JP5740845B2 - 海洋鋼構造物の防食方法 - Google Patents

Description

本発明は、海洋鋼構造物の防食方法に係わり、特に大深度の海洋鋼構造物を簡略な装置構成によって良好に防食できるようにした海洋鋼構造物の防食方法に関するものである。

従来より、海洋鋼構造物を陰極とし該海洋鋼構造物と対向させて海水中に陽極を配置して電極間に直流電流を流し、海洋鋼構造物に海水の電解反応による被膜（防食膜）を形成することにより海洋鋼構造物を防食する方法が提案されている。

電着被膜形成と電気防食により海洋鋼構造物の防食を行うようにしたものが従来から知られている（非特許文献１参照）。図１０は、非特許文献１の防食装置の概略を示すもので、鋼製の海洋鋼構造物１の上部から水面上に上部支持架台２を張り出して設け、該上部支持架台２の先端から海洋鋼構造物１の水深方向に所要の間隔保持するように支持ロープ３により連結された複数の陽極４を吊り下げて設け、且つ支持ロープ３の下部を下部支持架台５により海洋鋼構造物１に支持している。そして、海洋鋼構造物１上に設けた直流電源装置６により電極ケーブル７を介して各陽極４と海洋鋼構造物１との間に直流電流を流すようにしている。

図１０の防食装置では、直流電源装置６によって各陽極４と海洋鋼構造物１との間に直流電流を流すと、海洋鋼構造物１に海水の電解反応による被膜（電着被膜）が形成される。所定の膜厚の電着被膜が形成されると、前記下部支持架台５による支持ロープ３の支持を解除した後、陽極４を引き上げ、更に、下部支持架台５及び上部支持架台２を解体して撤去する。

続いて、海洋鋼構造物１と離反するように図示しない電気防食用電極を水中に吊り下げて設置、或いは、電気防食用電極を水中の海洋鋼構造物１に固定して設け、前記電気防食用電極と海洋鋼構造物１との間に、前記電着時に比して小さい値の防食電位が保持されるように電流を流して防食を行うようにしている。

上記した海洋鋼構造物の防食に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。特許文献１には、海洋鋼構造物の表面を構成する鉄鋼部材を陰極とし、鉄鋼部材に対向させて海水中に陽極を配置し、それらの電極間に直流電流を流して鉄鋼構造物の表面に存在する錆等のスケールを除去し、その後それらの電極間に直流電流を流して鉄鋼構造物の表面及び孔食箇所に海水の電解反応生成物を主成分とする電着物を析出させて防食膜を形成することが記載されている。又、特許文献２には、海洋鋼構造物の水没部に対し所要の間隔を有して電極を設け、該電極に直流電流を流して海洋鋼構造物の水没部表面に防食析出膜を形成し、その後、海洋鋼構造物の水没部表面に犠牲アノードを固定し、電気防食法により前記水没部の防食析出膜を修復することが記載されている。

橋梁と基礎 2004-8の「電着工法による海中基礎の防食」(vol.38,No.8 p.137〜139)

特開平１０−３１３７２８号公報 特許第４１４６６３７号公報

近年、図１１に示すように、橋脚用鋼ケーソン１ａからなる海洋鋼構造物１によって大型橋梁等のアンカレイジ（橋台）１０を支持するようにした構造、或いは、図１２に示すように、大型橋梁等の橋脚１１を支持するようにした構造が提案されている。１２ａは橋脚用鋼ケーソン１ａの上面における通路１２の端部に備えられる安全用手摺である。

上記したような大型の橋脚用鋼ケーソン１ａにおいても防食を行う必要があるが、このような橋脚用鋼ケーソン１ａにおいては水没部の深度が４０ｍを超えるような大深度のものがある。

