JPH0597499A - 強化コンクリート系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】メッシュのアノードと接するセメント組成物の
劣化を抑えた強化コンクリート複合構造物を提供するこ
と。 【構成】金属強化材およびメッシュ導体からなる強化コ
ンクリート複合構造物であって；前記金属強化材はコン
クリート中に埋め込まれており、前記メッシュ導体は抵
抗率が５００Ω−ｃｍ以下のセメント組成物中に埋め込
まれており、前記メッシュ導体はセメント組成物を介し
てコンクリート複合構造物の表面に施されている強化コ
ンクリート複合構造物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強化コンクリートシステ
ムに関するものであり、特に、強化材の陽極的な（Ｃａ
ｔｈｏｄｉｃ）保護を有する強化コンクリートシステム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンクリートは橋や高層ビルなどの多く
の建造物に広く使用されており、このタイプの建造物に
おいては、コンクリートはメッシュまたはロッド状の金
属によって補強されている。金属強化材は、典型的には
鋼鉄である。多くの鉄筋の建造物は風雨にさらされ、海
岸のまたは海岸近くの建造物は海水やその飛沫にさらさ
れる。さらに、橋建造物は、冬期には道路表面の氷結を
防止するために用いられる塩の影響を受ける場合があ
る。コンクリートは多孔性であるため、水および塩がコ
ンクリート中に染み込み、金属強化材が腐食する。腐食
によって、強化材の質および強化材とまわりのコンクリ
ートとの結合が低下し、その結果建造物の崩壊を防止す
るための大規模な修復作業が必要になる。

【０００３】このような腐食を減らすために、建造物を
横切る電圧をかけ、強化材が陽極として働き、導電性の
あるポリマーで被覆された銅線、あるいは金属酸化物が
塗布されたチタンメッシュなどのような金属から形成さ
れ、その建造物の表面に付着したメッシュ導電体が陰極
として働くことによって強化材を保護する方法が提案さ
れてきた。

【０００４】このタイプのメッシュ導電体は商業的に入
手可能であり、例えば、「エルガード・アノード・メッ
シュ（”Ｅｌｇａｒｄ Ａｎｏｄｅ Ｍｅｓｈ”ｆｒｏ
ｍＥｌｇａｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｒｄ
ｏｎ，ＯＨ ４４０２４−１０９５，ＵＳＡ）などがあ
る。一般的には、メッシュ導電体にはさらにセメント組
成物を上塗し、建造物の上にモルタル表面層を形成す
る。前述のような金属強化材の陽極的保護は、強化材の
腐食を防止する。しかし、陰極の表面に水素イオンが生
成し、これらのイオンがセメント組成物の中を移動する
ことによって、メッシュ導電体のまわりのセメント組成
物の質が低下することが見いだされてきた。もしこの質
の低下が十分に進行してしまうと、モルタルの構造がこ
われ、薄片に裂けて（デラミネーション）電流の流れに
影響し、究極的にはここには全く電流が流れなくなり、
強化材の陽極的保護が失われてしまう。

【０００５】炭素粒子又は炭素繊維を含有する伝導性セ
メント組成物に囲まれた金属ロッドのアノードを使用す
る、カソード防食を備えた強化コンクリート設備が提案
されている。このような設備では、アノードを囲むセメ
ント組成物の劣化が未だに少々生じている。これは、入
手可能なセメント組成物の伝導性が限定されるために生
ずる。

【０００６】我々は、セメント組成物とメッシュのアノ
ードを組み合わせて使用することにより、強化コンクリ
ート設備の防食性が驚くべき程に向上し、且つ、メッシ
ュのアノードと接触したセメント組成物の劣化がかなり
低減することを見いだした。

【０００７】その結果として、本発明によれば、コンク
リートに囲まれた金属強化材及び５００Ω−ｃｍ以下の
抵抗率を示すセメント組成物に囲まれたメッシュの伝導
体からなる複合強化コンクリート構造物であって該伝導
体がそれを介して構造物の表面に取り付けられるものが
提供される。

