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JPS6410457B2 - - Google Patents
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JPS6410457B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6410457B2
JPS6410457B2 JP3886684A JP3886684A JPS6410457B2 JP S6410457 B2 JPS6410457 B2 JP S6410457B2 JP 3886684 A JP3886684 A JP 3886684A JP 3886684 A JP3886684 A JP 3886684A JP S6410457 B2 JPS6410457 B2 JP S6410457B2
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JP
Japan
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metal
carbon fiber
corrosion
reinforced concrete
contact
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Expired
Application number
JP3886684A
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English (en)
Other versions
JPS60186446A (ja
Inventor
Shigeyuki Akihama
Tatsuo Suenaga
Minoru Saito
Hideki Ikeda
Masanori Aya
Seiichi Koyama
Masaji Kamakura
Naohito Mikami
Hideaki Yuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kajima Corp
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Kajima Corp
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kajima Corp, Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Kajima Corp
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Priority to US06/795,697 priority patent/US4627998A/en
Priority to PCT/JP1985/000103 priority patent/WO1985003930A1/ja
Priority to GB8525186A priority patent/GB2166429B/en
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Publication of JPS6410457B2 publication Critical patent/JPS6410457B2/ja
Priority to HK20290A priority patent/HK20290A/xx
Granted legal-status Critical Current

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  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、炭素繊維補強コンクリートの改善に
関する。 セメント系マトリツクスの固有の欠点である脆
性的性質は、これに適切な繊維物質例えば炭素繊
維を適量分散させることによつて、大幅に改善さ
れる。安価なピツチ系炭素繊維の開発によつてこ
の炭素繊維入り補強コンクリートは実用化が進め
られており、これまでのセメントコンクリートで
は発現し得なかつた強度特性、変形特性、弾性特
性などをもつ新構造材料として大きな期待がよせ
られている。 本発明者らもこの炭素繊維補強コンクリートの
