コンクリート構造物の 塩害劣化対策と電気防食技術の動向 ~ 電気の力で塩害を防ぐ ~ ( 基礎 原理 ) 日本エルガード協会
最も信頼できる塩害対策 電気防食大井コンテナ埠頭 ( 国内最大施工実績 ) 桟橋下面 土木学会誌 2010 年 10 月号 ; フォトレポート
内容 1. コンクリート構造物の塩害について 塩害のメカニズム 劣化進行過程 塩害劣化事例 鉄筋腐食のメカニズム 2. 塩害劣化対策工法とその考え方 各種塩害劣化対策補修工法 電気防食の原理とその有効性 3. 電気防食 ( エルガード工法 ) について 電気防食工法の概要 施工事例の紹介
塩害とは? RC 桟橋上部工の塩害劣化事例 コンクリート中の鋼材の腐食が塩化物イオンの存在により促進され, 腐食生成物の体積膨張がコンクリートにひび割れや剥離を引き起こしたり, 鋼材の断面減少などを伴うことにより, 構造物の性能が低下し構造物が所定の機能を果たすことができなくなる現象
塩害とは? 1) 塩化物イオンによる鉄筋不動態皮膜の破壊 2) 鉄筋の発錆 3) 鉄筋の断面欠損, かぶりコンクリートのはく落 コンクリート 鉄筋 保護膜 ( 不動態皮膜 ) 不動態皮膜の破壊
塩害劣化の進行過程 劣化が目に見えない 劣化がはっきりとわかる (1) 潜伏期がコンクリート内部へ浸透 (3) 加速期 ひび割れ 錆汁が発生 膨張圧 (2) 進展期 鉄筋の腐食が進行 (4) 劣化期はく離 はく落が激しくなる
塩害劣化の進行過程 健全 コンクリート 鉄筋 ひび割れ発生 腐食生成物 かぶりのはく落 耐力低下 破 壊 コンクリート標準示方書 維持管理編 塩害による劣化 含有量 1.2 kg /m 3 鋼材腐食開始 鉄筋腐食量 10 mg/cm 2 コンクリートに腐食 ひび割れ発生 部材の性能低下 潜伏期進展期加速期劣化期 供用期間
塩化物イオンはどこから
飛来による塩害 海岸近辺のコンクリート構造物例 : 桟橋 橋梁 建築物など 橋梁 桟橋 塩塩塩 塩 塩 塩
内在による塩害 使用材料に塩化物がすでに含まれている 例 : 除塩不足の海砂を使用した構造物 除塩不足の海砂 コンクリート全体に渡って多量の塩化物イオンが存在 コンクリート 塩 塩塩 塩塩 塩 塩 塩 鉄筋 建設省 塩化物総量規制通達昭和 61 年
凍結防止剤による塩害 海岸近辺でなくとも塩害が生じる可能性例 : 橋梁 道路 駐車場など 凍結防止剤の散布 塩化カルシウムなど 塩 塩 塩 塩 塩 塩 塩 塩塩塩塩塩 塩 塩 塩 塩 塩塩塩塩塩 塩 塩 塩 塩 橋梁など 塩 塩 塩 塩 塩 塩 塩化物イオンの浸透 塩 塩
塩害劣化事例
塩害による劣化事例 ( 道路橋 ) 拡大
塩害劣化による架け替えの事例 ( 橋梁 ) 塩害劣化 塩害再劣化
塩害による劣化事例 ( 桟橋 )
別桟橋での事例 床版下面の 剥離状況 年後には らに進行
中から 出てきた 鉄筋は もはや 鉄屑同然?
沖合の入出荷施設プラットホーム 下面の損傷状況 もはや鉄筋の 機能は消滅?
塩害劣化はなぜおこる? 塩害腐食のメカニズム
腐食に必要なものは? 1 Fe+H 2 O+-O 2 2 Fe(OH) 2 ( 水酸化第一鉄 ) 水 酸素 塩害なのに腐食反応に塩化物がない?
