JPS6039157B2 - コンクリ−ト構造物の劣化防止法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコンクリート構造物の劣化防止法に関し、特に
コンクリート構造物の使用環境中においてコンクリート
構造物の表面近傍に埋没した金属物体に陰極電流を流す
ことによってコンクリートそのものの変質を防ぎ、鉄筋
材料の防食を行なう方法に関する。

鉄筋コンクリートは、土木、建築業界の主要材料として
広く使用されている。

すなわち、各種の高層建築、建造物をはじめ道路、鉄構
造物の基礎、海洋構造物、海岸河川の護岸用および港湾
施設など長期に亘たって安定した状態を維持する必要が
あるものに対し、大量に使用され、今後もこの頃向は続
くものと考えられる。鉄筋コンクリートは、セメントと
砂、小石などと共に軟鋼材をその内部に埋蔵した状態で
使用するため、セメントが有するアルカリ性によって敏
鋼材の腐食が抑制されるので、長期間に宜って軟鋼材の
強度が維持され、殆んど半永久的にその機能が発揮され
ているのである。

しかし、最近のように使用量が増大すると良好な川砂の
供給が少なくなり、必然的に海砂を使用することが多く
なる。

海砂には塩分（例えば、ＮａＣ１，ＮｇＣ１２などの腐
食性成分）が含まれているため、鉄筋の腐食を促進させ
ることにより、予菱外の短期間でコンクリートが崩壊す
る現象が経験されるようになってきた。この崩壊現象は
、鉄筋の腐食によって発生する腐食生成物（例えば、鉄
錆）の体積膨張にってコンクリートの内部から崩れるも
ので、大気汚染などによってコンクリートが置かれてい
る環境が悪ければ、セメントのアルカリ性を中和される
結果、鉄筋への防錆力が低下し、前記崩壊現象を甚だし
く助長させている。また、海水と直接接触する環境で使
用れるコンクリート類では、海水の侵入作用を受けるた
め、腐食性成分の侵入が多く常に腐食の危険にさらされ
ている。一方、海水の侵入を受けないところでも、大気
中のＣ０２（重油、木材、紙、ごみ類の焼却時には大量
に発生する）が、コンクリートのアルカリ成分と反応し
てこれを中和し、この鉄筋の保護作用を失なわせるので
、工業地帯はもちろんのこと、住宅区域でもコンクリー
トの中性化が起こり、鉄筋の腐食は続くのである。コン
クリート中の鉄筋の腐食は、構造物の強度を司る部分の
崩壊を誘発するので、その影響は甚だ大きく、社会的な
問題になりつつある。

現在、このようなコンクＩＪート中の鉄筋の腐食対策と
しては、鉄筋材料そのものの耐食性を向上させるため、
亜鉛メッキを施した材料を使用したり、コンクリート中
に防錆剤を添加して腐食反応を抑制する方法が行なわれ
ている。

しかし、亜鉛メッキなどを施した鉄筋の耐食性は磯れて
いるもののセメントとの接着力が劣るため、コンクリー
ト構造物としての強度に問題があり、抑制剤の使用も大
量であればやはり強度上の問題があり、少量では効果の
持続期間が短かし、などの欠点がある。

このような状況に鑑み、本発明者は先に特願昭５１一１
１１３７４号において、コンクリート中の鉄鋼材の防食
方法としてコンクリートを流し込んだ直後に鉄筋を陰極
として電流を流す方法を提案した。

しかし、この方法では、コンクリート固化後については
電気の伝導媒体である水分が消失するため電流を流すこ
とが困難であるなどの問題があった。そこで本発明では
、コンクリート固化後使用環境中で電流を流しておくこ
とによって、コンクリートそのものの変質（セメントの
中性化）を防ぎ、水分の侵入作用を防止し、引いては鉄
筋の腐食を防止して、その寿命を延長させることを目的
としてなされたものである。

