請求の範囲
１ コンクリート構造物上のイオン導電性オーバ
ーレイ中に埋置された印加電流陽極、該陽極がバ
ルブ金属ストランドのネツトワークにて定められ
るある種の形状の空〓を有する１以上のバルブ金
属メツシユのシートからなり、各メツシユのスト
ランドは多数のノードで連結されて、メツシユを
経由する電流搬送路に重複性を付与し、個々のス
トランドが多数破断した場合にも有効な電流がメ
ツシユに全体に分配されるようにし、該バルブ金
属メツシユの表面が電気化学的に活性な被覆を担
持し、前記のバルブ金属メツシユの１以上のシー
トが、防食対象構造物の全域にわたり実質上連続
的に伸長し、互いに垂直な二方向においてメツシ
ユ空〓の最大寸法の２倍より大なる不連続域を有
さず、かつ、該陽極が、バルブ金属メツシユに電
流を供給するための電流分配部材を１以上含有す
ることを特徴とする、陰極防食処理されたスチー
ル強化コンクリート構造物。
２ メツシユが、10倍以上、好ましくは15乃至30
倍の倍率で、実質的にダイヤモンド形状の空〓
と、メツシユ平方メートル当り500乃至2000個の
ノードで相互連結されるバルブ金属ストランドの
連続ネツトワークを付与するよう拡張されたエキ
スパンデツドバルブ金属のシートからなる、特許
請求の範囲第１項に記載の構造物。
３ 前記の１以上の電流分配部材が、電気化学的
に活性な被覆を施され、かつ、メツシユに冶金学
的に接合されたバルブ金属のストリツプである、
特許請求の範囲第１項に記載の構造物。
４ 複数の電流分配ストリツプを10乃至50メート
ルの間〓でメツシユに接合する、特許請求の範囲
第３項に記載の構造物。
５ 共通の電流分配ストリツプが、２以上のバル
ブ金属メツシユのシートに接合され、かつ、該シ
ートを横切つて伸長する、特許請求の範囲第３項
に記載の構造物。
６ 電流分配ストリツプをメツシユのノードにス
ポツト溶接する、特許請求の範囲第３項、第４項
または第５項に記載の構造物。
７ 構造物中のドリル孔に挿入された締結具で、
メツシユをコンクリート構造物に固定する、特許
請求の範囲第１項に記載の構造物。
８ ２以上のメツシユのシートが互いに重なつて
いる特許請求の範囲第１項に記載の構造物。
９ １以上のメツシユのシートが、構造物上の障
害物と境を接した切り取り部分を有する、特許請
求の範囲第１項に記載の構造物。
１０ メツシユの隣接するシートを互いに溶接す
る、特許請求の範囲第１項に記載の構造物。
１１ セメントベースの接着グラウトをメツシユ
上に塗布し、かつ、その上にイオン導電性オーバ
ーレイを塗布する、特許請求の範囲第１項に記載
の構造物。
１２ ストランド表面積m2当り100mAまでの電
流密度で陰極防食電流を供給するため、電流分配
部材に接続された電源を更に有する、特許請求の
範囲第１項に記載の構造物。
１３ 共通の電流分配ストリツプが床内の孔を経
て床下に配置される電源に伸長することを特徴と
する、シートを横切つて伸長する共通の電流分配
ストリツプを有する一連の相並んだ長いメツシユ
のシートにて被われたコンクリート床である、特
許請求の範囲第１２項に記載の構造物。
１４ コンクリート内の防食対象スチールの近く
に埋置される１以上の参照電極を更に含有し、前
記の参照電極が触媒被覆を施されたバルブ金属の
シートである、特許請求の範囲第１項に記載の構
造物。
１５ メツシユとイオン導電性オーバーレイで包
まれたコンクリート柱である、特許請求の範囲第
１項に記載の構造物。
１６ 構造物が、橋床、駐車場床、桟橋またはそ
のための支柱である、特許請求の範囲第１項に記
載の構造物。
１７ 多数のノードで連結されていて、個々のス
トランドが多数破断された際にもメツシユ全体に
有効電流を分配させる重複性をメツシユ経由の電
流搬送路に付与するようなバルブ金属ストランド
のネツトワークからなり、ロール巻きされたバル
ブ金属メツシユの表面が電気化学的に活性な被覆
を担持する、バルブ金属メツシユの可撓性シート
のロールを準備すること；
被覆されたバルブ金属メツシユの巻きを戻し、
防食対象のコンクリート構造物の形に合せてそれ
を設置すること；
バルブ金属メツシユを構造物に固定すること；
および
固定されたバルブ金属メツシユをイオン導電性
オーバーレイ内に埋置すること；
からなる、スチール強化コンクリート構造物用陰
極防食システムの印加電流陽極として被覆された
バルブ金属電極を設置する方法。
１８ バルブ金属メツシユが、10以上：１、好ま
しくは15：１乃至30：１の倍率で、実質的にダイ
ヤモンド形状の空〓とメツシユ平方メートル当り
500乃至2000個のノードで相互連結されたバルブ
金属ストランドの連続ネツトワークを付与するよ
う拡張されたエキスパンデツドバルブ金属のシー
トからなる、特許請求の範囲第１７項に記載の方
法。
１９ １以上の電流分配部材を、構造物の形状に
合せて設置する前のメツシユに冶金学的に接合す
る、特許請求の範囲第１７項に記載の方法。
２０ 構造物上でメツシユの巻きを戻し、かつ、
被覆されたバルブ金属のストリツプを巻きを戻し
たメツシユに冶金学的に接合して、メツシユに電
流を供給するための電流分配部材を付与する、特
許請求の範囲第１７項に記載の方法。
２１ 10乃至50メートルの間〓で電流分配ストリ
ツプをメツシユに接合する、特許請求の範囲第２
０項に記載の方法。
２２ ２個のメツシユのロールを並べて巻き戻
し、共通の横断する電流分配部材にて接続する、
特許請求の範囲第２０項に記載の方法。
２３ メツシユを設置する前に、ロールの巻きを
戻す方向に対して横断的に１以上の電流分配スト
リツプを構造物上に配置すること、構造物上でメ
ツシユの第１ロールの巻きを戻して、それを１個
以上の電流分配部材に接合すること、次に構造物
上でメツシユの第２ロールの巻きを戻して、それ
を１個以上の電流分配部材に接合することからな
る、特許請求の範囲第２２項に記載の方法。
２４ 電流分配ストリツプをメツシユのノードに
スポツト溶接する、特許請求の範囲第２０、２
１、２２または２３項に記載の方法。
２５ 構造物にドリルで穴をあけて、メツシユを
保持する締結具を挿入することにより、メツシユ
を構造物に固定する、特許請求の範囲第２０項に
記載の方法。
２６ メツシユと構造物の間、あるいは締結具と
構造物の間に接着剤を配することにより、メツシ
ユを構造物に固定する、特許請求の範囲第１７項
または第２５項に記載の方法。
２７ 固定する前にメツシユを構造物上で延伸す
ることを包含する、特許請求の範囲第１７項に記
載の方法。
２８ ２個以上のメツシユのロールを重なるよう
に並べて巻きを戻す、特許請求の範囲第２２項ま
たは第２７項に記載の方法。
２９ 構造物上の障害物周囲に合せて巻きを戻し
たメツシユの部分を切り取ることを包含する、特
許請求の範囲第１７項に記載の方法。
３０ メツシユの巻きを戻したロールの端部が、
メツシユの隣接部分と重なつて電気的に接続す
る、特許請求の範囲第２０項に記載の方法。
３１ メツシユの隣接部分を互いに溶接する、特
許請求の範囲第１７項に記載の方法。
３２ イオン導電性オーバーレイを配する前に、
構造物上の固定されたバルブ金属メツシユ上にセ
メントベースの接合グラウトを配する、特許請求
の範囲第１７項に記載の方法。
発明の分野
本発明は一般に橋床、駐車場床、桟橋（pier）
およびそのための支柱のようなスチール強化コン
クリート構造物用の陰極防食システムならびに斯
かるシステムの設置方法に関する。
発明の背景
コンクリート中の強化スチールの腐食に係る問
題は周知である。スチール強化は一般に橋床や駐
車場などのコンクリート構造物中で何年にもわた
り十分機能する。ポルトランドセメントのアルカ
リ性環境が、スチールの表面を腐食しない「不働
体」にするからである。しかしながら困つたこと
に、1960年代に道路塩の使用が激しく増大したこ
とならびに海岸付近での構築物の増大は、広範な
問題をもたらした。
この問題が発生したのは、防水塩や海水中に含
まれている塩素イオンや、新コンクリートに添加
された塩素イオンが、スチール表面を不働体状態
に保つコンクリートの能力を破壊することに由
る。塩素濃度はコンクリート立方メートル当り
0.6乃至0.8Kgが限界値であり、それを超えるとコ
ンクリート中のスチールは腐食し始める。腐食す
るとスチールは元の体積の2.5倍になり、周囲コ
ンクリートに引張り応力を加える。この応力がコ
ンクリートの引張り強さを超えると、クラツキン
グや剥離が進行する。腐食、凍結・融解および交
通荷重が継続すると、更に悪化して床に穴があく
のである。
コンクリート品質、施工方法、表面シーラー、
防水膜、被覆強化スチール、コンクリート添加剤
および腐食防止剤などの研究開発努力により、新
しい床構造物の状態は改善されてきた。特定の防
食システムを用いて構築された新しい橋床は寿命
が長くなり、維持補修問題はほとんどないことが
一般に認められている。しかし、1970年代中期以
前に建設された多数のコンクリート構造物は、大
部分にわたり塩汚染されていて、危険な速度で悪
化が進行している。塩に汚染されたコンクリート
を完全撤去せずにコンクリート中の腐食を止める
手段は、陰極防食だけであると認識されている。
陰極防食は、金属にDC電流を加えて陰極にす
ることにより、あるいは犠牲陽極を設置すること
により金属の腐食を減少乃至皆無にする。このよ
うにしてスチール表面に外部エネルギーを供給
し、それを電流受入れ陰極として機能させ、第一
鉄イオンの形成を防止するのである。陰極防食
は、1973年６月に初めて強化コンクリート床に適
用された。その時以来、知識や技術は改善された
が、強化スチールに電流を分配するため使用する
印加電流陽極は相変らず大きな壁であつた。陽極
は以下の諸性質を有しなければならないのであ
る。
１ 交通荷重および環境条件に耐える能力、
２ 設計寿命が摩耗する表面の寿命以上であるこ
と、
３ 周囲コンクリートが過早劣化を起さず、強化
スチールに良好な電流分配を与えるのに十分な
表面積、
４ 設置および維持が経済的に妥当であること。
歴史的には、３種の陽極がコンクリート橋床中
のスチールの陰極用に使用されてきた。導電性オ
ーバーレイ、溝切り非オーバレイおよび非導電性
オーバーレイを有する分散陽極（distriluted
anode）である。
導電性オーバーレイは最初に使用された陽極で
あり、今尚有用なシステムと考えられている。こ
の場合の陽極は代表的にはアスフアルト、冶金に
用いるコークス粉末および骨材の混合物を、電流
接触体として機能する高ケイ素鋳鉄と組み合せた
ものからなる。このシステムは床表面上に電流を
非常に均一に分配し、陽極表面積が大なので、下
部のポルトランドセメント上には陽極反応生成物
からの酸その他の化学的攻撃の徴候は認められな
い。しかしながら、このコークス−アスフアルト
オーバーレイは多数の例で構造的崩壊を示し、数
年で取換えねばならぬ制限があつた。また、オー
バーレイ下のコンクリートが不適切に空気を随伴
している際には凍結−融解劣化を起し、適正な気
泡システムの床にしか使用できぬ制限があつた。
溝切り（slotted）非オーバレイ陽極は、陽極
寿命と適用性を拡大し、且つ、橋床の死荷重およ
び高さを増大させないシステムを実現するため開
発された。このシステムでは、先ず床に約30−45
cm離れた平行な溝を切る。この溝に陽極表面とし
て機能する炭素と有機樹脂からなる「導電性グラ
ウト」混合物を満たす。この導電性グラウトの導
電性には限度があるので、白金めつきした金属や
炭素ストランド導体システムで電流を陽極に分配
する。この陽極は適正な強度および凍結−融解耐
性を示したが、表面積が小さいので、隣接するコ
ンクリートは陽極反応生成物の酸やガスの攻撃を
頻繁に受ける。また、溝が幅広く分離されている
ので、強化スチールへの電流の分配は理想的でな
い。電流接続に重複性がないため、クラツキング
その他の断線による破損もあつた。更にはこのシ
ステムは労力を多大に要し、設置が困難である。
イオン導電性オーバーレイによる分散陽極は溝
切りシステムに類似しているが、設置は容易であ
る。一変法では、導電性ポリマーグラウト陽極
を、白金めつきした金属線および炭素ストランド
の電流導体と共に既存床の表面上に直接配置し、
その上をラテツクス変性コンクリートまたは通常
コンクリートで被う。剛性の非導電性オーバレイ
は、床寿命を延長し、追加塩の浸透を遅らせ、下
部コンクリートに対する凍結−融解損傷を最小に
し、新しいスキツド抵抗性のライデイング
（riding）表面を付与するのが好適である。しか
し、このシステムにも、電流分配、酸やガスの攻
撃および冗長性の欠除に関しては溝切りシステム
と同じ欠点がある。
剛性のイオン導電性オーバーレイと共に使用す
る別種の陽極には、導電性埋めもどし材料を必要
としない可撓性のポリマー陽極材料を使用するも
のがある。これは連続ケーブルとして製造されて
大型メツシユに織られ、床上に配されて通常の剛
性オーバーレイで被われる。このシステムは設置
に要する時間は少くなるが、電流分配、酸やガス
の攻撃および重複性のない欠点が尚かつ存する。
このようなポリマー陽極は、米国特許第4473450
号および同第4502929号に記載されている。この
ポリマー陽極は、約20cm×40cmの空〓を有するメ
ツシユに織られて、商業的に提供されている。あ
る点でケーブルが破断すると、かなりの域にわた
つて陰極防食効果が損なわれる。また、ケーブル
の厚み（約８mm）は、薄いオーバーレイが望まし
い場合だけに制限を与える。
基礎構造上に使用するための第４タイプのシス
テムは比較的最近でたものであるが、陽極材料を
コンクリート表面上に直接塗布または散布するシ
ステムである。例えば、炭素充填塗料とマスチツ
クをコンクリートに塗布することができる。この
システムは大きな陽極面積を提供し、強化スチー
ルへの電流分配は理想的である。しかしながら、
抵抗値が高く、陽極材料が頻繁に剥離して寿命を
短くするので、白金メツキした電線または炭素ス
トランドの電流コネクターを追加する必要があ
る。
例えば、英国公開特許出願第2140456A号は、
導電性塗料をコンクリート表面に塗布して陽極フ
イルムを形成する導電性オーバーレイシステムに
つき記載している。白金メツキされたチタンまた
はニオブの主陽極が、陽極フイルムに電流を供給
するため各10−50メートル毎に配置され、実質的
に電流導入部として機能する。
溶射亜鉛の陽極も使用されてきた。（例えば米
国特許第4506485号を参照されたい。）亜鉛は自然
の電池陽極として機能し、従つてDC電力を供給
する必要がないと、はじめは考えられていた。し
かしながら、亜鉛の固定された自然電圧は低過ぎ
てコンクリート内の十分な距離にわたつて電流を
放出することができず、電力の供給と電流分配シ
ステムを尚必要とする。この問題は、亜鉛の膨脹
性腐食生成物からもたらされる問題と相俟つて、
橋上での犠牲陽極システムの使用を最小に留め
た。
亜鉛陽極を使用するシステムを除き、コンクリ
ート中の強化スチールを陰極防食処理するあらゆ
るシステムは、現在まで、電気化学的に活性な陽
極表面として炭素を使用してきた。炭素が先ず使
用されたのは、従来の陰極防食の陽極として広範
囲に使用されていたからであつた。炭素が使用さ
れた更なる理由は、コンクリートの陰極防食が非
常に低い電流密度すなわち非常に大きな陽極表面
積を必要とするからであつた。これは、陽極が低
費用でなければならぬことを意味し、炭素は比較
的安価である。
純粋の炭素はコンクリート内部での使用に適す
るような構造では入手できないので、有機樹脂、
熱可塑性ポリマー、塗料およびマスチツク中での
導電性フイラーとして炭素は使用された。この技
術は炭素の物理的形態を、コンクリートと組み合
せて使用できる形態にしたが、炭素の他の欠点は
残されたままである。炭素は金属に比べて電気伝
