電気化学的脱塩工法の適用による PC 鋼材への影響
莖 澤

絵 理 架

指導教官：丸山 久一
1. はじめに弁天大橋で，日本ではじめてプレテンション PC

塩害によって劣化したコンクリート構造物は多くの場合，内部の鋼材が部分腐食を生じてい1)構造物への脱塩工法が適用された。
本研究では，塩害などにより既に断面欠損がるという 。PC 桁においては，既に PC 鋼材が生じ，PC 鋼材の断面欠損部に応力が集中した場

腐食により断面欠損をしている場合，補修を行合に脱塩工法を適用することを想定し，電食にっても脆性的な破壊挙動を示すことが確かめら

より PC 鋼材を部分的に腐食させた PC 部材に脱2)れている 。

塩処理を行い，プレテンション PC 部材に対する電気化学的脱塩工法（以下，脱塩工法）は，脱塩工法の適用性を実験的に検討した。

塩害により劣化したコンクリート構造物の補修工法の一種であり，既にコンクリート中に浸透2. 実験概要

した塩化物イオンを電気泳動の原理で外へ排出実験は，脱塩試験，脱塩処理後の PC 鋼材吸蔵させる工法である。図‑1 に脱塩工法の原理を示

水素量の測定，供試体の化学分析，自然電位の3)す 。脱塩工法は，鋼材腐食に起因するコンクリート構造物の劣化の根本的対策となり得る。しかしながら，PC 構造物への適用においては脱塩

2OH-+H2← 2H2O

鋼材
鋼材
コンクリート

処理中に発生する水素を吸蔵することによる PC

K+Na+鋼材の遅れ破壊が懸念されるため，実構造物へ－ClOH-＋の適用事例は数少ない。これまでの研究 4),5)により，PC 供試体に脱塩工法を適用した場合の影響

電解質溶液について徐々に明らかになっており，新潟県の陽極材

図‑1 脱塩工法原理図

表−1 実験概要
鋼材種類
緊張レベル
断面欠損の程度
目標電流密度（A/m2）
処理期間（週）
全塩化物イオン
化学分析

アルカリ金属イオン

吸蔵水素量測定
PC鋼材自然電位測定
鋼材種類
緊張レベル
断面欠損の程度
目標電流密度（A/m2）
処理期間（週）
全塩化物イオン
化学分析

アルカリ金属イオン

吸蔵水素量測定
PC鋼材自然電位測定

PC鋼より線（SWPR7A）
60%
小1（連続）
3（連続）
5→3（間欠）481248124812○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○
PC鋼より線（SWPR7A）
60%
大1（連続）
3（連続）
5→3（間欠）481248124812測定からなる。これらの概要を表−1 に示す。な較用に電気的に腐食を促進させないものも作製

お，本論文において，電流密度（A/m2）は PC 鋼した。本論文の図表においては，通電により欠材表面積に対する値とした。

損率 7.7%としたものを欠損大，腐食促進のため

2.1 供試体の作製および通電方法の通電を行わず自然に孔食した程度のものを欠(1) コンクリートの配合損小と表記する。

コンクリートの示方配合を表−2 に示す。早強電食終了後は，切欠き内に析出した錆びをワセメントを用い，初期塩分として NaCl を内割添

イヤブラシにてきれいに落とし，切欠き内に市加することとした。NaCl は，練り混ぜ水に完全販の早強タイプ高性能断面修復材（コテ塗り用に溶解させてから使用した。塩分添加量は，コポリマーセメントモルタル）を充填した。

ンクリート中の Cl−量では，比較的厳しい塩害が3生じた場合に見られる 10.0kg/m を選んだ。

養生および電食終了後，上面と下面を除く側面 4 面をエポキシ樹脂塗料にてシールドした。

供試体はコンクリート打設後 1 日間蒸気養生

通電のためのリード線は，鋼材を磨き脱脂しし，その後，湿布養生した。圧縮強度試験によた後，鋼材端部へ直接接続した。その後，鋼材2る 28 日強度の平均は 77N/mm であり，コンクリ端部をエポキシ樹脂系接着剤で塗り固め，さらートの設計基準強度 50N/mm2 を大きく上回ってに塩ビ製のキャップをかぶせ完全に絶縁した。
(3) 通電方法

