(57)【要約】橋および建造物ファサードのような鋼材によって補強されたコンクリート体の陰極防食は、コンクリート体（６，１０，２１）へ挿入されたカーボン材料（３，１２，２３）によって実現される。腐食性塩化物イオンが鋼製補強材から離れて移動するように、カーボン材料が陽極として機能するように接続され、鋼製補強材（１，１１，２２）が陰極として機能するように接続される。カーボン材料が補強材としても機能するように挿入される。ある構成において、ポストテンション・スチール・ケーブル（１）の周囲に固定された内部グラウト充填プラスチック・ダクトと外部グラウト充填プラスチック・ダクト（２，４，５）との間に、カーボン繊維材料が与えられる。他の構成において、カーボン・ロッド（１２）またはピン（２３）が、コンクリート体（２３）と鋼製Ｉ形鋼（２２）との間に固定される。
2005520929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土木工学構造物または建築構造物のような構造体の陰極防食のための電極デバイスにおいて、
前記電極デバイスが、前記構造体内の補強材として組み込まれたカーボン材料（３，１２，２３）を含むことを特徴とする、電極デバイス。
【請求項２】
前記構造体が、主補強用鋼材（１，１１，２２）を含むコンクリート体６，１０，２１を含み、前記カーボン材料（３，１２，２３）によって与えられる補強は前記鋼材による補強に対して補助的であることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記カーボン材料（３）が、結合材の内部に埋め込まれて前記結合材と共に複合構造を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記カーボン材料（１２，２３）が、前記構造体と関係して固定され、構造的な結合特性または支持特性を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記カーボン材料（１２，２３）が、結合材（１３）によって前記構造体と関係して固定されることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記結合材が、セメント状用材であることを特徴とする、請求項３または５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記結合材が、導電性樹脂であることを特徴とする、請求項３，５または６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記結合材が、前記構造体に対して使用される建築材料と同じであることを特徴とする、請求項３あるいは５〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記カーボン材料（３）が、フレキシブルな繊維の性質を持つことを特徴とする、請求項３あるいはこれに従属するいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記カーボン材料（１２，２３）が、剛体の性質または自立した性質を持つ物体であることを特徴とする、請求項４あるいはこれに従属するいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記カーボン材料（３）が、前記構造体の主補強材（１）を囲むシースの少なくとも一部を形成することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
前記主補強材が、細長い補強用部材（１）を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記細長い補強用部材（１）が、張力を加えられたスチール・ケーブルであることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記シース（３）が、前記細長い補強用部材（１）を囲む内部透過性ダクト（２）の周囲に取り付けられることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記内部透過性ダクト（２）が、プラスチック管であることを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記シース（３）が、外部ダクト（４，５）の内側に囲まれることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１７】
