(57)【要約】【課題】コンクリート構造物の電気防食において、長期間の通電を行った場合でもバックフィルの液漏れが防止でき、イオン伝導性及び保水性が良好で、優れたアルカリ緩衝作用を示し、且つ通電性能の低下が少ないという寿命特性を付与しうる電気防食用バックフィル及び陽極ユニットを提供すること。【解決手段】本発明のコンクリート構造物の電気防食用バックフィルは、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液とを含み、ゲル状を呈する。本発明の電気防食用陽極ユニットは、バックフィルと、白金族金属の少なくとも１種の酸化物により被覆されたチタン基材とを備える。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水性樹脂とアルカリ性水溶液とを含み、ゲル状である、コンクリート構造物の電気防食用バックフィル。
【請求項２】
前記吸水性樹脂が、でんぷん−アクリル酸グラフト系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、酢酸ビニル−アクリル酸塩系、イソブチレン−マレイン酸系、ポリＮ−ビニルアセトアミド系又はこれら２種以上の混合物である、アルカリ性水溶液と混合することによりゲル状を呈する樹脂である請求項１記載のバックフィル。
【請求項３】
前記アルカリ性水溶液の溶質が、第１族元素又は第２族元素の水酸化物である請求項１〜４のいずれか１項記載のバックフィル。
【請求項４】
吸水性樹脂がポリアクリル酸塩系吸水性樹脂であり、該吸水性樹脂と該アルカリ性水溶液との合計量に対する吸水性樹脂の含有割合が、２〜５重量％である請求項１記載のバックフィル。
【請求項５】
アルカリ性水溶液のモル濃度が、１〜４モル／リットルである請求項１〜４のいずれか１項記載のバックフィル。
【請求項６】
２０℃において０．４Ｓ／ｃｍ以上のイオン伝導度を有する請求項１〜５のいずれか１項記載のバックフィル。
【請求項７】
２０℃において粘度３０〜２５０Ｐａ・ｓを有する請求項１〜６のいずれか１項記載のバックフィル。
【請求項８】
コンクリート構造物の外部電源式電気防食用である請求項１〜７のいずれか１項記載のバックフィル。
【請求項９】
白金族金属の少なくとも１種の酸化物により被覆されたチタン基材又はニッケル被覆炭素繊維シートを陽極材料に用いた電気防食用である請求項８記載のバックフィル。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項記載のバックフィルと、白金族金属の少なくとも１種の酸化物により被覆されたチタン基材とを備える電気防食用陽極ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物における、電気防食用充填材料として好適なバックフィル及びそれを用いた電気防食用陽極ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物においては、酸素、水、塩化物イオン等の内部浸透によって、鉄筋等の鋼材に腐食が発生する。鋼材腐食に伴う腐食生成物の体積膨張によりコンクリートにひび割れが発生し、腐食をさらに加速させ、鋼材の断面減少等を引き起こすことにより、最終的には構造物の強度等の諸性能が低下する。そのため、コンクリート構造物における鋼材の腐食を防止する様々な手段が開発されてきており、その中の一つに電気防食方法がある。
【０００３】
電気防食方法は、一般的にコンクリート構造物内の鋼材を陰極とし、コンクリート表面に設置された陽極との間に電流を通すことにより鋼材の電位を卑方向に変化させ防食する方法である。この方法において、効果的に電気防食を行うためには、陽極材料や陽極周囲に設ける材料等の検討が重要である。
該陽極材料としては、炭素や白金等の多くについて実用化が試みられており、最近、炭素繊維シートも使用されるようになっている。例えば、特許文献１には、耐酸化金属層が表面に設けられた炭素繊維シートをコンクリート構造物の電気防食に使用することが記載されている。特許文献２には、炭素繊維シートを導電性接着剤で接着してコンクリート表面に固定する方法が記載されている。
【０００４】
前記陽極周囲に設ける材料としては、陽極を保護する電気防食用保護材や、陽極の性能を保護して陽極の抵抗率の低減及び不活性化を抑制、防止するために陽極材の外面に充填するバックフィルが知られている。
コンクリート構造物の電気防食に用いられる電気防食用保護材としては、例えば、セメントペースト、モルタルが知られている。
