JPH06200636A

JPH06200636A - 劣化したコンクリートの回復処理方法

Info

Publication number: JPH06200636A
Application number: JP193A
Authority: JP
Inventors: Kiminobu Ashida; 公伸芦田; Koichi Ishibashi; 孝一石橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1993-01-04
Publication date: 1994-07-19

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
ート構造物やプレストレストコンクリート構造物の劣化
したコンクリートの回復処理方法、特に、コンクリート
のアルカリ度の低下により中性化したコンクリート構造
物や塩害による劣化をうけたコンクリート構造物の劣化
したコンクリートの回復処理方法を提供する。【構成】コンクリート内部の鋼材を内部電極とし、コ
ンクリートの表面に設置した電極を外部電極とし、コン
クリートの表面積当たりの電流密度が0.5A/m²以上で、
内部電極の鋼材の表面積当たりの電流密度が10A/m²以下
となるように電流を流すことを特徴とするコンクリート
の回復処理方法を構成とする。【効果】陰極付近で発生する水素ガス圧を抑えること
ができるので、コンクリートにひび割れを発生する危険
性がなく、安全で信頼性が高いという効果を奏する。

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やプレストレストコン
クリート構造物の劣化したコンクリートの回復処理方
法、特に、コンクリートのアルカリ度の低下により中性
化したコンクリート構造物や塩害による劣化をうけたコ
ンクリート構造物の劣化したコンクリートの回復処理方
法に関する。

【０００２】なお、本発明におけるコンクリートとは、
セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称
していうものである。

【０００３】

【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っており、そ
れゆえ種々の重要な構造物に広く使用されてきた。

【０００４】また、コンクリートのアルカリ度は、ｐＨ
11〜14の強アルカリ性であるので、コンクリートの内部
にある鋼材は、その表面に不動体被膜を形成して腐食か
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。

【０００５】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。

【０００６】コンクリート構造物が劣化する原因の一つ
として、例えば、「炭酸化」等と呼ばれるコンクリートの
中性化現象や、塩害と呼ばれる現象などが挙げられる。

【０００７】炭酸化とは、セメントの水和反応によって
生成された水酸化カルシウムが大気中の二酸化炭素と反
応して炭酸カルシウムとなる現象であって、炭酸化によ
り、コンクリートのアルカリ度が通常のｐＨ11〜14より
低下する。そして、ｐＨが10程度にまで低下すると、そ
れまで形成されていた鋼材の不動体被膜が破壊され、鋼
材の腐食がはじまり、コンクリート構造物としての圧縮
強度と引張強度のバランスが崩れ、その耐久性が大きく
低下することになる。

【０００８】このようなコンクリート構造物の劣化は、
コンクリート内部の鋼材の錆、コンクリートのひび割
れ、及びコンクリートの欠落という現象を引き起こし、
構造的にも、外見上でも、大きな課題となっている。

【０００９】このようなコンクリートの中性化現象は、
炭酸化以外にも、酸化イオウ(SO_X)や酸化窒素(NO_X)によ
っても、同様に引き起こされている。

【００１０】また、海岸周辺にあるコンクリート構造物
には、海水の飛沫が飛んできて、コンクリート表面に付
着することが多い。そして、その海水中に含まれている
塩分は、コンクリート中の空隙を通って、コンクリート
内部に浸透し、内部鉄筋の位置までくると、塩分によ
り、鋼材の不動体被膜が破壊され、腐食が発生する。

【００１１】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、コンクリートが造られる時から、多量の塩化
物を含有することとなり、その結果鋼材の不動体被膜の
形成が不十分となり、腐食が発生する。

【００１２】以上のような原因で、鋼材に腐食が発生
し、さらに、コンクリートのひび割れや欠落、剥離等に
進展し、コンクリート構造物としての耐久性が大きく低
下する現象を、一般に、「塩害」と呼んでいる。

【００１３】このような中性化や塩害などの原因で劣化
したコンクリートを補修する方法として、コンクリート
中に直流電流を流すことにより、アルカリ性溶液をコン
クリート中に浸透させたり、塩素イオン等をコンクリー
ト外に移動させたりする、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１−176287号公報、特
開平２−302384号公報)。

