JP7158197B2

JP7158197B2 - 鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜の生成方法

Info

Publication number: JP7158197B2
Application number: JP2018142330A
Authority: JP
Inventors: 浩輔南; 秀幸梶田; 文則佐藤; 勇二白根; 健司太田; 重之伊達
Original assignee: Maeda Corp
Current assignee: Maeda Corp
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2038-07-30
Also published as: JP2020019977A

Description

本発明は鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜の生成方法に関するものであり、特に、コンクリート構造物に使用する鉄筋の耐久性を向上させるための金属系防食被膜を生成するための方法に関するものである。

現在、コンクリート構造物の耐久性向上が重要視されており、なかでもコンクリート劣化の主な原因である鉄筋の防食について種々の技術が開示されている。（例えば、特許文献１～３参照）。

特許文献１に記載された技術は、桟橋、道路橋、橋脚、建築構造物などの鉄筋又は鉄系構造物を金属溶射被膜で電気防食する方法に関するものである。このコンクリート構造物の電気防食方法は、コンクリート表面のｐＨが１１以下で、可溶性塩化物濃度がＮａＣｌ重量百分率で０.０１％以上であるコンクリート表面に、コンクリート中において鉄よりも電位が卑な金属溶射被膜を密着させ、この溶射被膜とコンクリート中に埋め込まれた鉄筋又は鉄系構造物を電気的に接続するようにしたものである。

特許文献２に記載された技術は、鉄梁、鉄塔や、コンクリート用鉄筋等に使用される金属材の表面被覆組成物に関するものである。この金属材の表面組成物は、所定の一般式で表されるジホスホン酸誘導体の１種以上とポリマーラテックスを必須成分としている。

特許文献３に記載された技術は、鉄骨等の鉄材や鋼材の表面に防錆塗膜を形成する防錆処理方法に関するものである。この防錆処理方法は、キレートを有する高分子化合物を、鉄や鋼材の表面に塗布して、鉄や鋼材の表面に酸化鉄を反応させ、高分子キレート化合物の防錆被膜を形成するようにしたものである。

特開平６－１３６５７３号公報特開平４－３３７３６８号公報特開平２－１５９３９０号公報

上記した各引用文献に記載された技術は、鉄筋等の表面に被膜を形成することにより鉄筋の防食を行うものであるが、このような被膜についての研究が十分になされていないという現状がある。

例えば、鉄筋の防食方法の一つである金属被膜は、犠牲陽極として働いて鉄を保護し防食効果を発揮するという報告がある。一方で、金属被膜は強アルカリ環境下で溶出するという報告もあり、実際に被膜された鉄筋がコンクリート内部に置かれた場合の挙動に関する研究事例は少ない。

そこで、本願の発明者は、各種金属被膜の耐アルカリ性の確認を目的とし、被膜の種類、および周辺環境の違いによる影響について評価した結果、耐食性を向上させた金属系防食被膜及びその生成方法に想到した。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、コンクリート構造物に使用する鉄筋の耐久性を向上させるための金属系防食被膜を生成するための方法を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜の生成方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜の生成方法は、ロール状に巻き取られた鉄筋材料を引き出しながら、鉄筋の表面に亜鉛溶射を行うことにより形成した亜鉛被膜を、カルシウムを含む水溶液に接触させて、鉄筋の表面に亜鉛カルシウム化合物を生成させることを特徴とするものである。

本発明に係る鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜の生成方法によれば、鉄筋の表面に亜鉛溶射を行うことにより形成した亜鉛被膜を、カルシウムを含む水溶液に接触させて、鉄筋の表面に亜鉛カルシウム化合物を生成させることにより、カルシウムと亜鉛が反応してアルカリ性への耐久性が増すため、コンクリート構造物に使用する鉄筋の耐久性を向上させることができる。

また、亜鉛溶射により亜鉛被膜を形成することにより、コンクリート中でアルカリ性に耐えた上で犠牲陽極の効果を発揮することができるため、より一層、コンクリート構造物に使用する鉄筋の耐久性を向上させることができる。