これらセメントペーストやモルタルを電気防食用保護材として、例えば、チタンメッシュ陽極に使用する方法においては、チタンメッシュ陽極が細いので、初期及び長期通電により防食電流が集中する。このため、陽極反応に伴う酸の発生速度が、固体電解質であるセメントモルタルの細孔に存在するアルカリ性水溶液のアルカリ緩衝能力を超え、陽極近傍が酸性化し、該固体電解質のｐＨ低下に伴って、陽極電位が上昇する。このような陽極電位が、１．１Ｖ(Ag／AgCl)以上になると塩素ガスが発生し、該塩素ガスが水に溶解して次亜塩素酸となり、セメントモルタルの電気防食用保護材を溶解し、電流不良が発生する等の危険性がある。
このような陽極近傍の酸性化や塩素ガス発生が危惧されるセメントモルタルを施工したチタンメッシュ陽極を用いる電気防食システムにおいては、通電中に電源装置内の電圧が上昇してセメントモルタルの剥離・剥落や電流分布特性の劣化等、電気防食性能を著しく損なう恐れがある。
【０００５】
コンクリート構造物の電気防食に用いられるバックフィルとしては、例えば、特許文献３及び４に、吸水性高分子樹脂を単独で、若しくは不織布に含有させるか、ポリエチレンやポリプロピレンとブレンドしてシート状にして使用することが記載されている。しかし、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液とを用いたゲル状のバックフィルについては知られていない。
【特許文献１】特開２００４−２７７０９号公報
【特許文献２】特開平１１−２００５１６号公報
【特許文献３】特開昭６２−２６７４８５号公報
【特許文献４】特開２００１−４９４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、コンクリート構造物の電気防食において、長期間の通電を行った場合でもバックフィルの液漏れが防止でき、イオン伝導性及び保水性が良好で、優れたアルカリ緩衝作用を示し、且つ通電性能の低下が少ないという寿命特性を付与しうるコンクリート構造物の電気防食用バックフィル及び該バックフィルを用いた電気防食用陽極ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液とを含み、ゲル状である、コンクリート構造物の電気防食用バックフィルが提供される。
また本発明によれば、上記バックフィルと、白金族金属の少なくとも１種の酸化物により被覆されたチタン基材とを備える電気防食用陽極ユニットが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のバックフィルは、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液とを含み、ゲル状を呈するので、コンクリート構造物の電気防食において、長期間の通電を行った場合でもバックフィルの液漏れが防止でき、イオン伝導性及び保水性が良好で、優れたアルカリ緩衝作用を示し、且つ通電性能の低下が少ないという寿命特性を付与することができる。従って、陽極材料として、炭素繊維シートやチタンメッシュ等を用いた種々の電気防食システムのバックフィル及び陽極ユニットとして有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明のバックフィルは、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液とを含む。
吸水性樹脂としては、アルカリ性水溶液と混合した際にゲル状を呈するものであれば良く、好ましくはイオン伝導性が維持されるような保水性と形態維持性が得られる吸水性樹脂が挙げられる。該吸水性樹脂は、その種類によって、強アルカリ性水溶液を加えると、水の場合と異なり、吸水力が低下し、脱水を生じるものもある。従って、アルカリ性水溶液の種類や濃度に応じて、吸水性樹脂を適宜選択することが好ましい。
このような吸水性樹脂は、例えば、でんぷん−アクリル酸グラフト系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、酢酸ビニル−アクリル酸塩系、イソブチレン−マレイン酸系、ポリＮ−ビニルアセトアミド系又はこれら２種以上の混合物から適宜選択することができ、吸水倍率が１００〜１５００倍の吸水性樹脂の使用が好ましい。
上記塩としては、例えば、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。
上記ゲル状を呈するとは、吸水性樹脂とアルカリ水溶液を混合した溶液が、膨潤化して流動性を失うことを意味する。
【００１０】
アルカリ性水溶液は、本発明のバックフィルに、イオン伝導性を付与し、更には、多少の酸や塩基が加えられたり、蒸発や希釈によって濃度が変化しても、ほとんどｐＨが変動しないというアルカリ緩衝性を付与する成分である。
該アルカリ性水溶液としては、例えば、溶質が、第１族元素又は第２族元素の水酸化物、具体的には、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム等である水溶液が好ましく挙げられる。中でも、強アルカリ性を示す点で、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの使用が特に好ましい。