【００１４】しかしながら、これらの方法を用いて、コ
ンクリートに直流電流を流すと、アルカリ性溶液や塩素
イオンなどを移動させるためには、コンクリートに流す
電流を大きくすれば大きくするほど、その効果が顕著に
なるが、コンクリート中の間隙水が電気分解され、内部
電極であり、陰極となるコンクリート内部の鋼材周辺に
水素ガスが発生する。そして、その結果として、発生す
るガス圧によりコンクリートにひび割れが生じたり、鋼
材に水素脆性を生じるという課題があった。

【００１５】しかも、電流値を大きくすればするほど、
これらの課題は顕著になるものであった。

【００１６】また、これらのガスが発生しないように、
コンクリートに印加する電圧を低く抑える方法もある
が、電圧を小さくすることは電流密度を小さくすること
になり、アルカリ性溶液や塩素イオンなどを移動させる
効果が減少するという逆効果を生じることになる。

【００１７】このように、コンクリートのひびわれを防
止する作用と、アルカリ性溶液や塩素イオンなどを移動
させる作用とは、相反するものであり、これらを両立す
る技術が切実に望まれていた。

【００１８】本発明者は、前記課題を解消すべく種々検
討した結果、外部電極周辺のコンクリート表面積に対し
てのみならず、内部電極の鋼材の表面積に対しても、適
切な大きさの電流密度で電流を流せば、安定した効果が
得られることを知見し、本発明を完成するに至った。

【００１９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、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
に設置した電極を外部電極とし、コンクリートの表面積
当たりの電流密度が0.5A/m²以上で、内部電極の鋼材の
表面積当たりの電流密度が10A/m²以下となるように電流
を流すことを特徴とする劣化したコンクリートの回復処
理方法である。

【００２０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２１】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十分
に存在している。そのため、コンクリートに電圧を印加
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。

【００２２】アルカリ性溶液や塩素イオンなどの各種イ
オンは、コンクリート中の間隙水に溶出しているので、
電流を流すことによりそれらを移動させることが可能で
ある。

【００２３】本発明に係る内部電極としては、コンクリ
ート中に存在する鋼材、特に、鉄筋やＰＣ鋼棒やシース
が使用可能である。通常、これらは、駕籠状やメッシュ
状に組みあげられているため、内部電極も駕籠状やメッ
シュ状となっている場合がある。さらに、メッシュ状に
組まれた内部電極が複数存在する場合、１つのみの内部
電極に通電しても、また、複数の内部電極に通電するこ
とも可能である。

【００２４】本発明に係る外部電極は、一般には、正
(＋)側になるため、電気的な腐食作用が働く。本発明で
は、電流を流す期間が比較的短期なため、普通の鉄筋や
金網などの使用も可能であるが、資源の有効と再利用を
考えると、電気的な腐食に対する抵抗性が高いものの使
用が好ましい。具体的には、チタン、チタン合金、及び
白金等又はそれらでメッキされた金属、炭素繊維や炭素
棒などの炭素、並びに、体積電気抵抗率が10³Ω・cm以下
の導電性を有する有機高分子等である。これらのうち、
チタンや白金は、電気的な腐食に対して安定であるので
好ましい。また、炭素や有機高分子もほぼ安定である。
なお、通常のコンクリートの体積電気抵抗率は、10³〜1
0⁴Ω・cm程度であるので、導電性を有する有機高分子と
しては、その値以下、即ち、10³Ω・cm以下が好ましく、
10²Ω・cm以下がより好ましく、10Ω・cm以下が最も好ま
しい。

【００２５】本発明において、特に、外部電極は、常時
設置しておくことも可能であるが、劣化したコンクリー
トの回復処理の終了後、直ちに除去し、必要持に、再度
設置することは容易に可能である。

【００２６】本発明においては、コンクリートに流す電
流は、電流を流す範囲のコンクリートの表面積１m²当た
り、0.5A以上であり、0.75A以上が好ましく、1.0A以上
がより好ましい。0.5A未満では、コンクリート中の各種
イオン、特に、塩素イオンを移動させる効果が乏しい。
なお、イオンを移動させるという面から、電流値が大き
ければ大きいほどイオンを移動させる効果も大きくなる
ので、この時の電流値の上限はない。

【００２７】一方、コンクリート内部の鋼材周辺に発生
する水素ガスの発生量は、鋼材の表面積に対する電流密
度の大きさに関係し、電流密度が大きければ大きいほど
ガス等の発生量が多くなる。

【００２８】そのため、本発明においては、コンクリー
トに流す電流値は、内部電極の鋼材の表面積１m²当た
り、10A以下であり、8.0A以下が好ましく、7.0A以下が
より好ましい。電流密度が10Aを超えると、コンクリー
トにひび割れが発生したり、付着強度が低下したりす
る。