開発に長年にわたつて携わつてきたが、この材料
を用いた実施工において、普通コンクリートには
見られない基本的な問題が存在することがわかつ
た。それは、金属がこの炭素繊維補強コンクリー
トと接触していると、金属の腐食(金属の酸化)
が著しく進行するという現象である。例えば、こ
の炭素繊維補強コンクリートの実施工において、
鉄筋や鉄骨、鋼製型枠、結速線、アンカーフアス
ナーやスペーサその他の金属などを使用した場合
に、これらの金属が炭素繊維補強コンクリートと
の接触する面で、普通コンクリートでは考えられ
ない急速な腐食が進行するのである。 本発明はこの問題の解決を目的としたものであ
る。この目的において本発明者らは、前記腐食挙
動を解明するべく鋭意研究を重ねた結果、これに
は種々の原因が相互に作用するが、その基本とな
るのは、炭素繊維は極めて電導性が良好でその電
位は貴金属並みの貴な電位を有しており、これよ
り卑な金属(通常は鉄または鉄合金)とこの炭素
繊維が接触する場合にはここに局部電池が形成さ
れ、この局部電池作用がその金属腐食の主因であ
ることをつきとめることができ、セメント系マト
リツクス中に炭素繊維を0.2〜10容量%で分散さ
せた補強コンクリートを金属との接触面をもつて
硬化させる場合に、この接触面に樹脂層を介在せ
しめ、この炭素繊維補強コンクリートと金属との
間で電気抵抗が少なくとも100Ω以上の絶縁層を
形成させてこれを硬化させるならば、この炭素繊
維補強コンクリート特有の金属腐食の問題がほぼ
完全に解決できることがわかつた。 本発明は、炭素繊維補強コンクリートと金属と
の接触面間に有機樹脂層を介在させることによつ
てセメントマトリツクス中の炭素繊維と金属との
直接の接触を断つようにすることによつて金属表
面に形成される炭素繊維による局部電池作用を防
止したことに特徴がある。すなわち、未だ固まら
ない炭素繊維補強コンクリート混練物を、鉄筋や
鉄骨、金属製型枠、結束線、アンカーフアスナー
やスペーサその他の金物と接触させながら硬化さ
せるさいに、これらの炭素より卑な金属の表面と
セメントマトリツクス中の炭素繊維とが直接的に
接触しないような電気絶縁層を形成させるのであ
り、この電気絶縁層を形成させるのに絶縁抵抗の
高い樹脂層を用いるのである。 絶縁抵抗の高い樹脂としては種々なものがあり
基本的には絶縁性を示す樹脂であればその種類を
問わず本発明に適用できる。しかし、実際の施工
面では、鉄筋や鉄骨、アンカーなどコンクリート
との附着強度を要求されるもの、型枠やスペーサ
など附着強度をそれほど要求されないものなど使
用する金属部材との関連によつて、使用する樹脂
の種類や形態を考慮する必要がある。この樹脂層
を形成させるのに、コンクリートと金属部材との
附着強度が要求されない場合には、シート状の樹
脂フイルム成形品を金属部材の表面に巻き付けた
り被せたりしてもよいが、実際上は、樹脂塗装を
実施するのが施工面でも便宜である。より具体的
には、エポキシ樹脂を金属表面に粉体焼付け塗装
してこの絶縁層を形成させるのが最も効果的であ
り、この場合にはコンクリートとの附着強度も十
分なものが得られる。 このようにして、本発明は、炭素繊維より卑な
金属との接触面に絶縁性の高い樹脂層を介在させ
ことによつて、炭素繊維との接触による局部電池
作用を防止するのであるから、この絶縁層は局部
電池が生成する電流の流れを遮断できるに十分な
絶縁性、つまり、金属と炭素繊維との接触を断つ
に十分な機能をもたねばならない。樹脂の種類に
よつてその値は異なるが、本発明者らの試験によ
ると、セメントマトリツクス中に炭素繊維を0.2
〜10容量%で分散させた補強コンクリートの場合
に、少なくとも100Ω以上の絶縁層を形成すれば
よいことがわかつた。100Ω以下でも電流の流れ
をある程度遮断して腐食を防止することは可能で
あるが、100Ω以下といつた非常に薄い樹脂層を
均一に形成することは極めて困難であり、部分的
には塗膜の欠陥部分が生じて炭素繊維が直接接触
して局部電池を形成する事態が生ずる。通常、鉄
表面にエポキシ樹脂の塗装を行う場合には、平均
100μm程度の膜厚で約500Ω以上の電気抵抗を示
し、これ以上の膜厚になるとそれだけ絶縁抵抗は
高くなる。従つて、最も普通に使用される鉄系金
属材料に対しては、平均100μm程度の薄いエポキ
シ樹脂塗装を施すことによつても、ほぼ目的は達
成される。 実際の施工においては、鉄系金属材料の表面に
は、その量や厚みは均一ではないにしても、多少
