JPH05178678A - コンクリートの補修方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鉄筋やＰＣ鋼材を補強材とする鉄筋コンクリ
ート構造物及びプレストレストコンクリート構造物の補
修方法、特に、コンクリート中に塩分を含有することに
よって劣化したコンクリート構造物の補修方法を提供す
ること。 【構成】 塩素イオンを含有するコンクリート内部の鋼
材を内部電極とし、コンクリートの表面部に設置した電
極を表面電極とし、コンクリートと該表面電極の間に、
アルカリ性又は中性で腐食抑制剤含有の電解質溶液を存
在させ、該内部電極と表面電極の間に直流電流を流すこ
とを特徴とする塩素イオンを含有するコンクリートの補
修方法を構成とする。 【効果】 本発明の方法を用いると、塩害を受けたコン
クリート構造物から塩素イオンを除去できるので、鋼材
の不動体被膜の再形成が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄筋やＰＣ鋼材を補強
材とする鉄筋コンクリート構造物及びプレストレストコ
ンクリート構造物の補修方法、特に、コンクリート中に
塩分を含有することによって劣化したコンクリート構造
物の補修方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】鉄筋コンクリート構造物やプ
レストレストコンクリート構造物などのコンクリート構
造物は、圧縮強度の強いコンクリートと引張強度の強い
鋼材とを組み合わせることによって、力学的に圧縮強度
と引張強度のバランスの取れた構造体となり、それゆえ
種々の重要な構造物に広く使用されてきた。

【０００３】また、コンクリートは、水、火、及び日光
等の環境に対する抵抗性が強く、コンクリートのアルカ
リ度がｐＨで11〜14の強アルカリ性であるので、その内
部にある鋼材表面に不動体被膜が形成して、その鋼材は
腐食から保護され、そのために、コンクリート構造物は
耐久性のある永久構造物であると考えられてきた。

【０００４】しかしながら、この永久構造物と考えられ
てきたコンクリート構造物も、種々の原因によりその耐
久性が低下し、構造物としての寿命に疑問が投げかけら
れるようになってきた。

【０００５】コンクリート構造物が劣化する原因の一つ
として、コンクリートの塩害現象などが挙げられる。一
般に、海岸部にあるコンクリート構造物に海水の飛沫が
飛んできて、コンクリート表面に付着したりして、海水
中に含まれている塩分がコンクリート中の空隙を通りコ
ンクリート内部に浸透する。そして、その部分が内部鉄
筋の位置までくると、塩素イオンにより鋼材の不動体被
膜が破壊されて腐食が発生する。また、コンクリート材
料として使用される細骨材に海砂が用いられる場合、そ
の塩分除去が不十分であると、コンクリートの製造時か
ら多量の塩化物を含有することとなり、鋼材の不動体被
膜形成が不十分となり腐食が発生する。

【０００６】以上のような原因で鋼材に腐食が発生し、
それが、コンクリートのひび割れ、欠落、及び剥離等に
進展し、コンクリート構造物としての耐久性を大きく低
下する現象を、一般に、「塩害」と呼んでいる。

【０００７】このような塩害で劣化したコンクリート構
造物の一般的な補修方法としては、鋼材の錆については
その周囲のコンクリートを、また、コンクリートのひび
割れや欠落部分についてはその部分のコンクリートを、
「はつり」取ったのち新しいコンクリートやモルタルを充
填する、いわゆる、断面修復が主体であった。

【０００８】この断面修復は、鋼材の錆やコンクリート
のひび割れや欠落という目に見える劣化現象についての
みの補修であって、補修時に劣化現象が確認できていな
い部分、即ち、潜在的にはコンクリートの劣化が進行し
ているが表面的にはそれが顕在化していない危険部分に
ついては、全く処置を行うことができなかった。

【０００９】しかも、この方法はコンクリートが劣化し
た根本的な原因について、何ら対策を行っておらず、劣
化現象の根本的な解決は期待できるものではなかった。

【００１０】このような潜在的な危険部分の課題解決や
根本原因の課題解決を目的として、電気化学的な手法を
用いた補修工法が提案されている(特開平２−302384号
公報)。

【００１１】この補修工法は、塩害を受けたコンクリー
ト部分にある鋼材と、コンクリート表面にある電極との
間に、ナトリウム、カリウム、及びカルシウムの水酸化
物を電解質とし、それに直流電流を流すことによって、
コンクリート内部に存在している塩素イオンをコンクリ
ート表面部へと電気的に引き寄せ、コンクリート内部の
塩分濃度を減少させる工法である。

【００１２】しかしながら、この工法では、塩素イオン
がコンクリートの表面部に移動するとともに、カチオン
であるナトリウム、カリウム、及びカルシウムがコンク
リート内部へと移動する。