前記外部ダクト（４，５）が、前記結合材で充填されることを特徴とする、請求項３または５に従属する場合の請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記剛体の物体または自立している物体が、前記構造体の分離可能な部分（２１）の間に固定された細長い部材（２３）であることを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記剛体の物体または自立している物体が、前記構造体の一部分（１０）と主補強材（１１）との間に固定された細長い部材（１２）であることを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記主補強材（１１）が、固定されたスチール構造のＩ形鋼であることを特徴とする、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記細長い部材（１２）が、一方の端部において、前記Ｉ形鋼（１１）内の穴へ延び、前記Ｉ形鋼に対して絶縁されており、他方の端部において、前記構造体の前記一部分（１０）内の通路（１３）へ延びて前記通路（１３）の内部で固定されていることを特徴とする、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
細長いリンク部材（２０）が、前記構造体の前記一部分（２１）と前記主補強材（２２）との間に固定され、前記細長い部材（２３）が、前記リンク部材（２０）と前記構造体の前記一部分（２１）との間に前記リンク部材（２０）と交差して延びることを特徴とする、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記カーボン材料（３，１２，２３）が分散されて電気的に接続され、複数の個別の陰極防食領域を設けることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２４】
電極が、前記カーボン材料（３，１２，２３）の別々の部分であってその間に絶縁体または間隙を有する別々の部分を用いて設けられることを特徴とする、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
電極が、前記カーボン材料の固有抵抗によって分離されるように十分に離間している前記カーボン材料（３，１２，２３）の別々の部分、を用いて設けられることを特徴とする、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記カーボン材料（３，１２，２３）がd.c.電源の陽端子へ接続され、前記d.c.電源の陰端子が前記構造体の主補強材（１，１１，２２）へ接続されることを特徴とする、請求項１〜２５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２７】
前記カーボン材料（３，１２，２３）に対する電気的接続が、前記カーボン材料に押しつけられたかまたは固定された導体によって達成されることを特徴とする、請求項１〜２６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２８】
鋼材によって補強されたコンクリート材料を含む構造体の陰極防食のための請求項２に記載の電極デバイスを形成する方法であって、カーボン材料が前記コンクリート材料のための補強材として前記コンクリート材料内に組み込まれている、電極デバイスを形成する方法。
【請求項２９】
前記カーボン材料が、前記鋼材の腐食が発生した後に、予め形成された構造体へ組み込まれる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記鋼材がスチール・ケーブルを含み、前記カーボン材料が前記スチール・ケーブルの周囲に巻かれたフレキシブルな繊維材料を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記鋼材が前記コンクリート材料に隣接したＩ形鋼を含み、前記カーボン材料が、前記コンクリート材料を貫いて前記Ｉ形鋼へ挿入されて前記コンクリート材料と前記Ｉ形鋼との間のリンクとして機能する固体ロッドを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記鋼材が前記コンクリート材料に隣接したＩ形鋼を含み、金属ロッドが前記コンクリート材料を貫いて前記Ｉ形鋼へ挿入され、前記カーボン材料が、前記つなぎロッドを横断して前記コンクリート材料へ挿入されて前記つなぎロッドと前記コンクリート材料との間のリンクとして機能するピンを含む、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、構造体、特に、鋼材によって補強されたコンクリート体の陰極防食において使用される電極デバイスに関する。
【０００２】
コンクリート内の鋼製補強材の腐食は、塩化物イオンの存在によって大いに加速される。これは、鋼材によって補強されたコンクリートに浸透するであろう塩（塩化ナトリウム）がコンクリート道路表面の除氷のために使用される場合に、特に問題になる。
【０００３】
（陰極性の）鋼製補強材および近接する陽極デバイスの間に電流を流して、塩化物イオンが鋼製補強材から離れて移動するのを促す方法が周知である。
