(57)【要約】コンクリート製構造体中の鉄筋のように、被覆層中に少なくとも一部が埋め込まれた鋼部材を含む構造体における陰極防食は、犠牲陽極を層の至る所のコンクリート中に間隔を置いて埋め込み、かつ、該陽極を鉄筋に接続することによって提供される。そして、陽極本体は、亜鉛のような犠牲陽極材料の微細な粉体や薄片や繊維を相互に加圧して、細孔を有する多孔体を画定することによって形成される。陽極部材の前記犠牲陽極材料は、ドリル穴の中に締りばめとして埋め込まれたり挿入されることにより被覆材と直接接触するので、そこからのいかなる膨張力も、亀裂発生の可能性を有するコンクリートに加わることとなる。しかしながら、前記細孔を調整し、陽極本体の腐食による腐食生成物が、被覆材に亀裂が発生するまで陽極本体が膨張するのを防止するのに十分な細孔の中に収容されるようにしている。【選択図】図１
2004536231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆材中の鋼部材の陰極防食において使用される陽極部材であって、
被覆材から分離し、腐食生成物を生じる鋼部材に関連して腐食する特性を有する犠牲陽極材料から形成された中実の陽極本体と、
該陽極本体は被覆材中に埋め込むために調整されており、
使用中は、陽極本体と鋼部材との間の電気的ガルバニ電位により、電流が、電気接続を介して両者間を流れ、かつ、イオンが、犠牲陽極材料を腐食すると同時に鋼部材の腐食抑制に寄与する被覆材を介して流れるように、鋼部材に電気接続するための電気接続用部材とを備え、
前記陽極本体の少なくとも一部は、陽極材料内に細孔を画定するように調整された犠牲陽極材料から形成され、
前記陽極部材は、埋め込まれた際に、亀裂発生の可能性を有する被覆材まで陽極部材からの圧力が加わるように調整され、
前記細孔が調整されて、陽極本体の腐食による腐食生成物が、被覆材に亀裂が発生するまで陽極本体が膨張するのを防止するのに十分な細孔の中に収容されることを特徴とする陽極部材。
【請求項２】
前記陽極本体は、ドリル穴の壁内に締りばめするように調整された円筒状外部表面を備え、該外部表面を穴の壁に少なくとも一部嵌合させることによって、陽極本体が適所に保持されることを特徴とする請求項１記載の陽極部材。
【請求項３】
前記陽極本体は、その一端に電気接続子を含み、該電気接続子は、その上に加わる圧力により、鋼部材との電気接続を保持するように調整されることを特徴とする請求項２記載の陽極部材。
【請求項４】
前記陽極本体の少なくとも一部は、相互に加圧された微細物質から形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の陽極部材。
【請求項５】
前記微細物質は、相互に加圧され、かつ加熱されることを特徴とする請求項４記載の陽極部材。
【請求項６】
前記微細物質の少なくとも一部は、削りくず、薄片、あるいは繊維のように、一以上の方向に大きな広がりを有することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の陽極部材。
【請求項７】
前記陽極本体には、強化材を混入し、該強化材は、被覆層と陽極材料間のイオン伝達を向上させる際には犠牲陽極材料と協動し、更に、該強化材は、中実の陽極本体の犠牲陽極材料内に結合されることで、該中実の陽極本体に保持されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の陽極部材。
【請求項８】
前記陽極部材は、少なくとも一部が陽極材料より成る一つの導電性配列から構成されることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の陽極部材。
【請求項９】
前記配列は電気導体を含み、該電気導体は、鋼部材との接続に利用可能な電気導体を少なくとも一部残した状態にて、陽極材料によって略全体的に覆われていることを特徴とする請求項９記載の陽極部材。
【請求項１０】
前記配列は電気導体を含み、該電気導体は、複数の別体の陽極本体によって間隔をおいて覆われることを特徴とする請求項８記載の陽極部材。
【請求項１１】
前記配列は、構造的補強を提供する目的で、被覆材と協動するように調整されることを特徴とする請求項８又は請求項９又は請求項１０記載の陽極部材。
【請求項１２】
陰極防食法であって、
被覆材と、該被覆材に少なくとも一部が埋め込まれた鋼部材とを提供することと、
被覆材とは別体の固体の形態をとり、かつ、腐食生成物を生じる鋼部材に関連して腐食が進むという特性を有する犠牲陽極材料より形成された、犠牲陽極部材を提供することと、
陽極本体を被覆材の中に埋め込むことと、
陽極本体と鋼部材との間の電気的ガルバニ電位によって、電流が電気接続を介して両者間を流れ、かつ、イオンが、犠牲陽極材料を腐食すると共に鋼部材の腐食抑制に寄与する被覆材を介して流れるように、陽極部材を鋼部材に電気的に接続することを含み、
前記陽極本体の少なくとも一部は、陽極材料内に細孔を有する犠牲陽極材料から形成され、
前記陽極部材の犠牲陽極材料は、亀裂発生の可能性を有する被覆材まで陽極部材からの圧力が加わるように、被覆材に関連づけて調整され、
前記細孔が調整されて、陽極本体の腐食による腐食生成物が、被覆材に亀裂が発生するまで陽極本体が膨張するのを防止するのに十分な細孔の中に収容されることを特徴とする陰極防食法。
【請求項１３】
