(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート構造物の電気防食施工方法であって、
合成樹脂繊維と導電性金属線とにより形成されたシート材を導電性接着剤を使用して前記鉄筋コンクリート構造物に一体化し、
前記導電性金属線に通電するための端子を取り付ける
ことを特徴とする電気防食施工方法。
【請求項２】
前記導電性接着剤が炭素粉末を含むエポキシ樹脂である
請求項１に記載の電気防食施工方法。
【請求項３】
前記合成樹脂繊維がアラミド繊維であり、
前記導電性金属線がチタン線である
請求項１または請求項２に記載の電気防食施工方法。
【請求項４】
鉄筋コンクリート構造物の電気防食に使用される電気防食構造体であって、
合成樹脂繊維と導電性金属線とを用いてシート状に編まれてなるシート材を有する
ことを特徴とする電気防食構造体。
【請求項５】
前記シート材を前記鉄筋コンクリート構造物に一体化するための導電性接着剤を有する
請求項４に記載の電気防食構造体。
【請求項６】
前記合成樹脂繊維がアラミド繊維であり、
前記導電性金属線がチタン線である、
請求項４または請求項５に記載の電気防食構造体。
【請求項７】
前記導電性接着剤が炭素粉末を含むエポキシ樹脂である
請求項６に記載の電気防食構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建物の柱および橋脚等の鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食を防止するために、電気防食が広く採用されている。鉄筋コンクリート構造物の防食に従来より用いられる電気防食法は、コンクリートの表面を直流電源装置の陽極に接続して微弱な直流電流を陰極側の鉄筋に向けて流すことにより鉄の電位差を均等化して鉄筋の腐食を防止するというものである。
このような電気防食法として、炭素繊維の不織布または炭素粉末をコーティングしたシートを鉄筋コンクリート構造物の表面に取り付けて直流電源の陽極に接続し鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋を直流電源の陰極に接続しておこなう技術（特許文献１）、同じく鉄筋コンクリート構造物の表面に設けた炭素繊維シートを直流電源の陽極に接続し鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋を直流電源の陰極に接続しておこなう技術（特許文献２）、および前述した電気防食法において炭素繊維シートを不働態皮膜を有する耐酸化金属、例えばニッケルで被覆する技術が開示されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００３−２７６０７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７７０９号公報
【特許文献３】特開２００４−１９０１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１および特許文献２に開示されたように、炭素繊維シートを直流電源の陽極に接続して防食を行うと、通電時間が経過するにつれて徐々に劣化により炭素繊維シートの導電抵抗が増加して電圧が上昇し、通電できなくなるおそれがある。また炭素を電極として使用した場合に炭素の内部が変色することが確認されており（「軽量ＦＲＰパネルと導電性材料を用いた電気防食システムについて」、コンクリート構造物の補修、補強、アップグレードシンポジウム論文報告集、第２巻、材料学会、Ｐ１９７〜２０２、２００２年１０月）、電極としての耐久性に不安がある。
【０００４】
また、特許文献３に開示されたように炭素繊維シートをニッケルで被覆した場合も、特許文献１および２に開示された炭素繊維シート単独の場合と同様に耐久性に問題があるおそれがある（「ニッケル被覆炭素繊維シートの電気防食における通電性能に関する研究」、コンクリート工学論文集、Ｎｏ．１、Ｖｏｌ２７，Ｐ１５３１〜１５３６、２００５年６月）。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、耐久性に優れた鉄筋コンクリート構造物の防食方法および電気防食用の陽極として使用可能な耐久性を有する電気防食構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る電気防食施工方法は、鉄筋コンクリート構造物の電気防食施工方法であって、合成樹脂繊維と導電性金属線とにより形成されたシート材を導電性接着剤を使用して前記鉄筋コンクリート構造物に一体化し、前記導電性金属線に通電するための端子を取り付ける。