好適な金属系防食被膜を得るための実験における使用材料の説明図。好適な金属系防食被膜を得るための実験における金属系防食被膜の溶液配合の説明図。好適な金属系防食被膜を得るための実験に使用した膜厚測定機器の模式図。膜厚変化と浸漬日数の関係及び質量変化と浸漬日数の関係を示す説明図（水酸化ナトリウム水溶液）。膜厚変化と浸漬日数の関係及び質量変化と浸漬日数の関係を示す説明図（細孔溶液）。各溶液における浸漬試験前後のＡｌ－Ｍｇ系被膜のＥＳＤ分析結果を示す説明図。浸漬試験前後の亜鉛溶射被膜の表面形態を示す説明図。浸漬試験前後の亜鉛系被膜３種のＥＳＤ分析結果を示す説明図（細孔溶液）。本発明の実施形態に係る鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜に対する防食性能試験結果の説明図。本発明の実施形態に係る鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜に対する防食性能試験評価の説明図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜及びその生成方法を説明する。図１～図１０は本発明の実施形態に係る耐食性を向上させた金属系防食被膜及びその生成方法における実験を説明するもので、図１は使用材料の説明図、図２は溶液配合の説明図、図３は膜厚測定機器の模式図、図４は膜厚変化と浸漬日数の関係（ａ）及び質量変化と浸漬日数の関係（ｂ）を示す説明図（水酸化ナトリウム水溶液）、図５は膜厚変化と浸漬日数の関係（ａ）及び質量変化と浸漬日数の関係（ｂ）を示す説明図（細孔溶液）、図６は各溶液における浸漬試験前後のＡｌ－Ｍｇ系被膜のＥＳＤ分析結果を示す説明図、図７は浸漬試験前後の亜鉛溶射被膜の表面形態を示す説明図、図８は浸漬試験前後の亜鉛系被膜３種のＥＳＤ分析結果を示す説明図、図９は防食性能試験結果の説明図、図１０は防食性能試験評価の説明図である。

本発明の実施形態に係る鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜は、鉄筋の表面に形成した亜鉛被膜に、カルシウムを付与してカルシウム化合物が生成された状態としたものであり、亜鉛被膜は、亜鉛溶射により形成したものである。

＜金属系防食被膜の生成方法＞
金属系防食被膜を生成するには、ロール状に巻き取られた鉄筋材料を引き出しながら、鉄筋の表面に亜鉛溶射を行うことにより形成した亜鉛被膜にカルシウムを付与することにより、鉄筋の表面に亜鉛カルシウム化合物を生成させる。

鉄筋の表面に亜鉛カルシウム化合物を生成させるには、例えば、カルシウムを含む溶液、スラリー、粉体等に鉄筋を潜らせたり、浸したり、吹き付けたりする方法が考えられる。

＜使用材料および配合条件＞
以下、本発明に係る鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜及びその生成方法に想到した実験について説明する。実際のコンクリート内では被膜の腐食過程の確認が難しいため、実験ではコンクリート環境下を模擬した溶液を使用した。図１及び図２に使用材料および溶液配合を示す。

試験片の母材はＳＳ４００とＳＰＣＣの２種とし、母材寸法は厚さｔ２．３ｍｍ，２０×５０ｍｍ²とした。これに各種防食被膜を厚さ１００μｍ程度コートした。なお、ＳＰＣＣはＪＩＳＧ３１４１により炭素含有量等が規定された冷間圧延鋼板である。

＜耐アルカリ性試験＞
実験において金属被膜の耐アルカリ性の評価は、ＪＩＳＡ１１９３－２００５「コンクリート用連続繊維補強材の耐アルカリ試験方法」に準拠して行った。蓋付きの容器に入れた１００ｍリットルの各種溶液中に試験片を浸漬し、６０℃の保温庫で７日間静置した。試験片を容器から取り出し、蒸留水で洗浄・乾燥後、質量および膜厚の測定、目視による被膜の状態観察を行った。これを１サイクルとしてそれぞれ４サイクル繰り返し行い、試験終了とした。被膜の測定は被膜表面に非接触で行う必要があるため、図３に示す膜圧測定機器を使用した。

この膜圧測定機器は、図３に示すように、マグネットスタンド１０の支柱１１から延長して設けた支持竿１２に取り付けたレーザー変位計２０と、レーザー溶射位置に設置された測定対象固定機器３０とからなる。測定対象固定機器は３０、スライド可能な載置台３１の上部にスチール板３２を取り付け、スチール板３２の上面に設けたガイド３３に沿って試験片３４を設置するようになっている。

＜被膜表面形態の評価＞
浸漬前後の試験片について、ＳＥＭにより試験前後の被膜表面の形態観察とＥＤＳ分析を行い、浸漬前後での被膜の表面性状変化と被膜を構成する元素の変化を確認した。また、ＥＤＳ分析の結果からＸＲＤによる化合物分析も行い、アルカリ溶液に浸漬したことで被膜表面に起こった反応についても考察した。

＜結果および考察＞
実験の範囲内では、被膜の防食性ならびに耐食性に及ぼす母材の種類による影響は確認されなかった。よって、ＳＳ４００の結果についてのみ述べる。図４、図５に、膜厚の変化と浸漬日数の関係及び質量変化と浸漬日数の関係を示す。膜厚は初期値を１００％とした増減率で示している。

