コンクリート構造物の電気化学的脱塩方法
【課題】 脱塩対象のコンクリート構造物の状況に即した脱塩を可能ならしめ、経済的に最大の脱塩効果を得ることができる脱塩方法を提供する。
【解決手段】 コンクリート構造物の電気化学的脱塩を行なうにあたり、該コンクリート構造物より採取したコンクリートサンプル４５を模擬脱塩することにより、あらかじめ通電条件と脱塩の効果との関係を解析し、この解析結果に基づいて設定した通電条件によってコンクリート構造物の脱塩を行うことを特徴とする。
【解決手段】 コンクリート構造物の電気化学的脱塩を行なうにあたり、該コンクリート構造物より採取したコンクリートサンプル４５を模擬脱塩することにより、あらかじめ通電条件と脱塩の効果との関係を解析し、この解析結果に基づいて設定した通電条件によってコンクリート構造物の脱塩を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材を内部に含むコンクリート構造物の電気化学的脱塩方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの鉄筋やＰＣ鋼材などの鋼材周辺に多量の塩化物が存在すると、鋼材表面の不動態皮膜が破壊され、鋼材の腐食が始まり、コンクリート構造物の耐久性が低下する。このようにコンクリート内部に存在する塩化物イオンによって、コンクリート中の鋼材が錆び、耐久性が低下する現象はコンクリートの塩害と呼ばれる。
【０００３】
電気化学的脱塩工法は、コンクリートの塩害の原因となる塩化物イオンを直流電流によりコンクリート外へ排出させる工法であり、塩化物イオンを排出し、鋼材の腐食環境を改善することにより、塩害を生じたコンクリート構造物の耐久性の低下を抑えることに極めて有効な工法である。
【０００４】
例えば非特許文献１には電気化学的脱塩工法における設計・施工方法に関して記載されており、標準的な通電処理条件として１Ａ／ｍ2の電流密度で２ヶ月通電することが示されている。
【０００５】
【非特許文献１】土木学会「電気化学的防食工法 設計施工指針（案）」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の脱塩設計施工マニュアルには、設計にあたって構造物の調査を行なうことや、電流密度、通電処理期間、電気回路の条件を決定しなければならないことが示されているものの、具体的な設計および施工管理方法は示されていない。
【０００７】
このため、これまでの脱塩工法の設計および施工管理は施工者の経験によるもので、必ずしも施工対象となる構造物の状況に即したものではなかった。また、具体的な設計および施工管理方法が確立されていないため、施工期間も暫定的なものとなり、工法の効果や経済性も十分評価されていなかった。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決し、脱塩対象のコンクリート構造物の状況に即した脱塩を可能ならしめ、経済的に最大の脱塩効果が得られるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、対象構造物からコンクリートサンプルを採取し、模擬脱塩を行ない、対象構造物の脱塩に関する特性値を把握することにより、実施工時の塩化物の経時的な移動を予測でき、必要とされる積算電流量などの具体的な設計および施工管理が可能であるとの知見を得て本発明を完成するに至ったものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、コンクリート構造物の電気化学的脱塩を行なうにあたり、該コンクリート構造物より採取したコンクリートサンプルを模擬脱塩することにより、あらかじめ通電条件と脱塩の効果との関係を解析し、この解析結果に基づいて設定した通電条件によって前記コンクリート構造物の脱塩を行うことを特徴とする。
また、前記解析は、前記コンクリートサンプルの塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を求めることによって行われることを特徴とする。
また、前記解析結果に基づく通電条件の設定は、少なくとも積算電流量を設定するものであることを特徴とする。
