JP7261387B2 - 陽極材用塗膜材、コンクリート構造物、及び、電気防食工法 - Google Patents

Description

本発明は、陽極材用塗膜材、該陽極材用塗膜材を備えるコンクリート構造物、及び、該コンクリート構造物の電気防食工法に関する。

コンクリート構造体の内部には、鉄筋、鉄骨、ＰＣ鋼材等の鋼材が埋設されている。本来、このような鋼材の表面には不動態被膜が形成されているため、該鋼材の腐食を抑制することができる。しかしながら、例えば、沿岸地域、凍結防止剤等が頻繁に使用される地域等では、コンクリート構造物の経時的な劣化によって形成された表面亀裂、コンクリート構造物内の間隙等を通じて、塩素成分（塩化物イオン等）を含んだ水、空気等が侵入する。その結果、前記鋼材の表面に形成された不動態被膜が破壊され、該鋼材が腐食する、いわゆる塩害が生じることがある。

この際、腐食した鋼材の表面では、腐食した部分と腐食していない部分において、それぞれ酸化反応（アノード反応）と還元反応（カソード反応）とが同時に進行する。これにより、鋼材表面に生じた腐食した部分（アノード部）と腐食していない部分（カソード部）との間に電位差が生じ、アノード部からカソード部へとコンクリート構造物中に腐食電流が流れることとなる。そして、この腐食電流が、鋼材の腐食をさらに進行させる要因となる。

このような腐食を防止する方法としては、例えば、チタン等の素材を用いて形成された陽極材をコンクリート構造体に設置し、鋼材を陰極として、該陽極材から該鋼材へ電流（防食電流）を継続的に流すことにより、鋼材表面の電位差を小さくする方法が知られている。

陽極材をコンクリート構造体に設置する方法としては、従来、コンクリート構造体の表面に溝を形成し、該溝に陽極材を配置した後、該陽極材と前記溝との間の空間にモルタル等の充填材を充填して硬化させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。当該方法では、防食電流を継続的に流すため、陽極材と鋼材とが接触しないように陽極材を設置する必要がある。しかしながら、陽極材と鋼材とが接触しないように、コンクリート構造体の表面に所定の深さの溝を正確に形成する作業は非常に煩雑であった。また、当該方法では、陽極材を配置した後、該陽極材の周囲に充填材を充填させる必要があり、手間が掛かるという問題があった。

そこで、近年では、線状、帯状又はシート状の陽極材をコンクリート構造体の表面に配置し、該陽極材を覆うように、前記コンクリート構造体の表面に塗膜材を塗布することにより、陽極材をコンクリート構造体に設置する方法が用いられている（例えば、特許文献２及び３）。前記塗膜材としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等が用いられている。当該方法により、容易かつ迅速に、陽極材をコンクリート構造体に設置することができる。

特開平４－１１６１８４号公報 特開平４－２４７８８８号公報 特開２０１２－０９２３９３号公報

しかしながら、防食電流を流す際、陽極材の周辺では、電気化学反応によりガスが発生する。そのため、陽極材を覆うように塗膜材が配置されると、前記塗膜材に浮きが生じ、その結果、前記塗膜材が剥離するおそれがあった。また、従来の塗膜材は塩素成分（塩化物イオン等）を透過しやすいため、該塩素成分によって陽極材の劣化が生じる場合があった。

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、陽極材の劣化を抑制すると共に、浮きが発生しにくい陽極材用塗膜材、該陽極材用塗膜材を備えるコンクリート構造物、及び、該コンクリート構造物の電気防食工法を提供することを課題とする。

本発明に係る陽極材用塗膜材は、コンクリート構造体の内部に埋設された鋼材の電気防食に用いられ、水蒸気透過量が０．５～３００ｍｇ／ｃｍ^２・日である。

前記陽極材用塗膜材は、水蒸気透過量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２・日以上であることにより、防食電流を流す際、陽極材の周辺でガスが発生したとしても、該ガスが塗膜材を通って外部へ抜けやすくなる。その結果、塗膜材の浮きが発生しにくくなる。また、前記陽極材用塗膜材は、水蒸気透過量が３００ｍｇ／ｃｍ^２・日以下であることにより、塩素成分を透過しにくくなる。その結果、陽極材の劣化を抑制することができる。