【０００８】アノードとして作用するメッシュの伝導体
は、カソード防食済み強化コンクリート構造物用に適し
ていればどの金属のメッシュでもよいが、既述のよう
に、銅又はチタンを被覆したメッシュが好ましい。

【０００９】伝導性セメント組成物は、５００Ω−ｃｍ
以下、好ましくは１００Ω−ｃｍ以下、特に好ましくは
５０Ω−ｃｍ以下の抵抗率を示すセメント組成物であれ
ばどの組成物でもよい。

【００１０】伝導性セメント組成物は、伝導性充填材を
含むセメント組成物が好ましい。伝導性充填材は、球状
又は繊維状若しくは板状のようなその他の適切な形状の
粒状金属でもよい。しかしながら、多くの金属は酸化し
やすく、その結果、金属粒子表面の酸化物皮膜の形成に
より、伝導性充填材として金属粒子を含有するコンクリ
ートのような媒体の抵抗率を望ましくないほど減少させ
る可能性がある。数種類の金属は耐酸化性であるが、そ
れらは一般的により高価な材料であり、それらを使用す
ると、経済的な魅力が薄れる。それらの他の充填材は、
カーボンブラック、コークス及びグラファイトのような
種々の形態のカーボンである。カーボンは，如何なる望
ましい粒子形態にもでき、回転楕円面状にもできる。カ
ーボンの平均粒径は、１０ｎｍ未満が好ましい。好適な
形態は、炭素繊維、特にグラファイト繊維である。この
ような繊維の平均長さは２５ｍｍ以下が好ましく、且
つ、平均直径は２５μｍ以下が好ましい。しかしなが
ら、我々は、炭素繊維を含有するセメント組成物の抵抗
率が一定の期間にわたって減少し、その結果として、所
定の電流を維持するためにかなり大きい印加電圧が必要
となることを見いだした。その上、伝導性充填材が金属
で被覆された炭素繊維、特に金属で被覆されたグラファ
イト繊維であるような伝導性セメント組成物を使用する
ことが望まれる。

【００１１】金属で被覆された繊維の他の例としては、
ガラス、ポリエステル、ポリエチレン及びナイロンのよ
うな合成又は天然の材料から誘導されるものがある。金
属は、電気めっきのような既知のいずれの方法によって
繊維上に堆積させてもよい。

【００１２】セメント組成物に含まれる伝導性充填材の
量は、充填材の性質、その粒子形態及び充填材粒子の大
きさによる。好適な充填材は、グラファイト繊維、特に
金属で被覆されたグラファイト繊維である。グラファイ
ト繊維を使用すると、セメント組成物が約０．５〜２．
０重量％のグラファイト繊維を含有するときに、１０Ω
−ｃｍ未満の抵抗率が得られる。なお、抵抗率はグラフ
ァイト繊維の特別な種類及び寸法による。繊維の平均長
さは約２５ｍｍ以下が好ましく、１５ｍｍ以下が特に好
ましく、例えば１０ｍｍ未満である。繊維の平均直径は
２５μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下が特に好まし
く、例えば１０μｍ未満である。

【００１３】金属で被覆された繊維を使用するときに
は、金属は良好な伝導率を示すものが好ましく、耐酸化
性の金属が特に好適である。満足できる程度に良好な伝
導率及び耐酸化性を示す金属には、ニッケル、コバル
ト、銀、白金及びイリジウムがあり、有用な金属で被覆
された炭素繊維はニッケル被覆グラファイト繊維であ
る。金属皮膜は、一般には、被覆される繊維の厚さに実
質的に加算されないような薄膜であり、また、一般に
は、金属皮膜の厚さは、被覆される繊維の厚さの２０％
以下である。金属皮膜の厚さは、一般的には、１μｍ以
下である。炭素繊維のような金属で被覆される繊維は市
販されており、このような材料のうちのどれを使用して
本発明の伝導性セメント組成物を形成してもよい。

