JP5574569B2 - 補強されたコンクリート床版の脱塩工法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート製の床版に電気を流し、内部に含まれる塩分を電気化学的に除去する方法に関する。

コンクリートは種々の環境に対する抵抗性が強く、強アルカリ性であるため、その内部にある鋼材は表面に不動態が形成され、腐食から保護される。このため、コンクリート構造物は耐久性が高いと考えられてきた。
しかしながら、近年、塩害などによる早期劣化が社会問題として取り上げられ、構造物としての耐用年数の確保や維持管理のあり方が議論されている。

例えば、積雪寒冷地域において、路面の凍結を防止するために凍結防止剤が多く使用されている。スパイクタイヤ禁止条例の施行以後、凍結防止剤の使用量は年々増加しており、今後の道路網の整備とともに更に増加することが考えられる。凍結防止剤は塩化カルシウムや塩化ナトリウム、塩化マグネシウム等が使用されることが多く、それらに含まれる塩化物イオンがコンクリート内部に浸透し、鉄筋が発錆してコンクリートにひび割れが生じ、構造物としての耐力が損なわれる傾向にある。

そこで、塩害により劣化したコンクリート構造物を補修する方法として、電気化学的な手法を用いた補修工法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
この方法では、コンクリートの表面を電解質溶液とセルロースファイバーからなる付着性塗布材料で一時的に被覆し、この被覆塗布材料に外部電極を埋設して陽極とし、コンクリートの内部鉄筋を陰極として、電極の間に直流電流を印加することにより、コンクリートの内部から陽極に向かって塩化物イオンを泳動させ、コンクリートから塩化物イオンを除去するものである。

しかしながら、鋼繊維補強コンクリートで補強されたコンクリート床版（図１参照）では、アスファルトを除去した後、補強コンクリートの上面から脱塩しようとすると、鋼繊維が電食され、耐力が損なわれる恐れがある。また、鋼繊維が電流のパスとなり、電流が流れても、塩化物イオンが該繊維補強コンクリートの上面まで泳動せず、該補強コンクリートとコンクリート床版の界面に集積する恐れがある。

一方、補強コンクリートを除去した後、コンクリート床版の上面から脱塩する場合、例えば、曲げスパンの中央部では上端鉄筋のあきが下端鉄筋のそれより大きいため、上端鉄筋間では電位勾配が小さくなり、電流があまり流れず、上端鉄筋間で充分に脱塩されない場合がある。また、該補強コンクリートを除去する際に、部分的に露出した上端鉄筋により、短絡する恐れがある。

これに対し、コンクリート表面の一部に電気抵抗部材を設置し、陽極と陰極の間で通電する方法が提案されている（特許文献３参照）。
しかしながら、電気抵抗部材の幅や電気抵抗値等、脱塩を充分に行うのに適切な条件について、示唆するものではなかった。

特開平１−１７６２８７号公報 特開平２−３０２３８４号公報 特開２００６−３２８８８６号公報

本発明は、上記従来技術の課題を解決し、鋼繊維補強コンクリート等で補強され、塩害を受けたコンクリート床版から、塩化物イオンを充分に除去することを目的とする。

本発明者らは、種々検討を行った結果、特定の方法を用いることにより、コンクリート床版上面に設置した外部電極（陽極）と内部の鉄筋（陰極）との間の電位勾配を変化させ、電流の流れ方を変えることにより、前記課題を解決できる知見を得て、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、（１）上面が補強されたコンクリート床版において、該上面の補強部を除去した後、コンクリート床版内部の上端鉄筋の直上を電気抵抗値が１００〜２００Ω・ｍである急硬性モルタルで幅が上端鉄筋のあきの７０％以上となるように被覆し、その上に外部電極を設置して陽極とし、コンクリート床版内部の鉄筋を陰極として、陽極と陰極の間に直流電流を流すことを特徴とする床版の脱塩工法、である。

本発明の床版の脱塩工法によれば、コンクリート床版上面に設置した外部電極（陽極）と内部の鉄筋（陰極）との間の電位勾配を変化させ、電流の流れ方を変えることにより、塩害を受けたコンクリート床版から塩化物イオンを充分に除去できる。

以下、本発明を詳細に説明する。
上面が補強されたコンクリート道路床版において、表層のアスファルトを剥がし、さらに、該上面の補強部の鋼繊維補強コンクリート等をピックやウォータージェットにより除去すると、コンクリート床版上面が現れる。コンクリート床版内部の上端鉄筋の位置を施工図面や鉄筋探査機により調べ、図２〜５に示されるように鉄筋直上を急硬性モルタルで被覆する。補強コンクリートを除去する際、部分的に上端鉄筋が露出してしまい、かぶりがなくなる場合があるため、その部分にも急硬性モルタルで被覆し、短絡を防ぐようにする。被覆するときの厚みは特に制限されないが、脱塩を充分に行うには５０ｍｍ以下が好ましい。