コンクリート中の鉄筋の状態は? 水 酸素 不動態皮膜 コンクリート = 高アルカリ 不動態皮膜に守られている 鉄筋コンクリートが成り立つための3つの条件の1つ コンクリートは強アルカリ性であるので鉄筋が錆びるのを防ぐ
コンクリート中に塩化物が侵入すると? 水 塩 酸素 塩化物は不動態皮膜を破壊 水 酸素が鉄と接触 = さびる 錆は元の体積の 2.5 倍 = 剥離
腐食は電気化学
腐食の大小と電位差の大小
塩害のメカニズム コンクリート 電位の高低差 鉄筋 e ー e ー e ー e ー e ー e ー Fe 2+ Fe 2+ Fe 2+ e ー e ー e ー e ー e ー e ー 保護膜不動態皮膜の破壊 2e - +H ( 不動態皮膜 ) Fe Fe 2+ + 2e - 2 O+1/2O 2 2OH - カソード部 e ー e ー e ー e ー e ー e ー e ー アノード部 ー e e ー ー e ー e e ーー e e ー e ー ー e ー e e ーー e e ー e ー 2e - +H 2 O+1/2O 2 2OH - カソード部
塩害劣化対策工法とその考え方
各種塩害劣化対策補修工法の目的 表面被覆 腐食因子 ( 水分 ) の遮断 断面修復工法 劣化部復旧および除去 脱塩工法 電気防食工法 電気化学的作用による除去 電気化学的作用による腐食進行の停止
各種塩害劣化対策補修工法の目的 防食体となるコンクリートの性能改善 腐食因子の侵入抑制 表面被覆工法 ひび割れ補修工法 電着工法 被防食体となる鉄筋の防食 鉄筋の腐食停止 電気防食工法 断面修復工法 脱塩工法 腐食因子の除去
新設から表面塗装 酸素 表面塗装
補修対策表面塗装
断面修復工法 断面修復材で復旧 塩化物イオン濃度が大きい箇所を除去
マクロセル腐食現象 補修した部分 補修してない部分 Cl ー マクロセル腐食電流 腐食
マクロセル腐食現象 マクロセル腐食電流
マクロセル腐食現象と自然電位切出し暴露供試体 (10 年 )2010/9/17 調査 マクロセル腐食電流 マクロセル腐食電流
電気防食の原理と その有効性の検証
コンクリートへの電気防食とは? 目的 コンクリート中の鉄筋へ電気を流し 塩害などによる鉄筋腐食を防止する 桟橋 塩 塩 塩 塩 塩 電流 鋼管杭 塗被覆 陽極材 直流電源 犠牲陽極による電気防食 ( 流電陽極方式 )
電位の高低さを無くす 電気防食
電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位の高低差陽極アノード部カソード部カソード部電位差陽極アノード部カソード部カソード部電位差陽極アノード部カソード部カソード部電位差陽極アノード部カソード部カソード部陽極アノード部カソード部カソード部陽極アノード部カソード部カソード部陽極アノード部カソード部カソード部陽極防食電位差 0 電気防食のメカニズム + - コンクリート表面劣化因子
PC( ポステン ) 大型供試体鉄筋表面状態観察結果 (12 年経過後 ) 電気防食 無防食
PC( ポステン ) 大型供試体 鉄筋表面状態 ( 表面処理後 ) 観察結果 (12 年経過後 ) 無防食 電気防食
電気防食の利点 電気化学的に腐食反応を直接制御する防食方法 1) 再劣化しない 2) 多量のが存在する環境でも防食可能 3) を含有するコンクリートの除去が不要 4) 鉄筋の防錆処理が不要 5) 防食効果の確認が容易
電気防食実験 ( 電気防食学習キット ) 実験前 実験後 電気防食なし 電気防食あり
電気防食工法の概要
電気防食の方式 ( 通電方式 ) 直流電源 外部電源方式 陽極 ( チタンなど ) 防食電流 鉄筋 流電陽極方式 陽極 ( 亜鉛など ) 防食電流 鉄筋
外部電源方式と流電陽極方式外部電源方式 電源装置が必要 電気代がかかる 耐用年数が長い ( 陽極材で異なる ) 通電電流で防食効果がコントロールできる 流電陽極方式 ( 犠牲防食方式 ) 電源が必要ない 陽極が消耗する 耐用年数に限度がある 発生電流量に限度がある 防食効果が不十分な場合がある 20071205-4
電気防食の方式 ( 陽極の形状 ) 面状陽極 線状陽極 点状陽極