の酸化被膜(黒皮)が生成しており、また、積極
的に黒皮を生成させた鉄筋などを使用することも
通常であるから、この酸化被膜層も絶縁層として
作用する場合がある。しかし、この酸化被膜は運
搬や施工時にところどころ剥げ落ちて金属面が露
出したり、その厚みにも変動があるから、これの
みで局部電池生成の完全防止を期待することはで
きない。またスケール層があまり厚いとコンクリ
ートと鉄表面との附着強度を低下させる原因とも
なる。従つて、鉄系表面に生成している鉄酸化物
層は、これを100Ω以上の絶縁層として機能させ
ることはできないので、樹脂層を介在させるのが
重要となり、本発明において、電気抵抗が少なく
とも100Ω以上の絶縁層とは、この酸化被膜を除
く樹脂単独の絶縁抵抗であることを意味する。エ
ポキシ樹脂塗装を実施する場合には、少なくとも
平均100μm以上の膜厚で塗装しないと、被膜の連
続性を保つことは実際上困難であり、平均100μm
以上の樹脂層を形成させてこの樹脂層だけで100
Ω以上の電気抵抗をもたせるようにするのが望ま
しい。 セメントマトリツクス中に均一分散した炭素繊
維のうちの一本がその先端で鉄の露出表面と水の
存在下で接触している状態を仮定した場合に、炭
素繊維から鉄に流れる電流の大きさは、炭素繊維
が水と接触する表面積が大きくなるほど大きくな
る。従つて、長繊維ほど大きな電流が流れること
になる。しかし同一量で炭素繊維を分散させた場
合に、実際は短繊維を使用した方が腐食の進行が
速い場合もある。これは、繊維先端が金属面に接
触する接触点の数が多くなるからであろう。本発
明者らの実験の結果では、炭素繊維補強コンクリ
ートとして通常の炭素繊維量である0.2〜10容量
%の量で炭素繊維をセメントマトリツクス中に分
散させた場合に、この炭素繊維の長さが、いかよ
うなものであつても、鉄系金属表面との間で少な
くとも100Ω以上の絶縁層を形成させておくなら
ば、金属と炭素繊維との接触を断ち、ガルバニツ
ク電池を形成する腐食電流を完全に遮断できるこ
とを確認した。 なお、本発明に従つて金属との間に絶縁層が介
在する炭素繊維補強コンクリートは、セメントマ
トリツクス中に炭素繊維を分散させたものであれ
ば、砂や砂利などの骨材の有無やその量の大小、
あるいは各種の添加材や混和材の有無やその量の
大小を問わず、さらにはセメントの種類を問わず
炭素繊維との接触による局部電池形成にもとずく
金属腐食の防止効果を発揮するものである。 以下に、試験結果に基づいて、より具体的に本
発明内容を説明する。 〔腐食電位および分極曲線〕 木枠内にセメントモルタルを入れ、このモルタ
ル中に炭素繊維供試体、鋼試片、ステンレス鋼製
メツシユ筋のいずれか又はこれらのカツプルを挿
入し、酸化還元電位測定装置(参照電極として飽
和KCl溶液使用、対極;白金)およびポテンシヨ
スタツト(飽和甘汞電極使用、電位掃引速度
40mV/min、対極;白金)によつて、セメント
中での各供試材の腐食電位および分極曲線の測定
を行つた。 各々の腐食電位の測定結果を次頁の表1に示し
た。
〔セメント混練物のPHおよび酸化還元電位〕
表2に示す配合材を用いたセメント混練物のPH
と酸化還元電位を測定し、表3の結果を得た。
【表】
【表】 表3に示されるように、セメント混練物のPH値
は配合によらずほぼ一定で13.4〜13.7の範囲にあ
る。また酸化還元電位はモルタル打設直後では−
0.15〜−0.22V程度であるが、蒸気養生中では少
し卑側にずれる。これは環境の酸化性が時間とと
もに低下することを意味している。酸素の酸化還
元反応により環境の酸化還元電位が決定されてい
るとすれば、その電位の上限は酸素の酸化還元平
衡電位で決定されるが、その平衡電位は次式で示
される。 Ep=1.23−0.06PH+0.015log Po2(VvsSHE) =0.99−0.06PH+0.015log Po2(VvsSCE) これに、Po2=0.2atm、PH=13.5を代入すれば
E=0.19(VvsSCE) この値は、Ptにより測定された酸化還元電位
の値よりかなり高い。酸素の還元反応の過電圧が
高いことを考慮すれば、ほかに有効な酸化剤(例
えばFe3+)が系に存在しない限り、酸素の還元
反応によつて系の酸化還元電位が決定されている
ものと考えてよい。 以上の試験結果より、セメントマトリツクス中
のCF(炭素繊維)の存在は、このセメントマトリ
ツクスに接する鉄(鋼)の腐食に悪影響を与える
