(57)【要約】【課題】コンクリートの電気化学的な処理方法、特にコンクリート中のアンモニウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等を除去し、コンクリート構造物からのアンモニアの発生を防止し、コンクリートの耐久性を増大する。【解決手段】コンクリートの表面に設置した電極を外部電極とし、コンクリートの内部の鋼材を内部電極とし、外部電極と内部電極間に電流を流す方法において、内部電極を陽極、外部電極を陰極として用い、鋼材に複数の犠牲陽極を予め取り付けてコンクリートを打設し、硬化した後、コンクリート表面と外部電極の間に電解質溶液を充分に保持した保持材を配置して一定期間通電し、コンクリート構造物からアルカリ物質、特にアンモニウムイオンを除去する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートの表面に設置した電極を外部電極とし、コンクリートの内部の鋼材を内部電極とし、外部電極と内部電極間に電流を流す方法において、内部電極を陽極、外部電極を陰極として用い、鋼材に複数の犠牲陽極を予め取り付けてコンクリートを打設し、硬化した後、通電してコンクリート構造物からアルカリ物質を除去することを特徴とするコンクリートの電気化学的処理方法。
【請求項２】
アルカリ物質がアンモニウムイオンであることを特徴とする請求項１記載のコンクリートの電気化学的処理方法。
【請求項３】
コンクリート表面と外部電極との間に、電解質溶液を保持することができる保持材を配置することを特徴とする請求項１又は２記載のコンクリートの電気化学的処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、コンクリートの電気化学的な処理方法、特にコンクリート中のアンモニウムイオンを除去し、コンクリート構造物からのアンモニアの発生を抑制する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
美術館や博物館などでは新設のコンクリート構造物に収納された油絵、染色品、絹類などの文化財の変色が問題となっている。この原因としてコンクリートから発生するアンモニアガスが指摘され、コンクリートの原料であるセメント、骨材、水などに含まれる窒素化合物が関連していることが確認されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
アンモニアはコンクリート構造物完成初期に発生するため、建物の竣工後６ケ月から１年間にわたり放置する、いわゆる「木枯らし期間」を設け、アンモニアの発散が収まるのを待ってから文化財を収納する措置が取られている。しかしながら、この「木枯らし期間」中の時間的損失が大きいことからアンモニアガスの発生を抑制する方法が種々検討されている。
【０００４】
最も一般的な方法として、早強セメント、及び加熱処理した骨材及び水を使用したコンクリートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。普通セメントには重量の５％以下の範囲内で、窒素分を含んだ高炉水砕スラグや石灰石微粉末等の混合材が認められているが、早強セメントには混合材が使用されていない。また、骨材や水も加熱処理により窒素分が除去されるため、アンモニアガス発生量の少ないコンクリートを調製することが可能になる。しかしながら、骨材や水の加熱には多大な労力とコストがかかるため経済的でない。しかも完全にアンモニアガスの発生を抑制するのは難しいという課題があった。
【０００５】
また、コンクリートの表面にアンモニアを吸収する特殊シートを貼り付ける工法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。しかしながら、この方法は積極的にアンモニアガスの発生を促していないため、ガスの吸収に時間がかかり、更に完全に除去できないという課題がある。
【０００６】
更に、空調機にアンモニア吸着材を取り付ける方法も検討されている（例えば、非特許文献３参照）。しかしながら、この方法も、シートによる方法同様、アンモニアガスの吸収に時間がかかり、また完全に除去できないという課題を有している。
そこで、本発明者らは前記課題に対し種々検討を重ねた結果、既設のコンクリートからアンモニウムイオン、ナトリウムイオン等を除去し、短期間でアンモニアフリー、アルカリフリーのコンクリートが調製可能であることを見出し本発明を完成するに至った。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２８７４６２号公報