しかし、このような大深度の橋脚用鋼ケーソン１ａにおいては図１０に示したような防食装置を適用できない場合がある。

即ち、例えば深度が４０ｍもある大型の橋脚用鋼ケーソン１ａに電着被膜を形成するためには、図１０に示したように、それに応じた容量の陽極４を吊り下げて設置するために、上部支持架台２及び支持ロープ３に非常に大きな強度が要求され、このために上部支持架台２等が大型になる問題がある。図１２の橋脚１１の場合には、橋脚用鋼ケーソン１ａの上部にスペース的な余裕があることから大型の上部支持架台２を設置することができるが、図１１のアンカレイジ１０の場合には、橋脚用鋼ケーソン１ａの上部における通路１２が狭いために大型の上部支持架台２を設置することはできない。従って、前記アンカレイジ１０及び橋脚１１の両方に対応できるようにするには、小型の上部支持架台２とする必要がある。

又、下部支持架台５の設置時には、潜水士が潜水して溶接により取付作業を行う必要があり、又、電着被膜の形成終了後の撤去時には潜水士が潜水して溶断により撤去作業を行う必要があるが、４０ｍもの大深度では潜水を行うための時間が長く掛り、その分作業時間が短縮されて作業能率が低下するという問題がある。更に、潜水作業は作業時間に制約がある（潮止まりの時しか作業ができない）ことから、作業能率が更に低下するという問題を有していた。

従って、図１０に示したように、陽極４を海洋鋼構造物１の上部から吊り下げて設置するようにした従来の防食装置は図１１に示したような大深度の橋脚用鋼ケーソン１ａの防食に適用することはできない。

本発明は、こうした課題を解決するために成したもので、大深度の海洋鋼構造物であっても簡略な装置構成によって良好に防食できるようにした海洋鋼構造物の防食方法を提供しようとするものである。

本発明は、海洋鋼構造物の水深の上部に位置するように海洋鋼構造物から吊り降ろした上部電極と、海洋鋼構造物から離反して海底に設置した海底電極とを設け、海底電極と上部電極のいずれか一方と海洋鋼構造物との間に直流電流を流して電着被膜を形成した後、海底電極と上部電極のいずれか他方と海洋鋼構造物との間に直流電流を流して電着被膜を形成するか、又は、海底電極及び上部電極と海洋鋼構造物との間に同時に直流電流を流して電着被膜を形成することにより海洋鋼構造物の水深の上部から下部に亘って電着被膜を形成し、続いて、上部電極と海洋鋼構造物との間に防食電流を流して防食することを特徴とする海洋鋼構造物の防食方法、に係るものである。

上記海洋鋼構造物の防食方法において、前記海洋鋼構造物が橋脚用鋼ケーソンであることは好ましい。

又、上記海洋鋼構造物の防食方法において、前記上部電極が不溶解性電極であることは好ましい。

又、上記海洋鋼構造物の防食方法において、前記海底電極が消耗電極であることは好ましい。

又、上記海洋鋼構造物の防食方法において、前記海底電極が不溶解性電極であり、電着被膜の形成が行われた後に海底から引き上げて回収することは好ましい。

本発明の海洋鋼構造物の防食方法によれば、海底電極により海洋鋼構造物の水深の下部への電着被膜の形成が良好に行われ、上部電極により海洋鋼構造物の水深の上部への電着被膜の形成が良好に行われるので、海底電極と上部電極が互いに補完し合うことにより海洋鋼構造物に所定膜厚以上の電着被膜を効果的に形成できるという優れた効果を奏し得る。

