(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートの表面部に電解質溶液を保持する容器を設置して、該容器内にコンクリート表面部の電極を配置し、該電極とコンクリート内部の鋼材との間に電流を印加する際に、該容器の少なくとも一部にコンクリート表面との非接触部分を設け、かつ、該容器内に電解質溶液を吸い上げる、吸い上げ高さ5mm以上の保持材として親水性処理した繊維物質を配置することを特徴とするコンクリートへの通電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋼材を内部に含むコンクリートに電気を流す方法、特に、コンクリート中の塩分を電気化学的に除去する方法、および、中性化したコンクリートにアルカリ性溶液を供給する方法（以下、電気化学的処理方法と称す）に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
コンクリートは、一般には、種々の環境に対する抵抗性が強く、また、強アルカリ性であるので、その内部にある鋼材は、鋼材表面に不動態被膜を形成して腐食から保護される。そのために、コンクリート構造物は耐久性のある永久構造物であると考えられてきた。
しかしながら、この永久構造物と考えられてきたコンクリート構造物も、中性化や塩害などの原因によりその耐久性が低下し、構造物としての寿命に疑問が投げかけられるようになってきた。
このような劣化したコンクリート構造物を補修する方法として、電気化学的な手法を用いた補修工法が開示されている（特開平1 −176287号公報、特開平2 −302384号公報）。
【０００３】
これらの方法は、コンクリートの表面に電解質溶液とセルロースファイバーから成る付着性塗布材料を一時的に被覆し、この被覆塗布材料に電極を埋設して、コンクリートの内部鉄筋とこの電極との間に直流電流を印加することによって、コンクリートの内部から電極に向かって塩化物イオンを泳動させ、コンクリートから塩化物イオンを除去する方法である。
また、セルロースファイバーから成る付着性塗布材料とアルカリ溶液をコンクリート表面に付着させ、このアルカリ溶液を電気浸透でもって、コンクリート内部へ浸透させることで中性化を回復させる方法もある。
【０００４】
これらの方法には、次のような課題を有しており、その解決が望まれていた。すなわち、この方法においては、セルロースファイバーと電解質溶液を吹き付けることにより、コンクリート表面に設置した電極を被覆するため、吹き付け作業時におけるセルロースファイバーの周囲への飛散が起こり、周辺環境を汚す結果となる。
さらに、通常は電解質溶液としてアルカリ性の溶液が使われるため、吹き付け時に溶液の飛散がおこり、周囲を汚すのみならず、作業員等の目や皮膚に触れると障害等を引き起こす場合がある。
また、セルロースファイバーは電解質溶液を保持する性能が余り高くないので、電解質溶液が垂れ落ちたりして、溶液が不足する。よって、適切な時期に溶液を再供給する必要があった。
さらに、セルロースファイバーは再利用ができないので、電気化学的処理終了後、建設資材の産業廃棄物として処分しなければならず、多量の廃棄物が発生していた。
【０００５】
また、同様の電気化学的処理方法として、有底構造の容器を用いる方法が開示されている（特開平3 −93681 号公報）。
この方法は、コンクリート表面に電解質を溜める有底構造の容器を密着させ、その容器内に電解質溶液と電極を設置する方法である。
この方法では、壁等の鉛直部材側面のコンクリートの処理を行う場合、電解質溶液の水位の高さまでしか処理できず、乾燥等により水位が低下した場合には処理が不完全になるという課題を有していた。
【０００６】
また天井や橋梁等の水平部材下面のコンクリートの処理を行う場合、容器をコンクリート表面に密着させなければ、容器に溜められている電解質溶液がコンクリート表面と接触しなくなる。
電解質溶液がコンクリート表面から少しでも離れれば、絶縁層である空気が存在することとなり、その結果としてコンクリートに電気を流すことが不可能になる。従って、電解質溶液が絶えずコンクリート表面と接触するように容器をコンクリート表面に密着させ、かつ、容器内を電解質溶液で満たす必要がある。
【０００７】
一方、容器をコンクリート表面に密着させた場合、その容器内に電解質溶液を送り込むに際し、電解質溶液の注入圧力がわずか１kg/cm2という低い圧力であっても、容器とコンクリート表面とを引き離そうとする力は、コンクリート表面積１m2当たり１０トンにもなる。
