JP7008473B2 - 基礎構造 - Google Patents
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Description
この基礎構造では、一般的な土壌でのミクロセル腐食だけではなく、コンクリート土壌マクロセル腐食(以下、「CSマクロセル腐食」という。)が生じる。この基礎構造では、杭鉄筋やスラブ鉄筋と、基礎部と、が導通されていることから、これらの間に電位差が生じ、基礎部がアノードとなって基礎部でアノード反応が生じて杭鉄筋やスラブ鉄筋がカソードとなって杭鉄筋やスラブ鉄筋でカソード反応が生じ、アノードから土壌を通してカソードに腐食電流が流れアノードである基礎部にCSマクロセル腐食が生じる。このとき、基礎部の電位が貴側に移行する。
ところで、コンクリート中に配設された杭鉄筋やスラブ鉄筋には防食電流を供給する必要が無いものの、杭鉄筋やスラブ鉄筋に何も施さない場合には、前述のように防食電流が供給されるため、莫大な数量の犠牲陽極が必要となる。
これに対して、この基礎構造では、第1絶縁部材が、杭鉄筋およびスラブ鉄筋のうちの少なくとも一方と、土壌と、の間に介在されている。その結果、前述したように、杭鉄筋やスラブ鉄筋においてカソード反応の発生が抑制され、土壌から杭鉄筋やスラブ鉄筋に電流が流れ込むことが抑制されている。したがって、防食電流が杭鉄筋やスラブ鉄筋に供給されることを抑制し、基礎部における防食電流密度を高めることができる。これにより、例えば、第1絶縁部材が無い基礎構造に比べて、少量の犠牲陽極であっても十分な防食電流を基礎部に供給することができる。
第1絶縁部材に第2絶縁部材を加えただけの場合は、基礎部の一般的な土壌でのミクロセル腐食の発生箇所を第2絶縁部材の欠陥部のみに特定することができる。
一方、第1絶縁部材および第2絶縁部材の他に、上記(3)や(4)に係る基礎構造のように防食電流を供給すれば、第2絶縁部材の欠陥部で生じていた一般的な土壌でのミクロセル腐食も抑止することができる。
(8)本発明の一態様に係る基礎構造は、土壌の表面に設置され、かつ内側に複数のスラブ鉄筋が配設されたコンクリート製の床スラブと、前記床スラブに連結され、かつ少なくとも一部が前記土壌中に埋設された鋼製の基礎部と、前記スラブ鉄筋と前記土壌との間に介在された第1絶縁部材と、を備える。
以下、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係る基礎構造1について説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る基礎構造1は、土壌D中に埋設され、かつ内側に複数の杭鉄筋11が配設されたコンクリート製の杭10と、地面Gに設置され、かつ内側に複数のスラブ鉄筋21が配設されたコンクリート製の床スラブ20と、杭10と床スラブ20とを連結し、かつ少なくとも一部が土壌D中に埋設された鋼製の基礎部30と、を備えている。なお本実施形態では、基礎構造1は、基礎部30に防食電流を供給する電流供給部を備えていない。言い換えると、基礎構造1では、電気防食法を採用していない。
以下の説明において、杭10が延びる方向を上下方向Xといい、上下方向Xと直交する方向を水平方向という。
床スラブ20は、表裏面が上下方向Xを向く板状に形成され、上面視で矩形状を呈している。床スラブ20の内側には、スラブ鉄筋21が水平方向に間隔をあけて複数配設されている。
杭頭接合部31は有頂筒状をなしている。杭頭接合部31の頂部には、支柱部32が立設されている。
杭頭接合部31は、杭鉄筋11と当接している。これにより、杭頭接合部31および杭鉄筋11は互いに導通されている。杭鉄筋11の上端部が、杭頭接合部31の下端開口縁と当接している。
基礎梁33は支柱部32に複数接続されている。基礎梁33は、床スラブ20の上面視における周縁部に配置され矩形状をなし、床スラブ20を下方から支持している。
基礎梁33における上側に位置するフランジ部33Bの上面には、上方に向けて突出するスタッドジベル34が配設されている。スタッドジベル34は、フランジ部33Bの上面に、基礎梁33の延在方向に沿って、間隔をあけて複数配設されている。基礎梁33は、スタッドジベル34を介してスラブ鉄筋21と連結されている。これにより、基礎梁33およびスラブ鉄筋21が互いに導通されている。
第1絶縁部材40は、杭10と土壌Dとの間、又は床スラブ20と土壌Dとの間に介在されている。本実施形態では、スラブ絶縁部材41は、床スラブ20と土壌Dとの間に介在され、杭絶縁部材42は、杭10と土壌Dとの間に介在されている。