いた。
(2) PC 供試体

図−2 に通電方法を示す。陽極材としてチタンPC 供試体の概要図−2 に示す。供試体は 100メッシュを使用し，電解質溶液として飽和ホウ×100×2000mm の直方体とし，正方形断面の中酸リチウム水溶液を用いた。供試体内部の鋼材央にプレテンション方式で緊張したφ10.8 PC 鋼を陰極に，容器の底に敷いたチタンメッシュをより線（SWPR7A）を配した。様々な損失を考陽極にして，直流安定化電源にて電圧を印加し慮し，緊張直後鋼材引張強度の 60％の緊張力がた。供試体底面からの 1 面脱塩とし，液面高さ得られるように，あらかじめ割増して初期緊張は供試体高さの 2/3 とした。1 日程度供試体を溶力を導入した。

液に浸漬させた後，打設から 107 日後より通電

また，コンクリート打設後の腐食欠損の導入を開始した。電流密度および通電期間を変数とを考慮し，供試体長手中央部へ切欠きを設けた。

して通電処理を行った。通電中は，電流量とひ塩害により劣化した PC 桁を摸擬して，通電によずみをモニタリングした。

り腐食を促すことで（電食）部分的に断面欠損させた。通電をコントロールし，複数の供試体脱塩終了後の供試体は，図−4 に示すように切断した。

を一様に PC 鋼材欠損率 7.5％とした。なお，比表−2 コンクリートの示方配合3

水セメント
粗骨材の細骨材率
比
最大寸法(%)(%)(mm)
4245.420

水セメント

161383

単位量 (kg/m )
細骨材
粗骨材
(砕砂)
(川砂)
408
4111008

混和材

塩化物イオンCl-

3.2510.0150
塩ビ製キャップ
1001005012側面4面絶縁塗装

ひずみゲージ

塩ビキャップ

PC鋼より線

2000

図−2 供試体概要チタンメッシュ

単位：mm

ホウ酸リチウム水溶液

図−3 通電方法

スペーサー

自然電位測定用

自然電位測定用

鋼材目視
確認用

塩分分析用

吸蔵水素量分析用

診断機へ

二重対極センサー

クリップへ
（鋼材）

診断機

100mm

A

400

450

300

150100

診断機へ

600

図−4 供試体解体図
2.2 吸蔵水素量の測定

109をはつり出し，分析を実施するまでの間，はつ8

水素吸蔵量の測定には，昇温脱離ガス分析装

2電流密度（A/m）

通電処理終了後，直ちに供試体中から PC 鋼材

めドライアイス雰囲気中に保管し冷凍保存した。

二重対極センサーヘ（コンクリート表面）

図−5 自然電位測定方法

単位：mm

りだした鋼材は吸蔵された水素の拡散を防ぐた

B

電流密度3A/m2 欠損小765432置(TDS)を用いた。

12.3 化学分析

00(1) Cl−の測定

12345678通電期間（週）910111213

塩化物イオンの分析は，JCI‐SC4「硬化コン10クリート中に含まれる塩分の分析方法」に準拠

電流密度1A/m2 欠損小9した。
+(2) Na および K の測定
ナトリウムイオンおよびカリウムイオンの分
析は，建設省総合技術開発プロジェクト「コン電流密度（A/m2）

8+クリート中の水溶性アルカリ金属元素の分析方

765432法（案）」に準拠した。

12.4 自然電位の測定

001234

測定には，携帯型鉄筋腐食診断機を用い，照56 78通電期間（週）910 11 12 13合電極として飽和塩化銀電極（Ag/AgCl）を用い10た。脱塩処理面において，長手方向に 100mm の