よって、容器自身この力に耐えられるだけの丈夫なものにしなければならず、重量的に大変重いものにならざるを得なかった。さらに、コンクリート表面への取り付け方法も大規模なものとなった。
【０００８】
また、電解質溶液内の電極部で水の電気分解により、気体が発生するので、その発生圧力も容器内に溜まることになり、容器とコンクリート表面とを引き離そうとする力はますます大きくなるので、容器は十分頑丈なものにしなければならないという課題を有していた。
【０００９】
本発明者らは、このような問題を解決し、良好に処理できるように種々の検討と試験を行なった結果、特定の方法を採用することにより、前記課題を解消し、コンクリート構造物の電気化学的処理が迅速にできる知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、コンクリートの表面部に電解質溶液を保持する容器を設置して、該容器内にコンクリート表面部の電極を配置し、該電極とコンクリート内部の鋼材との間に電流を印加する際に、該容器の少なくとも一部にコンクリート表面との非接触部分を設け、かつ、該容器内に電解質溶液を吸い上げる、吸い上げ高さ5mm以上の保持材として親水性処理した繊維物質を配置することを特徴とするコンクリートへの通電方法である。
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
硬化したコンクリート内部には、飽和状態の水酸化カルシウム水溶液が間隙水として充分に存在している。そのため、コンクリートに電流を流すと、この間隙水が電解質の役割をして、コンクリート自身の電気抵抗に応じた電流が流れる。さらに、このコンクリートに電解質溶液を与えて電流を流しやすくすることが処理作業上好ましい。
【００１２】
本発明では、電解質溶液をコンクリート表面に蓄える容器の枠の少なくとも一部にコンクリート表面との非接触部分を設けることである。容器の枠がコンクリート表面に密着していた場合、容器内に電解質溶液を送り込むに際し、容器に大きな力が作用することになる。
従って、電解質溶液を送り込む圧力を逃がすために、容器の枠の少なくとも一部に非接触部分を設けることにより、容器の構造をよりシンプルなものにすることが可能であり、かつ、容器自体の取扱いが楽になる。
しかし、容器の一部に非接触部分を設けることは、その部分から電解質溶液が洩れることにつながり、必然的に電解質溶液の水位が低くなり、その結果として、電解質溶液がコンクリート表面に接触できず、電流をコンクリートに流すことが出来なくなる。
従って、コンクリート表面と容器内の電解質溶液の水面との差を電解質溶液を吸い上げる保持材（以下、保持材と称す）を用いることで補う。
【００１３】
本発明に用いる保持材の例としては、▲１▼木材、布、不織布、フェルト、パルプ、ロックウール等の繊維状物質、および、それらの成形体、▲２▼吸水性ポリマーや膨潤ゴム等の吸水および膨潤する材料、▲３▼スポンジや軽石等の多孔質および多孔質網目状材料、▲４▼石膏やセメントなどの水硬性多孔質材料、▲５▼発泡スチロールや人工軽量骨材等の発泡材料、▲６▼ベントナイト等のゲル状物質、などが挙げられ、これらを任意に組み合わせたものも使用可能である。
特に、繊維状物質、吸水および膨潤する材料、多孔質および多孔質網目状材料が使用上好ましい。また、これらの中で親水性、または、親水性処理を施されたものは好適である。
【００１４】
次に、保持材の電解質溶液を吸い上げる能力は、通常コンクリート表面に多少の凹凸があり、その凹凸の影響を受けないようにするため、吸い上げ高さ５mm以上である必要があり、１０mm以上が好ましい。なお、吸い上げ高さの測定方法は、水道水を入れた容器を静置し、水面が水平になった段階で保持材を静かに水道水内に深さ約１cm入れ、水道水が吸い上げられるのを静かに待つ。保持材を水道水内に入れてから、１時間後に水道水が吸い上げられた水面からの高さを測定し、この値を吸い上げ高さとする。また、保持材がファイバー等の繊維である場合は、繊維が凝集している部分を利用して、吸い上げ高さを測定することもできる。
【００１５】
以上のように、本発明では、容器の枠の一部にコンクリート表面と非接触部分を設け、かつ、その中に保持材を有することで、簡単な構造の容器と簡単な取り付け方法でコンクリートに通電することができる。