導度が低く、精巧な電流導体システムを必要とす
る。また、炭素は陽極としては熱力学的に不安定
であり、反応して二酸化炭素CO2、炭酸H2CO3お
よび炭酸塩HCO3 -、CO3 2-などポルトランドセメ
ントに対して有害な反応生成物を形成する。これ
らの反応は動力学的に遅いことは知られている
が、陽極寿命に及ぼす影響は重大である。コンク
リートなどの固体電解質と接触している際には、
酸化の量は僅かでも陽極−電解質界面を分断し、
電気接触を損う原因となるからである。炭素は電
気化学活性に乏しい陽極である。炭素陽極の単極
電位は、塩化物汚染コンクリート中で操作する際
には比較的高く、塩素ガスCl2や次亜塩素酸塩
ClOを放出する。これらの反応生成物はおそらく
コンクリートには有害ではないが、強い酸化剤な
ので使用する有機結合剤と反応し、やはり陽極寿
命に問題を起すのである。
要するに、現在まで使用されている陽極のなか
で、コンクリート中のスチールの陰極防食に望ま
れる全ての性質を有しているものはない。経済的
に妥当と思われるものも多数あるが、陽極に隣接
するコンクリートの劣化を防止するために十分な
面積に欠けるものも多数あり、理想的な電流分配
をもたらさぬものも多数あり、陽極寿命に関して
は全てのものが深刻な問題を提起している。亜鉛
陽極は酸化されて酸化亜鉛になり、これが陽極−
コンクリート界面を分離する。炭素を含有する陽
極は全て高い単極電位で作動し、塩素、酸および
二酸化炭素等隣接コンクリートおよび炭素を結合
させるため用いた有機マトリツクスに時として損
傷を与える可能性ある生成物を発生する。
バルブ金属基材を有する電気化学的に活性な陽
極は既知であり、多数の用途とくに塩素、塩素酸
塩および次亜塩素酸塩の生産ならびに金属採取プ
ロセスにおける酸素陽極として良好に使用されて
きた。一般に、このような電極は費用の点から
「高」電流密度用たとえば水銀電解槽での塩素製
造の６−10KA／m2あるいはイオン交換膜電解槽
での３−5KA／m2用に特に有利である。このよ
うな電極は陰極防食にも提案されているが、この
分野での用途は限られたものでしかなかつた。代
表的な一陰極防食配列体では、白金めつき銅−チ
タン芯の線を使用して金属構造物を防食する。
PCT出願WO80／01488は、白金めつき線を絶縁
ロープの周囲に巻きつけた配列体につき記載して
いる。英国特許出願第2000808A号は、従来の白
金めつきした線または棒を、ＵまたはＶ字型スパ
イン（spine）上に陽極活性材料を有するみぞ切
りバルブ金属ストリツプで置き換えることを提案
している。
白金めつきバルブ金属メツシユも、ある種の構
造物の陰極防食用に提案された。例えば
「Corrosion179」論文番号194を参照されたい。
この論文は、１−15ミクロンの白金層で被覆され
た0.05m2未満の剛性チタンエキスパンデツドメツ
シユの使用につき記載しており、該メツシユは
2.15A／ｄm2の電流密度をとり得る。これは、炭
素質裏込めを含有する地床内での分離陽極
（discrete anode）として使用された。0.5m2まで
の総括面積を有するこの種の剛性陽極メツシユ
は、遠隔構造物の防食用分離電極として提案され
ていた。
米国特許第4519886号は、金属構造物の陰極防
食用の線状陽極構造体につき記載している。この
構造体は、電力供給ケーブルに沿い間隔をおいて
配置され且つ該ケーブルに接続された、複数の円
筒状陽極セグメントからなる。この円筒状陽極セ
グメントは、エキスパンデツドチタンを曲げてそ
の形状にし、混合金属酸化物を被覆したものであ
る。
他の陰極防食用に提案されたものを含め、既知
の被覆バルブ金属電極はいずれもコンクリート構
造物の陰極防食用に適当でないことが明らかであ
ろう。特にこの陽極の設計では、本用途における
設置には不適当であり、設置費用は禁止的な値に
なるであろう。
発明の開示
請求の範囲に示す本発明の主たる一特徴は、印
加電流陽極をコンクリート構造物上のイオン導電
性オーバーレイ中に埋置した、新規な陰極防食処
理されたスチール強化コンクリート構造物におい
て、該陽極が、バルブ金属ストランドのネツトワ
ークにより定められる空隙形状を有するバルブ金
属メツシユの１以上のシートからなることを特徴
とする新規な陰極防食スチール強化コンクリート
構造物である。各メツシユのストランドは多数の
ノードで連結されて、メツシユを経由する電流搬
送路に重複性を付与し、個々のストランドが多数
破断した場合にも電流がメツシユに全体に分配さ
れるようにする。バルブ金属メツシユの表面は電
気化学的に活性な被覆を担持する。更に陽極は、
バルブ金属メツシユに電流を供給するための電流
分配部材を１以上含有する。バルブ金属メツシユ
のシート（単数または複数）は、防食対象構造物
の全面積にわたり実質上連続的に伸長し、互いに
垂直な二方向においてメツシユ空隙の最大寸法の
２倍より大なる（隣接する２メツシユシート間
の）不連続域を有しない。換言すれば、障害物な
どのために防食処理されてない開口部を除く、防
食対象の構造物全域は、一枚のメツシユまたは互
いに密に近接した数枚のメツシユにより被覆され
る。
メツシユは、最大厚み0.125cmのエキスパンデ
ツドバルブ金属、代表的にはエキスパンデツドチ
タンのシートからなることが好ましく、該メツシ
ユは倍率10倍以上、好ましくは15乃至30倍の倍率
で拡張されたものである。斯かる拡張は、実質的
にダイヤモンド形状の空隙と、メツシユ平方メー
トル当り約500乃至2000個のノードで相互連結さ
れたバルブ金属ストランドの連続ネツトワークを
付与する。このようなメツシユは高度に可撓性で
あつて、ダイヤモンド形状の長路に平行な軸の周
りに便宜上コイル巻きされた長尺シートにするこ
とができる。コイル巻きされ、高度に拡張された
バルブ金属メツシユおよびその製造方法に関する
更に詳細な事項は、出願（参照E00182−02A＆
Ｂ）に記載されており、その内容を引用する。
高度に拡張されたバルブ金属メツシユのシート
を使用する代りに、例えば溶接により六角形すな
わちハニカム形状に相互連結されたバルブ金属リ
ボンで製作したバルブ金属メツシユを使用するこ
とも可能である。このような複合メツシユは、エ
キスパンデツドメツシユに対して前述したものと
同じ寸法要求および形状要求に合致するものでな
ければならない。
各電流分配部材は、メツシユにおけるものと同
一の電気化学的に活性な被覆で被われたバルブ金
属のストリツプが好ましく、メツシユに冶金学的
に接合される。駐車場床や橋床など多数の設置物
において、メツシユに適正な電流密度を付与する
よう計算して、約10乃至50メートルの間隔で電流
分配ストリツプをメツシユに接合するのが有利で
ある。このような設置の際には、バルブ金属メツ
シユの２以上のシートを横切つて伸長する、例え
ば２個のロールを並べて巻きを戻した２枚の長い
メツシユのシートを横切つて伸長する共通の電流
分配ストリツプを、該シートに接合させることが
費用の節約ともなり、かつまた便利でもある。
電流分配ストリツプをメツシユのノードにスポ
ツト溶接するのが最も有利である。このスポツト
溶接は、適当に薄い電解触媒被覆で被われたメツ
シユとストリツプの相面する表面上で行なうこと
ができる。
メツシユの各点は、構造物中のドリル孔に挿入
された締結具によりコンクリートに固定される。
イオン導電性オーバーレイの適用前にメツシユを
構造物に固定する別手段も、接着剤の使用を含め
て可能である。この点については、設置方法と関
連して更に詳細に説明する。
２枚の並んだ長尺シートの縁部を重ねて組立時
の固定点の数を減らしたり、重ねると電気接続す
るよう設計された端部を重ねるなど、２以上のメ
ツシユシートを互いに重ね合せてもよい。しかし
ながら、各シートが電流分配部材で合体される場
合には、シート同志は接触関係にあつてはなら
ず、メツシユのダイヤモンド形状孔の最大寸法
（LWD）にほぼ相当する距離までの間隔をあけて
配置される。
また、一枚以上のメツシユが、駐車上床の排水
設備など構造物上の障害物や電流分配部材を電源
に接続するため床に通した孔の周りに切り取り部
を有することがある。
隣接するメツシユシートを直接溶接したり、連
結ストリツプを介して溶接することも可能ではあ
るが、通常は好ましくない。
大部分の構造物では、イオン導電性層は、例え
ば一度に注入した約３−６cm厚みのポルトランド
セメントあるいはポリマー変性コンクリートであ
る。通常、オーバーレイに先立ち、接合グラウト
すなわち大きな骨材を含まぬ別個のセメント−ベ
ースのグラウトが施される。このグラウトは、混
合されて表面上に注がれ、オーバーレイの直前に
メツシユにはけ塗りされる。
本発明の陰極防食処理された構造物は、好まし
くは、電流分配部材に接続され且つメツシユスト
ランドの表面積m2当り100mAまでの電流密度で
陰極防食電流を、連続電流あるいは断続電流とし
て供給するよう配列された電源を有する。
構造物が一連の相並んだ長尺メツシユシートで
被れたコンクリート床であつて、共通の電流分配
ストリツプがシートを横切つて伸長している場
合、その電流分配ストリツプを、床下の修繕等の
ために接近が容易な位置に配置された電源に、床
内の孔を経由して伸長させるのが便利である。
防食処理される構造物は、例えば円柱であつて
もよく、メツシユとイオン導電性オーバーレイで
包み込む。この場合の電流分配部材は円柱上に垂
直に配されるストリツプであり、メツシユは、ほ
とんどあるいは全く重複なく円柱の周りを包むよ
うな寸法に裁断された１以上のシートである。
本発明は、被覆されたバルブ金属メツシユ表面
上での酸素の発生に有効な、ストランド表面積m2
当り100mA未満の電流密度で、バルブ金属メツ
シユに連続もしくは断続電流を供給することによ
り前記の構造物に陰極防食を施す方法にも関す
る。この電流密度は、強化スチールの近傍に適当
に参照電極を分布させて定期的にスチールの腐食
電位を測定し、防食に望ましい電位にスチールを
維持するよう操作電流密度を設定することにより
確立することができる。
参照電極も、電解触媒被覆を施したバルブ金属
メツシユで製作するのが非常に有利である。しか
しながら、この参照電極は比較的小さいものであ
つて、例えば幅約１−３cm×長さ２−10cmであ
り、好ましくは極めて剛性の通常バルブ金属メツ
シユで製作される。これらの参照電極は、スチー
ル強化材と同水準のコンクリート構造物内の凹所
に水平に置かれ、スチールから水平に約２−３cm
隔てて配される。この位置だと参照電極は好まし
くも電界内に位置を占め、スチール周囲腐食環境
の代表的電解質組成に露出される。大部分の構造
物ではスチールはコンクリート表面下約３乃至10
cmに位置する。代表的には、陽極メツシユの約
500m2域ごとに１乃至２の参照電極を配列する。
参照電極上の電解触媒被覆は陽極メツシユ上のそ
れと同一であるか、あるいは正確な参照電位で酸
素を発生するよう選択された特殊な配合を被覆し
てもよい。これらの被覆されたバルブ金属参照電
極は、今日まで使用されている参照電極よりもか
なりの利点を有する。例えば、この参照電極の電
位は、銀／塩化銀および銅／硫酸銅の参照電極の
場合のように、電解質内で大幅に変化するイオン
種濃度に依存しない。また、この電位は、モリブ
デン／酸化モリブデン参照電極の場合のように、
電極表面の反応により変化を受けない。
これまで説明してきた本発明の陰極防食システ
ムは下記の諸利点を有する。
−非腐食性バルブ金属（チタン）の使用。このシ
ステムは炭素や腐食性金属たとえば銅を使用しな
い。
−使用時の被覆陽極からは酸素しか発生しない。
活性塩素は、それ自身長期有害効果を有するが、
他のタイプの陽極では発生しても、本発明の陽極
では発生しない。
−イオン導電性オーバーレイ内での電気接続に
は、全て冶金学的結合（溶接）が使用される。コ
ンクリート内部には機械的接続や銅導電体はな
い。
−陽極のメツシユ構造が細かいので電流分配が均
一になる。
−陽極メツシユは、多電流路として機能する何千
という相互連結ストランドを有する。このため、
構造物内の応力または将来のコアリングによりス
トランドが何本か破断した際にも、システムは確
実に満足な作動を継続する。
−メツシユを電流分配部材に接続する場所には、
各メツシユシートごとに数個の溶接点を設けるこ
とができる。もつとも、１乃至２個あれば十分で
はある。
−高度に拡張されたメツシユなので低コストであ
ること、触媒担持量が低いことおよび設置が容易
であることなどにより、このシステムは非常に費
用効果にすぐれたものである。
また、本発明で使用する電解触媒被覆は、陽極
が非常に低い単極電位で作動し、陰極防食用途で
は20年以上の寿命が期待されるようなものであ
る。今日までコンクリート中スチールの陰極防食
に使用されている他の陽極とは異なり、完全な寸
法安定性を有し、塩化物汚染コンクリートから二
酸化炭素や塩素を発生させることがない。更に
は、陽極反応から発生する酸が周囲コンクリート
に有害でないほど十分な表面積を有する。
請求の範囲に示す本発明の主な別特徴は、被覆
されたバルブ金属電極を、スチール強化コンクリ
ート構造物の陰極防食システムにおける印加電流
陽極として設置する新規な方法である。
この新規な方法においては、先ずバルブ金属メ
ツシユの可撓性シートを準備する。このメツシユ
は、多数のノードで連結されたバルブ金属ストラ
ンドのネツトワークからなり、このネツトワーク
はメツシユを経由する電流搬送路に重複性を与
え、個々のストランドが多数破断した場合にもメ
ツシユ全体に隈なく有効電流を分配する。このバ
ルブ金属メツシユは、前述のように表面上に電気
化学的に活性な被覆を有し、ある形状の空隙を有
する高度に拡張されたバルブ金属のシートからな
ることが大いに好ましい。選択により、このコイ
ル巻きされたメツシユに１以上のバルブ金属電流
分配部材を冶金学的に接合し、該部材をロール軸
に対し一般に平行に伸長させてもよい。別法とし
て、現場のメツシユすなわち巻きを戻したメツシ
ユに電流分配部材を接合してもよい。
本発明による設置方法の基本原理は、被覆され
たバルブ金属メツシユの１以上のロールの巻きを
戻し、防食対象のコンクリート構造物の形状に一
致させて設置し、バルブ金属メツシユを構造物に
固定し、固定されたバルブ金属メツシユをイオン
導電性オーバーレイ内に埋置することである。
前述のように、電流分配部材は、ロール巻きさ
れたメツシユすなわち設置前のメツシユに冶金学
的に接合される。これは、支柱など比較的小さな
コンクリート構造物に適している。このような電
流分配部材は、メツシユの被覆前にメツシユに溶
接してもよく、あるいは被覆メツシユの巻きを戻
してある寸法に切断したあと、該メツシユを構造
物に設置する前に現場で溶接することもできる。
しかしながら、大部分の大型構造物に関して
は、予備被覆したバルブ金属ストリツプを、構造
物上で巻きを戻したあとのメツシユに、例えば該
ストリツプを巻きを戻したメツシユに現場でスポ
ツト溶接して冶金学的に接合させるのが非常に有
利であると判明した。続いてこの現場溶接された
ストリツプをメツシユに電流を供給するための電
流分配部材として使用するのである。
橋床や駐車場床などの大型構造物に対して好適
な設置方法は、２以上のメツシユのロールを並べ
てその巻きを戻し、次に並んだメツシユを横切つ
て伸長する共通の電流分配横断ストリツプでメツ
シユを電気的に接続する方法である。この方法
は、防食対象の一般に平らな構造物上に電流分配
ストリツプを配置させる場合に有利である。被覆
されたバルブ金属のストリツプは、システムの電
流搬送能力が所望の値になるよう計算された適当
な距離、代表的には15乃至50メートル範囲内の間
隔で配置される。このストリツプは、ロールの巻
きを戻す方向に対して横に置かれる。続いて第一
ロールの巻きを戻し、メツシユを構造物に固定す
