JP6394404B2

JP6394404B2 - 鋼管の防食方法ならびに鋼管杭および鋼管矢板

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Publication number: JP6394404B2
Application number: JP2015005345A
Authority: JP
Inventors: 祐介加藤; 健一郎今福
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2035-01-14
Also published as: JP2016130345A

Description

本発明は、鋼管の防食方法ならびに鋼管杭および鋼管矢板に関する。

屋外で長期間使用される鋼材は、厳しい腐食環境に曝されることがある。このような鋼材の例として、鋼管杭および鋼管矢板が挙げられる。鋼管杭は、例えば地中または海底に打ち込まれ、構造物の基礎として用いられる。鋼管矢板は、鋼管本体と鋼管本体の側面に設けられた継手とを有する。複数の鋼管矢板を継手同士で連結することにより、矢板壁が形成される。鋼管矢板は、矢板壁を形成するように地中に打ち込まれることにより、主に河川、海岸、および港湾の護岸に用いられる。

これらの鋼材は、打ち込まれる際に、例えば地中または海底の、土砂、泥または瓦礫と直接激しく接触するため、表面に傷がつきやすい。よって、鋼材の表面には、著しい腐食が発生しやすい。特に、地中は非常に過酷な腐食環境であるため、鋼材の腐食が著しく、鋼材の寿命も短くなる。

そのため、屋外で使用される鋼材については、長期間、効果が持続可能であり、かつ効果的な防食対策が望まれている。

鋼材の防食方法として、従来から、特許文献１に開示されるように、鋼材の表面にポリオレフィン、ポリウレタン等の樹脂から成る防食被膜を形成する方法が採用されている。また、特許文献２に開示されるように、防食被膜の形成に加えて、鋼材に電流を流す電気防食（カソード防食）を併用する方法も一般的に行われている。防食被膜の形成と電気防食とを併用することにより、鋼材表面の防食被膜が形成されていない部分においても、防食効果が得られる。

特開２００２−６０９６２号公報特開２００６−２９０６５号公報

しかし、表面に防食被膜を形成した鋼材では、例えば鋼材を地中に打ち込む際に、防食被膜が土砂、泥または瓦礫と接触して剥離し、十分な防食効果が得られないことがある。

一方、電気防食を土壌中に配置された鋼材に適用する場合には、土壌の電気抵抗は非常に大きい、すなわち土壌の電気伝導性が非常に低いため、鋼材に大きな防食電流を流す必要がある。そのため、電気防食は、土壌中に配置される鋼材に対しては適切な防食方法とはいえない。しかも、鋼材を配置する地点の近隣に鉄道等に使用される通信設備が設置されている場合には、鋼管に流す防食電流により当該通信設備に障害が生じるおそれがある。また、鋼材を配置する地点の周辺に水道管、ガス管等の埋設管が配置されている場合には、防食電流に起因する迷走電流による腐食、いわゆる電食がこれらの埋設管に生じ、重大な被害が生じるおそれがある。さらに、電気防食では常に防食電流を供給するため、外部電源方式を採用した場合にはコストが非常にかかる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、少なくとも一部が土壌中に埋設された鋼管について、周辺の施設に影響を及ぼすことなく十分な防食効果が得られる防食方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成するために検討を重ねた結果、鋼管と土壌とが接する部分において、土壌中の酸素濃度を減少させることにより鋼管の腐食を抑制できることを見出した。

本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、下記の鋼管の防食方法、ならびに鋼管杭および鋼管矢板を要旨とする。

（１）上端開口が上方に向かって開口する一方、下端開口が土壌中に位置するように、少なくとも一部が土壌中に埋設された鋼管の防食方法であって、
前記上端開口から前記鋼管内に不活性ガスを吹き込むことにより、前記不活性ガスを前記鋼管内から前記土壌中に供給する鋼管の防食方法。

鋼管の上端開口から鋼管内に不活性ガスを吹き込んで、鋼管内から土壌中に不活性ガスを供給することにより、鋼管と土壌とが接する部分に不活性ガスを供給することができる。これにより、鋼管と土壌とが接する部分の酸素濃度を減少させることができ、鋼管の腐食を抑制することができる。また、鋼管に防食電流を流す必要がないため、周辺の施設に影響を及ぼすことがない。