【非特許文献１】
岸谷孝一、黒坂五馬著、「コンクリートから出る空中遊離物質が他の物質に及ぼす影響」日本建築学会関東支部研究報告集、１９７６年、ｐ．３５７−３６０
【非特許文献２】
三谷一房、岩波洋ほか著、「美術館、博物館におけるアンモニア抑制工法の開発」大林組技術研究所報Ｎｏ．５３、１９９６年、ｐ．９９−１０４
【非特許文献３】
小塩良次、松田弘一ほか著、「美術空調設備、第９回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会」、平成２年５月、ｐ．１１７−１２０
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決することを目的とし、その構成は、コンクリートの表面に設置した電極を外部電極とし、コンクリートの内部の鋼材を内部電極とし、外部電極と内部電極間に電流を流す方法において、内部電極を陽極、外部電極を陰極として用い、鋼材に複数の犠牲陽極を予め取り付けてコンクリートを打設し、硬化した後、コンクリート表面と外部電極の間に電解質溶液を充分に保持した保持材を配置して一定期間通電し、コンクリート構造物からアルカリ物質、特にアンモニウムイオンを除去することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明は打設されたコンクリートの鋼材を陽極とし、コンクリートの表面に外部電極を好ましくは網状に設けて陰極とし、内部電極と外部電極の間に電流を流すものである。陽極、すなわち鋼材に電食が生じるおそれがあるため、打設に際し、鋼材に鉄よりもイオン化傾向の大きい金属からなる犠牲電極を前もって取り付け、鋼材を保護しながらコンクリートの表面にアルカリイオンを移動させるものである。特に、アンモニウムイオンはアンモニアガスとして空中に揮散させることができる。好ましくは電解質溶液を保持することができる保持材に電解質溶液を含浸させ、コンクリート表面の外部電極との間に配置することにより、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を保持材中に吸収させる。処理終了後、保持材を取り外すことによりアルカリ金属イオン類も減少し、コンクリートの耐久性も得られ一層の効果を期待することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
内部電極としてはコンクリート内部の鋼材、例えば鉄筋等が使用されている。本発明では、内部電極を電食から保護するために犠牲電極を使用する。打設に際し鋼材１ｍ２　あたり２個〜６個の犠牲電極を取り付ける。犠牲電極は鉄よりもイオン化傾向の大きい金属であり、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム及びこれらの合金等が挙げられるが、亜鉛及び亜鉛合金が好ましく使用される。
犠牲電極は亜鉛とワイヤーとモルタルで構成されているカプセル状であり、鋼材に取り付けることで鋼材、例えば、鉄筋等の腐食を防止する。例えば「デンカガルバシールドＸＰ」（商品名、電気化学工業社製）等がある。
この犠牲電極を鋼材に付着させ亜鉛とワイヤーを各々鋼材の異なった部位に接触させるものである。このように鋼材に犠牲電極を取り付けた上でコンクリートを打設する。
【００１１】
外部電極とは、コンクリートの表面に設置する電極であり、材質としては導電性を示すものであれば特に限定しない。電気的腐食に対する抵抗性が高いものが好ましく、具体的にはチタン、チタン合金、白金及び金、またはこれらでメッキされた金属、炭素繊維、炭素棒等の炭素、並びに体積電気抵抗率が１０３　Ω・ｃｍ以下の導電性を有する有機高分子等である。これらのうち、炭素や導電性を有する有機高分子は電気的な腐食に対して安定であるので好ましく、チタンや白金は更に安定性が高いのでより好ましい。
【００１２】
外部電極はコンクリート表面全体に均等に配置されることが好ましく、網状にして構造体を覆う。
なお、通常のコンクリートの体積電気抵抗率は１０３　〜１０４　Ω・ｃｍ程度であるので、導電性を有する有機高分子材料としてはその値以下、すなわち１０３　Ω・ｃｍ以下であり、１０２　Ω・ｃｍ以下が好ましく、１０Ω・ｃｍ以下がより好ましい。