る前あるいは固定したあと（この方が好ましい）、
メツシユをそのノードで横断ストリツプにスポツ
ト溶接する。次にメツシユの第二ロールの巻きを
戻して横断ストリツプに溶接し、全構造物が被れ
るまでこれを続ける。
別法として、特に垂直表面、変形形状の構造物
および下方に面する表面に対しては、先ず地上で
メツシユの巻きを戻す。次に電流分配ストリツプ
を溶接し、メツシユのシートを適当な寸法に切断
し、もし適当ならば溶接で接合する。次に電流分
配部材を付けたメツシユを構造物の表面に貼りつ
け、この構造物の形状に合せる。この操作は、曲
面の周りの包み込み、隅部周囲での曲げ、メツシ
ユをそれ自身の面で、例えばらせん表面に適合す
るよう曲げること、およびメツシユを適当な手段
で固定する前に必要に応じメツシユを延伸するこ
とを包囲する。
種々の構造物に対しメツシユを構造物にうまく
固定させる方法はいろいろと実施されてきた。一
方法は、コンクリートにドリルで穿孔し、メツシ
ユをしつかりと下部に保持する適当な形状の締結
具を挿入する方法である。別法では、接着剤によ
り、例えばメツシユのノードにホツトメルト接着
剤を塗布し、例えばPTFE被覆のスチールヒート
シンクを用いてメツシユを表面に保持してメツシ
ユを固定する。このようにキユアされたホツトメ
ルト接着剤は約10秒で硬化する。別法として、メ
ツシユノードの下表面にエポキシでスナツプクリ
ツプを固定する方法がある。エポキシの硬化後、
丁番的に取り付けられたクリツプの頂部をパチン
と下してメツシユを固定するのである。ある場所
ではドリル穿孔と締結具の挿入を行ない、他の場
所では接着剤を使用するなど、これらの方法を組
み合せることも可能である。
固定の前に、平面性を改善するため、特にふく
らみを無くすため、巻きを戻したメツシユを縦お
よび／または横に延伸させることが好ましい。一
般に縦方向に正常SWD寸法の約10％まで延伸さ
せても全く妥当である。
横断する電流分配ストリツプが存在するので、
隣接メツシユの側面を互いに接触させたり、溶接
したりする必要はない。実際、約1LWDまで間隔
があいても全く良好である。それにもかかわら
ず、メツシユの締結点を多数必要とする構造物、
たとえば表面が平らでない構造物や、構造的な理
由でイオン導電性オーバーレイを非常に薄くしな
ければならない構造物に対しては、隣接メツシユ
の側面を若干重ねることも適切である。このよう
にすると、固定点の必要数が減少する。
大きな床面には、数個のメツシユロールをひろ
げ、並べて配置する。この表面の幅は、通常、ロ
ールを適当な間隔で配することにより（通常、望
ましい最大間隔はメツシユの1LWD寸法である）、
あるいはロールを互いにくつつけることにより、
あるいは適当な幅で重ねることにより、所与数の
ロールでうめることができる。このため、メツシ
ユの特殊縁部ストリツプで合せるなどの高価な操
作を必要としない。
駐車場床の排水設備など障害物がある構造物の
場所で、その障害物の周囲に合せるため、メツシ
ユの一部を切り取ることは比較的簡単である。こ
れは簡単なワイヤカツターを用いて現場で実施す
ることができる。
メツシユロール１個の長さを超える長い構造物
に対しては、巻きを戻した一方のメツシユの端部
を次のロールの隣接部に重ねて電気接続を付与
し、あるいは両隣接部を互いに溶接し、あるいは
この目的のための溶接ストリツプに連結すること
ができる。これは、端部の長さが、自身の横断電
流分配ストリツプに接続するには不十分である際
のみ必要である。重ねにより電気接続させる際に
は、重なり部分を下の表面にしつかりと固定する
ことが有利である。
メツシユロールが壁などにはい上る構造物の最
端部でも、メツシユの端部が壁に対して曲がり、
必要に応じて縁取りできるような長さにメツシユ
を切断することは簡単なことである。
大部分の構造物では、イオン導電性層は約３−
６cm厚みの、スプレーなどにより一度に施こした
ポルトランドセメントコンクリートまたはポリマ
ー変性コンクリートからなる。通常、オーバーレ
イに先立ち接合グラウトすなわち大きな骨材を含
まぬ別のセメント−ベースのグラウトが施され
る。このグラウトは、混合され、表面上に注が
れ、オーバーレイの直前にはけぬりされる。
構造的またはその他の理由で薄いオーバーレイ
が必要な場合には、イオン導電性オーバーレイを
薄い数層にわけて施すことができる。メツシユは
実質的に第一層内に埋置される。例えば90％以上
のメツシユが被われる。この点でメツシユの突出
部分を識別し、次の層を施すまえにそれらを平ら
にしたり縁取りすることができる。代表的には
0.125cmまでの厚みのストランドを使用する本発
明の利点は、ストランドが６mmほどの薄いオーバ
ーレイ中で効果的に使用できることである。これ
は他の既知システムでは効果的に達成され得ない
ことである。
前述のように、本発明による陰極防食システム
の設置方法は多数の利点を有する。この設置方法
は実施が容易であり、多大な労力を要さず、種々
の形状および寸法の構造物に容易に適用できる。
便利なコイル形態のバルブ金属陽極メツシユを使
用することにより、防食対象の大面積構造物に迅
速に合せることができる。この細かい陽極メツシ
ユは、多数の電流路として機能する何千という相
互連結ストランドを提供する。このため、構造物
内の応力あるいは将来のコアリングでの応力によ
り何本かのストランドが破断した際にも、本シス
テムは確実に作動を継続するであろう。電流分配
部材の現場溶接は単純かつ便利であり、各メツシ
ユシートに数個所の溶接を付与することも容易で
ある。もつとも、１乃至２個所あれば十分ではあ
る。結局、メツシユの設置が容易なことと、触媒
低担持、高拡張メツシユの費用が安いことが相俟
つて、本システムは非常に費用効果にすぐれる。Claim 1: An applied current anode embedded in an ionically conductive overlay on a concrete structure, the anode comprising one or more valve metals having a cavity of some shape defined by a network of valve metal strands. Consisting of a sheet of mesh, the strands of each mesh are connected by a number of nodes, giving redundancy to the current carrying path through the mesh, so that even if many individual strands break, the effective current can flow through the mesh as a whole. wherein the surface of the valve metal mesh carries an electrochemically active coating, and the one or more sheets of the valve metal mesh extend substantially continuously over the entire area of the structure to be protected. and does not have a discontinuous area larger than twice the maximum dimension of the mesh cavity in two directions perpendicular to each other, and the anode has one or more current distribution members for supplying current to the valve metal mesh. A cathodic-protected steel-reinforced concrete structure characterized by containing. 2 The mesh size is 10 times or more, preferably 15 to 30
At double magnification, the sky is practically diamond-shaped〓
and a sheet of expanded valve metal extended to provide a continuous network of valve metal strands interconnected at 500 to 2000 nodes per square meter of mesh. Structure. 3. said one or more current distribution members are strips of valve metal coated with an electrochemically active coating and metallurgically bonded to the mesh;
A structure according to claim 1. 4. A structure according to claim 3, in which a plurality of current distribution strips are joined to the mesh between 10 and 50 meters. 5. The structure of claim 3, wherein a common current distribution strip is joined to and extends across the seats of two or more valve metal meshes. 6. A structure according to claim 3, 4 or 5, wherein the current distribution strip is spot welded to a node of the mesh. 7 A fastener inserted into a drilled hole in a structure,
A structure according to claim 1, wherein the mesh is fixed to a concrete structure. 8. The structure according to claim 1, wherein two or more sheets of mesh overlap each other. 9. The structure of claim 1, wherein one or more sheets of mesh have a cutout that abuts an obstacle on the structure. 10. The structure of claim 1, wherein adjacent sheets of the mesh are welded together. 11. The structure of claim 1, wherein a cement-based adhesive grout is applied over the mesh and an ionically conductive overlay is applied thereon. 12. Structure according to claim 1, further comprising a power source connected to the current distribution member for supplying a cathodic protection current with a current density of up to 100 mA per m 2 of strand surface area. 13. A series of long, side-by-side meshes having a common current distribution strip extending across the sheet, characterized in that the common current distribution strip extends through holes in the floor to a power source located below the floor. 13. A structure according to claim 12, which is a concrete floor covered with a sheet. 14. The method of claim 1, further comprising one or more reference electrodes buried in the concrete near the steel to be protected, said reference electrodes being sheets of catalytically coated valve metal. Structures described. 15. The structure of claim 1 which is a concrete column wrapped with mesh and an ionically conductive overlay. 16. The structure according to claim 1, wherein the structure is a bridge floor, a parking lot floor, a pier, or a support therefor. 17. From a network of valve metal strands that are connected at a large number of nodes and that provide redundancy to the current carrying path through the mesh that distributes the effective current throughout the mesh even when many individual strands break. providing a roll of flexible sheet of valve metal mesh, the surface of the rolled valve metal mesh carrying an electrochemically active coating; unrolling the coated valve metal mesh;
Installing it according to the shape of the concrete structure to be protected against corrosion; Fixing the valve metal mesh to the structure;
and embedding a fixed valve metal mesh within an ionically conductive overlay. 18 The valve metal mesh has a substantially diamond-shaped void and a mesh per square meter, in a ratio of not less than 10:1, preferably from 15:1 to 30:1.