【００２９】このように、本発明で、内部電極と外部電
極間に流す電流値の上限は、内部電極の鋼材の表面積に
対する電流の上限値によって決定され、下限は、外部電
極周辺のコンクリートの表面積に対する電流の下限値に
よって決定される。

【００３０】さらに、本発明においては、コンクリート
中に電気を流しやすくするために、コンクリートに電解
質溶液を供給することが好ましい。

【００３１】ここで電解質溶液として好ましいものは、
アルカリ性溶液であるが、中性域の溶液でも使用可能で
あり、さらに、水道水、井戸水、及び河川水等も使用可
能である。

【００３２】アルカリ性溶液中のアルカリイオンとして
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、カルシウ
ム、リチウム、及びマグネシウムの塩の使用が特に好ま
しい。また、アルミニウムの塩の使用も可能である。

【００３３】さらに、本発明では、電解質溶液をコンク
リートに容易に供給するために、コンクリートに電解質
溶液を接触させ、保持することは好ましい。

【００３４】電解質溶液を保持する方法としては、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、電解質溶液を溜める方法が使用可能である。ま
た、電解質溶液を吸着、もしくは、保持する電解質溶液
保持材を使用する方法も使用可能である。この方法は、
水平の上下面だけでなく、垂直面でも十分に電解質溶液
をコンクリート表面に供給することが可能である面から
好ましい方法である。

【００３５】ここで、電解質溶液を吸着、もしくは、保
持する材料としては、パルプ、布、及び不織布等の繊維
状物質、ゼオライト、シラスバルーン、及び発泡ビーズ
等の無機、有機の多孔質材料、並びに、吸水性の有機高
分子等が挙げられる。さらに、それらの組み合わせや成
形物の使用が好ましい。

【００３６】繊維状物質を使用すると、吹き付けや塗り
付けで、電解質溶液保持材をコンクリート表面に設置す
ることも可能である。また、パネルやシート状に加工し
て使用することも可能である。パネルやシート状の電解
質溶液保持材は、コンクリート表面への釘や角材などで
固定するだけで、使用することが可能である。さらに、
パネルやシート状の電解質溶液保持材の表面を加工する
ことで、電解質溶液の蒸発や凍結を防止することも可能
である。繊維状物質と多孔質材料は、コンクリートの表
面に電解質溶液保持材を設置する際に、水や電解質溶液
とともに吹き付けや塗り付けして電解質溶液保持層を形
成できるので、コンクリートの表面形状に関わりなく、
作業をすることが可能である。なお、この場合、付着を
良くするために、接着性や粘着性を改善する材料、並び
に、増粘剤等を添加することも可能である。吸水性の有
機高分子の例としては、ポリアクリル酸系のものや膨潤
性ゴム等が挙げられる。これらの材料は、多孔質材料と
同じように吹き付けにてコンクリート表面に保持層を形
成したり、他の材料でパネルやシート状にしたりするこ
とが可能である。

【００３７】さらに、工事期間中に、電解質溶液を供給
したり、あるいは、電解質溶液から蒸発する水分を計算
しておいて、その量を予め余分に吸水させておくことも
可能である。こうしておけば、工事中に水分を補給する
作業が軽減される利点がある。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を実施例にもとづいて説明す
る。

【００３９】実施例１セメント100重量部に砂200重量部を混合し、水セメント
比50％で、塩素イオン量がセメント100重量部に対し
て、0.2重量部となるようにNaClを含有したモルタルを
混練した。このモルタルを用いて、直径10cm、高さ20cm
の円柱状で、その中心に、高さ方向に直径22mm、長さ30
cmの磨き鋼棒を１本有している円柱試験体を作製した。
つぎに、この円柱試験体の上下面にエポキシ系の塗料を
塗布して、電気的に絶縁した。水道水を入れた容器に、
この円柱試験体を浸漬し、円柱試験体から２cm離れたと
ころに電極を設置して外部電極とし、円柱試験体中の磨
き鋼棒の内部電極との間に、定電流直流電源を用いて、
表１に示すように、電流を４週間流した。通電終了時点
で、鉄筋の周囲１cmの部分のモルタルに含有されている
塩素イオン量を測定した。結果を表１に併記する。