ことがわかつた。これは、CFは電導性が良くか
つその電位がPtのような貴金属並みの貴な電位
を示すので、鋼とCFとの接触によるガルバニツ
ク腐食によると考えられる。すなわちセメントマ
トリツクス中でのCFの存在はガルバニツク腐食
電池のカソード面積を増大させ、いわゆる小アノ
ード、大カソードを形成して腐食を促進するわけ
である。これを電気化学的に模式化すれば第3図
のようになる。すなわち、初期にはの電位で鋼
は耐食性を維持しているが、Cl-1などのイオンの
存在により、局部的に酸化被膜が破壊されると、
電位はに移つて腐食される。一方、CFの存在
によつてカソード反応が増大するので電位はに
移り腐食は加速される。このガルバニツク電池の
アノードである鋼表面では次式で示される反応に
よりPHが低下するので、安定な被膜が維持されな
い。このために、腐食が成長することになる。 Fe2++H2O→Fe(OH)++H+(PH低下) しかし、CFとステンレス鋼との接触の場合に
は両者の電位が接近しかつ不動態域にあるために
ガルバニツク腐食はない。 実施例 表4に示す配合の炭素繊維補強コンクリート1
のなかに、第4図に示すようにして、各種の供試
鉄筋2を埋設し、これを、40℃×5時間の蒸気養
生した後、オートクレーブ中で180℃、10気圧、
5時間の腐食加速試験を1、3、5回実施した。
この供試鉄筋2としては、黒皮なしの普通鉄筋、
溶融亜鉛メツキを施したもの、SUS304ステンレ
ス鋼、および普通鉄筋にエポキシ樹脂塗装(膜厚
約200μm)を施したもの、をそれぞれ使用した。
【表】 各供試鉄筋を、蒸気養生後、あるいはさらに各
回のオートクレーブ処理の後に、コンクリート中
から取り出して、その腐食状況を調べた。その結
果を表5に示した。 但し、A;錆発生なし、B;点錆発生、 C;点錆数点発生、D;部分的に赤錆発
生、 E;50%以上の面積で赤錆発生、を示す。
【表】 なお、炭素繊維を添加しなかつた以外は表4の
配合の通常のコンクリートを使用して同様の腐食
促進試験を実施したが、この場合には、いずれの
供試材鉄筋も錆は発生しなかつた。
【図面の簡単な説明】
第1図はセメントモルタルへの炭素繊維添加の
有無による腐食電位の経時変化図、第2図はセメ
ントモルタルへの炭素繊維添加の有無による分極
曲線を示す図、第3図炭素繊維補強コンクリート
中での鋼腐食の電気化学的模式図、第4図は鉄筋
の腐食促進試験に供した試験体の寸法形状を示す
図である。 1……炭素繊維補強コンクリート、2……供試
鉄筋。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 セメント系マトリツクス中に炭素繊維を0.2
    〜10容量%で分散させた補強コンクリートを金属
    との接触面をもつて硬化させるさいに該接触面に
    絶縁性を示す樹脂層を介在せしめ、該補強コンク
    リートと金属との間で電気抵抗が少なくとも100
    Ω以上の絶縁層を形成させて硬化させた炭素繊維
    補強コンクリート。 2 金属は鉄または鉄合金である特許請求の範囲
    第1項記載の炭素繊維補強コンクリート。
JP3886684A 1984-03-02 1984-03-02 炭素繊維補強コンクリ−ト Granted JPS60186446A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3886684A JPS60186446A (ja) 1984-03-02 1984-03-02 炭素繊維補強コンクリ−ト
US06/795,697 US4627998A (en) 1984-03-02 1985-03-01 Carbon fiber reinforced concrete
PCT/JP1985/000103 WO1985003930A1 (fr) 1984-03-02 1985-03-01 Beton renforce par des fibres de carbone
GB8525186A GB2166429B (en) 1984-03-02 1985-03-01 Carbon fiber-reinforced concrete
HK20290A HK20290A (en) 1984-03-02 1990-03-15 Carbon fiber-reinforced concrete

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