すなわち本発明は、鉄横材を用いたコンクリート構造物
に対し、コンクリートの表面近傍に埋没させた網目状の
金属物体を陰極とし、コンクリートの外部またはコンク
リート中に埋没させて陽極を設け、該陰陽両極間にコン
クリートを介して電流を通し続けることを特徴とし、こ
れによってコンクリート中のアルカリ成分の溶出を防ぐ
と共に、コンクリートと接している海水や河川水中に含
まれているアルカリ性の金属化合物を電気化学的に引き
寄せてこれをコンクリート中に沈積さてコンクリート構
造物の劣化を防止することを要旨とするものである。

なお、現在、鉄筋すなわち鉄横材に電流を流す方法を採
用している分野（例えば、原子力Ｐ／Ｓ格納容器器な）
もあるが、鉄筋は一般にコンクリートの中心にあり、コ
ンクリート表面からはかなり離れて位置するため「電気
伝導性の悪いコンクリートを通しての電気防食は、それ
だけ効果が少なくなるという欠点があった。

ところで、鉄筋の腐食発生の原因としては、■コンクリ
ートの中性化、■コンクリート中への海水成分の侵入、
などがあげられ、これらには、次のような化学反応が存
在しており、いずれもコンクリートの表面から生起する
。

■の場合、河川水、雨水と接触したコンクリートでは、
表面からアルカリ成分（主としてＣａ）が溶出し、中性
に近づき、鉄筋の腐食作用が起こるようになる。

また、大気中のＳ０２，Ｃ０２が河川水、雨水と共にコ
ンクリート中に侵入し、化学的に中和して鉄錆が発生し
たり、腐食され易いものに変質する。これを、更に詳し
く説明すると、コンクリートが例えばｐＨＩ＄前後の強
アルカリ性に維持されている限り、コンクリート中の鉄
筋の腐食は起こり難い。

このアルカリ性は、コンクリート成分としてのＣａ（Ｏ
Ｈ）２に起因しており、これが河川水、雨水で溶出たり
、Ｃ０２、Ｓ０２などによって中和されると、中性へ移
行する。鉄筋はｐＨ８や７の中性近傍では赤さびを出し
て腐食するのである。■の場合、上記｛１）の場合の作
用と共に、腐食性の強い海水成分（ＮａＣＩやＭｇＣ１
２など）がコンクリートの内部へ侵入し、鉄筋の腐食を
促進する。

従って、本発明方法において、コンクリートの表面近傍
に網目状の金属物体を埋没させ、この金属物体に陰極電
流を流せば、前記した鉄筋の電流を流す従来法の欠点が
解消でき、優れた防食効果が得られる。本発明方法にお
いては、次のような反応が起こり、防食が達成できる。

｛１｝ コンクリート中のアルカリ成分としてのＣａが
河川水や海水中に溶出しようとしても、Ｃａイオンとし
て存在している限り電気化学的に陰極表面に引き止めら
れるので溶出されない。

その結果、コンクリートの中性化が防止され、鉄筋の腐
食を抑制できる。■ 河川水や海水と接触しているよう
なところでは、これらの水中に含まれているＮａ，Ｃａ
，Ｍｇなどのアルカリ性の金属元素を電気化学的に引き
つけることになるので、アルカリ度は更に増加し、鉄筋
の腐食は益々抑制される。

‘３｝ 腐食作用を営むＣ０２（水に溶けてＣＯ毒‐）
、Ｓ０２（水に溶けてＳＯ多‐，Ｓ０４葦‐）、ＣＩ−
なと１は全て陰極によって電気化学的に侵入することが
妨げられるので腐食反応は起こらなくなる。

‘４｝ 長時間電流を流しておくと上記ｍ〜‘３｝の反
応が継続的に起るため、コンクリート表面はアルカリ性
成分で完全に充填されることになり、鰭流を短期間流さ
ないような場合でも海水などの侵入を物理的に防ぐ効果
があらわれ、耐食性に優れたコンクリート表面を形成す
ることになる。すなわち、コンクリート自体が防食性の
強いものに変質する。なお、本発明方法において、コン
クリートそのものは電気伝導性が悪いため、水分がない
状態ではもちろん金属物体に電流が流れず、単に電圧を
かけただけになるが、水中に浸潰されたような状態にな
る場合に、水が浸透し、これが電解質となって電流が流
れるのである。