【００１３】ナトリウムやカリウムの水酸化物を電解質
として使用したのでは、アルカリ骨材反応を促進するの
で、塩害の劣化現象は解決したとしても、新たに、アル
カリ骨材反応という別の劣化現象を引き起こすことにな
り、コンクリート構造物の全体的な耐久性を改善すると
いう目的は達成されない。

【００１４】また、カルシウムの水酸化物を使用した場
合、アルカリ骨材反応については問題ないが、カルシウ
ムの水酸化物で含有塩分を取り除いたコンクリートとい
えども、そのコンクリート構造物が置かれている環境条
件は変わらないので、時間の経過と共にいずれまた塩害
を受けるものであり、その時点で再びコンクリート内部
の鋼材の発錆が始まり、また同様の補修を必要とする課
題があり、根本的な解決とはなり得なかった。

【００１５】一方、コンクリート内部の鋼材の発錆を防
ぐために亜硝酸塩等を劣化したコンクリートに塗布し
て、鋼材の腐食を防止する方法が提案されている(特開
昭60−231478号公報)。

【００１６】しかしながら、コンクリートに塗布しただ
けでは亜硝酸塩等がコンクリート内部にまで浸透するこ
とはありえず、最終的には亜硝酸塩等の効果が乏しいと
いう結果に終わるのが常であった。

【００１７】本発明者等は、前記課題を解消すべく種々
検討した結果、特定の方法を採用することにより前記課
題を解消し、内部に塩素イオンを含有するコンクリート
構造物の補修処理が充分に行い得る知見を得て本発明を
完成するに至った。

【００１８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、塩素イ
オンを含有するコンクリート内部の鋼材を内部電極と
し、コンクリートの表面部に設置した電極を表面電極と
し、コンクリートと該表面電極の間に、アルカリ性又は
中性で腐食抑制剤含有の電解質溶液を存在させ、該内部
電極と表面電極の間に直流電流を流すことを特徴とする
塩素イオンを含有するコンクリートの補修方法である。

【００１９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２０】一般に、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である間隙水が充分
に存在している。そのため、コンクリートに電圧を負荷
すると、この間隙水が電解質の役割をしコンクリート自
身が持つ抵抗と加えた電圧に応じた電流が流れる。

【００２１】しかし、より電流を流しやすくするため、
あるいは、より均一に電流を流すために電解質溶液を与
える必要がある。

【００２２】電解質溶液を保持したコンクリートに電流
を流すことによって、コンクリート中の塩分が徐々にコ
ンクリート外部へと移動するが、逆に、この電解質が内
部へと移動する。

【００２３】本発明に係る電解質溶液はアルカリ性溶液
又は中性溶液である。通常、対象とするコンクリート構
造物の表面積が大きいため、アルカリ性の電解質溶液で
は、多量のアルカリが必要となり、溶液を使用する際の
健康への影響や保管に注意が必要であり、この面から中
性の電解質溶液の使用が好ましい。

【００２４】ここで、中性の電解質溶液とは、ｐＨで６
以上10未満の溶液である。ｐＨ６未満では、通常、セメ
ント硬化体中の成分が溶出しコンクリート構造物が崩壊
する危険性があり、ｐＨ10以上では取扱上アルカリとし
ての注意が必要である。また、本発明の目的から、ｐＨ
で６以上10未満の溶液であっても、塩素を含有するもの
は好ましくない。

【００２５】電解質溶液中のアルカリ塩としては、各種
のアルカリ塩、例えば、ナトリウムやカリウムなどのア
ルカリ金属塩や、カルシウムやマグネシウムなどのアル
カリ土類金属塩などが挙げられるが、ナトリウムやカリ
ウムの塩では、アルカリ骨材反応を促進する可能性があ
るので好ましくなく、カルシウム、リチウム、マグネシ
ウム、及びアルミニウム等の塩の使用が好ましい。ま
た、アンモニア等も使用可能である。さらに、水にグリ
セリンやエチレングリコールなどの電解質剤を添加した
ものも使用可能である。

【００２６】本発明に係る腐食抑制剤(Corrosion inhib
itor)は、通常、防錆剤と呼ばれるもので、腐食環境下
において添加することによって、金属の腐食を著しく減
少させる物質である。

【００２７】腐食抑制剤としては、無機系では、亜硝酸
塩、クロム酸塩、ケイ酸塩、及びリン酸塩等、並びに、
有機系では、有機リン酸塩、エステル塩、有機酸類、ス
ルホン酸類、アミン類、アルキルフェノール類、メルカ
プタン類、及びニトロ化合物等が挙げられる。