また、前記解析結果に基づいて設定した通電条件によって前記コンクリート構造物の脱塩を行い、この脱塩中に、前記コンクリート構造物から抜き出された塩化物イオンの計測を行い、この計測結果に基づいて通電条件の補正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電気化学的脱塩方法によれば、コンクリート構造物より採取したコンクリートサンプルを模擬脱塩し、例えば塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を求め、あらかじめ通電条件と脱塩の効果との関係を解析し、この解析結果に基づいて、コンクリート構造物の内部における通電時の塩化物濃度分布の経時変化の具体的な設計を行ない、あらかじめ実施工における通電条件（電流密度、通電期間、通電方法（通電にあたっての表面処理方法を包含する。））を設定し、この設定した通電条件によってコンクリート構造物の脱塩を行う。これにより、脱塩対象のコンクリート構造物の状況に即した脱塩が可能であり、経済的に最大の脱塩効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態例を説明するが、本発明はかかる形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で適宜の変更を加えることができる。
【００１３】
本発明の電気化学的脱塩方法では、実際の脱塩の前工程として、以下の工程を行う。
（１）コンクリートサンプルを採取する工程
（２）コンクリートサンプルを模擬脱塩することにより、対象コンクリート構造物の通電条件と脱塩の効果との関係を解析する工程
（３）模擬脱塩による解析結果から、コンクリート構造物の内部における通電時の塩化物濃度分布の経時変化の設計を行い、実施工時の通電条件を設定する工程
以下、上記の各工程について詳細に説明する。
【００１４】
（１）コンクリートサンプルの採取
コンクリートサンプルは、脱塩対象のコンクリート構造物から採取する。通常、コンクリートのサンプルは該コンクリート構造物から切り取ったコンクリートコアを用いる。コンクリートコアの径には特に制約はないが、十分なデータを得るためには、直径は５０ｍｍ以上であることが望ましい。なお、コンクリートサンプルは必ずしもコンクリートコアである必要はなく、他の方法で切り取ったものでもよい。サンプルの採取深さはコンクリート表面から該コンクリート構造物内部の鉄筋に相当する深さ以上であることが好ましい。
【００１５】
（２）コンクリートサンプルの模擬脱塩
一つのコンクリートサンプルは、深さごとに適切な間隔で切断し、その切断されたサンプル毎に塩化物イオンの量を測定しておく。塩化物イオンの量は、通常、深さごとのサンプルを粉状に砕き、硝酸などで溶かした後、電位差滴定法などにより測定された塩化物濃度から、コンクリートの単位体積あたりの塩化物イオン量に換算した値を用いる。塩化物濃度の測定方法は硝酸で溶かされた溶液中の正確な塩化物濃度が測定できれば、必ずしも電位差滴定法による必要はなく、Ｘ線や他の分析手法によって測定が可能であれば、そのような方法によってもよい。
【００１６】
次に、他のコンクリートサンプル（先のサンプルとは出来るだけ近接した部分から採取したものであるのが好ましい。）に対し、任意の期間で電気化学的脱塩（模擬脱塩）を施す。模擬脱塩の実施中は電圧と電流の関係から、予備データとしてコンクリートの抵抗値も求めておくとよい。模擬脱塩を行った後のコンクリートサンプルを分析し、脱塩後のコンクリートサンプルに残された塩化物イオン量を測定する。この測定方法は、前述した測定方法と同様でよい。
【００１７】
コンクリートサンプルに対する模擬脱塩の結果から、対象コンクリート構造物の通電条件と脱塩の効果との関係を解析する。具体的には、塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を、対象コンクリート構造物の特性値として求める。なお、積算電流量とは流した電流と期間の積分値である。
【００１８】
（３）実施工時における通電条件の設定
模擬脱塩による解析結果から、脱塩対象のコンクリート構造物の内部における通電時の塩化物濃度分布の経時変化の設計を行うことにより、実施工時の通電条件を設定する。具体的には、脱塩対象のコンクリート構造物の脱塩対象断面を、適切な方法で塩化物イオンの移動量評価が可能な電気回路としてモデル化する。そのモデルにコンクリートサンプルに対する模擬脱塩から求められた特性値を代入して解析を行い、検討断面のある特定の位置における塩化物イオン量がある値となる積算電流量を求めることにより、該コンクリート構造物の電気化学的脱塩に必要な電流と通電期間が求められる。
【００１９】