本発明に係る陽極材用塗膜材は、ポリマー／セメント質量比が０．４～２．０のポリマーセメントモルタルからなることが好ましい。

斯かる構成により、防食電流を流す際、陽極材の周辺でガスが発生したとしても、該ガスが塗膜材を通って外部へより抜けやすくなる。その結果、塗膜材の浮きがより発生しにくくなる。

本発明に係るコンクリート構造物は、鋼材が埋設されたコンクリート構造体と、該コンクリート構造体の表面に設置された陽極材と、該陽極材を覆うように、前記コンクリート構造体の表面に塗布された上述の陽極材用塗膜材と、を備える。

斯かる構成により、前記陽極材の劣化を抑制することができる。また、前記塗膜材に浮きが生じにくくなる。このようなコンクリート構造物は、優れた電気防食効果を発揮する。

本発明に係るコンクリート構造物において、陽極材は、金属基板を混合金属酸化物（ＭＭＯ）で被覆した金属テープであることが好ましい。

斯かる構成により、陽極材の耐久性を向上させることができる。

本発明に係る電気防食工法は、上述のコンクリート構造物の電気防食工法であって、前記鋼材と前記陽極材とを電気的に接続して該鋼材の電気防食を行う。

斯かる構成により、陽極材の劣化が抑制されると共に、塗膜材の浮きが発生しにくくなるため、優れた防食効果を発揮する。

本発明によれば、陽極材の劣化を抑制すると共に、浮きが発生しにくい陽極材用塗膜材、該陽極材用塗膜材を備えるコンクリート構造物、及び、該コンクリート構造物の電気防食工法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る陽極材用塗膜材１を備えるコンクリート構造物５の断面図である。 図２は、実施例におけるコンクリート構造物の（ａ）正面図、及び、（ｂ）側面断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る陽極材用塗膜材１を備えるコンクリート構造物５の断面図である。

＜陽極材用塗膜材＞
本実施形態に係る陽極材用塗膜材１は、コンクリート構造体２の表面に設置された陽極材４を覆うように、該コンクリート構造体２の表面に塗布されることで、コンクリート構造体２の内部に埋設された鋼材３の電気防食に用いることができる。

本実施形態に係る陽極材用塗膜材１は、例えば、ポリマーセメントモルタル、セメントモルタル等からなり、水蒸気透過量が０．５～３００ｍｇ／ｃｍ^２・日である。前記水蒸気透過量は、２．１ｍｇ／ｃｍ^２・日以上であることが好ましく、１０５ｍｇ／ｃｍ^２・日以下であることが好ましい。なお、水蒸気透過量とは、透湿性を評価するための指標であり、ＪＩＳ Ｚ ０２０８で規定される透湿性試験に従って測定することができる。

水蒸気透過量が０．５～３００ｍｇ／ｃｍ^２・日である陽極材用塗膜材１は、例えば、商品名で、レックスコート１０００，２０００Ｎ，５１００（以上、住友大阪セメント社製）等からなる。これらの中でも、陽極材用塗膜材１は、レックスコート５１００からなることが好ましい。

陽極材用塗膜材１の塗布直後の塗膜厚さは、水蒸気透過量を０．５～３００ｍｇ／ｃｍ^２・日の範囲に調整する観点から１００μｍ以上であることが好ましく、陽極材保護の観点から５００μｍ以上であることがより好ましい。また、前記塗膜厚さは、２５００μｍ以下であることが好ましく、１５００μｍ以下であることがより好ましい。

陽極材用塗膜材１がポリマーセメントモルタルからなる場合、該ポリマーセメントモルタルのポリマー／セメント質量比は、０．４～２．０であることが好ましい。前記ポリマー／セメント質量比は、１．０以上であることがより好ましく、１．５以下であることがより好ましい。ポリマー／セメント質量比が１．０～１．５のポリマーセメントモルタルとしては、例えば、商品名で、レックスコート５１００等が挙げられる。

また、陽極材用塗膜材１は、陽極材の劣化を抑制する観点から、塩素イオン透過量が４．０ｍｇ／ｃｍ^２・日以下であることが好ましく、０．０６ｍｇ／ｃｍ^２・日以下であることがより好ましい。なお、塩素イオン透過量とは、遮塩性を評価するための指標であり、道路橋の塩害対策指針（案）・同解説付録１に記載の方法に従って測定することができる。