【０００４】
適切な電気的性質を有し、悪条件であろう状態における長期間の使用に耐えるために十分に耐久力があり、広いコンクリート領域を覆う広範囲の使用のために費用および設置の便の点で適している材料、から陽極デバイスを作成することが要求される。
【０００５】
周知の１つの材料は、主陽極が挿入された穴へ注入される固定可能な（settable）カーボンゲルである。
【０００６】
他の周知の材料は、表面被覆剤として塗られるカーボン塗料である。
【０００７】
さらに他の周知の材料は、メッシュ，リボンまたは管状構造のような適切な成形構造へ形成された、導電性混合金属酸化物被覆（conductive mixed metal oxide coating）を備えるチタン基板である。
【０００８】
他の周知の材料は、電気的コンタクトが挿入された管状構造として形成された導電性セラミック材料である。
【０００９】
これらの周知の材料は、効率性（operational efficiency）および／または耐久性および／または製造もしくは設置の便の点で欠点を有し得る。特に、周知の材料が、保護される構造体への追加の構造の導入を要求し、これが不便であり、しかも当該構造体の構造的な完全さを損う可能性があるという問題が存在する。
【００１０】
本発明の目的は、土木工学構造物および建築構造物の保護において特に使用され、十分な耐久性と効率性を備え、構造体内に便よく組み込むことができる改良された電極デバイスを提供することである。
【００１１】
したがって、本発明の１つの態様によれば、土木工学構造物または建築構造物のような構造体の陰極防食のための電極デバイスにおいて、当該電極デバイスが、構造体内の補強材として組み込まれたカーボン材料を含むことを特徴とする電極デバイスが与えられる。
【００１２】
この構成によれば、電極デバイスが、陰極防食と構造的な補強という二元的な機能を果たし、そしてそれによって構造体内の電極デバイスの組み込みが著しく便利かつ有益な方法で実行できる。
【００１３】
補強とは、構造体の全体的な強度または完全さに寄与するような構造的な補強効果または支持効果を意味する。
【００１４】
この寄与は重要であるが、この寄与は、鋼材のような主補強材による補強に対して補助的なものであろう。したがって、好ましくは、構造体が、主補強用鋼材を備えるコンクリート体を含み、カーボン材料によって与えられる補強は当該鋼材による補強に対して補助的なものである。
【００１５】
カーボン材料の組み込みは、構造体の最初の建設の際に実行することができ、あるいは、例えば主補強材との境界もしくは結合部において分離を生じさせるであろう主補強材の腐食によって構造体が弱くなった場合の修繕のように後で実行することができる。
【００１６】
カーボン材料によって与えられる補強は、内部にカーボン材料が埋め込まれて共に複合構造を形成する結合材と、当該カーボン材料との相互作用の結果であってもよい。
【００１７】
代わりに、カーボン材料によって与えられる補強は、カーボン材料自身の構造的な結合特性または支持特性の結果であってもよい。この場合において、カーボン材料は、結合材によってまたは他のあらゆる適切な手段によって構造体と関係して固定できる。
【００１８】
上述の結合材は、セメント状用材および／または適切な（例えば導電性の）合成重合体材料もしくは樹脂とすることができる。結合材は、構造体に対して主に使用される建築材料と同じ材料であってもよく、あるいは、構造体内にカーボン補強材と共に組み込まれる追加の材料であってもよい。
【００１９】
カーボン材料は、あらゆる適切な形態とすることができる。カーボン材料が上述のように結合材と複合構造を形成する場合には、好ましくは、カーボン材料はフレキシブルな繊維の性質を持つ、すなわち、カーボン材料は、独立した繊維または繊維の束として使用でき、あるいは、織られたかもしくは組み立てられた織物ストリップまたは織物シートとして使用できる、繊維の性質またはフィラメントの性質を持つ。
【００２０】
カーボン材料についての他の形態も可能であり、例えば剛体の性質もしくは自立した性質を持ってもよく、特に、カーボン材料自身から生じるその結合特性または支持特性を得るために、上述したようにカーボン材料が使用される場合には、特に固体ロッドのような固体とすることができる。
【００２１】
好ましい１つの実施の形態において、カーボン補強材は、構造体内部の主補強材を囲むシース（sheath）として、あるいはシースの一部として用いられる。したがって、細長い補強部材を囲むプラスチック管のようなダクトの周囲に利用することにより、カーボン材料は、張力を加えられたスチール・ケーブルのような細長い主補強部材の周囲の管状のシースとして使用できる。ダクトは、透過性があり、例えば意図的にまたは破損の結果として穴があいており、ダクトを通り抜ける電解経路（electrolytic passage）を与え得る。カーボン材料のシース自身は、プラスチック管のようなさらなる外側のカバーまたはダクトの内部で囲まれてもよく、外側のカバーまたはダクトは、好ましくは細長いシートまたはハーフ（sheets or halves）から組み立てることができ、外側のダクトの内側の内部空間は、上述の結合材のような適切な（例えば導電性の）重合体材料および／またはセメント状用材で例えば充填できる。
