JPH11293792A - 耐食性に優れたコンクリート構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄筋コンクリートの表面にチタンメッシュを
モルタルを用いて張り付けてこのチタンメッシュを電極
として電気防食する構造物において、コンクリート表面
からのモルタルの剥離を防止する。 【解決手段】 鉄筋コンクリートの表面にチタンメッシ
ュをモルタルを用いて張り付けてこのチタンメッシュを
陽極として電気防食する構造物において、モルタル表面
の外側から板状の耐食性金属を張り付けることを特徴と
する耐食性に優れたコンクリート構造物である。また、
少なくとも表面が電気絶縁性のビスを用いて板状の耐食
性金属と鉄筋コンクリートとの間を固定する。板状の耐
食性金属としてチタンあるいはチタン合金、若しくはそ
れらの箔を用いることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄筋コンクリート
の表面にチタンメッシュをモルタルを用いて張り付けて
このチタンメッシュを電極として電気防食するコンクリ
ート構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋は、セ
メントのアルカリ性環境が鉄筋の表面に不動態被膜を形
成するため、通常は鉄筋の腐食は進行しない。しかし、
臨海地に立地した構造物においては、飛来塩分がコンク
リート表面に付着しあるいは地下水あるいは雨水を通じ
てコンクリート構造物中に塩素イオンが浸入することが
ある。またコンクリート構造物を構築するに際して海砂
を用いると、築造当初からコンクリート中に塩素イオン
を含有することがある。このような塩素イオンがコンク
リート中に存在すると、塩素イオンが鉄筋表面の不動態
被膜を破壊し、コンクリート中の鉄筋の腐食が進行す
る。鉄筋は腐食すると体積が膨張し、周囲のコンクリー
トに引張応力を与え、コンクリートにひび割れが発生す
る。このひび割れから海水などが浸入することにより、
鉄筋の腐食は更に進行し、構造物の一部を破壊すること
となる。

【０００３】このような塩素イオンによるコンクリート
構造物中の鉄筋の腐食を防止する手段として、電気防食
法が知られている。コンクリート表面に陽極材料を取り
付け、陽極から鉄筋に電流（防食電流）を供給し腐食環
境下にある鉄筋の有する電位を強制的に腐食を生じない
電位まで変化させるものである。その結果として、鉄筋
の周辺の塩素イオンを陽極周辺に移動して鉄筋周辺から
塩素イオンを排除する。電気防食法は、外部電源方式と
流電陽極方式とに分類される。外部電源方式は、コンク
リート表面に張り付けた不溶性の陽極から、直流電源を
用いて鉄筋に電流を供給する方法であり、流電陽極方式
は鉄よりもイオン化傾向が高く、より低い電位を有する
亜鉛やアルミニウムなどの金属をコンクリートを介して
鋼材と電気的に接続し、両者の電位差を利用して鉄筋に
電流を供給する方法である。

【０００４】外部電源方式は、コンクリートの状態に関
係なく防食に必要な電圧や電流を自由に調整できるの
で、電気抵抗の高いコンクリート構造物へも適用が可能
である。しかし、通電量管理を的確にしないと電流が過
剰に流れて過防食となり、陽極システムが劣化する恐れ
がある。また、陽極材として使用されるチタンや白金が
過剰電流により陽極電位が高くなり、塩素ガスが発生
し、それが水分と反応し塩酸や次亜塩素酸を生成する結
果となり、陽極材の劣化やオーバーレイ材の劣化の原因
となるので注意を要する。これに反して流電陽極方式
は、通電量を制御することは不可能であるが、外部電源
方式のように直流電源装置は不要で管理や配線なども極
めて簡単になる。また、過防食の心配もない。そのため
導電度の高い海水中の鋼構造物の場合は流電陽極方式が
一般的であるが、コンクリート構造物のようにコンクリ
ートの乾湿によって防食電流が大きく変動する場合は問
題であり、例えば亜鉛シート方式では陽極材である亜鉛
シートが徐々に溶出し減少するため、コンクリート表面
に直接施工した陽極材は経時と共に付着性が劣化する可
能性があり、電流の流れを悪くするなどの欠点を有す
る。

