技報 第 8 号（2010 年）

PC 桁への電気防食の適用に伴う鋼材および陽極材の特性変化に関する実験的研究
技術本部

１．はじめに技術部

青山敏幸

電気防食の有無とし，暴露環境は独立行政法人港湾空港技術

外部電源方式による電気防食工法は，コンクリート表面あ研究所内の飛沫帯を模した環境とした．測定項目は，鋼材のるいは表面近傍のコンクリートに設置した陽極材からコンク復極試験，PC鋼材の引張試験，PC桁の静的載荷試験および陽リート中の鋼材に微弱電流を通電し，鋼材の腐食を電気化学極材や周辺コンクリートの目視観察とした．

的に抑制する手法である．2001 年には土木学会から「電気化学的防食工法設計・施工指針（案）」（以下，「指針」と称す）
100る事項がまとめられている．電気防食工法を適用する際に重リー ド線

30 35 35が発刊され，電気防食工法の設計，施工，維持管理等に関す

16mmみ が き 丸 鋼

要なことは，防食期間を通して鋼材の防食に必要な電流を流線状陽 極材

すことができるように陽極材を配置することである．すなわ

505040150100

ち，鋼材については，構造物の劣化状況に応じた防食に必要な電流密度の経時的な変化を，陽極材についても性能の経時

コンクリ ート打設方向40(単 位 ： mm)

230

図-1 シリーズⅠ供試体の形状・寸法的な変化を適切に予測することが求められる．また，外部電網状陽極材
PC鋼 よ り 線源方式による電気防食工法を適用した後における構造物の力
本研究では上記について検討することを目的として，室内試

101.7

200

網状 陽 極 材

験および約 10 年間にわたる暴露試験を行った．

陰極材

溶接93.7溶液

本研究では，実験をシリーズⅠ～Ⅲに分けている．

50

２．実験概要陽極 被 覆 材

チタ ン 棒学性能の経時的な変化についての検討も望まれる．そこで，

ディ スト リ ビュ ー タ50 15 (単 位 :mm)シリーズⅠは，電気防食を適用後の鋼材の電気化学的特性

溶液供試 体の変化について検討することを目的として，約500日間の通電コンクリート供試体

図-2 シリーズⅡ供試体の形状・寸法試験を行った．供試体は，図-1に示す形状とし，コンクリー

シリーズⅡは，電気防食を適用後の陽極材や周辺コンクリ

250ートの性能変化について検討することを目的として，室内促{1}{2}{3}{4}{5}進通電試験を行った．供試体は図-2のとおり，溶液供試体お408040
408040320

よびコンクリート供試体の2種類とした．溶液供試体は陽極材を溶液内に配置したものであり，米国腐食防食協会の試験方

網状陽 極

40

間中は鋼材の復極試験および分極試験を行った．

325
6050 1352060

物イオン濃度，鋼材腐食の有無および暴露環境とし，通電期

エポキ シ樹脂
35200

トのW/Cは37％とした．実験要因は，コンクリート中の塩化無防食

陽極被 覆材

電気防食

図-3 シリーズⅢ供試体の形状・寸法法に準拠して陽極材表面積あたり8.9A/m2で通電した．コンク
リート供試体は陽極材をコンクリート内に配置したものであ

３．実験結果および考察

り，電流密度が2.6，5.2および10.4A/m2となるように通電し3.1 鋼材の電気化学的特性の変化に関する検討た．なお，これらの電流密度は，通常の電気防食に対して約シリーズⅠの分極試験の結果から，防食基準である 100mV100～500倍の過大なものである．測定項目は，通電期間中のの分極量に必要な鋼材表面積あたりの電流密度(以下，鋼材電陽極材のインスタントオフ電位，通電終了後の陽極材や周辺流密度と称す)を算出した結果を図-4 に示す．図中の凡例は，コンクリートの目視観察とした．

左側から実験シリーズ，コンクリート中の塩化物イオン濃度

シリーズⅢでは，長期間にわたり電気防食を適用した場合(0，4.6，9.1kg/m3)，鋼材腐食の有無(N：腐食無し，C：腐食のPC桁の特性変化を検討することを目的とし，約10年間にわ有り)および暴露環境(D：相対湿度約 60％，W：相対湿度約たる暴露試験を行った．供試体は，図-3に示すようにI型断面90％)を示す．図-4 より，鋼材が腐食していない供試体(Ⅰで，全長4mのプレテンション方式のPC桁とした．実験要因は-0-N-D，Ⅰ-0-N-W，Ⅰ-9.1-N-D，Ⅰ-9.1-N-W)の鋼材電流密技報 第 8 号（2010 年）
度は 0.1～2mA/m2 程度と小さく，通電に伴う変化は小さい傾シリーズI

