第31回

夏季研修会論文集

橋梁保全のための電気防食工法の施工
土木設計室

松 浦

聰

１．はじめに高度経済成長期に建設されたコンクリート構造物も今日様々な問題を露呈しつつあり、今後はその耐久性、予防保全をキーワードとしたアプローチが重要と考えられる。中国自動車道は、昭和５８年３月２４日に千代田〜鹿野間の開通により全線供用し今日に至っているが、全線供用から３０年近くを経た橋梁の特にジョイント部の多くは、雪氷作業の融雪剤による塩害の発生が顕著である。塩害対策工法として電気防食工法があるが、海洋構造物での施工事例は多くあるものの道路構造物での施工事例は稀である。本文では、中国自動車道（六日市〜鹿野）足谷橋（PC３径間連続箱桁 L=235.8ｍ）で携わった電気防食試験工事の結果を紹介する。

２．電気防食工法
２−１ 電気防食工法の原理
健全なコンクリートは強アルカリ性（pH＝１２〜１３）を示し、内部鋼材の表面は厚さ２〜６nm（1nm=10-6mm）の緻密な不動態皮膜により腐食から保護されている。しかし、コンクリート中の塩化物イオン（Ｃｌ-）が一定量以上になる場合や、コンクリートが空気中の二酸化炭素と反応してｐＨが低下すると、不動態皮膜が破壊され鋼材は腐食する。不動態皮膜が破壊された部分では腐食電池が形成され、鋼材がイオン化する反応（酸化反応、（アノード反応））が進行し、健全な鋼材の表面では

Fe3O4 (酸化第二鉄：黒）FeOOH （オキシ水酸化鉄：黄〜黒）酸素が還元される反応（還元反応、（カソード反H2O（乾燥）

Fe(OH)3 （水酸化第二鉄：赤）
1/2H2O ＋ 1/4O2
Fe(OH)2 （水酸化第一鉄：緑）応））が同時に進行し、鋼材表面に生じた電位差（腐食電流の発生）により腐食が進行する。

-

このようにコンクリート中の鋼材の腐食は電気

２OH＋Cｌ

H2O

Fe

鉄の表面

O2
不動態被膜

錆

電解質であるコンクリートを介して鋼材へ電流を流し、鋼材表面に生ずる電位差を解消すること

２e ＋H2O ＋ 1/2O2−Cｌ

化学反応であり、電気防食工法は、コンクリート表面またはその近傍に陽極システムを設置し、

-Fe２−

−２e
欠陥部分(陽極）
アノード部により、腐食を抑制する工法である。

健全部分（陰極）
カソード部

コンクリート中の鋼材腐食反応機構

２−２ 電気防食工法の種別
電気防食工法は、陽極材の種類により、面状、線状、点状方式があり、外部電源から強制的に防食電流を流す方式と、内部鋼材と陽極材の電池作用により防食電流を流す方式に分類される。
陽極材

面状陽極方式

線状陽極方式

陽極材の設置方法

防食対象面全体に面状陽極を設置

防食対象面に一定間隔で線状陽極を設

陽極材の種類

電源方式

チタンメッシュ、パネル陽極、導電性塗料、

外部電源

チタン溶射、導電性モルタル、 等
亜鉛シート、亜鉛アルミ擬合金溶射 等

流電陽極

チタングリッド、チタンリボンメッシュ

外部電源

チタンロッド外部電源

置
点状陽極方式

防食対象面に棒状陽極を点状に挿入し設置

2010/08/21

２−３ 設計・施工基準
電気化学的防食工法設計施工指針（案） 土木学会 （以下「防食指針」と記す）に基づいた。

３．事前調査と結果
調査項目

調 査 方 法外観調査

数

目視、打診、写真撮影

量１ 式

調 査 結 果①桁端の広範囲に剥離、ひび割れ、特に中分側が多い②現場打ちと張出し施工の境界付近、及び桁端から 1〜3ｍの側面にひび割れ③現場打ち区間の桁下面に浮き

含有塩分

ドリル法により、桁側面、下面、張２４①桁端は最大 7.4kg/m3（中分張出し下面）の高濃度塩分量

出しの資料採取（１箇所当り、表面箇所②桁端から 2ｍ以遠は、分析できる最小値（0.5kg/m3）以下（腐食発生限界塩化物イオン濃度 1.2kg/m3 : 防食指針）

