JP6239992B2

JP6239992B2 - 電気防食用バックフィル

Info

Publication number: JP6239992B2
Application number: JP2014019067A
Authority: JP
Inventors: 一弘井川; 幸宏曽根
Original assignee: 株式会社ナカボーテック
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2034-02-04
Also published as: JP2015145527A

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造物等の電気防食に使用される流電陽極用バックフィルに関する。

鉄筋コンクリート構造物においては、酸素、水、塩化物イオン等の内部浸透によって、鉄筋に腐食が発生する。この腐食生成物の体積膨張によりコンクリートにひび割れが発生し、腐食をさらに加速させ、鉄筋の断面減少等を引き起こすことにより、最終的には構造物の強度等の諸性能が低下する。そのため、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食を防止する様々な手段が開発されてきており、その中の一つに電気防食方法がある。

電気防食方法には、流電陽極方式と外部電源方式とがある。流電陽極方式は、鋼材（鉄筋）に対して電気化学的に卑な電位を有する亜鉛、アルミニウムのような金属を流電陽極としてコンクリート構造物の表面に取付け、この金属と鋼材との電位差を利用して両者の間に電池を構成させて鋼材に直流電流を供給する方式である。外部電源方式は、コンクリート構造物の表面またはその表面に切削した溝などに電気防食用電極を設置し、コンクリート構造物中の鉄筋を陰極とし、直流電源装置を用いて電気防食用電極から陰極に直流電流を供給することにより陰極の電位を卑方向に変化させ防食する方式である。

流電陽極方式を鉄筋コンクリート構造物に対して適用する方法の１つとして、コンクリートと陽極との間に電気防食用バックフィル（以下、単にバックフィルともいう）の層を設けて陽極の接地抵抗の低下と電気化学的特性の向上とを図り、陽極から十分に電流を発生させる方法が知られている。バックフィルとしては、例えば、ベントナイト及び塩化マグネシウムを含んだ粉末状又は粒子状の混合物を水と混練してペースト状にしたものが従来使用されている（特許文献１参照）。しかし、ペースト状のバックフィルは、一定の保形性を有する必要があるため、硬く伸展性が悪く、均一に陽極に展延、塗布できない、使用量を一定にできない等の問題があった。さらに、不慣れな作業者では展延、塗布にムラが発生する等の問題もあった。

また、バックフィルとしては、水溶性高分子及び塩化マグネシウムを含んでゲル状にしたものも知られている（特許文献２参照）。このようなゲル状のバックフィルは、水溶性高分子を含んでいるため、流動性に優れ、陽極に所定量展延、塗布するのが簡単で施工が容易という特長を有する。しかし、一般にゲル状のバックフィルは、鉄筋コンクリート構造物のコンクリート面に設置後、該鉄筋コンクリート構造物が振動などの外力を受けた場合、チキソトロピーによって粘度が低下し、外部に漏出するおそれがあった。

特開平２−８３８３号公報特開２００８−５７０１５号公報

本発明は、製造が簡単で施工性及び保形性に優れ、且つ流電陽極材に対して実用上十分な性能を発揮させる電気防食用バックフィルに関する。

本発明は、金属塩化物塩とセメントと水とを含有する電気防食用バックフィルである。

本発明によれば、製造が簡単で施工性及び保形性に優れ、且つ流電陽極材に対して実用上十分な性能を発揮させる電気防食用バックフィルが提供される。本発明の電気防食用バックフィルは、製造が簡単であるばかりでなく、製造したバックフィルの陽極への展延、塗布が容易であるため施工性にも優れ、また、施工後において十分な保形性を維持することから使用中に外部へ漏出し難く、しかも、流電陽極材に対して従来品と同等以上の性能を発揮させることができ、流電陽極方式の電気防食用バックフィルとして有用である。

図１は、本発明の電気防食用バックフィルを備えた、コンクリート構造物の電気防食構造の一実施形態を模式的に示す断面図である。図２は、通電試験における実施例及び比較例の電気防食構造の陽極電位の時間変化を示すグラフである。図３は、アノード分極試験の説明図である。図４は、通電試験における実施例及び比較例の電気防食構造のアノード分極曲線である。