電開始前において最大で 25mA/m2 程度を必要としたが，通電に伴う鋼材界面の環境の改善により，通電約 500 日経過後には各供試体とも通電開始前の半分以下の鋼材電流密度に低減した．
3.2 陽極材や周辺コンクリートの性能変化に関する検討

防食基準を満たす鋼材電流密度2（mA/m ）向にあっ た．一方，鋼材が腐 食した供試体(Ⅰ -4.6-C-D，Ⅰ-4.6-C-W，Ⅰ-9.1-C-D，Ⅰ-9.1-C-W)の鋼材電流密度は，通I-0-N-D
I-4.6-C-D
I-9.1-N-D
I-9.1-C-D

100

I-0-N-WI-4.6-C-W
I-9.1-N-W
I-9.1-C-W

101

シリーズⅡおよびシリーズⅢの通電終了後の陽極材界面の0.1

状況を写真-1 に，シリーズⅡのコンクリート供試体および溶0100

液供試体の積算電流密度と陽極材のインスタントオフ電位（以下 Eio と称す）の関係を図-5 に示す．図中の凡例は，溶液

200300
暴露期間（日）400500

図-4 防食基準を満たす鋼材電流密度と暴露期間の関係

供試体が溶液の種類を，コンクリート供試体は積算電流密度と陽極材電流密度を示す．写真-1 より，通常の電流密度の範囲で約 10 年間の通電を行ったシリーズⅢでは，陽極材の周辺のコンクリートの劣化は認められなかった．一方，通常の電流密度に対して過大な電流を印加したシリーズⅡでは，陽極材の周辺のコンクリートの劣化が認められた．この理由は，
図-5 に示すように陽極材の Eio が塩素発生電位を超えている（シリーズⅡ通電後）

写真-1 陽極材界面の状況

ため，陽極材周辺は塩素発生反応に伴う pH の低下により酸性化している可能性があると考えられる．実構造物でも，陽2000
1800

材の周辺のコンクリートが劣化し，陽極材から防食電流を流1600

要があるものと考えられる．
3.3 PC 桁の構造性能の変化に関する検討シリーズⅢで実施したスパン3200mm，等曲げ区間400mmの曲げ載荷試験の結果から，電気防食した供試体は，暴露前に実施した試験と比べて，ひび割れ発生荷重，終局荷重，変陽極材のEio（mV vs SCE）

極材の表面積に対して通電電流量が多くなる場合には，陽極すことができなくなる可能性があるため，十分に注意する必（シリーズⅢ通電後）

シリーズⅡ

1400
1200

塩素発生電位

1000
800
600
7000-2.614000-5.2NaCl

400
2007000-5.2
28000-10.4
NaOH

7000-10.4
38500-8.9
模擬溶液0形性能，ひび割れ分散性とも変化は認められなかった．一方，1101001000
10000
2
積算電流密度（A・hr/m vs.陽極材表面積）100000

無防食供試体はPC鋼材の腐食により，基準供試体と比べてひび割れ発生荷重が約25％，終局荷重が約35％程度低下した．

４．まとめ
以下に，本研究の範囲で得た結論を示す．

図-5 陽極材の Eio と積算電流密度の関係

５．おわりにシリーズⅠおよびシリーズⅡは，早稲田大学 関研究室と(1) 防食基準を満たす鋼材表面積あたりの電流密度は，腐食し（株）ピーエス三菱の共同研究の成果を，シリーズⅢは，運た鋼材ほど大きくなる傾向を示した．また，腐食した鋼材

輸省港湾技術研究所（現独立行政法人港湾空港技術研究所），は，通電に伴う鋼材界面の環境の改善により，鋼材表面積

早稲田大学 関研究室，（株）ナカボーテックおよび（株）ピあたりの電流密度は低減する傾向を示した．

ー・エス（現（株）ピーエス三菱）の共同研究の成果をとり(2) 通常の電気防食における電流密度で約 10 年間通電したシリーズⅢでは，陽極材および陽極材の周辺のコンクリートの劣化は認められなかった．一方，通常の電流密度に対しまとめたものであります．

Key Words：電気防食，耐久性，特性変化て過大な電流を印加したシリーズⅡでは，陽極材の周辺のコンクリートの劣化が認められた．この理由は，過大な電流印加に伴い，陽極材の塩素発生反応に伴う pH の低下により酸性化している可能性があると考えられる．
(3) 約10年間にわたる長期暴露試験の結果から，電気防食した供試体は，通電に伴う構造性能の変化は認められなかった．

青山敏幸