から 0〜３cm、３〜６cm、６〜９cmの３資料を採取）

鋼材腐食

ハツリによる目視

２ 箇所①遊間部の剥離箇所で顕著な鉄筋腐食、その他箇所は軽微

自然電位

桁側面の劣化部と健全部の自然

２ 箇所①健全部：−6〜−42mＶ

電位探査（各１㎡（@200=25 点））②劣化部：−60〜−270mＶ（鉄筋は腐食なし、あるいは不確定とされる領域）

中性化深ドリル法による試薬反応（ﾌｪﾉｰﾙﾌさﾀｲﾝ）、桁側面、下面、張出し部

表面付近

鉄筋探査機で表面付近の金物（セの鋼材パ等）を探査

５ 箇所①中性化深さは 7mm 以下で、被りに対し十分余裕がある

１ 式①セパ金物、鉄筋支持の鋼製馬が多数存在

４．施工方法の決定
４−１ 施工内容① 導電性モルタル工法
調査結果により、著しい劣化は主桁端遊間部に限定されていることから、導電性モルタル工法は桁端から３ｍの範囲とする。
② チタンロッド挿入工法
遊間部の主桁端は、外面からの施工が不可能なため、箱桁内側からチタンロッド挿入工法を施工する。
③ 断面修復工
導電性モルタル工の３ｍの範囲を含み現場打ち施工区間の箱桁下面のコンクリート浮きは、ハツリ除去しモルタルによる断面修復を行う。
④ ジョイント部から箱桁本体への水の垂れの影響を防止するため、桁端に水切りを設置する。
４−２ 施工箇所（下り線）

チタンロッド施工（主桁内側）72箇所
CL

チタンロッドPC箱桁
断面修復
橋台
導電性モルタル施工
3.00m

施工数量

導電性モルタル

５２ｍ2

チタンロッド

７２箇所

導電性モルタル４−３ 採用工法の特徴
導電性モルタル吹付け工法

チタンロッド挿入工法

陽極名称

導電性モルタル

チタンロッド

１次陽極材

プラチナ・ニオブ合金被覆銅線

白金系貴金属皮膜高純度チタン

２次陽極材

ニッケル被覆カーボンファイバー混入特殊モルタル

カーボン含有特殊バックフィル

防食方法

下地処理したコンクリート面に一次陽極材を配線し、コンクリートにφ２８mm の孔をあけ、φ３mm の一次陽２次陽極材である特殊モルタルを吹付ける。

極材である陽極棒を、専用バックフィルとともに挿入す

１次陽極より直流電源装置に結線し、防食電流を供る。各陽極棒はチタンワイヤーで結束し、直流電源に給する。

繋ぎこみ防食電流を供給する。

施工部位箱桁外面

桁端遊間部

評◇吹付けのため施工性が良い◇削孔により目的とする部位に設置が可能である価◇吹付けモルタル層全体から防食電流が流れるた（遊間部に唯一適用できる）

め、電流の均一性が良い◇二重配筋に効果的である◇部分的な補修にも適用できる◇下地処理を必要としない◆下地処理を必要とする◆削孔が必要である◆吹付け厚８mm と薄いが死過重増加がある◆削孔穴全ての内部鋼材との短絡確認が必要である