図４、図５に示すように、「水酸化ナトリウム水溶液」に浸漬した被膜では、全被膜が試験終了までに溶液中に溶出したことが確認された。なお、蒸留水に浸漬した被膜では、変化が見られなかった。また、カルシウムを含む「細孔溶液」では、アルミマグネシウム（以下、Ａｌ－Ｍｇ系と記す）被膜のみ被膜がすべて溶出したが、他の亜鉛系被膜３種では、明らかな膜厚増加が見られ、また、質量についても増加傾向を示すことが確認された。図６にＡｌ－Ｍｇ系の浸漬前後のＥＤＳ分析結果を示す。

図６に示すように、浸漬後の被膜のアルミニウム量はいずれの溶液においても、浸漬前に比べ大きく減少したが、マグネシウムは大きな変化は見られなかった。浸漬前のＡｌ－Ｍｇ系被膜は、両性金属であるアルミニウムの含有量が多かった。そのため、アルカリ溶液に浸漬後はアルミニウムが溶出し、被膜が損失したものと推察される。なお、「細孔溶液＋ＮａＣｌ」に浸漬した被膜については、「細孔溶液」に浸漬したケースとほぼ同様の膜厚増加傾向を示した。

膜厚の増加が見られた細孔溶液に浸漬した亜鉛系被膜３種について、耐アルカリ性試験前後の被膜表面の形態観察およびＥＤＳ分析を行った。一例として、図７に亜鉛溶射の被膜表面形態の変化を示し、図８に亜鉛系被膜３種のＥＤＳ分析結果を示す。

浸漬試験終了後の被膜表面は凹凸が大きく、結晶のようなものが確認できた。また、亜鉛系被膜３種すべてにおいてカルシウムの増加量が大きいことが確認された。さらに、ＸＲＤによる化合物分析を行った結果、細孔溶液に浸漬した亜鉛系被膜３種において、亜鉛とカルシウムの化合物であるＣａＺｎ₂（ＯＨ）₆・２Ｈ₂Ｏを検出した。したがって、カルシウムが存在する溶液における亜鉛系被膜の膜厚増加は、水溶液中のカルシウムと被膜中の亜鉛が反応し、亜鉛系被膜の表面に生成物が形成されたことに起因するものと推察する。

＜被膜の防食性能試験＞
図９に被膜の防食性能試験結果を示す。腐食電流密度が小さいほど防食性能が高いため、亜鉛溶射が最も防食性能が高い材料であることが分かった。次に防食性能が高い材料は、Ａｌ－Ｍｇで塩化物の影響を受けたとしても十分な防食性能を維持していると考えられる。亜鉛メッキは塩化物の影響を受ける環境下では防食効果が見込める材料だと分かった。また、亜鉛アルミニウム溶射は無垢よりも腐食しやすい材料であること分かった。

＜試験結果に基づく知見＞
図１０に防食性能試験の評価を示す。各種金属系防食被膜の耐アルカリ性、耐食性の確認を目的とし、被膜の種類、および周辺環境の違いによる影響について評価した結果、試験の範囲で以下の知見が得られた。
（１）亜鉛系被膜３種を含むすべての被膜が、水酸化ナトリウム水溶液で溶出した。
（２）Ａｌ－Ｍｇ系被膜はアルミニウムの影響が強く、かつ亜鉛を含まないため被膜を保護する化合物の形成がなく全滅した。
（３）カルシウムが含まれる細孔溶液中では、被膜中の亜鉛との間で反応が起こったことにより化合物が表面に形成され、膜厚が増加した。
（４）亜鉛溶射して形成した被膜が、最も防食性能が高い材料であった。

上述した試験結果に基づく知見により、鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜は、鉄筋の表面に形成した亜鉛被膜に、カルシウムを付与してカルシウム化合物を生成させたものであることが好適であり、さらに、亜鉛被膜は、亜鉛溶射により形成することが好ましいとの結論に至った。

１０マグネットスタンド
１１支柱
１２支持竿
２０レーザー変位計
３０測定対象固定機器
３１載置台
３２スチール板
３３ガイド
３４試験片

Claims

コンクリート構造物に使用する鉄筋の耐久性を向上させるための金属系防食被膜の生成方法であって、
ロール状に巻き取られた鉄筋材料を引き出しながら、鉄筋の表面に亜鉛溶射を行うことにより形成した亜鉛被膜を、カルシウムを含む水溶液に接触させて、鉄筋の表面に亜鉛カルシウム化合物を生成させることを特徴とする鉄筋の耐食性を向上させた金属系防食被膜の生成方法。