(57)【要約】【課題】コンクリートが健全な状態において、鉄筋からの鉄イオンの溶出を抑制する。【解決手段】鉄筋１２と、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とが配線１５を介して電気的に接続された状態でコンクリート１１に埋設されてなるコンクリート構造体１０において、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として、コンクリート１１がアルカリ性を示す場合より中性化したほうが、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差ΔＥが大きくなる金属又は合金を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋と、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金とが、配線を介して電気的に接続された状態でコンクリートに埋設されてなるコンクリート構造体であって、
前記金属又は合金は、前記コンクリートがアルカリ性を示す場合より中性化したほうが、前記鉄筋に対する酸化還元電位の電位差が大きくなる金属又は合金からなる
ことを特徴とするコンクリート構造体。
【請求項２】
鉄筋と、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金とが、配線を介して電気的に接続された状態でコンクリートに埋設されてなるコンクリート構造体であって、
前記金属又は合金は、前記コンクリートがアルカリ性から中性化するにつれて、前記鉄筋に対する酸化還元電位の電位差が徐々に大きくなる金属又は合金からなる
ことを特徴とするコンクリート構造体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコンクリート構造体において、
前記金属又は合金は、前記コンクリートが健全な状態にあってアルカリ性を示す第１の水素イオン濃度にある場合に、前記鉄筋の酸化還元電位との電位差が、前記鉄筋と前記金属又は合金とからなる腐食電池が反応を開始するために必要とされる反応開始電位差とほぼ等しくなり、前記腐食電池の反応を開始させる第１の酸化還元電位を有することを特徴とするコンクリート構造体。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のコンクリート構造体において、
前記金属又は合金は、
前記コンクリートが健全な状態にあってアルカリ性を示す第１の水素イオン濃度にある場合に、前記鉄筋の酸化還元電位との電位差が、前記鉄筋と前記金属又は合金とからなる腐食電池が反応を開始するために必要とされる反応開始電位差より小さくなり、前記腐食電池の反応を不可能とする第１の酸化還元電位を有し、
前記コンクリートが劣化した状態にあって前記第１の水素イオン濃度より中性化した第２の水素イオン濃度にある場合、前記鉄筋の酸化還元電位との電位差が、前記反応開始電位差より大きくなり、前記腐食電池の反応を可能とする第２の酸化還元電位を有する
ことを特徴とするコンクリート構造体。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のコンクリート構造体において、
前記反応開始電位差は、前記金属又は合金から前記鉄筋へ前記コンクリート中を流れるイオン電流と、前記鉄筋と前記金属又は合金との距離に応じて、前記鉄筋と前記金属又は合金との間に発生する電圧降下からなり、
前記腐食電池の反応を開始させる前記水素イオン濃度における、前記金属又は合金の酸化還元電位を第３の酸化還元電位とした場合、前記電圧降下と前記第３の酸化還元電位から求まる前記鉄筋の酸化還元電位との電位差とがほぼ等しくなる距離に、前記鉄筋と前記金属又は合金とが配置されている
ことを特徴とするコンクリート構造体。
【請求項６】
請求項５に記載のコンクリート構造体において、
前記コンクリートの単位距離あたりの抵抗値をＲとし、前記鉄筋の酸化還元電位をＥａとし、前記腐食電池の反応を開始させたい水素イオン濃度における前記金属又は合金の酸化還元電位をＥｂとし、前記イオン電流をＩとした場合、前記鉄筋と前記金属又は合金との距離Ｌを、（Ｅｂ−Ｅａ）／（Ｉ×Ｒ）とすることを特徴とするコンクリート構造体。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の構造体において、
前記鉄筋は、予め応力を与えて前記コンクリート中に埋設されていることを特徴とするコンクリート構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋の腐食を抑制するためのコンクリート構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造体は、建築や土木の構造体として多く用いられてきた。しかし、補強されていないコンクリート構造体の圧縮強度は引張強度の１０倍程度であるため、引張応力に抗する補強を必要としていた。例えば、補強に鉄筋を用いることにより、鉄筋がコンクリート構造体に加えられる引張応力を負担し、コンクリート構造体及び鉄筋がコンクリート構造体に加えられる圧縮応力を負担する。なお、コンクリート構造体の材料であるコンクリート中はアルカリ性に保たれているため、鉄筋は不働態と呼ばれる状態となり、極めて腐食しにくくなることが知られている。
【０００３】