18. The method of claim 17, comprising a sheet of expanded valve metal expanded to provide a continuous network of valve metal strands interconnected at 500 to 2000 nodes. 19. The method of claim 17, wherein the one or more current distribution members are metallurgically bonded to the mesh before it is installed to the shape of the structure. 20 Unwind the mesh on the structure, and
18. The method of claim 17, wherein the strip of coated valve metal is metallurgically bonded to the unwound mesh to provide a current distribution member for supplying electrical current to the mesh. 21. Claim 2, in which the current distribution strip is joined to the mesh between 10 and 50 meters.
The method described in item 0. 22 Unwind two mesh rolls side by side and connect them with a common transverse current distribution member,
A method according to claim 20. 23. prior to installing the mesh, placing one or more current distribution strips on the structure transverse to the unwinding direction of the rolls, unwinding the first roll of the mesh on the structure; joining it to one or more current distribution members, then unwinding a second roll of mesh on the structure and joining it to one or more current distribution members. The method according to scope item 22. 24. Spot welding the current distribution strip to the nodes of the mesh, claim 20, 2.
23. The method according to item 1, 22 or 23. 25. The method of claim 20, wherein the mesh is secured to the structure by drilling holes in the structure and inserting fasteners that retain the mesh. 26. The method according to claim 17 or 25, wherein the mesh is fixed to the structure by disposing an adhesive between the mesh and the structure or between the fastener and the structure. 27. The method of claim 17, comprising stretching the mesh on the structure before fixing. 28. The method according to claim 22 or 27, wherein two or more mesh rolls are arranged in an overlapping manner and unwound. 29. The method of claim 17, comprising cutting a portion of the unrolled mesh around an obstruction on the structure. 30 The end of the roll after unwinding the mesh is
21. The method according to claim 20, wherein adjacent portions of the mesh are overlapped and electrically connected. 31. The method of claim 17, wherein adjacent portions of the mesh are welded together. 32 Before placing the ionically conductive overlay,
18. The method of claim 17, wherein a cement-based joint grout is placed over a fixed valve metal mesh on a structure. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to bridge decks, parking lot floors, piers.
and cathodic protection systems for steel-reinforced concrete structures, such as columns therefor, and methods of installing such systems. BACKGROUND OF THE INVENTION Problems with corrosion of reinforced steel in concrete are well known. Steel reinforcement generally performs well for many years in concrete structures such as bridge decks and parking lots. This is because the alkaline environment of Portland cement makes the steel surface a "passive body" that does not corrode. Unfortunately, however, the dramatic increase in the use of road salt during the 1960s, as well as the increase in construction near the coast, led to widespread problems. This problem arose because chlorine ions contained in waterproofing salts and seawater, as well as chlorine ions added to new concrete, destroyed the concrete's ability to keep the steel surface in a passive state. . Chlorine concentration per cubic meter of concrete
The limit value is 0.6 to 0.8 kg, beyond which the steel in the concrete begins to corrode. When corroded, the steel expands to 2.5 times its original volume and places tensile stress on the surrounding concrete. When this stress exceeds the tensile strength of concrete, cracking and peeling progress. Continuing corrosion, freezing/thawing, and traffic loads will further worsen the situation and cause holes in the floor. Concrete quality, construction method, surface sealer,
Research and development efforts such as waterproofing membranes, reinforced steel coatings, concrete additives and corrosion inhibitors have improved the condition of new floor structures. It is generally accepted that new bridge decks constructed with certain corrosion protection systems have a longer lifespan and fewer maintenance problems. However, many concrete structures built before the mid-1970s are largely salt-contaminated and are deteriorating at an alarming rate. It is recognized that cathodic protection is the only means of stopping corrosion in concrete without completely removing the salt-contaminated concrete. Cathodic protection reduces or eliminates corrosion of metals by applying a DC current to the metal, making it a cathode, or by installing a sacrificial anode. In this way, external energy is applied to the steel surface, causing it to act as a current-accepting cathode and preventing the formation of ferrous ions. Cathodic protection was first applied to reinforced concrete floors in June 1973. Since that time, knowledge and technology have improved, but the applied current anodes used to distribute current through reinforced steel remain a major hurdle. The anode must have the following properties: 1. Ability to withstand traffic loads and environmental conditions; 2. Design life is greater than or equal to the life of the surface to be worn; 3. Sufficient surface area to prevent premature deterioration of the surrounding concrete and to provide good current distribution to the reinforced steel. , 4. Installation and maintenance are economically reasonable. Historically, three types of anodes have been used for steel cathodes in concrete bridge decks. Distributed anodes with conductive overlays, grooved non-overlays and non-conductive overlays
anode). Conductive overlays were the first anodes used and are still considered useful systems. The anode in this case typically consists of a mixture of asphalt, metallurgical coke powder, and aggregate, combined with high silicon cast iron, which acts as a current contact. This system distributes the current very evenly over the bed surface, and because of the large anode surface area, there is no evidence of acid or other chemical attack from the anodic reaction products on the underlying Portland cement. However, this coke-asphalt overlay exhibited structural failure in numerous instances and had limitations requiring replacement within a few years. Also, when the concrete under the overlay is improperly entrained with air, freeze-thaw deterioration occurs, limiting its use to floors with proper aerated systems. Slotted non-overlay anodes have been developed to provide a system that extends anode life and applicability and does not increase dead load and height of the bridge deck. In this system, first about 30-45
Cut parallel grooves cm apart. The groove is filled with a "conductive grout" mixture of carbon and organic resin that serves as the anode surface. Because of the limited conductivity of this conductive grout, a platinized metal or carbon strand conductor system distributes the current to the anode. Although this anode exhibited adequate strength and freeze-thaw resistance, due to its small surface area, the adjacent concrete was frequently attacked by the acids and gases of the anodic reaction products. Also, because the grooves are widely separated, the distribution of current to the reinforced steel is not ideal. Due to the lack of redundancy in current connections, damage was also caused by cracking and other disconnections. Additionally, this system is labor intensive and difficult to install. Distributed anodes with ionically conductive overlays are similar to grooving systems, but are easier to install. In one variant, a conductive polymer grout anode is placed directly on the surface of the existing floor with current conductors of platinized metal wire and carbon strands;
Cover it with latex-modified concrete or regular concrete. A rigid, non-conductive overlay is preferred to extend floor life, retard the penetration of additional salt, minimize freeze-thaw damage to the underlying concrete, and provide a new skid resistant riding surface. . However, this system suffers from the same drawbacks as the grooving system with respect to current distribution, acid and gas attack, and lack of redundancy. Another type of anode for use with a rigid ionically conductive overlay is one that uses a flexible polymeric anode material that does not require a conductive backfill material. It is manufactured as a continuous cable, woven into a large mesh, placed on the floor and covered with a conventional rigid overlay. Although this system requires less time to install, it still suffers from current distribution, acid and gas attack, and non-redundant drawbacks.
Such a polymer anode is described in U.S. Pat. No. 4,473,450
No. 4502929. This polymer anode is provided commercially woven into a mesh having an opening of approximately 20 cm x 40 cm. If the cable breaks at some point, cathodic protection is lost over a significant area. Also, the cable thickness (approximately 8 mm) is limiting only if a thin overlay is desired. A fourth type of system for use on substructures, which is relatively new, is a system in which the anode material is applied or spread directly onto the concrete surface. For example, carbon-filled paints and mastics can be applied to concrete. This system offers a large anode area and current distribution to the reinforced steel is ideal. however,
Due to the high resistance and frequent delamination of the anode material, which shortens life, it is necessary to add platinum-plated wire or carbon strand current connectors. For example, UK published patent application no. 2140456A:
A conductive overlay system is described in which a conductive paint is applied to a concrete surface to form an anodic film. Main anodes of platinized titanium or niobium are placed every 10-50 meters to supply current to the anode film, essentially serving as current introduction points. Sprayed zinc anodes have also been used. (See, eg, US Pat. No. 4,506,485.) It was initially thought that zinc would act as a natural battery anode, and thus would not require DC power. However, the fixed natural voltage of zinc is too low to radiate current over a sufficient distance within the concrete, still requiring a power supply and current distribution system. This problem, combined with the problems posed by the expansive corrosion products of zinc,
The use of sacrificial anode systems on the bridge was kept to a minimum. With the exception of systems using zinc anodes, all systems for cathodic protection of reinforced steel in concrete to date have used carbon as the electrochemically active anode surface. Carbon was first used because of its widespread use as an anode in conventional cathodic protection. An additional reason why carbon was used was because cathodic protection of concrete requires very low current densities and therefore very large anodic surface areas. This means that the anode must be low cost, and carbon is relatively cheap. Since pure carbon is not available in structures suitable for use inside concrete, organic resins,
Carbon has been used as a conductive filler in thermoplastic polymers, paints and mastics. Although this technology has brought carbon into a physical form that can be used in combination with concrete, other drawbacks of carbon remain. Carbon has poor electrical conductivity compared to metals and requires an elaborate current conductor system. Additionally, carbon is thermodynamically unstable as an anode and can react to produce carbon dioxide, CO 2 , carbonate H 2 CO 3 and carbonates HCO 3 - and CO 3 2- , which are harmful to Portland cement. form things. Although these reactions are known to be kinetically slow, their impact on anode life is significant. When in contact with solid electrolytes such as concrete,
Even a small amount of oxidation can disrupt the anode-electrolyte interface,
This is because it causes damage to electrical contact. Carbon is an anode with poor electrochemical activity. The monopolar potential of carbon anodes is relatively high when operating in chloride-contaminated concrete, and the monopolar potential of carbon anodes is relatively high when operating in chloride- contaminated concrete and
Releases ClO. Although these reaction products are probably not harmful to the concrete, they are strong oxidizing agents and will react with the organic binder used, again causing problems with anode life. In short, no anode in use to date has all the properties desired for cathodic protection of steel in concrete. Although many appear to be economically reasonable, many lack sufficient area to prevent deterioration of the concrete adjacent to the anode, many do not provide ideal current distribution, and many do not provide ideal current distribution, resulting in reduced anode life. All this raises serious questions. The zinc anode is oxidized to zinc oxide, which is the anode.
Separate the concrete interface. All carbon-containing anodes operate at high unipolar potentials and generate products such as chlorine, acid, and carbon dioxide that can sometimes damage the adjacent concrete and the organic matrix used to bond the carbon. Electrochemically active anodes with bulb metal substrates are known and have been successfully used as oxygen anodes in a number of applications, in particular chlorine, chlorate and hypochlorite production and metal extraction processes. In general, such electrodes are particularly advantageous from a cost standpoint for "high" current densities, such as 6-10 KA/m 2 for chlorine production in mercury electrolysers or 3-5 KA/m 2 in ion-exchange membrane electrolysers. It is. Such electrodes have also been proposed for cathodic protection, but their use in this field has been limited. In one typical cathodic protection arrangement, platinum-plated copper-titanium core wire is used to protect metal structures.
PCT application WO80/01488 describes an array of platinum-plated wire wrapped around an insulated rope. GB Patent Application No. 2000808A proposes replacing the conventional platinized wire or rod with a grooved valve metal strip having an anode active material on the U- or V-shaped spine. Platinized valve metal meshes have also been proposed for cathodic protection of certain structures. For example, see "Corrosion 179" paper number 194.
This paper describes the use of a rigid titanium expanded mesh of less than 0.05 m 2 coated with a 1-15 micron layer of platinum;
A current density of 2.15 A/dm 2 is possible. This was used as a discrete anode in a basement containing carbonaceous backfill. Rigid anode meshes of this type with a total area of up to 0.5 m 2 have been proposed as separation electrodes for corrosion protection of remote structures. US Pat. No. 4,519,886 describes a linear anode structure for cathodic protection of metal structures. The structure consists of a plurality of cylindrical anode segments spaced along and connected to a power supply cable. The cylindrical anode segment is made from expanded titanium bent into its shape and coated with a mixed metal oxide. It will be clear that none of the known coated valve metal electrodes, including those proposed for other cathodic protection applications, are suitable for cathodic protection of concrete structures. In particular, this anode design would be unsuitable for installation in this application and the installation costs would be prohibitive. DISCLOSURE OF THE INVENTION One principal feature of the claimed invention is a novel cathodic-protected steel-reinforced concrete structure in which an applied current anode is embedded in an ionically conductive overlay on the concrete structure. A novel cathodically protected steel reinforced concrete structure characterized in that the anode consists of one or more sheets of valve metal mesh having a void geometry defined by a network of valve metal strands. The strands of each mesh are connected at a number of nodes to provide redundancy to the current carrying path through the mesh and to ensure that current is distributed throughout the mesh even if multiple individual strands break. The surface of the valve metal mesh carries an electrochemically active coating. Furthermore, the anode is
Contains one or more current distribution members for supplying current to the valve metal mesh. The seat(s) of the valve metal mesh extends substantially continuously over the entire area of the structure to be protected and is greater than twice the maximum dimension of the mesh void in two directions perpendicular to each other (no two adjacent mesh sheets There is no discontinuous area (in between). In other words, the entire area of the structure to be protected against corrosion, excluding openings that are not protected against corrosion due to obstructions, etc., is covered with one mesh or several meshes closely spaced from each other. The mesh is preferably comprised of a sheet of expanded valve metal, typically expanded titanium, with a maximum thickness of 0.125 cm, and the mesh is expanded at a magnification of at least 10 times, preferably between 15 and 30 times. It is something. Such expansion provides a substantially diamond-shaped void and a continuous network of interconnected valve metal strands at approximately 500 to 2000 nodes per square meter of mesh. Such meshes are highly flexible and can be conveniently coiled into elongated sheets about an axis parallel to the length of the diamond shape. Further details regarding coiled, highly expanded valve metal meshes and methods of manufacture thereof can be found in the application (References E00182-02A &
B) and its contents are quoted here. Instead of using highly expanded valve metal mesh seats, it is also possible to use valve metal meshes made of valve metal ribbons interconnected in a hexagonal or honeycomb shape, for example by welding. Such composite meshes must meet the same dimensional and shape requirements as described above for expanded meshes. Each current distribution member is preferably a strip of valve metal coated with the same electrochemically active coating as on the mesh and is metallurgically bonded to the mesh. In many installations, such as parking lot floors and bridge decks, it is advantageous to connect current distribution strips to the mesh at intervals of approximately 10 to 50 meters, calculated to provide the mesh with a suitable current density. In such installations, a common valve metal mesh extending across two or more sheets of valve metal mesh, e.g. It is both cost saving and convenient to bond current distribution strips to the sheet. Most advantageously, the current distribution strips are spot welded to the nodes of the mesh. This spot welding can be carried out on opposing surfaces of the mesh and strip which are covered with a suitably thin electrocatalytic coating. Each point of the mesh is secured to the concrete by fasteners inserted into drilled holes in the structure.