更に、海底電極は作業船等により海底に沈めることで設置できるため、潜水作業を低減できる効果がある。

上部電極と海底電極が協働して電着被膜を形成するため、上部電極は小型となり、よって上部電極は海洋鋼構造物から容易に吊り降ろして設置することが可能になる効果がある。

前記上部電極が不溶解性電極であると、上部電極を電着被膜の形成と電気防食とに亘って用いられる効果がある。

前記海底電極が消耗電極であると、海底電極の回収作業を省略できる効果がある。

前記海底電極が不溶解性電極である場合には、電着被膜の形成後に海底から引き上げて回収することにより、再利用できる効果がある。

海洋鋼構造物である橋脚用鋼ケーソンに適用した本発明の実施例を示す側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。 図１の部分詳細図である。 海底電極の他の例を示す説明図である。 橋脚用鋼ケーソンに海底電極と上部電極を配置して電流密度と防食電位についての解析を実施した場合のイメージ図である。 海底電極による水深と電流密度との関係を示す線図である。 上部電極による水深と電流密度との関係を示す線図である。 海底電極による電流密度と上部電極による電流密度が補完し合って電着被膜を形成する状態を示すための線図である。 上部電極により橋脚用鋼ケーソンとの距離を変化さて電気防食を行う際の電位分布と水深との関係を示す線図である。 電着被膜形成と電気防食により海洋鋼構造物の防食を行う従来から知られている防食装置の一例を示す斜視図である。 大型橋梁等のアンカレイジを支持するようにした橋脚用鋼ケーソンの一例を示す側面図である。 大型橋梁等の橋脚を支持するようにした橋脚用鋼ケーソンの一例を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１は海洋鋼構造物である橋脚用鋼ケーソンに適用した本発明の実施例を示す側面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視図、図３は図１の部分詳細図であり、図中、図１１と同一の符号を付した部分は同一物を表わす。

図１〜図３は、横が約５０ｍ、幅が約３０ｍ、水深が約４０ｍの大型で大深度を有する橋脚用鋼ケーソン１ａ（海洋鋼構造物）に本発明を適用した場合を示しており、橋脚用鋼ケーソン１ａ上部の橋脚１１の周囲に設けられている通路１２からは水深の上部（例えば水深３ｍ）に位置するように上部電極１３を吊りロープ１４により吊り降ろして設けている。そして、上部電極１３は電極ケーブル１５により前記通路１２に設けられた直流電源装置１６に接続している。前記上部電極１３には、白金めっき系電極や金属酸化物被膜電極等の不溶解性のものを用いることができる。

図２に示す上部電極１３は、橋脚用鋼ケーソン１ａの外周を取り巻くように環状に形成された環状上部電極である場合を示している。一方、上部電極１３は、橋脚用鋼ケーソン１ａの周方向の複数の位置から別個に吊り下げるようにした複数の電極から構成されていてもよい。前記上部電極１３には図２に示すように上部電極１３が橋脚用鋼ケーソン１ａに衝突するのを防止するための緩衝材１７を備えることが好ましい。

前記橋脚用鋼ケーソン１ａから離反した海底には鉄製（溶解性）の海底電極１８を設けている。この海底電極１８には吊りロープ１９と該吊りロープ１９に沿って設けた電極ケーブル２０が接続されており、上記吊りロープ１９と電極ケーブル２０は、図３に示すように前記橋脚用鋼ケーソン１ａの通路１２の位置に導かれて、電極ケーブル２０は直流電源装置１６に接続され、吊りロープ１９は通路１２に係留されている。上記海底電極１８は作業船等を用いて吊り降ろすことにより海底に設置することができる。

上記海底電極１８は、図２では所定長さを有する角柱状の複数の電極１８ａをチェーン１８ｂ等により連結し、橋脚用鋼ケーソン１ａの外周を所要の間隔を有して取り巻くように配置した場合を示している。一方、海底電極１８は、橋脚用鋼ケーソン１ａを周方向に間隔を置いて取り巻くように独立して配置した複数の電極１８ａから構成されていてもよい。又、海底電極１８は図４に示すように、ブロック状の電極１８ｃをチェーン１８ｂで接続した構成を有していてもよい。

本発明者らは、図５にイメージ図を示すように、水深４０ｍの橋脚用鋼ケーソン１ａに対して海底電極１８と上部電極１３を配置した場合における橋脚用鋼ケーソン１ａの電流密度と防食電位についての解析を実施した。

海底電極１８には鉄製（溶解性）で２０ｍ×１ｍ×１ｍの寸法のものを用い、且つ、橋脚用鋼ケーソン１ａの表面と海底電極１８との間の距離Ｘを５ｍと、１０ｍと、１５ｍとした場合について解析を行った。