５．施 工
５−１ 施工フローチャート【調査工事】

足場仮設
鉄筋・鋼材探査施工数量の決定

事前調査
断面修復・水切り設置

表層剥離部分・桁端【電気防食工事】
導電性モルタル方式

チタンロッド挿入方式

鉄筋導通確認および対策

鉄筋探査・導通確認

照合電極の設置（はつり）照合電極の設置（削穴）

通電点の設置（はつり）排流端子の設置（はつり）表面付近の金属類の処理

チタンロッド設置位置削孔

下地処理

孔内部かぶり厚さ測定

一次陽極の設置

チタンロッド設置導電性モルタルの吹付け

チタンワイヤー設置（上塗り無し）配線・配管電源装置の製作

電源装置設置

一次電源の引き込

初期通電調整足場解体

５−２ 断面修復工
１．劣化部除去
導電性モルタル吹付けに先立ち、既設コンクリートの剥離、浮き、大きなひび割れ等の劣化部分をハツリ除去した。劣化は、ジョイントからの漏水の影響を受けたと見られる桁端部に集中し、特に横断勾配の低い中分側の主桁端隅角部、および端部張出し下面が卓越していた。
２．修復モルタル施工
断面修復は、急結型補修用ポリマーセメントモルタルを用いたが、使用時間が１０分のため少量ずつ混合し、左官仕上げで施工した。
配合は、ストラクチャライト２５kg に対しアクリル６０希釈液を、平均２．６㍑の割合である。
急結型補修用ポリマーセメントモルタル
用 途

鉄筋腐食やアルカリ骨材反応等に起因するコンクリート構造物の劣化部分等の補修

材 料

セメント系速硬化型補修用モルタル希釈液

品 名ストラクチャライト

アクリルエマルジョン「アクリル６０」

成分等ポルトランドセメント・シリカ質骨材を既調合したﾌﾟﾚ

アクリル６０ ： 水 ＝ １ ： １

ミックスタイプの急結型補修用モルタル
物性値

練り上がり比重：２１８０kg／ｍ３， 始発１０〜１５分、 終結１６〜２０分

強 度

２８日強度 ： 圧縮 ５７N／ｍｍ２， （２７．８５７N／ｍｍ２：２４時間）
断面修復モルタルの物性

５−３ 電気防食工
５−３−１ 導電性モルタル工法
１．鉄筋導通確認
鉄筋の導通が確保されていないと、その部分には防食電流が流れず、防食がきかないため、対象範囲の鉄筋が電気的につながっていることを確認するため、導通確認を実施する必要がある。
浮きコンクリートのハツリ補修箇所、及び照合電極設置のためのハツリ箇所の露出した鉄筋を利用し、導通状態を調査した。測定は、デジタルマルチメーターを利用し、１mV 程度以内の電位差を測定し、導通を確認する。通常、１ｍV 以内であれば、均一に防食電流を流すのに支障は無いものと判断される。
なお、導通が得られない場合は、その改善のため補助鉄筋の追加設置等を行う必要があるが、今回はその必要はなかった。
２．照合電極、通電点の取り付け電気防食が有効に働いているかどうか確認するため、鉄筋の電位を測定するがそのための照合電極を、施工範囲の各部材（張出し、桁側面、桁下面）に設置する。設置箇所のコンクリートを１００×２００mm程度ハツリ取り、露出した鉄筋に照合電極をプラスチックバンドで固定し、急結型補修用ポリマーセメントモルタルで埋め戻した。
陽極（一次陽極 ：プラチナ・ニオブ合金被覆銅線、二次陽極：導電性モルタル）から鉄筋に流した電流が、確実に電源装置に帰ってくるように、リード線付きの通電点を溶接により既設鉄筋に固定し、照合電極と同様に補修用モルタルで埋め戻した。これらは、１システムに２本以上を設置すればその目的を達するが、今回は試験施工のため各照合電極 設置状況

