JP5702324B2

JP5702324B2 - 水素脆化防止方法

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Publication number: JP5702324B2
Application number: JP2012075838A
Authority: JP
Inventors: 齋藤　博之; 博之齋藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP2013204342A

Description

本発明は、コンクリート中に埋設されて用いられる鋼材における水素脆化を防止する水素脆化防止方法に関する。

コンクリートは、強度と価格の面や施工の安易さから、建築資材の１つとして、広く一般に使用されているが、コンクリートは、引張力には弱く、ひび割れなどを起こしやすい。このため、鉄筋コンクリートとして、鉄筋を用いて引張力を鉄筋が受け持つ構造として用いることが多い。また、ひび割れを防ぐために、緊張した高強度鋼材を使用し、荷重が作用する前にコンクリート部材に圧縮力がかかった状態（プレストレス）とする技術がある。

半田隆夫ほか、「コンクリート中鉄筋の水素による遅れ破壊」、電子情報通信学会技術報告、R2009-47,pp.7-10、2009.

しかしながら、コンクリートにおいて、ひび割れは不可避な現象であり、上述したようなプレストレスによる復元や、人為的且つ適切な補修を行わなければ、元に戻ることはない。このようなコンクリートにおけるひび割れを放置すれば、ひび割れ（亀裂）より水や酸素が侵入し、埋設している鉄筋や鉄骨などの鋼材を腐食させ、この腐食に伴って生じる水素が、鉄筋や鉄骨などの鋼材の水素脆化を招くという問題があった。水素脆化は、水素と応力の存在下で、鋼材が脆化して特性を失う現象である（非特許文献１参照）。

上述した問題の対応としては、ひび割れしたコンクリートの補修がある。コンクリートのひび割れの補修は、一応の効果を有しているが、ひび割れが発生してから補修が行われるまでの期間に発生した水素の鋼材への侵入は、補修では防ぐことができない。また、鋼材近傍の空隙に残存した水が、水素脆化を進行させる場合もある。このように、ひび割れが発生すると、単に補修をしただけでは、鋼材における水素脆化を防止することができない。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ひび割れが発生したコンクリート中の鋼材における水素脆化が防止できるようにすることを目的とする。

本発明に係る水素脆化防止方法は、コンクリートで鋼材を被覆したコンクリート構造物のひび割れ部に酸素ガスを供給する第１工程と、ひび割れ部における酸素ガスの濃度を、大気における酸素ガスの濃度より高い状態とする第２工程とを少なくとも備える。なお、第１工程では、ひび割れ部に純酸素ガスを供給すればよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、ひび割れが発生したコンクリート中の鋼材における水素脆化が防止できるようになるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態における水素脆化防止方法を説明するためのフローチャートである。図２は、酸素を供給するための治具の構成例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における水素脆化防止方法を説明するためのフローチャートである。この水素脆化防止方法は、まず、ステップＳ１０１で、コンクリートで鋼材を被覆したコンクリート構造物のひび割れ部に酸素ガスを供給する。次に、上記酸素ガスの供給により、ステップＳ１０２で、ひび割れ部における酸素ガスの濃度を、大気における酸素ガスの濃度より高い状態に制御する。

例えば、図２の断面図に示すように、鉄筋コンクリート構造２０１の鉄筋２０２にまで到達する亀裂部２０３に、酸素供給治具２０４を用いて酸素ガスを供給すればよい。酸素供給治具２０４は、亀裂部２０３を覆う面積の吐出部２４１を備える。吐出部２４１は、図示しない酸素ボンベに配管部２４２で連通し、酸素ボンベより配管部２４２を介して導入される純酸素ガスを、亀裂部２０３に供給可能としている。

ここで、鉄の腐食に関する電気化学反応の平衡電位は、以下に示すものとなる。

Ｆｅ²⁺＋２ｅ^-＜＝＞Ｆｅ・・・Ｅ＝−０．４４Ｖ
２Ｈ⁺＋２ｅ^-＜＝＞Ｈ₂・・・Ｅ＝０．０Ｖ
Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-＜＝＞２Ｈ₂Ｏ・・・Ｅ＝１．２３Ｖ