Other means of securing the mesh to the structure prior to application of the ionically conductive overlay are also possible, including the use of adhesives. This point will be explained in more detail in connection with the installation method. Two or more mesh sheets can be stacked on top of each other, such as by stacking the edges of two side-by-side long sheets to reduce the number of fixing points during assembly, or by stacking edges that are designed to make an electrical connection when stacked. good. However, if the sheets are joined together by a current distribution member, the sheets should not be in contact with each other, but should be spaced apart by a distance that corresponds approximately to the maximum dimension (LWD) of the diamond-shaped hole in the mesh. Placed. Additionally, one or more of the meshes may have a cutout around a hole through the floor for connecting a structural obstruction or current distribution member, such as a parking floor drainage system, to a power source. Although it is possible to weld adjacent mesh sheets directly or through connecting strips, this is usually not preferred. In most structures, the ionically conductive layer is, for example, about 3-6 cm thick of Portland cement or polymer modified concrete poured at once. Typically, a joint grout, ie a separate cement-based grout without large aggregates, is applied prior to overlay. The grout is mixed and poured onto the surface and brushed onto the mesh immediately prior to overlay. The cathodic-protected structure of the invention is preferably connected to a current distribution member and adapted to supply a cathodic-protective current as a continuous or intermittent current with a current density of up to 100 mA per m 2 of surface area of the mesh strand. It has an array of power supplies. If the structure has a concrete floor covered by a series of long, side-by-side sheets of mesh, with a common current distribution strip extending across the sheets, the current distribution strip may be used for subfloor repairs, etc. It is convenient to extend the power supply through a hole in the floor to a power source located at a location where it is easily accessible. The structure to be anti-corrosion treated can be, for example, a cylinder and is encased in a mesh and an ionically conductive overlay. The current distribution member in this case is a strip placed vertically on the cylinder, and the mesh is one or more sheets cut to size to wrap around the cylinder with little or no overlap. The present invention provides a strand surface area m 2 effective for oxygen evolution on the coated valve metal mesh surface.
The present invention also relates to a method for cathodic protection of such structures by supplying a continuous or intermittent current to the valve metal mesh at a current density of less than 100 mA per hour. This current density shall be established by periodically measuring the corrosion potential of the steel by appropriately distributing reference electrodes in the vicinity of the reinforced steel and setting the operating current density to maintain the steel at the desired potential for corrosion protection. I can do it. It is very advantageous for the reference electrode to also be made of a valve metal mesh with an electrocatalytic coating. However, this reference electrode is relatively small, for example about 1-3 cm wide by 2-10 cm long, and is preferably made of a very rigid conventional bulb metal mesh. These reference electrodes are placed horizontally in a recess in the concrete structure at the same level as the steel reinforcement, approximately 2-3 cm horizontally from the steel.
placed apart. In this position, the reference electrode is preferably located within an electric field and exposed to an electrolyte composition typical of a steel surrounding corrosive environment. In most structures, the steel is approximately 3 to 10 degrees below the concrete surface.
Located in cm. Typically, the anode mesh is approximately
Arrange one or two reference electrodes for every 500m2 area.
The electrocatalyst coating on the reference electrode may be the same as that on the anode mesh, or it may be coated with a special formulation selected to generate oxygen at a precise reference potential. These coated valve metal reference electrodes have considerable advantages over reference electrodes used to date. For example, the potential of this reference electrode does not depend on ionic species concentrations that vary widely within the electrolyte, as is the case with silver/silver chloride and copper/copper sulfate reference electrodes. This potential can also be
Not affected by reactions on the electrode surface. The cathodic protection system of the invention described so far has the following advantages. - Use of non-corrosive valve metal (titanium). This system does not use carbon or corrosive metals such as copper. - Only oxygen is generated from the coated anode during use.
Although activated chlorine has its own long-term harmful effects,
Although it occurs with other types of anodes, it does not occur with the anode of the present invention. - All electrical connections within the ionically conductive overlay use metallurgical bonding (welding). There are no mechanical connections or copper conductors inside the concrete. -The fine mesh structure of the anode ensures uniform current distribution. - The anode mesh has thousands of interconnected strands that act as multiple current paths. For this reason,
Even if some strands break due to stresses within the structure or future coring, the system will continue to operate satisfactorily. - Where the mesh is connected to the current distribution member,
Several welding points can be provided for each mesh sheet. However, one or two is sufficient. - The system is very cost effective due to the low cost of the highly expanded mesh, low catalyst loading and ease of installation. Additionally, the electrocatalytic coating used in the present invention is such that the anode operates at a very low unipolar potential and is expected to have a lifespan of 20 years or more in cathodic protection applications. Unlike other anodes used to date for cathodic protection of steel in concrete, it is completely dimensionally stable and does not generate carbon dioxide or chlorine from chloride-contaminated concrete. Additionally, there is sufficient surface area so that the acid generated from the anodic reaction is not harmful to the surrounding concrete. A principal additional feature of the claimed invention is a novel method of installing coated valve metal electrodes as applied current anodes in cathodic protection systems for steel reinforced concrete structures. In this new method, a flexible sheet of valve metal mesh is first prepared. This mesh consists of a network of valve metal strands connected at a number of nodes, which provides redundancy in the current carrying path through the mesh, and even if many individual strands break, the entire mesh remains intact. Distributes effective current everywhere. It is highly preferred that the valve metal mesh comprises a highly expanded sheet of valve metal with an electrochemically active coating on its surface and a shaped void as described above. Optionally, one or more valve metal current distribution members may be metallurgically bonded to the coiled mesh and extend generally parallel to the roll axis. Alternatively, the current distribution member may be bonded to an in-situ or unwound mesh. The basic principle of the installation method according to the invention is that one or more rolls of coated valve metal mesh are unwound and installed in accordance with the shape of the concrete structure to be protected, and the valve metal mesh is fixed to the structure. , embedding a fixed valve metal mesh within an ionically conductive overlay. As previously mentioned, the current distribution member is metallurgically bonded to the rolled or pre-installed mesh. This is suitable for relatively small concrete structures such as columns. Such current distribution members may be welded to the mesh before it is coated, or they may be welded in the field after the coated mesh has been unrolled and cut to size and before the mesh is installed in the structure. You can also do that. However, for most large structures, the pre-coated valve metal strip can be spot welded to the unwound mesh on the structure, such as by spot welding the strip to the unwound mesh on the structure. It has been found to be very advantageous to join the This field welded strip is then used as a current distribution member for supplying current to the mesh. The preferred installation method for large structures such as bridge decks and parking decks is to place two or more rolls of mesh side by side, unwrap them, and then run a common current distribution transverse strip extending across the side-by-side mesh. This is a method of electrically connecting meshes. This method is advantageous when placing current distribution strips on generally flat structures to be protected. The coated valve metal strips are spaced at appropriate distances, typically in the range of 15 to 50 meters, calculated to provide the desired current carrying capacity of the system. This strip is placed transversely to the direction of unwinding the roll. The first roll is then unwound, either before or after (preferably) securing the mesh to the structure.
Spot weld the mesh to the transverse strip at that node. The second roll of mesh is then unwound and welded to the transverse strip, continuing until the entire structure is covered. Alternatively, the mesh is first unrolled on the ground, particularly for vertical surfaces, irregularly shaped structures and downward facing surfaces. The current distribution strips are then welded and the sheets of mesh are cut to size and joined by welding if appropriate. Next, the mesh with the current distribution member attached is pasted on the surface of the structure and adjusted to the shape of the structure. This operation includes wrapping around curved surfaces, bending around corners, bending the mesh in its own plane, e.g. to fit a helical surface, and modifying the mesh as necessary before fixing the mesh by suitable means. Stretching and enclosing. Various methods have been used to successfully secure meshes to various structures. One method is to drill into the concrete and insert suitably shaped fasteners that hold the mesh firmly underneath. Alternatively, the mesh is secured by adhesive, such as by applying hot melt adhesive to the nodes of the mesh and holding the mesh to the surface using, for example, a PTFE-coated steel heat sink. The hot melt adhesive cured in this way hardens in about 10 seconds. An alternative method is to secure the snap clips with epoxy to the underside of the mesh node. After the epoxy cures,
The mesh is secured by snapping down the top of the hinged clip. It is also possible to combine these methods, such as drilling and inserting fasteners in some locations and using adhesives in others. Prior to fixing, the unrolled mesh is preferably stretched longitudinally and/or transversely in order to improve its flatness, in particular to eliminate bulges. It is generally quite reasonable to stretch the film in the longitudinal direction to about 10% of the normal SWD dimension. Since there is a current distribution strip across the
There is no need for the sides of adjacent meshes to touch each other or be welded together. In fact, spacing up to about 1LWD is perfectly fine. Nevertheless, structures that require a large number of connection points,
For example, for structures with uneven surfaces or where the ionically conductive overlay must be very thin for structural reasons, it may also be appropriate to slightly overlap the sides of adjacent meshes. In this way, the required number of fixation points is reduced. Spread out several mesh rolls on a large floor and arrange them side by side. The width of this surface is usually determined by appropriately spacing the rolls (usually the desired maximum spacing is 1LWD dimension of the mesh).
or by sticking the rolls together;
Alternatively, by overlapping them with an appropriate width, a given number of rolls can be used. This eliminates the need for expensive operations such as mating with special edge strips of the mesh. It is relatively easy to cut out a portion of the mesh to fit around the obstruction at the location of a structure where there is an obstruction, such as a drainage system on the floor of a parking lot. This can be done in the field using simple wire cutters. For long structures that exceed the length of a single mesh roll, the unwound end of one mesh may be overlapped with the adjacent end of the next roll to provide an electrical connection, or both adjacent ends may be welded together. or can be connected to a welded strip for this purpose. This is only necessary if the end length is insufficient to connect to its own transverse current distribution strip. When electrical connections are made by overlapping, it is advantageous to securely fasten the overlapping portions to the underlying surface. Even at the very end of a structure where the mesh roll climbs up a wall, the end of the mesh roll will bend against the wall.
It is a simple matter to cut the mesh to a length that can be hemmed if necessary. In most structures, the ionically conductive layer is about 3-
Consists of 6 cm thick Portland cement concrete or polymer modified concrete applied in one go, such as by spraying. Typically, a joint grout, ie, another cement-based grout without large aggregates, is applied prior to the overlay. This grout is mixed, poured onto the surface, and brushed just before overlay. If a thin overlay is required for structural or other reasons, the ionically conductive overlay can be applied in several thin layers. The mesh is substantially embedded within the first layer. For example, more than 90% of the mesh is covered. At this point any protruding parts of the mesh can be identified and they can be flattened or edged before applying the next layer. Typically
An advantage of the present invention using strands up to 0.125 cm thick is that the strands can be effectively used in overlays as thin as 6 mm. This is something that cannot be effectively achieved with other known systems. As mentioned above, the method of installing a cathodic protection system according to the invention has a number of advantages. This installation method is easy to implement, does not require much effort, and can be easily applied to structures of various shapes and sizes.