（２）前記鋼管は、側面に、前記不活性ガスを前記鋼管内から前記土壌中に供給するための複数の貫通孔を有する上記（１）に記載の鋼管の防食方法。

鋼管の腐食を抑制したい部分に貫通孔を設けることにより、鋼管の上端開口から吹き込んだ不活性ガスを、当該腐食を抑制したい部分に集中的に供給することができる。これにより、効率よく鋼管の防食を図ることができる。

（３）前記貫通孔は、前記土壌中に存在する地下水よりも上方に位置するように前記鋼管に設けられている上記（２）に記載の鋼管の防食方法。

鋼管は、地下水よりも上方の部分の方が、土壌中の地下水に接する部分に比べて腐食しやすい。そのため、貫通孔を地下水よりも上方に設けることにより、鋼管の腐食しやすい部分に不活性ガスを集中的に供給することができる。これにより、効率よく鋼管の防食を図ることができる。

（４）上記（１）から（３）までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法によって防食される鋼管杭。

この鋼管杭は、上記の鋼管の防食方法で防食されるため、耐久性に優れる。

（５）鋼管からなる本体と、前記本体の側面上に設けられた継手とを備え、
前記鋼管からなる本体が、上記（１）から（３）までのいずれか一つに記載の鋼管の防食方法で防食される鋼管矢板。

この鋼管矢板は、本体が上記の鋼管の防食方法で防食されるため、耐久性に優れる。

本発明によれば、周辺の施設に影響を及ぼすことなく、土壌中に埋設された鋼管の防食が可能である。

図１は、側面に複数の貫通孔を有し、かつ本発明に係る防食方法が適用される鋼管杭の斜視図である。図２は、側面に貫通孔を有さず、かつ本発明に係る防食方法が適用される鋼管杭の斜視図である。図３は、側面における鋼管の軸線方向の２箇所にそれぞれ複数の貫通孔を有し、かつ本発明に係る防食方法が適用される鋼管杭の斜視図である。図４は、本体に複数の貫通孔が設けられ、かつ本発明に係る防食方法の対象とされる鋼管矢板の斜視図である。図５は、下端開口が地下水含有層中に位置するように鋼管杭が埋設された状態を模式的に示す図である。図６は、下端開口が地下水含有層よりも上に位置するように鋼管杭が埋設された状態を模式的に示す図である。図７は、鋼管杭が曝される土壌内の環境を説明するため、土壌中に鋼管杭を埋設した状態を模式的に示す図である。図８は、試験装置の模式図であり、図７における領域ＡおよびＢを模擬した状態を示す。図９は、試験装置の模式図であり、図７における領域Ｃを模擬した状態を示す。図１０は、試験装置の模式図であり、図７における領域Ｄを模擬した状態を示す。図１１は、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤでの鋼材の平均腐食深さの経時変化を示す図である。図１２は、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの平均腐食速度を示す図である。図１３は、条件Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨでの平均腐食深さの経時変化を示す図である。

本発明に係る鋼管の防食方法が適用される鋼管には、例えば鋼管杭および鋼管矢板が含まれる。以下で、鋼管杭および鋼管矢板の構成について説明する。

〈鋼管杭の構成〉
鋼管杭１は、上端開口１ａと下端開口１ｂとを有する鋼管からなる。鋼管杭１は、側面に複数の貫通孔１ｃを有する。本実施形態では貫通孔１ｃは８個設けられている。ただし、貫通孔１ｃの数は８個に限られない。

詳しくは後述するように、鋼管杭１には、鋼管杭１が土壌中に打ち込まれた状態で、上端開口１ａから内部に不活性ガスが吹き込まれる。鋼管杭１の内部に吹き込まれた不活性ガスは、少なくとも複数の貫通孔１ｃから土壌に供給される。

