JP5085918B2 - コンクリート構造物の電気防食用バックフィル及び電気防食用陽極ユニット - Google Patents
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Description
該陽極材料としては、炭素や白金等の多くについて実用化が試みられており、最近、炭素繊維シートも使用されるようになっている。例えば、特許文献1には、耐酸化金属層が表面に設けられた炭素繊維シートをコンクリート構造物の電気防食に使用することが記載されている。特許文献2には、炭素繊維シートを導電性接着剤で接着してコンクリート表面に固定する方法が記載されている。
コンクリート構造物の電気防食に用いられる電気防食用保護材としては、例えば、セメントペースト、モルタルが知られている。
これらセメントペーストやモルタルを電気防食用保護材として、例えば、チタンメッシュ陽極に使用する方法においては、チタンメッシュ陽極が細いので、初期及び長期通電により防食電流が集中する。このため、陽極反応に伴う酸の発生速度が、固体電解質であるセメントモルタルの細孔に存在するアルカリ性水溶液のアルカリ緩衝能力を超え、陽極近傍が酸性化し、該固体電解質のpH低下に伴って、陽極電位が上昇する。このような陽極電位が、1.1V(Ag/AgCl)以上になると塩素ガスが発生し、該塩素ガスが水に溶解して次亜塩素酸となり、セメントモルタルの電気防食用保護材を溶解し、電流不良が発生する等の危険性がある。
このような陽極近傍の酸性化や塩素ガス発生が危惧されるセメントモルタルを施工したチタンメッシュ陽極を用いる電気防食システムにおいては、通電中に電源装置内の電圧が上昇してセメントモルタルの剥離・剥落や電流分布特性の劣化等、電気防食性能を著しく損なう恐れがある。
また本発明によれば、上記バックフィルと、白金族金属の少なくとも1種の酸化物により被覆されたチタン基材とを備える電気防食用陽極ユニットが提供される。
本発明のバックフィルは、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液とを含む。
吸水性樹脂は、アルカリ性水溶液と混合した際にゲル状を呈し、イオン伝導性が維持されるような保水性と形態維持性が得られるポリアクリル酸塩系吸水性樹脂である。塩としては、例えば、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。
上記ゲル状を呈するとは、吸水性樹脂とアルカリ水溶液を混合した溶液が、膨潤化して流動性を失うことを意味する。
該アルカリ性水溶液は、溶質が、第1族元素又は第2族元素の水酸化物、具体的には、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム等である水溶液であり、中でも、強アルカリ性を示す点で、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの使用が特に好ましい。
ポリアクリル酸塩系給水樹脂の含有割合は、本発明の所望の効果をバランス良く得、長期間に及ぶ安定した電気防食をより改善しうる点で、該吸水性樹脂及びアルカリ性水溶液の合計量に対して2〜5重量%である。
また、アルカリ性水溶液として、水酸化リチウム水溶液等の第1族元素の水酸化物を溶質とする水溶液に用いる場合には、本発明の所望の効果をバランス良く得、長期間に及ぶ安定した電気防食をより改善しうる点で、第1族元素の水酸化物のモル濃度が1〜4モル/リットルであることが好ましい。この際、第1族元素の水酸化物として、水酸化リチウムを用いると、リチウムイオンによってアルカリ骨材反応を抑制することもできる。
本発明のバックフィルは、通常、20℃において0.4S/cm以上、好ましくは0.5〜0.6S/cmのイオン伝導度を有する。
本発明のバックフィルは、通常、20℃において、共軸二重円筒回転式粘度計を用いて、直径70mm×高さ90mmの円筒型の外筒容器に入れたバックフィル中で、直径30mm×高さ48mmの内筒を回転させ、内筒にかかる粘性トルクを測って粘度を求める測定方法において、30〜250Pa・s以上の粘度を有する。この測定法では、通常30Pa・s以上でバックフィルが流動性を失ってゲル化する。
本発明のバックフィルの形態は、電気防食システムに応じて適宜選択することができる。
本発明のバックフィルは、コンクリート構造物の外部電源式電気防食システムに利用される陽極ユニットに適用することができ、特に、白金族金属の少なくとも1種の酸化物により被覆されたチタン基材又はニッケル被覆炭素繊維シートを陽極材料に用いた電気防食用の陽極ユニットに用いることができる。
実施例1及び比較例1
(バックフィルの製造)
吸水性樹脂として、ポリアクリル酸ナトリウム(化学名:カルボキシビニルポリマー、商品名:アクペックHV−501ER、住友精化社製)及び、アルカリ性水溶液として水酸化リチウムの水溶液を、温度20℃、相対湿度60%の恒温恒湿内において、所定量撹拌混合してバックフィルを調製した。この際、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液の混合割合は、吸水性樹脂が、該吸水性樹脂及びアルカリ水溶液の合計量に対して1.0重量%、2.0重量%、5.0重量%、7.0重量%となる割合とした。また、アルカリ性水溶液の濃度は、0.5、1.0、2.0又は4.0モル/リットルの4種類を用い、16種類のゲル状のバックフィルを製造した。
比較として、アルカリ性水溶液の代わりに水を用いて、即ち、水酸化リチウム濃度0モル/リットルの水を用いて吸水性樹脂の上記各割合で4種類のバックフィルを製造した。