容器の枠の一部にコンクリート表面と非接触部分を設ける場合には、容器の枠そのものがなくなるまで非接触部分を最大にすることができる。底板部分に非接触部分を設けた場合には、電解質溶液の保持性が低くなるおそれがある。また、容器の枠のコンクリート表面と接触する部分には、止水する目的でゴムや水膨潤性ゴム等のパッキングを入れてもよい。
なお、電解質溶液は、容器内に溜めておいても、循環しておいてもかまわない。しかも、循環に当たっては、常時連続的な循環であっても、ある時間間隔での断続的な循環であってもかまわない。さらに、通電処理期間中に電解質溶液を取り替えることも可能である。
【００１６】
電解質溶液として、好ましいのは、アルカリ性または中性の溶液であるが、ｐＨ値で５以上の弱酸性溶液でも使用できる。電解質溶液の一例としては、井戸水、水道水、海水等が使用できるが、各種のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩などの水溶液が好適である。
また、本発明の方法では、容器内に電気を均一に流すために電極を設置することが好ましい。
コンクリートの表面に設置する電極は、一般には、正（＋）側になるため、電気的な腐食作用が働く。
【００１７】
本発明では、容器内に設置する電極としては、普通の鉄筋や金網などの使用も可能であるが、資源の有効と再利用を考えると、電気的な腐食に対する抵抗性が高いものの使用が好ましい。具体的には、チタン、チタン合金、および白金等またはそれらでメッキされた金属、炭素繊維や炭素棒などの炭素、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、有機高分子、チタンおよび白金が、電気的な腐食に対して安定であるので好ましく、チタンおよび白金が特に好ましい。
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としては、その値以下、即ち、１０3 Ω・ cm以下が好ましく、１０2 Ω・ cm以下がより好ましく、１０Ω・ cm以下が最も好ましい。
【００１８】
以上のようにして、コンクリートに電気を流す場合、コンクリート表面積当たり０. １〜１０A/m2程度の電流を流すことが可能である。
なお、本発明の通電方法においては、コンクリートの電気化学的処理の目的が果たされた段階で、コンクリート表面から取り外すこともできる。よって、もとのコンクリート自身に仕上げることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例には限定されるものではない。
参考例１
鉄筋コンクリートの建物の天井下面を用いて、図１に示すような方法で試験した。容器は厚さ９mmの透明塩化ビニール板を用いて、容器内の大きさが幅１００cm、長さ１００cm、高さ４cmの正方形の箱型とした。但し、容器の枠の１辺は高さを３cmとし、他の３辺より低くし、非接触部３を形成した。容器内には、電極としてチタンメッシュ、保持材としてポリビニルホルマール樹脂の多孔質スポンジ（連通気泡の平均径＝１３０μｍ、気孔率＝９０％、厚さ４. ５cm、吸い上げ高さ＝１５mm）を入れた。容器の３辺をゴムパッキングを介してコンクリート表面に密着した。なお、容器の取付は、天井のコンクリートにアンカーを取り付け、そのアンカーに容器の端部をボルト止めして、固定した。次に、電解質溶液として水道水を２kg/cm2の水圧にて、電解質溶液の水位６まで注入した。この状態で電源８を接続し、電気を流したところ、コンクリート表面積当たり１A/m2の電流が出力電圧２５Ｖにて安定して得られた。なお、電解質溶液は２回／週の割合で補充した。
【００２０】
〈使用材料〉
チタンメッシュ：エルテックアジアサービス（株）社製商品名「エルガードメッシュ#210」
多孔質スポンジ：鐘紡（株）社製商品名「ベルイーター」
【００２１】
実施例１
塩分を３kg/m3含有するコンクリートを用いて、図１に示すような方法で電気を流すことにより、コンクリート中の塩分を除去する試験を行った。容器は厚さ１２mmの透明アクリル板を用いて、容器内の大きさが幅９０cm、長さ１８０cm、高さ３．５cmの長方形の箱型とした。但し、容器の枠の１辺は高さを３cmとし、他の３辺より低くし、非接触部３を形成した。容器内には、電極としてチタンメッシュ、保持材として工業用フェルト（厚さ３．８cm、吸い上げ高さ＝１０mm）を入れた。容器の３辺をゴムパッキングを介してコンクリート表面に密着した。なお、容器の取付は、天井のコンクリートにアンカーを取り付け、そのアンカーに容器の端部をボルト止めして固定した。次に、電解質溶液として１wt% の水酸化リチウム水溶液を１kg/cm2の圧力にて、電解質溶液の水位６まで注入した。この状態で電源８を接続し、コンクリート表面積当たり２A/m2の電流を４週間流した。４週間の通電後、コンクリート中の含有塩分量を測定したところ、塩分量は０. ８kg/m3となり、塩分を大幅に除去することができた。