部位での確認のために、５箇所に設置した。（張出１、桁側面２、桁下面１、桁下面断面修復のみ１）なお、通電点は鉄筋電位測定用の端子も兼用とした。
３．表面付近の金属の処理
導電性モルタルを吹付ける既設コンクリート面から、２５mm程度以内に金属が存在すると、金属に陽極電流が集中し鉄筋の防食効果を阻害するため、あらかじめ吹付け面を鉄筋探査機により金属類（セパ金物、鉄筋支持用の鋼製うま）の探査を行い、原則ハツリ除去し急結型補修用ポリマーセメントモルタルで埋め戻した。
ハツリ除去できない部材については、エポシキ樹脂で表面のシールを行う。
排水管取付け金物、支承部の周囲は、５ｃｍ程度以上離して導電性モルタルの吹付けを行い、陽極電流の短絡を回避した。
４．下地処理導電性モルタルの付着性を良くするため、コンクリート表面の汚れ、及び脆弱部などを、サンドブラスト（使用量 ： ３０kg／ｍ２）を施工し除去した。さらに、表面に付着した塩分や粉塵を洗い流すため、簡易的な高圧水で洗浄する。なお吹付け直前には、モルタルの付着を良くするため、水を霧吹きし湿潤状態を確保した。
５．陽極の施工
１） 一次陽極の設置
一次陽極材（プラチナ・ニオブ合金被覆銅線φ１．６㎜）を、電位分布の影響範囲（実験値）から２ｍ間隔で配線し、たるみが生じないようプラスチックピンで固定する。（＠200〜400 ㎜）２） ２次陽極の施工（導電性モルタル吹付け）
導電性モルタル（紛体部）と専用エマルジョン（液体部）をハンドミキサーで充分混合し、モルタルポンプにより吹付ける。配合比は、紛体部（Ｐａｒｔ１）：液体部（Ｐａｒｔ２） ＝ ２５ｋｇ ： ４．１〜５．３ｋｇとする。
吹付け厚の管理は、既存の試験値および混合繊維が６ｍｍであることを考慮し、施工厚は８ｍｍ＋を目標基準とした。吹付け後、直ちに計測針で実測し、基準値に満たない範囲は増吹きを行い吹付け厚の確保を図った。
導電性ポリマーセメントモルタル陽極システム
用

途

鉄筋腐食やアルカリ骨材反応等に起因するコンクリート構造物の劣化部分等、コンクリート構造物の補修

材

料

セメント系速硬化型補修用モルタル希釈液品

名ソロ CＰアノード６０

ポリマーエマルジョン製品

炭素をニッケルコーティングした繊維が三次元に配合 （Ｐａｒｔ １）

陽極特性（Ｐａｒｔ ２）

最大電流密度

２０ ｍＡ／ｍ2

見かけ抵抗値

１０ Ω．ｃｍ以下

復極量

１００ ｍＶ以上

単位容積質量

２，２００ Ｋｇ／ｍ3

２８日・圧縮強度

９２ Ｎ／ｍｍ2
導電性モルタルの仕様（性能例）施工にあたっては、均一な吹付け厚さを確保するために、まず一層を吹付けた後に刷毛で均し、二層目の吹付け仕上げを行った。このため、吹付け材料に多くのロスが生じる結果を招いた。また沓座付近は狭隘であり、吹付け作業の効率性、品質確保のためには、ある程度の吹付け空間が必要である。
本試験工事の施工時期は１２月であり、日中の気温が０℃近くの現地状況のため、作業空間はシートで養生するとともに、吹付け後はジェットヒーターと練炭で保温を行った。外気温が低いために、繊維を含むモルタルに玉が生じ、ノズルが詰まる現象が頻発し、作業効率を著しく阻害することとなった。本工事は５６ｍ２と作業面積が小さかったが、寒中施工は避けるべきである。
吹付け厚さの平均値は中央部で 8.1mm、端部では 8.6mm、最大厚さと最小厚さとの差は、何れの地点においても 4〜5mm、標準偏差は 1.2〜1.4mmであった。また、壁面に吹付け施工し、金属製定規を当てた場合の凹凸の差は、最大で約３mm で吹付け完了状況あった。
なお、当現場では美観を要求される環境ではないため、上塗り塗装は実施していない。
５−３−２ チタンロッド挿入工法
１．鉄筋探査チタンロッド挿入工法は、チタンロッド陽極をコンクリート中に挿入設置する工法のため、既設の鉄筋、ＰＣ鋼線を損傷しないよう、またこれら鋼材に陽極が接触し直接電流が流れないよう、予め削孔箇所を鋼材に接触しない位置に定める必要がある。
このため設計配筋図を基に、桁内部のコンクリート表面からハンディタイプの鉄筋探査器により、鉄筋位置を調査し墨出しを行った。同様に横締め PC
鋼棒の位置も、桁側面のアンカー位置を実測し桁内部に投影し墨出しを行った。

鉄筋探査状況

２．チタンロッドの設置
１） 削孔
探査した鉄筋、PC 鋼線シースの墨出し位置を避け、削孔箇所を確定する。削孔径はφ２８ｍｍ、削孔深さは１，７００ｍｍ、削孔数は、チタンロッド挿入孔７２孔、照合電極挿入孔２孔の計７４孔である。削孔はダイ
ヤモンドコアドリルを４台使用した。
削孔時は、ビットが鉄筋（鋼棒含む）に接触した場合警報が鳴り、電源がＯＦＦとなるよう鉄筋にアースを取り削孔作業を行った。削孔後は、削孔長を確認し完了とした。