複数の貫通孔１ｃは、鋼管杭１の軸線方向の同じ位置に周方向に等間隔に設けられている。これにより、不活性ガスを土壌中に均等に供給し、鋼管杭１の側面全体で均等に腐食を抑制することができる。

各貫通孔１ｃは、鋼管杭１が土壌に打ち込まれた際に、地下水よりも上方に位置するように鋼管杭１の側面に設けられている。これにより、地下水に接する部分に比べて腐食しやすい、地下水よりも上方の部分に不活性ガスを集中的に供給することができる。なお、貫通孔１ｃは、鋼管杭１において、腐食を防止したい位置に設けるのが好ましい。こうすることで、鋼管杭１の腐食を効果的に防止できる。

なお、鋼管杭は、図２に示すように、側面に貫通孔が形成されていない構成であってもよい。この場合、鋼管杭１０１の上端開口１０１ａから吹き込まれた不活性ガスは、下端開口１０１ｂから土壌に供給される。

また、図３に示すように、複数の貫通孔２０１ｃが、鋼管杭２０１の軸線方向の異なる位置（図３の例では２箇所）に設けられていてもよい。複数の貫通孔を、図１に示すように鋼管杭１の同じ高さ位置に設けた場合、その高さ位置において鋼管杭の強度が低下する。そのため、鋼管杭の強度を確保する必要がある場合には、複数の貫通孔を、複数の高さ位置に分配して配置するのが好ましい。しかも、鋼管杭２０１の軸線方向の異なる位置に貫通孔２０１ｃを設けることにより、土壌中の広範囲に不活性ガスを供給することができる。

図３の例についてさらに詳しく説明すると、貫通孔２０１ｃを設ける鋼管杭２０１の軸線方向の位置は、一点鎖線で示す位置Ｘおよび位置Ｙの２箇所であり、貫通孔２０１ｃは、各位置に４個ずつ設けられている。図３中の位置Ｘに設けられた貫通孔２０１ｃは、鋼管杭２０１の側面の周方向において、位置Ｙに設けられた貫通孔２０１ｃ同士の中間に位置している。なお、貫通孔２０１ｃを設ける鋼管杭２０１の軸線方向の位置は２箇所に限らず、各位置に設ける貫通孔２０１ｃの個数は４個に限らない。貫通孔２０１ｃを設ける鋼管杭２０１の軸線方向の位置を２箇所以上とする場合、各位置に設ける貫通孔２０１ｃの個数は、３個または４個が好ましい。

〈鋼管矢板の構成〉
鋼管矢板３０は、図４に示すように、鋼管からなる本体３１と本体３１の側面上に配置された一対の継手３２とを備える。本体３１は、上端開口３１ａと下端開口３１ｂとを有する鋼管からなる。本体３１は、側面に複数の貫通孔３１ｃを有する。鋼管矢板３０の貫通孔３１ｃの配置は、鋼管杭１の貫通孔１ｃと同様である。なお、鋼管矢板３０は、本体３１の側面に貫通孔のないものであってもよいし、本体３１の軸線方向の異なる位置に貫通孔３１ｃを設けたものであってもよい。

各継手３２は、長手方向に切れ目３２ａが設けられた鋼管からなる。一対の継手３２は、本体３１に対して並列に、且つ本体３１を挟むように配置されている。すなわち、一対の継手３２は、それらの軸線方向が本体３１の軸線方向と同じ方向になるように配置されている。また、一対の継手３２は、本体３１に対して溶接によって固定されている。

鋼管矢板３０は、複数の鋼管矢板３０の継手３２同士を連結することにより矢板壁を構成する。

〈鋼管の防食方法〉
次に、本発明の実施形態に係る鋼管の防食方法を説明する。以下では、図５を参照して、鋼管杭１の場合の防食方法について説明する。図５は、図１に示す鋼管杭１を、上端開口１ａが地表２ａから露出し、且つ下端開口１ｂが地下水含有層３中に位置するように土壌中に打ち込んだ状態を示す。