〈測定方法〉
含有塩分量の測定法：（社）日本コンクリート工学協会の「硬化コンクリート中に含まれる塩分の分析方法（ＪＣＩ−ＳＣ４）」の「８．全塩分定量方法」に準拠。
【００２２】
〈使用材料〉
工業用フェルト：日本フェルト工業（株）製商品名「ニードルフェルトＧＴ」（材質：ポリエステル）をエタノール（２％）処理して親水性を高めたもの
水酸化リチウム：本庄ケミカル（株）製工業用水酸化リチウム
【００２３】
参考例２
コンクリートの表面から２５mmまで中性化しているコンクリートを用いて、図２に示すような方法で電気を流すことにより、コンクリートのｐＨを高めることにより、中性化を回復させる試験を行った。容器は厚さ８mmのＦＲＰ製（ポリエステル樹脂を結合剤とし、ガラス繊維で補強したもの）とし、容器内の大きさが幅６０cm、長さ９０cm、高さ３cmの長方形の箱型とした。但し、容器の枠の２辺は高さを２．８cmとし、他の２辺より低くし、非接触部３を形成した。容器内には、電極として鉄筋メッシュ、保持材として工業用フェルト（厚さ１５mmを２層、吸い上げ高さ＝５mm）を入れた。容器の２辺をゴムパッキングを介してコンクリート表面に密着した。なお、容器の取付は、天井のコンクリートにアンカーを取り付け、そのアンカーに容器の端部をボルト止めして固定した。次に、電解質溶液として炭酸ナトリウム水溶液を１kg/cm2の圧力にて、電解質溶液の水位６まで注入した。この状態で電源８を接続し、コンクリート表面積当たり０．８A/m2の電流を２週間流した。２週間の通電後、コンクリートの中性化深さを測定したところ、中性化深さが０cmとなり、コンクリート全体に渡ってｐＨが高まり、コンクリートのアルカリ性が改善されたことが確認できた。
〈使用材料〉
鉄筋メッシュ  ：φ３mmの丸棒をピッチ１０cmにて縦横に配置した溶接金網
工業用フェルト：日本フェルト工業（株）製商品名「ニードルフェルトＧＴ」
炭酸ナトリウム：和光純薬工業（株）製試薬１級
【００２４】
参考例３
コンクリートの表面から１５mmまで中性化しているコンクリートを用いて、図３に示すような方法で電気を流すことにより、コンクリートのｐＨを高めることにより、中性化を回復させる試験を行った。容器は厚さ１２mmの化粧板付き合板とし、容器内の大きさを幅６０cm、長さ９０cmとした。この容器内に、電極として鉄筋メッシュ、保持材としてポリビニルホルマール樹脂の多孔質スポンジ（連通気泡の平均径＝１３０μｍ、気孔率＝９０％、厚さ９mm、吸い上げ高さ＝１５mm）を入れた。なお、容器の取付は、天井のコンクリートにアンカーを取り付け、そのアンカーに容器の端部をボルト止めして固定した。次に、電解質溶液として炭酸ナトリウム水溶液を０．５kg/cm2の圧力にて注入し、保持材に含ませた。この状態で電源８を接続し、コンクリート表面積当たり１A/m2の電流を１週間流した。１週間の通電後、コンクリートの中性化深さを測定したところ、中性化深さが０cmとなり、コンクリート全体に渡ってｐＨが高まり、コンクリートのアルカリ性が改善されたことが確認できた。なお、電解質溶液は１回／日注入した。
【００２５】
〈使用材料〉
鉄筋メッシュ  ：φ３mmの丸棒をピッチ１０cmにて縦横に配置した溶接金網
多孔質スポンジ：鐘紡（株）社製商品名「ベルイーター」
炭酸ナトリウム：和光純薬工業（株）製試薬１級
【００２６】
実施例２
大きな面積をコンクリートに対応するために、図４に示すような方法でコンクリートに電気を流した。容器は厚さ８mmのＦＲＰ製（ポリエステル樹脂を結合剤とし、ガラス繊維で補強したもの）とし、容器内の大きさはそれぞれが幅６０cm、長さ９０cmとし、高さ３．５cmの端部を有する容器と中間部になる容器を作成した。なお、容器と容器との接続方法は、水膨潤ゴムをパッキングとして、ボルト９にて接続した。但し、接続した容器全体の端部に当たる枠の内、２辺は高さを３cmとし、他の２辺より低くすることにより、非接触部３を形成した。この容器内に、電極としてチタンメッシュ、保持材として工業用フェルト（厚さ３．８cm、吸い上げ高さ＝１０mm）を入れた。容器の２辺をゴムパッキングを介してコンクリート表面に密着した。なお、容器の取付は、天井のコンクリートにアンカーを取り付け、そのアンカーに容器の端部をボルト止めして固定した。次に、電解質溶液として水道水を２kg/cm2の圧力にて、電解質溶液の水位６まで注入した。この状態で電源８を接続し、コンクリート表面積当たり１A/m2の電流を流したところ、約３５Ｖの電圧にて安定して電流が流せることが確認できた。
