JPH0661750B2 - 腐食防止法 - Google Patents

腐食防止法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンクリートまたはセメントモルタル製建築
物の様な塩基性構造材内部に配置された鉄筋等の金属材
料と、この建築物周囲の土壌、水等の様なより塩基性が
弱い外部環境中に配置されたガス管等の金属製設備とが
導通している場合に、塩基性構造材と外部環境との間の
水素イオン濃度の違いにより両者内部の金属材料の間に
電位差が生じ、これに起因する電流が生じて外部環境中
の金属設備が腐食する現象を防止する方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕
塩基性構造材中の金属材料と、外部環境中の金属材料が
接触すると、塩基性構造材中の金属材料が貴電位側、外
部環境中の金属材料が卑電位側になり、両者の間に電流
が流れて、卑電位側の外部環境中の金属材料の腐食が進
む現象(本明細書ではマクロセル腐食と称し、またこの
時流れる電流をマクロセル腐食電流と称する)が生じ
る。これを塩基性構造材としてコンクリート建築物、こ
の中の金属材料として鉄筋、外部環境としてはコンクリ
ート建築物周囲の土壌、外部環境中の金属として鉄鋼製
ガス管から構成される構造材/外部環境系を例に取り、
第3図に基づき説明する。第3図に示すように、コンク
リート建築物1内に充填された鉄筋6とこの建築物内を
通るガス管2が接触し導通していると、土壌3よりもコ
ンクリートの塩基性が強いために鉄筋の電位が土壌中の
ガス管より貴となり、鉄筋6とガス管2との間にマクロ
セル腐食電流5が流れ、この電流がガス管より土壌中に
流れ出す部分4でガス管の腐食、すなわちマクロセル腐
食が進行する。
上記はガス管が鉄筋と接触している場合であるが、この
両者の接触が無くても、ガス管自身が建築物中でコンク
リート面に接触している場合でもこれと同様に土壌中の
ガス管にマクロセル腐食が生じる。
このようなマクロセル腐食を防止する従来の方法として
は、例えば「空気調和、衛生工学」第59巻1号63〜70頁
(昭和60年1月)に記載されたように、第4図に示す如
く土壌中ガス管の表面にポリエチレン等の樹脂コーティ
ング8を行うことによりガス管表面から土壌中に流れる
マクロセル腐食電流を絶縁し、ガス管の腐食を防ぐ方法
があった。また、同じく上記文献に記載されているよう
に、コンクリート建築物に穴7をあけ、この中を通して
ガス管を配管することによりガス管とコンクリート或は
鉄筋との接触を防ぎ、土壌中のガス管にはマクロセル腐
食が生じないようにする方法があった。
尚、コンクリート建材に腐食目的の薬剤を加える方法と
しては、コンクリート混練時に亜硝酸塩を加えることに
より鉄筋自体の防食を図る方法があったが、これは鉄筋
自体の防食には効果があるが、鉄筋と導通する土壌中の
ガス管等の金属材料のマクロセル腐食を防止する効果は
無い。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の土中ガス管の表面に樹脂コーティングを行うこと
によりガス管表面から土壌中に流れるマクロセル腐食電
流を絶縁する方法では、万一何らかの原因で樹脂コーテ
ィングの一部に傷がつくと、前記の電流がこの部位に集
中し、かえって大きな腐食を受けるという問題があっ
た。また、コンクリート建築物に穴を設け、この中にガ
ス管を通す方法は工事が複雑になるという問題があっ
た。
本発明は、簡便、かつ確実で恒久的なマクロセル腐食防
止法を提供することをその課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明によれば、内部に金属材料を有する塩
基性構造材と、前記塩基性構造材外部に配置され、中
性、酸性、または前記塩基性構造材より弱い塩基性を示
す外部環境と、この外部環境の中に配置され前記塩基性
構造材内部の金属材料と導通する金属材料とで構成され
る構造材/外部環境系において、前記塩基性構造材中の
金属材料表面でカソード反応として生ずる水酸イオン生
成反応を抑制することにより、外部環境内の金属材料の
マクロセル腐食を防止することを特徴とする腐食防止法
が提供される。
本発明は、構造材の外部環境内に配置されている金属材
料のマクロセル腐食を防止するために、構造材内部の金
属材料表面で進行し、マクロセル腐食の原因となる電気