【０００５】外部電源方式であって、陽極としてチタン
メッシュを用いる方法が例えば特公平５−１０４３６号
公報に開示されている。チタンはきわめて良好な耐食性
金属であり、チタン板をメッシュ状に加工することによ
ってコンクリート構造物の表面を広く覆う陽極を作製す
ることができる。チタンは導電性金属であるが、表面に
酸化被膜が生成すると不動態化するため、チタンの表面
に白金メッキあるいは白金系金属の酸化被膜形成を行っ
て不動態化を防止する対策が行われる。

【０００６】チタンメッシュをコンクリート構造物の表
面に固着し、かつチタンメッシュとコンクリート構造物
との導電性を確保するため、鉄筋コンクリートの表面に
チタンメッシュを配置し、更にその上にモルタルを張り
付ける。モルタルはチタンメッシュを押さえるとともに
チタンメッシュのすきまを通してコンクリート表面と固
着し、チタンメッシュをコンクリート表面に固着するこ
とができる。更にモルタルとしてはコンクリートと同等
あるいはそれ以上の導電性を有する材料を選択すること
により、チタンメッシュはモルタルと接触し、モルタル
はコンクリート表面と接触するので、チタンメッシュ−
モルタル−コンクリート−鉄筋という導通路が確保さ
れ、チタンメッシュと鉄筋との間に直流電源装置によっ
て電流を供給し、チタンメッシュを陽極、鉄筋を陰極と
することにより、電気防食法によって鉄筋の腐食を防ぐ
ことができる。このようにチタンメッシュ陽極をコンク
リート構造物に付着固定するモルタルはオーバーレイと
も呼ばれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】コンクリート表面とモ
ルタルとの間の接着力は十分なものではなく、時間の経
過とともにモルタルがフクレを発生しコンクリート表面
から剥離する現象が見られた。構造物に浸入する塩素イ
オンが接着力を弱めるとともに、コンクリートとモルタ
ルとの間にチタンメッシュが介在することも、コンクリ
ートとモルタルとの接着力を弱める上で影響を及ぼして
いる。コンクリート表面とモルタルとが剥離すれば、チ
タンメッシュとコンクリートとの電気伝導性は失われ、
電気防食効果は失われる。外部電源方式による電気防食
法の効果を持続させるため、コンクリート表面からモル
タルが剥離しない構造物の提供が望まれていた。

【０００８】本発明は、鉄筋コンクリートの表面にチタ
ンメッシュをモルタルを用いて張り付けてこのチタンメ
ッシュを電極として電気防食する構造物において、コン
クリート表面からのモルタルの剥離を防止することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、その要旨とするとこ
ろは、鉄筋コンクリートの表面にチタンメッシュをモル
タルを用いて張り付けてこのチタンメッシュを電極とし
て電気防食する構造物において、モルタル表面の外側か
ら板状の耐食性金属を張り付けることを特徴とする耐食
性に優れたコンクリート構造物である。これにより、モ
ルタルが常にコンクリート表面に押し付けられ、モルタ
ルの剥離を防止することができる。

【００１０】少なくとも表面が電気絶縁性のビスを用い
て板状の耐食性金属と鉄筋コンクリートとの間を固定す
ることができる。ビスで固定することにより、耐食性金
属によってモルタルをコンクリート表面に確実に押し付
けることができ、モルタルの剥離をより確実に防止する
ことができる。少なくとも表面が電気絶縁性のビスを用
いることにより、板状の耐食性金属とチタンメッシュと
が導通することを防止できる。

【００１１】また、板状の耐食性金属相互間をシーム溶
接あるいはスポット溶接によって固定することができ
る。これにより、構造物の外側を一周して配置した板状
の耐食性金属を一体構造とし、より確実にモルタルをコ
ンクリート表面に押し付けることが可能になる。