The use of a valve metal anode mesh in convenient coil form allows for rapid adaptation to large area structures to be protected. This fine anode mesh provides thousands of interconnected strands that act as multiple current paths. This will ensure that the system will continue to operate even if some strands break due to stresses within the structure or in future coring. Field welding of the current distribution member is simple and convenient, and it is easy to apply several welds to each mesh sheet. However, one or two locations are sufficient. Ultimately, the ease of mesh installation, combined with the low cost of the low catalyst loading and highly expanded meshes, makes the system very cost effective.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は、本発明で使用する大幅に拡張された
バルブ金属メツシユのダイヤモンド形状単位を示
すものである。
第２図は、電流分配部材をLWDに沿つてメツ
シユノードに溶接したバルブ金属メツシユの一部
分である。
第３図は、メツシユノードの拡大図であり、ノ
ードの２倍の厚みを示す。
第４図は、スチール強化コンクリート床上での
設置方法を示す透視図である。
好適実施態様の説明
高度に拡張されたバルブ金属メツシユ陽極
バルブ金属メツシユの金属はチタン、タンタ
ル、ジルコニウムおよびニオブのいずれかであ
る。メツシユの好適金属には、元素金属それ自身
は勿論、これらの金属同志の合金、他の金属との
合金ならびにそれらの金属間混合物が包含され
る。凹凸性、耐食性および入手性の点で特に興味
がもたれるのはチタンである。金属シートを拡張
してメツシユにする場合のシート材料として有用
な金属は、ほとんど常に焼鈍された金属であろ
う。このような用途に使用できる焼鈍金属の代表
例は、グレードエチタン、すなわち低脆性の焼鈍
チタンである。低脆性なる特徴は、メツシユを金
属シートの拡張により調製する場合、シートが20
パーセントを超える伸びを有しなければならない
ため必要なのである。この伸びは、常温たとえば
20℃で測定した伸びであつて、厚み0.0635mm
（0.025インチ）の５cm（２インチ）シートで測定
した伸びパーセントである。伸びが20パーセント
未満の拡張用金属は、脆すぎるため拡張しても有
害なストランド破断が起り、有用なメツシユにす
ることができない。
ストランド破断防止の強化には、拡張に使用す
る金属は、約24パーセント以上の伸びを有し、か
つ、実質上常に約40パーセントを超えぬ伸びを有
するものが有利である。アルミニウムのような金
属は本発明のメツシユ用には考えていないし、有
用でもない。アルミニウムは耐食性に欠けるので
特に不適当である。有用金属に関しても焼鈍は重
要である。例えばタンタル金属は、焼鈍シートで
は37乃至40パーセント程度の伸びを期待できる
が、焼鈍されていない形態では、伸びが３乃至５
パーセントに過ぎないので金属メツシユの調製に
は全く使用できない。更には、合金にすると元素
金属の脆性を増加させるので適当な合金を注意深
く選択せねばならない。例えば、チタン−パラジ
ウム合金はグレード７合金として市販されていて
0.2重量パーセント程度のパラジウムを含有する
ものであるが、常温での伸びは約20パーセントを
超え、高価ではあるが特に焼鈍形態で使用するこ
とができる。更に合金を考慮する場合には、選択
される特定合金の腐食抵抗期待値も考慮される。
例えばグレードチタンでは、通常0.2重量パー
セントの鉄を含有するものが入手できる。しかし
ながら、秀れた耐食性を求めるならば、約0.05重
量パーセント未満の鉄を含有するグレードチタ
ンも入手可能である。一般にこの低鉄含量金属
は、耐食性が高いため、多数の用途に対し好適で
ある。
次に選択された金属から金属メツシユを直接調
製する。金属メツシユの寿命延長に最良の凹凸度
を得るには、バルブ金属のシートまたはコイルか
らメツシユを拡張させるのが好適である。しかし
ながら、エキスパンデツド金属メツシユに代えて
別種のメツシユも使用可能である。このような別
種メツシユには、薄い金属リボンを波形にして、
個々のセルたとえばハニカム形状のセルをそのリ
ボンから互いに抵抗溶接で製つたものがある。ス
リツターまたは波形付与装置が金属リボンの調製
に有用であり、大空隙率のメツシユの調製には自
動抵抗溶接が使用できるであろう。好適拡張技術
により、相互連結された金属ストランドのメツシ
ユを直接得ることができる。代表的には、注意し
て適当な伸びの金属を選択したならば、このよう
な拡張技術を用いて破断ストランドのない極めて
有用なメツシユが調製されるであろう。更には、
望ましい凹凸と要求される伸び特性を併せ有する
極めて有用な焼鈍バルブ金属では、メツシユの設
置時にある程度エキスパンデツド金属を延伸して
合せることができる。この性質は、平らでない基
材表面または形態に防食処理を施す場合に特に有
用であつて、このような延伸性を有するメツシユ
を適用することにより容易に腐食が防止される。
一般にグレードチタンメツシユには約10パーセ
ントまでの延伸性がある。更にはこのようにして
得られたメツシユは、メツシユの一般面内でメツ
シユ幅の５乃至25倍範囲の曲げ半径の周りに曲げ
可能であると期待できる。
メツシユを金属シートから拡張させる場合に
は、相互連結された金属ストランドは、もとの平
面シートまたはコイルの厚みに相当する厚みを有
する。通常、この厚みは約0.05センチメートル乃
至約0.125センチメートルの範囲にある。約0.05
センチメートル未満の厚みを有するシートを使用
すると、拡張操作時に有害となるような数のスト
ランドが破断するだけでなく、取扱いが困難なほ
ど柔らか過ぎる材料になる。約0.125センチメー
トルを超えるシートは、経済的な理由で回避され
る。拡張操作の結果、ストランドは、ストランド
の２倍の厚みを有するノードで相互連結する。す
なわち、ノード厚みは約0.1センチメートル乃至
約0.25センチメートルの範囲である。更には、拡
張後の特殊メツシユのノードは、完全乃至実質上
完全に角張つていない。これは、ノードの厚みを
貫く面が巻きを戻したメツシユロールの水平面に
対して完成乃至実質上完全に垂直なることを意味
する。
好適バルブ金属のチタンを考慮する場合、メツ
シユの重量はメツシユ平方メートル当り通常約
0.05キログラム乃至約0.5キログラムの範囲であ
る。この範囲は例としてあげたチタンに基くもの
であるが、一般のバルブ金属の有用範囲としても
役立つものである。チタンは比重が最も小さなバ
ルブ金属である。これを基準にして各種バルブ金
属の有用範囲をチタンとの比重関係に基き計算す
ることができる。再度チタンを例にとると、メツ
シユ平方メートル当り約0.05キログラム未満の重
量では、陰極防食強化のために適正な電流を分配
するには不十分であろう。他方、平方メートル当
り約0.5キログラムを超える重量は、メツシユの
意図する役務に対しほとんど常に非経済的であろ
う。
次に適当な厚みの金属シートまたはコイルを拡
張倍率10倍以上、好ましくは15倍以上にて拡張
し、シートを製造する。金属シートをもとの面積
の30倍までの倍率で拡張しても、有用なメツシユ
を調製することができる。30：１を超える拡張倍
率だと、20パーセント以上の伸びを有する焼鈍バ
ルブ金属の場合ですら、メツシユのストランドが
破断されてしまう。他方、約10：１未満の拡張倍
率では、陰極防食能を増大させぬ無駄な金属を残
すことになる。更にこの点に関し、効率的かつ経
済的な陰極防食を達成するには、得られるエキス
パンデツドメツシユの空隙率は80パーセント以上
でなければならない。エキスパンデツド金属メツ
シユの空隙率は約90パーセント以上が最も好まし
く、92乃至96％あるいはそれ以上であつても、十
分な金属と経済的な電流分配を供することができ
る。このような空隙率で、金属ストランドを多数
のノードで連結してメツシユを経由する電流搬送
路に重複性を付与し、設置時または使用時に生起
する破断など個々のストランドが多数破断するこ
とがあつても、メツシユに隈なく有効電流が分配
される。これまで議論してきた拡張倍率の範囲で
は、メツシユ平方メートル当り約500乃至2000個
のノードでほとんど常に相互連結されているスト
ランドのネツトワークに、金属ストランドに対す
る好適な重複性が付与される。メツシユ平方メー
トル当り約2000個を超えるノード数は非経済的で
ある。他方、メツシユ平方メートル当りの相互連
結ノードが約500未満であると、メツシユ内の重
複度は不十分である。
メツシユの重量範囲が前記の通りであつてシー
ト厚みが約0.05−0.125センチメートルであると、
このような厚み範囲内のストランドは約0.05セン
チメートル乃至約0.20センチメートルの幅寸法を
有すると期待される。コンクリート中での陰極防
食に関しては、相互連結金属の全表面積すなわち
ストランドとノードの表面積の合計を含む全表面
積は、金属メツシユにて被われる面積の約10パー
セント乃至約50パーセントになるであろう。この
表面積は、例えば正方断面のストランドの全４面
が寄与する全面積であるから、空隙率が90パーセ
ントである際にも、メツシユ表面積が10パーセン
トよりはるかに大になることがある。この面積を
本願では「金属の表面積」または「金属表面積」
と称する。金属の全表面積が約10パーセント未満
である場合には、得られるメツシユは弱過ぎて有
害なストランド破断を招くであろう。他方、金属
の表面積が約50パーセントを超える場合には、防
食作用を増加させぬ余分の金属を供給することに
なろう。
拡張後に得られたメツシユは、容易にコイル形
状に巻くことができ、貯蔵や輸送や更なる操作に
供せられる。代表的なバルブ金属のチタンでは、
20センチメートル以上の中空内径と150センチメ
ートルまで、好ましくは100センチメートルの外
径を有するロールを調製することができる。メツ
シユが約40乃至約200メートルの範囲、好ましく
は100メートルまでの範囲内の長さで調製された
際に、メツシユを適当に巻いてコイルとすること
ができる。金属チタンの場合、このようなロール
は約10−50キログラム程度の重量を有するが、通
常は取り扱い易いよう、特にそのあとの被覆や陰
極防食のための設置時に野外で取り扱い易いよう
に30キログラム未満である。
このように大幅に拡張されたバルブ金属メツシ
ユでは、メツシユの空隙形状はダイヤモンド形状
孔として形成されるのが最も代表的である。この
ような「ダイヤモンド形状」は、約４乃至約９セ
ンチメートル、好ましくは約６乃至約９cmのデザ
イン長距（long way of design、LWD）（それ
より長いLWDも考えられる）と約２乃至約４セ
ンチメートル、好ましくは約2.5乃至４センチメ
ートルのデザイン短路（short way of design、
SWD）を有する孔であることを特徴とする。コ
ンクリート陰極防食の特殊用途では、LWDが約
９センチメートルを超えるダイヤモンド寸法だと
不都合なストランド破断が起り、電圧損失は望ま
しくない値になる。SWDが約２センチメートル
未満であつたり、LWDが約４センチメートル未
満であつたりすると、この用途では、望ましい陰
極防食に対し不必要なまでの金属を供することに
なり不経済となる。
さて、第１図を更に詳細に参照する。多数のダ
イヤモンド形状を有するシートからの個々の一ダ
イヤモンド形状を一般に２で示す。この形状は、
連結部（ノード）４で接合するストランド３から
形成される。図に示すように、ストランド３と連
結部４は、水平方向にデザイン長路を有するダイ
ヤモンド孔を形成している。デザイン短路はその
反対の垂直方向にある。相互連結された金属スト
ランド３の表面積につき言及する際、たとえばこ
の表面積が前述のようにエキスパンデツド金属の
総括測定面積の約10パーセント以上であると云う
場合、この表面積はストランド３と連結部４の周
囲の全面積である。例えば正方断面のストランド
３では、その表面積は図で一方のみが示されてい
る面積の４倍である。すなわち、第１図ではスト
ランド３およびその連結部４は薄く見えるが、エ
キスパンデツド金属の総括測定面積に対して20乃
至30パーセントの表面積を与えるのは容易であ
る。第１図の「メツシユの面積」、たとえば本願
でメツシユの平方メートルと云うときの面積は、
図面の周辺に引いた仮想線の内部の面積である。
第１図のダイヤモンド内域すなわちストランド
３と連結部４の内部にある域を本願では「ダイヤ
モンド孔」と称する。ダイヤモンド孔はLWD長
とSWD長を有する域である。便宜上、これを本
願では「空隙（void）」とも称し、このような域
と空隙の周囲の金属域の全体に基き述べる際には
「空隙率」（void fraction）と称する。第１図で
指適し、これまでにも議論してきたように、本発
明で使用する金属メツシユは、極めて大きな空隙
率を有する。図に示した形状はダイヤモンド形状
ではあるけれども、その他の多数の形状たとえば
ホタテガイ形状や六角形などもこの極めて大きな
空隙率の達成に使用できる。
さて、第２図を参照する。各ストランド２２お
よびその相互連結部２５から幾つかの個々のダイ
ヤモンド２１が形成され、ダイヤモンド形状孔を
提供している。ダイヤモンド２１のうちの一列が
ストランド２２の相互連結部２５で金属ストリツ
プ２３に接合されており、この金属ストリツプは
ダイヤモンド形状のLWDに沿つて走つている。
この組立物はスポツト溶接２４により一体にさ
れ、ストリツプ２３の下に位置する各ストランド
連結部（ノード）２５はスポツト溶接２４にて溶
接される。一般に使用される溶接は電気抵抗溶接
であり、この溶接法は経済の点からほとんど常に
単なるスポツト溶接である。しかしながら、その
他の同様な溶接技術たとえばローラー溶接も考え
られる。この溶接は、ストリツプ２３とストラン
ド２２との間の電気伝導を良好にする堅固な相互
連結を与える。特に第２図を参照すると判るよう
に、ストランド２２と連結部２５は実質的な平ら
な形状をとる。本願で使用する際の斯かる表現
は、特に大寸法のメツシユシートは貯蔵または取
扱いのために一般にコイル巻きまたはロール巻き
された状態にあるが、使用の際に巻きを戻して
「実質的に平らな」状態または形状すなわち実質
的に平らな形態にできることを意味する。更に
は、連結部２５はストランドの２倍の厚みを有
し、それにより巻きを戻して平らにした際にも、
その実質的に平面状のすなわち平らな形状物は剛
性の連結部を有するのである。
次に第３図の拡大図を参照すると、ノードはス
トランドの２倍の厚み（2T）を有することが判
る。すなわち、個々のストランドは、前述のよう
に約0.125センチメートルを超えない横方向深さ
すなわち厚み(T)と約0.20センチメートルまでの幅
(T)を有する。
エキスパンデツド金属メツシユは、メツシユ形
態をとる前またはとつた後に触媒活性材料を被覆
され、それにより触媒陽極構造物を形成する。通
常はこの前に、クリーニング操作たとえば脱脂操
作がバルブ金属メツシユに施される。このクリー
ニング操作には、バルブ金属調製分野では周知の
ように、電気化学的に活性な被覆を受け入れるた
めのクリーニング＋エツチングも包含される。本
願では「フイルム形成」金属とも称するバルブ金
属は、バルブ金属表面の不働体化を防止する電気
化学的に活性な被覆を伴なわなければ陽極として
機能せぬことも周知である。この電気化学的に活
性な被覆は、白金あるいはその他の白金族金属か
ら提供されるか、あるいは白金族金属酸化物、マ
グネタイト、フエライト、コバルトスピネルもし
くは混合金属酸化物の被覆など、電気化学工業に
おける陽極被覆用として開発されてきた活性酸化
物被覆のいずれかでもよい。陽極被覆はフイルム
形成金属の酸化物と白金族金属酸化物の固溶体な
る混合金属酸化物であることが、コンクリート構
造物の防食寿命を長くするため特に好適である。
この長期防食用には、エキスパンデツドバルブ
金属メツシユ平方メートル当り約0.05乃至約0.5
グラムの白金族金属を含む被覆でなければならな
い。白金族金属が約0.05グラム未満であると、長
期にわたるバルブ金属基材の不働体化の防止に、
あるいは十分低い単極電位で経済的に作動して陽
極反応を選択的に促進するのに電気化学的活性が
不十分な被覆となる。他方、エキスパンデツドバ
ルブ金属の平方メートル当り約0.5グラムを超え
る白金族金属が存在しても、費用が高くなるだけ
で、それに見合う陽極寿命の改善は認められな
い。このメツシユの特定実施態様における混合金
属酸化物被覆は、酸素発生反応に対する触媒作用
が高く、塩化物で汚染されたコンクリート環境に
あつても塩素や次亜塩素酸塩を発生させることは
ない。被覆に用いる白金族金属または混合金属酸
化物は、一般に米国特許第3265526号、同第
3632498号、同第3711385号および同第4528084号
の１以上に記載されているようなものである。更
に詳しく述べると、このような白金族金属には、
白金、パラジウム、ロジウムおよびルテニウム、
あるいはそれらの合金および他の金属との合金が
含まれる。混合金属酸化物には、これら白金族金
属の酸化物１種以上とバルブ金属またはその他の
非貴金属の酸化物１種以上との組合せが包含され
る。経済的な点から、米国特許第4528084号に開
示されているような被覆が好ましい。
コンクリートの腐食遅延用途では、金属メツシ
ユを電流分配部材たとえば第２図の金属ストリツ
プ２３に接続する。このような部材はほとんど常
にバルブ金属であり、エキスパンデツドバルブ金
属メツシユに専ら用いられる金属と同じ金属の合
金または金属間混合物が好ましい。この電流分配
部材は、金属メツシユにしつかりと固定されねば
ならない。これは、前述のように溶接により為さ
れる。更に溶接は、被覆を通して実施できる。す
なわち、被覆されたストリツプを被覆されたメツ
シユ上に置いて被覆面を接触させても、溶接は容
易に進行する。このストリツプはあらゆるノード
でメツシユに溶接可能であり、それにより電流が
均一に分配される。この部材をメツシユ片に沿つ
て約30メートル毎に配置させれば、通常は、電流
分配部材として十分に機能する。
コンクリートの陰極防食用途では、電流分配部
材の埋置された部分にも、たとえばメツシユと同
じ電気化学的に活性な被覆を施すことが重要であ
る。被覆重量に関しても、メツシユに対して払つ
たものと同様な考慮が、電流分配部材に対しても
重要である。この部材をメツシユに接続させるの
は、部材に被覆を施す前でも後でもよい。次に電
流分配部材を、コンクリート環境の外側で電流導
体に接続させる。この電流導体はコンクリートの
外部にあり、被覆する必要はない。例えばコンク
リート橋床の場合、電流分配部材は、孔を通して
電流導体の位置する床表面の下まで伸長する棒で
ある。このように、機械的な電流接続は全て仕上
げコンクリート構造物の外側でなされ、従つて必
要時に接近して修繕等を容易に施すことができ
る。コンクリートの外部での電流分配棒への接続
は、ボルト付きクワ形−ラグ接続具など通常の機
械的手段による。
下記仕様に従つて製造したメツシユを、以下で
説明する設置方法の例で使用した。
FIG. 1 shows the diamond-shaped unit of the greatly expanded valve metal mesh used in the present invention. FIG. 2 is a portion of a valve metal mesh with a current distribution member welded to the mesh node along the LWD. FIG. 3 is an enlarged view of the mesh node, showing twice the thickness of the node. FIG. 4 is a perspective view showing the installation method on a steel-reinforced concrete floor. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Highly Expanded Valve Metal Mesh Anode The metal of the valve metal mesh is one of titanium, tantalum, zirconium, and niobium. Suitable metals for the mesh include not only the elemental metals themselves, but also alloys of these metals, alloys with other metals, and intermetallic mixtures thereof. Titanium is of particular interest because of its roughness, corrosion resistance, and availability. Metals useful as sheet materials for expanding metal sheets into meshes will almost always be annealed metals. A typical example of annealed metal that can be used in such applications is grade ethitane, ie, low brittle annealed titanium. The characteristic of low brittleness is that when the mesh is prepared by expanding a metal sheet, the sheet
This is necessary because it must have an elongation exceeding %. This elongation is, for example, at room temperature.
Elongation measured at 20℃, thickness 0.0635mm
Percent elongation measured on a 5 cm (2 inch) sheet of (0.025 inch). Expanding metals with an elongation of less than 20 percent are too brittle to expand into useful meshes due to harmful strand breakage. For enhanced protection against strand breakage, it is advantageous for the metal used for expansion to have an elongation of greater than about 24 percent and substantially always no more than about 40 percent. Metals such as aluminum are not contemplated or useful for the mesh of the present invention. Aluminum is particularly unsuitable due to its lack of corrosion resistance. Annealing is also important for useful metals. For example, tantalum metal can be expected to elongate around 37 to 40 percent in the annealed sheet, but in unannealed form, the elongation is 3 to 5 percent.