好ましくは、前記導電性接着剤が炭素粉末を含むエポキシ樹脂である。
また、好ましくは、前記合成樹脂繊維がアラミド繊維であり、前記導電性金属線がチタン線である。
【０００６】
本発明に係る電気防食構造体は、鉄筋コンクリート構造物の電気防食に使用される電気防食構造体であって、合成樹脂繊維と導電性金属線とを用いてシート状に編まれてなるシート材を有する。
好ましくは、前記シート材を前記鉄筋コンクリート構造物に一体化するための導電性接着剤を有する。
好ましくは、前記合成樹脂繊維がアラミド繊維であり、前記導電性金属線がチタン線である。
【０００７】
また、好ましくは、前記導電性接着剤が炭素粉末を含むエポキシ樹脂である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、耐久性に優れた鉄筋コンクリート構造物の防食方法および電気防食用の陽極として使用可能な耐久性を有する電気防食構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１ないし図３は本発明に係る電気防食構造体を示す図である。
電気防食構造体は、アラミド繊維からなる糸（以下「アラミド繊維」ということがある）を編んでシート状としたものであり、アラミド繊維を編むときにチタン線が同時に編み込まれて導電性が付与されている。
図１において、電気防食構造体１ａ，１ｂ，１ｃはアラミド繊維の糸２，…，２がいわゆる平織りされて形成された１方向シートであり、チタン線３，…，３は糸２，…，２に沿わせて２重にして編み込まれる。チタン線３，…，３は、図１（ａ）では縦方向および横方向のいずれも約１ｃｍ間隔ごとに糸２，…，２と２重にして編み込まれている。チタン線３，…，３は、図１（ｂ）では縦方向および横方向のいずれも約３ｃｍ間隔ごとに糸２，…，２と２重にして編み込まれている。チタン線３，…，３は、図１（ｃ）では縦方向および横方向のいずれも全てのアラミド繊維の糸２，…，２と２重にして編み込まれている。
【００１０】
図２において、電気防食構造体１Ｂａ，１Ｂｂは縦糸２，…，２及び横糸２，…，２がいずれも密に編まれており、縦糸２，…，２および横糸２，…，２は、それぞれ他方向の糸３本を跨いで次の１本と交叉する２方向シートである。チタン線３，…，３は、適度な間隔ごとに縦糸２，…，２と２重にして編み込まれ（図２（ａ））、または適度な間隔ごとに横糸２，…，２と２重にして編み込まれる（図２（ｂ））。図１に示される電気防食構造体１ａ，１ｂのように、縦糸２，…，２および横糸２，…，２すべてにまたはそれぞれ適度な間隔ごとに縦糸２，…，２および横糸２，…，２と２重にしてチタン線３，…，３を編み込んでもよい。
【００１１】
図３において、電気防食構造体１Ｃａ，１Ｃｂはアラミド繊維の糸２，…，２およびチタン線３，…，３がメッシュ状（網の目状）に組み合わされて形成されている。図３（ａ）においては、チタン線３，…，３は、縦糸２，…，２と横糸２，…，２とを結びつけながら縦糸２，…，２に巻かれている。チタン線３，…，３を横糸２，…，２に巻いて横糸２，…，２と縦糸２，…，２とを結びつけてもよい。図３（ｂ）においては、チタン線３，…，３は、縦糸２，…，２に沿わせて横糸２，…，２と編み合わされている。メッシュ状の電気防食構造体において、図１に示される電気防食構造体１ａ，１ｂのように、縦糸２，…，２および横糸２，…，２すべてにまたはそれぞれ適度な間隔ごとに縦糸２，…，２および横糸２，…，２に沿わせてチタン線３，…，３を編み込んでもよい。
【００１２】
電気防食構造体に使用するアラミド繊維２，…，２として、例えば東レ・デュポン（株）社製のパラ系アラミド繊維ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）が使用される。図１〜３の電気防食構造体におけるアラミド繊維２，…，２には０．１ｍｍの太さの単繊維（１本の繊維）を１〜３に束ねたものが使用され、チタン線３，…，３には径が０．１ｍｍのものが使用される。チタン線は、アラミド繊維への編み込み易さを考慮しアラミド繊維の単繊維と略同一の径のものを用いるのが好ましい。
アラミド繊維２自体としては絶縁性に優れているので漏電等のおそれがなく、チタン線３と組み合わせることにより、通電したい部分に集中的に通電することが可能である。