ここで、地下水とは、土壌中において土壌粒子同士の間隙が水で占められている領域内に含まれる水をいう。また、土壌中において、土壌粒子同士の間隙が水で占められている領域の土壌と該土壌中に含まれる水とを合わせて「地下水含有層」という。そのため、「地下水よりも上方」とは、「地下水含有層よりも上方」であることを意味する。なお、土壌中において、地下水が含まれていない層は「地下水非含有層」という。図５は、地下水非含有層２は、地下水含有層３の上部に位置する状態を示す。

図５に示す状態で、図示しないガス供給装置を用いて、鋼管杭１の上端開口１ａから鋼管杭１内にチューブ等を介して不活性ガス４を吹き込む。この際、上端開口１ａにおいて不活性ガスを吹き込む部分以外を密閉し、上端開口１ａから不活性ガス４が漏れないようにすることが好ましい。このように鋼管杭１の上端開口１ａから鋼管杭１内に不活性ガス４を吹き込むことにより、鋼管杭１の側面に形成された貫通孔１ｃから地下水非含有層２中に不活性ガス４が供給されるとともに、下端開口１ｂからも地下水含有層３を介して地下水含有層３の上部の地下水非含有層２中に不活性ガス４が供給される（図５中の実線矢印参照）。

貫通孔１ｃから地下水非含有層２中に供給された不活性ガス４は、地下水非含有層２中を鋼管杭１の外側面に接しながら拡散する。一方、下端開口１ｂから地下水含有層３中に供給された不活性ガス４は、地下水含有層３中を鋼管杭１の外側面に接しながら上昇するとともに、地下水含有層３の上部の地下水非含有層２中も鋼管杭１の外側面に接しながら上昇して、広範囲に拡散する。

このように、貫通孔１ｃおよび下端開口１ｂから土壌の地下水非含有層２中に不活性ガス４を供給することにより、鋼管杭１と土壌とが接する部分の酸素濃度を減少させて、鋼管杭１の腐食を抑制することができる。

また、鋼管杭１において、腐食を抑制したい部分に貫通孔１ｃを設けることにより、腐食を抑制したい部分に集中的に不活性ガス４を供給することができる。そのため、貫通孔を有しない鋼管杭１を使用した場合と比べて鋼管杭１の腐食を効果的に抑制することができる。

さらに、貫通孔１ｃを、地下水含有層３よりも上方に位置するように設けることにより、地下水含有層３よりも腐食が進行しやすい、地下水含有層３よりも上方の地下水非含有層２において、鋼管杭１の腐食を効果的に抑制できる。

以上、本発明の鋼管の防食方法を、鋼管杭に適用する場合について説明したが、鋼管矢板についても同様に適用できる。図４に示す鋼管矢板３０に本発明の鋼管の防食方法を適用する場合、本体３１の上端開口３１ａから本体３１内に不活性ガスを吹き込み、下端開口３１ｂおよび貫通孔３１ｃから不活性ガスを土壌中に供給する。鋼管矢板３０の本体３１の貫通孔３１ｃおよび下端開口３１ｂから土壌中に供給された不活性ガスは、継手３２の周辺にも拡散するため、本体３１だけでなく継手３２の腐食も抑制することができる。

なお、図５では、不活性ガス４を、貫通孔１ｃおよび下端開口１ｂから土壌中に供給している状態を示しているが、上端開口１ａに対する不活性ガス４の吹き込み圧力を調整することによって、土壌中への不活性ガス４の供給経路を貫通孔１ｃのみとすることができる。例えば、地下水含有層３中に不活性ガス４を供給しない場合には、上端開口１ａに対する不活性ガス４の吹き込み圧力を所定値よりも下げて、貫通孔１ｃのみから不活性ガス４を供給すればよい。これにより、鋼管杭１の腐食を防止したい位置に適切に不活性ガス４を供給することができ、腐食を効果的に抑制することができる。

不活性ガス４としては、窒素ガスまたはアルゴンガスを使用することができる。これらの他にも、ヘリウムガス、ネオンガス等の希ガスを使用することができる。不活性ガス４は、鋼管杭１に対して常時供給する必要はなく、断続的に供給すればよい。不活性ガス４を断続的に供給する場合、一定の周期で供給することが好ましい。

