JPH05500393A - 新規な電極および陰極防食システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属系支持体の陰極防食は周知である。支持体は、ＤＣ電源、アノード、および アノードとカソードの間の電解質を含む回路においてカソードとなる。アノード の露出面は耐食性材料、たとえばバルブ金属（ｖａｌｖｅ　ｍｅｔａｌ）系支持 体、たとえばチタン上の白金、または有機ポリマー中のカーボンブラックもしく はグラファイトの分散物から製造される。アノードは独立したアノードであって もよく、または長いストリップもしくは導電性塗料の形の分散アノードであって もよい。腐食から保護する必要のある多種の支持体があり、これにはしばしば″ リバー（ｒ　ｅ　ｂ　ａ　ｒ）″と呼ばれるコンクリート補強部材が含まれる。

大部分のポルトランドコンクリートは酸素および水性電解液がこれを通過しうる のに十分なほど多孔質である。その結果、コンクリート中に残留するか、または 外からコンクリートを透過した塩溶液がコンクリート中のリバーを腐食させる。

これは、電解液がクロリドイオンを含む場合、たとえ＋ｆｌ橡触第１１１在物〜 および氷結防止のために用いられる塩を含む水に暴露される息１車場μ才の場合 、またはモルタルに水和促進剤として塩化カルシウムが添加される場合に、特に そうである。

リバーの腐食生成物は腐食により消費された金属より大きな容積を占める。その 結果、腐食過程によってリバーが軟弱化するだけでなく、より重大なことにはコ ンクリートに亀裂およびスバル（ｓｐａｌｌ）が生じる。コンクリート中のリバ ーの腐食が経費の点だけでなく人間の安全性の点からも極めて重大な問題を提起 することが認識されたのは、この１０年または１５年にすぎない。リバーの腐食 の結果コンクリートが劣化するため安全でないか、または使用不可能である強化 コンクリート構造物が既に多数あり、この問題に対して何らかの実際的解決策が 見出されない限り、この種の構造物の数は今後１０年間に劇的に増加するであろ う。従ってリバーを陰極防食する方法の開発に多大な努力および経費が払われた か、これらは経費のかかる不便な設置手順を伴う。

既知の陰極防食法の詳細については、たとえば下記のものが参照される：米国特 許第４．３１９．８５４号（マルヅッチ）、第４．２５５．２４１号（クルージ ）、第４．２６７．０２９号（マツサルスキー）、第３．８６８．３１３号（ゲ イ）、第３．７９８．１４２号（エバンス）、第３．３９１．３１４号（ブラウ ン）および第１．８４２．５４１号（クンバーランド）明細書、英国特許第１゜ ３９４．２９２号および第２．０４６．７８９号明細書、ならびにジャパニーズ パテント３５２９３／１９７３および４８９４８／１９７８゜上記の各特許およ び出願明細書をここに参考として引用する。

英国特許出願第２．１７５．６０９号明細書には、強化コンクリート構造物の鋼 リバーの陰極防食に用いられるアノード活性被膜を備えた目の粗いメツシュの形 の、複数のワイヤからなる広い面積の電極が記載されている。

米国特許第４．７０８．８８８号明細書には、パターンのユニットに関してＬＷ ＤおよびＳＷＤ寸法をもつ実質的にダイヤモンド形ボイドのパターンを備えた高 エキスバンドバルブ金属メツシュからなるアノードを用いる陰極防食システムが 記載されている。ボイドのパターンは、節（ｎｏｄｅ）において連結し、それら の表面に電気触媒被膜を保有する連続したこのバルブ金属ストランドにより定め られる。このメツシュは高エキスバンドバルブ金属シート（すなわち９０％以上 ）から、またはバルブ金属ワイヤを製織してメツシュを形成することにより製造 される。しかしこの米国特許および英国特許出願第２．１７５．６０９号明細書 に記載のストランドは破断し易く、その結果リバーが保護されない無電流密度領 域、および電流密度が増大した領域が生じる。さらに異なる鋼表面密度に対応し て電流密度を変化させるための手段が無い。

発明の目的 本発明の目的は、過小保護および／または過剰保護領域を避けるためにコンクリ ート中の鋼リバーの密度に従って電流分布を変化させうる、コンクリート構造物 中のリバーに対する新規な陰極防食システムを提供することである。