化学反応、すなわち、金属材料表面でカソード反応とし
て生ずる水酸イオン(OH-)生成反応を抑制することを特
徴とする。
一般に、塩基性環境下にある金属材料では、その表面で
次のような反応が進行する。
(カソード反応) O+2HO+4e→4OH (1) (アノード反応) M→Mm++me (2) ここに、Mは金属、Mm+はこの金属イオンを示す。mは
この金属イオンの価数である。これら二つの電気化学反
応の速度、すなわちこれらの反応に伴う電流と、金属電
位の間の関係を第1図に示す。これら二つの反応に伴う
電流と金属電位との間には一般に第1図の実線で示す関
係があり、反応(1)によるカソード電流と反応(2)によ
るアノード電流が等しくなる点Aで両者は定常状態と
なり、金属はこのとき電位E1を示す。尚、反応(1)と反
応(2)では電流の方向が逆であるが、第1図ではこれら
の電流の絶対値の大きさを示してある。塩基性環境下で
は反応(2)で生じた金属イオンが水酸イオンと反応して
水酸化物M(OH)mとなり、緻密な皮膜を形成して反応(2)
の進行を抑制している。このため反応(2)による電流は
第1図のアノード電流のようになり電位は貴側である
E2に変化する。このようにして塩基性の強い環境下で金
属材料の電位は高く、塩基性の弱い環境下では金属材料
の電位は低くなって、両者の間に電位差が生まれる。こ
の電位差により両環境内の金属材料が接触し導通してい
る場合には両者の間に電流が流れる。このとき塩基性の
強い環境下では主として反応(1)が進行し、より塩基性
の弱い環境下では主として反応(2)が進行する。従って
塩基性の弱い環境下の金属材料では反応(2)に基づき腐
食が進行する。これがマクロセル腐食であり、この時両
者の間に流れる電流がマクロセル腐食電流である。塩基
性の強い環境下の金属材料がコンクリート中の鉄筋のよ
うに表面積が大きい場合、マクロセル腐食は大きくな
る。
本発明の腐食防止法では塩基性の強い環境側の反応(1)
を抑制することにより外部環境内の金属材料のマクロセ
ル腐食を抑制する。すなわち、第1図のカソード電流
のように塩基性の強い環境側の金属材料のカソード電流
を抑制するとともにその電位を低下させる。上記の説明
では塩基性の強い環境側の反応(1)のみを選択的に抑制
するものとして説明したが、反応(1)、(2)両方を抑制し
てもよい。
本発明において、前記反応(1)で示される水酸イオン生
成反応を抑制するためには、種々の方法が考えられる
が、一般には、金属材料表面に化学的または物理的吸着
性を有する極性有機化合物を構造材中に添加することに
より達成される。この場合、構造材は塩基性であること
から、極性有機化合物はアルカリ可溶性のものであるこ
とが必要である。このような極性有機化合物は、従来の
有機系金属腐食防止剤の中などから選ぶことができる。
この極性有機化合物は、その極性基(リンや、酸素、窒
素、イオウ、ケイ素等の原子を含む基)の作用により、
主として金属材料表面上の前記反応(1)が進行している
部分に吸着してO2が金属材料表面に接近するのを妨害
し、反応(1)の進行を抑制する。
本発明において好ましく用いられる極性有機化合物は、
リン酸基に炭素が直接結合した有機リン化合物である。
この有機リン化合物は、アルカリ可溶性であるため、容
易に塩基性構造材中に均一分散させることができる。こ
の有機リン化合物には、有機ホスホン酸及びこのナトリ
ウム塩やカリウム塩、アンモニウム塩等の各種の塩が包
含される。これらの有機リン化合物は、コンクリート等
のカルシウムイオンの存在する塩基性構造材中に対する
添加剤としては特にすぐれた効果を示す。すなわち、構
造材中に、カルシウムイオンがある場合には、反応(1)
で生じた水酸イオンと空気中の炭酸ガスがカルシウムイ
オンと反応してカソード反応進行部に炭酸カルシウムが
形成され、有機リン化合物がこれに吸着して効果をさら
に増大させるので、これはコンクリート環境には特に適
している。
本発明で使用されるアルカリ可溶性極性有機化合物の具
体例を示すと、例えば、次のようなものが挙げられる。
本発明においては、極性有機化合物が金属材料表面に吸
着することを助長するために、亜鉛イオン等の金属イオ
ンを含む化合物、例えば、Zn(NO3)2等を併用することが
できる。
本発明における極性有機化合物の添加量は、構造材がコ
ンクリートの場合、セメント重量に対して、10-4〜10-1
重量%、好ましくは10-3〜10-2重量%の割合量で十分であ