【００１１】
本発明のバックフィルにおいて、吸水性樹脂の含有割合やアルカリ性水溶液の濃度は、混合した際に、所望形態を維持しうるゲル状を呈するように、その種類に応じて適宜決定することができる。
例えば、吸水性樹脂として、ポリアクリル酸塩系樹脂を用いる場合には、本発明の所望の効果をバランス良く得、長期間に及ぶ安定した電気防食をより改善しうる点で、該吸水性樹脂及びアルカリ性水溶液の合計量に対する吸水性樹脂の含有割合が２〜５重量％であることが好ましい。
また、アルカリ性水溶液として、水酸化リチウム水溶液等の第１族元素の水酸化物を溶質とする水溶液に用いる場合には、本発明の所望の効果をバランス良く得、長期間に及ぶ安定した電気防食をより改善しうる点で、第１族元素の水酸化物のモル濃度が１〜４モル／リットルであることが好ましい。この際、第１族元素の水酸化物として、水酸化リチウムを用いると、リチウムイオンによってアルカリ骨材反応を抑制することもできる。
【００１２】
本発明のバックフィルには、吸水性樹脂及びアルカリ性水溶液の他に、本発明の所望の効果を損なわない範囲で、各種添加剤等を適宜配合することもできる。
【００１３】
本発明のバックフィルは、例えば、粉末状の吸水性樹脂とアルカリ性水溶液とを、ゲル形成しうる割合で混合し、アルカリ性水溶液を吸水性樹脂に吸収させる方法により得ることができる。
本発明のバックフィルは、通常、２０℃において０．４Ｓ／ｃｍ以上、好ましくは０．５〜０．６Ｓ／ｃｍのイオン伝導度を有する。
本発明のバックフィルは、通常、２０℃において、共軸二重円筒回転式粘度計を用いて、直径７０ｍｍ×高さ９０ｍｍの円筒型の外筒容器に入れたバックフィル中で、直径３０ｍｍ×高さ４８ｍｍの内筒を回転させ、内筒にかかる粘性トルクを測って粘度を求める測定方法において、３０〜２５０Ｐａ・ｓ以上の粘度を有する。この測定法では、通常３０Ｐａ・ｓ以上でバックフィルが流動性を失ってゲル化する。
【００１４】
本発明のバックフィルは、コンクリート構造物の各種電気防食システムにおいて、陽極材料と接する箇所に、そのシステムに応じて成形若しくは陽極材料を備えた所望の容器に充填することにより使用することができる。特に、外部電源式の電気防食システムへの使用が有効である。
本発明のバックフィルの形態は、電気防食システムに応じて適宜選択することができる。
本発明のバックフィルは、コンクリート構造物の外部電源式電気防食システムに利用される陽極ユニットに適用することができ、特に、白金族金属の少なくとも１種の酸化物により被覆されたチタン基材又はニッケル被覆炭素繊維シートを陽極材料に用いた電気防食用の陽極ユニットに用いることができる。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１及び比較例１
（バックフィルの製造）
吸水性樹脂として、ポリアクリル酸ナトリウム(化学名：カルボキシビニルポリマー、商品名：アクペックＨＶ−５０１ＥＲ、住友精化社製)及び、アルカリ性水溶液として水酸化リチウムの水溶液を、温度２０℃、相対湿度６０％の恒温恒湿内において、所定量撹拌混合してバックフィルを調製した。この際、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液の混合割合は、吸水性樹脂が、該吸水性樹脂及びアルカリ水溶液の合計量に対して1.0重量％、2.0重量％、5.0重量％、7.0重量％となる割合とした。また、アルカリ性水溶液の濃度は、0.5、1.0、2.0又は4.0モル／リットルの４種類を用い、１６種類のゲル状のバックフィルを製造した。
比較として、アルカリ性水溶液の代わりに水を用いて、即ち、水酸化リチウム濃度０モル／リットルの水を用いて吸水性樹脂の上記各割合で４種類のバックフィルを製造した。
【００１６】
（イオン伝導率の測定）
陽極材料としてのニッケルを炭素繊維シートで被覆した電極を陽極とした円筒形のセルに、上記で製造したそれぞれのバックフィルを充填し、そのイオン伝導率を、周波数応答解析器、電位制御装置、ポテンションスタット及びパーソナルコンピュータを備えた電気化学測定装置(商品名：ＨＺ−３０００型、北斗電工社製)を用いて、交流インピーダンス法により測定した。この際、対極としてチタン製バー、陽極としてニッケル被覆炭素繊維シート、照合電極として銀塩化銀電極(Ag／AgCl)を用いた。
測定は、温度２０℃、周波数２０ｋＨｚ〜１０ｍＨｚ、交流電圧±１０ｍＶで行った。体積抵抗率ρ(Ωｃｍ)は、Cole-Cole-プロット曲線とヨコ軸との交点のインピーダンスの実数成分を次式によって換算した値とした。
