JPH0468379B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、コンクリート構造物に使用される
棒鋼、型鋼或いは鋼線等の鉄筋、特に塩化物によ
る腐食環境下においても極めて良好な耐食性を示
すコンクリート鉄筋に関するものである。 一般に、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋は、
正常状態ではPH13程度のアルカリ性を呈するコン
クリートによつて覆われているので不働態化して
おり、腐食が発生しないものとされている。 ところが、近年、コンクリートの材料である河
砂の供給量不足が深刻化し、代替品である海砂の
使用量が増大してくるにつれて、この海砂の中に
含まれる塩化物によつてコンクリート中の鉄筋が
腐食し、鉄筋コンクリート構造物の耐用年数が低
下するのではないかとの懸念が強まつてきた。即
ち、コンクリート中に塩素イオンが存在すると鉄
筋の不働態被膜が破れて腐食が進行することとな
り、発生する錆によつて鉄筋とコンクリートとの
付着力が低下し、コンクリート構造物の強度低下
やヒビ割れ、或いは剥離を生ずるからである。 もちろん、これは、海砂を配合したコンクリー
ト構造物のみに限らず、海水の影響を受ける海洋
環境下や海岸地帯における鉄筋コンクリート構造
物、又はその他の塩化物環境中で使用する鉄筋コ
ンクリート構造物に共通する問題でもあつた。 更に、長期的にみると、コンクリートは空気中
に含まれる炭酸ガスの作用によつて中性化されて
しまうので、この点からも鉄筋の腐食防止は非常
に困難な問題だつたのでのである。 従来、このようなコンクリート鉄筋の防食対策
として、 コンクリート中にインヒビター（硝酸ナトリ
ウム等）を添加して環境を制御する方法、 鉄筋に表面処理（表面塗装、エポキシ樹脂コ
ーテイング、亜鉛メツキ、アルミニウムメツキ
等）を施す方法、 等の手段が採用されていたが、前記項で示した
インヒビター添加法は、期間の経過につれて雨水
や海水がコンクリート中へ浸入するので、これに
よつてコンクリート中のインヒビターが系外へ拡
散してしまい、インヒビターとしての有効濃度を
保持しつづけることが極めて困難となつて、結局
は防食効果が劣化してしまうという問題があり、
他方、前記項で示した表面処理法のうちの表面
塗装を施す方法では効果が長期にわたつて持続さ
れず、エポキシ樹脂コーテイングによる方法では
溶接部が裸になつてしまうので、その部分からの
腐食を避けることができず、また亜鉛やアルミニ
ウムメツキによる方法は短期的には非常に有効な
手段であるが長期的には完全な防食対策とは言え
ず、しかも、エポキシ樹脂コーテイングや金属メ
ツキ法には処理コストが極めて高いという問題点
があつて、いずれも満足できるものではなかつた
のである。 このようなことから、最近、鉄筋の成分自体を
調整してその耐食性を従来鉄筋の２〜３倍に上昇
させ、これによりコンクリート構造物の強度低下
につながる錆発生量を極力抑えて寿命延長を図ろ
うとの提案がみられるようになり（例えば、特開
昭56−152944号公報、特開昭58−77551号公報、
特開昭58−77552号公報、特開昭58−77554号公
報、特開昭58−83752号公報等）、比較的良好な結
果が報告されてはいるが、これまで提案された成
分調整耐食鉄筋は高価な特殊元素の添加が必須で
あつたり、或いは耐食性に今一歩不満が残るもの
であつて、より廉価で、かつ塩化物等が含まれて
いるコンクリート中においても十分に満足できる
耐食性を有する鉄筋の開発が待たれているのが現
状であつた。 本発明者等は、上述のような観点から、塩化物
等を含有するコンクリート中であつても優れた耐
食性を示し、塩化物環境におけるコンクリート構
造物寿命の飛躍的延長を図り得るコンクリート鉄
筋を、コスト安く提供すべく、まず、コンクリー
ト中のアルカリ環境では、中性環境におけるよう
な全面腐食型のものとは異なつて孔食タイプの腐
食が問題になるのであり、従つて鉄筋の耐食性に
及ぼす合金元素の効果も一般環境中での鋼におけ
る場合とは異なるということをふまえて、特にア
ルカリ性環境下での鉄筋の孔食発生現象に関する
基礎的な研究を行つたところ、 (a) アルカリ性環境で発生する鋼の孔食には、腐
食の起点となりやすい流化物系介在物（特に
MnS）を鋼中にて形成するＳ分が大きく影響
するものであり、従つて、コンクリート中での
鉄筋の腐食防止にはＳ含有量の抑制が欠かせな
いこと、 (b) このようにＳ含有量を極力抑えた鋼中に所定
量のCrを添加含有させるか、或いはCrと共に
所定量のCuを複合添加すると、生成する錆層
が緻密となり防食性のある被膜が形成されるこ
とから、鋼の耐孔食性が一層向上し、塩化物含
有コンクリート環境中においても優れた耐食性