しかしながら、鉄筋を補強材として用いたコンクリート構造体においては、まれに鉄筋の腐食が発生する。腐食が生じる理由としては、ひびなどのコンクリートの損傷により大気中の二酸化炭素が侵入してアルカリ性が中和されて中性化され、不働態状態が維持できなくなるからである。不働態状態が維持できなくなると、鉄がイオン化するアノード化と空気中の酸素がイオン化し、水そのものの分解や水中の水素イオンが水素に戻るカソード化とが進行し、鉄筋表面で水素が発生する。この水素が鉄筋に侵入し、いわゆる遅れ破壊を引き起こすとされている。
【０００４】
以下に、その過程を一例として概説する。水素発生の際には、次の式（１）に示す鉄筋表面の一部分において鉄が腐食してイオン化する反応と釣り合うように、式（２）及び式（３）に示す鉄筋表面の他の部分においてコンクリート中の水分に含まれる水素イオンが水素となる反応を生じる。この際に生じた水素が鉄筋表面に吸着されて鉄筋中に侵入すると考えられている。
【０００５】
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【０００６】
対策として、鉄筋への水素の侵入を軽減する方法、鉄筋の合金組成を変える方法、鉄筋に侵入した水素を金属組織内に強く束縛する方法等が検討された。しかし、これらの対策は鉄筋表面における水素の発生を抑えることはできないため、根本的には鉄筋の遅れ破壊を止めることはできない。
【０００７】
従来、このような課題を解決するため、例えば特許文献１では、コンクリート中において、鉄筋に対して貴な酸化還元電位を示す金属または合金とが電気的に接続された状態で埋設されている構造とすることにより、金属又は合金の表面に限って水素を発生させ、鉄筋表面における水素発生を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５２７５７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような従来技術の構造体によれば、鉄筋表面における水素発生を抑制できるため、鉄筋への水素の侵入を軽減でき、鉄筋の遅れ破壊に対して一定の効果が得られる。
しかしながら、このような従来技術では、鉄筋と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金との間に腐食電池が形成される必要があるものの、コンクリートが健全であるうちから鉄筋側でのアノード反応を大きく進ませてしまうと、鉄筋からコンクリート中に鉄イオンが大量に溶出して、コンクリートが健全であるうちから鉄筋が消耗してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、コンクリートが健全な状態において、鉄筋からの鉄イオンの溶出を抑制できるコンクリート構造体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明にかかるコンクリート構造体は、鉄筋と、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金とが、配線を介して電気的に接続された状態でコンクリートに埋設されてなるコンクリート構造体であって、前記金属又は合金は、前記コンクリートがアルカリ性を示す場合より中性化したほうが、前記鉄筋に対する酸化還元電位の電位差が大きくなる金属又は合金からなるものである。
【００１２】
また、本発明にかかる他のコンクリート構造体は、鉄筋と、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金とが、配線を介して電気的に接続された状態でコンクリートに埋設されてなるコンクリート構造体であって、前記金属又は合金は、前記コンクリートがアルカリ性から中性化するにつれて、前記鉄筋に対する酸化還元電位の電位差が徐々に大きくなる金属又は合金からなるものである。
【００１３】
また、本発明にかかる上記コンクリート構造体の一構成例は、前記金属又は合金が、前記コンクリートが健全な状態にあってアルカリ性を示す第１の水素イオン濃度にある場合に、前記鉄筋の酸化還元電位との電位差が、前記鉄筋と前記金属又は合金とからなる腐食電池が反応を開始するために必要とされる反応開始電位差とほぼ等しくなり、前記腐食電池の反応を開始させる第１の酸化還元電位を有するものである。
【００１４】
また、本発明にかかる上記コンクリート構造体の一構成例は、前記金属又は合金が、前記コンクリートが健全な状態にあってアルカリ性を示す第１の水素イオン濃度にある場合に、前記鉄筋の酸化還元電位との電位差が、前記鉄筋と前記金属又は合金とからなる腐食電池が反応を開始するために必要とされる反応開始電位差より小さくなり、前記腐食電池の反応を不可能とする第１の酸化還元電位を有し、前記コンクリートが劣化した状態にあって前記第１の水素イオン濃度より中性化した第２の水素イオン濃度にある場合、前記鉄筋の酸化還元電位との電位差が、前記反応開始電位差より大きくなり、前記腐食電池の反応を可能とする第２の酸化還元電位を有するものである。
【００１５】
また、本発明にかかる上記コンクリート構造体の一構成例は、前記反応開始電位差が、前記金属又は合金から前記鉄筋へ前記コンクリート中を流れるイオン電流と、前記鉄筋と前記金属又は合金との距離に応じて、前記鉄筋と前記金属又は合金との間に発生する電圧降下からなり、前記腐食電池の反応を開始させる前記水素イオン濃度における、前記金属又は合金の酸化還元電位を第３の酸化還元電位とした場合、前記電圧降下と前記第３の酸化還元電位から求まる前記鉄筋の酸化還元電位との電位差とがほぼ等しくなる距離に、前記鉄筋と前記金属又は合金とが配置されているものである。
【００１６】
また、本発明にかかる上記コンクリート構造体の一構成例は、前記コンクリートの単位距離あたりの抵抗値をＲとし、前記鉄筋の酸化還元電位をＥａとし、前記腐食電池の反応を開始させたい水素イオン濃度における前記金属又は合金の酸化還元電位をＥｂとし、前記イオン電流をＩとした場合、前記鉄筋と前記金属又は合金との距離Ｌを、（Ｅｂ−Ｅａ）／（Ｉ×Ｒ）とするものである。