83. 脱塩処理

7脱塩処理中欠損小供試体の電流密度の経時変化を図−6 に示す。通電した電流量は，電流密度（A/m2）と通電期間（hr）の積である積算電流密度で表される。本試験においては，表−3 に示す積算電流量が得られた。
電流密度 1A/m2 においては，終始安定した通電処理が行われていた。その他の電流密度では，通電開始後電流密度の低下か見られたが，12 週間の通電が行われていたことが確認できた。
5A/m2 は，間欠通電方式に切り替えた。

電流密度（A/m2 ）間隔で測定した。測定方法を図−5 に示す。
3.1 電流密度の経時変化

電流密度5A/m2 欠損小9654321001234567 8
通電期間（週）91011

図−6 欠損小電流密度の経時変化

12133.2 鋼材破断に関する検討
12 週間の通電処理によって欠損小供試体に流0.003れた電流を積算電流密度で示したものが表−3
積算電流密度が大きいほど，脱塩反応が促進されるので水素の発生量が多くなる。そのため，水素脆化による鋼材破断の危険性が高くなる。

水素放出量（wt ppm/sec）

である。

1A/m

本脱塩処理により，最大で，4051A･h/m2 の積算

212週 表面除去無し

0.00250.0020.0015
0.001
0.00050

電流密度が通電されたが，PC 鋼材の破断は確認

0100

200300400500600

温度（℃）

されなかった。また，断面欠損が大きい場合でも鋼材の破断は生じなかった。
表−3 積算電流量一覧

0.003

電流密度（A/m2）
135617
1897
2563
1252
3005
3378
19403862
4051

通電期間
（週）
12

電流密度（A/m2）
135192932713320

3A/m
水素放出量（wt ppm/sec）

通電期間
（週）
4812212週 表面除去無し

0.00250.0020.0015
0.0010.0005
00100200300400500600

温度（℃）

単位：A・h/m2

4. 吸蔵水素量0.003

量を示す。図より，1A/m2 の通電を施した鋼材が0.0025

最も水素を吸蔵していることがわかる。
また，水素放出曲線には 180℃付近に 1 つ，400℃付近に 1 つと計 2 つのピークが見られる。
このうち，第 1 ピーク（低温側）で放出された水素が水素脆化に直接影響を与えるとされる拡

水素放出量（wt ppm/sec）

図−7 に脱塩処理終了後の PC 鋼材の吸蔵水素

5A/m 2 12週 表面除去無し

0.0020.0015
0.0010.0005
00100200300400500

600

温度（℃）

散性水素である 6)。表−4 に積算電流密度と拡散性水素を示す。表より 1A/m2 の脱塩処理直後の図−7 12 週脱塩処理後の水素放出曲線

拡散性水素量が最も多く，その値は 1.88 wt ppmであった。鋼材製造時の拡散性水素量は 0.000 wtppm であるので，脱塩処理により鋼材中の拡散性水素量が増加していることがわかる。
12 週間の脱塩処理において鋼材に吸蔵される水素量が明らかとなったとともに，この程度の吸蔵水素量であれば鋼材の破断は生じないことを確認した。

表−4 吸蔵水素量一覧

目標電流密度（A/m2）
通電期間（週）
積算電流密度（A・h/m2）
拡散性水素量（wt ppm）

135121212
1940 3862 4051
1.88 1.32 0.6

5. 残留塩化物イオン量6. 自然電位本実験における脱塩効果を確認するために，脱塩処理後の供試体の残留塩化物イオン量を測

脱塩処理より 42 日の静置期間後の鋼材自然電定した。4 週脱塩処理を施した，鋼材高さ位置で位を測定した。前項では，供試体内の鋼材近傍の残留全塩化物イオン量の分布を図−8 に示す。に塩分が残留していたため，脱塩処理後の静置図より，鋼材近傍では，脱塩処理によりかなにより鋼材が再腐食する可能性があった。

りの塩化物イオン量の減少が見られ，その効果

図−9 に 4 週間脱塩処理を施した後，42 日静が顕著に見られる。しかしながら，全ての塩化置した供試体の自然電位の分布を示す。図中の物イオンが抽出できたわけではなかった。