陽極材料としてのニッケルを炭素繊維シートで被覆した電極を陽極とした円筒形のセルに、上記で製造したそれぞれのバックフィルを充填し、そのイオン伝導率を、周波数応答解析器、電位制御装置、ポテンションスタット及びパーソナルコンピュータを備えた電気化学測定装置(商品名:HZ−3000型、北斗電工社製)を用いて、交流インピーダンス法により測定した。この際、対極としてチタン製バー、陽極としてニッケル被覆炭素繊維シート、照合電極として銀塩化銀電極(Ag/AgCl)を用いた。
測定は、温度20℃、周波数20kHz〜10mHz、交流電圧±10mVで行った。体積抵抗率ρ(Ωcm)は、Cole-Cole-プロット曲線とヨコ軸との交点のインピーダンスの実数成分を次式によって換算した値とした。
ρ=S/L×Z、κ=1/ρ(ZはCole-Cole-プロット曲線とヨコ軸との交点における実数成分(Ω)を、Sは陽極面積(cm2)を、Lは極間間隔(cm)を、κは伝導率(S(ジーメンス)/cm)を示す。)
測定結果として、バックフィルのイオン伝導率と水酸化リチウム水溶液のモル濃度との関係を図1に示す。尚、対象として水酸化リチウム水溶液(LiOH水溶液)自体のイオン伝導率も合わせて図示する。また、図1中のPは、吸水性樹脂の含有割合を示す。
図1より、吸水性樹脂の含有割合が1〜5重量%の範囲において、バックフィルは、対象のLiOH水溶液に近い非常に高いイオン伝導率を示すことが判る。また、アルカリ性水溶液の濃度が1〜4モル/リットルの範囲でイオン伝導率が最大となることが判る。
(バックフィルの製造)
吸水性樹脂として、ポリアクリル酸ナトリウム(化学名:カルボキシビニルポリマー、商品名:アクペックHV−501ER、住友精化社製)及び、アルカリ性水溶液として水酸化リチウムの水溶液を、温度20℃、相対湿度60%の恒温恒湿内において、所定量撹拌混合してバックフィルを調製した。この際、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液の混合割合は、吸水性樹脂が、該吸水性樹脂及びアルカリ水溶液の合計量に対して1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0又は5.0重量%となる割合とした。また、アルカリ水溶液の濃度は、1.7、3.3又は4.0モル/リットルの3種類を用い、21種類のゲル状のバックフィルを製造した。
比較として、アルカリ性水溶液の代わりに水を用いて、即ち、水酸化リチウム濃度0モル/リットルの水を用いてバックフィルを製造した。
上記で製造したそれぞれのバックフィルを、温度20℃、湿度60%の恒温恒湿内に静置し、経時(170日間)によるバックフィルの乾燥重量(m1)と初期重量(m0)から次式により保水率を算出した。吸水性樹脂の含有割合及びアルカリ性水溶液濃度と、保水率との関係を結果として図2に示す。
保水率(%)=[(m0−m1)/m0]×100
図2より、吸水性樹脂とアルカリ性水溶液を含む実施例のゲル状バックフィルは、実験開始170日経過後において、吸水性樹脂濃度1重量%以上において30%以上の保水率が確保できることが判る。
ポテンションガルバノスタット(北斗電工社製、電位電流制御装置、型番HA−151)と電解槽とを直列に接続した電解装置を用いて通電性能保持試験を行った。電解槽は、高さ16cm、直径9cmのガラス製の容器であり、電解液の蒸発防止と電極を固定するためのシリコン栓を備える。また、電解槽には、陽極(Ni/炭素繊維シート)、直径12.7mmのチタン製丸棒からなる陰極及び参照電極(Ag/AgCl、塩化カリウム溶液)が備えられており、陽極と陰極の間隔は50mmになっている。
上記電解槽に上記で製造したそれぞれのバックフィルを充填し、通電電流を8.9A/m2として、温度20℃で陰極−陽極間の電流を一定として定電流電解を180日間行った後の陽極電位V(Ag/AgCl)を測定した。結果を表1に示す。
尚、陽極電位が通電の初期値と比較して4V以上増加すると通電ができなくなるので、電位増加が4V未満であるものが合格である。また、アルカリ性水溶液のみを電解槽に導入したものを対象とした。
表1の結果、比較の水酸化リチウム濃度0モル/リットルの水を用いて製造したバックフィルでは、電位増加が4Vを超え、通電ができなくなった。
直径70mm×高さ90mmの外筒及び直径30mm×高さ48mmの内筒を備える共軸二重円筒回転式粘度計(型番:DPV−II、協和科学社製)の型の外筒容器に、上記で製造したバックフィルを導入し、内筒を回転させ、20℃における粘度を測定した。最大粘度(Pa・s)の結果を表2に示す。
尚、粘度30Pa・sでバックフィルは、流動性を失った状態であり、少なくともこれ以上の粘度においてゲルの形態維持性が確保できるものである。
Claims (7)
- ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂と、溶質として第1族元素又は第2族元素の水酸化物を含有するアルカリ性水溶液とを含み、前記吸水性樹脂と前記アルカリ性水溶液との合計量に対する前記吸水性樹脂の含有割合が2〜5重量%であり、ゲル状である、コンクリート構造物の電気防食用バックフィル。
- アルカリ性水溶液のモル濃度が、1〜4モル/リットルである請求項1記載のバックフィル。
- 20℃において0.4S/cm以上のイオン伝導度を有する請求項1又は2記載のバックフィル。
- 20℃において粘度30〜250Pa・sを有する請求項1〜3のいずれか1項記載のバックフィル。
- コンクリート構造物の外部電源式電気防食用である請求項1〜4のいずれか1項記載のバックフィル。
- 白金族金属の少なくとも1種の酸化物により被覆されたチタン基材又はニッケル被覆炭素繊維シートを陽極材料に用いた電気防食用である請求項5記載のバックフィル。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載のバックフィルと、白金族金属の少なくとも1種の酸化物により被覆されたチタン基材とを備える電気防食用陽極ユニット。
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