本発明の他の目的は、鋼表面密度に従って均一な電流分布を得るための可変アノ ード表面を備えた改良グリッド電極、および改良された陰極防食コンクリート構 造物自体を提供することである。

本発明の他の目的は、鋼リバーコンクリート構造物を陰極防食するための適切に 適応させた形状のグリッド電極システムの製法を提供することである。

本発明のこれらおよび他の目的および利点は以下の詳細な記載がら明らかにな鋼 リバー強化構造物を陰極防食するための本発明の新規なグリッド電極は、ボイド を含む、電気触媒被膜を備えた複数のバルブ金属ストリップからなり、該ストリ ップがコンクリート構造物ｍ２当たり少なくとも２００節を含むグリッドを形成 する間隔で互いに電気的に接続している。バルブ金属ストリップのボイドはバル ブ金属ストリップに孔あけすることにより形成されるが、より経済的な方法はエ キスパンション（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）が最高７５％のエキスバンドバルブ金属 ストリップを用いることである。ここで節という語は、ボイドの周りの接続金属 セクションを規定するために用いられる。

バルブ金属の例は、チタン、タンタル、ジルコニウムおよびニオブであり、チタ ンがその強度、耐食性、ならびにその入手し易さおよび価格のため好ましい。

バルブ金属は合金および金属間混合物の形で用いることもできる。

グリッド電極は種々の方法で製造しうる。たとえば適宜な厚さのバルブ金属シー トのコイルをエキスパンディング装置に導通し、次いでこのエキスバンドチタン を目的幅のストリップに切断する。次いでストリップをジグ内に目的のグリッド 形状となるように間隔を置いて配置し、そしてストリップを互いに溶接してグリ ッドを形成する。得られたバルブ金属表面を既知の方法で電気触媒被膜により被 覆する。この方法の変法においては、エキスバンドバルブ金属メツシュがエキス パンディング装置から排出されるのに伴ってその表面に電気ＵＩＪｘ被膜を付与 し、次いでこれを切断してストリップとなし、次いでグリッド電極の製造に用い ることができる。

この種の電気触媒被膜は一般に工業的な電気化学工業においてアノード被膜とし て用いるために開発され、この種の適切な被膜はたとえば米国特許第３，２６５ ．５２６号、第３．６３２．４９８号、第３．７１１．３８５号および第４゜５ ２８．０８４号明細書に一般的に記載されている。混合金属酸化物被膜には、通 常少なくとも１種のバルブ金属酸化物、ならびに白金族金属−一白金、ロジウム 、イリジウムおよびルテニウムを含むｍ−またはそれと他の金属の混合物の酸化 物が含まれる。たとえば米国特許第４．５２８，０８４号明細書に記載される低 負荷電気触媒被膜を用いることが経済的に好ましい。

好ましい被膜には、被膜がバルブ金属酸化物および白金族金属酸化物からなり、 極めて好ましくは酸化チタンおよび酸化ルテニウムからなる寸法安定性アノード が含まれる。ある種の設備においては、支持体と他の層基材との間に白金および イリジウム金属の中間層が設けられる。

シート状またはストリップ状のバルブ金属をまず適切な手段、たとえば溶剤脱脂 および／または酸洗いおよびエツチングおよび／またはサントプラスチングによ り清浄化する。これらはすべて周知の方法である。次いで被膜を目的金属の適宜 な塩の溶液の形で付与し、それを乾燥させる。一般に複数の被膜が付与されるが 、必ずしもその必要はない。次いでストリップを乾燥させて金属および／または 金属酸化物の電気触媒被膜が形成される。

電気触媒被膜の一般的な硬化条件には、約３００−約６００℃の硬化温度が含ま れる。硬化時間は各被膜層につきわずか数分から最高１時間以上に及び、たとえ ば数層の被膜を付与したのちには硬化時間はより長い。硬化操作は金属系支持体 上の被膜を硬化させるために採用されるもののいずれであってもよい。たとえば コンベヤーオーブンを含むオーブン硬化法が採用される。さらに赤外硬化法も採 用しうる。好ましくは極めて経済的な硬イヒのためにはオーブン硬化が採用され 、用いられる硬化温度は約４５０−約５５０℃であろう。二の温度では付与され た各被膜層につきわずか数分、たとえば約３−１０分の硬ｌ−特開が大部分の場 合採用されるであろう。