上部電極１３には不溶解性で３０ｃｍ×１０ｃｍの寸法のものを用い、且つ、上部電極１３は水面から３ｍの水深位置に吊り下げるようにし、橋脚用鋼ケーソン１ａの表面と上部電極１３との間の距離Ｙを１ｍと、３ｍと、５ｍとした場合について解析を行った。

上記解析にはソフトウェア「膜厚案内人 ver. 4.4」（上村工業株式会社）を用いた。該解析ソフトウェア「膜厚案内人」は、解析モデルの作成及び解析結果の可視化を行うプリポストプロセッサと、解析を行う解析ソルバの二つのプログラムが必要であり、今回の解析に際しては、プリポストプロセッサとして「Femap ver. 9.2/日本語版」（UGS Corp.）という、Windows上で動作する有限要素法解析のモデル作成と解析結果の後処理（可視化）を行うソフトウェアを使用した。

前記解析ソフトウェアは、入力データとして、海水の電気伝導度、解析領域、通電期間、全電流値、カソード分極、アノード分極、被膜の材料特性、解析設定パラメータをプリポストプロセッサへ入力することにより鋼構造物のモデルを作成し、該モデルをデータ変換して解析ソルバに入力し、電流密度分布解析を行い、該解析ソルバで得られたデータファイルを再度プリポストプロセッサに入力して、解析結果を表示するようになっており、表示された解析結果より電流密度分布に関する各種の検討が行えるようになっている。

前記入力データの具体的数値は、
海水の電気伝導度：4.7882［Ｓ／ｍ］
解析領域：橋脚用鋼ケーソン１ａ（カソード）の表面を含む位置から90m
通電期間：864000［ｓ］（＝10日）
全電流値：橋脚用ケーソン１ａでの電流密度の最大値が4. 0［Ａ／ｍ^２］となるように設定
被膜の電気化学当量：2.5 × 10^−７［ｋｇ／Ｃ］
電着被膜の密度：1200［ｋｇ／ｍ^３］
とした。
因みに、前記カソード分極及びアノード分極は、陰極及び陽極での電位−電流密度の関係式であり、各極の電気化学特性を決めるものである。この分極データは水質・潮流等の環境や各極の材料特性によって異なり、今回の検証に際しては、当該海域において、カソード分極はSS400鋼板の試験片を、アノード分極は不溶解性電極をそれぞれ用いて採取したものを用いた。

下記表１には、橋脚用鋼ケーソン１ａと海底電極１８との間の距離Ｘを５ｍと、１０ｍと、１５ｍに変化させた時の橋脚用鋼ケーソン１ａにおける電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］となるようにした場合の全電流を示しており、このときの水深と電流密度との関係を図６にした。

図６によると、橋脚用鋼ケーソン１ａの下部の電流密度は大きく、上部に向かい電流密度が小さくなっており、距離Ｘが大きくなると、下部と上部の電流密度の差が小さくなることが分かる。尚、上記において、橋脚用鋼ケーソン１ａにおける電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］となるように設定したのは、電流密度が4.0［Ａ／ｍ²］以上になると、橋脚用鋼ケーソン１ａに形成される電着被膜の成膜速度が低下してしまうことに基づいている。

下記表２には、橋脚用鋼ケーソン１ａと海底電極１８との間の距離Ｘを１ｍと、３ｍと、５ｍに変化させた時の橋脚用鋼ケーソン１ａにおける電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］となるようにした場合の全電流を示しており、このときの水深と電流密度との関係を図７にした。

図７によると、橋脚用鋼ケーソン１ａの上部の電流密度は大きく、下部に向かい電流密度が小さくなっており、距離Ｙが大きくなると、上部と下部の電流密度の差が小さくなることが分かる。