図２に示すように、側面に貫通孔を有しない鋼管杭１０１の場合には、上端開口１０１ａに供給された不活性ガス４は、鋼管杭１０１の下端開口１０１ｂから、地下水含有層３を介して地下水非含有層２中に供給される。

また、図３に示すように鋼管杭の軸線方向の異なる位置に貫通孔２０１ｃを有する鋼管杭２０１の場合には、上端開口２０１ａに供給された不活性ガス４は、下端開口２０１ｂから地下水含有層３を介して土壌中に供給されるとともに、貫通孔２０１ｃから土壌中の広範囲に供給される。

なお、図６に示すように、鋼管杭１の下端開口１ｂが地下水含有層３中に位置しない場合には、鋼管杭１の上端開口１ａから鋼管杭１内に不活性ガス４を吹き込むことにより、貫通孔１ｃおよび下端開口１ｂから土壌中に不活性ガス４が供給される。

〈腐食試験〉
１．試験の概要
本発明者らは、土壌中に埋設された鋼管杭が曝される環境を模擬した棒鋼の腐食促進試験を室内で行った。腐食試験は第１腐食試験および第２腐食試験の２つを行った。

ここで、鋼管杭が曝される土壌中の環境について説明する。図７は、土壌中に鋼管杭を埋設した状態を模式的に示す図である。図７では、鋼管杭１は、上端開口１ａ側が地表２ａから露出している以外は、土壌中に埋設されており、下端開口１ｂは土壌中の地下水含有層３中に位置している。土壌中において、地下水含有層３の上部の層は、地下水が含まれていない層（地下水非含有層２）である。土壌中における代表的な環境として、図７に示すように、地表側からＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４つの領域の環境が挙げられる。

領域Ａは、地下水非含有層２のうち、地表２ａの近傍に位置する領域である。領域Ａは、地表２ａからの酸素供給量が比較的多く、土壌の含水比が領域Ｂに比べて少ない環境である。領域Ｂは、地下水非含有層２のうち、地表２ａと地下水含有層３との中間に位置する領域である。領域Ｂは、地表２ａからの酸素供給量は比較的多く、土壌の含水比は領域Ａに比べて多いが領域Ｃに比べて少ない環境である。領域Ｃは、地下水含有層３のうち、地下水非含有層２との境界部分に位置する領域である。領域Ｃは、地表２ａからの酸素供給量は領域Ｄよりも多いが領域Ａおよび領域Ｂと比べて少なく、土壌の含水比は飽和している環境である。領域Ｄは、地下水含有層３において領域Ｃよりも下方に位置する領域である。領域Ｄは、地表２ａからの酸素供給量がほとんどなく、土壌の含水比が飽和している環境である。

２．第１腐食試験
２−１．試験条件
第１腐食試験では、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの腐食環境を模擬することとした。試験条件について図８、９および１０を参照して説明する。以下では、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを模擬した状態の試験条件を、それぞれ条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤという。

この試験では、恒温恒湿槽１１、および恒温恒湿槽１１内に配置した土槽１２を用いた。土槽１２は、ゴム栓１４ａが着脱可能な孔１３ａと通気孔１３ｂが設けられた蓋１３を有する。以下の土槽１２および土壌１５の準備は窒素雰囲気のグローブボックス内で行い、準備完了後、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置した。

図８に示す試験では、条件ＡおよびＢを模擬するように、土槽１２内には日本国内で採取した天然の土壌１５を入れた。土壌１５の含水比は、条件Ａでは５％、条件Ｂでは２５％とし、試験中は恒温恒湿槽１１により一定に保った。条件Ａおよび条件Ｂの土壌１５は、所定量の乾燥土壌と水とを混合し、攪拌することにより得た。土壌の含水比は、下記（１）式で定義される。
Ｒ＝Ｗ／Ｓ×１００ …（１）
ただし、Ｒ：含水比（％）、Ｗ：土壌中の水分の重量（ｇ）、Ｓ：乾燥状態の土壌の重量（ｇ）である。