調節化コンクリート構造物を陰極防食するための不発明方法（−下記よりなる： コンクリート構造物上に本発明のグリッド電極を配！し、これを構造物に固定し 、これをイオン伝導性セメント質オーバーレイで被覆し、そしてグリッド電極に 一定のアノード電流を印加する。グリッド電極は複数のバルブ金属ストリップか らなり、電気触媒表面、および好ましくはコンクリート表面ｍ２当たり少なくと も２００、より好ましくは２０００節を備えており、コンクリート表面ｍ２に対 し０．５−５ｍ２の鋼表面が含まれる。電極表面と鋼表面の比は、コンクリート 構造物全体に均一な陰極防食電流密度を維持すへく選ばれる。ここで節という語 は、ボイドの周りの接続金属セクションを規定するために用いられる。構造物全 体にわたる均一な陰極防食電流密度は、構造物全体にわたって異なる鋼リバー密 度に対応して電極表面を変化させることにより達成される。すなわち道路が支柱 で支えられている場所にはより多数のリバーが用いられる。

電極表面は、バルブ金属ストリップの寸法を変化させることにより、および／ま たはボイドの程度もしくはバルブ金属ストリップのエキスパンションを変化させ ることにより、および／またはバルブ金属ストリップの間隔を変化させることに より変更しうる。鋼リバーの密度に伴って電極表面をこのように変化させること により、常に均一な電流分布か保証され、最大アノード寿命および鋼リバーの効 果的な陰極防食が達成される。

このように電極表面をリバー密度に調和すべく適応させうるため、既知の陰極防 食システム、たとえば米国特許第４．７０８．８８８号明細書に記載のものに起 こる問題が避けられる。その明細書においては、電極システムを変化させること ができず、従ってリバー密度が高い領域では陰極防食電流密度が低く、その結果 鋼表面の保護が不十分であり、そのため鋼の腐食が生じる。一方、リバー密度の より高い領域を保護するためにアノード電流出力を高めると、アノード電流密度 が高Ｘなり、その結果アノード寿命が短縮され、またアノード付近のコンクリー トが乾燥するため（すなわち電解液か無い）電解液抵抗か高くなる。鋼密度が低 すぎると、鋼リバー上の電流密度が高くなり、その結果鋼リバー表面が過度にア ルカリ性となり、プレストレスト構造物においては酸性脆性すら生じる。

本発明は、強化コンクリート構造物を防食するために電流密度を構造物に精細に 調和させうるという利点をもたらす。グリッドの寸法を変化させ、ストリップの 寸法を変化させ、かつストリップおよびアノード構造物双方のエキスバンンヨノ を変化させることにより、電流分布を強化コンクリート構造物の要求に合わせて 不均一に変化させることかできる。たとえば強化用鋼リバーの密度が異なるので 、過剰または過小保護を避けるためにコンクリートの地点毎に電流分布を変化さ せることかできる。

本発明方法によれば、エキスバンドバルブ金属ストリップを互いに異なる距離で 溶接することにより、あるいは異なる形状および／または異なるエキスパンショ ンのエキスバンドストリップを溶接することにより、適切に適応させた構造が容 易に得られ、個々の構造物毎の要求に合わせた種々の寸法のグリッドパネル状の アノード構造体を製造することができる。メツシュへの導電性バーの逐次溶接は 、単にグリッド内のエキスバンドバルブ金属ストリップを普通のものと交換する ことにより達成される。ストリップの寸法およびそれらの間隔は特定の電流出力 に対して最適なものとなし、これによりコンクリートｍ２当たり用いられるバル ブ金属系支持体の重量を最小にすることができる。

ボイドを含むストリップの寸法は、幅３−１００ｍｍ、厚さ０．　２５−２．　 ５ｍｍ、および長さ１−１０ｍの範囲で変更しうるが、これらは単に好ましい寸 法であり、またバルブ金属ストリップは好ましくは互いに９０°の角変で溶接さ れるが、他の角度も可能である。グリッドの側面は四角形、長方形または菱形の いずれであってもよい。