脱塩対象のコンクリート構造物への実際の電気化学的脱塩は、以上の前工程を経て設定された通電条件にしたがって実施する。これによって、従来、コンクリート表面積あたりの電流密度１Ａ／ｍ2通電期間２ヶ月として一義的に定められていた電気化学的脱塩の施工を、該コンクリート構造物に適したものにすることができ、経済的に最大の脱塩効果を得ることができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記解析結果に基づいて設定した通電条件によってコンクリート構造物の脱塩を行い、この脱塩中に、コンクリート構造物から抜き出された塩化物イオンの時間的変化の計測を行い、この計測結果に基づいて通電条件の補正を行うことが好ましい。具体的には、コンクリート構造物から抜き出された塩化物イオンの計測結果が模擬脱塩の結果と異なる場合には、設計に用いた前記特性値を実際と合うように修正すれば、従来のように２ヶ月を待つことなく、施工の比較的初期の段階で施工計画の修正が可能となる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２２】
（１）コンクリートサンプルの採取
脱塩対象のコンクリート構造物からφ５０ｍｍ×１００ｍｍ程度（対象構造物に悪影響のない範囲で大きい方が望ましい。）のコンクリートサンプル３本（供試体Ａ，Ｂ，Ｃとする）を採取する。具体的には、図１に示すように、コアサンプルドリル１２を用いて対象構造物１１から採取する。
【００２３】
供試体Ａは脱塩前の塩化物イオン量の把握を目的とし、深さごとの塩化物イオン量を測定する。このため、供試体Ａは深さ方向にコンクリートカッターなどで分割する。分割数は分析に必要な量より決定するが、１分割面の量で塩化物イオン量を測定可能な量以上として特に限定しない。本実施例では図２に示すように５分割し、深さごとのサンプルを粉状に砕き、硝酸で溶かしたのち、電位差滴定法より塩化物濃度を測定した。
【００２４】
（２）コンクリートサンプルの模擬脱塩による通電条件と脱塩効果との関係の解析
供試体Ｂ，Ｃは模擬脱塩に使用する。模擬脱塩は相対する２面に電流を流し、コンクリートサンプル中の電流量、通電時間と塩化物イオン濃度の変化性状を把握するものである。１本しか採取できない場合は、サンプルを分割し複数のサンプルを作成する。図３に２分割する例を示す。
【００２５】
模擬脱塩状況を図４（斜視図）及び図５（模試的断面図）に示す。模擬脱塩は陽極４１と電解質溶液４２を入れた容器４３に、上面に陰極４４を設置した供試体４５を立て込み、陽極と陰極の間に電流を流すものである。模擬脱塩用の供試体は相対する２面間に電流が流れるように、他の面（側面）は塗装材料などを用いて絶縁処理を施す。また、供試体４５と電解質溶液中の陽極４１が接する事がないようにスペーサー４６で保持する。供試体４５の向きは対象構造物に即した向きとし、対象構造物のコンクリート表面側が陽極側、コンクリート内部側が陰極側となるように立て込む。
【００２６】
本例では陽極材にチタンメッシュ、陰極材に鋼板、電解質溶液にはホウ酸リチュウム、スペーサーにはモルタルブロックを用いた。なお、これらの各材料は模擬脱塩の目的や実施工に応じたものを使用し、特に限定はしない。
【００２７】
本例では供試体Ｂ，ＣをそれぞれＢ時間，Ｃ時間（Ｃ＞Ｂ）通電し、通電終了後に、供試体Ｂ，Ｃを供試体Ａと同じように５分割し、各層の塩化物イオン量を測定した。供試体Ｂ，Ｃの分割数は１分割面の量で各イオン量を測定可能な量以上として特に限定しないが、脱塩前に分析を行った供試体Ａと合わせておくのが良い。
【００２８】
本実施例の模擬脱塩前（供試体Ａ）と模擬脱塩後（供試体Ｂ，Ｃ）の塩化物イオン量を図６に示す。図６においては、５分割した供試体Ａの表面側からＡ1〜Ａ5、同じく５分割した供試体Ｂ，Ｃの表面側からそれぞれＢ1〜Ｂ5およびＣ1〜Ｃ5として示している。
【００２９】
図６の塩化物イオン量の変化と積算電流量から、単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量（ｋｇ／ｍ3・Ａ・ｈ）と塩化物イオン量（ｋｇ／ｍ3）の関係を求めた。その結果を図７に示す。
【００３０】
図７において、ＹBNとＹCN（Ｎは１〜５の整数）はそれぞれ下式によって求めた単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量である。
ＹBN＝（ＡN−ＢN）／ＡB
ＹCN＝（ＢN−ＣN）／ＡC
ここで、ＡBは供試体Ｂの積算電流量、ＡCは供試体Ｃの積算電流量から供試体Ｂの積算電流量を引いたものである。
【００３１】
図７に示すように、本実施例では、単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量ｙと塩化物イオン量ｘは、ｙ＝０．００１１・ｘ2.988、の関係式で表すことができることが判った。なお、本実施例では模擬脱塩を供試体Ｂ，Ｃの２本で実施したが、模擬脱塩を行う供試体の数は単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量ｙと塩化物イオン量ｘの関係を所用の精度で求めることを目的としているため、数を限定するものではない。
【００３２】
（３）実施工時における通電条件の設定