前記被覆材を穿孔して少なくとも一個の穴を形成し、この少なくとも一個のドリル穴に挿入することによって、陽極部材は埋め込まれ、該陽極部材は、ドリル穴の壁内に締りばめする外部表面を含み、かつ、該外部表面を穴の壁に少なくとも一部嵌合させることによって、陽極本体が適所に保持されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記穴は、鋼部材まで穿孔され、前記陽極部材は、鋼部材に近接した一端に電気接続子を含み、該電気接続子は、陽極部材の外部表面を穴の壁と少なくとも一部嵌合させることによって、鋼部材との接合を保持することを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記陽極本体の少なくとも一部は、相互に加圧された微細物質から形成されることを特徴とする請求項１２又は請求項１３又は請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記微細物質は、相互に加圧され、かつ加熱されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記微細物質の少なくとも一部は、削りくず、薄片、あるいは繊維のように、一以上の方向に大きな広がりを有することを特徴とする請求項１５又は請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記陽極本体は、混入された強化材を含み、該強化材は、被覆層と陽極材料間のイオン伝達を向上させる際には犠牲陽極材料と協動し、更に、該強化材は、中実の陽極本体の犠牲陽極材料内に結合されて、中実の陽極本体に保持されることを特徴とする請求項１２乃至請求項１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記陽極部材は、被覆材の既存層の上に適用されると共に、被覆材の追加層によって覆われることを特徴とする請求項１２乃至請求項１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記陽極部材は、少なくとも一部が陽極材料より成る導電性配列から構成されることを特徴とする請求項１２乃至請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記配列は、鋼部材との接続に利用可能な前記電気導体を少なくとも一部残した状態にて、陽極材料によって略全体的に覆われていることを特徴とする請求項２０記載の陽極部材。
【請求項２２】
前記配列は電気導体を含み、該電気導体は、複数の分離した陽極本体によって間隔をおいて覆われることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記配列は、構造的補強を提供する目的で、被覆材と協動するように調整されることを特徴とする請求項２０又は請求項２１又は請求項２２記載の陽極部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリートとの共用のために特に、但しそれに限定されることなく、調整された陰極防食法と、該陰極防食法で使用する陽極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周囲層に少なくともその一部が埋め込まれた鋼材の陰極防食は、周知のものであり、この目的のための一方法が、本発明者によって２０００年２月２日に出願されＷＯ００／４６４２２として公表されたＰＣＴ出願ＣＡ００／００１０１に記述されている。
【０００３】
Ａｓｔｏｎ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ社のＰＣＴ国際公開出願ＷＯ９４／２９４９６には、亜鉛や亜鉛合金のような犠牲陽極を用いて、コンクリート中の補強部材を陰極防食するための方法が、提供されている。この公開出願、及びこの出願から作られた市販製品には、連結線材を取り付けたパック形状の陽極本体が提供されている。この市販製品には、実際は２本の線材が備えられ、該線材は、パック上で直径方向の互いに反対側に配置されると共に、むき出しの鋼補強部材に取り付けるためのたわみ接続線として、そこから外方に向かって延出している。
【０００４】
このパックは、陽極の活性を持続させる電解液を保持する、モルタルのような封入材料によって囲まれている。モルタルは、コンクリートと相溶性があるので、電解作用は、モルタルを通過して、陽極と鋼補強部材との間のコンクリートの中に働き、更には、そこを通過していくのである。
【０００５】
前記公開出願の主な特徴は、陽極を取り囲む部分の電解液ｐＨを約１２乃至１４の高いレベルに維持する成分を、モルタル中に組み込むことと関係がある。
本装置使用時には、補強部材と離れた位置で接続された陽極が、一続きの陽極として配設されている。連結線材による取り付けは、鉄筋の周囲を線材で単純に覆って行われる。陽極は、鉄筋に隣接して配置されてから、必要量のコンクリートにより重ねて覆われるのである。
【０００６】
一般に、この防食システムは、腐食が始まるのに十分な年数、定位置にあるコンクリート製構造体に使用される。通常、修復が必要とされる損傷範囲が掘削されて鉄筋が露出すると、その上から、モルタルで覆われたパック形状の防食装置が前述のようにコンクリート中に挿入され、その後、コンクリートが再充填される。
