JP4424059B2 - Method for forming anticorrosion film - Google Patents
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Description
本発明は、防食膜形成方法に係わり、特に海洋鋼構造物に短期間で良好な防食膜を形成するようにした防食膜形成方法に関するものである。 The present invention relates to an anticorrosion film forming method, and more particularly to an anticorrosion film forming method in which a good anticorrosion film is formed on a marine steel structure in a short period of time.
従来より、海洋鋼構造物を陰極とし該海洋鋼構造物と対向させて海水中に陽極を配置して電極間に直流電流を流し、海洋鋼構造物に海水の電解反応による被膜(防食膜)を形成することにより海洋鋼構造物を防食する方法が提案されている。 Conventionally, a marine steel structure is used as a cathode, an anode is placed in the seawater facing the marine steel structure, a direct current is passed between the electrodes, and the marine steel structure is coated with an electrolytic reaction of seawater (anticorrosion film). Methods have been proposed for corrosion protection of marine steel structures by forming
例えば、特許文献1には、海洋に設けられた鉄鋼構造物の表面を構成する鉄鋼部材を陰極とし、鉄鋼部材に対向させて海水中に陽極を配置し、それらの電極間に直流電流を流して鉄鋼構造物の表面に存在する錆等のスケールを除去し、その後それらの電極間に直流電流を流して鉄鋼構造物の表面及び孔食箇所に海水の電解反応生成物を主成分とする電着物を析出させて防食膜を形成することが記載されている。
前記したように海水の電解反応によって海洋鋼構造物に形成される被膜は、主に炭酸カルシウムCaCO3と水酸化マグネシウムMg(OH)2からなっており、このうち、防食効果を発揮するのは硬度を有して形成される炭酸カルシウムであることが知られている。従って、海洋鋼構造物を防食するためには炭酸カルシウムを主成分とする防食膜を形成する必要がある。 As described above, the coating film formed on the marine steel structure by the electrolysis reaction of seawater is mainly composed of calcium carbonate CaCO 3 and magnesium hydroxide Mg (OH) 2. It is known to be calcium carbonate formed with hardness. Therefore, in order to prevent corrosion of marine steel structures, it is necessary to form an anticorrosion film mainly composed of calcium carbonate.
前記特許文献1にも示されるように、電極間に印可する電流による海洋鋼構造物の電流密度と被膜の組成との関係は図10に示す如くになる。即ち、電流密度が低い条件では被膜中の炭酸カルシウムの組成比が高く、水酸化マグネシウムの組成比は低い。電流密度を高めていくと、炭酸カルシウムの組成比が減少し、他方、水酸化マグネシウムの組成比は増加する。そして、防食性に優れた被膜の組成比は水酸化マグネシウムに対して炭酸カルシウムが1以上であるとされている。
As shown in
そこで、特許文献1では、炭酸カルシウム主体の防食膜を形成するために、電着時の電流密度を0.2A/m2〜2A/m2(平均で1A)に選定することを記載している。そして、海洋鋼構造物の表面に厚さ約5mm以上の硬い電着膜の防食膜を形成することを記載している。
Therefore,
しかし、特許文献1に記載されているように、例えば1A/m2のような低い電流密度で例えば5mm以上の膜厚を有する炭酸カルシウム主体の防食膜を形成するためには、約10カ月以上という長い期間が掛かることが知られている。
However, as described in
従って、特許文献1のような従来の方法によって防食膜を形成する方法は、施工期間が長く、長期間に亘る管理が必要であると共に、消費電力も増加してコスト高となり、このために海中に設けられる橋脚等のように水深が深い場所、或いは潮流が激しい場所等の特殊なケースの場合以外には適用されていないのが現状である。
Therefore, the method of forming the anticorrosion film by the conventional method such as
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、短い期間でしかも安価に防食膜を形成できるようにし、これによって汎用的な海洋鋼構造物への適用が容易にできるようにした防食膜形成方法を提供することを目的としてなしたものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can form an anticorrosion film in a short period of time and at a low cost, thereby forming an anticorrosion film that can be easily applied to a general-purpose marine steel structure. It was made for the purpose of providing a method.