電気化学的脱塩の目的は、コンクリート中の鋼材腐食の原因となる塩化物イオンをコンクリートの外に排出させることであるから、現在コンクリート中に存在する塩化物イオンが、どの程度の電流密度や通電期間でどれだけ排出されるかを推定する必要がある。一方、上記の関係式が得られれば、対象構造物の内部における塩化物濃度分布の経時変化などの具体的な設計を行なうことができ、あらかじめ実施工における通電条件（電流密度や通電期間、通電方法）を設定して、脱塩量の推移に関する施工管理が可能である。その一具体例を以下に説明する。
【００３３】
対象構造物は図８に示すように離散化したモデルとして取り扱う。モデル化する範囲および分割するブロック数は制限されない。コンクリートは電気抵抗体とみなすことができ、図９に示す電気回路としたモデルとして取り扱いが可能なことが知られている。
【００３４】
モデル化した抵抗Ｒは、
【００３５】
【数１】
で示され、コンクリート中の塩化イオン濃度により変化する。ここで、α、βは、模擬脱塩時に予備データとして測定したコンクリートの抵抗値に基づく定数（もしくはコンクリートの種類に応じて経験的に求めた定数）であり、本実施例ではα＝５５０、β＝１．０、を採用した。Ｓはモデル化した各ブロックの断面積（ｍ2）、Ｌはモデル化した各ブロック間の距離（ｍ）である。
【００３６】
Δｔ時間にＩ（Ａ）の電流を通電したコンクリートの塩化物イオンの減少量は、模擬脱塩から求めた図７の関係式により、
ΔＣｌ-（ｘ）＝０．００１１×［Ｃｌ-］2.988×Ｉ×Δｔ
で示される。ここで、ΔＣｌ-（ｘ）はΔｔ時間の間に減少する塩化物イオン量を示す。［Ｃｌ-］はΔｔ時間の通電を行う前の塩化物イオン量を示す。
【００３７】
図９に示す鉄筋位置以外の任意の節点の塩化物イオン量は、質量保存の法則から、
Ｃｌ-（ｘ）＝［Ｃｌ-］（ｘ）＋ΔＣｌ-（ｙ）−ΔＣｌ-（ｘ）
となる。ここで、
Ｃｌ-（ｘ）：着目する要素の塩化物イオン量
ΔＣｌ-（ｙ）：隣接した要素から流入する塩化物イオン量
ΔＣｌ-（ｘ）：隣接した要素に流出する塩化物イオン量
【００３８】
脱塩は、通常鉄筋と外部電極間には一定の電流を流すことから、図９の回路に流れる電流の総和は、Ｉ13＋Ｉ14＋Ｉ15、となる。
【００３９】
回路の抵抗は塩化物イオン量により変化するが、Δｔ時間の間は一定と仮定して、塩化物イオン量より各回路の抵抗を求め、回路の抵抗および電流の総和の関係から、各回路に流れる電流Ｉnを算出する。各回路間のＩnが求まると、Δｔ時間の各要素間の塩化物イオンの流入・流出が求まり、前記式から脱塩に伴う塩化物イオンの挙動を計算することができる。
【００４０】
具体的な計算方法としては、通電時間のΔｔを１時間として、通電前の各要素の塩化物イオン量を初期値として、繰り返し計算する。計算ごとに塩化物イオン量は変化するため、回路の抵抗はその変化に応じた抵抗を用いる。
【００４１】
本実施例における設計の妥当性を確認するために、脱塩前後に対象コンクリート構造物の塩化物イオン量を測定した。図１０に脱塩前の塩化物イオン量（ｋｇ／ｍ3）の分布を示す。また、図１１に脱塩２６日後（６２４Ａ・ｈ／ｍ2）と脱塩７９日後（１８９６Ａ・ｈ／ｍ2）の設計値（括弧内の数値）と実際に測定した塩化物イオン量（ｋｇ／ｍ3）を示す。また、図１２に鉄筋位置での設計値と実測値の比較を示す。これらの結果から、実際の電気化学的脱塩において、検討断面のある特定の位置における塩化物イオン量がある値まで低下するのに必要な積算電流量を設定することが可能であることが分かる。
【００４２】
なお、塩化物イオン量と塩化物イオン減少量の関係や、コンクリートの抵抗と塩化物イオン量の関係は直線的な関係ではないため、上記の計算の精度は、Δｔの設定に影響される。Δｔを短く設定すれば計算精度は向上するが、計算時間が長くなり、Δｔを長く設定すると計算精度は低下するが、計算時間は短くなる。本実施例ではΔｔを１時間で計算し、図１１、１２に示す程度の計算結果が得られた。
【００４３】
以上説明したように、本実施例によれば、模擬脱塩によって塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を求め、この関係に基づいてコンクリート構造物の内部における通電時の塩化物濃度分布の経時変化の具体的な設計を行ない、あらかじめ実施工における通電条件（本実施例では積算電流量）を設定し、この設定した通電条件によってコンクリート構造物の脱塩を行う。これにより、脱塩対象のコンクリート構造物の状況に即した脱塩が可能であり、経済的に最大の脱塩効果を得ることができる。なお、実施工における通電条件の設定は、積算電流量の設定に限らず、例えば通電にあたっての表面処理方法などの通電方法も含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】コンクリートサンプルの採取方法を説明するための模式図である。
