JPH0536489B2

JPH0536489B2 -

Info

Publication number: JPH0536489B2
Application number: JP58201796A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yuki; Hayao Kudo
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1993-05-31
Also published as: JPS6092448A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、コンクリート構造物に使用される
棒鋼、型鋼或いは鋼線等の鉄筋、特に塩化物によ
る腐食環境下においても極めて良好な耐食性を示
すコンクリート鉄筋に関するものである。一般に、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋は、
正常状態ではPH13程度のアルカリ性を呈するコン
クリートによつて覆われているので不働態化して
おり、腐食が発生しないものとされている。ところが、近年、コンクリートの材料である河
砂の供給量不足が深刻化し、代替品である海砂の
使用料が増大してくるにつれて、この海砂の中に
含まれる塩化物によつてコンクリート中の鉄筋が
腐食し、鉄筋コンクリート構造物の耐用年数が低
下するのではないかとの懸念が強まつてきた。即
ち、コンクリート中に塩素イオンが存在すると鉄
筋の不働態被膜が破れて腐食が進行することとな
り、発生する錆によつて鉄筋とコンクリートとの
付着力が低下し、コンクリート構造物の強度低下
やヒビ割れ、或いは剥離を生ずるからである。もちろん、これは、海砂を配合したコクリート
構造物のみに限らず、海水の影響を受ける海洋環
境下や海岸地帯における鉄筋コンクリート構造
物、又はその他の塩化物環境中で使用する鉄筋コ
ンクリート構造物に共通する問題であつた。更に、長期的にみると、コンクリートは空気中
に含まれる炭酸ガスの作用によつて中性化されて
しまうので、この点からも鉄筋の腐食防止は非常
に困難な問題だつたのである。従来、このようなコンクリート鉄筋の防食対策
として、 (4) コンクリート中にインヒビター（硝酸ナトリ
ウム等）を添加して環境を制御する方法、 (5) 鉄筋に表面処理（表面塗装、エポキシ樹脂コ
ーテイング、亜鉛メツキ、アルミニウムメツキ
等）を施す方法、等の手段が採用されていたが、前記(4)項で示した
インヒビター添加法は、期間の経過につれて雨水
や海水がコンクリート中へ浸入するので、これに
よつてコンクリート中のインヒビターが系外へ拡
散してしまい、インヒビターとして有効濃度を保
持しつづけることが極めて困難となつて、結局は
防食効果が劣化してしまうという問題があり、他
方、前記(5)項で示した表面処理のうちの表面塗装
を施す方法では効果が長期にわたつて持続され
ず、エポキシ樹脂コーテイングによる方法では溶
接部が裸になつてしまうので、その部分からの腐
食を避けることができず、また亜鉛やアルミニウ
ムメツキによる方法は短期的には非常に有効な手
段であるが長期的には完全な防食対策とは言え
ず、しかも、エポキシ樹脂コーテイングや金属メ
ツキ法には処理コストが極めて高いという問題点
があつて、いずれも満足できるものではなかつた
のである。このようなことから、最近、鉄筋の成分自体を
調整してその耐食性を従来鉄筋の２〜３倍に上昇
させ、これによりコンクリート構造物の強度低下
につながる錆発生量を極力抑えて寿命延長を図ろ
うとの提案がみられるようになり（例えば、特開
昭56−152944号公報、特開昭58−77551号公報、
特開昭58−77552号公報、特開昭58−77554号公
報、特開昭58−83752号公報等）、比較的良好な結
果が報告されてはいるが、これまで提案された成
分調整耐食鉄筋は高価な特殊元素の添加が必須で
あつたり、或いは耐食性に今一歩不満が残るもの
であつて、より廉価で、かつ塩化物等が含まれて
いるコンクリート中においても十分に満足できる
耐食性を有する鉄筋の開発が待たれているのが現
状であつた。本発明者等は、上述のような観点から、塩化物
等を含有するコンクリート中であつても優れた耐
食性を示し、塩化物環境におけるコンクリート構
造物寿命の飛躍的延長を図り得るコンクリート鉄
筋を、コスト安く提供すべく、まず、コンクリー