以下、本発明の電気防食用バックフィルについて説明する。図１には、本発明のバックフィルを鉄筋コンクリート構造物の流電陽極方式による電気防食に使用した例として、本発明のバックフィルの一実施形態であるバックフィル１２を備えた、コンクリート構造物の電気防食構造１０が示されている。電気防食構造１０は、図１に示す通り、鉄筋コンクリート構造物２０中の鋼材２１（鉄筋）に防食電流を流す電気防食用電極１１（陽極）と、電極１１とコンクリート構造物２０との間に介在配置されたバックフィル１２と、電極１１及び鋼材２１それぞれから延びるリード線１３を接続箱１４内にて結線してなる電気的接続手段とを備えている。コンクリート構造物２０中における鋼材２１の近傍には参照電極１７が設置され、参照電極１７と接続されているリード線１３が接続箱１４まで引き込まれていることにより、鋼材２１の電位を測定してモニタリング可能になされている。

電極１１は、コンクリート構造物２０中の鋼材２１に対して電気化学的に卑な電位を有する金属、例えば、亜鉛、アルミニウム等からなる板状物であり、アンカーボルト、リベット等の固定具１５により、コンクリート構造物２０の表面上に固定されている。電極１１とコンクリート構造物２０の表面（電極１１の設置面）との間における、バックフィル１２が配置されていない空間部には、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタン等の緩衝材が充填されて、緩衝層１６が形成されている。

電気防食構造１０は、コンクリート構造物２０の電気防食において、電気防食用電極１１の電位を長期間低くし且つ電気防食用電極１１が水に溶解する際に発生する水素ガスを外側に放出させ得る通気性を備え、そのような優れた通電性能と通気性との発現によって、電気防食に必要な起電力（電極１１と鋼材２１との電位差）が大きくなる利点があり、長期間にわたって優れた電流効率を持続する。電気防食構造１０の斯かる作用効果は、バックフィル１２の性能に因るところが大きい。バックフィル１２は、少なくとも金属塩化物塩とセメントと水とを含有する。バックフィル１２の厚みは、好ましくは３〜２０ｍｍ、さらに好ましくは５〜１５ｍｍである。

本発明のバックフィルに含有される金属塩化物塩は、抵抗率を減少させ、陽極（電気防食構造１０においては電極１１）の表面を活性な状態にして低電位を維持させる効果があるだけでなく、吸湿性も有している。このような作用のある金属塩化物塩としては、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、塩化リチウム等が挙げられ、本発明ではこれらの中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。これらの中でも特に塩化マグネシウムは、低電位化の効果が高いことから本発明で好ましく用いられる。金属塩化物塩の含有量は、本発明のバックフィル中、好ましくは１５〜３０質量％、さらに好ましくは２０〜２６質量％である。

本発明のバックフィルの主たる特長の１つとして、セメントを含有している点が挙げられる。セメントは、水を加えて練ると所要時間経過後流動性を失わせる性質があり、これを含む本発明のバックフィルをペースト状又は粘土状に変化させ且つその形状を維持させる性質を有する。セメントを含む本発明のバックフィルは、各種成分（金属塩化物、セメント、水等）を混合するだけで得られるため製造が簡単であり、また製造後は、陽極への展延、塗布が容易であるため施工性に優れ、さらに施工後は、十分な保形性を維持することから使用中に外部へ漏出し難いという特長を有する。

本発明で用いるセメントとしては、普通・中庸熱・耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメント；これらポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ又はシリカを混合した各種混合セメント（高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント）等が挙げられ、本発明ではこれらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。但し、早強・超早強ポルトランドセメント及びアルミナセメントは、水和熱による発熱が大きいため、本発明では使用を避けた方が好ましい。セメントの含有量は、本発明のバックフィル中、好ましくは６〜１６質量％、さらに好ましくは８〜１４質量％である。セメントの含有量が少なすぎると、バックフィルが軟弱となって保形性が低下し、バックフィルが外部へ漏出するおそれがあり、またセメントの含有量が多すぎると、バックフィルの他の成分を均一に分散させることが困難となり、製造容易性、施工性が低下するおそれがある。

また、水の含有量は、本発明のバックフィル中、好ましくは１５〜３０質量％、さらに好ましくは２０〜２８質量％である。水の含有量が少なすぎると、バックフィルの他の成分を均一に分散させることが困難となり、製造容易性、施工性が低下するおそれがあり、また水の含有量が多すぎると、バックフィルの流動性が高くなり、バックフィルが外部へ漏出するおそれがある。