次に、上記実施例の作動を説明する。

図１〜図３に示すように深度４０ｍの橋脚用鋼ケーソン１ａ（海洋鋼構造物）においては、前記図５の解析時と同様に、鉄製（溶解性）で２０ｍ×１ｍ×１ｍの寸法の海底電極１８を、橋脚用鋼ケーソン１ａとの間の距離Ｘが１０ｍになるように、作業船等により水面上から吊り降ろして海底に設置する。このとき、上記海底電極１８には橋脚用鋼ケーソン１ａの形状に応じて所要の形状、構造のものを用いることができ、鉄系の海底電極１８を使用した場合には海中に鉄を溶出させることが可能になり、「マーチンの鉄仮説」（資料名：Nature 標題：Testing the iron hypothesis in ecosystems of the equatorial Pacific Ocean. 著者名：COALE K H, BARBER R T, WATSON A J, STANTON T, BIDIGARE R, MILLERO F J, FRIEDERICH G, TINDALE N W, MARTIN J H ［Vol.371 No.6493 Page.123-129 (1994.09.08)］の効果を期待することができる。

海底に設置した海底電極１８の吊りロープ１９と電極ケーブル２０は、作業船等により図３に示すように通路１２位置まで導き、電極ケーブル２０は直流電源装置１６に接続し、吊りロープ１９は橋脚用鋼ケーソン１ａ上に係留する。

例えば３０ｃｍ×１０ｃｍの太さを有して環状に形成された不溶解性の上部電極１３は、水面に対する上部電極１３の深さが３ｍ、橋脚用鋼ケーソン１ａとの距離Ｙが３ｍになるように、通路１２から吊りロープ１４により吊り降ろして設置し、電極ケーブル１５を直流電源装置１６に接続する。上部電極１３は前記海底電極１８に比して重量が小さいため、通路１２に対して容易に吊り下げて設置することができる。

先ず、図１の構成において、海底電極１８と橋脚用鋼ケーソン１ａとの間に直流電流を流すことにより橋脚用鋼ケーソン１ａに電着被膜を形成する。このとき、図６に破線で示す距離Ｘ＝１０ｍの場合の電流密度に応じた電着被膜が形成され、通電期間を設定することにより電流密度に応じた所要厚さの電着被膜を形成することができる。

続いて、上部電極１３と橋脚用鋼ケーソン１ａとの間に直流電流を流して電着被膜を形成する。このとき、図７に破線で示す距離Ｙ＝３ｍの場合の電流密度に応じた電着被膜が形成され、通電期間を設定することにより電流密度に応じた所要厚さの電着被膜を形成することができる。尚、上記では海底電極１８により電着被膜を形成した後に上部電極１３により電着被膜を形成する場合について述べたが、上部電極１３により電着被膜を形成した後に海底電極１８により電着被膜を形成するようにしてもよい。

上記したように、海底電極１８と上部電極１３を別々に作用することにより、橋脚用鋼ケーソン１ａの水深の上部から下部に亘って電着被膜を形成することができる。即ち、海底電極１８による場合において水深上部の電流密度が小さくなる部分が上部電極１３によって補完され、上部電極１３による場合において水深下部の電流密度が小さくなる部分が海底電極１８によって補完されて所要膜厚の電着被膜が形成される。

一方、海底電極１８と上部電極１３を同時に作用させて電着被膜を形成することができる。この場合には、図８に示すように、前記海底電極１８による電流密度と上部電極１３による電流密度によって、橋脚用鋼ケーソン１ａには０．８Ａ／ｍ^２以上の電流密度が保持されることにより、必要膜厚の電着被膜を効果的に形成することができる。この場合にも、海底電極１８による場合において水深上部の電流密度が小さくなる部分が上部電極１３によって補完され、上部電極１３による場合において水深下部の電流密度が小さくなる部分が海底電極１８によって補完されて所要膜厚の電着被膜が形成される。