を発揮するようになること、 (c) 上記のような、Ｓ含有量を抑えた上でCrを、
或いはCrとCuを複合添加した鋼に、更にＶと、
Mo及びＰの１種又は２種とを添加して共存さ
せると、コンクリート鉄筋としての耐食性が一
段と改善され、塩化物を含有するコンクリート
中での腐食がほとんど起らなくなつて、鉄筋コ
ンクリート構造物の寿命延長に顕著な効果が得
られ、耐久性、安全性がより以上に確実化する
こと、 以上(a)〜(c)に示される如き知見を得るに至つたの
である。 この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、 コンクリート鉄筋を、 Ｃ：0.001〜0.300％（以下、成分割合を
表わす％は重量基準とする）、 Si：1.0％以下、 Mn：1.7％以下、 Cr：0.05〜3.00％、 Ｓ：0.0001〜0.0100％、 Ｖ：0.02〜0.50％ を含有するか、更に必要により、 Cu：0.03〜0.60％、 をも含有し、かつ、 Mo：0.02〜0.30％、 Ｐ：0.05超〜0.15％、 のうちの１種又は２種をも含み、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、 から成る組成を有する鋼で構成することによつ
て、特に塩化物に耐する耐食性を格段に向上させ
た点に特徴を有するものである。 次に、この発明のコンクリート鉄筋において成
分含有割合を前記の如くに数値限定した理由を説
明する。 (a) Ｃ Ｃは、塩化物による鉄筋の腐食を助長する有
害な元素であり、特に0.30％を起えて含有させ
ると多量のFe₃Cの析出により耐食性が急激に
劣化することからＣ含有量の上限を0.30％と定
めた。一方、Ｃ含有量を0.001％未満にまで低
減することは、経済的な鋼製造の限界を越える
ものであることから、Ｃ含有量の下限を0.001
％と定めた。 (b) Si Si成分は、鋼の脱酸剤として有用な元素であ
るが、その含有量が0.15％未満では脱酸作用が
不十分であるので、0.15％以上を含有させるこ
とが好ましい。一方1.0％を越えて含有させる
と鋼の低温靭性を劣化するようになることか
ら、低温での用途をも考慮してSi含有量を1.0
％以下と定めた。 (c) Mn Mnは、一般には鋼の強度確保のために重宝
されている元素であるが、Ｓとともに腐食の起
点となりやすいMnS非金属介在物を形成する
ことから、本発明鉄筋では極力低減する方が望
ましい。特にその含有量が1.7％を越えると耐
食性劣化傾向が著しくなることから、Mn含有
量を1.7％以下と定めた。 (d) Cr Cr成分は、鋼の耐海水性を向上させる基本
元素として知られているものであるが、コンク
リート中の鉄筋の腐食を防止する場合にも有効
なものであり、特にＶとの共存下で優れた腐食
抑制作用を呈するものである。しかしながら、
その含有量が0.05％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方3.00％を越えて含有させ
ると、逆に、塩化物による孔食を受けやすくな
ることから、Cr含有量を0.05〜3.00％と定め
た。 (e) Ｓ Ｓは、鋼中において腐食の起点となりやすい
硫化物系介在物（主としてMnS）を形成する
ので、該介在物の生成を抑えるためにもその含
有量を極力低くする必要がある。特に、0.0100
％を越えてＳが含有されると所望の耐食性を確
保することができないので、Ｓ含有量の上限を
0.0100％と定めた。一方、Ｓ含有量を0.0001％
未満にまで低減することは鉄筋の製造能率並び
に製造コストの大幅な悪化をもたらすので、経
済性を考慮してＳ含有量の下限を0.0001％とし
た。 (f) Ｖ Ｖ成分には、アルカリ性環境で鉄筋とて使用
中にVO₃ ^-（バナジン酸イオン）として溶出し
て、鉄筋の溶解を抑制し、もつて鉄筋をよく防
食すると共に、強度を向上させる作用がある
が、その含有量が0.02％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方、0.50％を越えて含
有させると鉄筋が脆化して熱間加工性に悪影響
を及ぼすようになることから、Ｖ含有量を0.02
〜0.50％と定めた。 (g) Mo及びＰ これらの成分には、それぞれ低Ｓ化、低Mn
化、低Ｃ化、そしてCr添加やCr−Cu複合添加
と相俟つて鉄筋の耐食性を一段と改善し、塩化
物含有コンクリート中においても十分に耐え得
るだけの性能を付与するという同等の作用があ
るので、その１種又は２種を含有させるもので
あるが、それぞれの成分について、その含有量
の限定理由を以下に詳述する。 (イ) Mo Mo成分には、鉄筋中に一旦溶解した後、
MoO₄ ^2-として鉄筋表面に吸着し、鉄筋の孔
食の成長を抑制する作用があるが、その含有