【００２７】
〈使用材料〉
工業用フェルト：日本フェルト工業（株）製商品名「ニードルフェルトＧＴ」（材質：ポリエステル）をエタノール（２％）処理して親水性を高めたもの
チタンメッシュ：エルテックアジアサービス（株）社製商品名「エルガードメッシュ#210」
【００２８】
実施例３
コンクリートの表面から２０mmまで中性化しているコンクリートの壁を用いて、図５に示すような方法で電気を流すことにより、コンクリートのｐＨを高めることにより、中性化を回復させる試験を行った。容器は厚さ８mmのＦＲＰ製（ポリエステル樹脂を結合剤とし、ガラス繊維で補強したもの）とし、容器内の大きさが幅６０cm、長さ９０cm、高さ３cmの長方形の箱型とした。但し、容器の枠の上方の１辺を省略することにより、非接触部３を形成した。容器内には、電極として鉄筋メッシュ、保持材として工業用フェルト（厚さ１５mmを２層、吸い上げ高さ＝１０mm）を入れた。容器の３辺をゴムパッキングを介してコンクリート表面に密着した。なお、容器の取付は、天井のコンクリートにアンカーを取り付け、そのアンカーに容器の端部をボルト止めして固定した。次に、電解質溶液として炭酸ナトリウム水溶液を０．５kg/cm2の圧力にて、電解質溶液の水位６まで注入した。この状態で電源８を接続し、コンクリート表面積当たり１A/m2の電流を１週間流した。１週間の通電後、コンクリートの中性化深さを測定したところ、中性化深さが０cmとなり、コンクリート全体に渡ってｐＨが高まり、コンクリートのアルカリ性が改善されたことが確認できた。さらに、中性化の回復が電解質溶液の水位６より上方まで可能であることも判明した。
【００２９】
〈使用材料〉
鉄筋メッシュ  ：φ３mmの丸棒をピッチ１０cmにて縦横に配置した溶接金網
工業用フェルト：日本フェルト工業（株）製商品名「ニードルフェルトＧＴ」（材質：ポリエステル）をエタノール（２％）処理して親水性を高めたもの
炭酸ナトリウム：和光純薬工業（株）製試薬１級
【００３０】
比較例１
鉄筋コンクリートの建物の天井下面を用いて、図６に示すような方法で試験した。
容器は厚さ９mmの透明塩化ビニール板を用いて、容器内の大きさが幅１００cm、長さ１００cm、高さ４cmの正方形の箱型とした。容器内には、電極としてチタンメッシュを入れた。容器の４辺をゴムパッキングを介してコンクリート表面に密着した。なお、容器の取付は、天井のコンクリートにアンカーを取り付け、そのアンカーに容器の端部をボルト止めして固定した。
次に、電解質溶液として水道水を２kg/cm2の水圧にて、容器内に注入したところ、電解質溶液がほぼ充満する時に容器の端部がコンクリート面から剥がれ、電解質溶液が漏れ出した。その結果、図６に示す電源８を使って、コンクリート表面に安定して電気を流すことができなくなった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、吹付け作業時におけるセルロースファイバーの周囲への飛散による周辺環境への汚染が解消されるとともに、処理後の産業廃棄物量の大幅な低減効果も期待できる。さらに、水平部材下面のコンクリートへの処理も容易となり、容器がコンクリート表面から剥離する危険性が大幅に減少する。また、容器自身の軽量化、簡便化が可能であると同時に、取付が簡単になるという利点もある。
さらに、コンクリート垂直面での処理の場合、吸い上げ性能を有する保持材を含有しているので電解質溶液の水位より上方の部分にも処理の効果が確認されるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１と実施例１にて使用した容器の断面図である。
【図２】参考例２にて使用した容器の断面図である。
【図３】参考例３にて使用した容器の断面図である。
【図４】実施例２にて使用した容器の断面図である。
【図５】実施例３にて使用した容器の断面図である。
【図６】比較例１にて使用した容器の断面図である。
【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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