【図２】コンクリートサンプルの分割の様子を示す図である。
【図３】コンクリートサンプルの分割の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施例における模擬脱塩状況を説明するための斜視図である。
【図５】本発明の実施例における模擬脱塩状況を説明するための模試的断面図である。
【図６】本発明の実施例における模擬脱塩前後の塩化物イオン量を示す図である。
【図７】本発明の実施例における単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量と塩化物イオン量の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例における対象構造物の離散化したモデルを示す図である。
【図９】本発明の実施例における対象構造物をモデル化した電気回路図である。
【図１０】本発明の実施例における対象構造物の脱塩前の塩化物イオン量の分布を示す図である。
【図１１】本発明の実施例における対象構造物の脱塩後の塩化物イオン量の設計値と実測値を示す図である。
【図１２】本発明の実施例における対象構造物の鉄筋位置での塩化物イオン量の設計値と実測値の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１：コンクリート構造物
１２：コアサンプルドリル
４１：陽極
４２：電解質溶液
４３：容器
４４：陰極
４５：供試体
４６：スペーサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材を内部に含むコンクリート構造物の電気化学的脱塩方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの鉄筋やＰＣ鋼材などの鋼材周辺に多量の塩化物が存在すると、鋼材表面の不動態皮膜が破壊され、鋼材の腐食が始まり、コンクリート構造物の耐久性が低下する。このようにコンクリート内部に存在する塩化物イオンによって、コンクリート中の鋼材が錆び、耐久性が低下する現象はコンクリートの塩害と呼ばれる。
【０００３】
電気化学的脱塩工法は、コンクリートの塩害の原因となる塩化物イオンを直流電流によりコンクリート外へ排出させる工法であり、塩化物イオンを排出し、鋼材の腐食環境を改善することにより、塩害を生じたコンクリート構造物の耐久性の低下を抑えることに極めて有効な工法である。
【０００４】
例えば非特許文献１には電気化学的脱塩工法における設計・施工方法に関して記載されており、標準的な通電処理条件として１Ａ／ｍ2の電流密度で２ヶ月通電することが示されている。
【０００５】
【非特許文献１】土木学会「電気化学的防食工法 設計施工指針（案）」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の脱塩設計施工マニュアルには、設計にあたって構造物の調査を行なうことや、電流密度、通電処理期間、電気回路の条件を決定しなければならないことが示されているものの、具体的な設計および施工管理方法は示されていない。
【０００７】
このため、これまでの脱塩工法の設計および施工管理は施工者の経験によるもので、必ずしも施工対象となる構造物の状況に即したものではなかった。また、具体的な設計および施工管理方法が確立されていないため、施工期間も暫定的なものとなり、工法の効果や経済性も十分評価されていなかった。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決し、脱塩対象のコンクリート構造物の状況に即した脱塩を可能ならしめ、経済的に最大の脱塩効果が得られるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、対象構造物からコンクリートサンプルを採取し、模擬脱塩を行ない、対象構造物の脱塩に関する特性値を把握することにより、実施工時の塩化物の経時的な移動を予測でき、必要とされる積算電流量などの具体的な設計および施工管理が可能であるとの知見を得て本発明を完成するに至ったものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、コンクリート構造物の電気化学的脱塩を行なうにあたり、該コンクリート構造物より採取したコンクリートサンプルを模擬脱塩することにより、あらかじめ通電条件と脱塩の効果との関係を解析し、この解析結果に基づいて設定した通電条件によって前記コンクリート構造物の脱塩を行うことを特徴とする。
また、前記解析は、前記コンクリートサンプルの塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を求めることによって行われることを特徴とする。