請求項1に記載の発明は、海洋鋼構造物を陰極とし該海洋鋼構造物と対向させて海水中に陽極を配置してそれらの電極間に直流電流を流し、海水の電解反応により海洋鋼構造物に防食膜を形成して海洋鋼構造物の防食を行うようにしている防食膜形成方法であって、前記海洋鋼構造物に水酸化マグネシウム主体の被膜が形成される電流密度となるように電極間に電流を流すことにより所定膜厚の被膜を形成した後、電流の供給を停止し、海水存在下で生じる水酸化マグネシウムに対して炭酸カルシウムが置き換わる組成置換作用により防食膜を形成することを特徴とする防食膜形成方法、に係るものである。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、前記海洋鋼構造物の電流密度が3〜10A/m2になるように電極間に電流を流すことを特徴とする請求項1に記載の防食膜形成方法、に係るものである。
Invention of
本発明の防食膜形成方法によれば、海洋鋼構造物の電流密度を高く保持するように電極間に電流を流すことにより、海洋鋼構造物に水酸化マグネシウム主体の被膜を短期間で形成し、その後、電流の供給を停止することにより、海水存在下で生じる水酸化マグネシウムに対して炭酸カルシウムが置き換わる組成置換作用を利用して防食膜を形成するので、従来に比して非常に短い期間で炭酸カルシウムを主体とする良好な防食膜を形成できる効果がある。 According to the anticorrosion film forming method of the present invention, a film mainly composed of magnesium hydroxide is formed in a marine steel structure in a short period of time by passing a current between the electrodes so as to keep the current density of the marine steel structure high. After that, by stopping the supply of current, the anticorrosion film is formed by utilizing the composition substitution action in which calcium carbonate is replaced with magnesium hydroxide generated in the presence of seawater, so that the period of time is extremely short compared to the conventional case. Thus, there is an effect that a good anticorrosion film mainly composed of calcium carbonate can be formed.
防食膜の形成が短期間で行えることにより、工期が短く、管理が容易になり、消費電力も低減してコストを削減することができ、よって従来のような特殊な場所に限られることなく、あらゆる種類の海洋鋼構造物に容易に適用できる効果がある。 Because the anticorrosion film can be formed in a short period of time, the construction period is short, management is easy, power consumption can be reduced, and the cost can be reduced. It has the effect that it can be easily applied to all kinds of marine steel structures.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の防食膜形成方法を海洋鋼構造物の一例である防波堤の鋼ケーソンに適用した場合の装置構成の一例を示す側面図、図2は図1をII−II方向から見た正面図である。図中、1は防波堤を形成する鋼ケーソン、2は前記鋼ケーソン1の上部等に設置する直流電源装置、3は前記鋼ケーソン1の海水中の面と所要の間隔を隔てて対向するように海水中に吊下げ保持され、且つ鋼ケーソン1の面と平行方向に所要の間隔で複数配置するようにした海中部材である。海中部材3には、マグネシウム、アルミニウム等の溶解性材料、或いはチタン等の不溶解性材料を用いることができる。
FIG. 1 is a side view showing an example of an apparatus configuration when the method for forming a corrosion protection film of the present invention is applied to a steel caisson of a breakwater, which is an example of a marine steel structure, and FIG. 2 is a view of FIG. It is a front view. In the figure, 1 is a steel caisson that forms a breakwater, 2 is a DC power supply installed on the upper part of the
前記直流電源装置2のマイナス電源(−)側を鋼ケーソン1に接続することにより鋼ケーソン1を陰極とし、一方、前記直流電源装置2のプラス電源(+)側を海中部材3に接続することにより海中部材3を陽極とする。上記構成は複数の各鋼ケーソン1に対して装備される。
Connecting the negative power source (−) side of the DC
そして、上記電極間、即ち鋼ケーソン1と海中部材3との間に直流電源装置2によって所要の定電流を流すことにより、海水の電解反応によって鋼ケーソン1に析出による被膜を形成するようにしている。
Then, by passing a required constant current between the electrodes, that is, between the
また、前記各鋼ケーソン1の海中面の複数箇所には、図2に示す如くモニタ電極4を設置し、該各モニタ電極4の検出値により鋼ケーソン1の電位を求めて表示するモニタ装置5を鋼ケーソン1の上部等に設置している。モニタ装置5は、直流電源装置2によって定電流を鋼ケーソン1に印加することにより鋼ケーソン1に所定の電流密度の電流が流れていることを確認するためのものである。一方、干満帯が大きな場所では鋼ケーソン1の海中における面積が大きく変動するために鋼ケーソン1を流れる電流密度が大きく変化することになる。従って、このような場所では鋼ケーソン1の電位(電圧)を一定に保持する定電位方式を採用することもできる。この場合のモニタ装置5は、検出した電位が所定の一定電位になるように前記直流電源装置2の電圧を自動的に調整する制御器の機能を備えていてもよい。
In addition,
次に、試験例を挙げて本発明の作用を説明する。 Next, the operation of the present invention will be described with reference to test examples.