【００１４】導電性のあるセメント組成物は、１種類以
上の導電性充填物を含むことができ、例えば、炭素繊維
と炭素ブロックの混合物においては、この２つの成分が
どのような望みの重量比で混合されていてもよく、通常
は炭素繊維の比率がその混合物の小なくとも５０重量％
である。

【００１５】導電性のあるセメント組成物は、抵抗が５
００ｏｈｍ−ｃｍ未満、特には１００ｏｈｍ−ｃｍ未満
となるのに十分な量の導電性充填物を含む。好ましくは
導電性セメント組成物は、少なくとも０．０５重量％、
特には少なくとも０．１重量％の導電性充填物を含む。
一般的には、この組成物は５重量％以上の導電性充填物
を含む必要はなく、好ましくはこの組成物は２重量％未
満の導電性充填物を含む。

【００１６】セメント組成物は好ましくは水硬性セメン
ト、すなわち水と混合するとその水を消費して物理的ま
たは化学的に変化した結果固化するような等級の建造材
料からなる。このような材料の一例がポートランド・セ
メントである。その他の水硬性セメントの例は、 １． アルミナの含量が多いことによって特徴づけられ
る、急速硬化セメント ２． ケイ酸ジカルシウムとテトラカルシウム・アルミ
ノフェライトの含有量が多く、ケイ酸トリカルシウムと
トリカルシウム・アルミネートの含有量が少ないことに
よって特徴づけられる、低熱セメント。 ３． ケイ酸トリカルシウムとケイ酸ジカルシウムの含
有量が非常に高く、トリカルシウム・アルミネートとテ
トラカルシウム・アルミノフェライトの含有量が非常に
低いことによって特徴づけられる、硫酸耐性セメント。 ４． ポートランド・セメント煉瓦と粒状スラッグの混
合物であることによって特徴づけられる、ポートランド
溶鉱炉セメント。 ５． ポートランド・セメントと、以下に示す、水酸化
ライム、粒状スラッグ、粉砕ライムストーン、コロイド
状粘土、ケイソウ土またはその他の砕細シリカ、ステア
リン酸カルシウム、およびパラフィンのうち、一または
それ以上の物質との混合物であることによって特徴づけ
られる、メイソンリー・セメント。 ６． 米国リハイバレー （Ｌｅｈｉｇｈ Ｖａｌｌ
ｙ）の沈殿物から得られることによって特徴づけられ
る、ナチュラル・セメント。 ７． 純粋なもしくは不純物を含むカルシウム酸化物を
含み、いくつかの粘土質の材料を含むかあるいは含まな
いことによって特徴づけられる、ライム・セメント。 ８． ライムに５−１０％のパリ石膏（ＰＬＡＳＴＥＲ
ＯＦ ＰＡＲＩＳ）を加えることによって特徴づけら
れる、セレニティック・セメント。 ９． 火山灰、火山ケイソウ土（トラスキーゼルガ）、
軽石、石灰華、サントリン土、または破細シリカとライ
ム・モルタルとの混合物であることによって特徴づけら
れる、火山灰セメント。 １０． 硫酸カルシウムの水和の程度に依存し、パリ石
膏、キーン（Ｋｅｅｎｅ’ｓ）セメント、およびパリア
ン・セメントを含むことによって特徴づけられる、硫酸
カルシウムセメント。

【００１７】好ましい水硬性セメントはポートランド・
セメントである。イオンと炭素の含有量が低く、特別に
選択された材料から製造されるホワイト・ポートランド
・セメントもまた用いられる。導電性セメント組成物
は、導電性充填物の他に、それらが逆に組成物の導電性
に影響しない場合にはその他の充填物を含むこともでき
る。その他の充填物の例としては、粘土の含有量が少な
く、好ましくは洗浄してありかつ０．０７６ｍｍから４
ｃｍの間の粒子径を有する、砂や砂利などのケイ酸充填
物がある。導電性セメント組成物はモルタルであること
が好ましく、一般的には、このような組成物においては
充填物は２ｍｍ以下の粒子径を有することが好ましい。

