(57)【要約】【課題】鉄筋コンクリートに用いられる鉄筋について、長時間にわたり実環境を模擬した状態を維持しながら水素吸収を行わせることを課題とする。【解決手段】鉄筋コンクリートに用いられる鉄筋に水素を吸収させる際、硫酸イオンまたは塩化物イオン等、鉄筋の表面に形成されるオキシ水酸化鉄の不動態を阻害するイオン種を添加した中性水溶液に鉄筋を浸漬させることにより鉄筋に水素を吸収させることを特徴とする水素吸収方法とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋の表面に形成されるオキシ水酸化鉄の不動態を阻害するイオン種を添加した中性水溶液中に、前記鉄筋を浸漬させることにより前記鉄筋に水素を吸収させることを特徴とする水素吸収方法。
【請求項２】
前記イオン種は、硫酸イオンまたは塩化物イオンであることを特徴とする請求項１に記載の水素吸収方法。
【請求項３】
前記中性水溶液は、さらに、水素促進剤を添加した中性水溶液であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素吸収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋の水素吸収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋は、特定の使用環境において水素を吸収し、延性が失われ、強度が著しく低下することがある。この現象は水素脆化（非特許文献１参照）と呼ばれている。
【０００３】
鉄筋を特定の環境において使用する際は、予め決めた水素吸収法を用いて鉄筋に水素を吸収させ、力学試験を行い、鉄筋の水素脆化に対する耐食性を評価する。水素吸収法としては、例えば、電解質溶液中において鉄筋の電位を制御することで水素を発生させる手法（以下、陰極チャージ法）がある（非特許文献２参照）。また、チオシアン酸アンモニウムや塩酸等の酸性溶液を用い、腐食溶液に浸漬させることにより、鉄筋表面において水素を発生させる手法（以下、浸漬法）もある（非特許文献３参照）。
【０００４】
鉄筋表面の状態は、鉄筋中への水素吸収量に影響を及ぼすことが知られている。例えば、鉄筋表面にNiを濃縮させる加工を施すことで鉄筋中への水素吸収量を抑え、水素脆化を抑制することができると言われている（非特許文献４参照）。このように鉄筋表面に特殊な加工が施されている場合、その機能が実環境において発現するかを適切に評価する必要があり、水素吸収法についても実環境を模擬した条件を適用することが望ましい。
【０００５】
ここで、鉄筋コンクリートでは、通常、コンクリートがアルカリ性であるため鉄筋の腐食を防止する効果がある。しかし、大気中の二酸化炭素の影響でコンクリートのpHが時間とともに低下し、pH=8前後の中性化されたコンクリート環境下で鉄筋の腐食が進行することが知られている。また、一般的な鉄筋の水素脆化に対する耐食性の評価試験では、100時間程度の試験を行うため、長期間にわたり安定した水素発生環境を維持する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】南雲道彦、「鋼の力学的挙動に及ぼす水素の影響」、鉄と鋼、Vol.90(2004)、No.10、p766-775、2004年
【非特許文献２】小林正人、西方篤、水流徹、「高アルカリ塩化物環境下における炭素鋼の脆化割れに及ぼすひずみ速度と水素発生電流の影響」、材料と環境、59、p129-135(2010)、2010年
【非特許文献３】「２０％チオシアン酸アンモニウム溶液中でのＰＣ鋼材の水素脆化試験方法」、p1-3、社団法人腐食防食協会、JSCE  S  1201(2012)、2012年
【非特許文献４】白神哲夫、「鉄鋼材料における水素脆化」、材料と環境、60、p236-240(2011)、2011年
【非特許文献５】M.Nagumo,M.Nakamura,and  K.Takai,Hydrogen  Thermal  Desorption  Relevant  to  Delayed-Fracture  Susceptibility  of  High-Strength  Steels,  METALLURGICAL  AND  MATERIALS  TRANSACTIONS,vol.32A,Feb(2001),pp.339-347
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、中性化したコンクリート環境を模擬した環境で陰極チャージ法により鉄筋に水素を吸収させようとすると、水素発生時に水が分解され、鉄筋表面に水酸化物イオンが生成する。このため、試験時間が長くなるとコンクリート環境がアルカリ性に傾いてしまうという問題がある。
【０００８】
また、浸漬法により鉄筋に水素を吸収させる場合、鉄筋から溶解した鉄イオンと水との反応によりオキシ水酸化鉄が鉄筋の表面に生成し、時間の経過とともに不動態化する。その結果、鉄筋の溶解が阻害される。
【０００９】
例えば、浸漬法において、50mM  NaHCO3水溶液（pH＝8.5）にφ9mmの鋼棒（Fe-0.25%  Si）を浸漬させる場合を考える。この場合、空気中で鋼棒の表面に生成したnmオーダの四酸化三鉄（Fe3O4）が水溶液中で溶解し、その結果、例えば、図５に示すように浸漬直後から徐々に腐食電位が低下する。そして、電位が-700〜-800mV  vs.  SSEに維持された状態で水素が発生し、鋼棒に水素が吸収される。実際、この水溶液中に24時間浸漬させた鋼棒を厚み3mmに切断した試験片を昇温脱離分析測定したところ、図６に示すように100℃付近にピークがあり（非特許文献５参照）、鋼棒への水素の吸収を確認することができた。しかし、鋼棒の浸漬時間が長くなると、図７に示すように鋼棒の腐食電位が再び上昇し、鋼棒表面の電位が水素発生電位から外れてしまう（図７の80時間以降の電位参照）。この電位の変化は、鋼棒から溶解した鉄イオンと水との反応によりオキシ水酸化鉄が鋼棒の表面に生成し、時間の経過とともに不動態化したことで、鉄筋の溶解が阻害されたことによる。
【００１０】
なお、上記の反応は、以下の反応式で表される。
【００１１】
（１）鉄の溶解と水素の発生
【数１】
2016223884.tif 000003
【００１２】