本発明方法において、コソクＩＪ−トの表面近傍に埋没
させた網目状の金属物体に陰極電流を流す方法としては
、コンクリートの外部に設けた電源を用いる方法、ある
いは陽極として上記金属物体よりも卑金属である亜鉛等
を用いる方法などがある。

なお、後者の方法は海水中のコンクリート構造物に適用
される。また本発明方法において、網目状の金属物体と
しては、通常の欧鋼材、これに亜鉛、アルミニウム、コ
ツケルあるいはクロムなどをメッキしたもの、ステンレ
ス鋼、ニッケル、銅およびそれぞれの合金類などが使用
できるが、コスト面からは通常の敏鋼材、これに上記金
属のメッキを施したものが好ましく、そのうちでも特に
メッキを施したものは電気抵抗となる鉄錆の発生がなく
好ましい。

以下、実施例により本発明方法を更に具体的に説明する
。

実施例 １ 市販のボルトランドセメント２０に川砂８０（重量比）
を加えてよく混合し、水を加えて泥状として横１５ｃｍ
、縦３０ｃｍ、幅３弧の木製の枠に流し込んだ。

この木製枠の中心部には縄鋼製の直径５肋の鉄筋を３本
等間隔にならべ、また直径０．８狐の敏鋼材で造った１
伽目盛の網をコンクリート表面から０．５肌のところに
埋設できるように予め準備しておいた。このようにした
製造した試験用コンクリートブロックの概略図を第１図
に示す。

第１図Ａは正面図、第１図Ｂは上面図、第１図Ｃは側面
図で、図中、１は鉄筋、２は金網、３はコンクリートで
ある。

上記コンクリートブロックは、第２図に示すように、中
央の鉄筋１はそのままとし、表面に埋設した金網２を陰
極とし、伝粒を流せるように端子に設け、必要に応じて
電源（６Ｖ、３船容量のシリコン整流器）４と接続でき
るようにセットした。

また、陽極５としては磁性酸化鉄製の不溶性電極を用い
た。なお、図中、６は水槽壁、７は流体（工業用水、海
水）を流す場合の流れ方向をそれぞれ示す。試験は次の
ような方法によつ行ない、電流を流したそのと流さない
ものとを比較して、本発明方法の効果を評価した。

｛１１ コンクリートブロックを工業用水の流れるとこ
ろに約２／３愛潰し、金網２を陰極として３００〜５０
仇ｈＡの電流を流し、２年の後取り出してコンクリート
ブロックを割って、金網２と鉄筋１の発錆状況を確認し
た。

ただし、この場合のコンクリートブロックには、川砂に
塩分（ＮａＣＩ）を添加したも使用し、海砂を使用した
場合を想定してその影響をも調べた。

｛２〕 清浄な海水の流れる中にコンクリ−トブロツク
を約２′３浸潰し、金網２を陰極として３００〜５０仇
ｈＡの電流を流し、２年間放置した後コンクリートを破
壊し、金網２および鉄筋１の発錆状況を調べた。

｛３｝ コンクリートブロックをＳ０２１０岬ｐｍ、Ｃ
０２２００ｐｐｍ含む環境中に静層し、１日に２回水道
水を２び分間スプレーする操作を６ケ月間続け、上記川
，‘２｝と同様の発錆錆状況を調べた。