【００１３】
本発明では、外部電極とコンクリート表面との間に後述する電解質溶液を保持できる柔軟な保持材を接着、粘着、溶着、押圧等の方法により貼りつけて固定し、コンクリート表面と保持材と外部電極を密着させる。電解質溶液を吸収した保持材をコンクリート表面と外部電極の間に固定又は配置することにより、電気化学的手法によってコンクリート表面に取り出したカチオンを吸収させる。通電終了後取り外すことによって、再びコンクリート内へ浸透するのを防止することができる。
【００１４】
本発明で外部電極と内部電極の間に流す電流は、コンクリートの表面積あたり０．１〜２０Ａ／ｍ２　、好ましくは１〜１５Ａ／ｍ２　である。０．１Ａ／ｍ２　未満では電気化学的処理効果がほとんどなく、２０Ａ／ｍ２　を超えると水素が放出してコンクリートの破壊につながるおそれがある。
【００１５】
本発明においては、アンモニウムイオンはアンモニアガスとして直接揮散するので理論上、保持材を必要としない。しかしながら、コンクリート表面と外部電極とを間隙を残さずに導電性物質を介して密着させるためには、何らかの導電性クッション材を介して密着させることが好ましい。更に保持材を用いることによりコンクリート表面に移動した有害なナトリウム等のカチオンが保持材中に吸収され、除去される効果を有する。
【００１６】
本発明で使用する保持材とは、外部電極とコンクリート表面との間に挟まれ、かつ、圧縮又は加熱されることにより変形し、外部電極やコンクリート表面と密着し、外部電極とコンクリート表面の間に電解質溶液を保持できれば特に限定しない。具体的には、ウレタンゴム、シリコンゴム、水膨潤性ゴム、自己融着性ゴム等のゴム質材料、及び発泡ウレタン、発泡ポリエチレン、発泡ポリスチレン等の高分子発泡材料が挙げられる。
【００１７】
コンクリートの電気化学的処理の目標が達成された段階で、コンクリート表面から外部電極や保持材等を取り外して、コンクリート表面の仕上げをする。
保持材や外部電極の外側に板を設置し、補強材を用いてコンクリート表面に押しつけてボルトやアンカー等で固定すると、保持材及び外部電極をコンクリート表面に確実に密着させることができる。
【００１８】
使用する板は特に限定はないが、作業性や曲げ強さの面から、軽量で強度のある材質が好ましい。具体的には、チタン、チタン合金、白金、又はこれらでメッキされた金属材料；　塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ベークライト、ＦＲＰ、及び各種ゴム等の有機材料；　セラミックス、レンガ、タイル及びガラス等の窯業材料：　合成木板、合板紙等の木質系材料等が挙げられる。また、これらに耐腐食処理を施したものも使用できる。そして、これらに導電性を有する有機高分子材料を塗布したものも使用できる。また、チタン、チタン合金及び白金等又はこれらでメッキされた金属の使用は、板と外部電極を共用できるものであれば更に好ましい。板は曲面でもよいが、平面が作業性の面で優れる。
非金属製の平板の例として塩化ビニル板、アクリル板、セメント板、合板等が挙げられる。板の厚さは１〜２０ｍｍが好ましい。１ｍｍ未満では強度的に弱く割れ易くなる傾向があり、２０ｍｍを超えると板自体の重量が大きくなり取付け作業が困難になる。
【００１９】
保持材には電解質溶液を供給する。電解質溶液とはコンクリート中に浸透させることにより、コンクリートの電気抵抗を下げて電気を流れ易くするために用いる溶液であり、溶液中に多くのカチオンやアニオンが存在している溶液である。電解質溶液はアルカリ性又は中性が好ましいが、ｐＨ５以上の弱酸性でも使用可能である。具体的には井戸水、水道水、海水等も使用できるが、各種のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩、水酸化カルシウム、水酸化リチウム等の塩基等の水溶液を用いる。中でも飽和水酸化カルシウム、水酸化リチウム、リチウム塩が好ましい。また、亜硝酸塩を用いると、塩害等によるコンクリート中の鉄筋腐食を防止する観点から好ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
実施例１
セメント　３３０　　ｋｇ／ｍ３　
単位水量　１８０　　ｋｇ／ｍ３　
細骨材　　７５６　　ｋｇ／ｍ３　
粗骨材　　９８９　　ｋｇ／ｍ３　
減水剤　　　　１．１ｋｇ／ｍ３　