【００１７】
また、本発明にかかる上記コンクリート構造体の一構成例は、前記鉄筋は、予め応力を与えて前記コンクリート中に埋設されているものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コンクリートが健全な状態でありアルカリ性を示す場合には、鉄筋と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金との電位差が低くなり、鉄筋と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金とからなる腐食電池の反応が低くなる。
【００１９】
したがって、コンクリートの劣化が進んだ状態にある場合に比較して、コンクリートが健全な状態にある場合のほうが、鉄筋におけるアノード反応を抑制でき、結果として、鉄イオンの溶出、すなわち鉄筋の消耗を抑制することができる。また、コンクリートが健全な状態に比較して、コンクリートの劣化が進んだ状態にあるほうが、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金でのカソード反応を強めることができ、結果として、鉄筋表面での水素発生、すなわち鉄筋の遅れ破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態にかかるコンクリート構造体を示す説明図である。
【図２】本実施の形態にかかる腐食電池を示す説明図である。
【図３】電解質の水素イオン濃度と腐食電池の反応との関係を示す説明図である。
【図４】電解質の水素イオン濃度と腐食電池の反応との他の関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［コンクリート構造体］
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態にかかるコンクリート構造体１０について説明する。図１は、本実施の形態にかかるコンクリート構造体を示す説明図である。
【００２２】
このコンクリート構造体１０は、コンクリート１１と、このコンクリート１１中に埋設された鉄筋１２、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金（第１の金属又は合金）１３、および鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とを電気的に接続する配線１５（第１の配線）とから構成されている。
【００２３】
一般に、このようなコンクリート構造体１０においては、コンクリート１１を電解質として、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とからなる腐食電池が形成される。ここで、この電解質は、このコンクリート１１が健全な状態ではアルカリ性を示し、ひび２０などの損傷によりコンクリート１１の劣化が進むと、大気中の二酸化炭素が侵入して中性化されるという特性を有している。また、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３の中には、酸化還元電位が、電解質の水素イオン濃度（ｐＨ：ペーハー）に応じて変化するという特性を有しているものがある。
【００２４】
本発明は、このようなコンクリート１１からなる電解質が持つ、コンクリート１１の損失と水素イオン濃度との関係、および、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３が持つ、酸化還元電位と電解質の水素イオン濃度との関係に着目し、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として、電解質がアルカリ性を示す場合より中性化したほうが、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差が大きくなる金属又は合金を用いるようにしたものである。これにより、コンクリート１１が健全な状態でありアルカリ性を示す場合には、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との電位差が低くなり、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とからなる腐食電池Ｂの反応が低くなる。
【００２５】
また、より具体的には、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として、コンクリート１１が健全な状態を示すアルカリ性から劣化が進んで中性化するにつれて、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差が徐々に大きくなる金属又は合金を用いるようにしたものである。これにより、コンクリート１１が徐々に劣化して、水素イオン濃度がアルカリ性から中性化するにつれて鉄筋１２におけるアノード反応を徐々に強くすることができる。
【００２６】
したがって、コンクリート構造体１０において、このような構成をとることにより、コンクリート１１の劣化が進んだ状態にある場合に比較して、コンクリート１１が健全な状態にある場合のほうが、鉄筋１２におけるアノード反応を抑制でき、結果として、鉄イオンの溶出、すなわち鉄筋１２の消耗を抑制することができる。
【００２７】