なお、スラブ絶縁部材41はアスファルトに限られない。例えばポリエチレンシート、絶縁ゴムシートなど絶縁性の高い有機材料であれば、スラブ絶縁部材41に適用することができる。
なお、杭絶縁部材42は塗装に限られない。例えば、アスファルト、ポリエチレンシート、絶縁ゴムシートなど絶縁性が高い有機材料であれば、杭絶縁部材42に適用することができる。
1/2O2+H2O+2e-→2OH-・・・(4)
次に、図2を用いて本発明の第2実施形態について説明する。
なお、本実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
一方、犠牲鋼材50は、自らがアノードとなり、アノード面積を大きくすることで、アノード(基礎部30)における腐食電流密度を小さくし、基礎部30におけるCSマクロセル腐食を抑制している。
このように本願発明者は、基礎構造1、2が、電気防食法を採用していない場合に、アノード(基礎部30)における腐食電流密度を小さくし、基礎部30におけるCSマクロセル腐食を抑制することができることを見出した。
次に、図3を用いて本発明の第3実施形態について説明する。
なお、本実施形態においては、第2実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
なお第2絶縁部材43が、塗装や有機被覆であることにより、腐食の進行が遅くなるが、第2絶縁部材43は、塗装や有機被覆でなくてもよく、例えば、杭絶縁部材42と同一の材料で形成されていてもよい。第2絶縁部材43は、杭頭接合部31、支柱部32、および基礎梁33の外面の一部にのみ適用されてもよい。
次に、図4を用いて本発明の第4実施形態について説明する。
なお、本実施形態においては、第3実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
電流供給部51は、犠牲陽極52である。犠牲陽極52は、土壌D中に埋設されている。犠牲陽極52は、基礎部30と導通されている。土壌D中の犠牲陽極52のうちマグネシウム合金陽極の電位(例えば-1.5V)は、土壌D中の基礎部30の電位(例えば-0.6V)よりも低い。したがって、この電位差に基づいて、犠牲陽極52をアノードとするとともに基礎部30をカソードとし、アノードからカソードへ土壌D中を流れる防食電流を流すことができる。図示の例では、犠牲陽極52は、マグネシウム合金やマグネシウムにより形成されており、犠牲陽極52では、下記(5)式に示すアノード反応が生じる。
Mg→Mg2++2e-・・・(5)
なお、犠牲陽極52を形成する材料には、マグネシウム合金やマグネシウムに代えて、例えば、亜鉛合金や亜鉛などを採用することも可能である。
これに対して、この基礎構造4では、第1絶縁部材40が、杭鉄筋11およびスラブ鉄筋21のうちの少なくとも一方と、土壌Dと、の間に介在されている。その結果、前述したように、杭鉄筋11やスラブ鉄筋21において、上記(4)式で示すカソード反応の発生が抑制され、土壌Dから杭鉄筋11やスラブ鉄筋21に電流が流れ込むことが抑制されている。したがって、防食電流が杭鉄筋11やスラブ鉄筋21に供給されることを抑制し、基礎部30における防食電流密度を高めることができる。これにより、例えば、第1絶縁部材40が無い基礎構造に比べて、少量の犠牲陽極52であっても十分な防食電流を基礎部30に供給することができる。
この対策を本実施形態で行うと、基礎部30の外表面の近傍に犠牲陽極52を密に接近させて設置することになり、犠牲陽極52の数は莫大なものとなり、適切な電気防食の適用とならない。本実施形態は、杭鉄筋11やスラブ鉄筋21等の鉄筋側と土壌Dとの絶縁を図り、基礎部30も土壌Dとの絶縁を図ることにより、最小限度の電流供給部51(犠牲陽極52数)でCSマクロセル腐食を抑制することが可能となる。そして、犠牲陽極52の設置位置も基礎部30の近傍でなくてよく、例えば、上面視で床スラブ20の中央部の土壌D中でもよい。
次に、以上説明した作用効果の解析について説明する。
この検証試験では、構成の違いによる基礎部30に生じる腐食の程度を評価するために、電位・電流分布シミュレーションを行った。
そして、有限要素法(FEM)ベースの汎用物理シミュレーションソフトウェア(COMSOL Multiphysics(登録商標))を利用して、実施例1~4についての電位・電流分布シミュレーションを実施し、基礎部30の電位(以下、「電位E」という)について算出して評価した。