本実施形態に係る陽極材用塗膜材１は、水蒸気透過量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２・日以上であることにより、防食電流を流す際、陽極材の周辺でガスが発生したとしても、該ガスが塗膜材を通って外部へ抜けやすくなる。その結果、塗膜材の浮きが発生しにくくなる。また、前記陽極材用塗膜材１は、水蒸気透過量が３００ｍｇ／ｃｍ^２・日以下であることにより、塩素成分（塩化物イオン等）を透過しにくくなる。その結果、陽極材の劣化を抑制することができる。

また、本実施形態に係る陽極材用塗膜材１は、ポリマー／セメント質量比が０．４～２．０のポリマーセメントモルタルからなることにより、防食電流を流す際、陽極材の周辺でガスが発生したとしても、該ガスが塗膜材を通って外部へより抜けやすくなる。その結果、塗膜材の浮きがより発生しにくくなる。

＜コンクリート構造物＞
本実施形態に係るコンクリート構造物５は、図１に示すように、鋼材３が埋設されたコンクリート構造体２と、該コンクリート構造体２の表面に設置された陽極材４と、該陽極材４を覆うように、前記コンクリート構造体２の表面に塗布された、上述の陽極材用塗膜材１と、を備える。

コンクリート構造体２としては、例えば、橋梁床版、橋桁、柱、梁等が挙げられる。なお、本発明においてコンクリートとは、コンクリートのみならず、セメント及びモルタルをも含む概念として用いる。

図１に示すように、コンクリート構造体２の内部には、鋼材３が埋設されている。この際、鋼材３に対するコンクリート構造体２のかぶり厚さは、特に限定されるものではなく、一般的に、１０～７０ｍｍであればよい。

鋼材３としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄筋、鉄骨、ＰＣ鋼材等を用いることができる。このような鋼材３は、コンクリート構造体２の内部に複数埋設されていてもよい。

図１に示すように、コンクリート構造体２の表面には陽極材４が設置されている。陽極材４としては、チタン、白金等の一般的な陽極材を用いることができるが、電流の分配及び耐久性を向上させる観点から、金属基板を混合金属酸化物（ＭＭＯ：Ｍｉｘｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ）で被覆した金属テープ（以下、ＭＭＯテープとも言う）を用いることが好ましい。前記金属基板は、チタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、又は、これらの合金からなる基板であることが好ましい。特に、耐食性を向上させる観点から、前記金属基板は、チタン又はチタン合金であることがより好ましい。また、前記混合金属酸化物（ＭＭＯ）としては、チタン、タンタル、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、コバルト、又は、これらの混合物からなる酸化物であることが好ましい。

陽極材４の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、線状、帯（テープ）状又はシート状とすることができる。陽極材４の形状が線状である場合、陽極材４の形状がメッシュ状になっていてもよい。陽極材４の形状が帯（テープ）状である場合、陽極材４の幅は５～２０ｍｍであることが好ましく、厚さは０．００１～１ｍｍであることが好ましい。

陽極材４は、接着剤（図示なし）を用いて、コンクリート構造体２の表面に設置されていてもよい。前記接着剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、セメント系接着剤、エポキシ系接着剤、導電性樹脂等を用いることができる。これらの中でも、前記接着剤は、電気抵抗を低減させる観点から、セメント系接着剤であることが好ましい。

図１に示すように、コンクリート構造体２の表面には、陽極材４を覆うように、上述の陽極材用塗膜材１が塗布されている。陽極材用塗膜材１の塗布量は、特に限定されるものではないが、陽極材用塗膜材１の厚さが陽極材４の厚さよりも大きくなるように塗布される必要がある。

本実施形態に係るコンクリート構造物５は、鋼材３が埋設されたコンクリート構造体２と、該コンクリート構造体２の表面に設置された陽極材４と、該陽極材４を覆うように、コンクリート構造体２の表面に塗布された陽極材用塗膜材１と、を備えることにより、陽極材４の劣化を抑制することができる。また、陽極材用塗膜材１に浮きが生じにくくなる。このようなコンクリート構造物５は、優れた電気防食効果を発揮する。

＜電気防食工法＞
本実施形態に係る電気防食工法は、上述のコンクリート構造物５の電気防食工法であって、鋼材３と陽極材４とを電気的に接続して該鋼材３の電気防食を行う。

