JP6945854B2 - コンクリート中性化促進試験法およびこれに用いる試験装置 - Google Patents
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Description
本発明者はセメントペーストやモルタル、コンクリートにCO2ガスを加圧供給することで中性化を促進できるのではないかと考え、高圧ガスチャンバーを用いて、加圧CO2ガスによるモルタルの中性化促進を試みた。さらに、加圧CO2ガスによる中性化促進と高酸素腐食促進試験を組み合わせることでさらなる腐食加速を試みた。
[3]本発明のコンクリート中性化促進試験装置において、好ましくは、前記NaCl水溶液での塩化物イオン濃度は、単位体積当たりのコンクリート換算で8.2×10−5kg/m3以上、50kg/m3以下であるとよい。
[4]本発明のコンクリート中性化促進試験装置において、好ましくは、前記NaCl水溶液の濃度は前記試験体のモルタル、セメント又はコンクリートの練り混ぜに用いた水のNaCl濃度と同じになるように調製されているとよい。
[6]本発明のコンクリート中性化促進試験装置において、好ましくは、前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力の上昇は、大気のCO2ガス分圧を基準として2倍以上50000倍以下であるとよい。2倍未満では、前記試験体の内部へのCO2ガス供給量の増加が充分でなく、コンクリート中性化促進の促進が充分でない。50000倍を超す場合は、加圧チャンバーに過度な耐圧性が必要となり、設備価格が高騰する。現在の大気のCO2ガス分圧は約400ppm(0.04%)であるため、5%CO2混合ガスを大気圧で使用すると125倍、100%CO2ガスを2MPaで使用すると50000倍になる点を考慮している。
さらに好ましくは、前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力の上昇は、大気のCO2ガス分圧を基準として125倍以上2500倍以下であるとよい。5%CO2混合ガスを大気圧から2MPaまでで使用する場合を考慮している。
[9]本発明のコンクリート中性化促進試験法は、供試体であるコンクリート換算で所定の塩化物イオン濃度となるようなNaCl水溶液を調製し、当該NaCl水溶液を加圧チャンバー内に設置し、当該加圧チャンバー内のNaCl水溶液に鉄埋設のセメント試験体、鉄埋設のモルタル試験体又は鉄埋設のコンクリート試験体の少なくとも何れか一つを浸漬し、前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力を上昇させて前記試験体の内部へのCO2ガス供給量を増加させ、前記試験体に埋設された鉄筋の腐食をコンクリート中性化により促進する試験法である。
[10]本発明のコンクリート中性化促進試験法は、湿度保持用の水溶液を加圧チャンバー内に設置し、当該加圧チャンバー内の湿度保持用の水溶液外部に鉄埋設のセメント試験体、鉄埋設のモルタル試験体又は鉄埋設のコンクリート試験体の少なくとも何れか一つの試験体を設置し、前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力を上昇させて前記試験体の内部へのCO2ガス供給量を増加させ、前記試験体に埋設された鉄筋の腐食をコンクリート中性化により促進する試験法である。
図1は、本発明の一実施形態にかかるセメント試験体又はモルタル試験体の説明図で、(a)はモルタル試験体の外観図、(b)は鉄埋設モルタル試験体の断面図である。図1(a)において、セメント試験体又はモルタル試験体10Aは、例えば外径Dが30mm、高さHが25mmの円筒体よりなるセメント又はモルタル11Aで構成されている。また、図1(b)において、鉄埋設のセメント試験体又はモルタル試験体10Bは、例えば外径Dが30mm、高さHが25mmの円筒体よりなるセメント又はモルタル11と、この内部に収容された鉄試料12で構成されている。
図において、加圧チャンバーとしてのコンクリート中性化促進試験装置20は、筐体21、フランジ22、蓋部23、観察窓24、CO2ガス供給弁25、CO2ガス放出弁26、圧力ゲージ27、NaCl水溶液28、並びに試験体支持板29を有している。