【００２２】
さらなる好ましい実施の形態において、カーボン補強材は、リンキング部材として、あるいは構造体を適所に維持するのに役立つ挿入アンカー，つなぎ材または支持物として使用される。この場合に、カーボン材料は、ロッド，チューブまたは他の細長い部材を含むことができ、これらの部材は、構造体の分離可能な部分の間に固定でき、あるいは、構造体の一部分と、固定されたスチール構造のＩ形鋼のような主補強材との間に固定でき、または構造体の一部分と、好ましくは構造体の一部分と主補強材との間のセメント質充填材もしくは他の充填材を含む他の支持物との間に固定できる。カーボン材料は、例えばセメント結合によって適所に接着でき、および／またはボルト留めでき、そうでなければ機械的に固定できる。
【００２３】
したがって、ある実施の形態において、細長い部材は、一方の端部において、Ｉ形鋼内の穴へ延び、Ｉ形鋼に対して絶縁され、反対側の端部において、構造体の前記一部分内の通路へ延び、この通路の内側で固定される。
【００２４】
さらなる実施の形態において、細長いリンク部材が前記構造体の一部分と主補強材との間に固定され、前記細長い部材は当該リンク部材と前記構造体の一部分との間で当該リンク部材に交差して延びる。
【００２５】
本発明は、外側および内側（external and internal）ポストテンション橋および建造物ファサードを含むがこれに限られない、あらゆる適切な構造体に適用できる。
【００２６】
カーボン材料は、意図された使用法および環境に依存して、例えば鋼材によって補強されたコンクリート構造体の場合には当該鋼材の形態に依存して、必要に応じて配置され電気的に接続されることができる。したがって、カーボン材料を分散し接続して、保護が要求される領域中に広がる複数の個別の電極を設けることができる。間に絶縁体または間隙を備えるカーボン材料の別々の部分を用いることにより、複数の電極を設けることができる。代わりに、カーボン材料の別々の部分を用いることによって分離を達成することができ、これらのカーボン材料の別々の部分は、カーボン材料の固有抵抗がこれらの部分の間の分離を達成できるように十分に離間している。
【００２７】
一般的な実施によれば、コンクリート保護の場合、カーボン材料は鋼製補強材にごく近接して（例えば約２５ｍｍ）好ましくは取り付けられ、このような補強材の領域の上に広く分散される。カーボン材料が鋼製補強材と結合してあるいはこれにごく近接して補強のためにも使用される限りにおいて、カーボン材料と鋼製補強材との間に絶縁材料および／または電解質の（例えばセメント質の）材料を介在させることが必須であるかまたは望ましいであろう。
【００２８】
また、一般的な実施によれば、特にコンクリート保護の場合、カーボン材料はd.c.電源の陽端子へ好ましくは接続され、鋼材のような主補強材が陰端子に接続される。電源は、ローカルまたはリモートとすることができ、必要に応じて適切に制御されて定電流特性，定電圧特性または定電位特性を保持し、および／または規則的にまたは不規則的に電源を遮断して電力消費量を最小限に抑えることができ、またはモニタなどをすることができる。
【００２９】
カーボン材料への電気的接続はあらゆる適切な方法で実現でき、したがって、例えば導電性コイル，導電性ワイヤ，導電性ストリップ，またはカーボン材料に押しつけられもしくはこれに固定されたチタンストリップのような導電性プレート、のような導体を含むことができる。
【００３０】
電解電流（electrolytic current）の導入のための電極としてのカーボン材料の使用に加えてあるいはこれの代わりに、カーボン材料は、鋼製補強材の腐食状態をモニタするための１つまたは複数のモニタ電極を提供するために使用できる。代わりにまたは加えて、カーボン材料と異なる他の電極を、モニタのために使用できる。
【００３１】
例えば、補強能力に有害な影響を生じさせることなく、保護電流の流れを自動的に低減するかまたは消滅させることにより、電極を制御およびモニタして水素脆化の開始を回避できる。これは、例えばセキュア・インターネット・アクセスを含む適切なネットワーク・リンクによってリモートで実現できる。
【００３２】
本発明は、また、鋼材によって補強されたコンクリート材料を含む構造体の陰極防食のための電極デバイスを形成する方法も提供し、ここにおいて、カーボン材料は、コンクリート材料のための補強材としてコンクリート材料内に組み込まれる。
【００３３】
この方法の１つの実施の形態において、鋼材の腐食が生じた後に、カーボン材料が、予め形成された構造体へ組み込まれる。