【００２８】本発明では、これらの腐食抑制剤をカルシ
ウム、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、及びア
ンモニア等の水酸化物や炭酸塩等で適切なｐＨに調整し
たもの、並びに、上記の腐食抑制剤の中でアルカリ性又
は中性のものが使用できるが、コンクリートの物性に与
える影響が少ないもの、例えば、無機系のものの使用が
好ましく、特に、亜硝酸塩の使用がより好ましい。その
うち、腐食抑制効果のある亜硝酸カルシウムは、通常、
セメントと一緒に混練するとセメントの偽凝結を引き起
こすため、セメントとともに練り混ぜてコンクリート補
修に使用することが難しいが、本発明の方法では、硬化
しているコンクリートに直接用いるためこのような問題
は起こらない。さらに、アルカリ骨材反応抑制の面か
ら、塩としては、リチウム、カルシウム、マグネシウ
ム、及びアルミニウム塩等が好ましい。具体例として
は、日産化学工業製商品名「ＬＮ−２５」等が挙げられ
る。腐食抑制剤の使用量は、使用する腐食抑制剤の種類
や通電時間の長さによって異なるが、通常、電解質水溶
液に含まれる腐食抑制剤の濃度で0.01〜10mol/リットルが好
ましく、0.1〜５mol/リットルがより好ましい。0.01mol/リット
ル未満では通電時間を長くしても腐食抑制効果が乏し
く、10mol/リットルを越えて使用しても効果の向上が期待で
きない。

【００２９】本発明は、液体の「電気誘導」という現象を
利用しながら、コンクリート表面に与えられた電解質溶
液をコンクリート内部にまで強制的に浸透させる方法で
あり、塩素イオンはコンクリートの表面の外部電極(＋)
に引き寄せられて、内部から外部へと移動する。

【００３０】なお、この際、塩素イオンのセメント硬化
体中の拡散速度は、一般には、アルカリ金属イオンなど
のカチオン系イオンの拡散速度よりも、数倍から十倍程
度大きいので、電解質溶液がコンクリート内部へと移動
しても、塩素イオンは外部へと容易に移動していく。

【００３１】従って、コンクリートに腐食抑制剤をただ
単に塗布するだけで、内部への浸透をコンクリートの吸
湿や毛細管現象に頼るだけの従来の方法よりも、液体の
電気誘導という電気の「力」を利用して、強制的に電解質
溶液を移動させる本発明の方がより効果的であることが
理解できる。

【００３２】本発明で電極間に流す電流は、コンクリー
ト表面積１m²当たり0.5〜10Ａが好ましく、0.75〜7.5Ａ
がより好ましく、１〜５Ａが最も好ましい。

【００３３】また、本発明で使用する電解質溶液をコン
クリートに与える方法としては、コンクリート表面に電
解質溶液を保持する容器を設けて、その中に、電解質溶
液を蓄える方法、又は、電解質溶液をパルプや布などの
吸着剤に吸着させるか、あるいは、保持させる方法など
が挙げられる。

【００３４】以上のような方法で、塩素イオンを含有す
るコンクリートに電流を流し、電解質溶液をコンクリー
ト内部にまで浸透させるとともに、内部の塩素イオンを
外部へと導き、コンクリートから塩化物を取り除き、さ
らに、内部の鋼材の不動体被膜を再形成して、「塩害」と
いう現象を解消することが可能となる。

【００３５】さらに、電解質溶液に腐食抑制剤を用いる
ことにより、一度補修したコンクリート構造物に再度多
量の塩化物が浸入した場合でも鋼材の腐食が抑制され、
発錆現象が防止でき、その結果として塩害の被害を食い
止めることも可能となる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の実施例にもとづいて説明す
る。

【００３７】実施例１ 普通セメント／砂を１／２、水・セメント比を60％と
し、塩化ナトリウムをセメント100重量部に対して、1.5
重量部を含有するモルタルを用いて、かぶり厚さが２cm
になるように、その中心にφ10mmの鋼棒を設置した、直
径５cm、高さ10cmの円柱体を作製した。この円柱体を材
令28日まで20℃80％RHの室内養生を行い、その後、この
円柱体の上下面をエポキシ系の塗料で塗布して電気的に
絶縁して試験体とした。この試験体に含有している塩化
ナトリウムの量は1,650mgである。この試験体を、図１
に示すように亜硝酸リチウム0.5mol/リットルの電解質溶液
の中に浸漬し、通電装置にて４週間、表１に示す電流密
度の直流を流した。なお、電解質溶液は各試験体１本に
つき２リットルとし、１週間毎に水の蒸発分だけ蒸留水
を加えた。通電終了時点でこの電解質溶液中に溶出した
塩素イオン濃度を分析し試験体から取り除いたNaCl重量
を計算した。結果を表１に示す。また、同様に８週間、
所定の電流密度の直流を流した時の結果を表１に併記す
る。