鉄試料12には、99.5%鉄板(株式会社ニラコ)、厚さ1mmの材質・形状とした。この鉄板を試料面積7×7mm2となるように切断した後、SiC耐水研磨紙(丸本ストルアス株式会社)で#800まで研磨し、エタノールで5分間超音波洗浄した。その後、鉄試料12の表面をエポキシ樹脂(ショーボンド建設株式会社)で絶縁被覆した。
『第1の中性化促進試験の条件』では、75%N2−20%O2−5%CO2混合ガス(以下、5%CO2ガス)を大気圧で供給する(従来法、JIS A 1153:2012を一部改変)。
『第2の中性化促進試験の条件』では、5%CO2ガスを0.5MPaで加圧供給である。
両条件ともに室温、相対湿度95%以上で行い、試験期間は1、7、14日間とした。試験終了後、モルタル試験体を割裂して断面にフェノールフタレイン溶液を噴霧した。フェノールフタレイン溶液は、95%エタノール90mLにフェノールフタレイン粉末1gを溶かし、水を加えて100mLとした。
本発明のCO2ガス加圧供給による中性化促進の効果を検討するため、モルタル内に埋設した鉄の腐食加速評価を行った。試料には純度99.5%、厚さ1mmの鉄板を用いた。この鉄板を7×7mm2に切断した後、片面をSiC耐水研磨紙で#800まで研磨して試料面とし、アセトンおよびエタノールで5分間超音波洗浄した。鉄試料12として、試料面以外をエポキシ樹脂で絶縁被覆した。この鉄試料を、かぶり5mmとなるようモルタルに埋設して鉄埋設モルタル試験体10Bとした(図1(b))。鉄埋設モルタル試験体10Bの直径は30mmφ、試験体高さは25mmで、図1(a)で示したモルタル試験体10Aと同様である。モルタルを打設する際には、蒸留水または、鉄表面の不働態皮膜破壊を促すため[Cl−]=10kg/m3(コンクリート換算)となるように2.06MのNaCl水溶液を練り混ぜ水として使用した。モルタル試験体同様、養生期間は28日以上とし、室温、相対湿度95%以上のデシケータ内で封かん養生した。
ここで、コンクリート換算とは、コンクリート1[m 3 ]当たりに換算したときの[Cl−]の重量[kg]をいう。
比較例として、中性化促進後、室温、相対湿度95%以上の大気圧下(酸素分圧0.02MPa)に設置した試料も用意した。モルタル練り混ぜ水の塩化物イオン濃度、中性化促進条件および高酸素腐食促進試験条件を表1に示す。腐食評価に用いた試験体および試験条件により、それぞれの条件を比較例1から比較例4及び実施例1から実施例8とした。
腐食加速試験後、鉄埋設モルタル試験体を割裂して鉄試料を取り出し、光学顕微鏡を用いて表面観察を行った。
モルタル試験体を用いた中性化促進試験の結果を図3に示す。フェノールフタレイン溶液により鮮明な赤紫色に着色した部分、薄赤紫色に着色した部分、着色が認められなかった部分の3領域が認められた。割裂した試料のうち、フェノールフタレイン溶液を噴霧しなかった面に蒸留水を含ませたpH試験紙を押し当てると、フェノールフタレイン溶液により鮮明な赤紫色に着色した部分は茶色から紫色、薄赤紫色に着色した部分は濃い緑色、着色が認められなかった部分は黄緑から緑色に呈色した(図4)。
図6に各条件で中性化促進試験後に腐食加速試験を行った鉄試料表面の光学顕微鏡像を示す。練り混ぜ水に蒸留水を使用したモルタルでは、いずれの鉄試料にも腐食はほとんど認められなかった。この結果より、コンクリートの中性化が進行しても塩化物イオンによる不働態皮膜破壊がなければ腐食は進行しないことが明らかとなった。一方、練り混ぜ水に塩化物イオンを添加したモルタルでは、いずれの条件においても腐食が認められた。その中でも、実施例5、比較例4、実施例7、8において激しい腐食が認められ、最も腐食が激しかったのは実施例8であった。実施例5においては、中性化が十分進行したとは言えないものの、塩化物イオンによる不働態皮膜の破壊と加圧O2によるカソード反応の促進が鉄試料の腐食を促進したといえる。
(A)加圧5%CO2ガスを供給した新中性化促進試験において、従来法よりも効率的に中性化を促進させることができた。14日間の加圧5%CO2ガス中性化促進試験でモルタルの中性化深さは約5mmに達した。