又、上記では、橋脚用鋼ケーソン１ａと海底電極１８との距離Ｘを１０ｍ、橋脚用鋼ケーソン１ａと上部電極１３との距離Ｙを３ｍとした場合について説明したが、上記距離Ｘと距離Ｙは任意に選定することができ、これにより、橋脚用鋼ケーソン１ａに作用させる電流密度の最低値の大きさを変更して設定することができる。但し、海底電極１８の距離Ｘを大きくすると、吊りロープ１９と電極ケーブル２０が長大化するために設備費が増加する問題があり、又、上部電極１３の距離Ｙを大きくすると、上部電極１３を通路１２からオーバーハング状に張り出して支持するための支持荷重が大きくなる問題があるため、これらの状況を考慮して、海底電極１８の距離Ｘと、上部電極１３の距離Ｙは選定することが好ましい。

上記電着被膜の形成によって鉄製の海底電極１８が消耗した場合には、海底電極１８の回収作業は省略することができる。又、前記海底電極１８に不溶解性電極を用いた場合には、電着被膜の形成後に海底から引き上げて回収することにより、再利用することができる。

上記したように電着被膜が形成された後は、上部電極１３と橋脚用鋼ケーソン１ａとの間に防食電流を流すことにより電気防食を行う。図９は橋脚用鋼ケーソン１ａと上部電極１３の距離Ｙが１ｍ、３ｍ、５ｍのときの電位分布と水深との関係を示したもので、いずれの距離Ｙにおいても電位が防食電位（−０．７８Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）より卑（マイナス電位が大）であり、橋脚用鋼ケーソン１ａの前面が効果的に防食できることが分かった。このとき、上部電極１３を不溶解性電極としているので、上部電極１３は電着被膜の形成と電気防食とに亘って用いることができる。

上記したように、海底電極１８によると橋脚用鋼ケーソン１ａにおける水深の下部への電着被膜の形成が良好に行われ、上部電極１３によると橋脚用鋼ケーソン１ａにおける水深の上部への電着被膜の形成が良好に行われるので、海底電極１８と上部電極１３が互いに補完し合うことにより橋脚用鋼ケーソン１ａに所定膜厚以上の電着被膜を効果的に形成できるようになる。更に、海底電極１８は作業船等により海底に沈めることで設置できるため、従来必要としていた潜水作業を低減或いは不要にできる。

海底電極１８と上部電極１３が協働して電着被膜を形成するため、上部電極１３は小型のものとすることができ、よって上部電極１３は橋脚用鋼ケーソン１ａから容易に吊り降ろして設置することができる。

尚、本発明は橋脚用ケーソンにのみ限定されるものではなく、特に深度が大きい種々の海洋鋼構造物における防食に好適に適用することができる。更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。

１ａ 橋脚用鋼ケーソン（海洋鋼構造物）
１３ 上部電極
１８ 海底電極

Claims (5)

1. 海洋鋼構造物の水深の上部に位置するように海洋鋼構造物から吊り降ろした上部電極と、海洋鋼構造物から離反して海底に設置した海底電極とを設け、海底電極と上部電極のいずれか一方と海洋鋼構造物との間に直流電流を流して電着被膜を形成した後、海底電極と上部電極のいずれか他方と海洋鋼構造物との間に直流電流を流して電着被膜を形成するか、又は、海底電極及び上部電極と海洋鋼構造物との間に同時に直流電流を流して電着被膜を形成することにより海洋鋼構造物の水深の上部から下部に亘って電着被膜を形成し、続いて、上部電極と海洋鋼構造物との間に防食電流を流して防食することを特徴とする海洋鋼構造物の防食方法。
2. 前記海洋鋼構造物が橋脚用鋼ケーソンであることを特徴とする請求項１記載の海洋鋼構造物の防食方法。
3. 前記上部電極は不溶解性電極であることを特徴とする請求項１又は２記載の海洋鋼構造物の防食方法。
4. 前記海底電極が消耗電極であることを特徴とする請求項１又は２記載の海洋鋼構造物の防食方法。
5. 前記海底電極が不溶解性電極であり、電着被膜の形成が行われた後に海底から引き上げて回収することを特徴とする請求項１又は２記載の海洋鋼構造物の防食方法。

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