【００１２】板状の耐食性金属としてチタンあるいはチ
タン合金、若しくはそれらの箔を用いることが好まし
い。チタンあるいはチタン合金はきわめて優れた耐食性
金属であり、ステンレス鋼板に見られる隙間腐食の問題
もない。更にチタンあるいはチタン合金は熱膨張率がコ
ンクリートに近いので、温度上昇時に板状の耐食性金属
とコンクリートとの密着が失われることもない。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に本発明の電気防食構造物の
断面図を示す。鉄筋コンクリート４の表面に張り付ける
チタンメッシュ３は、網状のチタンであって網の構成要
素相互間の電気伝導性が確保されれば形状は問わない。
好ましくは、チタン薄板を用いて製造されたエキスパン
ドメタルが用いられる。０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度の厚み
を有するチタン薄板を用い、エキスパンドメタルのメッ
シュのダイヤモンド形状の空隙は、ダイヤモンドの長い
方の対角線長さが３０ｍｍ〜１００ｍｍであり、好まし
くは７０ｍｍ程度とする。メッシュを構成するチタンの
表面は白金メッキあるいは白金系金属の酸化被膜を形成
させ、メッシュの表面に絶縁膜が構成されるのを防止す
る。これにより、チタンメッシュは常に導電性を保つと
ともに、チタン本来の耐食性を発揮して腐食から免れ
る。

【００１４】チタンメッシュ３をコンクリート表面に張
り付けるモルタル２は、コンクリートとの接着力を有
し、コンクリートと同等あるいはそれ以上の電気伝導度
を有する材料であればよい。例えば無機系モルタル材
（モルタル２５ｋｇ、水４ｋｇ、練り上り量１３リット
ル）を用いることができる。コンクリート表面にチタン
メッシュ３を配置し、その上からモルタル２を塗布する
ことにより、モルタルはチタンメッシュの網目を通じて
コンクリートと接着し、かつチタンメッシュをモルタル
中に取り込んで固定することができる。

【００１５】チタンメッシュ３と鉄筋５との間は、チタ
ンメッシュ−モルタル−コンクリート−鉄筋という経路
で電気伝導度を確保し、チタンメッシュと鉄筋との間に
外部電源８から電流を流すことができる。印加する電圧
はＩＲドロップを除いて−５５０〜−１０００ｍＶ（Ｖ
ｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）に設定すると、コンクリートの表
面積１ｍ² 当り５〜３０ｍＡ程度の電流が流れる。

【００１６】モルタル表面の外側から張り付ける板状の
耐食性金属１としては、ステンレス鋼板、チタン板、チ
タン合金板等を用いることができる。橋脚のような柱状
の構造物であれば、構造物表面を一周するように板状金
属を張り付ける。

【００１７】板状金属の外側からバンド等を用いて結束
することによっても板状金属をコンクリート構造物に押
し付けることが可能であるが、ビス６を用いて板状金属
とコンクリートの間を固定することにより、より確実に
板状金属をコンクリート構造物に押し付けることができ
る。チタンメッシュ３のダイヤモンド形状の空隙は、通
常はダイヤモンドの長い方の対角線の長さは７０ｍｍ程
度であり、打ち込んだビス６とチタンメッシュ３との接
触を確実に防止する施工は困難である。ビスの表面が電
気伝導性を有する場合、ビスがチタンメッシュと接触す
るとチタンメッシュと表面の板状の耐食性金属との間が
導通し、電気防食に支障を来たすこととなる。そのた
め、使用するビスは少なくとも表面が電気絶縁性を有す
るものを用いる。ビス自体を絶縁性材料、例えばＦＲ
Ｐ、有機高分子材料を用いて製造することも可能であ
り、またチタン、ステンレス鋼等の金属製のビスの表面
をエポキシ樹脂などでコーティングすることによって表
面を電気絶縁性とすることもできる。

【００１８】ビス６を用いて板状の耐食性金属１をコン
クリート構造物７に固定するには、コンクリート構造物
７にビス６を挿入するためのビス孔を穿孔し、板状の耐
食性金属１を貫通してビスをビス孔に挿入し、ビス孔と
ビスとの間をエポキシ樹脂系等の接着剤を用いて固定す
る。ビス６によって板状の耐食性金属１は強固にモルタ
ル２をコンクリート構造物７に押し付けることが可能に
なり、モルタル２がコンクリート構造物７から剥離する
ことを防止できる。

【００１９】複数枚の板状の耐食性金属を用いて広い面
積のコンクリート表面を覆う場合、板状の耐食性金属相
互間をシーム溶接あるいはスポット溶接によって固定す
ることにより、複数枚の板状の耐食性金属を一体化する
ことができる。また、柱状のコンクリート構造物の表面
を一周して板状の耐食性金属で覆う場合において、板状
の耐食性金属相互間をシーム溶接あるいはスポット溶接
によって固定することにより、板状の耐食性金属を連続
帯としてコンクリート構造物に巻き付けることができ、
板状金属の外側からバンド等を用いて結束しなくても、
コンクリート構造物に対して板状金属を強固に固着し、
モルタルの剥離を防止することができる。