先ず、本発明者らは、図1、図2の装置において、直流電源装置2による全通電量を60A・h/m2の一定値に保持した状態で、鋼ケーソン1に流れる電流密度を順次変化させた際における炭酸カルシウムと水酸化マグネシウムの夫々の生成量を調査した。炭酸カルシウムの生成量の調査結果を図3に示し、水酸化マグネシウムの生成量の調査結果を図4に示した。
First, in the apparatus of FIGS. 1 and 2, the present inventors sequentially set the current density flowing in the
図3では電流密度を高めていくと、電流密度が0.5A/m2付近において炭酸カルシウムの生成量が急激に増加してピークを示し、更に電流密度を高めると炭酸カルシウムの生成量は急激に減少する傾向を示した。 In FIG. 3, when the current density is increased, the amount of calcium carbonate generated increases rapidly and shows a peak when the current density is around 0.5 A / m 2 , and when the current density is further increased, the amount of calcium carbonate generated increases rapidly. Showed a tendency to decrease.
図4では電流密度を高めていくと、電流密度が7A/m2付近までは水酸化マグネシウムの生成量が増加してピークを示し、更に電流密度を高めると水酸化マグネシウムの生成量は減少する傾向を示した。 In FIG. 4, as the current density is increased, the amount of magnesium hydroxide produced increases until the current density reaches about 7 A / m 2, and a peak is exhibited. When the current density is further increased, the amount of magnesium hydroxide produced decreases. Showed a trend.
上記図3、図4の傾向は、前記図10に示した従来から知られている電流密度と被膜の組成との関係と符合することが判明した。 It has been found that the above-described trends in FIGS. 3 and 4 agree with the relationship between the current density shown in FIG.
そこで、本発明者らは図4に注目し、電流密度を3A/m2〜7A/m2のように高い値に設定すると被膜の生成速度を大幅に増大することができ、よって目的の膜厚の被膜を短期間で形成できることを得た。一方、図4は室内試験(清水環境)でのデータであり、実海域では潮流の影響によって電着効率が低下する(例えば、本四技報Vol.24No.95(2000.12))。このため、実海域での被膜の生成量について調査したところ、実海域での電流密度の最適範囲は3A/m2〜10A/m2であることが分かった。 Therefore, the present inventors pay attention to FIG. 4, and when the current density is set to a high value such as 3 A / m 2 to 7 A / m 2 , the film formation rate can be greatly increased. It was found that a thick film can be formed in a short period of time. On the other hand, FIG. 4 shows data in an indoor test (Shimizu environment), and in the actual sea area, the electrodeposition efficiency decreases due to the influence of the tidal current (for example, this technical report Vol. 24 No. 95 (200.12)). For this reason, when the production amount of the coating in the actual sea area was investigated, it was found that the optimum range of the current density in the actual sea area was 3 A / m 2 to 10 A / m 2 .