領域の区分は ASTM C 876-91 の判定基準である。
ASTM の判定基準を表−5 に示す。

脱塩処理なし電流密度1A/m 2
電流密度3A/m 2
電流密度5A/m 2

脱塩処理前，-500mV であった自然電位が脱塩処理を施すことで貴変し，「90％以上の確率で腐食なし」の領域へ移行している。また，電位のばらつきも少ないことから，マクロセル等の再劣化の可能性も小さくなったといえる。

全塩化物含有量（kg/m3）

10

これらのことより，脱塩処理による PC 鋼材の腐食8抑制効果が確認された。
642

表‑5 鉄筋の自然電位と鉄筋腐食性の関係

00204060位置（mm）
4週間脱塩処理後

80100

自然電位（E）
鉄筋腐食の可能性-200mV＜E（貴） 90%以上の確率で腐食なし-350＜E≦-200mV
不確定E≦-350mV（卑） 90%以上の確率で腐食あり

図−8 供試体中の残留塩分の分布（銅/硫酸銅照合電極基準）

自然電位（mV vs Ag/AgCl）

0-100

脱塩処理なし電流密度1A/m2-200

電流密度3A/m2-300

電流密度5A/m2-400-500-600-700-800

4週脱塩

-900
00.2

0.4

0.60.8位置（m）

図−9 4 週脱塩 42 日静置後の自然電位の分布

6. 結論

感謝の意を表します。また，助教授下村匠先生，

プレテンション PC 部材への電気化学的脱塩

文部技官中村裕剛氏に深く感謝の意を表します。

工法の適用性を実験的に検討し，得られた結果材料の提供等多大なる協力をいただきましたを以下にまとめる。
(1) 脱塩工法の適用による PC 鋼材の破断は無PC 脱塩研究会の皆様にこの場をお借りして御礼申し上げます。

かった。また，断面欠損の程度によらず，PC 鋼材は破断しなかった。

参考文献(2) 脱塩処理直後の PC 鋼材の水素吸蔵量は，

1) 独立行政法人土木研究所：土木研究資料既存最大で 1.88 wt ppm であった。この程度でコンクリート構造物の健全度実態調査結果あれば，PC 鋼材の破断は生じないことが-1999 年調査結果-，pp.89-93，2002.3確認された。
(3) PC 鋼材の自然電位の測定結果より，脱塩2) 中村良樹・河野広隆・渡辺博志・鈴木雅博：
塩害を受けたプレテンション PC 桁の耐荷性工法の適用による鋼材腐食抑制効果が確状，コンクリート工学年次論文報告集，Vol.21，認できた。

No.3，pp.973-978，1999.6

また，本実験の範囲内で，連続通電の安全性

3) 社団法人土木学会：コンクリートライブラリが確認された。間欠通電の安全性も再確認されー107 電気化学的防食工法設計施工指針（案），た。脱塩工法適用中に標準電流密度での施工やpp.117-147，2001

積算電流量までの管理を行うことで通電を制御

4) 上田隆雄，芦田公伸，溝口茂，宮川豊章：デすれば，これまで避けられてきた連続通電によサリネーションが PC 部材の力学的挙動に与る施工も可能になると考えられる。

える影響，土木学会論文集，No.613，V-42，

PC 構造物に対して，連続的でかつ大きな電流

pp.189-199,19992

による脱塩処理を行うことは，工期短縮に直結

5) 芦田公伸，上田隆雄，溝口茂，宮川豊章：デしコストの縮減にも結びつく。本研究の範囲内

サリネーションによる PC 鋼材の水素吸蔵特において連続通電の有効性が確認されたことか性，土木学会論文集，No.620，V-43，pp.119-127，

ら，今後，PC 構造物へ連続通電を適用する際の1999.5

糸口となるであろう。

6) 鈴木信一，石井伸幸，宮川敏夫：亜鉛メッキ
高張力鋼の拡散性水素と遅れ破壊，鋼と鉄，謝辞
本研究の遂行にあたり，研究の全般におきましてご指導賜りました教授丸山久一先生に深く

Vol.72-77，1996
7) ASTM C 876-91