【００１８】追加の充填材はそれらの天然の状態であっ
ても、又は、例えば、染料や顔料の適用により人工的に
着色されたものであってもよい。透明、半透明若しくは
不透明、無色若しくは着色してあってもよいガラス片も
適当である。使用できるその他の充填材は前述した珪質
充填材と比較して低密度の材料であり、例えば、チップ
状、削り屑状、テープ状若しくは顆粒状の無色又は内部
着色したプラスチック片、都合よくは、射出成形品のト
リミングから、又はその他の成形加工からもたらされる
プラスチック廃棄物である。適当なプラスチック材料に
は熱可塑性若しくは熱硬化性ポリマー及びコポリマー、
例えば、ナイロンポリマー、ポリ塩化ビニル、塩化ビニ
ル／酢酸ビニルコポリマー、尿素／ホルムアルデヒドポ
リマー、フェノール／ホルムアルデヒドポリマー、メラ
ミン／ホルムアルデヒドポリマー、アセタールポリマー
及びコポリマー、アクリルポリマー及びコポリマー、ア
クリロニトリル／ブタジエン／スチレンターポリマー、
酢酸セルロース、酢酪酸セルロース、ポリカーボネー
ト、テレフタル酸ポリエチレン、ポリスチレン、ポリウ
レタン、ポリエチレン並びにポリプロピレン等がある。
幾らかのプラスチック材料はセメント組成物に水性分散
物若しくはエマルションとして混合され、これらの水性
分散物又はエマルションは組成物の粉末状セメント及び
その他の成分と混合してモルタル若しくはセメント混合
物を形成できる。この混合物はアノードメッシュに上層
として施される。

【００１９】追加の充填材として使用できるその他の材
料には、スチレンフォームやウレタンフォームのような
発泡プラスチック等、並びに、のこ屑、木材チップ、軽
石、ひる石及び天然若しくは合成起源の繊維材料、例え
ば、ガラス繊維、綿、毛、ポリアミド繊維、ポリエステ
ル繊維及びポリアクリロニトリル繊維等がある。

【００２０】低密度充填材の使用により、所望の場合、
本発明の組成物から得られる製品の全密度を大きく下げ
ることができる。微細粒子寸法の充填材（すなわち、７
５ミクロン〜１ミクロンの範囲を意味する）も使用で
き、このような材料の例として、発電所のフライアッシ
ュ、エキスパンド粘土、膨張スラグ、雲母、チョーク、
タルク、白土のような粘土、バライト、シリカ、及び粉
末状スレートを挙げることができ、必要な場合、粉砕、
練磨、超微粉砕又はその他の適当な手段により要求され
る程度の再細分（ｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ）に小さくで
きる。

【００２１】その他の適当な充填材には、特に低アルカ
リ含量のものについて選択した白土の高温か焼により製
した珪酸アルミニウム耐火物骨材（”Ｍｉｌｏｃｈｉｔ
ｅ”という商標で市販されている）、さらに、Ｔｈａｍ
ｅｓ Ｖａｌｌｅｙの堆積物から得られるブルーフリン
ト（”Ｆｌｉｎｔａｇ”という商標で市販されている）
並びに多着色か焼フリントから製造される粉砕鉱物骨材
等がある。

【００２２】概して、導電性セメント組成物は珪質充填
材、特に微細砂も含んでモルタルを生成し、更に該組成
物はアクリルポリマーのようなプラスチック材料をさら
に含有できる。珪質充填材はセメント組成物中のこのよ
うな充填材について公知の割合、例えば、組成物中のセ
メント成分の重量の７倍までの量で存在する。概して、
珪質充填材はセメント成分の重量の５倍までの量、好ま
しくは、３倍以下の量で存在する。プラスチック材料
は、存在する場合、好ましくは、組成物のセメント成分
の重量に関して２から最高２０重量％までである量で存
在する。