また、前記解析結果に基づく通電条件の設定は、少なくとも積算電流量を設定するものであることを特徴とする。
また、前記解析結果に基づいて設定した通電条件によって前記コンクリート構造物の脱塩を行い、この脱塩中に、前記コンクリート構造物から抜き出された塩化物イオンの計測を行い、この計測結果に基づいて通電条件の補正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電気化学的脱塩方法によれば、コンクリート構造物より採取したコンクリートサンプルを模擬脱塩し、例えば塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を求め、あらかじめ通電条件と脱塩の効果との関係を解析し、この解析結果に基づいて、コンクリート構造物の内部における通電時の塩化物濃度分布の経時変化の具体的な設計を行ない、あらかじめ実施工における通電条件（電流密度、通電期間、通電方法（通電にあたっての表面処理方法を包含する。））を設定し、この設定した通電条件によってコンクリート構造物の脱塩を行う。これにより、脱塩対象のコンクリート構造物の状況に即した脱塩が可能であり、経済的に最大の脱塩効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態例を説明するが、本発明はかかる形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で適宜の変更を加えることができる。
【００１３】
本発明の電気化学的脱塩方法では、実際の脱塩の前工程として、以下の工程を行う。
（１）コンクリートサンプルを採取する工程
（２）コンクリートサンプルを模擬脱塩することにより、対象コンクリート構造物の通電条件と脱塩の効果との関係を解析する工程
（３）模擬脱塩による解析結果から、コンクリート構造物の内部における通電時の塩化物濃度分布の経時変化の設計を行い、実施工時の通電条件を設定する工程
以下、上記の各工程について詳細に説明する。
【００１４】
（１）コンクリートサンプルの採取
コンクリートサンプルは、脱塩対象のコンクリート構造物から採取する。通常、コンクリートのサンプルは該コンクリート構造物から切り取ったコンクリートコアを用いる。コンクリートコアの径には特に制約はないが、十分なデータを得るためには、直径は５０ｍｍ以上であることが望ましい。なお、コンクリートサンプルは必ずしもコンクリートコアである必要はなく、他の方法で切り取ったものでもよい。サンプルの採取深さはコンクリート表面から該コンクリート構造物内部の鉄筋に相当する深さ以上であることが好ましい。
【００１５】
（２）コンクリートサンプルの模擬脱塩
一つのコンクリートサンプルは、深さごとに適切な間隔で切断し、その切断されたサンプル毎に塩化物イオンの量を測定しておく。塩化物イオンの量は、通常、深さごとのサンプルを粉状に砕き、硝酸などで溶かした後、電位差滴定法などにより測定された塩化物濃度から、コンクリートの単位体積あたりの塩化物イオン量に換算した値を用いる。塩化物濃度の測定方法は硝酸で溶かされた溶液中の正確な塩化物濃度が測定できれば、必ずしも電位差滴定法による必要はなく、Ｘ線や他の分析手法によって測定が可能であれば、そのような方法によってもよい。
【００１６】
次に、他のコンクリートサンプル（先のサンプルとは出来るだけ近接した部分から採取したものであるのが好ましい。）に対し、任意の期間で電気化学的脱塩（模擬脱塩）を施す。模擬脱塩の実施中は電圧と電流の関係から、予備データとしてコンクリートの抵抗値も求めておくとよい。模擬脱塩を行った後のコンクリートサンプルを分析し、脱塩後のコンクリートサンプルに残された塩化物イオン量を測定する。この測定方法は、前述した測定方法と同様でよい。
【００１７】
コンクリートサンプルに対する模擬脱塩の結果から、対象コンクリート構造物の通電条件と脱塩の効果との関係を解析する。具体的には、塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を、対象コンクリート構造物の特性値として求める。なお、積算電流量とは流した電流と期間の積分値である。
【００１８】
（３）実施工時における通電条件の設定
模擬脱塩による解析結果から、脱塩対象のコンクリート構造物の内部における通電時の塩化物濃度分布の経時変化の設計を行うことにより、実施工時の通電条件を設定する。具体的には、脱塩対象のコンクリート構造物の脱塩対象断面を、適切な方法で塩化物イオンの移動量評価が可能な電気回路としてモデル化する。そのモデルにコンクリートサンプルに対する模擬脱塩から求められた特性値を代入して解析を行い、検討断面のある特定の位置における塩化物イオン量がある値となる積算電流量を求めることにより、該コンクリート構造物の電気化学的脱塩に必要な電流と通電期間が求められる。