【００２０】板状の耐食性金属１として最も好ましい材
料は、チタンあるいはチタン合金である。ステンレス鋼
板は、長期間の使用によって隙間腐食が発生する可能性
があるが、チタンあるいはチタン合金はきわめて優れた
耐食性を有し、腐食の問題は発生しない。また、ステン
レス鋼板はコンクリートに比較して熱膨張率が大きいた
め、温度が上昇すると構造物の表面を被覆したステンレ
ス鋼板が過剰に熱膨張し、ステンレス鋼板とモルタルと
の間に隙間が生じてモルタルを十分に押さえられないこ
とがありうる。これに対し、チタンあるいはチタン合金
はコンクリートと熱膨張率がほぼ等しいので、温度が上
昇してもモルタルとの間に隙間が発生することがない。

【００２１】チタンあるいはチタン合金は、その厚みが
０．２ｍｍ以下の箔とすることで柔軟性を有し、モルタ
ルの表面に張り付けるに際してモルタル表面の形状に沿
って曲げたり折り曲げたりする変形が容易になる。厚み
０．１ｍｍ程度が柔軟性と箔の強度とのバランスが最も
適しており、構造物表面形状に沿って変形可能であると
ともに、ビスでコンクリート構造物に固定することによ
ってコンクリート表面に密着し、さらに適度な強度を有
しているため長期間にわたって表面が破損することなく
被覆を維持することができる。また、チタンあるいはチ
タン合金は、同一の強度を得る条件においては他の金属
材料に比較して軽量化できるので、コンクリート構造物
に余計な負荷をかけることがない。既存のコンクリート
構造物の補修に電気防食法を施す場合、コンクリート構
造物の強度に余力がない場合はチタンの軽量性は非常に
重要である。

【００２２】電気防食法は、副次的に陰極である鉄筋の
周辺の塩素イオンを陽極であるチタンメッシュ付近に移
動させるため、鉄筋周辺の有害な塩素イオン濃度が減少
するという効果がある。同時にナトリウムやカルシウム
等の陽イオンが増大することになるが、含まれている水
から生成する水酸イオン（ＯＨ^- ）と反応して、鉄筋付
近のコンクリートが中性化している場合等はアルカリ性
を回復するという効果を期待できる。一方、チタンメッ
シュ付近の塩素イオン濃度の増大は、チタンメッシュを
取り囲むモルタルの劣化を促進する等、好ましくない現
象を引き起こす。

【００２３】本発明のチタン箔被覆を含む電気防食法を
柱状の鉄筋コンクリート製橋脚の外周に施したところ、
チタン箔被覆を行わない場合に比較して、チタンメッシ
ュ付近の塩素イオン濃度の増大が抑えられるという現象
が見られた。鉄筋周辺の塩素イオン濃度の減少の程度
は、チタン箔被覆の有無で差は認められない。橋脚表面
は、昼間は太陽熱の輻射を受け、チタン箔被覆を行わな
い場合に比較してチタン箔被覆を行うと表面温度がより
高温となる。チタン箔部分とチタンメッシュ部分との間
に温度勾配が生じ、この温度勾配に基づいて塩素イオン
が高温側に拡散し、チタンメッシュ付近の高い濃度の塩
素イオンがチタン箔の方向に移動し、最終的には外部に
排出されたものと推定される。

【００２４】このように、電気防食法において表面に板
状の耐食性金属を張り付けることにより、チタンメッシ
ュ付近の塩素イオンの濃度上昇を抑える効果があり、結
果としてモルタルの寿命を増大して剥離発生を更に低減
することが可能になった。

【００２５】

【実施例】鉄筋の腐食が始まった既存の鉄筋コンクリー
ト製橋脚に電気防食法を施すに際し、本発明を適用し
た。橋脚は長さ８ｍ、幅２ｍ、高さ６ｍであり、橋脚の
高さ方向の一部である地上から高さ５ｍまでの範囲に電
気防食を施した。