図１では、コンクリート製の電柱の要部断面例が示されており、電柱の長手方向（立設方向）に沿って、柱形状の鉄筋１２がコンクリート１１中に埋設されている。また、鉄筋１２の近傍には、鉄筋１２の伸延方向に沿って柱形状の鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３が、鉄筋１２から距離Ｌ以下の範囲で離間してコンクリート１１中に埋設されている。
【００２８】
コンクリート１１は、セメントと水とを原料として混合して生成される。混合される水の量は、コンクリート構造体１０の使用目的に応じて設定される。一般的な土木、建築の用途であれば、水とセメントとの重量比を５〜６０％が好ましい。そして、コンクリート１１の体積を補充する目的で、砂や砂利等の骨材を混合する。適当な硬度があり、泥などの有機物を含有、付着せず、吸水量及び塩分が少なく、粒径が均一である等の条件を満たしている必要がある。また、強度を向上させる目的で繊維を混合することもある。繊維は、直線又は曲線形状であり、金属、有機物、無機物であることが好ましい。
【００２９】
鉄筋１２は、鉄鋼を主原料とする構造用材料である。
鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３は、ニッケル、コバルト、ニッケル−鉄合金、コバルト−鉄合金、銅及びその合金などが好ましい。この際、ｐＨ＝１２以下の範囲など、後述する水素イオン濃度の範囲で、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３を用いることが好ましい。
配線１５は、銅線などの一般的な電気用配線でよく、鉄筋１２や鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３の表面に、半田付けなどにより固定すればよい。
【００３０】
図１において、コンクリート１１中に埋設された鉄筋１２は、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３と、配線１５を介して電気的に接続されている。ここで、コンクリート１１にはセメント部、骨材、および空隙が存在し、この空隙には水に溶解したセメント成分のイオン種からなる溶液が存在している。したがって、これらを電解質とする鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とからなる腐食電池が形成される。
【００３１】
図２は、本実施の形態にかかる腐食電池を示す説明図である。
この腐食電池Ｂにおいて、鉄筋１２は鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３よりイオン化傾向が高いため、鉄筋１２がアノード（陽極）となり、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３がカソード（陰極）となる。
したがって、鉄筋１２において、前述の式（１）で示した反応により、鉄筋１２の鉄（Ｆｅ）が電子（２ｅ−）と鉄イオン（Ｆｅ２＋）に変化し、アノード反応としてこの鉄イオンが鉄筋１２から溶出してコンクリート１１中に拡散される。
【００３２】
一方、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３では、アノード反応が発生し、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３からコンクリート１１中に電子が拡散される。これにより、拡散された電子が、コンクリート１１中の水分に含まれる水素イオン（Ｈ＋）と反応して水素（Ｈ２）を発生させる。
【００３３】
したがって、カソード反応、すなわちコンクリート１１中への電子の拡散は、両者のイオン化傾向の違いにより、カソードとなる鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３で発生するため、水素は鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３で発生する。このため、水素の発生点は、カソードである鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３の周辺となり、結果として、鉄筋１２からの水素発生が抑制されることになる。
【００３４】
本実施の形態は、このような腐食電池Ｂのカソードを構成する、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として、電解質がアルカリ性を示す場合より中性化したほうが、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差が大きくなる金属又は合金を用いている。より、具体的には、電解質がアルカリ性から中性化するにつれて、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差が徐々に大きくなる金属又は合金を用いている。
【００３５】
このような金属または合金の具体例としては，銅が挙げられる。図３は、電解質の水素イオン濃度と腐食電池の反応との関係を示す説明図である。
一般に、健全なコンクリートではｐＨ＝１２程度であり、このとき銅は−０．２Ｖ（ｖｓＳＨＥ）以上の酸化還元電位Ｅｂ１を示す。一方、鉄の酸化還元電位Ｅａは−０．５Ｖ（ｖｓＳＨＥ）以上であるため、両者間において厳密にはΔＥ１＝Ｅｂ１−Ｅａ＝０．３Ｖ程度の電位差ΔＥ１が生じうる。
【００３６】
一方，コンクリート１１の劣化によりひび２０が入って中性化を生じると，例えばプルベーダイヤグラム（Pourbaix Diagram）からはｐＨ＝９程度でも鋼材には腐食が生じることが分かる。この領域において、鉄の酸化還元電位Ｅａは上記同様−０．５Ｖ（ｖｓＳＨＥ）であるが、銅の酸化還元電位Ｅｂ２は＋０．３Ｖ（ｖｓＳＨＥ）となり，両者間にはΔＥ２＝Ｅｂ２−Ｅａ＝０．８Ｖ程度の電位差ΔＥ２が生じる。