【００３４】
さらなる実施の形態において、鋼材はスチール・ケーブルを含み、カーボン材料は、スチール・ケーブルの周囲に巻かれたフレキシブルな繊維材料を含む。
【００３５】
さらなる実施の形態において、鋼材はコンクリート材料に隣接したＩ形鋼を含み、カーボン材料は、コンクリート材料を貫いてＩ形鋼へ挿入されてコンクリート材料とＩ形鋼との間のリンクとして機能する固体ロッドを含む。
【００３６】
さらなる実施の形態において、鋼材はコンクリート材料に隣接したＩ形鋼を含み、金属ロッドがコンクリート材料を貫いてＩ形鋼へ挿入され、カーボン材料は、つなぎロッドを横断してコンクリート材料へ挿入されてつなぎロッドとコンクリート材料との間のリンクとして機能するピンを含む。
【００３７】
本発明の選択的な実施例の概略図である添付図面１〜３を参照して、実施例のみとして本発明をさらに説明する。
【００３８】
図１を参照すると、橋または他の土木工学構造物において使用できるような、プラスチック・ダクト２の内側に囲まれたポストテンション・スチール・ケーブル１の断面図が示される。
【００３９】
スチール・ケーブル１の腐食を生じさせる、ダクト２を通り抜ける漏れは、プラスチック・ダクト２の周囲に巻かれた、例えば織物状被覆用材（woven sheeting）のようなカーボン繊維被覆用材３の利用を含む修繕によって改善される。
【００４０】
これは、当該被覆用材の周囲に、２つの殻またはハーフパイプ４，５から組み立てられるさらなるダクトを固定させることによって適所に維持される。
【００４１】
２つの殻４，５によって定まる外部ダクトの内部は、グラウト６で充填される。
【００４２】
スチール・ケーブル１は、d.c.保護回路の陰極性へ接続される。これは、テンドン・アンカー・ポイント、あるいはケーブルに沿った他の容易に利用できるポイントにおいて容易に実現できる。
【００４３】
カーボン材料３は、例えばカーボン材料へ張りつけられたチタン・コンタクト・ストリップ（contact strip）によって陽極性へ接続される。
【００４４】
外部ダクト４，５の内側のセメント状グラウト６、そしてまたダクト２の内側のセメント状グラウト６は、スチール・ケーブル１とカーボン材料３との間に電解媒質（electrolytic medium）を与える。ダクト２を通り抜ける電流の経路が、ダクト２の破損または亀裂によって、および／または意図的に設けられた穴によって定められた通路のために生じる。
【００４５】
カーボン材料３は、穴のあいた内部ダクト２の周囲に支持と補強を与えるように機能し、陽極としても機能する。
【００４６】
図２は建造物内の鋼製Ｉ形鋼１１によって支持された石造りファサード（masonry facade）１０を示し、石造りファサード１０とＩ形鋼１１との間にセメント状充填材（図示せず）を備える。
【００４７】
Ｉ形鋼１１からの石造りファサード１０の危険な剥離を改善するために、カーボン・リンク・ロッド１２が、石造りファサード１０とＩ形鋼１１との間に固定される。
【００４８】
一方の端部において、ロッド１２は、セメント状グラウト１３によって石造りファサード１０内の穴内に固定される。その他方の端部において、ロッドは、鋼材とカーボン・ロッド１２との間に設けられた絶縁用スリーブ１４である、Ｉ形鋼内の穴を貫く機械的連結装置によってＩ形鋼１１へ固定される。
【００４９】
カーボン・ロッド１２は補強用つなぎ材および陽極として機能する。鋼材は陰極接続を与える。
【００５０】
図３はファサード修復も示す。
【００５１】
図２では、内部アクセスが必要とされる。
【００５２】
図３では、外部アクセスのみが必要とされる。
【００５３】
鋼製リンク２０は、ショットファイヤ（shot-fired）されて鋼製Ｉ形鋼２２に接続する。このリンク２０は、横断カーボン・ロッドまたはピン２３によって石造りファサード２１へ固定され、ロッドまたはピン２３は、ロッドまたはピン２３がリンク２０を貫いて延びる場合に適切なスリーブによってスチール・リンク２０から絶縁される。
【００５４】
カーボン・ロッド２３は陽極として接続され、スチール・リンク２０は陰極として接続される。セメント状充填材（図示されない）が石造りファサード２１とＩ形鋼１１との間に与えられる。
【００５５】
本発明は、例のみとして説明した上述の実施の形態の細部に限定されることを意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の選択的な実施例の概略図である。
【図２】本発明の選択的な実施例の概略図である。
【図３】本発明の選択的な実施例の概略図である。
【図１】
2005520929.tif 000003
【図２】
2005520929.tif 000004
【図３】
2005520929.tif 000005
【国際調査報告】
2005520929.tif 000006
2005520929.tif 000007