具体的には、鋼材３及び陽極材４は、導線（図示せず）を介して電源（図示せず）に接続される。そして、鋼材３を陰極として、陽極材４から鋼材３へ電流を流すことにより、電気防食を行う。陽極材４と鋼材３との間の電流密度は、埋設されている鋼材の量、鋼材の表面状態、埋設方法等によって異なるが、通常、５～３０ｍＡ／ｍ^２（コンクリート構造物の表面積当り）程度であることが好ましい。

本実施形態に係る電気防食工法は、上述のコンクリート構造物５の電気防食工法であって、鋼材３と陽極材４とを電気的に接続して該鋼材３の電気防食を行うことにより、陽極材４の劣化が抑制されると共に、陽極材用塗膜材１の浮きが発生しにくくなるため、優れた防食効果を発揮する。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜コンクリート構造物の作製＞
図２（ａ）に示すように、内部に鋼材（Ｄ１３、異形鉄筋）が埋設されたコンクリート構造体の表面に陽極材としてＭＭＯテープ（住友大阪セメント社製）を設置した後、該陽極材を覆うように、前記コンクリート構造体の表面に塗膜材を塗布した。塗膜材としては、各実施例及び比較例２，３ではポリマーセメントモルタル（住友大阪セメント社製）を用い、比較例１ではエポキシ樹脂を用いた。各実施例及び各比較例における塗膜材のポリマー／セメント質量比、及び、塗膜した直後の厚さを表１に示す。なお、比較例３については、塗膜を形成することができなかったため、その後の測定及び試験を行わなかった。

＜水蒸気透過量の測定＞
各実施例及び各比較例における塗膜材の水蒸気透過量は、ＪＩＳ Ｚ ０２０８で規定される透湿性試験に従って測定した。結果を表１に示す。

＜塩素イオン透過量の測定＞
各実施例及び各比較例における塗膜材の水蒸気透過量は、道路橋の塩害対策指針（案）・同解説付録１に記載の方法に従って測定した。結果を表１に示す。

＜通電試験＞
図２（ｂ）に示すように、直流電源装置の＋側を陽極材に、－側を鋼材に接続して通電を行った。具体的には、陽極材の単位表面積当たり２．０ｍＡ／ｍ^２の電流を約１か月間供給し続けることにより、通電を行った。

＜塗膜材の浮きの評価＞
通電試験後、各実施例及び各比較例のコンクリート構造物における塗膜材の浮きを下記の基準に基づき目視で観察した。結果を表１に示す。
◎：浮きなし
○：全体の５％未満に浮きが発生
×：全体の５％以上に浮きが発生

＜陽極材の劣化の評価＞
通電試験後、各実施例及び各比較例のコンクリート構造物における陽極材の劣化を下記の基準に基づき目視で観察した。結果を表１に示す。
◎：劣化なし
○：全体の５％未満に劣化が発生
×：全体の５％以上に劣化が発生

表１の結果から分かるように、本発明の構成要件をすべて満たす実施例１～１０のコンクリート構造物は、通電試験後に塗膜材の浮きが発生せず、かつ、陽極材の劣化が抑制された。

一方、塗膜材の水蒸気透過量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２・日未満である比較例１のコンクリート構造物は、通電試験後に塗膜材の浮きが発生した。また、塗膜材の水蒸気透過量が３００ｍｇ／ｃｍ^２・日を超える比較例２のコンクリート構造物は、通電試験後に陽極材が劣化した。

Claims (3)

1. 鋼材が埋設されたコンクリート構造体と、
   該コンクリート構造体の表面に設置された陽極材と、
   該陽極材を覆うように、前記コンクリート構造体の表面に塗布された、コンクリート構造体の内部に埋設された鋼材の電気防食に用いられる陽極材用塗膜材であって、水蒸気透過量が０．５～３００ｍｇ／ｃｍ ^２ ・日であり、ポリマー／セメント質量比が０．４～２．０のポリマーセメントモルタルからなる、陽極材用塗膜材と、
   を備え、
   前記陽極材用塗膜材の厚さが前記陽極材の厚さよりも大きくなるように塗布された、コンクリート構造物。
2. 前記陽極材は、金属基板を混合金属酸化物（ＭＭＯ）で被覆した金属テープである、請求項１に記載のコンクリート構造物。
3. 請求項１又は２に記載のコンクリート構造物の電気防食工法であって、
   前記鋼材と前記陽極材とを電気的に接続して該鋼材の電気防食を行う、電気防食工法。

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