【００３７】
したがって、このような電解質の水素イオン濃度で変化する、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間の酸化還元電位の電位差ΔＥ（ΔＥ１，ΔＥ２）を利用すれば、腐食電池Ｂの反応の開始時点や反応の強さを制御することができ、結果として、電解質の水素イオン濃度の変化に応じて、鉄イオンの溶出、すなわち鉄筋１２の消耗を制御することができる。
【００３８】
この際、図２に示したように、腐食電池Ｂでは、アノード反応およびカソード反応の進行に伴い、鉄筋１２から鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３へ、配線１５を介して電子が供給される。また、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間に存在するコンクリート１１中では、電気化学的な中性条件を満たすため、陰イオン（アニオン）による鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３側から鉄筋１２側へのイオン電流Ｉが発生する。
【００３９】
ここで、コンクリート１１は、一定の抵抗値を有しているため、イオン電流Ｉに起因して、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間に電圧降下が発生する。例えば、コンクリート１１の単位距離あたりの抵抗値を単位抵抗値Ｒとし、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間の距離をＬとした場合、イオン電流Ｉに応じて鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間に生じる電圧降下Ｅｄは、次の式（４）で表される。
【数４】
2015196884.tif 000006
【００４０】
このため、腐食電池Ｂの反応を開始させるためには、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３の酸化還元電位Ｅｂが、コンクリート１１の電圧降下Ｅｄを考慮した上で、鉄筋１２の酸化還元電位Ｅａに対して電位的に貴となること、すなわち、次の式（５）が成立することが条件となる。
【数５】
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【００４１】
したがって、例えば、ｐＨ＝１２において、腐食電池Ｂの反応を開始させる場合、図３に示すように、腐食電池Ｂを反応させるために必要とされる反応開始電位差、すなわち鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間の電圧降下ＥｄがＥｓ＝０．３Ｖであるとすると、ｐＨ＝１２において、電位差ΔＥ１が０．３Ｖであることから、ｐＨ＝１２から腐食電池Ｂの反応が開始される。
【００４２】
このため、健全なコンクリート１１を示すｐＨ＝１２よりもアルカリ性が高い領域では、前述の式（５）が成立しないことから、腐食電池Ｂの反応が起きず、鉄筋１２でのアノード反応が抑制されて鉄筋１２からの鉄イオンの溶出が抑制され、結果として、鉄筋１２の消耗が抑制される。
【００４３】
また、コンクリート１１の劣化が進んで電解質が中性化するにつれてＥｂがＥｂ１から上昇して、電位差ΔＥ＝Ｅｂ−ＥａもＥ１から上昇するため、鉄筋１２でのアノード反応および鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３でのカソード反応も上昇する。
したがって、コンクリート１１が劣化してｐＨ＜１２となる領域では、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３でのカソード反応により、鉄筋１２表面での水素発生が抑制されて鉄筋１２に対する水素の侵入が抑制され、結果として、鉄筋１２の遅れ破壊が抑制される。
【００４４】
また、腐食電池Ｂの反応は、電位差ΔＥの上昇とともに強くなるが、コンクリート１１の劣化が進むにつれて、酸化還元電位Ｅｂが徐々に上昇するような鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３を用いているため、電位差ΔＥも徐々に上昇する。したがって、腐食電池Ｂの反応が開始された時点で、その反応の強さが大幅に増大するのではなく、コンクリート１１の劣化が進むにつれて、腐食電池Ｂの反応を徐々に強くすることができる。このため、ｐＨ＜１２の領域であっても、コンクリート１１がある程度健全な状態であるｐＨ＝１２近傍の領域においては、腐食電池Ｂの反応を弱く抑えることができ、ある程度、鉄筋１２からの鉄イオンの溶出を抑制できる。
【００４５】
一方、ｐＨ＝１２より中性化した水素イオン濃度で、腐食電池Ｂの反応を開始させることもできる。図４は、電解質の水素イオン濃度と腐食電池の反応との他の関係を示す説明図である。例えば、図４に示すように、腐食電池Ｂの反応を開始するために必要となる、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間の電圧降下Ｅｄを０．４７Ｖとする。これにより、ｐＨ＝１１において、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３の酸化還元電位がＥｂ３であり、電位差ΔＥ＝Ｅｂ３−Ｅａが０．４７Ｖとなることから、ｐＨ＝１１から腐食電池Ｂの反応が開始される。
【００４６】