ρ＝Ｓ／Ｌ×Ｚ、κ＝１／ρ(ＺはCole-Cole-プロット曲線とヨコ軸との交点における実数成分(Ω)を、Ｓは陽極面積(ｃｍ2)を、Ｌは極間間隔(ｃｍ)を、κは伝導率(Ｓ(ジーメンス)／ｃｍ)を示す。)
測定結果として、バックフィルのイオン伝導率と水酸化リチウム水溶液のモル濃度との関係を図１に示す。尚、対象として水酸化リチウム水溶液(LiOH水溶液)自体のイオン伝導率も合わせて図示する。また、図１中のＰは、吸水性樹脂の含有割合を示す。
図１より、吸水性樹脂の含有割合が１〜５重量％の範囲において、バックフィルは、対象のLiOH水溶液に近い非常に高いイオン伝導率を示すことが判る。また、アルカリ性水溶液の濃度が１〜４モル／リットルの範囲でイオン伝導率が最大となることが判る。
【００１７】
実施例２及び比較例２
（バックフィルの製造）
吸水性樹脂として、ポリアクリル酸ナトリウム(化学名：カルボキシビニルポリマー、商品名：アクペックＨＶ−５０１ＥＲ、住友精化社製)及び、アルカリ性水溶液として水酸化リチウムの水溶液を、温度２０℃、相対湿度６０％の恒温恒湿内において、所定量撹拌混合してバックフィルを調製した。この際、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液の混合割合は、吸水性樹脂が、該吸水性樹脂及びアルカリ水溶液の合計量に対して１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、４．０又は５．０重量％となる割合とした。また、アルカリ水溶液の濃度は、１．７、３．３又は４．０モル／リットルの３種類を用い、２１種類のゲル状のバックフィルを製造した。
比較として、アルカリ性水溶液の代わりに水を用いて、即ち、水酸化リチウム濃度０モル／リットルの水を用いてバックフィルを製造した。
【００１８】
（保水性測定）
上記で製造したそれぞれのバックフィルを、温度２０℃、湿度６０％の恒温恒湿内に静置し、経時(１７０日間)によるバックフィルの乾燥重量(m1)と初期重量(m0)から次式により保水率を算出した。吸水性樹脂の含有割合及びアルカリ性水溶液濃度と、保水率との関係を結果として図２に示す。
保水率(％)＝［(m0−m1)／m0］×１００
図２より、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液を含む実施例のゲル状バックフィルは、実験開始１７０日経過後において、吸水性樹脂濃度１重量％以上において３０％以上の保水率が確保できることが判る。
【００１９】
（通電性能保持試験）
ポテンションガルバノスタット(北斗電工社製、電位電流制御装置、型番HA−151)と電解槽とを直列に接続した電解装置を用いて通電性能保持試験を行った。電解槽は、高さ１６ｃｍ、直径９ｃｍのガラス製の容器であり、電解液の蒸発防止と電極を固定するためのシリコン栓を備える。また、電解槽には、陽極(Ni／炭素繊維シート)、直径１２．７ｍｍのチタン製丸棒からなる陰極及び参照電極(Ag／AgCl、塩化カリウム溶液)が備えられており、陽極と陰極の間隔は５０ｍｍになっている。
上記電解槽に上記で製造したそれぞれのバックフィルを充填し、通電電流を８．９A／ｍ2として、温度２０℃で陰極−陽極間の電流を一定として定電流電解を１８０日間行った後の陽極電位Ｖ(Ag／AgCl)を測定した。結果を表１に示す。
尚、陽極電位が通電の初期値と比較して４Ｖ以上増加すると通電ができなくなるので、電位増加が４Ｖ未満であるものが合格である。また、アルカリ性水溶液のみを電解槽に導入したものを対象とした。
表１の結果、比較の水酸化リチウム濃度０モル／リットルの水を用いて製造したバックフィルでは、電位増加が４Ｖを超え、通電ができなくなった。
【００２０】
【表１】
2008127678.tif 000002
【００２１】
（粘度測定試験）
直径７０ｍｍ×高さ９０ｍｍの外筒及び直径３０ｍｍ×高さ４８ｍｍの内筒を備える共軸二重円筒回転式粘度計(型番：ＤＰＶ−II、協和科学社製)の型の外筒容器に、上記で製造したバックフィルを導入し、内筒を回転させ、２０℃における粘度を測定した。最大粘度(Ｐａ・ｓ)の結果を表２に示す。
尚、粘度３０Ｐａ・ｓでバックフィルは、流動性を失った状態であり、少なくともこれ以上の粘度においてゲルの形態維持性が確保できるものである。
【００２２】
【表２】
2008127678.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１及び比較例１で行ったバックフィルのイオン伝導率の測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例２及び比較例２で行ったバックフィルの保水率の測定結果を示すグラフである。
【図１】
2008127678.tif 000004
【図２】
2008127678.tif 000005