JP6717163B2 - 試験体及びその製造方法並びに腐食試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、試験体及びその製造方法並びに腐食試験方法に関する。本発明は、より詳しくは、モルタル環境又はコンクリート環境を模擬した腐食試験のための試験体及びその製造方法並びに腐食試験方法に関する。

コンクリート等の強アルカリ環境にある鋼材と中性環境にある鋼材とが接続されると、マクロセル腐食と呼ばれる腐食が起こることが知られている。

マクロセル腐食は、次のようなメカニズムで起こる。鋼材のうちセメント中にある部分は、表面が不動態化して自然電位よりも貴になる。鋼材は、セメントに侵入した水分や電解質を介して外部環境と導通する。これによって、セメント中にある部分と、セメントから露出した部分との間に電位差が生じる。セメント中にある部分の電位は、セメントに完全に覆われた状態での電位と自然電位との中間の電位になる。自然電位よりも貴となるセメント中の部分と接続された露出部分では、腐食が促進される。

マクロセル腐食を起こしうる環境で使用される鋼材や同鋼材用の塗料の開発にあたっては、マクロセル腐食の影響を調査するための適切な試験方法が必要である。

特開２００５−１０６５１０号公報には、コンクリート等と接触した状態で使用される鋼材の耐食性を短期間に評価することができる耐食性評価方法が記載されている。

特開２０１４−１３１７３号公報には、金属材料で生じるマクロセル腐食を容易に確認することができる金属腐食試験装置及び金属腐食試験方法が記載されている。

特開２００５−１０６５１０号公報 特開２０１４−１３１７３号公報

従来、マクロセル腐食の調査は、円筒状のコンクリートに鋼材を埋め込んだ試験体を用いて実施されてきた。しかしこの試験体では、埋め込む鋼材の位置や面積、大きさなど、制御しなければならない要素が多く、定性的な評価はできても定量的な評価は難しかった。特に、２つ以上の試験体を同じ条件で比較することが難しかった。

本発明の目的は、製造が容易で、マクロセル腐食の条件を狙いどおりすることができる試験体及びその製造方法並びに腐食試験方法を提供することである。

本発明の一実施形態による試験体は、平坦な暴露面を有する金属材と、前記暴露面を除く前記金属材の表面を覆って形成された、セメントを含む被覆材とを備える。

本発明の一実施形態による製造方法は、マクロセル腐食の調査のための試験体の製造方法であって、平坦面を少なくとも一つ有する金属材及び平坦な底部を有する型を準備する工程と、前記平坦面の一つが前記底部に面するように前記金属材を前記型に配置する工程と、前記金属材を配置した後、前記型にセメントを含む被覆材を充填する工程と、前記型に充填した前記被覆材が硬化した後、前記金属材及び前記被覆材を前記型から外す工程とを備える。

本発明の一実施形態による腐食試験方法は、上記の試験体を用いて腐食試験を実施する。

本発明によれば、製造が容易で、マクロセル腐食の条件を狙いどおりすることができる試験体及びその製造方法並びに腐食試験方法が得られる。

図１は、本発明の一実施形態による試験体の斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３Ａは、試験体の製造方法の一例を説明する断面図である。 図３Ｂは、試験体の製造方法の一例を説明する断面図である。 図３Ｃは、試験体の製造方法の一例を説明する断面図である。 図３Ｄは、試験体の製造方法の一例を説明する断面図である。 図３Ｅは、試験体の製造方法の他の例を説明する断面図である。 図４Ａは、試験体の製造方法の他の例を説明する断面図である。 図４Ｂは、試験体の製造方法の他の例を説明する断面図である。 図４Ｃは、試験体の製造方法の他の例を説明する断面図である。 図４Ｄは、試験体の製造方法の他の例を説明する断面図である。 図４Ｅは、試験体の製造方法の他の例を説明する断面図である。 図５は、仮想的な比較例による試験体の斜視図である。 図６Ａは、比較例の試験体の模式図である。 図６Ｂは、実施例の試験体の模式図である。 図６Ｃは、比較例の試験体の模式図である。 図７は、各試験体の電位の経時変化である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