（２）鉄筋（鋼棒）の表面へのオキシ水酸化鉄被膜の形成
【数２】
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【００１３】
つまり、従来技術はいずれも、鉄筋コンクリートに用いられる鉄筋について、長時間にわたり実環境を模擬した状態を維持しながら水素吸収を行うことができないという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、鉄筋コンクリートに用いられる鉄筋について、長時間にわたり実環境を模擬した状態を維持しながら水素吸収を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記した課題を解決するため、本発明は、鉄筋の表面に形成されるオキシ水酸化鉄の不動態を阻害するイオン種を添加した中性水溶液中に、前記鉄筋を浸漬させることにより前記鉄筋に水素を吸収させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鉄筋コンクリートに用いられる鉄筋について、長時間にわたり実環境を模擬した状態を維持しながら水素吸収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、鉄筋の評価試験方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】図２は、本実施形態の水素吸収方法が用いられる評価試験装置の一例を示す図である。
【図３】図３は、50mM  NaHCO3水溶液に1M  Na2SO4を添加した水溶液に浸漬させた鋼材の腐食電位の変化を示すグラフである。
【図４】図４は、50mM  NaHCO3水溶液に1M  Na2SO4を添加した水溶液に浸漬させた鋼材の腐食電位の変化を示すグラフである。
【図５】図５は、50mM  NaHCO3水溶液に浸漬させた鋼材の腐食電位の変化を示すグラフである。
【図６】図６は、50mM  NaHCO3水溶液に浸漬させた鋼材の昇温脱離分析測定の結果を示すグラフである。
【図７】図７は、50mM  NaHCO3水溶液に浸漬させた鋼材の腐食電位の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
【００１９】
（実施形態）
まず、図１を用いて、本実施形態の水素吸収方法を用いた鉄筋の評価試験を説明する。この評価試験は、例えば、図２に示す評価試験装置を用いる。この評価試験装置は、試験片（鉄筋）２を浸漬するための容器１と、試験片２と、試験片２に力学的な負荷を加えるためのおもり３とを備える。この容器１の中の溶液は、硫酸イオンや塩化物イオン等の金属表面に不動態を形成しにくくするイオンを添加した中性溶液である。例えば、溶液は、50mM  NaHCO3水溶液に1M  Na2SO4を添加したものである。試験片２は、鉄筋コンクリートに用いられる鉄筋であり、例えば、φ9mmの鋼棒（Fe-0.25%  Si）を用いる。
【００２０】
まず、試験者は、試験片（鉄筋）２を評価試験装置の容器１の溶液に浸漬させることにより、試験片２に水素を吸収させる（図１のＳ１）。ここでの試験片２の溶液への浸漬時間は、例えば、100時間程度である。そして、試験者は、おもり３により試験片２に力学的な負荷を加えて破断試験を行う（Ｓ２）。これにより、鉄筋コンクリートに用いられる鉄筋の水素脆化に対する耐食性を評価することができる。なお、この試験片２の破断試験は、試験片２への水素吸収をした後で行ってもよいし、水素吸収をしながら行ってもよい。
【００２１】
このように、試験片２に水素を吸収させる際に浸漬する溶液として、硫酸イオンや塩化物イオン等を添加した中性溶液を用いることで、試験片２の表面に不動態が形成されにくくなる。その結果、試験期間中（例えば、100時間）、安定した実環境を模擬した状態を維持しながら試験片２への水素吸収を行うことができる。
【００２２】
なお、上記のようにして試験片２を容器１の溶液に浸漬させると、試験片２の表面にはオキシ水酸化鉄の被膜が形成される。そして、このオキシ水酸化鉄の被膜は時間の経過とともに緻密な安定錆の状態となり不動態化する。しかし、溶液中に硫酸イオンや塩化物イオンが存在すると多孔質でひび割れの多い錆層を形成するため、溶液中の水分が容易に試験片２の内部まで浸透する。つまり、試験片２の表面のオキシ水酸化鉄の被膜は、腐食に対する有効な保護層（不動態層）とはならない。したがって、試験期間中（例えば、100時間）、安定した実環境を模擬した状態を維持しながら試験片２への水素吸収を行うことができる。
【００２３】
（実験結果）
なお、上記の水素吸収方法の効果を確認するため、以下の実験を行った。本実験では、50mM  NaHCO3水溶液に1M  Na2SO4を添加した水溶液にφ9mmの鋼棒（Fe-0.25%  Si）を浸漬させ、鋼棒の腐食電位の変化を計測した。
【００２４】
図３のグラフに示すように、鋼棒の腐食電位は、鋼棒を溶液に浸漬させた直後から水素が発生する電位になり、また、図４のグラフに示すように、実験開始から120時間経過しても、鋼棒の腐食電位は水素が吸収される電位（-700〜-800mV  vs.  SSE）が維持されることが分かった。つまり、50mM  NaHCO3水溶液のみでは、時間経過とともに鋼棒表面の電位が水素発生電位から外れてしまうが（図７の80時間以降の電位参照）、本実施形態の水素吸収方法のように、鋼棒を浸漬させる溶液として、中性溶液に硫酸イオンを添加した溶液を用いることで、長時間にわたり安定した水素吸収を行うことができることが確認できた。
【００２５】
（その他の実施形態）
なお、本発明は以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、上記の鉄筋を浸漬する溶液として、上記の中性溶液にチオシアン酸アンモニウム等の水素吸収促進剤をさらに添加したものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１      容器
２      試験片
３      おもり
【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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