(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート鋼構造物表面が外部電源方式の電気防食法に用いるための複合皮膜電極により被覆されたコンクリート鋼構造物において、
前記複合皮膜電極が第一皮膜層と第二皮膜層の二層からなり、
前記第一皮膜層が、チタン、タンタル、ニオブおよびジルコニウムよりなる群から選ばれた耐食性金属を溶射することにより前記構造物表面に生成された厚さ３０〜９０μｍの溶射皮膜に活性化処理が施された皮膜層であり、
前記第二皮膜層が、前記第一皮膜層よりも電気伝導度の高い亜鉛、アルミニウム、銅およびそれらの合金の１種または２種以上からなる群から選ばれた金属体を該第一皮膜層上に被覆された厚さ５０〜２５０μｍの皮膜層であり、
更に、前記複合皮膜電極における前記第二皮膜層がコンクリート鋼構造物の鉄筋と電気的に接続されていることを特徴とする複合皮膜電極で被覆されたコンクリート鋼構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート鋼構造物の劣化を防止するために電気防食法が施された外部電極方式による複合皮膜電極で被覆されたコンクリート鋼構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コンクリート鋼構造物は、補強鋼材（鉄筋、PC鋼線、鉄骨等）間のマクロセル、含有塩分、飛来塩分の侵入等によって補強鋼材が腐食する。その結果、鋼材の体積が膨張してコンクリートにひび割れが発生し、ひび割れによりさらに鋼材の腐食が促進され、ひび割れが拡大してコンクリート鋼構造物の強度が著しく低下する。このようなコンクリート鋼構造物の劣化を防止する手段としては、(1)コンクリート鋼構造物表面を防水性の塗料で塗装する防食塗装法、(2)該表面を流電陽極で覆う流電陽極方式による電気防食法、(3)該表面に不溶性の電極を取り付ける外部電源方式による電気防食法等が開発、実用化されてきた。
【０００３】
しかし、防食塗装法は新設の場合でも塗膜欠陥部、塗膜損傷部からの塩分の侵入、酸素の拡散を防止できず、既設の場合はさらにコンクリート中の塩分のために長期的な防食性は期待できない。また、流電陽極方式の電気防食法は、亜鉛等の流電陽極材と鉄筋等間の電位差により防食電流を得ているためにコンクリートの電気抵抗が高いと防食電流が不十分となるきらいがある。さらに、外部電源方式による電気防食法には、従来より白金めっきチタン線を一次電極とし、カーボン等を主成分とした導電性塗膜を二次電極とする導電塗膜システムや、白金めっきまたは白金族酸化物を被覆したメッシュ状のチタン電極を用いるメッシュ電極システムがある。しかし、いずれのシステムとも施工性、作業性に劣るとともに導電性塗膜電極システムでは塗膜のふくれや剥離が生じやすく、メッシュ電極システムではオーバーレイ材として用いるモルタルのコンクリート面への付着強度が小さく、外的要因のみならず、時間の経過にともなって剥離、脱落する欠点を有することもあった。
【０００４】
これら従来の外部電源方式による電気防食法の欠点を解消するものとして、近年耐食性金属溶射皮膜（特開平7-291769号）が開発された。この耐食性金属溶射システムは、粗面化処理したコンクリート鋼構造物表面にチタン等の耐食性金属を溶射により被覆し、被覆したチタン等の耐食性金属に硝酸コバルト水溶液または硫酸マンガン水溶液等を塗布した後、加熱または通電による活性化処理により電極とし、この電極と電源装置の正極との接続（アノード接点）は、コンクリート鋼構造物の電極部にチタン製ボルト、ナットによって取付けられたチタンプレートを用いて行い、一方、電源装置の負極はコンクリート鋼構造物の鉄筋等に接続させることによって防食回路を形成させ、上記電源装置より鉄筋等に電流を流すことにより該鉄筋等を防食しようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】
前記した耐食性金属溶射膜システムは、従来の外部電源方式による電気防食法の欠点であった施工性、作業性をある程度改善したものであり、また高価な金属材料である白金または白金族金属を使用しないことにおいてある程度価格の低減も図られたものの、次の如き問題点、改善されるべき点が依然として残されていた。すなわち、(1)チタン等の耐食性金属材料は、電気伝導度が小さく、また溶射膜厚も薄いために溶射皮膜の電気抵抗が大きくなり、その結果鉄筋の電位分布が悪くなる；(2)この電位分布を改善するためには、耐食性金属溶射皮膜の膜厚を大きくする必要があるが、その分材料費が高くなるとともに溶射膜とコンクリート面との付着強度が低下するという問題点がある；(3)また、電位分布を改善するための他の方法としては、多数のアノード接点を設置する方法があるが、施工性が悪くなる；等である。本発明は耐食性金属溶射皮膜システムの電位分布、施工性を改善して、このシステムの信頼性を高めるとともに低価格の外部電源方式による電気防食法を施すための被膜電極が被覆されたコンクリート鋼構造物を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した耐食性金属溶射皮膜システムの問題点を解決するためになされたものである。