(C)NaClを練り込んだモルタルを加圧5%CO2ガス中性化促進試験に供し、その後高酸素腐食促進試験に供することでさらに鉄の腐食は促進された。この結果より、加圧5%CO2ガス中性化促進試験法はNaCl練り込みおよび高酸素腐食促進試験と組み合わせて使用することができ、コンクリート中鉄筋の腐食促進試験法として極めて効果的であることが示された。
また、本発明のCO2ガス加圧試験法を鉄埋設のセメント試験体等に適用すると、セメント試験体等に埋設された鉄筋や鉄骨等の鉄試料の腐食に対するコンクリート中性化による影響の評価法として非常に有効である。
10B 鉄埋設のセメント試験体、モルタル試験体又はコンクリート試験体
11A、11B セメント、モルタル又はコンクリート
12 鉄試料
13 絶縁性棒材
14 鉄被覆層
15 モルタル被覆層
16 かぶり
20 コンクリート中性化促進試験装置(加圧チャンバー)
21 筐体
22 フランジ
23 蓋部
24 観察窓
25 CO2ガス供給弁(CO2ガス供給装置、CO2ガス加圧装置)
26 CO2ガス放出弁
27 圧力ゲージ
28 NaCl水溶液
29 試験体支持板
Claims (6)
- CO2ガス供給量増加のために用いる加圧チャンバーと、
前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力を上昇させるCO2ガス供給装置又はCO2ガス加圧装置とを備え、
当該加圧チャンバー内にセメント試験体、モルタル試験体若しくはコンクリート試験体又は鉄埋設のセメント試験体、鉄埋設のモルタル試験体若しくは鉄埋設のコンクリート試験体の少なくとも何れか一つの試験体を設置すると共に、前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力を上昇させて当該セメント試験体、モルタル試験体若しくはコンクリート試験体の内部へのCO2ガス供給量を増加させると共に、
前記加圧チャンバー内に溜まるNaCl水溶液を有し、
前記NaCl水溶液に前記試験体を浸漬させると共に、
前記NaCl水溶液の濃度は前記試験体のモルタル、セメント又はコンクリートの練り混ぜに用いた水のNaCl濃度と同じになるように調製されていることを特徴とするコンクリート中性化促進試験装置。 - さらに、前記加圧チャンバー内に溜まる湿度保持用の水溶液を有し、
前記試験体は当該水溶液の外部に設置されることを特徴とする請求項1に記載のコンクリート中性化促進試験装置。 - 前記NaCl水溶液での塩化物イオン濃度は、単位体積当たりのコンクリート換算で8.2×10−5kg/m3以上、50kg/m3以下であ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中性化促進試験装置。
- 請求項1乃至3の何れか1項に記載のコンクリート中性化促進試験装置において、
さらに、前記加圧チャンバー内の湿度を制御する湿度制御部と、
前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力を上昇させるCO2ガス圧力制御部とを備え、
前記CO2ガス圧力制御部によって、当該試験体の内部へのCO2ガス供給量を増加させることを特徴とするコンクリート中性化促進試験装置。 - 前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力の上昇は、大気のCO2ガス分圧を基準として2倍以上50000倍以下であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のコンクリート中性化促進試験装置。
- 供試体であるコンクリート換算で所定の塩化物イオン濃度となるようなNaCl水溶液を調製し、
当該NaCl水溶液を加圧チャンバー内に設置し、
当該加圧チャンバー内のNaCl水溶液に鉄埋設のセメント試験体、鉄埋設のモルタル試験体又は鉄埋設のコンクリート試験体の少なくとも何れか一つの試験体を浸漬し、
前記加圧チャンバー内のCO2ガス圧力を上昇させて当該試験体の内部へのCO2ガス供給量を増加させると共に、
前記NaCl水溶液の濃度は当該試験体のモルタル、セメント又はコンクリートの練り混ぜに用いた水のNaCl濃度と同じになるように調製されていることを特徴とする、
当該試験体に埋設された鉄筋の腐食をコンクリート中性化により促進する試験法。
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