従って、平衡電位をもとに考えれば、鉄の酸化により発生した電子は、酸素が共存していても、水素イオンが存在する限り水素発生により優先的に使用されることになる。しかしながら、実際には鋼表面の水素発生過電圧は０．７Ｖ程度あり、また、酸素の還元反応と水素の還元反応は鋼表面では競合して生じる。このため、腐食電位近傍では、開放系の場合、酸素の方が電流を１０００倍程度多く使う。これは、酸素の還元反応の速度の方が、水素の還元反応の速度より大きいことを示している。このように、水に溶解して鋼材表面に到達した酸素は、水素イオンより熱力学的に還元され易く、鋼材表面においては、水素イオンの水素原子（水素ガス）への還元より、酸素が酸素イオンに還元する反応の方が優先的に起こる。

しかしながら、亀裂部においては、鋼材表面にまで到達する酸素ガスの量が十分ではなく、上述した状態になりにくい。これに対し、前述したように、亀裂部に酸素ガスを供給することで、亀裂部における鋼材表面の状態を開放系と同様の状態とし、酸素の還元反応の速度の方がより大きい状態とすれば、ひび割れ部（亀裂部）における鋼材における水素の発生速度を減少させることができる。亀裂部における酸素ガスの濃度を、大気における酸素ガスの濃度より高い状態とすれば、少なくとも鋼材表面においては、酸素濃度を開放系と同様の状態とすることができる。上述したように、競合する酸素の還元反応がより起きやすい状態とすれば、水素の還元反応に用いられる電流が酸素の還元で消費され、水素の還元が抑制できるようになる。この結果、鋼材表面における水素ガスの発生が抑制でき、鋼材に対する水素の侵入が抑制できるようになり、鋼材の水素脆化が防止できるようになる。

ところで、コンクリートの抵抗は、水とセメントとの比や飽水率などの影響にもよるが、内蔵する鋼材に対するかぶり厚さ２〜４ｃｍの標準的な場合で、１〜１００ｋΩ程度である。従って、亀裂部より２０ｃｍ程度離れた箇所と、亀裂部内の鋼材表面との間では、ＭΩ単位の高抵抗によるオーム損が生じ、事実上は回路形成が困難になる。従って、亀裂部より２０ｃｍ程度離れた箇所に酸素ガスが供給されていても、前述した水素ガス発生の抑制にはあまり効果が得られないものと考えられる。このため、亀裂部を中心に、亀裂部近傍２０ｃｍの範囲に酸素ガスが供給されればよいものと考えられる。従って、吐出部２４１の開口領域は、亀裂部を中心に亀裂部近傍２０ｃｍの範囲を覆う程度の面積とされていればよい。

以上に説明したように、本発明によれば、コンクリートのひび割れ部に酸素ガスを供給するようにしたので、ひび割れが発生したコンクリート中の鋼材における水素脆化が防止できるようになるという優れた効果が得られる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、ひび割れ部に純酸素ガスを供給するようにしたが、これに限るものではなく、ひび割れ部における酸素ガスの濃度を、大気における酸素ガスの濃度以上とすればよく、大気以上に高濃度に酸素が含まれたガスを供給してもよい。ただし、純酸素ガスを供給した方が、効率的である。

また、上述した実施の形態では、鉄筋コンクリート構造を例に説明したが、これに限るものではなく、鉄骨鉄筋コンクリート構造、鉄管コンクリート構造などにも、本発明が適用可能であることは、言うまでもない。

２０１…鉄筋コンクリート構造、２０２…鉄筋、２０３…亀裂部、２０４…酸素供給治具、２４１…吐出部、２４２…配管部。

Claims

コンクリートで鋼材を被覆したコンクリート構造物のひび割れ部に酸素ガスを供給する第１工程と、
前記ひび割れ部における酸素ガスの濃度を、大気における酸素ガスの濃度より高い状態とする第２工程と
を少なくとも備えることを特徴とする水素脆化防止方法。
請求項１記載の水素脆化防止方法において、
前記第１工程では、前記ひび割れ部に純酸素ガスを供給することを特徴とする水素脆化防止方法。