量が0.02％未満では前記作用に所望の効果が
得られず、一方0.30％を越えて含有させても
その効果が飽和してしまうので、経済性をも
考慮してMo含有量を0.02〜0.30％と定めた。 (ロ) Ｐ Ｐ成分には、アルカリ性環境で鉄筋として
使用中にPO₄ ^3-として溶出し、インヒビター
として働くことにより鉄筋の腐食（溶解）を
防止する作用があるが、その含有量が0.05％
以下では所望の耐食性改善効果が得られず、
一方0.15％を越えて含有させると溶接性の悪
化を招くことから、Ｐ含有量を0.05％超〜
0.15％と定めた。 (h) Cu Cu成分は、鉄筋の耐食性改善、特に耐局部
腐食性改善に優れた効果を発揮し、Ｖ成分との
共存下では一層その効果が顕著となるので、必
要により含有せしめられるものであるが、その
含有量が0.03％未満では耐食性改善効果が十分
でなく、一方0.60％を越えて含有させようとし
ても鋼中に固溶しないことから、Cu含有量は
0.03〜0.60％と定めた。 また、この発明のコンクリート鉄筋を使用す
るに際して、亜鉛メツキ或いはアルミニウムメ
ツキを施しておけば、コンクリート構造物の耐
久性がより一層改善させることはもちろんのこ
とである。 そして、この発明のコンクリート鉄筋は、炉
外精練等をも含む通常の溶解、鋳造、圧延の工
程で十分に製造できるものである。 次いで、この発明のコンクリート鉄筋を、実
施例により比較例と対比しながら具体的に説明
する。 実施例 まず、炉外精練をも含む通常の方法で第１表に
示される組成の鋼を実験室的に500Kg溶製し、常
法通りに熱間圧延して直径が20mmの鉄筋１〜18を
製造した。 続いて、このようにして得られた各鉄筋につい
て次の２つの条件の腐食試験を実施し、その腐食
状況を調査した。 Γ 試験条件Ａ 第１表に示される成分組成の各鉄筋の中央部
から幅：10mm、長さ：50mm、厚さ：３mmの試験
片を切り出し、320番エメリー研磨及び脱脂を
順次施してから、これをPH12に調整した飽和
Ca（OH）₂水溶液にNaClを0.5％添加して成る液
温：50℃の試験液に30日間浸漬する。 Γ試験条件Ｂ 長さ：200mmの鉄筋のままの試験片を、0.3％
NaClを含有したコンクリート（砂、ポルトラ
ンドセメント、砂利、及び水より成るもの）の
中に

【表】

【表】 埋め込み、海岸地帯の屋外に６ケ月間曝露。な
お、このとき使用したコンクリートの水・セメ
ント比は0.6であり、カブリ厚は10mmであつた。 得られた腐食試験結果を、第１表に併せて示し
た。なお、腐食状況の評価は、試験条件Ａのもの
については試験後そのまま、また試験条件Ｂのも
のについては試験後コンクリートを解体して鉄筋
を取り出し、それぞれ、錆発生の面積率及び最大
孔食深さを測定して行つた。 第１表に示される結果からも、本発明鉄筋は従
来使用されていた比較鉄筋に比して格段に耐食性
の優れていることがわかる。特に、最大孔食深さ
を比較すると、本発明鉄筋は比較鉄筋の約1/2〜
１／３程度以下にしか達しないことが認められ、塩
化物による腐食に対して極めて優れた抵抗力を有
していることが明白である。 上述のように、この発明によれば、塩化物等を
含有するコンクリート中においても極めて優れた
耐食性を示す鉄筋を比較的安価に得ることがで
き、インヒビターの注入や鉄筋の表面処理等の格
別な付随的対策を講じることなく、塩化物環境を
余儀なくされるコンクリート構造物の耐久性をも
十分に向上することが可能になるなど、産業上有
用な効果がもたらされるのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量割合で、 Ｃ：0.001〜0.300％、 Si：1.0％以下、 Mn：1.7％以下、 Cr：0.05〜3.00％、 Ｓ：0.0001〜0.0100％、 Ｖ：0.02〜0.50％ を含有するとともに、 Mo：0.02〜0.30％、 Ｐ：0.05％超〜0.15％、 のうちの１種又は２種をも含み、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、 から成る組成を有する鋼で構成したことを特徴と
   する、塩化物に対する耐食性の優れたコンクリー
   ト鉄筋。 ２ 重量割合で、 Ｃ：0.001〜0.300％、 Si：1.0％以下、 Mn：1.7％以下、 Cr：0.05〜3.00％、 Ｓ：0.0001〜0.0100％、 Ｖ：0.02〜0.50％、 Cu：0.03〜0.60％、 を含有するとともに、 Mo：0.02〜0.30％、 Ｐ：0.05％超〜0.15％、 のうちの１種又は２種をも含み、 Fe及びその他の不可避不純物：残り、 から成る組成を有する鋼で構成したことを特徴と
   する、塩化物に対する耐食性の優れたコンクリー
   ト鉄筋。