【０００７】
これらの装置は、ある程度の商業的成功を達成し始めており、現在、修復工程に用いられている。しかしながら、操作性と人間工学上の改良が、この分野における製品の成功を進める上で要求されている。
【０００８】
Ｆｏｓｅｃｏに譲渡された米国特許６、１９３、８５７（Ｄａｖｉｓｏｎ）は、モルタルで覆われたパック形状の陽極本体を開示しており、そこでは、パックが、コンクリートの掘削穴内の鉄筋に延性線材によって取り付けられている。
【０００９】
犠牲陽極材料を使用した陰極防食中には、腐食生成物形成による防食のため陽極が腐食されねばならないことは周知である。そして、マグネシウムのような陽極材料の多くは、可能性はあるものの、著しい体積増加の観点から使用が困難である。この体積増加は材料が腐食する際に起こり、このため、周辺材料、通常は亀裂の生じやすいコンクリートであるが、これに対して著しい圧力が加わる。最も一般的な亜鉛でさえ体積が増加し、その腐食生成物は、亀裂発生を防止するために、陽極周囲のモルタル材内に収容しなければならない。前述のＡｓｔｏｎ出願に示されるように、このモルタルは陽極に取り付け可能であり、陽極が埋め込まれる際には陽極と一緒にコンクリート中に挿入される。
【００１０】
代わりに、膨張を吸収するように設計された特性を有する充填材内に、陽極を埋め込むことも可能である。しかしながら、陽極本体をコンクリート内に直接配置したり埋め込むことによって、従来のコンクリートに陽極材料の表面を直接接触させたり、あるいは、腐食中の陽極の膨張に伴う膨張圧がコンクリートに直接または非圧縮性中間材料を介して加わるように、陽極材料の表面を配置することは、いずれも最近まで不可能であった。なぜならば、容認できない亀裂の発生につながる膨張の危険に、コンクリート材料が耐えきれないからである。
【００１１】
このため、陽極部材のコストと複雑度が著しく増加すると共に、方法の許容限度は減少する。
【発明の開示】
【００１２】
従って、本発明の一つの目的は、陰極防食のために改善された方法と、陰極防食で使用するために改善された陽極部材とを提供することであり、本発明においては、腐食生成物が引き起こす膨張に伴う問題が軽減、あるいは除去される。
【００１３】
本発明の第一の態様では、鋼部材の陰極防食に使用する陽極部材が被覆材に配設されている。
【００１４】
つまり、該陽極部材は、
被覆材から分離し、腐食生成物を生じる鋼部材に関連して腐食する特性を有する犠牲陽極材料から形成された中実の陽極本体と、
該陽極本体は被覆材中に埋め込むために調整されており、
使用中は、陽極本体と鋼部材との間の電気的ガルバニ電位により、電流が、電気接続を介して両者間を流れ、かつ、イオンが、犠牲陽極材料を腐食すると同時に鋼部材の腐食抑制に寄与する被覆材を介して流れるように、鋼部材に電気接続するための電気接続用部材とを備え、
前記陽極本体の少なくとも一部は、陽極材料内に細孔を画定するように調整された犠牲陽極材料から形成され、
前記陽極部材は、埋め込まれた際に、亀裂発生の可能性を有する被覆材まで陽極部材からの圧力が加わるように調整され、
前記細孔が調整されて、陽極本体の腐食による腐食生成物が、被覆材に亀裂が発生するまで陽極本体が膨張するのを防止するのに十分な細孔の中に収容されることにより、
陽極部材は改善されるのである。
【００１５】
前記被覆材は、コンクリートでも、或いは、鋼補強に必要であってその中に埋設された鋼を含む他の材料でもよい。そして、被覆材は、単一の一体層でもよく、或いは、ある領域上に継ぎ当て部を有する母材から形成されてもよい。継ぎ当て部を設ける場合、該継ぎ当て部の被覆材は、母材と全く同一か同様のものでも、或いは、異なる特性のものでもかまわないが、前述したように、この二つの材料を合わせて「被覆材」と定義している。しかし更に、この被覆材は、鋼部材を含む母層や既存層、或いは、該既存層の上に適用される上塗り部層や被覆層から形成してもよい。また同様に、この二つの層は、全く同一か同様のものでもよい。ここでの記述は、主に既存コンクリートの修理に関するものであると同時に、ここで開示される陽極部材とその方法とは、コンクリート（あるいは類似の特性を有する他の材料）の新規導入にも使用可能であり、そこでは、陽極部材は、取り付けたコンクリート中に簡単に挿入することができ、ここで述べているように、腐食生成物の拡散を吸収するようにして構造を簡素化している。
【００１６】
多くの場合、陽極本体の全体が多孔質材料から形成されている。しかしながら、中実中心体の使用も考えられており、該中実中心体は、多孔質材料から成る中心体を取り囲む外部分と、電気的に接触するように取り付けられている。
【００１７】
前記細孔は、中身がないか、あるいは空洞を形成しているものとしてもよい。または、前記細孔のうちのあるもの或いは全ては、陽極材料自身とは異なる材料を部分的に或いは全てに含んでもよく、この材料は、部分的に満たされた細孔中への腐食生成物の侵入を許すものである。従って、以下に述べるように、陽極材料が電気的な強化材で形成される場合には、細孔のあるものは空洞であり、あるものは強化材で部分的に満たされ、そして、あるものは強化材で一杯に満たされていてもよい。腐食生成物は、部分的に満たされた細孔の空の空洞領域中に、すっかり吸収されるものとしてもよい。おそらく、可溶性の強化材の選択次第で、部分的に満たされた細孔も腐食生成物の吸収に有効となるであろう。
【００１８】