Since it is only a percentage, it cannot be used at all for the preparation of metal mesh. Furthermore, appropriate alloys must be carefully selected since alloying increases the brittleness of the elemental metals. For example, titanium-palladium alloy is commercially available as a grade 7 alloy.
Although it contains about 0.2 weight percent palladium, it has an elongation at room temperature of more than about 20 percent and can be used, especially in an annealed form, although it is expensive. Additionally, when considering alloys, the expected corrosion resistance of the particular alloy selected is also considered.
For example, grade titanium is typically available containing 0.2 weight percent iron. However, if superior corrosion resistance is desired, titanium grades containing less than about 0.05 weight percent iron are also available. These low iron content metals generally have high corrosion resistance, making them suitable for many applications. A metal mesh is then prepared directly from the selected metal. To obtain the best roughness for extending the life of the metal mesh, it is preferred to expand the mesh from a seat or coil of valve metal. However, other types of mesh can be used instead of expanded metal mesh. This type of mesh is made by corrugating thin metal ribbons.
Individual cells, such as honeycomb-shaped cells, may be resistance welded together from the ribbon. A slitter or corrugation device would be useful in preparing the metal ribbon, and automatic resistance welding could be used to prepare the high porosity mesh. A suitable expansion technique allows a mesh of interconnected metal strands to be obtained directly. Typically, if care is taken to select a metal of appropriate elongation, very useful meshes free of broken strands will be prepared using such expansion techniques. Furthermore,
Very useful annealed valve metals that have the desired roughness and required elongation properties allow some expansion of the expanded metal to fit during mesh installation. This property is particularly useful when anticorrosion treatment is applied to uneven substrate surfaces or features, and corrosion is easily prevented by applying such extensible meshes.
Grade titanium mesh typically has an elongation of up to about 10 percent. Furthermore, the mesh thus obtained can be expected to be bendable in the general plane of the mesh around a bending radius ranging from 5 to 25 times the width of the mesh. When the mesh is expanded from a metal sheet, the interconnected metal strands have a thickness that corresponds to the thickness of the original planar sheet or coil. Typically, this thickness will range from about 0.05 centimeters to about 0.125 centimeters. Approximately 0.05
Using a sheet with a thickness of less than a centimeter not only results in a harmful number of strands breaking during the expansion operation, but also results in a material that is too soft to be difficult to handle. Sheets larger than about 0.125 centimeters are avoided for economic reasons. As a result of the expansion operation, the strands interconnect at nodes that have twice the thickness of the strands. That is, the node thickness ranges from about 0.1 centimeter to about 0.25 centimeter. Furthermore, the nodes of the expanded special mesh are completely or substantially completely unsharp. This means that the plane through the thickness of the node is completely or substantially completely perpendicular to the horizontal plane of the unwound mesh roll. When considering titanium, the preferred valve metal, the mesh weight is typically approximately
It ranges from 0.05 kilograms to about 0.5 kilograms. Although this range is based on titanium as an example, it also serves as a useful range for valve metals in general. Titanium is the valve metal with the lowest specific gravity. Based on this, the useful range of various valve metals can be calculated based on their specific gravity relationship with titanium. Again using titanium as an example, a weight of less than about 0.05 kilograms per square meter of mesh may not be sufficient to deliver adequate current for enhanced cathodic protection. On the other hand, weights exceeding about 0.5 kilograms per square meter will almost always be uneconomical for the intended service of the mesh. Next, a metal sheet or coil of appropriate thickness is expanded at an expansion magnification of 10 times or more, preferably 15 times or more to produce a sheet. Useful meshes can be prepared by expanding the metal sheet by up to 30 times its original area. Expansion factors greater than 30:1 will cause the mesh strands to break, even for annealed valve metals with elongations greater than 20 percent. On the other hand, expansion factors less than about 10:1 leave behind wasted metal that does not increase cathodic protection. Further in this regard, to achieve efficient and economical cathodic protection, the porosity of the resulting expanded mesh should be greater than 80 percent. The porosity of the expanded metal mesh is most preferably about 90 percent or greater, although porosity of 92 to 96 percent or even more can provide sufficient metal and economical current distribution. With such a porosity, the metal strands are connected at a large number of nodes to provide redundancy to the current carrying path through the mesh, which can result in multiple breaks in individual strands, such as those that occur during installation or use. However, the effective current is distributed throughout the mesh. The range of expansion factors discussed so far provides a suitable redundancy for the metal strands, with networks of strands almost always interconnected at about 500 to 2000 nodes per square meter of mesh. A number of nodes in excess of about 2000 nodes per square meter of mesh is uneconomical. On the other hand, less than about 500 interconnected nodes per mesh square meter indicates insufficient overlap within the mesh. When the weight range of the mesh is as described above and the sheet thickness is about 0.05-0.125 cm,
Strands within such a thickness range are expected to have a width dimension of about 0.05 centimeters to about 0.20 centimeters. For cathodic protection in concrete, the total surface area of the interconnecting metal, including the sum of the strand and node surface areas, will be about 10 percent to about 50 percent of the area covered by the metal mesh. This surface area is, for example, the total area contributed by all four sides of a strand with a square cross section, so even when the porosity is 90 percent, the mesh surface area can be much larger than 10 percent. This area is referred to as "metal surface area" or "metal surface area" in this application.
It is called. If the total surface area of the metal is less than about 10 percent, the resulting mesh will be too weak to cause deleterious strand breakage. On the other hand, if the surface area of the metal exceeds about 50 percent, it will provide excess metal that does not increase corrosion protection. The resulting mesh after expansion can be easily rolled into a coil for storage, transportation, or further manipulation. Titanium, a typical valve metal,
Rolls can be prepared with a hollow inner diameter of 20 cm or more and an outer diameter of up to 150 cm, preferably 100 cm. When the mesh is prepared in a length in the range of about 40 to about 200 meters, preferably up to 100 meters, the mesh can be suitably wound into a coil. In the case of titanium metal, such rolls have a weight of around 10-50 kg, but are usually less than 30 kg for ease of handling, especially in the field during subsequent coating and installation for cathodic protection. It is. In such a greatly expanded valve metal mesh, the void shape of the mesh is most typically formed as a diamond-shaped hole. Such a "diamond shape" has a long way of design (LWD) of about 4 to about 9 cm, preferably about 6 to about 9 cm (longer LWDs are also contemplated) and about 2 to about 9 cm. A short way of design of 4 cm, preferably about 2.5 to 4 cm.
SWD). For special applications in concrete cathodic protection, diamond dimensions greater than about 9 centimeters (LWD) result in undesirable strand breakage and undesirable voltage losses. SWDs less than about 2 centimeters and LWDs less than about 4 centimeters are uneconomical in this application, providing unnecessary amounts of metal for the desired cathodic protection. Refer now to FIG. 1 in more detail. An individual diamond shape from a sheet with multiple diamond shapes is generally designated 2. This shape is
It is formed from strands 3 joined at joints (nodes) 4. As shown in the figure, the strand 3 and the connecting part 4 form a diamond hole with a design length in the horizontal direction. Design short paths are in the opposite vertical direction. When referring to the surface area of the interconnected metal strands 3, for example when we say that this surface area is approximately 10 percent or more of the total measured area of the expanded metal as described above, this surface area is defined as the area around the strands 3 and the connections 4. is the total area of For example, in a strand 3 of square cross section, its surface area is four times the area of which only one side is shown in the figure. That is, although the strand 3 and its connecting portion 4 appear thin in FIG. 1, it is easy to provide a surface area of 20 to 30 percent of the total measured area of the expanded metal. The "area of the mesh" in Figure 1, for example, when referring to the square meter of the mesh in this application, is:
This is the area inside the imaginary line drawn around the drawing. The inner region of the diamond in FIG. 1, that is, the region inside the strand 3 and the connecting portion 4, is referred to as a "diamond hole" in this application. A diamond hole is a region with LWD length and SWD length. For convenience, this is also referred to herein as a "void", and the "void fraction" when speaking in terms of such area and the total metal area surrounding the void. As shown in FIG. 1 and previously discussed, the metal mesh used in the present invention has an extremely high porosity. Although the shape shown is a diamond shape, many other shapes can be used to achieve this extremely high porosity, such as a scallop shape or a hexagonal shape. Now, refer to FIG. Several individual diamonds 21 are formed from each strand 22 and its interconnections 25, providing diamond-shaped holes. One row of diamonds 21 is joined at interconnection 25 of strand 22 to a metal strip 23, which runs along the diamond-shaped LWD.