本発明で使用する急硬性モルタルは、セメントと骨材と急硬成分を含むものであり、特に限定されるものではないが、カルシウムアルミネートと石膏を急硬性成分とするものが好ましい。カルシウムアルミネートは、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃を主要化学成分とする結晶質またはガラス質の化合物（固溶体を含む）であり、これらの何れか１種以上を含有するものである。カルシウムアルミネートは、水和活性を有するものなら特に制限されず。例えば、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、４ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＳＯ₃などを挙げることができ、アルミナセメントでもよい。

本発明では、急硬性モルタルで被覆する幅が、図２〜５に示されるように、コンクリート床版内部の上端鉄筋のあきの５０％以上であることが好ましい。急硬性モルタルで被覆する幅が５０％未満では、上端鉄筋間の電位勾配が小さくなり、電流があまり流れず、脱塩が充分に進まない場合がある。

本発明の急硬性モルタルの電気抵抗値は、コンクリート床版のそれに比べて高い。これは、水和反応により早期に多量のエトリンガイトが生成することにより、多くの結晶水を抱え込み、相対的に自由水の量が少なくなるためと考えられる。
通常、コンクリート床版の電気抵抗値は１００Ω・ｍ程度であり、急硬性モルタルの電気抵抗値はこれより大きいため、コンクリート床版上面に設置した外部電極（陽極）と内部の鉄筋（陰極）との間の電位勾配が変化し、電流の流れ方が変わり、鉄筋近傍、鉄筋間とも脱塩が充分に行われるようになる。
また、急硬性モルタルでは硬化時間が短く、強度発現が速やかであるため、高速道路の補修などのように、できるだけ早期に交通遮断を解除しなければならない場合や、緊急工事において、効率的な補修が行えるというメリットもある。

急硬性モルタルの電気抵抗値は、水結合材比の調整や、各種混和材の混和などにより調整できるが、通常、１００〜２００Ω・ｍの範囲にある。

急硬性モルタルで被覆したコンクリート床版上面に、外部電極（陽極）を設置する。陽極は、電気的な腐食に対する抵抗性が高いものが好ましい。具体的には、チタン、チタン合金、白金等、さらに、白金、パラジウム、酸化イリジウム等で表面コーティングされた金属等やカーボン製のものの使用が好ましい。形状としては、格子状、亀甲状、菱形状、リボン状、線状、棒状、シート状のいずれでも良いが、脱塩を行う面全体に均等に配置されることが好ましい。

硬化したコンクリート内部には、飽和状態の水酸化カルシウム水溶液が間隙水として存在する。このため、コンクリートに電流を流すと、この間隙水が電解質の役割をして、コンクリート自身の電気抵抗に応じた電流が流れる。さらに、このコンクリートに外部から電解質溶液を供給して電流を流し易くすることが脱塩を充分に行う上で好ましい。

電解質溶液として好ましいのは、アルカリ性溶液又は中性溶液であるが、ｐＨ５以上の弱酸性溶液でも使用可能である。アルカリ性溶液としては、各種のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩等の水溶液が挙げられる。また、アルカリ骨材反応を誘発する恐れが少ないリチウム塩の使用や、処理中におけるｐＨの低下に対して緩衝作用のあるホウ酸、あるいはその塩の併用も好ましい。

急硬性モルタルで被覆したコンクリート床版上面に電解質溶液を供給するために、電解質溶液を吸収して保持する保持材を用いることができる。例えば、パルプ、布及び不織布等の繊維状物質及びシート、ゼオライト、シラスバルーン及び、発泡ビーズ等の無機、有機の多孔質材料、吸水性の有機高分子等が挙げられる。

急硬性モルタルで被覆したコンクリート床版上面に、外部電極を設置して陽極とし、既設コンクリート内部の鉄筋を陰極として、陽極と陰極の間に直流電流を流す場合、コンクリート表面積あたり０．１〜１０Ａ／ｍ^２程度の電流を流すことが可能である。直流電流の印加により、コンクリートの内部から陽極に向かって塩化物イオンを泳動させる際、急硬性モルタルで鉄筋直上を被覆するため、陽極と陰極の間の電位勾配を変化させ、電流の流れ方を変えることにより、鉄筋近傍、及び鉄筋間の脱塩が充分に行える。また、予め鋼繊維補強コンクリートを除去するため、鋼繊維の電食や、該補強コンクリートとコンクリート床版の界面への塩化物イオンの集積という問題がない。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例には限定されるものではない。

「実験例１」
寒冷地に立地する道路から、塩害により劣化した床版を一部撤去した（図１参照）。この道路は冬期の路面凍結を防止するために凍結防止剤を路面に散布しており、脱塩前における既設コンクリート中の上面鉄筋近傍の塩化物イオン含有量が１．５ｋｇ／ｍ^３と高く、鉄筋が腐食しやすい状態にあった。磨耗したアスファルトを剥ぎ取り、鋼繊維補強コンクリートで補強された部分を除去した。