ほとんどの場合、その外表面はコンクリートと直接接触するが、本発明においては、その外部表面と、薄すぎるか非常に圧縮しにくいため潜在的な膨張力を吸収できないコンクリートとの間に、介在材料を介設する配置構成について検討している。
【００１９】
ある配置構成では、腐食生成物の膨張を吸収することで、陽極本体が、ドリル穴の壁内に締りばめするように調整された円筒状外部表面を備え、該外部表面を穴の壁に少なくとも一部嵌合させることによって、陽極本体が適所に保持されるようにしている。従って、陽極本体の外部表面は、コンクリート中の穴の内部表面と直接接触し、該接触によって、必要なイオン移動が界面を通して著しく行われるようになる。このように、陽極本体自身中に膨張を吸収することによって、陰極本体を、陰極防食寿命中でのコンクリートの亀裂発生の恐れなしに、穴の中に簡単に直接挿入できるのである。
【００２０】
この配置構成において、陽極本体は、その一端に電気接続子を適切に含み、該電気接続子は、穴と側壁との嵌合によって発生する圧力により、鋼部材との電気接続を保持するように調整される。従って、陽極は、衝撃を与えて前記穴に打ち込むことができ、その前端で棒鋼と電気的に接触し、電気接続を永久に保持するようにしている。該電気接続は、陽極本体中に部分的に延びた鋼製棒材とするか、或いは、前端が陽極本体に埋め込まれた多重線材とすることができ、該多重線材は、広げられて鋼部材に押し込まれるようにしている。
【００２１】
望ましい構成方法とは、陽極本体の少なくとも一部を、相互に加圧された微細物質から形成するものである。該微細物質は、加熱しながら相互に加圧してもよいが、これは、一般には必要ではなく、もし適用すれば、強化材に変化をもたらすかもしれない。この微細物質の少なくとも一部は、粉体や顆粒よりもむしろ、削りくず、薄片、あるいは繊維のように、一以上の方向に大きな広がりを有する粒子から形成した方がよいが、これは、一以上の方向への広がりの増加によって、必要な細孔を残しながら、粒子間の機械的、電気的接続性が向上するからである。もちろん、削りくず、薄片では、二方向への広がりが増加する一方、繊維では、一方向への広がりが増加している。両タイプの材料とも、すでに市場で入用可能である。粉体の方が安いので、粉体を使って、ある程度の薄片や繊維を含み大部分を粉体とした陽極本体を形成してもよい。
【００２２】
それ以外の多孔質陽極の構成方法を利用してもよく、陽極材料中に細孔を生成するために発泡したり、細孔を閉じこめた固体板材を破砕するといった、本発明の技術範囲内にある方法であればよい。
【００２３】
望ましくは、陽極本体には強化材を混入し、該強化材は、コンクリート層と陽極材料間のイオン伝達を向上させる際には犠牲陽極材料と協動し、更に、該強化材は、中実の陽極本体の犠牲陽極材料内に結合されることで、該中実の陽極本体に保持される。
【００２４】
このような強化材は、本発明者の前述の出願中に開示されており、そこでは、強化材は、陽極本体に次のように導入されている。すなわち、強化材の存在によって、陽極本体の電気的界面でのイオンの伝達が生じて、界面が電気化学的に活性に保たれ、陽極本体の寿命中には、陽極本体と鋼部材との間に強化材がない場合に発生する電流よりも高いレベルに電流が十分保たれることが保証され、そして、陰極防食が維持されるようにしている。
【００２５】
前記強化材は湿潤材でもよく、陽極本体中に結合されたこの湿潤材の存在によって、十分な水分が陽極本体中に吸収され、湿潤材がない場合に発生する伝導率よりも高いレベルまで陽極本体周囲の伝導率が保たれるようになる。
【００２６】
強化材は、陽極本体のｐＨを、１２以上、望ましくは１４以上のレベルまで増加させるように調整されたアルカリとすることができる。
【００２７】
強化材は、可溶性の腐食生成物の形成を助けるように選択することができ、その結果、腐食生成物は、陽極本体から周囲の被覆材中に、亀裂発生を促進させない形で拡散する。さらに、強化材自身は、時間とともに溶解して細孔から拡散し、これによって、腐食生成物を収容するために一層大きな空隙率を提供することができる。この両方の作用により、全空隙率の必要値は減少する傾向にある。
【００２８】
陽極部材を個々にドリル穴中に配置するという実施例の代わりに、広範囲の継ぎ当て補修用の代替案を用いることができ、そこでは、陽極部材は、望ましくは鋼部材から成る電気導体より形成された一つの導電性配列から構成されており、該配列は、陽極材料によって少なくとも一部が覆われているか、あるいは、陽極材料自体から構成されている。すなわち、該配列は、継ぎ当て処理中に掘削された一つの穴に配置され、導体の一端は鉄筋と配列とに接続され、更に、その穴は継ぎ当て用コンクリートによって覆われる。
【００２９】
前記配列は、鋼部材との接続に利用可能な電気導体を少なくとも一部残した状態にて、陽極材料によって略全体的に覆われているか、あるいは、複数の別体の陽極本体によって覆われている。
【００３０】
次に、本発明の第二の態様では、以下の構成の陰極防食方法が提供される。
【００３１】
すなわち、該陰極防食方法は、
被覆材と、該被覆材に少なくとも一部埋め込まれた鋼部材を提供することと、被覆材とは別体の固体の形態をとり、かつ、腐食生成物を生じる鋼部材に関連して腐食が進むという特性を有する犠牲陽極材料より形成された、犠牲陽極部材を提供することと、
陽極本体を被覆材の中に埋め込むことと、