しかし、上記した如く電流密度を3A/m2〜10A/m2のような高い値にした場合、鋼ケーソン1に形成される被膜は、水酸化マグネシウム主体(例えば水酸化マグネシウム95%)であり、これでは防食膜とすることはできない。
However, when the current density is set to a high value such as 3 A / m 2 to 10 A / m 2 as described above, the coating formed on the
このため、前記したように短期間で形成した水酸化マグネシウム主体の被膜7を炭酸カルシウムによる防食膜とすることはできないかと考え、その結果、海水中においては水酸化マグネシウムに対して炭酸カルシウムが置き換わる組成置換作用が生じることを見い出し、この作用を利用することによって防食膜を形成することを得た。
For this reason, it is considered that the magnesium hydroxide-based
本発明者らは、上記組成置換作用を確認するために、先ず、前記図1、図2と同様の試験装置を用いて被膜の形成試験を実施した。 In order to confirm the above-described composition substitution action, the present inventors first performed a film formation test using the same test apparatus as in FIGS.
上記試験装置では、鋼ケーソン1に対峙する陰極基材にSS400を用い、海中部材3に対応する陽極材にMgを用い、水温25℃の自然海水を用い、通電条件を電流密度3A/m2とした条件で、30時間の成膜試験を実施した。
In the above test apparatus, SS400 is used for the cathode base material facing the
図5に示す如く、前記試験にて陰極基材6に生成した被膜7について膜厚Lを検出したところ105μmの膜厚であり、被膜7の組成を化学分析して求めたところ、図7に示す如く炭酸カルシウム約5%に対して水酸化マグネシウム約95%であり、殆んどが水酸化マグネシウムであった。
As shown in FIG. 5, when the film thickness L was detected for the
次に、上記したように水酸化マグネシウム主体の被膜7による組成置換作用を確認する試験を実施した。
Next, as described above, a test for confirming the composition replacement action of the magnesium hydroxide-based
即ち、前記したように水酸化マグネシウム主体の被膜7を陰極基材6に形成した後、直流電源装置による電流の供給を停止し、以後海水に浸漬したままの状態に保持し、浸漬開始(電源停止)から7日目、14日目、21日目における水酸化マグネシウムと炭酸カルシウムの被膜組成比、被膜量(g/cm2)、被膜量(ミリモル)を検出した。
That is, after forming the magnesium hydroxide-based
図7によれば、浸漬を開始すると、主体となっていた水酸化マグネシウムが減少して炭酸カルシウムが増加し、略浸漬から17日目付近で水酸化マグネシウムと炭酸カルシウムの組成比が逆転することが判明した。 According to FIG. 7, when the immersion is started, the main magnesium hydroxide is decreased and the calcium carbonate is increased, and the composition ratio of magnesium hydroxide and calcium carbonate is reversed around the 17th day after the substantial immersion. There was found.
図8よるモルべースでは、初期と比べて浸漬時間が経過しても被膜量の変化は認められなかった。一方、図9に示した重量べースでは、僅かな増加傾向を示すことがわかった。この傾向は、図7に示すように浸漬時間とともに水酸化マグネシウムが減少し、それに置き換わって炭酸カルシウムが増加することにより被膜組成比が変化したのである。即ち、図8の如く全体量においてモルべースで被膜量が変化せずに、被膜組成比が変化するということは、被膜中の水酸化マグネシウムの溶解反応と炭酸カルシウムの析出反応がほぼ1:1の化学当量で同時に起きたと考えられる。その結果、分子量の低い水酸化マグネシウム(Mw=58)に対して分子量の高い炭酸カルシウム(Mw=100)が置き換わったことで、図9に示す如く重量べースにおいて被膜量が増加したのである。 In the morbase shown in FIG. 8, no change in the coating amount was observed even when the immersion time elapsed compared to the initial stage. On the other hand, the weight base shown in FIG. 9 shows a slight increasing tendency. As shown in FIG. 7, this tendency is that the magnesium hydroxide decreases with the immersion time, and the coating composition ratio changes due to the increase of calcium carbonate. That is, as shown in FIG. 8, the coating composition ratio changes without changing the coating amount in the total amount based on the molar amount. This means that the dissolution reaction of magnesium hydroxide in the coating and the precipitation reaction of calcium carbonate are almost 1. It is thought that it occurred at the same chemical equivalent of 1: As a result, the high molecular weight calcium carbonate (Mw = 100) was replaced with the low molecular weight magnesium hydroxide (Mw = 58), and as a result, the coating amount increased on a weight basis as shown in FIG. .