【００１３】
図１ないし図３において、電気防食構造体１ａ，１ｂ，１ｃ，１Ｂａ，１Ｂｂ，１Ｃａ，１Ｃｂにおけるチタン線３，…，３の編み込み密度は、１ｃｍ〜１０ｃｍとするのが好ましく、３ｃｍ〜１０ｃｍがより好ましい。ここで「チタン線の編み込み密度」とは、編み込まれた隣り合うチタン線３，３の間隔をいうものとする。また、原料コストを過度に増加させないためには、編み込むチタン線３の密度は３０本／ｍ2程度とするのが好ましい。また、チタン線３は、縦糸に沿わせて使用する場合および横糸に沿わせて使用する場合のいずれも、施工対象物表面の電流密度分布を均一にするためにそれぞれの方向について等間隔で配置されるように編み込むのが好ましい。
【００１４】
電気防食構造体１ａ，１ｂ，１ｃ，１Ｂａ，１Ｂｂ，１Ｃａ，１Ｃｂは、本発明におけるシート材である。
アラミド繊維に換えて他の合成繊維、例えばポリアミド繊維（ナイロン：登録商標）、ポリエステル繊維、およびポリプロピレン繊維等を使用してもよい。また、合成繊維以外にも、例えばガラス繊維、炭素繊維等の高強度繊維を使用することができる。電気防食構造体は、チタン線が編み込まれているので炭素繊維を使用しても電極としての耐久性を十分にもたせることが可能である。
【００１５】
また、チタン線に換えて他の良電導性金属、例えば銅等を使用してもよい。
次に、電気防食構造体が施工された鉄筋コンクリート構造物について説明する。
図４は建物の床等に使用される鉄筋コンクリート構造物断面４の概略図、図５は図４のＡ−Ａ矢視断面図、図６は図４，５の部位ＰのＢ−Ｂ矢視断面図である。
図４ないし図６において使用される電気防食構造体は、図３（ａ）に示される電気防食構造体１Ｃａである。図４における鉄筋コンクリート構造物４の施工は、初めに主筋５および主筋５に交叉させた補強筋６，…，６が配置され、コンクリート７が型枠に流し込まれた後に数日間養生されて基礎が形成される。コンクリート７が硬化したら導電性接着剤８をコンクリート７表面に塗布し、塗布した導電性接着剤８の上から電気防食構造体１Ｃａによってコンクリート７表面を覆う。導電性接着剤８は電気防食構造体１Ｃａ全体に行き渡りメッシュ状の表面からはみ出る程度に十分に塗布する。電気防食構造体１Ｃａによりコンクリート７表面を覆った後に、もう１度電気防食構造体１Ｃａの表面に導電性接着剤８を塗布してもよい。
【００１６】
導電性接着剤８が硬化する前に、電気防食構造体１Ｃａの上に、長手方向が電気防食構造体１Ｃａのチタン線３，…，３が編み込まれた方向と直角になるようにして、ディストリビュータ９を複数配置する。複数のディストリビュータ９，９，９は導線１０により並列接続される。ディストリビュータ９，９，９を使用することにより、導電性接着剤８を介するのみの場合に比べ、電気防食構造体１Ｃａのチタン線３，…，３に効率よく電流を印加することができる。
導電性接着剤８が硬化した後、電気防食構造体１Ｃａの外側に型枠を組み、陽極保護コンクリート１１を流し込んで、外観の改善とともに電気防食構造体１Ｃａ、ディストリビュータ９，９，９および導線１０を保護してもよい。
【００１７】
主筋５または補強筋６には陰極端子１２が溶接により接続され、陰極端子１２の一端が鉄筋コンクリート構造物４の表面に露出するようにしてコンクリート７に埋め込まれている。コンクリート７には、照合電極１３が取り付けられる。また、導線１０は陽極端子１４に接続され、陽極端子１４の一端が表面に露出するようにして設置されている。そして、陰極端子１２は直流電源１５の陰極に接続され、陽極端子１４は直流電源１５の陽極に接続される。
導電性接着剤８は硬化して、メッシュ状の電気防食構造体１ＣａとともにＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）を形成し、鉄筋コンクリート構造物４の強度を高める補強材として機能する。
【００１８】
電気防食構造体１Ｃａに換えて、図３（ｂ）、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ），（ｂ）に示される他の電気防食構造体１ａ，１ｂ，１ｃ，１Ｂａ，１Ｂｂ，１Ｃｂを使用することができる。
鉄筋コンクリート構造物４の電気防食は、公知の電気防食と同様に行われる。すなわち、直流電源１５により、鉄筋コンクリート構造物４に埋め込まれた照合電極１３が測定した電位に基づいて決定された電流値を陽極端子１４に印加し、鉄筋コンクリート構造物４内の腐食電流の発生を抑制することにより、鉄筋（主筋５および補強筋６，…，６）の腐食が防止される。