アノード構造体によって強化コンクリート構造物に与えられる電流密度はグリッ ドパネルの形状、ストリップのエキスパンション、およびストリップの寸法に応 して変化する。しかし好ましい電流密度はコンクリートｍ２当たり２．　５−５ −５Ｏである。これも同様に変更しつる。

先行技術のワイヤまたはストランドの代わりにエキスバンドメタルストリップに よりグリッドの主開口の境界を定める本発明のアノード構造によって、他の特色 か得られる。

事実、コンクリート／アノード接触頭載はストリップの長さおよび幅に沿って分 布し、これにより有害な電流集中か防止される。アノード表面に密接した領域に おいてすら電流を“希釈された″状態に保持することにより、下記の利点か得ら れ、これらは実際の操作に好ましい影響をもたらす一オーム降下かより低く、そ の結果同一の印加電圧でより高い電流出力か得られるニ ーアノード／コンクリート界面における酸素発生速度がより低く、この事実はス トリップの目の粗いメツシュ構造と共に、回路の電気的連続性を妨害する可能性 のあるガスポケットの形成および酸性蓄積を防止するニー低価格、低−貴金属添 加量の被膜において、なお被膜の摩耗速度がより低く、これは長寿命のアノード が必要である場合に特に重要である。

先行技術のアノードにおいては、アノード／コンクリート接触頭載は主開口の境 界を定めるワイヤまたはストランドそれぞれの狭い表面によって表され：その結 果電流がアノード／コンクリート界面に近接した頭載に集中し、これはより高い オーム降下およびより低い電流出力、酸素ポケットの形成、高い被膜摩耗速度に 結び付くあらゆる難点を伴う。これらは当業者によって容易に想像されることで ある。

別法はボイドを含むバルブ金属ストリップを互いに平行に、保護すべきコンクリ ート構造物に乗せ、これらをコンクリート表面に固定し、ボイドを含むこれらの バルブ金属ストリップと、所望によりボイドを含まないバルブ金属ストリップを 間隔を置いて、たとえば溶接により接続してグリ−ノド電極を形成し、次いでこ のグリッド電極をイオン伝導性被膜オーバーレイで被覆することにより、現場で グリッド電極を形成することである。

図面 第１図は、本発明のグリッド電極の形態として可能な一例である。

第２図は、第１図の形態の一部分の拡大図である。

第３図は、コンクリート構造物中の鋼リバーの密度差を補償すべく異なる電極表 面をもつグリッド電極の平面図である。

第１および２図は、ボイドを含む幅８ｍｍおよび厚さ０．５ｍｍのバルブ金属ス トリップを用い、これらを互いに溶接して長さ２５０ｍｍのグリッドを形成した 本発明の好ましいグリッド電極を示す。このアノード構造体はコンクリートの釣 鉤　１５ｍ２のアノード接点表面をもつ。第２図はエキスバントメタルストリッ プを含むグリッド電極を示し、ストリップを互いに保持する溶接点を説明するも のである。

第３図は、コンクリートリバーの密度差を補償する、ボイドを含むアノードスト リップの配置を示すものであり、従ってリバー密度に対応した異なる陰極防食電 流密度の帯域かある。第３図のシステムは、極めて有利な陰極防食システムを提 供するために、保護すべき強化コンクリート構造物の表面に沿って電流分布を精 細に調和させるのに用いることかできる。あらゆる強化コンクリート構造物にお いて強化用バーの密度か場所によって異なることは知られている。さらにプレス トレスト強化コンクリート構造物においては、低リバー密度の帯域において先行 技術により生じる過剰保護の問題を避けることができる。過剰保護はコンクリー トリバーの水素脆化をもたらし、これにより構造物が弱体化する。

本発明のグリッド電極は、前記のように幅１−３ｍおよび長さ２−６ｍの可変寸 法をもち、垂直コンクリート構造物の陰極防食に特に有用なパネルとして製造す ることかできる。水平コンクリート構造物、たとえば橋の路床またはガレージの 屋根については、このグリッド電極を幅０．５−３ｍおよび長さ１０−１００ｍ のロールとして製造することかできる。