【００２６】コンクリート構造物のコンクリートの剥離
等の劣化部分をウォータージェットで主筋位置まではつ
り除去し、腐食した鉄筋をサンドブラストで素地調整し
た後コンクリートで断面修復し、その上にチタンメッシ
ュを橋脚を囲むように配置する。チタンメッシュは、厚
み０．４ｍｍのチタン板を用いたエキスパンドメタルで
あり、メッシュ要素となるチタン素線の幅は１ｍｍ、ダ
イヤモンド状空隙の形状はその長い方の対角線長さが７
５ｍｍである。チタンメッシュは幅１．２ｍの長尺物で
あり、橋脚表面の形状にあわせて切断して使用した。複
数のチタンメッシュを接続するに際しては複数箇所で導
通が確保されるように接続した。

【００２７】チタンメッシュの上に張り付けるモルタル
には無機系モルタル材を用い、厚み２５ｍｍ程度に張り
付けた。更にその上に、厚み０．１ｍｍ、幅０．５ｍの
チタン箔を張り付けた。チタン箔相互間はスポット溶接
によって接着し、橋脚の外周を切れ目なく被覆した。更
に、ＦＲＰ製のビスを用いてチタン箔とコンクリート構
造物の間を固定した。ビスは直径１２ｍｍ、長さ１００
ｍｍであり、コンクリート構造物にビス用の孔を１ｍ間
隔で穿孔した上でビスを配置し、コンクリート構造物、
モルタル、チタン箔とビスとの間はエポキシ樹脂によっ
て接着した。

【００２８】チタン箔は十分な柔軟性を有し、人手によ
って橋脚の形状に沿ってチタン箔を配置することが可能
であり、またビスで固定することによって更にチタン箔
は橋脚表面に密着し、モルタルのコンクリート表面から
の剥離を防止する上で十分な効果を発揮した。板状の耐
食性金属の被覆がない場合には、モルタルは早いもので
施工後半年で剥離が開始していたのに対し、本実施例に
おいては５年経過後においてモルタル剥離は全く発生し
ていない。

【００２９】

【発明の効果】鉄筋コンクリートの表面にチタンメッシ
ュをモルタルを用いて張り付けてこのチタンメッシュを
電極として電気防食する構造物において、モルタル表面
の外側から板状の耐食性金属を張り付けることにより、
モルタルが常にコンクリート表面に押し付けられ、モル
タルの剥離を防止することができる。少なくとも表面が
電気絶縁性のビスの使用、板状の耐食性金属相互間のシ
ーム溶接あるいはスポット溶接によってさらに効果を上
げることができる。板状の耐食性金属としてチタンある
いはチタン合金を用いることにより、きわめて良好な耐
食性を有するとともに、温度が上昇してもモルタルとの
間に隙間が発生することがない。さらにチタンあるいは
チタン合金の箔を用いることにより、構造物表面に沿っ
て変形可能で表面に密着することができ、軽量であるた
めコンクリート構造物への負荷の増大が極小である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気防食構造物の断面を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 板状の耐食性金属 ２ モルタル ３ チタンメッシュ ４ コンクリート ５ 鉄筋 ６ ビス ７ コンクリート構造物 ８ 外部電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金藤 ▼しと▲記 東京都港区虎ノ門１丁目15−11 エヌエス エンジニアリング株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄筋コンクリートの表面にチタンメッシ
   ュをモルタルを用いて張り付けてこのチタンメッシュを
   電極として電気防食する構造物において、モルタル表面
   の外側から板状の耐食性金属を張り付けることを特徴と
   する耐食性に優れたコンクリート構造物。
2. 【請求項２】 少なくとも表面が電気絶縁性のビスを用
   いて板状の耐食性金属と鉄筋コンクリートとの間を固定
   することを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた
   コンクリート構造物。
3. 【請求項３】 板状の耐食性金属相互間をシーム溶接あ
   るいはスポット溶接によって固定することを特徴とする
   請求項１又は２に記載の耐食性に優れたコンクリート構
   造物。
4. 【請求項４】 板状の耐食性金属としてチタンあるいは
   チタン合金を用いることを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれかに記載の耐食性に優れたコンクリート構造物。
5. 【請求項５】 板状の耐食性金属としてチタンあるいは
   チタン合金の箔を用いることを特徴とする請求項４に記
   載の耐食性に優れたコンクリート構造物。