すなわち、本発明は、コンクリート鋼構造物表面に被覆された外部電源方式に用いるための皮膜電極が該コンクリート鋼構造物表面に被覆され、該皮膜電極が、耐食性金属溶射皮膜に活性化処理が施された厚さ３０〜９０μｍの第一皮膜層の上に、第一皮膜層よりも電気伝導度の高い金属体皮膜からなる厚さ５０〜２５０μｍの第二皮膜層が被覆されてなる複合皮膜電極で構成され、かつ該第一皮膜層の材質は、チタン、タンタル、ニオブおよびジルコニウムよりなる群から選ばれたものであり、該第二皮膜層の材質は、亜鉛、アルミニウム、銅およびそれらの合金の１種または２種以上からなる群から選ばれたものであることを特徴とする複合皮膜電極で被覆されたコンクリート鋼構造物に関するものであり、これにより、前記課題を達成したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記のように、本反発明においては、第一皮膜層の膜厚を30〜90μｍとしたことにより耐食性金属溶射皮膜とコンクリート面との付着強度が膜厚が120μｍのものに比べて約２倍となって密着性が向上し、この第一皮膜層上に、電気伝導度の大きい第二皮膜層（例えば亜鉛溶射膜の電気伝導度はチタン溶射膜の約８倍である）を被覆したものであるため、第一皮膜層だけのものに比べて著しく電気伝導度が向上ししかもこれら第一皮膜層の電極作用とともにコンクリート面に複合被覆されることにより、密着性とともに電位分布を均一化させ得たものである。このような本発明に係る複合皮膜電極としたことにより比較的高価で電気伝導度のあまり良好ではないチタン溶射皮膜の弊害を第二皮膜層が補填することができ、これらによりコンクリート鉄筋の電位分布がより以上に均一となる。また高価な耐食性金属材料の使用量の減少にも繋がり安価となる。
【０００８】
本発明で使用される第一皮膜層の材質は、チタンの他にタンタル、ニオブおよびジルコニウムでもよく、その膜厚は30μｍより薄いと、多孔質となるとともに膜厚が不均一となり電極としての機能に劣り、逆に90μｍを越えると前述したようにコンクリート面との付着力が低下する。
【０００９】
第二皮膜層の材質は、亜鉛の他にアルミニウム、銅およびそれらの合金のいずれか１種または２種以上からなり、通常は溶射手段により第一皮膜層上に形成する。しかし施工作業が可能ならば薄板状体のものを貼り付けてもよい。いずれにしろ、これら第二皮膜層の膜厚は、50μｍ〜250μｍとする。第二皮膜層の膜厚が50μｍより薄いと電気伝導度が低下して電位分布に悪影響をもたらし、250μｍより厚いと第一皮膜層との付着性が低下し、耐久性、信頼性に欠けるようになる。
【００１０】
なお、本発明で使用される第二皮膜層の外側に、ガス抜きのための通気性と遮水性を兼ね備えた塗料、例えば商品名ジェイナー(JR東日本商事社製；シリカゾル系）や商品名ハイバロン（デュポン社製：クロロスルホン化ポリエチレン）等の塗料で塗装することは、複合皮膜電極を保護するためやその耐久性を向上させるためにさらに有効な手段となる。
【００１１】
本発明に係る複合電極は外部電極方式により適用されるものであり、コンクリート面に取付けた複合皮膜電極側を外部電源装置の正極に接続し、一方外部電源装置の負極はコンクリート鋼構造物の鉄筋と接続することにより、防食回路を形成させ、前記電源装置から鉄筋等に防食電流を流すことにより鉄筋等を防食し、コンクリート鋼構造物の劣化を長期的に防止するものである。
【００１２】
【実施例１】
以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。図１は本発明で使用される複合皮膜電極のアノード接点部の断面及び側面の概略説明図である。図１において、１はチタン等の第一皮膜層、２は亜鉛等の第二皮膜層、３は第二皮膜層と同材質の金属製プレート、４は合成樹脂製ボルト、５はコンクリート面をそれぞれ示す。図１において、まず、第一皮膜層１の膜厚を変えてチタン溶射皮膜とコンクリート面５との付着力を測定した。その結果を表１に示す。第一皮膜層１として焼鈍した高純度φ16mmチタン線をアーク溶射機（ターファ社、M-8850型）を用い、予めサンドブラスト処理したコンクリート面へ膜厚を30μｍ、60μｍ、90μｍ、120μｍ、180μｍと変えて溶射した。付着力の測定は40mm×40mmの鋼製アタッチメントを粘稠性、速硬化性エポキシ樹脂で被膜表面に張付け、建研式接着力試験機（山本こう重機社製、LPT-1500)を用いて測定した。それらの結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
