(57)【要約】【課題】鋼材に対する水素の侵入が、あまりコストをかけることなく抑制できるようにする。【解決手段】まず、第１工程Ｓ１０１で、鋼材の表面に水素侵入防止膜を形成し、鋼材を水素侵入防止膜で覆う。ここで、水素侵入防止膜は、四酸化三鉄から構成する。例えば、よく知られた四三酸化鉄処理により、鋼材の表面を覆う状態に、四酸化三鉄からなる水素侵入防止膜が形成できる。次に、第２工程Ｓ１０２で、水素侵入防止膜で覆われた鋼材をアルカリ環境中に配置して鋼材に対する水素の侵入を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材の表面に水素侵入防止膜を形成して前記鋼材を前記水素侵入防止膜で覆う第１工程と、
前記水素侵入防止膜で覆われた前記鋼材をアルカリ環境中に配置して前記鋼材に対する水素の侵入を防止する第２工程と
を備え、
前記水素侵入防止膜は、四酸化三鉄から構成することを特徴とする水素侵入防止方法。
【請求項２】
請求項１記載の水素侵入防止方法において、
前記アルカリ環境は、コンクリートであり、前記第２工程では、前記水素侵入防止膜で覆われた前記鋼材をコンクリートに埋設することを特徴とする水素侵入防止方法。
【請求項３】
鋼材と、
前記鋼材の表面に形成されて前記鋼材を覆う水素侵入防止膜と、
前記水素侵入防止膜で覆われた前記鋼材が配置されるアルカリ環境と
を備え、
前記水素侵入防止膜は、四酸化三鉄から構成されていることを特徴とする鋼構造。
【請求項４】
請求項３記載の鋼構造において、
前記アルカリ環境は、コンクリートであり、前記水素侵入防止膜で覆われた前記鋼材はコンクリートに埋設されていることを特徴とする鋼構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物に用いられている鉄筋および鉄鋼などの鋼材における水素脆化の原因となる水素の侵入を防止する水素侵入防止方法および鋼構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建造物などの構造物では、遅れ破壊が問題となることがある。遅れ破壊とは、静的な負荷を受けているある条件下で使用している鋼材などが、ある時間の経過後、外見上ではほぼ塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破壊する現象である。この遅れ破壊のメカニズムは十分に解明されていないが、水素が金属に侵入して延性が失われることによる水素脆性によるものと考えられている。例えば、鉄筋コンクリートの鉄筋などのコンクリートに埋設されている鋼材では、アルカリ性と推定されるコンクリート中の環境で、応力・鉄鋼種別などにより、水素脆化が生じるとする報告と生じないとする報告があり，検討が続けられている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】齋藤博之、藤本憲宏、澤田孝、「高強度鋼への水素侵入効率」、電気化学会第７９回大会講演予稿集，２０５頁、２０１２年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した水素脆性を抑制するために、水素が侵入しても金属組織内に強く束縛されて金属組織に影響しない材料の検討、また、鋼材の合金組成を検討するなど、種々の水素脆性対策技術が模索されている。しかしながら、これらの手法では、鋼材の強度などの特性が変化し、所望の特性が得られない場合があるなどの問題がある。また、いずれにしても鋼材を用いている場合、コンクリート内という環境であっても鋼材の表面で水素が発生する可能性は現段階では否定できない。発生した水素が鋼材に吸着し、鋼種によっては水素脆性を引き起こす発端となり得る。従って、条件によっては水素脆性が引き起こされてしまう可能性があるという問題がある。
【０００５】
一方、鋼材における電位を制御することで水素の侵入を抑制しようとする技術も提案されている。しかしながらこの場合、施工や維持のために多額のコストが必要となるという問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、鋼材に対する水素の侵入が、あまりコストをかけることなく抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る水素侵入防止方法は、鋼材の表面に水素侵入防止膜を形成して鋼材を水素侵入防止膜で覆う第１工程と、水素侵入防止膜で覆われた鋼材をアルカリ環境中に配置して鋼材に対する水素の侵入を防止する第２工程とを備え、水素侵入防止膜は、四酸化三鉄から構成する。なお、アルカリ環境は、コンクリートであり、第２工程では、水素侵入防止膜で覆われた鋼材をコンクリートに埋設する。
【０００８】