本発明のバックフィルには、前記成分（金属塩化物塩、セメント及び水）に加えてさらに、ベントナイトを含有させても良い。ベントナイトは高い保水性と接地抵抗を低減させる性質とを有し、これを含む本発明のバックフィルに高い保水性及び粘性を付与し得る。ベントナイトとしては、カルシウム型、ナトリウム型があり、本発明ではどちらも用いることができるが、カルシウム型よりも吸水・膨潤性の大きいナトリウム型のベントナイトが有利である。このナトリウム型のベントナイトとは、モンモリロナイトのシート状結晶の層間にナトリウムイオンやカリウムイオン等のアルカリ金属類を吸着しているベントナイトである。ベントナイトの含有量は、本発明のバックフィル中、好ましくは３５〜５０質量％、さらに好ましくは４０〜４６質量％である。ベントナイトの含有量が少なすぎると、バックフィルの保水性が不十分になるおそれがあり、またベントナイトの含有量が多すぎると、バックフィルの表面が軟弱になるために流失しやすくなるおそれがある。

本発明のバックフィルには必要に応じ、前記成分に加えてさらに、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム等の金属硫酸塩；硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸リチウム等の金属硝酸塩等の１種以上を含有させても良い。

本発明のバックフィルの抵抗率は、好ましくは１０〜１００Ω・ｃｍ、さらに好ましくは１０〜２０Ω・ｃｍである。バックフィルの抵抗率が斯かる特定範囲内にあることにより、電気防食用電極の電位を長期に安定させるという効果が奏される。組成が前述した通りであるバックフィルは、その抵抗率が斯かる特定範囲内になり得る。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、斯かる実施例に制限されない。

〔実施例１〕
ベントナイトとセメントとをミキサーで混合して混合粉末Ａを調製した。ベントナイトとして豊洋ベントナイト鉱業（株）製ベントナイト２５０メッシュを用い、セメントとして（株）トクヤマ製普通ポルトランドセメントを用いた。別途、塩化マグネシウム（６水和物）に水を加え撹拌して塩化マグネシウム水溶液Ｂを調製した。そして、混合粉末Ａと塩化マグネシウム水溶液Ｂとをミキサーで混練して、目的とするバックフィルを調製した。こうして得られた実施例１のバックフィルにおける各成分の含有量は次の通り。ベントナイト４３質量％、塩化マグネシウム（６水和物）２３質量％、セメント１１質量％、水２３質量％。

〔比較例１〕
従来使用されているベントナイト系バックフィルの混合粉末に水を加えて練り、比較例１のバックフィルを調製した。ベントナイトとして豊洋ベントナイト鉱業（株）製ベントナイト２５０メッシュを用いた。こうして得られた比較例１のバックフィルにおける各成分の含有量は次の通り。ベントナイト３２質量％、塩化マグネシウム（６水和物）１９質量％、石膏９質量％、水４０質量％。

＜施工性（塗布時間及び塗布ムラ）の評価＞
陽極板として５００×１０００ｍｍ、厚さ１ｍｍの平面視矩形形状の６枚の亜鉛陽極板を用いた。この６枚の亜鉛陽極板それぞれの一面の全体に、評価対象のバックフィルを塗布後の厚みが１０ｍｍとなるように塗布し、バックフィル層を形成した。６枚の陽極板全ての一面にバックフィルを塗布するのに要した時間（塗布時間）を計測した。また、各バックフィル層の表面状態（塗布ムラの有無）を目視により評価した。

バックフィルの塗布時間は、セメントを含む実施例１で約１０分、セメントを含まない比較例１で約３０分であり、実施例１は、塗布時の適度な流動性により、塗布時間を比較例１の１／３程度に短縮することができた。また、バックフィル層の表面の目視観察において、実施例１は塗布ムラなく良好であったが、比較例１は塗布ムラが多少発生し、且つ塗布ムラのコントラストが大きく目立ち、表面状態は好ましいものではなかった。