高さ２ｍ×横４ｍ×厚み０．６ｍで、内部鉄筋から表面までの厚み（かぶり厚み）が２０ｃｍ以上となるような鉄筋コンクリート壁を打設するための型枠、及び鉄筋を組立てた。この鉄筋に電食を防止する材料として上記デンカガルバシールドＸＰを１ｍ２　あたり４個取り付けた後、上記配合のコンクリートを打設した。このコンクリートを７日間養生した後、保持材として発泡ポリエチレンを、外部電極としてチタンメッシュをコンクリート表面にボルトで固定し、更に、電解質溶液として飽和水酸化カルシウム水溶液を使用した。
【００２１】
このコンクリート内部の鉄筋を内部電極（陽極）として電源に接続し、コンクリート表面積あたり１０Ａ／ｍ２　の電流を出力電圧３０Ｖにて通電した。なお、電解質溶液は２回／週の割合で補充した。
通電時間が５日、１０日、１５日の時点で１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍの各コンクリートブロックを鉄筋コンクリート壁から採取して供試体とし、コンクリートブロックから発生するアンモニアガスの測定を行い、同時に鉄筋の腐食状況を調査して表１に示した。また、比較のため実験Ｎｏ．１−４として犠牲電極を取り付けなかった場合、実験Ｎｏ．１−５として通電を実施しない場合についても実施例１と同様に試験を行い、表１に併記した。表１より明らかな通り、犠牲電極を取り付け、通電を実施した本発明のコンクリートはアンモニアの発生速度が極端に減少し、鉄筋の腐食も生じていないことが理解される。
【００２２】
コンクリートブロックから採取した供試体から発生するアンモニアガスの発生速度の測定は、下記の方法で行った。
すなわち、ブロックを入れたデシケータ内に一端から清浄化されたアンモニアを含有しない空気を連続的に流入させ、同時に他端からデシケータ中の空気を連続的に排出させ、その排出空気をアンモニア捕集用インピジャー中の純水に導入させ、純水中のアンモニウムイオン量をイオンクロマトグラフィーによって経時的に測定した。
【００２３】
＜使用材料＞
セメント：　市販普通ポルトランドセメント
細骨材　：　新潟県姫川産　川砂　比重２．６２
粗骨材　：　新潟県姫川産　砂利　比重２．６４
減水剤　：　市販ＡＥ減水剤
電解質材料　：　水酸化カルシウム、市販品試薬　１級
水　：　水道水
【００２４】
【表１】
2004124185.tif 000002
【００２５】
実施例２
コンクリート表面積あたりに通電する電流を表２に示すように変化させた以外は実施例１と同様の試験を行った。
なお、アンモニア発生速度の測定は通電期間１０日で実施した。その結果を表２に示す。通電する電流は１０Ａ前後が効率よくアンモニアを除去し、５から１５Ａの範囲が好ましくアンモニアの発生を抑制することが可能である。
【００２６】
【表２】
2004124185.tif 000003
【００２７】
実施例３
セメント砂比が１／２、水セメント比が０．６で、セメントに対して２％の塩化ナトリウムを配合したモルタルを調製した。このモルタルを４０×４０×１６０ｍｍに成形し、その中央部にφ２ｍｍの鉄筋を配置し、更にその鉄筋にガルバシールドを取り付けた。材齢１日で脱型後、このモルタルにアルミシールを貼り２０℃、６０％ＲＨの室内で２８日間養生し供試体とした。その後、アルミシールを剥がし、供試体のある１面に、保持材として発泡ポリエチレンを、外部電極としてチタンメッシュを固定し、電解質溶液として水酸化カルシウムを使用した。このモルタル内部の鉄筋を内部電極（陽極）として電源に接続し、モルタル断面積あたり１０Ａ／ｍ２　の電流を出力電圧３０Ｖにて通電した。
なお、電解質溶液は２回／週の割合で補充した。通電期間が５、１０、１５日の時点で通電をやめ、搾り出し器を用いて硬化体の細孔溶液を取り出し、ＩＣＰ発光分析法によりナトリウムイオン濃度を測定した。結果を表３に示す。なお、比較例として、通電を実施しない場合以外は実施例３と同様に行った同一材齢のモルタルも同様に分析し、結果を表３に併記した。
【００２８】
【表３】
2004124185.tif 000004
【００２９】
本実施例より、本発明はアンモニウムイオンを除去するばかりでなく、有害なナトリウムイオンも同時に除去できることが理解される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、コンクリート構造物から鉄筋の腐食を防止しながらアルカリイオンを短期間に除去し、アンモニアガスの発生しない、且つナトリウムやカリウムイオンの少ない新設のコンクリート構造物を提供することができる。