削孔状況

鉄筋被り厚さ測定状況

２） 孔内かぶり厚さ測定
削孔後、デュラバー（鉄筋間距離測定器ロング型）を孔内に挿入し鉄筋との距離を確認した。確認範囲は、孔の先端より余裕をみて６００mm（バックフィルが先端より５００mm まで充填されるため）の範囲で、全ての孔が鉄筋、ＰＣ鋼線と絶縁状態であることを確認した。
なお示されたデュラバー値が基準以下の場合は、再度削孔を行い、使用出来ない孔は、無収縮モルタルを注入し復旧を行った。
３） チタンロッドの設置
絶縁を確認した後、孔の内部にプライマーを塗布し、コーキングガンを使用しバックフィル剤を充填した中にチタンロッドを挿入する。
プライマー、バックフィルグラファイトの役割は次のとおりである。
材 料

プライマー

バックフィルグラファイト

役 割

コンクリートが非常に乾燥している場合や、塩化チタン陽極棒とコンクリート間の導電性を高めるため物含有量が少ないと抵抗値が高くなるため、導の、導電物質と充分な粘性を持たせた溶剤の混合物

電性を高めるための溶液
名 称

エチレングリコール

カーボングラファイト① プライマー塗布
削孔後、孔内をエアーで十分清掃し、プライマーを塗布する。塗布は、専用のブラシを長棒に取付け、孔の先端から 500mm の範囲を重点的に行った。
② バックフィルグラファイト充填
グラファイトは孔の先端から 500mm の範囲に確実に充填する必要がある。
材料の性能により、所定の注入方法（ガン打ち方法）ではノズルが長すぎ充填することが出来ないため、

下図の通り所定の筒に所要量を予め充填し筒を抜き取りながら、押し棒を押し込み充填した。
充填後は、削孔長−残尺＝500mm 以上を確認した。
削孔長 1,700mm 削孔径 28mm
グラファイト

注入筒

押込み500mm

押し棒
バックフィルグラファイト充填模式図

プライマー塗布状況

グラファイト充填状況③ チタンロッド挿入
挿入前にロッドの頭部にチタンワイヤーを結線する。チタンワイヤーの長さは、コンクリート表面に結線代がとれる程度（約 150mm 程度）とした。
次に、ワイヤーを結線したロッドをグラファイト内に挿入する。
ロッドを孔内でセンタリングするため、別途挿入棒を作製し挿入した。下図のセンタリングキャップはロッドが貫通しており、ロッド頭部が通過する際はキャップごと内部にとどまる構造としている。
削孔長 1,700mm 削孔径 28mm
グラファイトチタンワイヤーチタンロッド チタンロッド頭部

押込み挿入筒押し棒

センタリングキャップ
チタンロッド挿入模式図４） チタンワイヤ設置
チタンワイヤーケーブルは、コンクリート表面に露出させないよう、カッターで表面に溝（W=約 3mm）を切り、溝内に配線したケーブルをモルタルで埋め戻した。
当初、チタンロッド全てを１グループとして接続するように計画したが、接続箇所が多く抵抗値が大きく通電電圧に影響するため、全７２本のチタンロッドを４つにグループ化し、接続箇所を減らした。
施工後、導通の確認（電位差１ｍＶ以下）を行い、端部を制御盤に接続した。
５−３−３ 電源装置
電源は共有し、箱桁内部に配線してあった一次電線（非常電話用：AC100V）から分岐し、双方にデストリビュウションボックスで分岐し配線を行った。制御盤は通電調整等の作業が実施しやすく、雨水などに影響を受けない橋台前面に設置した。

６．防食効果初期電流調整の結果、いずれの工法も防食基準の１００mV 以上の分極量（電位変化）が得られ、十分な防食状態にあるものと推定される。
参考文献・引用文献）

電気化学的防食工法 設計施工指針
中国自動車道足谷橋電気防食試験工事 工事報告書

土木学会
２００３．３

中国アーテック㈱千代田事業所