【００１９】
脱塩対象のコンクリート構造物への実際の電気化学的脱塩は、以上の前工程を経て設定された通電条件にしたがって実施する。これによって、従来、コンクリート表面積あたりの電流密度１Ａ／ｍ2通電期間２ヶ月として一義的に定められていた電気化学的脱塩の施工を、該コンクリート構造物に適したものにすることができ、経済的に最大の脱塩効果を得ることができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記解析結果に基づいて設定した通電条件によってコンクリート構造物の脱塩を行い、この脱塩中に、コンクリート構造物から抜き出された塩化物イオンの時間的変化の計測を行い、この計測結果に基づいて通電条件の補正を行うことが好ましい。具体的には、コンクリート構造物から抜き出された塩化物イオンの計測結果が模擬脱塩の結果と異なる場合には、設計に用いた前記特性値を実際と合うように修正すれば、従来のように２ヶ月を待つことなく、施工の比較的初期の段階で施工計画の修正が可能となる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２２】
（１）コンクリートサンプルの採取
脱塩対象のコンクリート構造物からφ５０ｍｍ×１００ｍｍ程度（対象構造物に悪影響のない範囲で大きい方が望ましい。）のコンクリートサンプル３本（供試体Ａ，Ｂ，Ｃとする）を採取する。具体的には、図１に示すように、コアサンプルドリル１２を用いて対象構造物１１から採取する。
【００２３】
供試体Ａは脱塩前の塩化物イオン量の把握を目的とし、深さごとの塩化物イオン量を測定する。このため、供試体Ａは深さ方向にコンクリートカッターなどで分割する。分割数は分析に必要な量より決定するが、１分割面の量で塩化物イオン量を測定可能な量以上として特に限定しない。本実施例では図２に示すように５分割し、深さごとのサンプルを粉状に砕き、硝酸で溶かしたのち、電位差滴定法より塩化物濃度を測定した。
【００２４】
（２）コンクリートサンプルの模擬脱塩による通電条件と脱塩効果との関係の解析
供試体Ｂ，Ｃは模擬脱塩に使用する。模擬脱塩は相対する２面に電流を流し、コンクリートサンプル中の電流量、通電時間と塩化物イオン濃度の変化性状を把握するものである。１本しか採取できない場合は、サンプルを分割し複数のサンプルを作成する。図３に２分割する例を示す。
【００２５】
模擬脱塩状況を図４（斜視図）及び図５（模試的断面図）に示す。模擬脱塩は陽極４１と電解質溶液４２を入れた容器４３に、上面に陰極４４を設置した供試体４５を立て込み、陽極と陰極の間に電流を流すものである。模擬脱塩用の供試体は相対する２面間に電流が流れるように、他の面（側面）は塗装材料などを用いて絶縁処理を施す。また、供試体４５と電解質溶液中の陽極４１が接する事がないようにスペーサー４６で保持する。供試体４５の向きは対象構造物に即した向きとし、対象構造物のコンクリート表面側が陽極側、コンクリート内部側が陰極側となるように立て込む。
【００２６】
本例では陽極材にチタンメッシュ、陰極材に鋼板、電解質溶液にはホウ酸リチュウム、スペーサーにはモルタルブロックを用いた。なお、これらの各材料は模擬脱塩の目的や実施工に応じたものを使用し、特に限定はしない。
【００２７】
本例では供試体Ｂ，ＣをそれぞれＢ時間，Ｃ時間（Ｃ＞Ｂ）通電し、通電終了後に、供試体Ｂ，Ｃを供試体Ａと同じように５分割し、各層の塩化物イオン量を測定した。供試体Ｂ，Ｃの分割数は１分割面の量で各イオン量を測定可能な量以上として特に限定しないが、脱塩前に分析を行った供試体Ａと合わせておくのが良い。
【００２８】
本実施例の模擬脱塩前（供試体Ａ）と模擬脱塩後（供試体Ｂ，Ｃ）の塩化物イオン量を図６に示す。図６においては、５分割した供試体Ａの表面側からＡ1〜Ａ5、同じく５分割した供試体Ｂ，Ｃの表面側からそれぞれＢ1〜Ｂ5およびＣ1〜Ｃ5として示している。
【００２９】
図６の塩化物イオン量の変化と積算電流量から、単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量（ｋｇ／ｍ3・Ａ・ｈ）と塩化物イオン量（ｋｇ／ｍ3）の関係を求めた。その結果を図７に示す。
【００３０】
図７において、ＹBNとＹCN（Ｎは１〜５の整数）はそれぞれ下式によって求めた単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量である。
ＹBN＝（ＡN−ＢN）／ＡB
ＹCN＝（ＢN−ＣN）／ＡC
ここで、ＡBは供試体Ｂの積算電流量、ＡCは供試体Ｃの積算電流量から供試体Ｂの積算電流量を引いたものである。