本発明の精神または範囲から逸脱しない限り、本発明のグリッド電極を種々に変 更することができ、本発明は請求の範囲の記載のみにより限定されると解すべき である。

要杓宵 濁りバー（ｒｅｂａｒ）強化コンクリート構造物のｌ！８極保護用の整った表面 を何するグリッド電極であって、二の電極はボイドを備えた又は備えていない複 数のバルブ金属ストリップから成り、このストリップが電極＠媒表面を有し、コ ンクリート構造物の表面に結合、設置されてグリ−ノド電極を構成し、グリッド Ｔｌｉ極表面と鋼表面との密度比は、過小又は過−！保護を避けながら、コンク リート構造物を貫いて均一な陰極保護電流密度を維持するように選択される。本 発明は、更に、かかるグリッド電極を陰極保護のために前記構造物上覧−形成し 、このグリッド電極をイオン伝導性被覆で覆うための方法、及びそれによって製 造された構造物を開示している。

国際調査報告 国際調査報告 Ｓ＾　４３０９３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．鋼強化コンクリート構造物を陰極防食するためのグリッド電極において、ボ イドを含む、電気触媒被膜を備えた複数のバルブ金属ストリップからなり、コン クリート構造物全体にわたって均一な陰極防食電流密度を維持すべくコンクリー ト内の鋼表面密度に調和する幾何学的形状を得るために、該ストリップか間隔を 置いて互いに接続したグリッド電極。 ２．バルブ金属ストリップがコンクリート構造物ｍ２当たり少なくとも２００節 を含む、請求の範囲第１項に記載のグリッド電極。 ３．ボイドを含むバルブ金属ストリップがエキスバンドパルプ金属メッシュであ る、請求の範囲第１項に記載のグリッド電極。 ４．グリッドの電極表面が、電極表面の電流密度を変化させるべく、異なる寸法 のストリップ、異なるボイドのストリップ、異なる間隔のストリップよりなる群 のうち少なくとも１種の手段により適応した、請求の範囲第１項に記載のグリッ ド電極。 ５．バルブ金属ストリップが互いに９０°の角度で溶接された、請求の範囲第１ 項に記載のグリッド電極。 ６．ボイドを含むバルブ金属ストリップが、所望によりボイドを含まないバルブ 金属ストリップにより互いに間隔を置いて接続された、請求の範囲第１項に記載 のグリッド電極。 ７．電流分布用部材が接続された、請求の範囲第１項に記載のグリッド電極。 ８．電気触媒被膜がコバルトスピネル被膜である、請求の範囲第１項に記載のグ リッド電極。 ９．支持体とコバルトスピネル被膜の間に金属白金またはその合金の中間層があ る、請求の範囲第８項に記載のグリッド電極。 １０．電気触媒被膜が混合金属酸化物被膜である、請求の範囲第１項に記載のグ リッド電極。 １１．混合金属酸化物がチタンおよびタンタルよりなる群から選はれる少なくと も１種のバルブ金属の酸化物を含み、第２の酸化物が酸化白金、酸化パラジウム 、酸化ロジウム、酸化イリジウムおよび酸化ルテニウムならびにそれらの混合物 よりなる群から選はれる白金族金属酸化物である、請求の範囲第１０項に記載の グリッド電極。 １２．請求の範囲第１項に記載のグリッド電極を含む強化コンクリート構造物用 陰極防食システムの製法において、ボイドを含むパルプ金属シートからストリッ プを切り取り、それらのストリップを適切なジグ中に配列し、それらのストリッ プを互いに接続し、こうして得られたグリッド電極を強化コンクリート構造物上 に配置し、該グリッド電極を構造物自体に固定し、そしてこれをイオン伝導性セ メント質オーバーレイで被覆することよりなる方法。 １３．ボイドを含むバルブ金属シートを切断する前にこれに電気触媒被膜が付与 される、請求の範囲第１２項に記載の方法。 １４．ボイドを含むバルブ金属シートを切断したのちにこれに電気触媒被膜が付 与される、請求の範囲第１２項に記載の方法。 １５．