【００４０】＜使用材料＞セメント：電気化学工業社製普通ポルトランドセメン
ト、水：水道水砂：姫川産川砂、比重2.62、F.M.2.75 NaCl ：食卓用精製塩、純度NaCl 99.0％

【００４１】

【表１】

【００４２】表１より、モルタル表面積当たりの電流密
度が0.5A/m²以上では、塩素イオンの残存率が小さく、
モルタルから塩素イオンを除去することが可能である。

【００４３】実施例２単位セメント量280kg/m³、単位水量168kg/m³、及びNaCl
単位量５kg/m³で、細骨材率48％のコンクリートを用い
て、その中心に、表２に示すように、所定の鉄筋径を持
つ長さ50cmの磨き鋼棒を１本有する、直径15cm、高さ30
cmの円柱試験体を製作した。つぎに、この円柱試験体の
上下面にエポキシ系の塗料を塗布して完全に電気的に絶
縁した。この円柱試験体を用いて、水酸化カルシウム水
溶液に浸漬し、実施例１と同様に定電流直流電源を用い
て、コンクリート表面積当たり１Aの電流となるように
４週間電流を流した。通電終了時点で、コンクリート試
験体の片引き試験を行い、鉄筋の付着強度を調べた。そ
の結果を表２に併記する。また、通電処理中に、この円
柱試験体にひび割れが発生するかどうかの観察も行っ
た。その結果も表２に併記する。

【００４４】＜使用材料＞砂利：姫川産川砂利、Gmax＝20mm、比重2.65、F.
M.＝6.26 水酸化カルシウム：和光純薬工業社製試薬１級

【００４５】

【表２】

【００４６】表２から明らかなように、鉄筋の表面積当
たりの電流密度が10A/m²を超えると付着強度が急激に低
下し、ひびわれの発生にもつながる。

【００４７】実施例３高さ２ｍ、長さ20ｍ、厚み30cmで築後約20年経過し、中
性化深さは約30mmの鉄筋コンクリート壁を用いて試験を
行った。この鉄筋コンクリート壁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、
コンクリートの表面に、直径４mm、10cm間隔のワイヤー
メッシュを固定した後、紙パルプに、電解質溶液として
炭酸ナトリウム水溶液を含ませてたものを吹き付け外部
電極とした。外部電極周辺のコンクリート表面積に対し
て、電流密度1.0A/m²の直流電流を２週間流し、電解質
溶液をコンクリート内部へと電気的に浸透させた。な
お、コンクリートの表面積と鉄筋の表面積の比率は、1.
7：１なので、鉄筋の表面積当たりの電流密度は1.7A/m²
である。２週間後、コンクリート表面の外部電極と紙パ
ルプとを取り除き、コンクリートの中性化深さを測定し
たところ、コンクリート全体にわたって、フェノールフ
タレインにて赤色に変化した。従って、中性化していた
部分の改善が可能になったことが確認できた。

【００４８】実施例４高さ２ｍ、長さ２ｍ、厚み15cmの鉄筋コンクリートのＬ
型擁壁を用いて、試験を行った。この擁壁には、コンク
リートの混練時に５kg/m³の塩素イオンを混入した。こ
の擁壁を部分的にはつり、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エルテック
・アジア・サービス社のエルガードメッシュを固定した
後、紙パルプに水道水を含ませてたものを吹き付け外部
電極とした。これに、コンクリート表面積に対して電流
密度1.2A/m²の直流電流を４週間流し、コンクリート内
部の塩素イオンを電気的に除去した。なお、コンクリー
トの表面積：鉄筋の表面積の比率は2.3：１なので、鉄
筋の表面積当たりの電流密度は2.8A/m²である。４週間
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、コンクリートに含有されている塩素イオン量を分析
したところ、0.8〜1.2kg/m³であり、大部分の塩素イオ
ンが除去されたことが判明した。

【００４９】

【発明の効果】本発明の方法において、コンクリート中
の塩素イオンやアルカリ性溶液を電気的に移動させるこ
とができ、陰極付近で発生する水素ガス圧を抑えること
ができるので、コンクリートにひび割れを発生する危険
性がなく、安全で信頼性が高いという効果を奏する。ま
た、塩害や中性化などで劣化したコンクリートの回復処
理が安心して行える効果をも有する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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に設置した電極を外部電極と
し、コンクリートの表面積当たりの電流密度が0.5A/m²
以上で、内部電極の鋼材の表面積当たりの電流密度が10
A/m²以下となるように電流を流すことを特徴とするコン
クリートの回復処理方法。