0004201394.tif 000002
【００１４】
表１の結果より、付着力は膜厚の増加に伴って減少し、例えば膜厚30μｍ、60μｍにおける付着力は膜厚120μｍの２倍以上の値を示した。なお、この付着力は土木学会編纂のコンクリート構造物の維持管理指針案に記載されている品質規格の付着力である10kg/cm2以上とすることが望ましいことから、第一皮膜層１の膜厚は90μｍまでとすべきであることがわかる。
【００１５】
【実施例２、３】
次に、図２に示されるような劣化したコンクリート製の橋桁８を切り出し、その両側面をサンドブラスト処理して供試面Ａ及びＢとした。その後、これら両供試面に下記のような皮膜を形成した。
0004201394.tif 000003
皮膜形成後、アノード接点７及び、このアノード接点７からの距離が、0.5ｍ、1.0ｍ、1.5ｍ、2.5ｍ、3.5ｍに位置する測定点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに電位計測用基準電極９を設置して、各測定点おける分極量の値（インスタントオフ電位と不通電24時間後の電位差）を計測した。なお、第一皮膜層の形成は実施例１と同様に行い、そのチタン溶射膜の活性化は、30％硝酸コバルト水溶液を400ｇ／ｍ2塗布した後、電流密度10mA/ｍ2で３日通電することにより行った。また、第二皮膜層は、高純度φ16mm亜鉛線を実施例１で用いたアーク溶射機を用いて前記活性化チタン皮膜上に所定の厚さで溶射した。それらの計測結果を表２に示す。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
表２より、各例ともアノード接点７から離れるにつれて鉄筋の分極量は減少したが、本発明実施例に従う実施例２及び３における分極量の減少は比較例１のそれに比べて格段に小さく、また面Ａと面Ｂとの分極量の差異も比較例１より小さいものであった。
【００１８】
【実施例４】
コンクリート鉄筋の電位分布を有限要素法により検討した。有限要素法は解析領域を有限の要素に分割して離散化方程式を解くことにより、それぞれの要素の状態量を求めるものである。図３は有限要素法によるコンクリート鉄筋の電位分布解析条件（境界条件）を示す。図３において、10は活性化されたチタン溶射皮膜またはチタンと亜鉛の複合溶射膜であり、そのアノード分極パラメーターを１×（１／105）kΩ・cm2とし、５はコンクリート面であり、その抵抗値を20kΩ・cmとし、６は鉄筋であり、そのカソード分極パラメーターを50kΩ・cm2とした。このような条件下で、複合溶射膜またはチタン溶射被膜10と鉄筋６の間に１Ｖの電圧を印加した時の鉄筋６の電位分布を表３に示す。なお、溶射膜厚に関する解析条件は、実施例３及び比較例１と同一とした。表３より、コンクリート鉄筋の電位分布は、複合皮膜電極によって均一化されることが確認された。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
【発明の効果】
以上のような本発明によれば、以下のような効果を有する。
(1) 耐食性金属溶射膜の膜厚を減少させることができるので、耐食性金属溶射皮膜の付着力が向上するとともに、高価なチタン等の材料費が低減する。
(2) コンクリート鉄筋の電位分布が改善されるとともに、分極量の変動要因となる施工のバラツキ（耐食性金属溶射膜厚のバラツキ）の影響が抑制される。
(3) 電位分布の均一化により、防食効果に優れた信頼性の高い電気防食法の施工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる複合溶射皮膜電極とアノード接点の構成を示す説明図である。
【図２】本発明実施例２における供試体形状と電位測定位置を示す説明図であり、(a)は供試体の断面を示し、(b)は側面を示す。
【図３】本発明実施例３における有限要素法による鉄筋電位分布解析条件を示す説明図である。
【符号の説明】
１  第一皮膜層
２  第二皮膜層
３  金属製プレート
４  合成樹脂製ボルト
５  コンクリート面
６  鉄筋
７  アノード接点
８  橋桁
９  電位計測用基準電極
10  複合溶射膜またはチタン溶射被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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