図９に示す試験では条件Ｃを、図１０に示す試験では条件Ｄをそれぞれ模擬した。図９および図１０に示すように、土槽１２内に土壌１５を入れ、さらに水位が土壌１５の表面よりも高い位置となるように水１６を入れた。すなわち、条件ＣおよびＤでの土壌１５の水分の飽和度は１００％であり、含水比に換算すると６０％であった。

試験片は、ＪＩＳＧ３１０１（２００４）で規定される一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）の棒鋼１７とした。棒鋼１７は、直径１０ｍｍ、長さ５０ｍｍであり、接続棒１８を介してゴム栓１４ａに接続される構成とした。

条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのいずれにおいても、土槽１２の開口部を孔１３ａおよび通気孔１３ｂが開いた状態の蓋１３で閉じた。続いて棒鋼１７を蓋１３に設けられた孔１３ａから挿入し、土壌１５中に埋没させた後、通気孔１３ｂをゴム栓１４ａ（図８および９ではゴム栓１４ａは図示していない。）で閉じた。これにより、土槽１２の内部を窒素雰囲気で密閉した。ゴム栓１４ａ、１４ｂは、それぞれ孔１３ａ、通気孔１３ｂの周縁部に固定した。各条件とも、土壌１５中に埋没させた棒鋼１７は３本とした。

以上の作業の後、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置した。条件Ａ、ＢおよびＣでは、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置した後、ゴム栓を外して通気孔１３ｂを開放し、この時点を試験開始時点とした。また、条件Ｄでは、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置した時点を試験開始時点とし、その後も通気孔１３ｂは閉じたままとした。恒温恒湿槽１１は、条件Ａ、ＢおよびＣでは内部に空気を吹き込むことにより、条件Ｄでは内部に窒素ガスを吹き込むことにより、それぞれ恒温恒湿状態を維持し、いずれも内部の温度は４０℃とした。条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの試験条件を表１にまとめた。

試験開始後２１日、９２日および１８４日に、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの土槽１２から棒鋼１７を取り出し、腐食生成物を除去した後に各棒鋼１７の重量を測定した。測定した各棒鋼１７の重量と、試験開始前にあらかじめ測定した各棒鋼１７の重量とから重量減少量を算出し、平均腐食深さを算出した。平均腐食深さｄ（ｍｍ）は、重量減少量ΔＷ（ｇ）と、試験開始前に測定した棒鋼１７の表面積Ｓ（ｍｍ^２）と、棒鋼１７の密度ρ（ｇ／ｃｍ^３）とから下記（２）式を用いて算出した。
ｄ＝１０^３×ΔＷ／（ρ×Ｓ） …（２）

２−２．試験結果
図１１は、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤでの平均腐食深さの経時変化を示す図である。図１２は、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの平均腐食速度を示す図である。平均腐食速度とは、平均腐食深さ（ｍｍ）を曝露期間（年）で割った値である。１年は３６５日とした。図１１および図１２には、条件Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのデータに加えて、一般土での鋼の腐食深さおよび腐食速度についてのデータ（図１１および図１２中の「一般土」）も示した。一般土での腐食速度は、一般に鋼管杭の設計指針として用いられている値（０．０２ｍｍ／年）を用いた（一般社団法人鋼管杭・鋼矢板技術協会編、「鋼管杭−その設計と施工−」、第１２版、一般社団法人鋼管杭・鋼矢板技術協会、２００９年、ｐ．５４９）。また、一般土での腐食深さは、この腐食速度の値から算出した。第１腐食試験で使用した土壌は、一般土よりもｐＨが小さいため、条件を揃えた場合、一般土よりも第１腐食試験で使用した土壌の方が鋼材の腐食量は大きくなると考えられる。

図１１および図１２から分かるように、地下水位よりも上部を模擬した条件ＡおよびＢでは一般土よりも腐食深さおよび腐食速度が大きく、地下水位以下の部分を模擬した条件ＣおよびＤでは一般土と同程度の腐食速度であった。また、条件Ａでは、試験開始後２１日では一般土よりも腐食深さおよび腐食速度が大きかったものの、腐食速度は大気中での腐食と同様に経時的に減少した。条件Ｂでは、試験開始後２１日における腐食深さおよび腐食速度が条件Ａよりも大きく、この傾向は試験開始後９２日および１８４日においても同様であった。