＜陽極の性能試験（陽極電位の測定及び発生電気量の算出）＞
コンクリート構造物として、格子状に組んで配筋した直径φ１３ｍｍの鉄筋をかぶり厚さ３７ｍｍ、ピッチ１００ｍｍの間隔で内部に有する、鉄筋コンクリート（１００×２００×３００ｍｍ）を用い、この鉄筋コンクリートの表面に、評価対象のバックフィルからなる厚み１０ｍｍのバックフィル層を介して、アルミニウム陽極板（１×１８０×２８０ｍｍ）を固定し、図１に示す如き構成のコンクリート構造物の電気防食構造を作製した。作製した電気防食構造を用い、その鉄筋コンクリート中の鉄筋を対極として１０ｍＡ／ｍ²の定電流電解を行った。参照電極にはＭＭＯ電極を用いて鉄筋コンクリート中に埋設し、陽極電位を経時的に測定した。その結果を図２に示す。また、通電の開始前及び終了後それぞれにおけるアルミニウム陽極板の質量を測定し、その質量の減少量から発生電気量を算出した。

図２に示したように、実施例１のバックフィルを用いた場合の陽極電位は、比較例１のバックフィルよりも変化幅が小さく、長期間の使用においても安定した陽極性能を維持していた。このことから、バックフィルにセメントを含有させることは、バックフィルの施工性のみならず、電気的性能の向上、特に陽極電位の長期安定性にも有効であることがわかる。

また、実施例１のバックフィルを用いた場合の発生電気量は７６２Ａ・ｈｒ／ｋｇ、比較例１のバックフィルを用いた場合の発生電気量は３８９Ａ・ｈｒ／ｋｇであったことから、実施例１は、比較例１に比して発生電気量の値が大きく陽極性能が優れていることがわかる。

＜アノード分極試験＞
図３には、アノード分極試験の装置構成が示されている。中空円筒状の試験槽５０の中空部に、直径９０ｍｍ、高さ１３０ｍｍの中空円筒状のステンレス鋼からなる対極５１を配置し、該対極５１の中空部に評価対象の流動性を有するバックフィル５２を流し込み、さらに該バックフィル５２における試験槽５０の中心部に、亜鉛９９．９９５質量％以上の棒状の亜鉛陽極５３を、その長手方向一端部がバックフィル５２から突出するように埋め込んだ。棒状の亜鉛陽極５３は、その長手方向他端部寄りの表面積２０．１ｃｍ²の側面視矩形形状部分のみが、亜鉛の露出部５３Ａとされ、該露出部５３Ａよりも長手方向他端部側がゴムキャップ５４で被覆され、長手方向一端部側がビニルテープ５５で被覆されている。また、バックフィル５２中で亜鉛陽極５３（露出部５３Ａ）の近傍に、銀・塩化銀電極からなる参照電極５６を埋め込んだ。試験槽５０の外部に電位掃引装置５７、ポテンショスタット５８、記録計５９を配置し、これらと試験槽５０内の各部とをリード線で接続した。
アノード分極試験は、対極５１にバックフィル５２を流し込んでから１時間経過後に掃引速度２０ｍＶ／ｍｉｎの条件で行った。また、アノード分極試験は、評価対象のバックフィル５２の外表面をラップ（非通気性の樹脂製フィルム）で覆うことにより水分の逸散を防いだものと、外表面をラップで覆わないで外部に開放したものとの２条件で行った。その結果を図４に示す。

図４に示したように、実施例１のバックフィルを用いた場合は、電気防食で通常使用される最大の電流密度である３０ｍＡ／ｍ²（陽極面積当たり）を越えた電流値に対しても、陽極電位が比較例１のバックフィルを用いた場合と比較して低く且つ一定であり、陽極性能は良好であった。このことから、バックフィルにセメントを含有させることは、バックフィルの施工性のみならず、電気的性能の向上、特に電気防食に必要な起電力（陽極と鋼材との電位差）の増大にも有効であることがわかる。

１０電気防食構造
１１電気防食用電極（流電陽極）
１２バックフィル
１３リード線
１４接続箱
１５固定具
１６緩衝層
１７参照電極
２０コンクリート構造物
２１鋼材（鉄筋）

Claims

金属塩化物塩とセメントと水とを含有し、金属塩化物塩が塩化マグネシウムであり、
さらにベントナイトを３５〜５０質量％含有し、且つ塩化マグネシウムの含有量が１５〜３０質量％、セメントの含有量が６〜１６質量％、水の含有量が１５〜３０質量％である電気防食用バックフィル。