図１は、本発明の一実施形態による試験体１の斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。試験体１は、金属材１０、被覆材２０、及びシール材３０を備えている。

金属材１０は、例えば鋼材である。金属材１０は、概略直方体の形状を有している。金属材１０は、平坦な暴露面１０ａを有し、暴露面１０ａ以外の面が被覆材２０で覆われている。

金属材１０の一部の面には、絶縁性の塗装１５が施されている。塗装１５は、具体的には、金属対１０の暴露面１０ａ、及び暴露面１０ａと隣接する各側面に施されている。塗装１５は、換言すれば、暴露面１０ａと対向する裏面１０ｂには施されていない。そのため、金属材１０の裏面１０ｂは被覆材２と直接接触している。

被覆材２０は、セメント等のマクロセル腐食を誘発する任意の物質を選択すればよい。被覆材２０は、例えばセメント、モルタル（セメントと砂等の細骨材との混合材）、レジンモルタル（セメントと樹脂フィラーとの混合材）、コンクリート（モルタルと砂利等の粗骨材との混合材）等である。

シール材３０は、金属材１０と被覆材２０との間に形成されている。シール材３０は、金属材１０と被覆材２０との隙間を埋めて、この隙間に水分が侵入するのを防止する。シール材３０は、例えばシリコンシーラントである。

［試験体１の製造方法］
以下、図３Ａ〜図３Ｅ及び図４Ａ〜図４Ｅを参照して、試験体１の製造方法を説明する。これらの製造方法は例示にすぎず、試験体１の製造方法はこれらに限定されない。

図３Ａ〜図３Ｅは、試験体の製造方法の一例を説明する図である。この例ではまず、平坦面（暴露面）１０ａを有する金属材１０と、平坦な底部５０ａを有する型５０とを準備する。型５０の材質は特に限定されないが、例えばプラスチックである。金属材１０の暴露面１０ａに、保護膜５５を貼付する。保護膜５５は、特に限定されないが、例えば紙テープである。この状態で、暴露面１０ａが底部５０ａに面するように金属材１０を型５０に配置する（図３Ａを参照。）。

金属材１０を配置した後、型５０に被覆材２０を充填する（図３Ｂを参照。）。型５０に充填した被覆材２０が硬化した後、金属１０及び被覆材２０を型５０から外す（図３Ｃを参照。）。金属１０及び被覆材２０を型５０から外した後に、保護膜５５を剥がす（図３Ｄを参照。）。

最後に、シール材３０を形成する。必要に応じて、塗装１５に傷１６を形成する（図３Ｅを参照）。以上の工程によって、試験体１を製造することができる。

図４Ａ〜図４Ｅは、試験体の製造方法の他の例を説明する図である。本例でもまず、平坦面（暴露面）１０ａを有する金属材１０と、平坦な底部５０ａを有する型５０とを準備する。そして、暴露面１０ａが底部５０ａに面するように金属材１０を型５０に配置する（図４Ａを参照。）。本例では、先の例のような保護膜５５（図３Ａ）は貼付しない。

先の例と同様に、金属材１０を配置した後、型５０に被覆材２０を充填する（図４Ｂを参照。）。型５０に充填した被覆材２０が硬化した後、金属１０及び被覆材２０を型５０から外す（図４Ｃを参照。）。

本例では、暴露面１０ａに保護膜を貼付していないので、被覆材２０の一部が暴露面１０ａ上にも回り込む場合がある。暴露面１０ａを露出させるため、被覆材２０の表面２０ａ（図４Ｃ）を研削して除去する（図４Ｄを参照。）。

最後に、シール材３０を形成する。必要に応じて、塗装１５に傷１６を形成する（図４Ｅを参照）。以上の工程によっても、試験体１を製造することができる。

［試験体１による試験方法及び試験体１の効果］
試験体１の構成によれば、金属材１０の材質、塗装１５の有無及び種類、裏面１０ａの大きさ、並びに傷１６の大きさ等を変えながら腐食促進試験を実施して、マクロセル腐食の影響を調査することができる。腐食促進試験は、特に限定されないが、例えばＳＡＥＪ２３３４やＪＡＳＯ Ｍ ６０９−９１等のサイクル試験である。