陽極本体と鋼部材との間の電気的ガルバニ電位によって、電流が電気接続を介して両者間を流れ、かつ、イオンが、犠牲陽極材料を腐食すると共に鋼部材の腐食抑制に寄与する被覆材を介して流れるように、陽極部材を鋼部材に電気的に接続することを含み、
該方法は、すなわち、
前記陽極本体の少なくとも一部は、陽極材料内に細孔を画定するように調整された犠牲陽極材料から形成され、
前記陽極部材は、亀裂発生の可能性を有する被覆材まで陽極部材からの圧力が加わるようにし、
前記細孔は、陽極本体の腐食による腐食生成物が、被覆材が亀裂発生するまで陽極本体が膨張するのを防止するのに十分な細孔の中に収容されるように配置するという点で改善されるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明者による前記ＰＣＴ出願の明細書情報には注意を向けねばならず、そこには、陽極材料、強化材、及び設置方法を含む、陽極本体の製造と使用に関する情報が開示されている。以下に開示する本実施例では、前記明細書中に記載された多くの構造、配置構成、及び材料を有し、また、使用している。
【００３３】
ここで使用される陽極本体について、まず図１に目を向けると、該図１は、例えば図２乃至図５に示されるタイプの陽極本体の製造法の一例を示している。
【００３４】
強化材と、亜鉛のような犠牲陽極材料とを加圧合体して、図１に示すような多孔体を形成することができる。
【００３５】
図１には、陽極本体の形成方法が概略的に示されている。これは、概ね円筒状の中空内部３１を画定する型枠又は鋳型３０から構成される。該型枠の前端には、端面部材３２が配設され、該端面部材３２は、円筒壁３１から頂点３３にかけて内前方に向かって延出する円錐形を呈する。そして、この頂点３３には穴３４が配設され、該穴３４は、端面部材３２の前方下端部３５に向かって円筒軸沿いに延出している。陽極本体をドリル穴に使用するつもりであれば、前端部の円錐形状はそれに対応するドリル穴の形状に合うように選択されるが、意図する最終用途に必要とされるならば、平面を含めて、他の形状であってもよい。
【００３６】
鋼線または鋼製棒３６はチャンバの中空内部の中に挿入され、その前方端部は、支持面３７上に支えられた端面３５まで穴３４中を延出されていく。従って、前記線または棒は、円錐面から中空内部に向かって逆方向に延出され、陽極本体の主要な中心体を形成する心棒を画定する。線又は棒は、コンクリートの補強用の鋼部材に適切な電気接続を提供するように、望ましくは鋼製とする。
【００３７】
ミキサー４０内では、適切な原料３８と３９によって、陽極本体を形成する亜鉛粒子が強化材と混合され、その後、チャンバ３１の開口上端の中に挿入される。符号４１にて概略的に示された適切な圧縮システムは、チャンバ３１内の混合材料の上へドロップハンマー４２からの圧力を加えるように配設されている。これによって、圧力が、チャンバ３１内の分散粒子の上に向かって垂直下方に加えられ、圧縮作用が、必要な陽極本体中にその構造を組み込むのに十分な量の混合材料の上に働くのである。
【００３８】
陽極本体は分散粒子への加圧により簡単に形成されることが望ましく、一体構造を保つのに十分な圧縮固化を達成するための圧力は、一般的に５０００ｐｓｉから４００００ｐｓｉの範囲にある。従って、熱を使用しないことが望ましいが、構造的整合性を向上するために接合箇所の粒子を溶融させる目的で加熱することは可能である。しかしながら、熱は多くの強化材を損なうために用いにくく、また、燃焼を防ぐ上で真空状態が要求されるかもしれない。
【００３９】
亜鉛粒子は、３２５メッシュ（３２５メッシュの穴を通過する粒子）から０．２５ｍｍの大きさを有する粉体の形で供給される。
【００４０】
分散粒子は、全部を粉体とすることができるが、一方向または二方向に広がった削りくず、繊維、あるいは薄片の部分を含むことが望ましい。繊維の寸法は、長手方向で約３ｍｍ〜６ｍｍ、横方向で約０．１ｍｍ、薄片の寸法は、長手方向で約３ｍｍ〜６ｍｍ、厚さ方向で約０．１ｍｍとしてもよい。このような削りくず、繊維、薄片は、多くの供給業者によって、市場で入用することができる。一または二方向に広がった粒子を用いることで、粒子間の機械的相互接続性が向上し、それにより、構造強さと構造的整合性とが増加する。また、陽極本体は、全部を、このような削りくず、繊維、または薄片より形成することができる。しかしながら、このような亜鉛粒子による構造体のコストは、単純な粉体に比べて非常に高い。従って、必要な構造的整合性と細孔寸法を提供するため、より高コストの削りくずを適切な割合で含む低コストの粉体材料を選択し、これに基づいた経済収支を提供することが極めて望ましい。一般に、削りくずは、亜鉛粒子の全体積の２０％を構成するようにするとよい。
【００４１】
強化材は、粒径範囲が０．１ｍｍ〜１ｍｍの微粒子であり、結晶の形であることが望ましい。しかしながら、強化材の他の形として、粉体、または８ｍｍ以下の著しく大きな寸法を有するペレット形状のものを含めて使用してもよい。より大きなペレットの使用により、改良された物理的性質が得られ、該物理的性質においては、粉体の形で小粒子を用いる場合と比べ、亜鉛粒子間ではより大きな粒子間接触が得られる。これは、亜鉛粒子内で特定の少数位置にあるペレットの数が減少し、それによって、亜鉛粒子自身の間での接触が改善されるからである。しかしながら、強化材を亜鉛のすみずみまで広げるという要望もあり、この場合は、強化材の領域が全ての亜鉛から分離しないことを保証する必要性や要望があって、強化を適切に行えない。従って、適切な構造的整合性を得ると共に亜鉛陽極の寿命中の強化を確実に有効に作用させるには、各粒径の間におけるバランスを適切に選択しなければならない。上記寸法であれば粉体でもペレットでも十分に機能するのがわかっている。