【００１９】
このとき、鉄筋コンクリート構造物４における導電性接着剤層８は、図６に示されるように、電気防食構造体１Ｃａのチタン線３，…，３を取り囲み、かつチタン線３，…，３とコンクリート７との間を埋める。したがって、導電性接着剤８層は、ディストリビュータ９とチタン線３，…，３との間の導電性およびチタン線３，…，３とコンクリート７との間の導電性を高める働きをする。
ここで使用される導電性接着剤８は、広く接着剤として使用されるエポキシ樹脂に導電性を有する炭素粉末を混入したものである。炭素粉末の混入量は、コンクリート７の体積抵抗率（１×１０2〜１×１０4Ω・ｃｍ2）以下になるように決定される。図７は接着剤への炭素粉末混入率と体積抵抗率との関係を示す図である。ここでいう「炭素粉末混入率」とは、導電性接着剤８（混合物）を１００としたときに含まれる炭素粉末の重量％をいう。
【００２０】
図７に示されるように、炭素粉末の混入率を５０〜５８％にすることにより、導電性接着剤８の体積抵抗率をコンクリート７の体積抵抗率に略等しくすることができる。このように、接着剤に混入する炭素粉末の量を調整することにより導電性接着剤８の体積抵抗率を調整することができる。
接着剤として接着力に優れるエポキシ樹脂を使用することにより、施工時にコンクリート７表面に付着する汚れを取り除く作業および表面を平滑にする作業程度で接着が可能であり、導電性材料層および接着剤層を塗り重ねる必要がない。そのため、工期の短縮および工事費用のコストダウンが可能である。
【００２１】
図８は柱等に使用される鉄筋コンクリート構造物４Ｂの矢視断面図である。
鉄筋コンクリート構造物４Ｂには、図３（ａ）に示される電気防食構造体１Ｃａが使用される。鉄筋コンクリート構造物４Ｂの施工は、図４における鉄筋コンクリート構造物４と同様に、初めに柱主筋５Ｂ，…，５Ｂおよび柱主筋５Ｂ，…，５Ｂに交叉させて柱主筋５Ｂ，…，５Ｂを取り巻くように横補強筋６Ｂが組まれ、型枠にコンクリート７Ｂが流し込まれた後に数日間養生されて柱が形成される。コンクリート７Ｂの硬化後に、導電性接着剤８をコンクリート７Ｂ表面に塗布し、塗布した導電性接着剤８の上から電気防食構造体１Ｃａによってコンクリート７Ｂ表面を覆う。図８において、電気防食構造体１Ｃａはチタン線３，…，３が柱主筋５Ｂ，…，５Ｂの長手方向と同じになるようにしてコンクリート７Ｂ表面を覆っている。導電性接着剤８の塗布の要領は、先に説明した鉄筋コンクリート構造物４の場合と同じである。
【００２２】
導電性接着剤８が硬化する前に、電気防食構造体１Ｃａの上に、電気防食構造体１Ｃａのチタン線３，…，３が編み込まれた方向と直角方向にディストリビュータ９Ｂを複数配置する。複数のディストリビュータ９Ｂ，９Ｂ，９Ｂは導線１０Ｂにより並列接続される。
導電性接着剤８が硬化した後、外周に型枠を組み立て陽極保護コンクリートを流し込んで数日間養生し、外観の改善を兼ねて電気防食構造体１Ｃａ、ディストリビュータ９Ｂ，９Ｂ，９Ｂおよび導線１０Ｂを保護してもよい。
【００２３】
予め、横補強筋６Ｂには陰極端子１２Ｂが連結され、ディストリビュータ９Ｂには陽極端子１４Ｂが連結されて、いずれもその一端が表面に露出している。
コンクリート７Ｂには、照合電極が鉄筋および電気防食構造体１Ｃａのいずれにも電気的に絶縁されて取り付けられる。陰極端子１２Ｂは直流電源１５の陰極に接続され、陽極端子１４Ｂは直流電源１５の陽極に接続される。
鉄筋コンクリート構造物４Ｂにおいても、導電性接着剤８は、電気防食構造体１ＣａとともにＦＲＰを形成し、鉄筋コンクリート構造物４Ｂの強度を高める補強材として機能する。
【００２４】
電気防食構造体１ａ，１ｂ，１ｃ，１Ｂａ，１Ｂｂ，１Ｃａ，１Ｃｂは、上述したような新設の鉄筋コンクリート構造物４，４Ｂだけではなく、既設の鉄筋コンクリート構造物の補修、補強用にも使用することができる。そして、既設の鉄筋コンクリート構造物の補修、補強の際にも、新設におけると同様に導電性接着剤８を使用して鉄筋コンクリート構造物に取り付けられる。
図９は電気防食構造体１Ｃａと炭素繊維シートとの復極量を比較した図、図１０は復極量の測定要領を示す図、図１１は電気防食構造体１Ｃａと他のシート材質による電気防食構造体との通電電圧経時変化を示す図である。
【００２５】
鉄筋のインスタントオフ電位の測定は、図１０（ａ）に示される供試体１６を作成して行った。