被覆材２０がセメントを含むとき、被覆材２０はアルカリ性を示す。マクロセル腐食は、アルカリ環境に接している部分と中性環境に接している部分との間に電位差が生じることによって起こる。電流は、塗装１５が絶縁性であるため、被覆材２０から裏面１０ａを通って金属材１０に流れ、金属材１０から傷１６を通って外部環境に流れる。

マクロセル腐食は、アルカリ環境に接している面積（カソード面積）と、中性環境に接している面積（アノード面積）との比が重要な因子である。試験体１の構成によれば、アノード面積は、裏面１０ｂの面積と等しい。すなわち、金属材１０の寸法によって、アノード面積及びカソード面積を容易に調整することができる。また、それぞれの面積は、傷１６の有無や大きさによっても調整することができる。

また、傷１６の位置が変わっても、暴露面１０ａ内であれば、マクロ腐食電流は流れるため、マクロセル腐食の形態は大きく変化しない。

図１及び図２では、金属材１０の側面（暴露面１０ａに隣接する面）に塗装１５が施されている場合を説明したが、側面には塗装１５が施されていなくてもよい。この場合、カソード面積は、金属材１０の暴露面１０ａ以外の表面積となる。例えば、金属材１０が幅Ｗ、長さＬ、厚さＴの直方体である場合（幅Ｗ×長さＬの面を暴露面とする。）、カソード面積はＷＬ＋２Ｔ（Ｗ＋Ｌ）である。

また、金属材１０に塗装１５が全く施されていなくてもよい。この場合、アノード面積は暴露面１０ａの面積と同じになる。

図５は、仮想的な比較例にかかる試験体９の斜視図である。この試験体９は、内部がくり抜かれた円筒状の被覆材９２と、一部が被覆材９２に埋め込まれた円柱状の金属材９１とを備えている。金属材９１の表面には塗装９１５が施されており、塗装９１５には傷９１６が形成されている。

試験体９の場合、金属材９１を被覆材９２に埋め込む深さや被覆材９２から突出させる距離、金属材９１の大きさなど、制御しなければならない要素が多数存在する。特に、金属材９１に塗装がされていない場合、これらの値が変わると、カソード面積及びアノード面積が変動する。また、傷９１６の位置が変わると電流の流れ方が変わり、マクロセル腐食の形態が変動する。試験体９では、これらの要素を適正に制御する必要がある。そのため、２種類以上の試験体を比較する場合に、条件を揃えることが難しい。

本実施形態による試験体１によれば、上述のとおり、金属材１０の寸法によってマクロセル腐食の条件を調整することができる。そのため、２つ以上の試験体を同条件で製造して、比較することも容易である。さらに、試験体９よりも簡単に製造することができる。

以上、試験体１の構成、試験体１の製造方法、試験体１による試験方法、及び試験体１の効果を説明した。

図１及び図２の例では、金属材１０の形状が直方体である場合を説明した。しかし、金属材１０は暴露面１０ａが平坦であればよく、その形状は任意である。もっとも、カソード面積を調整しやすくするという観点では、他の面も平坦あることが好ましい。また、カソード面積が規定できればよいので、暴露面１０ａと裏面１０ｂとは、平行であってもよいし、平行でなくてもよい。また、製造を容易にするという観点では、金属材１０は直方体であることが好ましい。

なお、暴露面１０ａは平坦であればよく、平滑である必要はない。例えば、暴露面１０ａの表面にブラスト処理で粗さを施す等、局所的な凹凸があってもよい。

図１及び図２の例では、金属材１０に塗装１５が施されている場合を説明した。上述したように、金属材１０の側面には塗装１５が施されていなくてもよい。また、金属材１０のいずれの面にも塗装１５が施されていなくてもよい。