The assembly is held together by spot welds 24, and each strand connection (node) 25 located below the strip 23 is welded with a spot weld 24. The commonly used welding is electric resistance welding, which for reasons of economy is almost always just spot welding. However, other similar welding techniques are also conceivable, such as roller welding. This welding provides a rigid interconnection that provides good electrical conduction between the strip 23 and the strand 22. As can be seen with particular reference to FIG. 2, the strands 22 and connections 25 have a substantially planar shape. As used herein, such expression means that mesh sheets, particularly of large size, are generally coiled or rolled for storage or handling, but are unrolled for use into a "substantially flat" state. ” means capable of being made into a state or shape, i.e., a substantially flat form. Furthermore, the connecting portion 25 is twice as thick as the strand, so that even when unwound and flattened,
The substantially planar or planar shape has a rigid connection. Referring now to the enlarged view of FIG. 3, it can be seen that the nodes have twice the thickness (2T) of the strands. That is, the individual strands have a lateral depth or thickness (T) of not more than about 0.125 cm and a width of up to about 0.20 cm, as previously described.
Has (T). The expanded metal mesh is coated with a catalytically active material before or after taking mesh form, thereby forming the catalytic anode structure. This is usually preceded by a cleaning operation, such as a degreasing operation, on the valve metal mesh. This cleaning operation also includes cleaning plus etching to accommodate electrochemically active coatings, as is well known in the valve metal preparation art. It is also well known that valve metals, also referred to herein as "film-forming" metals, cannot function as anodes without an electrochemically active coating that prevents passivation of the valve metal surface. The electrochemically active coating may be provided from platinum or other platinum group metals, or may be used as an anode in the electrochemical industry, such as coatings of platinum group metal oxides, magnetites, ferrites, cobalt spinels or mixed metal oxides. It may be any of the active oxide coatings that have been developed for coating purposes. It is particularly preferred that the anode coating be a mixed metal oxide, which is a solid solution of a film-forming metal oxide and a platinum group metal oxide, in order to extend the corrosion protection life of the concrete structure. For this long-term corrosion protection, the expanded valve metal mesh is approximately 0.05 to approximately 0.5 per square meter.
The coating shall contain gram of platinum group metal. Less than about 0.05 grams of platinum group metal can help prevent long-term passivation of the valve metal substrate.
Alternatively, the coating may be insufficiently electrochemically active to operate economically at sufficiently low unipolar potentials to selectively promote anodic reactions. On the other hand, the presence of more than about 0.5 grams of platinum group metal per square meter of expanded valve metal increases cost without commensurate improvement in anode life. The mixed metal oxide coating in this particular embodiment of the mesh is highly catalytic for oxygen evolution reactions and does not generate chlorine or hypochlorite even in chloride-contaminated concrete environments. Platinum group metals or mixed metal oxides used in coatings are generally described in U.S. Pat.
No. 3632498, No. 3711385, and No. 4528084. More specifically, such platinum group metals include
platinum, palladium, rhodium and ruthenium,
Alternatively, alloys thereof and alloys with other metals are included. Mixed metal oxides include combinations of one or more oxides of these platinum group metals and one or more oxides of valve metals or other non-noble metals. For economic reasons, coatings such as those disclosed in US Pat. No. 4,528,084 are preferred. In concrete corrosion retardation applications, the metal mesh is connected to a current distribution member, such as metal strip 23 in FIG. Such members are almost always valve metals, preferably alloys or intermetallic mixtures of the same metals used exclusively in the expanded valve metal mesh. This current distribution member must be firmly fixed to the metal mesh. This is done by welding as described above. Furthermore, welding can be carried out through the coating. That is, even if a coated strip is placed on a coated mesh with the coated surfaces in contact, welding will readily proceed. This strip can be welded to the mesh at every node, thereby distributing the current evenly. Placing this member about every 30 meters along the mesh strip will normally function satisfactorily as a current distribution member. In applications for the cathodic protection of concrete, it is important that the buried parts of the current distribution element also be provided with an electrochemically active coating, for example the same as the mesh. Regarding coating weight, the same considerations as for the mesh are important for the current distribution member. The member may be connected to the mesh either before or after the member is coated. The current distribution member is then connected to the current conductor outside the concrete environment. This current conductor is external to the concrete and does not need to be covered. For example, in the case of a concrete bridge deck, the current distribution members are rods that extend through the holes and below the floor surface where the current conductors are located. In this way, all mechanical current connections are made outside the finished concrete structure and are therefore easily accessible for repairs and the like when necessary. Connections to the current distribution rods outside the concrete are by conventional mechanical means such as bolted hoe-lug connections. Meshes manufactured according to the specifications below were used in the example installation methods described below.
【表】【table】
【表】
曲げ半径
[Table] Bending radius
【表】
曲げ半径
すすめられる最大の陽極−コンクリート界面電
流密度の約100mA／m2（10mA／フイート2）で
良好な酸素選択性を与える混合金属酸化物をこれ
らのメツシユに被覆する。この触媒の貴金属装荷
重は約0.05乃至0.5g／メツシユ平方メートルであ
る。幅約1. 625cm（0.5インチ）、厚み約0.1cm
（0.04インチ）の同一チタン製のストリツプから
製造した電流分配部材に同様の薄い触媒被覆を施
す。
設置方法
コンクリート床やコンクリート基礎などの腐食
防止用に被覆メツシユを適用するのは簡単であ
る。適当な電気化学的に活性な被覆を施された大
幅に拡張されたバルブ金属メツシユのロール（以
下で単に「陽極」と称することもある）を、この
ような床や基礎上で巻きを戻す。メツシユを基礎
に固定する手段は、金属メツシユをコンクリート
に結びつけるのに有用で、メツシユの陽極として
の性質に悪影響を与えぬものならば如何なるもの
でもよい。通常、非導電性の保持部材が有用であ
る。このような保持部材は経済的な点で釘状また
はスタツド状のプラスチツクが有利である。例え
ば、ポリハロゲン化ビニルやポリオレフインなど
のプラスチツクが有用である。このプラスチツク
製保持具を、コンクリート内にドリル穿孔した孔
に挿入する。このような保持具は頭部が大きくな
つていて、メツシユののストランドを頭部の下で
はさんで陽極を保持する。あるいは、保持具に部
分的にみぞを切り、コンクリート内にドリル穿孔
した孔の直上に位置するメツシユのストランドを
つかむようにしてもよい。
陽極を配したあと、保持具によりコンクリート
に密着されている間に、イオン導電性オーバーレ
イを用いて陽極構造物を完全に被覆する。このよ
うなオーバーレイは、陽極とコンクリート基礎と
の接触を更に堅固にする。有用なイオン導電性オ
ーバーレイにはポルトランドセメントおよびポリ
マー変性コンクリートが包含される。
代表的な操作では、約２乃至約６センチメート
ルのポルトランドセメントまたはラテツクス変性
コンクリートを陽極の上に置く。薄いオーバーレ
イが特に望まれる場合には、約0.5乃至約２セン
チメートルのポリマー変性コンクリートで陽極を
被覆する。陽極のエキスパンデツドバルブ金属メ
ツシユ基材は、金属強化手段として機能する追加
利点も有しており、それによりオーバーレイの機
械的性質ならびに有効寿命を改善する。金属メツ
シユ陽極構造物は、橋床や支柱などの基礎コンク
リート構造物の補修分野での周知の材料と共に、
該分野で周知の技術を用いて使用することができ
る。
第４図は、前記仕様の高度に拡張されたチタン
を、40で一般的に示すスチール強化コンクリート
床上に設置している図である。はじめに床のスチ
ール強化材の腐食度および陰極防食による保存の
適性を、適当な電位測定を含む既知技術を用いて
試験する。
メツシユのロール３２を敷く前に、触媒被覆し
たチタンの電流分配ストリツプ２３を、床４０を
横切る方向に適当な間隔をあけて配置する。タイ
プ１メツシユを設置する際には、電流分配部材２
３を、長さ方向に約1.8メートル（６フイート）
の間隔をあけて配置する。ある位置で（図示して
いない）、ストリツプ２３は床４０内の孔を経由
して電源に接続するよう伸長する。タイプ１のメ
ツシユでは、電力供給位置の間隔はメツシユの幅
方向に約7.2メートル（24フイート）である。タ
イプ２メツシユでは、この幅方向の間隔は約9.8
メートル（32フイート）である。
第４図の第１陽極３０は、ロールから巻きを戻
されて既に敷かれており、縦方向に約５−10％延
伸され、床内にドリル穿孔された孔にプラスチツ
ククリツプ３１を挿入することにより床４０に固
定されている。このように固定したあと、横断す
る電流分配ストリツプ２３に、メツシユ３０をメ
ツシユのノード２５（第２図に示す）でスポツト
溶接する。この溶接操作のために、銅棒３５をメ
ツシユ３０とストリツプ２３の下に挿入する。こ
のようにすると、十分な溶接電流が溶接部に通じ
る。メツシユ幅を横切る全てのノードあるいは選
択された数のノードの溶接を終えたあと、棒３５
をメツシユの下から取り出し、第４図に示すよう
に、メツシユ３０の次のロールを受ける位置のス
トリツプ２３の下に配置する。
図に示すように、巻きを戻されたメツシユ３０
の隣接シートは距離Ｄで隔てられている。約
1LWD長までの間隔をあけても、下のスチールに
一様な陰極防食効果を与えることが可能である。
別法として、床４０の幅に合せる必要があれば、
メツシユの端部をたとえば約1LWD長まで、ある
いはそれ以上重ねることもできる。
このようにしてメツシユの全ロールを敷き、隅
部、端部等の変形形状に合せたあと、メツシユ３
０を含む床４０をセメントベースのグラウトの薄
い層に埋置する。次に約４−６cmのポルトランド
セメントまたはポリマー変性コンクリートのイオ
ン導電性層を、注入または散布により塗布する。
設置時すなわちメツシユ３０を敷いて固定した
あと、その上で作業したり、その上で自動車を動
かすことは可能であり、メツシユを損う危険はほ
とんどなく、更にはたまたま何本かのストランド
が破断したとしても、メツシユの重複度が大なる
ため陰極防食に悪影響を与えることはない。Bending Radius These meshes are coated with a mixed metal oxide that provides good oxygen selectivity at the maximum recommended anode-concrete interfacial current density of about 100 mA/m 2 (10 mA/ft 2 ). The precious metal loading of this catalyst is approximately 0.05 to 0.5 g/mesh square meter. Width approx. 1.625cm (0.5 inch), thickness approx. 0.1cm
A similar thin catalytic coating is applied to a current distribution member made from the same (0.04 inch) titanium strip. Installation Methods Coated mesh is easy to apply for corrosion protection on concrete floors and foundations. A roll of greatly expanded valve metal mesh (hereinafter simply referred to as "anode") coated with a suitable electrochemically active coating is unwound on such a floor or foundation. The means for securing the mesh to the foundation may be any means that is useful for bonding the metal mesh to the concrete and does not adversely affect the properties of the mesh as an anode. Generally, non-conductive retaining members are useful. From an economic point of view, it is advantageous for such retaining members to be made of plastic in the form of nails or studs. For example, plastics such as polyvinyl halides and polyolefins are useful. The plastic retainer is inserted into a hole drilled into the concrete. Such a holder has an enlarged head and a strand of mesh is placed under the head to hold the anode. Alternatively, the retainer may be partially slotted to grip a strand of mesh located directly above the hole drilled in the concrete. After the anode is placed, an ionically conductive overlay is used to completely cover the anode structure while it is held tightly to the concrete by a retainer. Such an overlay further solidifies the contact between the anode and the concrete foundation. Useful ionically conductive overlays include Portland cement and polymer modified concrete. In a typical operation, about 2 to about 6 centimeters of Portland cement or latex modified concrete is placed over the anode. If a thin overlay is specifically desired, the anode is coated with about 0.5 to about 2 centimeters of polymer modified concrete. The expanded valve metal mesh substrate of the anode also has the added benefit of acting as a metal reinforcement, thereby improving the mechanical properties of the overlay as well as its useful life. Metal mesh anode structures are used together with well-known materials in the field of repairing basic concrete structures such as bridge decks and supports.
It can be used using techniques well known in the art. FIG. 4 shows highly expanded titanium of the above specification installed on a steel reinforced concrete floor, generally designated 40. First, the degree of corrosion of the steel reinforcement of the floor and its suitability for preservation by cathodic protection are tested using known techniques, including suitable potential measurements. Prior to laying down the mesh roll 32, catalyst coated titanium current distribution strips 23 are placed at appropriate spacings across the bed 40. When installing a type 1 mesh, please install the current distribution member 2.
3, approximately 1.8 meters (6 feet) in length
Place them at intervals of . At one location (not shown), the strip 23 extends to connect to a power source via a hole in the floor 40. For Type 1 meshes, the power delivery locations are approximately 7.2 meters (24 feet) apart across the width of the mesh. For type 2 meshes, this widthwise spacing is approximately 9.8
meters (32 feet). The first anode 30 in FIG. 4 has been unwound from the roll and already laid, stretched by about 5-10% in the longitudinal direction and by inserting a plastic clip 31 into a hole drilled in the bed. It is fixed to the floor 40 by. After this fixation, the mesh 30 is spot welded to the transverse current distribution strip 23 at mesh nodes 25 (shown in FIG. 2). For this welding operation, a copper rod 35 is inserted under mesh 30 and strip 23. In this way, sufficient welding current is passed through the weld. After welding all nodes or a selected number of nodes across the width of the mesh, the rod 35
is removed from under the mesh and placed under the strip 23 of the mesh 30 in a position to receive the next roll, as shown in FIG. As shown in the figure, the unwound mesh 30
Adjacent sheets of are separated by a distance D. about
Even with spacing of up to 1LWD length, it is possible to provide uniform cathodic protection to the underlying steel.
Alternatively, if it is necessary to match the width of the floor 40,
The ends of the mesh may overlap, for example, up to about 1 LWD length or more. After laying all the rolls of mesh in this way and adjusting them to the deformed shapes such as corners and edges, the mesh 3
A bed 40 containing 0 is embedded in a thin layer of cement-based grout. Approximately 4-6 cm of an ionically conductive layer of Portland cement or polymer-modified concrete is then applied by pouring or sprinkling. During installation, that is, after laying and fixing the mesh 30, it is possible to work on it or move a car on it, and there is almost no risk of damaging the mesh, and even if some strands happen to break. Even if this happens, the degree of mesh overlap will be large, so cathodic protection will not be adversely affected.