【００４２】
強化粒子に対する亜鉛粒子の割合は、望ましくは体積比で約６０％である。しかし、亜鉛含有率は、体積比で３０％から９５％まで変動してもかまわない。
【００４３】
前述の代表的な圧力、前記寸法の金属粒子、及び前述した強化材を使用した場合、完成した陽極本体内の全空隙率は一般に約５％〜４０％である。金属本体内の細孔を画定する亜鉛粒子から全体を形成することによって、強化材を全く使用せずに陽極本体を製造することができる。このような調整時には、亜鉛陽極本体の腐食寿命中に腐食生成物を吸着するのに十分な空隙率を提供できるように、より高レベルの空洞を有することが望ましい。
【００４４】
強化材を使用するような調整時には、亜鉛粒子の圧縮によって亜鉛構造体内には一連の細孔が形成され、この細孔のうち、あるものは空で空洞を形成し、あるものは全て強化材に満たされ、そして、あるものは部分的に強化材に満たされていることが認識されるであろう。強化材を使用する際には、部分的に或いは全てを強化材に満たされた空洞を腐食生成物の吸着に利用することができる。従ってこのような場合には、全空隙率を減少させる可能性がある。つまり言い換えれば、強化材のあるものは、腐食過程に利用され、それにより、腐食生成物の収容のために予め占有された空間が利用可能となっている。しかし、強化材のあるものを可溶性とし、腐食生成物のために利用可能な当初の空間をそのままにしながら、陽極本体から徐々にその効果が弱まっていくようにしてもよい。
【００４５】
しかしさらに、水酸化リチウムや塩化カルシウムのような、強化材のあるものは、腐食生成物を一層溶けやすくするので、腐食生成物自身が陽極本体から周囲のコンクリート中に溶解して拡散するようになる、という利点を有する。従って、本発明の細孔を更に提供し、腐食生成物の吸着が起こるようにすることが更に要求されるが、腐食過程寿命中の腐食生成物の前記拡散を考慮すると、必要とされる細孔の全量は、全腐食生成物量に比例して減少するかもしれない。
【００４６】
腐食過程の寿命中、腐食生成物を考慮した場合の陽極本体の一般的な体積膨張は、約２０％〜３０％に達するが、特定の場合、特にマグネシウムその他の材料を使用する際には、この体積膨張は著しく大きい。よって、この２０％〜３０％の膨張は、陽極本体自身の中に吸収させることが理論上必要となる。しかしながら、前述の要因を考慮すると、要求される膨張に等しい量の空洞スペース量を陽極本体内に提供することは、全ての場合に必要とは限らない。強化材を陽極本体自身内に使用することによって、前述の付加的な空洞スペースを利用可能とし、かつ、腐食生成物を一層溶けやすくできるという利点が得られる。しかしながら、強化材は陽極本体周囲のモルタルや充填材中に供給できるため、陽極本体自身内に強化材を設けることは必須ではない。ある場合においては、強化材を含まない多孔性の前記陽極本体を使用することにより前述の利点が簡単に得られるため、強化材を省略してもよい。
【００４７】
従って、湿潤材や他の強化材を用いる際には、貯蔵中や使用中に陽極本体から問題となるほどの量が外に広がらないように、モルタルにより支持したりモルタル中に混入した際にその場に残るようなものが、湿潤材や他の強化材として選択される。
【００４８】
このような調整では、完成品が多孔性となり、作用中の陽極本体の腐食によって生じる腐食生成物がこの多孔体の細孔に収容される、という利点が得られ、これにより、コンクリートの亀裂を引き起こす陽極本体の膨張が回避される。従って、陽極本体の表面は、コンクリート内に直接埋込むか、図２に示すように穴の中に締りばめとなるように挿入するかのいずれかによって、コンクリートと直接接触するように配置できるのである。全てこのような場合には、利用可能な全ての細孔によって、膨張する腐食生成物からの圧力は陽極本体自身の中に吸収されるため、該圧力を吸収するように機能する追加材や、該圧力に適応するためのコンクリートの改良は不要である。
【００４９】
これは、陽極本体１０がドリル穴１１の円筒壁との締りばめとして挿入される、図２の配置構成を兼ね備える場合に特に有効である。細孔を設けた陽極本体の構造は、該陽極本体中に強化材を添加することなく利用できる。よって、多孔状の各陽極本体は、強化材なしで製造する場合には、金属製の陽極材料から全体が形成される。その構造や圧縮の程度は多孔質構造を生成するように選択され、該多孔質構造には、全腐食生成物を細孔に吸着して、腐食生成物生成により引き起こされる本体膨張を回避するのに十分な寸法と単位体積当たりの個数とを有する細孔が備えられている。加えてこのことより、アルミニウムやマグネシウムのように、元の金属に比例して腐食生成物の体積が著しく増加して重大な亀裂発生の問題を引き起こすために一般に不適切と考えられている他の材料を使用してもかまわない。
【００５０】
更に、陽極材料を、線状や箔状とし、更に、ねじったり圧縮して、前述の細孔容積を提供するために必要な細孔寸法まで、初期の大きな空洞を縮小させてもよい。
【００５１】