図１及び図２では、被覆材２０を直方体形状に図示している。しかし、被覆材２０の形状は任意である。

図１及び図２の例では、金属材１０と被覆材２０との間にシール材３０を配置する場合を説明した。しかし、金属材１０と被覆材２０とが隙間なく密着しているのであれば、シール材３０を配置しなくてもよい。

上述した製造方法の例では、金属材１０に予め塗装１５が施されている場合を説明した。しかし、塗装１５が施されていない金属材１０を用いても、同様の方法を適用することができる。また、試験体を製造してから暴露面１０ａに塗装を施してもよく、暴露面１０ａに塗装をしなくてもよい。

上述した製造方法の例では、工程の最後に傷１６を形成する場合を説明した。しかし、塗装１５に予め傷１６を形成しておいた金属材１０を用いても、同様の方法を適用することができる。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。

本実施形態による試験体によってマクロセル腐食の影響を調査できることを実証するため、図６Ａ〜図６Ｃに示す試験体を製造した。

図６Ｂの試験体は、本実施形態の試験体に対応するもので、直方体の金属材１０の側面及び裏面を被覆材２０で覆ったものである。金属材１０には、２０×５０×５ｍｍの溶接構造用圧延鋼材を使用した。被覆材２０には、市販の速硬化性セメントを使用した。シール材３０には、シリコンシーラントを使用した。被覆材２０との接着を良好にするため、金属材１０の表面をエメリー紙で目粗しした。金属材１０に、導線Ｌを半田付けした。

図６Ａの試験体は、金属材１０を被覆材２０で覆っていないものである。外部環境と接する面積を図６Ｂの試験体と同じにするため、側面及び裏面に絶縁性の塗装１５を施した。図６Ｃの試験体は、金属材１０のすべての面を被覆材２０で覆ったものである。

これらの試験体を、３ｍａｓｓ％ＮａＣｌ水溶液に浸漬して電位を測定した。

図７は、各試験体の電位の経時変化である。Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３はそれぞれ、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃの試験体の電位の経時変化である。

図７に示すように、セメント中の鋼材（Ｐ３）は、−０．３５〜−０．４Ｖ（ｖｓ ＳＳＥ）の貴な電位を示し、裸材（Ｐ１）は、−０．７Ｖ近傍の値を示した。これに対し、本実施形態による試験体（Ｐ２）は、−０．５５Ｖ近傍の値を示した。すなわち、本実施形態による試験体は、セメント中の鋼材の電位と裸材の電位との中間の電位を示し、マクロセル腐食環境を再現できていることを確認した。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示にすぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

１ 試験体
１０ 金属材
１０ａ 暴露面
１０ｂ 裏面
１５ 塗装
１６ 傷
２０ 被覆材
３０ シール材

Claims (6)

1. 平坦な暴露面を有する金属材と、
   前記暴露面を除く前記金属材の表面を覆って形成された、セメントを含む被覆材と、
   前記金属材と前記被覆材との間に配置されたシール材とを備える、試験体。
2. マクロセル腐食の調査のための試験体の製造方法であって、
   平坦面を少なくとも一つ有する金属材及び平坦な底部を有する型を準備する工程と、
   前記平坦面の一つが前記底部に面するように前記金属材を前記型に配置する工程と、
   前記金属材を配置した後、前記型にセメントを含む被覆材を充填する工程と、
   前記型に充填した前記被覆材が硬化した後、前記金属材及び前記被覆材を前記型から外す工程とを備える、製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法であって、
   前記金属材を配置する前に、前記底部に面する平坦面に保護膜を貼付する工程と、
   前記金属材及び前記被覆材を前記型から外した後に、前記保護膜を剥がす工程とをさらに備える、製造方法。
4. 請求項２に記載の製造方法であって、
   前記金属材及び前記被覆材を前記型から外した後に、前記底部に面する平坦面を研削する工程をさらに備える、製造方法。
5. 請求項１に記載の試験体を用いて腐食試験を実施する、腐食試験方法。
6. 請求項１に記載の試験体を２つ以上用いて腐食試験を実施し、前記２つ以上の試験体を比較する、腐食試験方法。

Images