図（図２、図４参照）に示すように、コンクリート床版内部の上端鉄筋の直上を電気抵抗値２００Ω・ｍのカルシウムアルミネートと石膏を急硬性成分とする急硬性モルタルで、厚みが３０ｍｍとなるように被覆した。なお、コンクリート床版の電気抵抗値は１００Ω・ｍであった。表１のように、被覆するモルタルの幅を変えた（図３、図５参照）。なお、補強コンクリートを除去する際、上端鉄筋が一部露出したため、全面被覆する場合以外は、鉄筋が露出した部分にも急硬性モルタルで被覆した。

急硬性モルタルで被覆したコンクリート床版上面に、電解質溶液保持材（不織布（フェルト））で覆った外部電極を設置した。電解質溶液として、Ｋ_２ＣＯ_３、ホウ酸がそれぞれ０．６、０．２ｍｏｌ／Ｌとなるように混合した水溶液を噴霧した。電極は酸化イリジウムで表面コーティングされたチタン製のものを用いた。

電極を陽極とし、既設コンクリート内部の鉄筋を陰極として、直流定電流電源によりコンクリート表面積あたり３Ａ／ｍ^２の直流電流を２１日間流し、電極間にかかる電圧を測定した。その後、コンクリート床版内部の上端鉄筋近傍と上端鉄筋間（それぞれ図２、４中の１１、１２）の塩化物イオン含有量を測定した。

表１に示すように、被覆する急硬性モルタルの幅を大きくすると、鉄筋近傍、鉄筋間の両方で塩化物イオン含有量を低減できた。被覆する急硬性モルタルの幅を上端鉄筋のあきの５０％以上にした場合、鉄筋近傍、鉄筋間のいずれにおいても、土木学会基準の鉄筋発錆限界量である１．２ｋｇ／ｍ^３を下回る良好な結果が得られた。また、被覆する急硬性モルタルの幅が６０％から７０％にかけて、鉄筋間の塩化物イオン含有量が大幅に低減された。

比較として、コンクリート床版内部の上端鉄筋の直上を急硬性モルタルで被覆せずに脱塩した。ただし、鋼繊維補強コンクリートを除去する際、一部露出した上端鉄筋のみ急硬性モルタルで被覆した。表１に示すように、上端鉄筋近傍では塩化物イオン含有量を低減できたが、上端鉄筋間ではわずかしか低減されず、土木学会基準値を上回った。結果を表１に併記する。

＜測定方法＞
電極間の電圧：クランプメータにより測定した。
塩化物イオン含有量：ＪＩＳ Ａ １１５４：２００３「硬化コンクリート中に含まれる塩化物イオンの試験方法」に基づき、全塩化物イオン量を測定した。

「実験例２」
実験例１の実験No.1-5において、被覆する急硬性モルタルの電気抵抗値を水結合材比や混和材の添加により変えたこと以外は、実験例１と同様に行った。なお、実験No.2-5として、実験No.2-4の電流密度を半分にして行った。結果を表２に併記する。

表２に示すように、被覆する急硬性モルタルの電気抵抗値が大きくなると、鉄筋近傍、および鉄筋間の塩化物イオン含有量が大幅に低減された。また、実験No.2-5のように、電流密度を半分にしても脱塩が充分に進むことが分かる。

本発明の道路等のコンクリート床版の脱塩工法により、補強されたコンクリート床版の塩化物イオンを充分に除去できるため、床版の補修に極めて有効であり、土木構造物等に幅広く適用できる。

本発明の脱塩工法を説明するための鋼繊維補強コンクリートで増厚されたコンクリート床版の断面図である。 本発明の脱塩工法の一例を説明するための鉄筋の直上を急硬性モルタルで一部被覆したコンクリート床版の断面図である。 本発明の脱塩工法の一例を説明するための鉄筋の直上を急硬性モルタルで一部被覆したコンクリート床版の平面図である。 本発明の脱塩工法の一例を説明するための鉄筋の直上を急硬性モルタルで全面被覆したコンクリート床版の断面図である。 本発明の脱塩工法の一例を説明するための鉄筋の直上を急硬性モルタルで全面被覆したコンクリート床版の平面図である。

符号の説明

１：既設コンクリート
２：上端鉄筋
３：下端鉄筋
４：鋼繊維補強コンクリート
５：アスファルト
６：急硬性モルタル
７：外部電極（陽極）
８：電解質溶液保持材
９：直流定電流電源
１０：リード線
１１：塩化物イオン含有量測定位置（鉄筋近傍）
１２：塩化物イオン含有量測定位置（鉄筋間）

Claims (1)

1. 上面が補強されたコンクリート床版において、該上面の補強部を除去した後、コンクリート床版内部の上端鉄筋の直上を電気抵抗値が１００〜２００Ω・ｍである急硬性モルタルで幅が上端鉄筋のあきの７０％以上となるように被覆し、その上に外部電極を設置して陽極とし、コンクリート床版内部の鉄筋を陰極として、陽極と陰極の間に直流電流を流すことを特徴とする床版の脱塩工法。