る。
本発明を実施するには、コンクリート建築物建造時にお
いて、コンクリート混練時に、セメント、細骨材、粗骨
材とともに加える水の中に極性有機化合物を添加し、こ
れをよく混練したものを用いて、通常の工事方法により
コンクリート建築物を建造すればよく、その実施は容易
である。
〔実施例〕
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例1 本発明マクロセル腐食防止法の実施例として、以下に示
すモデル実験を行った。
(1)コンクリート中金属材料表面での水酸イオン生成反
応(1)の抑制実験 この実験を行うために、フラスコ内にコンクリート中の
間隙水の主要成分であるCa(OH)2水溶液(pH=12.6)に極
性有機化合物を溶解したものを入れ、この水溶液中に鉄
鋼(鉄筋用鋼材)と白金電極を浸漬し、この鉄鋼電位
と、鉄鋼と白金電極との間に流れる電流との間の関係を
求めた。この場合、基準電極を用い、鉄鋼電位はこの基
準電極に対する電位で表わした。また、ポテンシオスタ
ットを用いて基準電極に対する鉄鋼の電位を変化させ、
この時に流れる電流を求めた電位−電流曲線を求めた。
(2)外部環境中金属材料のマクロセル腐食電流の測定 この実験をモデル的に行うために、フラスコ内に土壌中
水モデルとして2.5×10-3MNa2SO4水溶液を入れ、これに
鉄鋼(ガス管材料)を浸漬し、前記と同様にして、電位
−電流曲線を求めた。
(3)マクロセル腐食電流の評価 前記実験(1)で得た電位−電流曲線と、前記実験(2)で得
た電位−電流曲線の交点の電流をマクロセル腐食電流値
として評価した。また、このマクロセル腐食電流値と、
極性有機化合物の濃度との関係を求め、これを第2図に
示した。
なお、第2図は、極性有機化合物として、前記化合物
(1)のアミノメチレンホスホン酸を用いて得られたもの
であるが、他の極性有機化合物、例えば前記化合物(2)
で表わされる有機リン化合物を用いても同様の結果を得
ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、簡便、かつ、確実に恒久的なマクロセ
ル腐食を防止することができ、その産業的意義は多大で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は金属材料電位と、金属材料表面で進行する電気
化学反応に伴う電流との間の関係を示す図、第2図は本
発明によるマクロセル腐食電流抑制効果を示す図、第3
図はマクロセル腐食を説明する図、第4図はマクロセル
腐食防止に係わる従来の技術を説明する図である。 1……コンクリート建築物 2……ガス管 3……土壌 4……土壌中へのマクロセル腐食電流流出部 (マクロセル腐食部) 5……マクロセル腐食電流 6……鉄筋 7……穴 8……樹脂コーティング。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に金属材料を有する塩基性構造材と、
    前記塩基性構造材外部に配置され、中性、酸性、または
    前記塩基性構造材より弱い塩基性を示す外部環境と、こ
    の外部環境の中に配置され前記塩基性構造材内部の金属
    材料と導通する金属材料とで構成される構造材/外部環
    境系において、前記塩基性構造材中の金属材料表面でカ
    ソード反応として生ずる水酸イオン生成反応を抑制する
    ことにより、外部環境内の金属材料のマクロセル腐食を
    防止することを特徴とする腐食防止法。
  2. 【請求項2】塩基性構造材がコンクリートまたはセメン
    トモルタルであり、この中の金属材料が鉄または鉄鋼製
    の鉄筋またはガス管であり、外部環境が土壌または水で
    あり、かつ外部環境内の金属材料が鉄または鉄鋼製のガ
    ス管であることを特徴とする請求項1の腐食防止法。
  3. 【請求項3】塩基性構造材中の金属材料表面でカソード
    反応として生ずる水酸イオン生成反応を抑制するため
    に、該構造材中に該金属材料表面に吸着性を示す極性有
    機化合物を添加する請求項1の方法。
  4. 【請求項4】該極性有機化合物が、リン酸基のリン原子
    と炭素とが直接結合したアルカリ可溶性構造を有する有
    機リン化合物を用いる請求項3の方法。
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