従って、図２に示す配置構成においては、陽極部材１０は、ドリル穴１１内への滑りばめ又は締りばめとして形成され、そのため、ドリル穴の直径と厳密に一致する円筒状の外部表面１２を備えている。この陽極部材は、締りばめとしてその穴の中に挿入されるか、あるいは、陽極部材を穴に打ち込むように作用する力によって、半径方向に拡張されながらドリル穴内に締りばめされる。これは、陽極部材を穴に打ち込むように作用する、工具１４からの衝撃力や圧力によって行うことができる。あるいは、陽極部材は、例えば陽極部材に打ち込まれる差込み工具によって拡張することができる。陽極部材は、上面又は露出面に合うように形作られた工具１４によって適所に打ち込まれるが、この工具は、陽極本体の面１６に型押模様を形成する浮き彫りの模様１５を備え、この型押模様によって十分な力がかかり、部材は必要位置まで或いは鉄筋の底まで打ち込まれたこと、更に、必要ならば締りばめを形成するように本体を拡張すべきことを、作業者が確認できるようにしている。既存のコンクリートの穿孔表面と陽極本体の外表面との直接嵌合によって、陰極防食を保証するのに十分な使用中イオン伝導率が提供される。
【００５２】
この配置構成では、陽極部材は、鋼部材に近接した端部に、鋼製ピン１７又は延伸性金属の形をとった硬質の電気接続子を設けてもよく、この硬質の電気接続子は、前記の力と同じ力で打ち込まれて鋼部材に接続される。ピン１７の代わりに、従来の多重撚線やスチールウールの断片を配設してもよく、これらは、その一部を前端に露出しままで、陽極本体の一部に埋め込まれる。広い接触面積を形成するために広げられた撚り線を伴っており、陽極本体からの衝撃が、線材を押圧して鉄筋と緻密に嵌合させて、必要な電気接続が提供される。該接続は、穴の中での摩擦ばめにより陽極本体を固定位置に保持して電気接点が離れないようにすることによって、維持されている。
【００５３】
このようにして、陽極本体自身は、ドリル穴の一部或いは全てに充填されるが、穴の上端には小体積部１８を残しておいて、ここに、外観のため、また腐食生成物が流出しないようにするため、簡単に充填材の蓋を詰め込むことができるようにすることが望ましい。
【００５４】
この配置構成では、横膨出力によって陽極本体が穴の中の適所に固定されるように、陽極本体自身を延伸性金属として形成してもよい。
【００５５】
これは、製品自身に直接結合された、陽極材料と強化材とを備えており、製品とその設置が非常に単純である、という利点を有する。
【００５６】
陽極材料から鉄筋までの電気接続は、望ましくは、陽極材料自身とは別の材料によって提供されており、そのため、陽極が腐食する間でも、電気接続は失われないか、又は、危険に晒されることがない。この接続材料は鋼であることが望ましい。この配置構成での陽極本体は、陽極本体の挿入で生じる、穴の内壁との摩擦力によって適所に保持されるため、陽極本体の底と鉄筋２０との間に配置され又は挟まれた鋼製蓋１９或いは他の材料によって、電気接続が確実に提供されることだけが不可欠である。これは、陽極本体に埋め込まれると共に鉄筋に挟まれるように陽極本体の底に広げられた、図示せぬ多心線によって達成される。これは、鉄筋の中に入り込み又は寄り掛かって接合される鋼製蓋によっても、提供することができる。よって、鋼製蓋は、電気接続をより一層確実にするためには提供してもよいが、接続子と鉄筋との間の機械的な相互接続のためには不要である。
【００５７】
図示せぬその他の配置構成として、一連の陽極部材を、線材等の形の電気接続を備えた締りばめとし、穴に各々挿入し、そして、該線材等を、各陽極から次の陽極まで貫通して構造体の一カ所以上で鉄筋に接続してもよい。全ての陽極部材用の電気接続は、接続専用の穴かまたは陽極部材の穴の中で、該配列の一カ所以上において行うことができる。従って、各陽極から次の陽極までの電気接続は、穴のトップから次の穴のトップまで延設された切削溝形鋼を貫通しており、そのため、設置が完了した後には、穴のトップ部と溝形鋼とは充填された状態となっている。従って、鉄筋に穿孔された穴は不要であるが、大きな陽極のためにより深い穴を穿孔する場合には、その穴を鉄筋から間隔を置いて設けることができる。特に接続用又は陽極用の鉄筋においては、その鉄筋まで穿孔することによって、該鉄筋を一カ所で露出させればよい。
【００５８】
図３と図４を見ると、大きな継ぎ当て部用、又は上塗り環境用の陽極本体の代替配置構成が示されており、そこでは、陽極は、既存層又は母層上への上塗りとして用いるコンクリート層の中に挿入される。
【００５９】
従って、図３と図４には、継ぎ当て部や上塗りの必要領域を覆うのに十分な大きさを有する、特に鋼部材から成る電気導体の配列５０が示されている。鋼線配列の一端は、鋼部材５２に接続するための接続子５１として、コンクリート層内に配設されている。
【００６０】
図３に示されるように、穴表面５３は、いくつかの或いは全ての鋼部材５２を露出する適切な掘削技術によって形成される。その後、配列５０は、掘削領域に挿入されてからコンクリート製の追加層５４で覆われるが、該追加層５４は母層５５と同一でなくてもよい。
【００６１】