供試体１６は、鉄筋１７が内蔵された径約１００ｍｍ、高さ約２００ｍｍのコンクリート円柱１８の外周に、電気防食構造体１Ｃａを巻いて導電性接着剤８により固定化したものである。電気防食構造体１Ｃａは、図１０においてチタン線３が周方向に略円を形成するように巻かれている。鉄筋１７は導線１９により直流電源２０の陽極に接続され、電気防食構造体１Ｃａはディストリビュータ２１を介して直流電源２０の陰極に接続される。
【００２６】
供試体１６への通電は、印加する電流密度を変化させて各電流密度でそれぞれ１０分間行われる。そして、図１０（ｂ）を参照して、測定用電極２２と電位測定器２３とによって鉄筋の電位を測定する。測定は各電流密度にて行う。電位測定器２３は、四国総合研究所製の携帯鉄筋腐食計（ＳＲＩ−ＣＭ−III型）である。
電位測定の結果、  図９に示されるように、電気防食構造体１Ｃａは、鉄筋コンクリート構造物の電気防食として実績のある炭素繊維シートと比べて、同程度の分極性能を示している。これより、防食性能は同程度である。
【００２７】
図１１におけるニッケル被覆シートは、炭素繊維の不織布の表面にニッケルをメッキ加工したもの、またはニッケルメッキ加工を行った炭素繊維をシート状に編んだものである。
図１１に示されるように、電気防食構造体１Ｃａおよび比較例１，２は、通電時間が２０日までは同じように電圧が増加しているが、２０日経過後は、電気防食構造体１Ｃａは比較例１，２に比べて電圧の増加は極めて少なく、１００日経過後も支障なく通電することができた。また、電気防食構造体１Ｃａの表面および内部に何ら異常は認められず、比較例１，２に比べて優れた耐久性を示した。
【００２８】
本願発明に係る電気防食構造体は、電気防食に使用される既存の各種シートに比べて遜色のない鉄筋コンクリート構造物の腐食防止効果を発揮し、既存の各種シートに比べて高い耐久性を有する。
また、本願発明に係る電気防食構造体は、鉄筋コンクリート構造物の補強用としても使用することができるので、建設当初は補強目的で鉄筋コンクリート構造物に施工しておき、鉄筋コンクリート構造物の腐食が促進されるおそれが明らかになったときに、改めて電気防食用の工事を行うことなく容易に電気防食の実施を行うことができる。
【００２９】
本願発明に係る電気防食構造体は、電気防食の電極として炭素繊維を使用していないので、電極としての寿命、つまり耐久年数の向上が期待できる。また、変形しやすいアラミド繊維を主体とするため、従来のチタンメッシュの電極を取り付けモルタルで補強する工法に比べて複雑な形状の構造物に対応することができ、かつ軽くて取り扱いが容易である。
上述の実施形態において、電気防食構造体１ａ，１ｂ，１ｃ，１Ｂａ，１Ｂｂ，１Ｃａ，１Ｃｂ、および電気防食構造体１ａ，１ｂ，１ｃ，１Ｂａ，１Ｂｂ，１Ｃａ，１Ｃｂの各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食防止に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る電気防食構造体を示す図である。
【図２】本発明に係る電気防食構造体を示す図である。
【図３】本発明に係る電気防食構造体を示す図である。
【図４】高層建築の基礎等に使用される鉄筋コンクリート構造物断面の概略図である。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】図４，５の部位ＰのＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図７】接着剤への炭素粉末混入率と体積抵抗率との関係を示す図である。
【図８】柱等に使用される鉄筋コンクリート構造物の矢視断面図である。
【図９】電気防食構造体と炭素繊維シートとの復極量を比較した図である。
【図１０】復極量の測定要領を示す図である。
【図１１】電気防食構造体と他のシート材質との通電電圧経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  シート材（電気防食構造体）
２  合成樹脂繊維（アラミド繊維）
３  導電性金属線（チタン線）
４，４Ｂ  鉄筋コンクリート構造物
８  導電性接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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