主たるシミュレーション条件としては、例えば、金属電位、分極抵抗、土壌の抵抗率、第1絶縁部材40および第2絶縁部材43の抵抗率や欠陥率などが挙げられる。金属電位としては、土壌D中の鋼材(基礎部30)やマグネシウム合金(犠牲陽極52)の自然電位、コンクリート中の鉄筋(杭鉄筋11、スラブ鉄筋21)の自然電位が挙げられる。土壌D中の鋼材の自然電位は、-0.6Vとした。分極抵抗としては、鋼材や鉄筋、マグネシウム合金の分極抵抗が挙げられる。鉄筋の分極抵抗は、土壌D中の深さ(酸素濃度)に応じて変更した。土壌の抵抗率も、土壌D中の深さに応じて変更した。
例えば、上記各実施形態においては、杭10の外面に杭絶縁部材42を塗装することにより、杭鉄筋11と土壌Dとの間に杭絶縁部材42を介在させている構成を示したが、このような態様に限られない。例えば、複数の杭鉄筋11の外面に、杭絶縁部材42を各別に塗装することにより、杭鉄筋11と土壌Dとの間に杭絶縁部材42を介在させてもよい。
また、上記各実施形態においては、基礎構造1、2、3、4が杭10および床スラブ20の両方を備えているが、杭10および床スラブ20の一方のみを備えていてもよい。
10 杭
11 杭鉄筋
20 床スラブ
21 スラブ鉄筋
30 基礎部
31 杭頭接合部
32 支柱部
33 基礎梁
40 第1絶縁部材
43 第2絶縁部材
50 犠牲鋼材
51 電流供給部
52 犠牲陽極
Claims (9)
- 土壌中に埋設され、かつ内側に複数の杭鉄筋が配設されたコンクリート製の杭と、
前記土壌の表面に設置され、かつ内側に複数のスラブ鉄筋が配設されたコンクリート製の床スラブと、
前記杭と前記床スラブとを連結し、かつ少なくとも一部が前記土壌中に埋設された鋼製の基礎部と、
前記杭鉄筋および前記スラブ鉄筋のうちの少なくとも一方と、前記土壌と、の間に介在された第1絶縁部材と、
前記基礎部と前記土壌との間に介在された第2絶縁部材と、を備え、
前記基礎部は、前記杭の上端部に連結された鋼製の杭頭接合部と、前記杭頭接合部から上方に向けて延びる鋼製の支柱部と、前記支柱部から水平方向に延びるとともに、前記床スラブを支持する鋼製の基礎梁と、を備え、
前記第2絶縁部材は、前記杭頭接合部と前記支柱部との間にも介在されている基礎構造。 - 前記第1絶縁部材は、前記杭と前記土壌との間、または前記床スラブと前記土壌との間に介在された請求項1に記載の基礎構造。
- 土壌中に埋設され、かつ内側に複数の杭鉄筋が配設されたコンクリート製の杭と、
前記土壌の表面に設置され、かつ内側に複数のスラブ鉄筋が配設されたコンクリート製の床スラブと、
前記杭と前記床スラブとを連結し、かつ少なくとも一部が前記土壌中に埋設された鋼製の基礎部と、
前記杭鉄筋および前記スラブ鉄筋のうちの少なくとも一方と、前記土壌と、の間に介在された第1絶縁部材と、を備え、
前記第1絶縁部材は、前記杭鉄筋と前記土壌との間に介在された杭絶縁部材を備え、
前記杭絶縁部材は、前記杭の外周面における上側に位置する部分に塗装され、
地面から前記杭絶縁部材の下端部までの上下方向の長さは5m以下である基礎構造。 - 前記基礎部と前記土壌との間に介在された第2絶縁部材を更に備える請求項3に記載の基礎構造。
- 前記土壌中に埋設されて前記基礎部と導通された犠牲鋼材を更に備える請求項1から4のいずれか1項に記載の基礎構造。
- 前記基礎部に防食電流を供給する電流供給部を更に備える請求項1から4のいずれか1項に記載の基礎構造。
- 前記電流供給部は、前記土壌中に埋設されて前記基礎部と導通された犠牲陽極であり、
前記土壌中の前記犠牲陽極の電位は、前記土壌中の前記基礎部の電位よりも低い請求項6に記載の基礎構造。 - 土壌中に埋設され、かつ内側に複数の杭鉄筋が配設されたコンクリート製の杭と、
前記杭に連結され、かつ少なくとも一部が前記土壌中に埋設された鋼製の基礎部と、
前記杭鉄筋と前記土壌との間に介在された第1絶縁部材と、
前記基礎部と前記土壌との間に介在された第2絶縁部材と、を備え、
前記基礎部は、前記杭の上端部に連結された鋼製の杭頭接合部と、前記杭頭接合部から上方に向けて延びる鋼製の支柱部と、を備え、
前記第2絶縁部材は、前記杭頭接合部と前記支柱部との間にも介在されている基礎構造。 - 土壌中に埋設され、かつ内側に複数の杭鉄筋が配設されたコンクリート製の杭と、
前記杭に連結され、かつ少なくとも一部が前記土壌中に埋設された鋼製の基礎部と、
前記杭鉄筋と前記土壌との間に介在された第1絶縁部材と、を備え、
前記第1絶縁部材は、前記杭の外周面における上側に位置する部分に塗装され、
地面から前記第1絶縁部材の下端部までの上下方向の長さは5m以下である基礎構造。
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