配列５０には、複数の別々の陽極本体５６が取り付けられ、該陽極本体５６は、電気導体の外表面上の適所に押圧されている。そして、該導体は、陽極本体内部に、不可欠な内部構造から形成されると共に、鋼材５２に電気接続されている。該配列５０は、図示するような格子状にしたり、あるいは、防食領域中への挿入に適するように形作られて配置された、網目状、リボン状または他の構造から形成することができる。この周辺リボンを継ぎ当て部の外部周りに使用してもよく、この結果、前記電気接続子は単純な延伸鋼帯となり、該延伸鋼帯の長手方向沿いには陽極本体が間隔をおいて押し込まれる。この１次元配列は、必要に応じ適所に挿入して、その一端を鋼部材に接続することができる。図３と図４に示す２次元配列を用いる場合には、陽極本体を全防食領域中に間隔をあけて一層正確に配置することができる。
【００６２】
図５に示すような更なる代替配置構成においては、導電性の線材５０Ａの略全体が、陽極本体５６Ａによって覆われている。従って、図４において、陽極本体がより大きな寸法を有する場合は、例えば、円盤状やパック状の形態をとる。しかし、図５の陽極本体は、線材の全長を取り囲んだ延伸形状を呈しており、該線材は、必要とされる矩形や円形のような任意の適切な断面形状にすることができる。そして、一端５１は、鋼部材５２への接続のため、露出されたままにしている。
【００６３】
図示せぬ代替配置構成においては、陽極配列は、コンクリートの既存層の上に適用された被覆層で覆うか、あるいは該被覆層中に埋め込むことができる。従って、もとのコンクリート中に陽極の一部のみを埋め込むか、あるいは、もとのコンクリートの外に陽極全体を配設してから、新しいコンクリートで覆うようにしてもよい。このように、特定の場合には、原材料の掘削は、全く不要か、必要最小限にしてもよいのである。追加コンクリートは、適切な形態、例えば、１９９８年２月３日に発行された米国特許５、７１４、０４５（Ｌａｓａ等）に示されるものに似た外装形状を付与することにより、用いることができる。この特許に示された形状は、特に円柱のために設計されているが、他の配置構成を他の構造体のために設計してもよい。この特許の中に示された形状は、以下に開示する陽極に置き換えることができる。その形状は、適所に残しておいたり削除したりすることができる。
【００６４】
配列の仕方によっては、構造強さを付与することができる。従って、追加補強が必要とされる場合、例えば、既存の鋼補強材が腐食されたり、上塗り部に補強が必要な場合には、配列自身が、既存の鋼部材の防食とコンクリートの構造上の補強のための、陽極の２元機能を提供することができる。このことは配置構成に特に関連しており、そこには、鋼製の網目、格子、または中心体が配設され、その上を、陽極材料や陽極本体が部分的または全体的に覆っている。また、本発明は、主にコンクリート製構造体に関するものであるが、しかし、前記陽極構造のような特定の構成を、鋼製要素が被覆層内に埋め込まれている他の場所にも適用することができる。上述したように、主要な用途はコンクリート製構造体であるが、これが唯一の用途ではないことに注意すべきである。
【００６５】
適切な湿潤材には、ＣａＣｌ２、ＬｉＮＯ３、ＬｉＣｌ 、ＭｇＣｌ２、Ｃａ（ＳＯ４）２、及び、その技術分野の熟練者に周知な他の多くの材料が含まれている。そのような湿潤材は、基本的には固体か粉体の形であるが、溶解して水溶液を形成することができる。その他の適切な湿潤材については、参照となるＢｅｎｎｅｔｔとＣｌｅａｒによる前述の出願において提示されている。
【００６６】
従って、陰極防食装置は従来の方法により作動し、該方法においては、陽極と鋼補強部材との間の電解質電位差によって、電流が電気接続を介して前記両者間を流れ、かつ、陽極が腐食する間の鋼補強棒の腐食を防止もしくは少なくとも軽減するのに十分なように、イオンがコンクリートを介して前記両者間を流れるのである。
【００６７】
ｐＨレベルと湿潤材の存在とによって、電流の持続性が向上し、その結果、寿命が延びて、例えば５〜２０年の間、電流を維持することができる。
【００６８】
陽極本体中に結合された湿潤材の存在により、陽極周囲のイオン移動を保持するのに十分な水分が吸収され、その結果、十分な出力電流が陽極寿命中に確実に維持されると共に、陽極と充填材間の界面が電気化学的に活性状態に保たれるのである。この湿潤材の存在により、更に電流量が増加する。
【００６９】
陽極は、鋼補強部材よりも陰性にある、任意の適切な材料から形成することができる。亜鉛が望ましいが、マグネシウム、アルミニウム、またはその合金のような他の材料も使用できる。
【００７０】
この代替材を陽極本体に直接設ける配置構成によって、陽極本体を最小寸法となる構造とすることができ、そのため、陽極本体をより小さな場所や穴に配設でき、空間が制限された場所への配置が可能となり、その結果、配設のための掘削穴を形成するためのコストを低減できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１の陽極本体の形成方法を示す概略図である。
【図２】ドリル穴に挿入された陽極本体を含む陽極部材の第一実施例を示す垂直断面図である。
【図３】掘削されて継ぎ当て領域に一緒に挿入された陽極配列を含む陽極部材の第二実施例を示す断面図である。
【図４】図３の陽極配列を示す上方平面図である。
【図５】図３の継ぎ当て領域で使用するための代替配列を示す上方平面図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004536231.tif 000034
2004536231.tif 000035
【国際調査報告】
2004536231.tif 000036
2004536231.tif 000037