ト中のアルカリ環境では、中性環境におけるよう
な全面腐食型のものとは異なつて孔食タイプの腐
食が問題になるのであり、従つて鉄筋の耐食性に
及ぼす合金元素の効果も一般環境中での綱におけ
る場合とは異なるということをふまえて、特にア
ルカリ性環境下での鉄筋の孔食発生現象に関する
基礎的な研究を行つたところ、 (a) アルカリ性環境で発生する鋼の孔食には、腐
食の起点となりやすい硫化物系介在物（特に
MnS）を鋼中にて形成するＳ分が大きく影響
するものであり、従つて、コンクリート中での
鉄筋の腐食防止にはＳ含有量の抑制が欠かせな
いこと、 (b) このようにＳ含有量を極力抑えた鋼中に所定
量のNi及びCuを複合添加すると、硫化物系介
在物等を起点として生成した孔食部におけるPH
の低下を防ぎ、食孔内外の酸素濃淡電池の形成
を防止するため、孔食の成長を強く抑制するこ
ととなつて鋼の耐食性が一層向上し、塩化物含
有コンクリート環境中においても優れた耐食性
を発揮するようになること、 (c) 前記のような、Ｓ含有量を抑えた上でNi及
びCuの複合添加を行つた鋼に、更にTiを添加
し共存させると、コンクリート鉄筋としての耐
食性が一段と改善され、塩化物を含有するコン
クリート中での腐食がほとんど起らなくなつ
て、鉄筋コンクリート構造物の寿命延長に顕著
な効果が得られ、耐久性、安全性がより以上に
確実化すること、以上(a)〜(c)に示される如き知見を得るに至つた
のである。この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、コンクリート鉄筋を、Ｃ：0.001〜0.300％（以下、成分割合を表わす％
は重量基準とする）、 Si：0.5％以下、 Mn：1.7％以下、 Ni：0.07〜1.00％、 Cu：0.03〜0.60％、Ｓ：0.0001〜0.0080％、 Ti：0.02〜0.30％、を含み、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、から成る成分組成で構成することによつて、特に
塩化物に対する耐食性を格段に向上させた点に特
徴を有するものである。次に、この発明のコンクリート鉄筋において、
成分含有割合を前記の如く数値限定した理由を説
明する。 (a) ＣＣは、塩化物による鉄筋の腐食を助長する有
害な元素であり、特に0.30％を越えて含有させ
ると多量のFe₃Cの析出により耐食性が急激に
劣化することからＣ含有量の上限を0.30％と定
めた。一方、Ｃ含有量を0.001％未満にまで低
減することは、経済的な鋼製造の限界を越える
ものであることから、Ｃ含有量の下限を0.001
％と定めた。 (b) Si Si成分は、鋼の脱酸剤として有用な元素であ
るが、その含有量が0.15％未満では脱酸作用が
不十分であるので、0.15％以上を含有させるこ
とが好ましい。一方、0.5％を越えて含有させ
ると鋼の熱間加工性および低温靭性が劣化する
ことから、Si含有量を0.5％以下と定めた。 (c) Mn Mnは、一般的には鋼の強度確保のために重
宝されている元素であるが、Ｓとともに腐食の
起点となりやすいMnS非金属介在物を形成す
ることから、本発明鉄筋では極力低減する方が
望ましい。特にその含有量が1.7％を越えると
耐食性劣化傾向が著しくなることから、Mn含
有量を1.7％以下と定めた。 (d) Ni Ni成分には、鉄筋のマクロセル形成を抑制
して耐食性を改善する作用があり、特にCuと
の共存下で優れた腐食抑制作用を呈するもので
ある。また、Niの添加により鉄筋の表面肌の
発生が抑制されるという製造上の利点もある
が、その含有量が0.07％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方1.00％を越えて含有
させても前記効果が飽和してしまうことから、
経済性をも考慮して、Ni含有量を0.07〜1.00％
と定めた。 (e) Cu Cu成分は、鋼の孔食の成長を抑制させる作
用を有しており、耐局部腐食性改善に優れた効
果を発揮し、Niとの共存下でコンクリート鉄
筋の耐食性を一層顕著に改善する元素である
が、その含有量が0.03％未満では耐食性改善効
果が十分でなく、一方0.60％を越えて含有させ
ようとしても鋼中に固溶しない上、熱間加工性
を劣化するようになることから、Cu含有量を
0.03〜0.60％と定めた。 (f) ＳＳは、鋼中において腐食の起点となりやすい
硫化物系介在物（主としてMnS）を形成する