また、本発明に係る鋼構造は、鋼材と、鋼材の表面に形成されて鋼材を覆う水素侵入防止膜と、水素侵入防止膜で覆われた鋼材が配置されるアルカリ環境とを備え、水素侵入防止膜は、四酸化三鉄から構成されている。なお、アルカリ環境は、例えばコンクリートであり、水素侵入防止膜で覆われた鋼材はコンクリートに埋設されている。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したことにより、本発明によれば、鋼材に対する水素の侵入が、あまりコストをかけることなく抑制できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における水素侵入防止方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における鋼構造の一部構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における水素侵入防止方法を説明するためのフローチャートである。
【００１２】
まず、第１工程Ｓ１０１で、鋼材の表面に水素侵入防止膜を形成し、鋼材を水素侵入防止膜で覆う。ここで、水素侵入防止膜は、四酸化三鉄から構成する。例えばよく知られた四三酸化鉄処理により、鋼材の表面を覆う状態に、四酸化三鉄からなる水素侵入防止膜が形成できる。
【００１３】
次に、第２工程Ｓ１０２で、水素侵入防止膜で覆われた鋼材をアルカリ環境中に配置し、鋼材に対する水素の侵入を防止する。アルカリ環境は、例えば、コンクリートである。第２工程では、上述したように水素侵入防止膜で覆われた鋼材を、コンクリート中に埋設すればよい。鋼材は、例えば鉄筋であり、表面が水素侵入防止膜で覆われた鉄筋をコンクリート中に埋設することで、鉄筋に対する水素侵入が防止された鉄筋コンクリート構造が得られるようになる。
【００１４】
上述した水素侵入防止方法による構造は、図２に示すように、鋼材２０１と、鋼材２０１の表面に形成されて鋼材２０１を覆う水素侵入防止膜２０２と、水素侵入防止膜２０２で覆われた鋼材２０１が配置されるアルカリ環境２０３とから構成されるものとなる。前述したように、水素侵入防止膜２０２は、四酸化三鉄から構成されている。また、アルカリ環境２０３は、例えば、コンクリートである。鋼材２０１が鉄筋であり、アルカリ環境２０３がコンクリートであれば、これは鉄筋コンクリート構造となる。
【００１５】
ここで、アルカリ中で表面に被膜のない鉄鋼（鋼材）に対する水素の侵入は、非特許文献１に記載されているように、水が電子を受け取って吸着水素と水酸化物イオンになる反応で律速されている。吸着水素は、鋼材に侵入する場合と、鋼材表面で再結合して気体水素として拡散する場合とがある。吸着水素の鋼材への侵入抑制は、従来は検討されてこなかった。このような、吸着水素の鋼材への侵入抑制は、鋼材表面に拡散障壁となる水素侵入防止膜を形成すればよい。具体的には、鋼材表面に均一な四酸化三鉄被膜を形成すればよい。
【００１６】
水素の拡散係数として、緻密な四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）は、鋼の拡散係数よりも２桁以上小さい。このため、鋼材表面に均一な四酸化三鉄被膜が形成されていれば、２桁以上の水素侵入速度の低下が見込める。また、四酸化三鉄の被膜は、よく知られた四三酸化鉄処理により形成可能であり、ほう酸，チオシアン酸アンモニウムなどの添加を必要としないため、形成が容易である。
【００１７】
ところで、水素侵入防止膜が不均一な場合、水素侵入を抑制できない場合がある。水素侵入防止膜が不均一であると、この不均一性から電位差を生じて電池が形成される懸念があり、この結果、水素の生成量を増大させる場合がある。生成する水素の量が増大すると、結果として水素侵入を抑制できない可能性がある。従って、水素侵入防止膜は、均一に形成されていることが重要となる。
【００１８】
以下、水素侵入防止膜を形成した効果について説明する。まず、棒状の鋼材表面に、四酸化三鉄から構成されて厚さ３０μｍの水素侵入防止膜を形成した第１試料を用意する。また、同形状であり、水素侵入防止膜を形成していない棒状の鋼材からなる第２試料を用意する。用意した第１試料および第２試料を、周囲の環境としてｐＨ＝１２の水溶液中に浸漬し、加えて、強制的に−１Ｖ（飽和銀塩化銀電極基準）に保持した条件で、実験を行った。１２時間経過した後の水素の侵入量は、第１試料が第２試料の１／２であった。このように、四酸化三鉄による水素侵入防止膜を形成することで、鋼材への水素の侵入が抑制できることが分かる
【００１９】
以上に説明したように、本発明によれば、鋼材の表面に水素侵入防止膜を形成して鋼材を水素侵入防止膜で覆い、水素侵入防止膜は、四酸化三鉄から構成するようにしたので、あまりコストをかけることなく、鋼材に対する水素の侵入が抑制できるようになる。また、四酸化三鉄は、抵抗率が４×１０-3Ωｃｍであり、Ｆｅの９．７１×１０-6Ωｃｍに対して非常に高い抵抗を備えている。従って、鋼材表面に均一な四酸化三鉄による水素侵入防止膜を形成することで、１桁以上の電気抵抗の向上が見込める。これにより、水素を発生させるもととなる電池反応に対する電気抵抗を与え、水素原子の発生が抑制できるという効果も得られる。
【００２０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００２１】
２０１…鋼材、２０２…水素侵入防止膜、２０３…アルカリ環境。
【図１】
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【図２】
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