バルブ金属シートがエキスバンドバルブ金属シートである、請求の範囲第 １２項に記載の方法。 １６．請求の範囲第１項に記載のグリッド電極を含む強化コンクリート構造物用 陰極防食システムの製法において、ボイドを含むバルブ金属シートからストリッ プを切り取り、それらのストリップを陰極防食すべき強化コンクリート構造物上 に配置し、それらのストリップをコンクリート構造物に固定し、ボイドを含むこ れらのストリップを、所望によりボイドを含まないストリップに溶接により接続 し、そしてこれをイオン伝導性セメント質オーバーレイで被覆することよりなる 方法。 １７．ボイドを含むバルブ金属シートを切断する前にこれに電気触媒被膜が付与 される、請求の範囲第１６項に記載の方法。 １８．ボイドを含むバルブ金属シートを切断したのちにこれに電気触媒被膜が付 与される、請求の範囲第１６項に記載の方法。 １９．バルブ金属シートがエキスバンドバルブ金属シートである、請求の範囲第 １６項に記載の方法。 ２０．鋼リバー強化コンクリート構造物の陰極防食法において、ボイドを含む復 数のバルブ金属ストリップからなり、電気触媒被膜およびコンクリート表面ｍ２ 当たり少なくとも２００節を備え、コンクリート表面ｍ２に対し０．５−５ｍ２ の鋼表面を食む鋼強化コンクリート構造物上に配置され、そしてイオン伝導性セ メント質オーバーレイで被覆されたグリッド電極に、一定のアノード電流を印加 し、その際電極表面密度と鋼表面密度の比は、コンクリート構造物全体に均一な 陰極防食電流密度を維持すべく選ばれる方法。 ２１．電流密度がコンクリート表面ｍ２当たり２．５−５０ｍＡである、請求の 範囲第２０項に記載の方法。 ２２．バルブ金属ストリップが互いに９０°の角度で溶接された、、請求の範囲 第２０項に記載の方法。 ２３．バルブ金属ストリップがエキスバンドパルプ金属メッシュのストリップで ある、請求の範囲第２０項に記載の方法。 ２４．均ーなカソード電流密度が、鋼リバー密度に一致すべく、異なる寸法のス トリップ、異なるボイドのストリップ、および異なる間隔のストリップの使用よ りなる群のうち少なくとも１種の手段により電極表面を変化させることにより達 成される、請求の範囲第２０項に記載の方法。 ２５．グリッド電極が電流分布用部材に接続された、請求の範囲第２０項に記載 の方法。 ２６．グリッド電極が、ボイドを含まないパルプ金属ストリップに間隔を置いて 接続された、ボイドを含むバルブ金属ストリップで製造された、請求の範囲第２ ０項に記載の方法。 ２７．電気触媒表面がコバルトスピネル被膜である、請求の範囲第２０項に記載 の方法。 ２８．支持体とコバルトスピネル外側被膜の間に金属白金またはその合金の中間 層がある、請求の範囲第２７項に記載の方法。 ２９電気触媒表面が混合金属酸化物被膜である、請求の範囲第２０項に記載の電 極。 ３０．コンクリート構造物上に配置され、そしてイオン伝導性オーバーレイで被 覆された請求の範囲第１項に記載のグリッド電極を含む、陰極防食された鋼強化 コンクリート構造物。 ３１．グリット電極がコンクリート表面ｍ２当たり少なくとも２００節を含む、 請求の範囲第３０項に記載の構造物。 ３２．電極グリッドに接続された電流分布用部材がある、請求の範囲第３０項に 記載の構造物。 ３３．電気触媒被膜がコバルトスピネルである、請求の範囲第３０項に記載の構 造物。 ３４．支持体とコバルトスピネル外側被膜の間に金属白金またはその合金の中間 層がある、請求の範囲第３３項に記載の構造物。 ３５．電気触媒被膜が白金族金属酸化物を含む、請求の範囲第３０項に記載の構 造物。 ３６．グリッドの電極表面が、構造物の鋼リバー密度の変化に調和すべく、異な る寸法のバルブ金属ストリップ、異なるボイドのストリップ、および異なる間隔 のストリップの使用よりなる群のうち少なくとも１種の手段により調整された、 請求の範囲第３０項に記載の構造物。