【００２３】本発明で使用される導電性セメント組成物
は、メラミン／ホルムアルデヒド濃縮物又はリグノスル
ホネートのような可塑剤を有効量含有してもよい。可塑
剤の割合は、好ましくは、組成物のセメント成分の５重
量％を超えず、特に、１重量％未満である。可塑剤が存
在する場合、好ましくは、これはセメント成分の重量に
関して少なくとも０．１重量％の量である。

【００２４】導電性セメント組成物が発泡する傾向にあ
る場合、有効量の消泡剤を組成物に配合することにより
この傾向を可及的に少なくすることができる。消泡剤は
ポリ（シロキサン）、ポリ（アルキルシロキサン）又は
ポリ（ジアルキルシロキサン）のようなシロキサンであ
りうる。

【００２５】導電性セメント組成物は、固定されたアノ
ードメッシュを有する強化コンクリート構造物の表面に
施され、アノードメッシュを取り囲み且つ覆う。例え
ば、こて塗り、流し込み又は噴霧のようないずれかの適
当な方法を使用してこの組成物を施すことができる。ア
ノードメッシュ及び強化コンクリート構造物は公知で商
業的に使用されているものでありうる。

【００２６】導電性セメント組成物はメッシュ導体を完
全に取り囲み、強化コンクリート構造物の表面層を形成
できる。所望の厚さの上層を与えるためにこの組成物を
使用でき、この厚さは上層が受ける摩耗及び／又は露出
の量にある程度依存しうる。上層はメッシュ導体を覆う
のにちょうど足る厚さを有するか、又はその厚さの多数
倍であってもよい。好ましくは上層の厚さは少なくとも
２ｍｍであり、特に少なくとも５ｍｍである。通常、上
層の厚さが１００ｍｍを超えても利点はなく、好ましく
は、厚さ５０ｍｍを超えず、特に、２０ｍｍを超えな
い。

【００２７】導電性セメント組成物をメッシュ導電体の
オーバーレイとして使用すると、導電体からの酸の拡散
が導電体を含まない類似のセメント組成物を使用した場
合に比較して減少することが見いだされた。本発明にか
かる強化コンクリートシステムにおいては、アノードの
オーバーレイである組成物は酸の拡散を減少させ、その
結果、アノードメッシュのオーバーレイの劣化を減少さ
せる。

【００２８】本発明は以下の実施例によりさらに詳細に
説明されるが、これにより何らの限定を受けるものでは
ない。 実施例 セメント粉末混合物がドライブレンドにより調整され
た。混合物の組成は重量分率で以下のとおりである。 ％ ポルトランドセメント ６０．０００ グレイディッドシリカサンド ３９．０７７ （６３−８００ミクロン） ポリエチレンファイバー ０．１００ ヒドロキシプロポキシ メチルセルロース ０．０２０ 粉末脱泡剤（炭化水素、脂肪物質、 ０．２００ 非イオン性乳化剤、およびシリコーンオイルの混合物） 可塑剤（メラミン−ホルムアルデヒド縮合物） ０．６００ 空気共留剤（アルキルアリールサルファイト） ０．００３

【００２９】この粉末混合物は１４重量％の固形分の水
性アクリル分散物（ローム・アンド・ハースの商標名Ｐ
ｒｉｍａｌ ＭＣ７６が使用できる）と混合され、その
割合はアクリルポリマーの割合がセメント組成物の４重
量％であるようにされる。いくつかの組成物において
は、さらに炭素繊維も含まれる。金属酸化物被覆チタニ
ウムワイヤー（ＩＣＩケミカル・アンド・ポリマー株式
会社の”Ｔｅｃｔｒｏｄｅ”リード線）が、述べられた
セメント組成物をモルタルとして使用したモルタルプリ
ズム（ｐｒｉｓｍ）中に置かれた。該チタニウムワイヤ
ーはアノードとして一定電流ユニット（Ｄ．Ｃ．）に接
続され、鉄ロッドがカソードとして接続された。プリズ
ムと鉄ロッドは石灰とＮａＣｌにより満たされた水性溶
液に浸された。アノードとカソードとのポテンシャル差
は２０ｍＡの電流を生ずるようにされる。一定電流を保
持するよう、電圧には随時注意が払われた。１４日後、
モルタルプリズムは接続が外され、溶液から回収され
た。フェノールフタレイン指示薬を含む溶液が露出され
たモルタル表面にスプレーされ、ピンクになったモルタ
ル部分は水素イオンに影響されていないと判断された。
結果は下記の表に示される。