ので、該介在物の生成を抑えるためにもその含
有量を極力低くする必要がある。特に、0.0080
％を越えてＳが含有されると所望の耐食性を確
保することができないので、Ｓ含有量の上限を
0.0080％と定めた。一方、Ｓ含有量を0.0001％
未満にまで低減することは鋼の製造能率並びに
製造コストの大幅な悪化をもたらすので、経済
性を考慮してＳ含有量の下限を0.0001％とし
た。 (g) Ti Ti成分には、低Mn化、低Ｃ化、そしてNi−
Cu複合添加と相俟つて鋼の耐食性を一段と改
善し、塩化物含有コンクリート中においても十
分に耐え得るだけの性能を付与する作用がある
ほか、鋼中において難溶性硫化物を形成するこ
とでＳを固定し、安定化することによつて腐食
の起点となるMnSの生成を防止する低Ｓ化作
用があるが、その含有量が0.02％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方0.30％を越
えて含有させると溶接性の劣化を招くことか
ら、Ti含有量を0.02〜0.30％と定めた。また、この発明のコンクリート鉄筋を使用する
に際して、亜鉛メツキ或いはアルミニウムメツキ
を施しておけば、コンクリート構造物の耐食性が
より一層改善されることはもちろんのことであ
る。そして、この発明のコンクリート鉄筋は、炉外
精錬等をも含む通常の溶解、鋳造、圧延の工程で
十分に製造できるものである。次いで、この発明のコンクリート鉄筋を、実施
例により比較例と対比しながらより具体的に説明
する。実施例まず、炉外精錬をも含む通常の方法で第１表に
示される如き成分組成の鋼を実験室的に500Kg溶
製し、常法通りに熱間圧延して直径が20mmの本発
明コンクリート鉄筋１〜５、並びに構成成分のう
ちのSi、Ni、Su、ＳおよびTiの少なくともいず
れかの含有量がこの発明の範囲から外れた従来コ
ンクリート鉄筋に相当する組成を有する比較コン
クリート鉄筋１〜６をそれぞれ製造した。続いて、このようにして得られた各コンクリー
ト鉄筋について次の２つの条件の腐食試験を実施
し、その腐食状況を調査した。 Γ試験条件Ａ第１表に示される成分組成の各コンクリート
鉄筋の中央から幅：10mm、長さ：50mm、厚さ：
３mmの試験片を切り出し、320番エメリー研摩
及び脱脂を順次施してから、これを、PH12に調
整した飽和Ca（OH）₂水溶液にNaClを0.5％添加
して成る液温：50℃の試験液に30日間浸漬す
る。

【表】 Γ試験条件Ｂコンクリート鉄筋を200mmの長さに切断して
なる試験片を、0.3％NaClを含有したコンクリ
ート（砂、ポルトランドセメント、砂利、及び
水より成るもの）中に埋め込み、海岸地帯の屋
外に６ケ月間曝露。なお、このとき使用したコ
ンクリートの水・セメント比は0.6であり、カ
ブリ厚は10mmであつた。得られた腐食試験結果を、第１表に併せて示し
た。なお、腐食状況の評価は、試験条件Ａのもの
については試験後そのまま、また試験条件Ｂのも
のについては試験後コンクリートを解体して鉄筋
を取り出し、それぞれ、錆発生の面積率及び最大
孔食深さを測定して行つた。第１表に示される結果から、本発明コンクリー
ト鉄筋１〜５は、従来使用されていた比較コンク
リート鉄筋１〜６に比して格段に耐食性の優れて
いることがわかる。特に最大孔食深さを比較する
と、本発明コンクリート鉄筋１〜５、比較コンク
リート鉄筋１〜６の約1/2〜1/3程度以下にしか達
しないことが認められ、塩化物による腐食に対し
て極めて優れた抵抗力を有していることが明白で
ある。上述のように、この発明のコンクリート鉄筋
は、塩化物等を含有するコンクリート中において
極めて優れた耐食性を示すので、インヒビターの
注入や鉄筋の表面処理等の格別な付随的対策を講
じることなく、塩化物環境を余儀なくされるコン
クリート構造物の耐久性を十分に向上させるなど
産業上有用な特性を有するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量割合で、Ｃ：0.001〜0.300％、 Si：0.5％以下、 Mn：1.7％以下、 Ni：0.07〜1.00％、 Cu：0.03〜0.60％、Ｓ：0.0001〜0.0080％、 Ti：0.02〜0.30％、を含み、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、から成る組成を有することを特徴とする、塩化物
に対する耐食性の優れたコンクリート鉄筋。