なお、この場合も金網２を陰極として３００〜５０仇ｈ
Ａの電流を流した。上記｛１｝の試験結果は第１表に示
す通りであった。

第１表 ※工業用水に浸潰していたコンクリートの部分について
フェノールフタレン指示薬を用いて測定した。

反応なし・・・・・・無色のまま（中性）。反応大・・
・・・・強い赤色を呈した（強アルカリ）第１表から明
らかなように、陰極電流を流さない通常のコンクリート
ブロックでもＪＩＩ砂の中に塩分が含まれていないもの
は鉄錆の発生は比較的少ないが、川砂中の塩分量が増加
すると鉄筋はもちろん金網にもかなりの鉄錆の発生が認
められる。

しかし本発明方法を実施したものは、塩分を含んでいる
場合でも、電流を流している金網はもちろん鉄筋にも発
錆はなく健全な状態を示している。また、アルカリ度も
、電流を流さないものはかなり中性化しているが、本発
明方法を実施したものは強いアルカｌ」度を維持してい
る。この結果、鉄筋に陰極電流を流しておくことによっ
て、コンクリート中のアルカリ成分の水中への熔出が電
気化学的に抑制され、長期に亘つて金網や鉄筋の発錆を
防ぐようなアルカリ性の環境を維持するものと推定され
る。

上記■の試験結果は第２表に示す通りであった。第２表 ※第１表と同じ。

第２表から明かなように、上記‘１｝の場合よりさらに
良好は本発明方法による効果が認められる。

すなわち、｛２）の試験ではコンクリートブロックを腐
食性の強い海水中に浸潰しているため、たとえ川砂に塩
分を含まないものを使用したブロックであっても、金網
、鉄筋に発錆は認められるが、本発明方法を実施したも
のは全く発錆がなく健全である。それのみか、電流を流
した金網近傍のコンクリートは外観的に白色化が認めら
れ、これがコンクリートの細かい隙間を充填しかつ強い
アルカリ性を呈している。これは、陰極電流を流すこと
によって、コンクリート中のアルカＩＪ成分の溶出を防
止すよと共に、コンクリートと接する海水中のＣａ，Ｍ
ｇイオンを電気化学的に引き寄せ、コンクリートそのも
のを防食性の強いものに変質させてるものと考えられる
。上記【３｝の試験結果は第３表に示す通りであった。

第３表 ※ 第１表と同じ。

反応小・・・・・・弱い赤色を呈した（弱アル力ＩＪ）
この試験では、コンクリートブロックが定期的に乾燥と
湿潤を繰返し、その上環境が非常に腐食性である（酸性
の強いガス成分を含む）ため、コンクリートのアルカリ
性が早期に中和されるのみばかりでなく、更に酸性側に
移行する条件が構成されている。

従って、電流を流さないコンクリートブロックでは、金
網、鉄筋は錆の発生と共に局部的に腐食の進行が顕著で
、金網の一部が切断されている様子が観察された。しか
し本発明方法を実施したものでは、このような環境でも
金網には全く異常は認められず、鉄筋の軽微な発錆が見
られたに過ぎない。実施例 ２ 市販のボルトランドセメント２０に川砂８０（重量比）
を加えてよく混合し、水を加えて泥状とした後、機１５
仇、縦３０肌、幅３伽，６仇，１０仇，１５仇，２０仇
の各木製枠に流し込んだ。

この木製枠の中心部には歌鋼製の直径５肌の鉄筋１本を
設置し、また直径０．８風の軟鋼材で製造した１肌目盛
の絹をコンクリート表面から０．５仇のところに埋設で
きるように予め設置しておいた。このようにした製造し
た試験用コンクリートブロックは第１図とほぼ同形であ
るが、幅寸法のみ異なり、コンクリート表面と鉄筋との
距離は、概略、幅３ｃ双のコンクリートブロックでは最
短１．３肌、幅３仇で２．８仇、幅１０仇で４．８仇、
幅１５仇で７．３肌、幅２奴次で９．８仇となる。

上記コンクリートブロックは、鉄筋にも端子を設けてこ
れをコンクリートの外部へ出るようにして陰極として使
用できるようにし、金網にも実施例１と同様にし陰極と
し、電源その他の要領は第２図と同様にしてセットした
。