３．第２腐食試験
本発明者らは、以上の第１腐食試験の結果から、最も腐食速度の大きい含水比が２５％の条件で腐食を抑制できれば、含水比が２５％以外の条件でも腐食を抑制できると考えた。そこで、含水比が２５％の条件での腐食量について検討するため、以下の第２腐食試験を行った。第２腐食試験では、図８に示す第１腐食試験に用いた試験装置と同様の試験装置を４つ用いた。各試験装置ではそれぞれ異なる試験条件とした。これらの試験条件を、それぞれ条件Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨという。

３−１．試験条件
第２腐食試験でも、第１腐食試験と同様に、土槽１２および土壌１５の準備は窒素雰囲気のグローブボックス内で行った。また、土壌１５中に棒鋼１７を埋没させ、土槽１２を恒温恒湿槽１１内に配置するまでの条件も第１腐食試験と同様とし、恒温恒湿槽１１内で通気孔１３ｂを開放した時点を試験開始時点とした。条件Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨは、いずれも土槽１２内に入れる土壌１５の含水比は２５％とし、試験中は恒温恒湿槽１１により一定に保った。

第２腐食試験では、各条件で恒温恒湿槽１１内部の雰囲気中の酸素濃度および窒素濃度を調整し、これにより土槽１２の上部の空間の酸素濃度を変化させた。条件Ｅでは、土槽１２の上部の空間および恒温恒湿槽１１内部は大気雰囲気とした。土槽１２の上部の空間および恒温恒湿槽１１内部の雰囲気中の酸素濃度は、大気雰囲気である条件Ｅが最も高く、次いで条件Ｆ、条件Ｇの順で低くなり、条件Ｈが最も低かった。恒温恒湿槽１１内部の温度は４０℃に保持した。

試験開始後２１日、９２日および１８４日に、土槽１２から棒鋼１７を取り出し、腐食生成物を除去した後に各棒鋼１７の重量減少量を測定し、平均腐食深さを算出した。図１３は、条件Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨでの平均腐食深さの経時変化を示す図である。図１３から、いずれの条件ともほぼ一定の腐食速度で腐食が進行していることが分かる。また、土槽の上部の空間および恒温恒湿槽内部の雰囲気中の酸素濃度が低いほど平均腐食深さが小さいことが分かる。すなわち、第２腐食試験の結果から、土壌の含水比が２５％であっても、雰囲気中の酸素濃度を減少させることにより鋼材の腐食を抑制でき、酸素濃度が小さいほど鋼材の腐食が抑制されることが分かる。

以上の第１腐食試験および第２腐食試験の結果より、土壌中において、鋼管と土壌とが接する部分における雰囲気を不活性ガス雰囲気とし、雰囲気中の酸素濃度を減少させることが、効果的な鋼管の防食方法であることが分かる。

本発明による鋼管の防食方法は、電気防食では周辺の施設に影響を及ぼす可能性がある場所に埋設される鋼管に利用可能である。

１鋼管杭
１ａ上端開口
１ｂ下端開口
１ｃ貫通孔
２ａ地表
３地下水含有層
４不活性ガス
１５土壌
１６水
３０鋼管矢板
３１本体
３１ａ上端開口
３１ｂ下端開口
３１ｃ貫通孔
３２継手

Claims

上端開口が上方に向かって開口する一方、下端開口が土壌中に位置するように、少なくとも一部が土壌中に埋設された鋼管の防食方法であって、
前記上端開口から前記鋼管内に不活性ガスを吹き込むことにより、前記不活性ガスを前記鋼管内から前記土壌中に供給する鋼管の防食方法。
前記鋼管は、側面に、前記不活性ガスを前記鋼管内から前記土壌中に供給するための複数の貫通孔を有する請求項１に記載の鋼管の防食方法。
前記貫通孔は、前記土壌中に存在する地下水よりも上方に位置するように前記鋼管に設けられている請求項２に記載の鋼管の防食方法。