これにより、コンクリート１１が健全な状態から少し劣化した状態、例えばｐＨ＝１１において、腐食電池Ｂの形成が開始される。このため、ｐＨ＝１１よりもアルカリ性が高い領域において、鉄筋１２でのアノード反応が抑制されて鉄筋１２からの鉄イオンの溶出を抑制でき、結果として、より広い範囲で鉄筋１２の消耗を抑制できる。
【００４７】
なお、図４の例では、鉄筋１２表面での水素発生の抑制もｐＨ≦１１の領域となるが、鉄イオン溶出の抑制効果と水素発生の抑制効果とは、トレードオフの関係にある。このため、どの程度の水素イオン濃度で腐食電池Ｂの形成を開始させるかについては、コンクリート構造体１０に要求される条件、使用環境、具体的な構造などのファクターに応じて、それぞれ決定すればよい。
【００４８】
また、前述の式（５）に示したように、腐食電池Ｂの反応開始条件の成立可否は、前述した鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３が持つ酸化還元電位Ｅｂのほかに、コンクリート１１での電圧降下Ｅｄにも影響を受ける。
ここで、この電圧降下Ｅｄは、前述の式（４）で示したように、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間の距離Ｌをパラメータとして含んでおり、この電圧降下Ｅｄが発生しうる距離Ｌは、次の式（６）で求められる。
【数６】
2015196884.tif 000008
【００４９】
一方、予め選択した鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３の酸化還元電位をＥｂとした場合、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との酸化還元電位の電位差ΔＥ（＝Ｅｂ−Ｅａ）に相当する距離Ｌｓは、次の式（７）で求められる。
【数７】
2015196884.tif 000009
【００５０】
よって、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３が予め選択されている場合に、例えば前述したｐＨ＝１２やｐＨ＝１１など、特定の水素イオン濃度で腐食電池Ｂの反応を開始させるには、当該水素イオン濃度における鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３の酸化還元電位Ｅｂに基づき式（７）で距離Ｌｓを求め、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との間の距離Ｌが距離Ｌｓと等しくなるよう、両者を配置すればよいことになる。
【００５１】
一方、実際のコンクリート構造体１０における、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との実際の距離Ｌを基準とした場合、例えば前述したｐＨ＝１２やｐＨ＝１１など、特定の水素イオン濃度で腐食電池Ｂの反応を開始させるには、当該水素イオン濃度における鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３の酸化還元電位Ｅｂに基づき式（７）で距離Ｌｓを求め、この距離Ｌｓが距離Ｌと等しくなるような酸化還元電位Ｅｂを有する金属又は合金を、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として選択すればよいことになる。
【００５２】
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、鉄筋１２と、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とが配線１５を介して電気的に接続された状態でコンクリート１１に埋設されてなるコンクリート構造体１０において、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として、コンクリート１１がアルカリ性を示す場合より中性化したほうが、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差ΔＥが大きくなる金属又は合金を用いるようにしたものである。
これにより、コンクリート１１が健全な状態でありアルカリ性を示す場合には、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３との電位差が低くなり、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とからなる腐食電池Ｂの反応が低くなる。
【００５３】
また、より具体的には、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として、コンクリート１１がアルカリ性から中性化するにつれて、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差ΔＥが徐々に大きくなる金属又は合金を用いるようにしてもよい。
これにより、コンクリート１１が徐々に劣化して、水素イオン濃度がアルカリ性から中性化するにつれて鉄筋１２におけるアノード反応を徐々に強くすることができる。
【００５４】
したがって、コンクリート構造体１０において、このような構成をとることにより、コンクリート１１の劣化が進んだ状態にある場合に比較して、コンクリート１１が健全な状態にある場合のほうが、腐食電池Ｂの反応、ここでは鉄筋１２におけるアノード反応を抑制でき、結果として、鉄イオンの溶出、すなわち鉄筋１２の消耗を抑制することができる。また、コンクリート１１が健全な状態に比較して、コンクリート１１の劣化が進んだ状態にあるほうが、腐食電池Ｂの反応、ここでは鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３でのカソード反応を強めることができ、結果として、鉄筋１２表面での水素発生、すなわち鉄筋１２の遅れ破壊を抑制することができる。
