んで構成した。

この構成によれば、コンクリート構造体は、鉄筋表面における水素の発生を妨ぐことができるので、腐食を防ぐことができる。

この構成によれば、鉄筋は、導線の役割をするので、鉄筋の鉄はイオン化することはなくなる。

また、本発明に係る、前記鉄筋は、緊張材として前記コンクリート中に埋設されていることを特徴とする。

この構成によれば、鉄筋が、プレストレスト・コンクリートに緊張を与える緊張材であっても、腐食を防ぐことができる。

また、本発明に係る、前記貴な電位を示す金属又は合金と前記鉄筋の間に、水素が透過しない被膜又は隔離壁が設けられていることを特徴とする。

なお、上記構成は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、コンクリート中において、別の金属又は合金の表面に限って水素を発生させることで、鉄筋表面には水素を発生させないコンクリート構造体を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係るコンクリート構造体１０の断面概略図である。図１において、１はコンクリート、２は鉄筋、３は鉄よりも貴な電位を示す金属又は合金である。

図１において、本発明にかかるコンクリート構造体１０は、コンクリート１と、コンクリート１中に埋設された鉄筋２と、鉄筋２に電気的に接続され、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金３と、によって構成される。

コンクリート１は、セメントと水とを原料として混合して生成される。混合される水の量は、コンクリート構造体１０の使用目的に応じて設定される。一般的な土木、建築の用途であれば、水とセメントとの重量比を５〜６０％が好ましい。そして、コンクリート１の体積を補充する目的で、砂や砂利等の骨材を混合する。適当な硬度があり、泥などの有機物を含有、付着せず、吸水量及び塩分が少なく、粒径が均一である等の条件を満たしている必要がある。また、強度を向上させる目的で繊維を混合することもある。繊維は、直線又は曲線形状であり、金属、有機物、無機物であることが好ましい。鉄筋２は、鉄鋼を主原料とする構造用材料である。

鉄より貴な電位を示す金属又は合金３は、ニッケル、コバルト、ニッケル−鉄合金、コバルト−鉄合金、銅及びその合金などが好ましい。ｐＨ＝１０〜１２．５の範囲で、鉄筋の鉄より貴な電位を示す金属又は合金３を用いることが好ましい。

図１において、コンクリート１中に埋設された鉄筋２は、鉄より貴な電位を示す金属又は合金３と、電気的に接続されている。すなわち、鉄より貴な電位を示す金属又は合金３はカソードとなり、鉄筋２の鉄はアノードとなる。よって、鉄筋２の鉄はアノード反応のみを生じ、水素の発生点はカソードである鉄より貴な電位を示す金属又は合金３の周辺に限られることになり、水素が鉄筋２から発生することを防止することができる。ここで、鉄より貴な電位を示す金属又は合金３を鉄筋２から隔離する、又は水素が透過しない被膜又は隔離壁により鉄筋２から隔離することが好ましい。

また、鉄筋２は、緊張材としてコンクリート１中に埋設されていてもよい。緊張材とは、あらかじめ引張応力を加えられてからコンクリート１中に埋設され、コンクリート１に緊張を与える鉄筋２のことを示す。このようにして構成されたコンクリート１を、プレストレスト・コンクリートと呼ぶ。プレストレスト・コンクリートであっても、本発明における構成を用いることで、鉄筋２の腐食を防ぐことができる。

さらに、鉄より貴な電位を示す金属又は合金３は、非緊張材としてコンクリート１中に埋設されていてもよい。プレストレスト・コンクリートは、あらかじめ引張応力を加えた緊張材と、引張応力を加えない通常の鉄筋２とを併用することも可能であり、この場合の鉄筋２を非緊張材と呼ぶ。ここで、鉄より貴な電位を示す金属又は合金３を非緊張材としてプレストレスト・コンクリートに埋設することにより、鉄より貴な電位を示す金属又は合金３を埋設するためのスペースを確保する必要はなくなり、従来のプレストレスト・コンクリートと同様の構造で、緊張材として用いられる鉄筋２の腐食を防ぐことができる。

（第二実施形態）
図２は、本発明の第二の実施形態に係るコンクリート構造体１１の断面概略図である。図２において、１はコンクリート、２は鉄筋、３は鉄よりも貴な電位を示す金属又は合金、４は鉄よりも卑な電位を示す金属又は合金である。

図２において、本発明に係るコンクリート構造体１１は、第一の実施形態の構成に加え、鉄筋２は、さらに、鉄に対して卑な電位を示す金属又は合金４と、電気的に接続されていることを特徴とする。この構成によれば、鉄より貴な電位を示す金属又は合金３がカソードとなり、鉄より卑な電位を示す金属又は合金４がアノードとなる。鉄筋２は、これらアノードとカソードの間で電流を通過させる導線の役目を担う。よって、鉄筋２の鉄がアノードとしてイオン化する可能性はなくなる。なお、鉄に対して卑な電位を示す金属又は合金４は、例えば鉛やアルミニウム、マグネシウムなどが挙げられる。

なお、これらの鉄より貴な電位を示す金属又は合金３及び鉄より卑な電位を示す金属又は合金４は、いずれか、或いは両方を複数としてもよい。また、鉄筋２に一定間隔で配置してもよい。さらに、鉄筋２に対して複数の場所で電気的に接続させてもよい。

本発明のコンクリート構造体は、例えば、電柱などに適用することができる。

本発明の第一の実施形態に係るコンクリート構造体１０の断面概略図である。本発明の第二の実施形態に係るコンクリート構造体１１の断面概略図である。

符号の説明

１：コンクリート
２：鉄筋
３：鉄より貴な電位を示す金属又は合金
４：鉄より卑な電位を示す金属又は合金
１０：第一の実施形態に係るコンクリート構造体
１１：第二の実施形態に係るコンクリート構造体

Claims

コンクリートと、
前記コンクリート中に埋設され、鉄に対して卑な電位を示す金属又は合金と電気的に接続されている鉄筋と、
前記鉄筋に電気的に接続され、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金と、
を含んで構成されるコンクリート構造体。
前記鉄筋は、緊張材として前記コンクリート中に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造体。
前記貴な電位を示す金属又は合金と前記鉄筋の間に、水素が透過しない被膜又は隔離壁が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート構造体。