試験方法は、清浄な海水中にコンクリートブロックを約
２／３浸潰し、鉄筋または金網を陰極として３００〜５
０仇ｈＡの電流を流し、２年放置後、コンクリートブロ
ックを波壊し、金網および鉄筋の発錆状況を調べること
によって行なった。

結果は第４表に示す通りであった。

第４表 （注） 鉄筋の発錆腐食は全試験コンクリートブロック
とも認められなかった。

第４表から明らかなように、鉄筋に電流を流した場合、
鉄筋はどのコンクリ−トブロックにおいても発錆はなく
良好であるが、金網は幅６弧のものにもすでに発錆があ
り、幅が大きくなる程発錆（腐食）が顕著となり、幅２
０ｃｍのものでは全面が完全に錆で覆われ、赤錆がコン
クリートにも移転している程である。

これは、陰極電流が流れているもの自体は腐食されず、
またその近傍のコンクリートのみが腐食環境から保護さ
れていることを示しており、従って、陰極電流が流れて
いるものから遠い位置で、しかも海水に近いところのコ
ンクリートは、完全に中性化され、海水成分の浸入によ
って腐食され易い状態に変質していることが判る。一方
、金網に電流を流した場合は、金網の発錆がなく、しか
もこの位置で海水成分お侵入を防止することになるので
、中央部の鉄筋も幅の大小を問わず錆の発生はなく健全
な状態を呈している。実施例 ３ 実施例１と同じ材料を用いて第３図および第４図に示す
コンクリートブロックを調製した。

第３，４図において、それぞれ■は横断面図、‘靴ま縦
断面図であり、第１，２図と同一符号は第１，２図と同
一部分を示し、４は亜鉛板、４′は亜鉛を網状としたも
のである。すなわち、第３図に示すものは、コンクリー
ト３の表面に亜鉛板４を取付け、その一部を金網２と導
線で絡結させ、亜鉛板４と金網２の電位差によって電流
を流すものであり、第４図に示すものは、亜鉛を絹状４
′をしてコンクリート３中の金網２の更に外側に埋没さ
せ、導線で絡結させ、第３図と同機に電位差によって電
流を流すものである。

第３図，４図のコンクリートブロックについて実施例１
を同様の試験を行なったところの、第３，４図のいずれ
においても、鉄筋１、金網２の優れた防鏡効果が得られ
た。

ただし、第４図の場合は、コンクリート３中で絹状亜鉛
４′の溶出があり「溶出した亜鉛はコンクリート３の間
隙を充填して他成分の入を防ぐ作用はあるが、亜鉛が溶
出しつくすと補うことができないため寿命的に問題があ
る。以上説明したように、コンクリートの鉄筋が表層部
近傍に存在するものであれば、これに陰極電流を流すこ
とにより効果をあげることができるが、鉄筋は一般に中
央部に存在する場合が多いので、本発明方法のように表
層部に網目状の金属物体を設け、これに陰極電流げ流す
ことにより目的を達成することができる。

なお、本発明の実施例では陰極となる網目状の金属物体
の埋没位置をコンクリート表層部から０．５肌の位置と
したが、使用する環境やコンクリ−ト構造物の大小によ
っては、この位置は本発明の作用原理を失なわない範囲
で適宜変化させるこことができる。

また、上記金属物体としては、通常の欧鋼材を使用する
ことができるので、コンクリート構造物の強度の向上に
も役立つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１，３，４図は本発明の実施例に用いた試験用コンク
リートブロックの概略図、第２図は本発明の実施例を用
いた試験態様を示す概略図である。 オー図 オ２図 ダ３図 ガム図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄構材を用いたコンクリート構造物に対し、コンク
   リートの表面近傍に埋没させた網目状の金属物体を陰極
   とし、コンクリートの外部またはコンクリート中に埋没
   させて陽極を設け、該陰陽極間のコンクリートを介して
   電流を通すことを特徴とするコンクリート構造物の劣化
   防止法。