即ち、下記反応式(1)が起きることにより反応式(2)が起き、結果として反応式(3)が成り立つと考えられる。
Mg(OH)2→Mg2++2OH− …(1)
Ca2++H2CO3+2OH−→CaCO3+2H2O …(2)
Mg(OH)2+Ca2++H2CO3→Mg2++CaCO3+2H2O …(3)
That is, it is considered that the following reaction formula (1) occurs, the reaction formula (2) occurs, and as a result, the reaction formula (3) holds.
Mg (OH) 2 → Mg 2+ + 2OH − (1)
Ca 2+ + H 2 CO 3 + 2OH − → CaCO 3 + 2H 2 O (2)
Mg (OH) 2 + Ca 2+ +
従って、図5に示す水酸化マグネシウム主体の被膜7が前記組成置換作用で炭酸カルシウムに置き換わることにより、図6に示すように膜厚Lは殆ど変化しないまま炭酸カルシウム主体の硬い防食膜8が形成されるようになる。
Therefore, when the magnesium hydroxide-based
前記図7からは、17日以上の浸漬を行うと、被膜組成が水酸化マグネシウムに対して炭酸カルシウムが1以上となる優れた防食膜8を形成できることがわかる。
From FIG. 7, it can be seen that when the immersion is performed for 17 days or more, an
尚、前記試験例では、通電条件を電流密度が3A/m2になるようにした場合について示したが、これは海水の流れのない試験装置では被膜が剥がれ落ち易いために低い電流密度で実施したものであり、実際の自然海水では流れがあることにより、前記したように3A/m2〜10A/m2の高い電流密度で実施しても被膜が剥がれ落ちることはなく、被膜を良好に形成できることが判明した。 In the above test example, the case where the current density was set to 3 A / m 2 was shown as the energization condition, but this was carried out at a low current density because the coating was easy to peel off in a test apparatus without seawater flow. In actual natural sea water, there is a flow, and as described above, the film does not peel off even when implemented at a high current density of 3 A / m 2 to 10 A / m 2. It was found that it can be formed.
従って、防食膜の形成に従来では10カ月以上も掛っていたのに対し、本発明によれば1カ月或いは1ヶ月半程度の非常に短い期間で防食膜を形成できるようになる。これにより、管理が容易になり、更に消費電力も低減してコストを削減することができ、よって従来のような特殊な場所に限られることなく、あらゆる種類の海洋鋼構造物に容易に適用することができる。 Therefore, while the formation of the anticorrosion film has conventionally taken 10 months or more, according to the present invention, the anticorrosion film can be formed in a very short period of about one month or one and a half months. This makes it easier to manage and further reduces power consumption and costs, so it can be easily applied to all kinds of marine steel structures, not limited to special places as before. be able to.
又、前記本発明の防食膜形成方法を既存の前記海洋鋼構造物に適用する際に、海洋鋼構造物の表面に付着している錆等の付着物を予め除去する必要がある場合には、電極間に直流電流を流すことによって錆等を除去する方法、或いは高圧水の噴射によって除去する方法又は人力で除去する方法等の種々の方法を採用することができる。 In addition, when applying the anticorrosion film forming method of the present invention to the existing marine steel structure, it is necessary to remove in advance the deposits such as rust adhering to the surface of the marine steel structure. Various methods such as a method of removing rust by passing a direct current between the electrodes, a method of removing by rusting high-pressure water, or a method of removing manually can be employed.
尚、前記形態例では鋼ケーソンを例にとって説明したが、鋼矢板、橋脚等の種々の海洋鋼構造物の防食に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In the above embodiment, the steel caisson has been described as an example, but it can be applied to various marine steel structures such as steel sheet piles and bridge piers, and various other modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course.
1 鋼ケーソン(海洋鋼構造物)(陰極)
2 直流電源装置
3 海中部材(陽極)
7 被膜
8 防食膜
1 Steel caisson (marine steel structure) (cathode)
2
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