【００５５】
また、本実施の形態において、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として、コンクリート１１が健全な状態にあってアルカリ性を示す第１の水素イオン濃度にある場合に、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差ΔＥが、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とからなる腐食電池Ｂが反応を開始するために必要とされる反応開始電位差Ｅｄとほぼ等しくなり、腐食電池Ｂの反応を開始させる第１の酸化還元電位Ｅｂを有する金属又は合金を用いるようにしてもよい。
【００５６】
これにより、コンクリート１１が健全な状態にあってアルカリ性を示す第１の水素イオン濃度に合わせて、腐食電池Ｂの反応を開始させることができる。したがって、コンクリート１１が健全な状態を示す第１の水素イオン濃度より高い濃度領域において、鉄イオンの溶出、すなわち鉄筋１２の消耗を抑制することができる。
【００５７】
また、本実施の形態において、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３として、コンクリート１１が健全な状態にあってアルカリ性を示す第１の水素イオン濃度にある場合に、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差ΔＥが、鉄筋１２と鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３とからなる腐食電池Ｂが反応を開始するために必要とされる反応開始電位差Ｅｄより小さくなり、腐食電池Ｂの反応を不可能とする第１の酸化還元電位Ｅｂ１を有し、コンクリート１１が劣化した状態にあって第１の水素イオン濃度より中性化した第２の水素イオン濃度にある場合、鉄筋１２に対する酸化還元電位の電位差ΔＥが、反応開始電位差Ｅｄより大きくなり、腐食電池Ｂの反応を可能とする第２の酸化還元電位Ｅｂ２を有する金属又は合金を用いるようにしてもよい。
【００５８】
これにより、コンクリート１１が健全な状態を示す第１の水素イオン濃度と、コンクリート１１の劣化が進んだ状態を示す第２の水素イオン濃度との間に位置する第３の水素イオン濃度に合わせて、腐食電池Ｂの反応を開始させることができる。したがって、コンクリート１１が健全な状態を示す第１の水素イオン濃度で腐食電池Ｂの反応を開始させる場合と比較して、コンクリート１１が少し劣化した状態を示す第３の水素イオン濃度より高い、より広い濃度領域において、鉄イオンの溶出、すなわち鉄筋１２の消耗を抑制することができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、図１において、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３を、鉄筋１２に沿って１本埋設した場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、複数本だけ埋設してもよい。また、以上で説明において、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３は、鉄筋１２に沿って連続して埋設する必要はなく、鉄筋１２のすべての表面に対して距離Ｌ１以下の範囲となるのであれば不連続に埋設してもよい。また形状についても、板・棒・網などいずれの形状でもよい。
【００６０】
なお、本実施の形態において、鉄筋１２は、緊張材としてコンクリート１１中に埋設されていてもよい。緊張材とは、あらかじめ引張応力を加えられてからコンクリート１１中に埋設され、コンクリート１１に緊張を与える鉄筋１２のことを示す。このようにして構成されたコンクリート１１を、プレストレスト・コンクリートと呼ぶ。プレストレスト・コンクリートであっても、本発明における構成を用いることで、鉄筋１２の遅れ破壊を防ぐことができる。
【００６１】
また、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３は、非緊張材としてコンクリート１１中に埋設されていてもよい。プレストレスト・コンクリートは、あらかじめ引張応力を加えた緊張材と、引張応力を加えない通常の鉄筋１２とを併用することも可能であり、この場合の鉄筋１２を非緊張材と呼ぶ。ここで、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３を非緊張材としてプレストレスト・コンクリートに埋設することにより、鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金１３を埋設するためのスペースを確保する必要はなくなり、従来のプレストレスト・コンクリートと同様の構造で、緊張材として用いられる鉄筋１２の遅れ破壊を防ぐことができる。
【００６２】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…コンクリート構造体、１１…コンクリート、１２…鉄筋、１３…鉄に対して貴な電位を示す金属又は合金、１５…配線、２０…ひび、Ｂ…腐食電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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