【００３８】＜使用材料＞ セメント ：普通ポルトランドセメント、電気化学
工業社製 砂 ：姫川産川砂 鋼棒 ：磨き鋼棒 亜硝酸リチウム：日産化学工業社製商品名「ＬＮ−２
５」、pH=11.5、25％溶液 塩化ナトリウム：和光純薬工業社製、試薬１級

【００３９】

【表１】

【００４０】なお、表１で電流密度は試験体の電解質溶
液に浸漬している部分で、塗料で絶縁した部分を除く表
面積当たりの電流量を示す。

【００４１】実施例２ 電解質溶液の種類を表２のように変化させ、電流密度を
1.5A/m²とし、実施例１と同様の塩化物を含有する試験
体を用いて、直流電流を６週間通電し、含有塩分の大部
分を取り除くとともに、電解質溶液を試験体に浸透させ
た。その後、試験体を自然海水使用の塩水噴霧装置に入
れ、20℃の塩水を６時間噴霧した後60℃の温風乾燥を６
時間行う、噴霧−乾燥の繰り返しを３ヶ月間行った。３
ヶ月後に、試験体を割裂して、内部の磨き鋼棒の錆の具
合を観察した。結果を表２に併記する。

【００４２】＜使用材料＞ 亜硝酸カルシウム：日産化学化学工業社製 水酸化カルシウム：和光純薬工業社製、試薬１級

【００４３】

【表２】

【００４４】実施例３ 腐食抑制剤として亜硝酸カルシウム水溶液を用いて、そ
の濃度を表３に示すように変化し、電流密度を2.0A/m²
としたこと以外は実施例２と同様に行い、試験体内部の
磨き鋼棒の錆の具合を観察した。結果を表３に併記す
る。

【００４５】

【表３】

【００４６】実施例４ 築後約10年経過しており、コンクリート内にかなりの塩
分を含有している、高さ2.5m、長さ10m、厚み25cmの鉄
筋コンクリート製の岩塩を貯蔵する部屋の壁を用いて試
験を行った。塩分の測定のために、この壁を1.5m間隔で
コアリングし、サンプルを取り、分析を行った。さら
に、このコンクリートを部分的にはつり、コンクリート
内部の鉄筋を内部電極とし、さらに、コンクリートの表
面に公称10mmの異形鉄筋で間隔15cmのメッシュを作りこ
の壁に固定し、亜硝酸リチウムの水溶液を含ませた紙パ
ルプを、メッシュを固定した壁に吹き付け外部の電極を
形成した。この内部電極と外部電極との間に、電流密度
1.25A/m²の直流電流を2.5ヶ月間かけて電解質溶液をコ
ンクリート内部へと電気的に浸透させるとともに内部の
塩素イオンを除去した。2.5ヶ月後、コンクリート表面
の外部電極と紙パルプとを取り除き、最初のコアリング
の位置が間隔の真中になるように、コンクリート壁を1.
5m間隔でコアリングしてコンクリートサンプルを取り出
し、その中に含まれている塩素量を分析した結果、全て
のコンクリートサンプルにおいて、その含有塩素量が通
電作業前の最初の状態の平均値の１／３以下に減少した
ことが確認できた。従って、塩害を受けているコンクリ
ートの健全化が可能となった。

【００４７】

【発明の効果】本発明の方法を用いると、塩害を受けた
コンクリート構造物から塩素イオンを除去できるので、
鋼材の不動体被膜の再形成が可能となる。従って、コン
クリートと鋼材との組み合わせによって、成り立ってい
るコンクリート構造物の耐久性をほぼ完ぺきに回復させ
ることが可能である。また、耐久性が回復したコンクリ
ート構造物が、その構造物が置かれている環境条件が変
化しないため、再度、塩素イオンが浸入したコンクリー
トに対しても、鋼材の不動体被膜が保持されるので、発
錆からはじまる塩害劣化という現象を防ぐことが可能と
なり、従来にない信頼性の高い補修工法を提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図１は試験に用いた時の電流の通電方法を示す。 符号 １：磨き鋼棒 ２：モルタル硬化体 ３：容器 ４：電解質溶液 ５：コンクリートの表面電極 ６：直流電源 ７：可変抵抗器 ８：電流計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塩素イオンを含有するコンクリート内部
   の鋼材を内部電極とし、コンクリートの表面部に設置し
   た電極を表面電極とし、コンクリートと該表面電極の間
   に、アルカリ性又は中性で腐食抑制剤含有の電解質溶液
   を存在させ、該内部電極と表面電極の間に直流電流を流
   すことを特徴とする塩素イオンを含有するコンクリート
   の補修方法。