エルガードシステムの陽極材 チタンメッシュ陽極 ( 面状陽極 ) チタンリホ ンメッシュ陽極 ( 線状陽極 ) 点状陽極
電気防食の方式 ( 陽極の形状 ) 面状陽極 チタンメッシュ陽極方式 ハ ネル陽極方式 チタンメッシュ陽極 長所 : 電流分布の均一性に優れる 短所 : 設置全面の下地処理が必要
電気防食の方式 ( 陽極の形状 ) 線状陽極 チタンリホ ンメッシュ陽極方式 チタンリホ ンメッシュ陽極 長所 : 部分的な前処理で良い 短所 : 美観に劣る
排流端子 電気防食の構成 照合電極 鉄筋 直流電源 陽極材 陽極被覆材 テ ィストリヒ ュータ
桟橋下面への適用事例 ( チタンメッシュ陽極 1 回路 ) 側面 底面 大井埠頭
施工手順 他の施工手順は 同一 START 施 工 前 処 理 下 地 処 理 排流端子 照合電極設置工 陽 極 設 置 工 配 線 配 管 工 直流電源装置設置工 END 各陽極材で 陽極設置 方法が異なる メッシュ リホ ンメッシュ ハ ネル
1) マーキング工 コンクリート マーキング 鋼材
2) 表面露出金属探査除去復旧工 コンクリート 30~50mm で切断 セパレータ等 はつり
3) 排流端子 照合電極取付け部 はつり工 コンクリート 鋼材
4) 排流端子設置工 コンクリート 溶接 鋼材 排流端子
5) 照合電極設置工 コンクリート 鋼材 排流端子照合電極
6) はつり部復旧工 コンクリート 鋼材 排流端子照合電極
7) 陽極設置部溝はつり工 20mm 25mm 溝切部
8) パテ補修 異物除去 金属片 異物 溝切部 パテ処理
9) 陽極設置工 溝切部 プラスチック釘 チタンリボンメッシュ陽極
10) ディストリビュータ設置工 スポット溶接 ディストリビュータ チタンリボンメッシュ陽極
11) 陽極被覆工 チタンリボンメッシュ陽極 陽極被覆モルタル
12) 配線 配管工 配管 プルボックス
13) 直流電源設置工 直流電源 BOX 調節つまみスイッチ 直流電源装置
エルガードシステム施工実績 2010 年 3 月末現在約 14 万 m 2 JR 西日本 RC 鉄道橋 八幡浜市 RC 桟橋 今治市 RC 桟橋 民間住宅 RC ガレージ 国土交通省 RC 桟橋 国土交通省 PC 道路橋 沖縄総合事務所 PC 道路橋 北海道開発局 青森県 PC 道路橋 JR 東日本 PC 鉄道橋 JR 西日本 RC 鉄道橋 RC 道路橋 民間 新設 PC 桁 日本道路公団 民間 RC 倉庫 橋梁 電力会社 揚油桟橋 三重県 PC 道路橋 北海道開発局 PC 道路橋 青森県 PC 道路橋 青森県 PC 道路橋 国土交通省 新設 PC 道路橋 北海道開発局 RC 覆道 東京港埠頭公社 RC 桟橋 横浜市 PC 桟橋 http://www.elgard.com/ にリスト掲載
桟橋の施工事例梁部回路わけ ( 干満帯 大気中 ;2 回路 )
桟橋下面への適用事例 ( チタンリボンメッシュ + パネル陽極方式 ) 床版下面 ( リボンメッシュ ) 杭 梁 ( ハ ネル )
揚油桟橋への適用事例 ( 防爆仕様 )
PC 橋への適用事例 ( チタンメッシュ陽極方式 ) 施工面積 3,750m2防食回路 15 回路 張出部 側面 底面
PC ボックス桁梁への適用事例 ( チタンメッシュ陽極方式 ; 施工 5 年後 ) 底面
PC 橋梁への適用事例 ( チタンリボンメッシュ陽極方式 ) 側面 底面 下フランジ
施工事例 ( はく落防止対策併用 ) ( チタンリボンメッシュ陽極方式 ) ( はく落防止対策併用 )
橋脚 ( 大気中 )
橋脚 ( 飛沫帯 + 干満帯 )
樋門 側面 上面
水門 側面 下面
ロックシェッドへの適用事例 ( パネル陽極方式 ) 柱側面
建築物 ( 施工後 15 年 ) 梁側面 柱側面
日本エルガード協会 コンクリート構造物の電気防食の 普及を目的とする協会 各種講習会 セミナーによる電気防食の普及 各種委員会活動による技術の向上. コンクリート電気防食管理技術者の育成 認定. 解析ソフトの開発 ( 拡散予測 LCC 等 ) 詳細はホームページから http:www.elgard.com( エルガード協会 HP)