【００３０】

【００３１】炭素繊維の存在により発色しないモルタル
の容量％が大きく減少し、特に金属被覆炭素繊維では受
容した電流の（Ａｍｐｈ／ｍ^２ アノード）の総量が多
いにもかかわらず大きく減少している。この発色しない
モルタルの減少は、影響されたモルタルの量の減少を示
す。さらに、繊維を含まないセメント組成物を使用する
と、特定の電流を保持するために加えられる電圧は１日
以内に望ましくない程度にまで増大するのに対し、非被
覆繊維を含有するセメント組成物では特定の電流を保持
するために加えられる電圧は８日後にその範囲まで増大
し、ニッケル被覆繊維を含有繊維では特定の電流を保持
するために加えられる電圧は１４日後でも許容範囲内に
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アイ・ターハン アメリカ合衆国ペンシルバニア州19055， レヴイタウン，クローバー・レーン 52 (72)発明者 ジー・ジー・テエツシヤー アメリカ合衆国ペンシルバニア州19007， ホーランド，シエフアーズ・ウエイ ５− 17 (72)発明者 エフ・エル・イエー・デ・ピユーター ベルギー王国2400 モル，ライテンホフ 10

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属強化材およびメッシュ導体からなる強
   化コンクリート複合構造物であって前記金属強化材はコ
   ンクリート中に埋め込まれており、前記メッシュ導体は
   抵抗率が５００Ω−ｃｍ以下のセメント組成物中に埋め
   込まれており、前記メッシュ導体はセメント組成物を介
   してコンクリート複合構造物の表面に施されている強化
   コンクリート複合構造物。
2. 【請求項２】メッシュ導体が、導電性ポリマーをコーテ
   ィングした銅線のメッシュまたは金属酸化物をコーティ
   ングしたチタンのメッシュからなる請求項１の強化コン
   クリート複合構造物。
3. 【請求項３】セメント組成物が、導電性充填物を含有す
   る水硬セメントからなる請求項１の強化コンクリート複
   合構造物。
4. 【請求項４】導電性充填物が炭素である請求項３の強化
   コンクリート複合構造物。
5. 【請求項５】導電性充填物が繊維状である請求項３また
   は４の強化コンクリート複合構造物。
6. 【請求項６】繊維の長さが平均１０ｍｍ未満である請求
   項５の強化コンクリート複合構造物。
7. 【請求項７】繊維の平均直径が１０マイクロメーター未
   満である請求項５または６の強化コンクリート複合構造
   物。
8. 【請求項８】繊維が金属コーティングを有する請求項５
   〜７のいずれかの強化コンクリート複合構造物。
9. 【請求項９】金属コーティングの厚さがコーティングし
   た繊維の直径の２０％以下である請求項８の強化コンク
   リート複合構造物。
10. 【請求項１０】導電性充填物が炭素繊維とカーボンブラ
    ックとの混合物であり、前記炭素繊維が混合物の５０重
    量％以上である請求項３の強化コンクリート複合構造
    物。
11. 【請求項１１】導電性充填物が０．０５〜５重量％の導
    電性セメント組成物を含有する請求項１の強化コンクリ
    ート複合構造物。
12. 【請求項１２】メッシュ導体の上にセメント組成物が厚
    さ２〜５０ｍｍで上塗りされている請求項１〜１１のい
    ずれかの強化コンクリート複合構造物。