【００３１】
図７に示すように、本実施例では、単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量ｙと塩化物イオン量ｘは、ｙ＝０．００１１・ｘ2.988、の関係式で表すことができることが判った。なお、本実施例では模擬脱塩を供試体Ｂ，Ｃの２本で実施したが、模擬脱塩を行う供試体の数は単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量ｙと塩化物イオン量ｘの関係を所用の精度で求めることを目的としているため、数を限定するものではない。
【００３２】
（３）実施工時における通電条件の設定
電気化学的脱塩の目的は、コンクリート中の鋼材腐食の原因となる塩化物イオンをコンクリートの外に排出させることであるから、現在コンクリート中に存在する塩化物イオンが、どの程度の電流密度や通電期間でどれだけ排出されるかを推定する必要がある。一方、上記の関係式が得られれば、対象構造物の内部における塩化物濃度分布の経時変化などの具体的な設計を行なうことができ、あらかじめ実施工における通電条件（電流密度や通電期間、通電方法）を設定して、脱塩量の推移に関する施工管理が可能である。その一具体例を以下に説明する。
【００３３】
対象構造物は図８に示すように離散化したモデルとして取り扱う。モデル化する範囲および分割するブロック数は制限されない。コンクリートは電気抵抗体とみなすことができ、図９に示す電気回路としたモデルとして取り扱いが可能なことが知られている。
【００３４】
モデル化した抵抗Ｒは、
【００３５】
【数１】
で示され、コンクリート中の塩化イオン濃度により変化する。ここで、α、βは、模擬脱塩時に予備データとして測定したコンクリートの抵抗値に基づく定数（もしくはコンクリートの種類に応じて経験的に求めた定数）であり、本実施例ではα＝５５０、β＝１．０、を採用した。Ｓはモデル化した各ブロックの断面積（ｍ2）、Ｌはモデル化した各ブロック間の距離（ｍ）である。
【００３６】
Δｔ時間にＩ（Ａ）の電流を通電したコンクリートの塩化物イオンの減少量は、模擬脱塩から求めた図７の関係式により、
ΔＣｌ-（ｘ）＝０．００１１×［Ｃｌ-］2.988×Ｉ×Δｔ
で示される。ここで、ΔＣｌ-（ｘ）はΔｔ時間の間に減少する塩化物イオン量を示す。［Ｃｌ-］はΔｔ時間の通電を行う前の塩化物イオン量を示す。
【００３７】
図９に示す鉄筋位置以外の任意の節点の塩化物イオン量は、質量保存の法則から、
Ｃｌ-（ｘ）＝［Ｃｌ-］（ｘ）＋ΔＣｌ-（ｙ）−ΔＣｌ-（ｘ）
となる。ここで、
Ｃｌ-（ｘ）：着目する要素の塩化物イオン量
ΔＣｌ-（ｙ）：隣接した要素から流入する塩化物イオン量
ΔＣｌ-（ｘ）：隣接した要素に流出する塩化物イオン量
【００３８】
脱塩は、通常鉄筋と外部電極間には一定の電流を流すことから、図９の回路に流れる電流の総和は、Ｉ13＋Ｉ14＋Ｉ15、となる。
【００３９】
回路の抵抗は塩化物イオン量により変化するが、Δｔ時間の間は一定と仮定して、塩化物イオン量より各回路の抵抗を求め、回路の抵抗および電流の総和の関係から、各回路に流れる電流Ｉnを算出する。各回路間のＩnが求まると、Δｔ時間の各要素間の塩化物イオンの流入・流出が求まり、前記式から脱塩に伴う塩化物イオンの挙動を計算することができる。
【００４０】
具体的な計算方法としては、通電時間のΔｔを１時間として、通電前の各要素の塩化物イオン量を初期値として、繰り返し計算する。計算ごとに塩化物イオン量は変化するため、回路の抵抗はその変化に応じた抵抗を用いる。
【００４１】
本実施例における設計の妥当性を確認するために、脱塩前後に対象コンクリート構造物の塩化物イオン量を測定した。図１０に脱塩前の塩化物イオン量（ｋｇ／ｍ3）の分布を示す。また、図１１に脱塩２６日後（６２４Ａ・ｈ／ｍ2）と脱塩７９日後（１８９６Ａ・ｈ／ｍ2）の設計値（括弧内の数値）と実際に測定した塩化物イオン量（ｋｇ／ｍ3）を示す。また、図１２に鉄筋位置での設計値と実測値の比較を示す。これらの結果から、実際の電気化学的脱塩において、検討断面のある特定の位置における塩化物イオン量がある値まで低下するのに必要な積算電流量を設定することが可能であることが分かる。
【００４２】
なお、塩化物イオン量と塩化物イオン減少量の関係や、コンクリートの抵抗と塩化物イオン量の関係は直線的な関係ではないため、上記の計算の精度は、Δｔの設定に影響される。Δｔを短く設定すれば計算精度は向上するが、計算時間が長くなり、Δｔを長く設定すると計算精度は低下するが、計算時間は短くなる。本実施例ではΔｔを１時間で計算し、図１１、１２に示す程度の計算結果が得られた。
【００４３】
以上説明したように、本実施例によれば、模擬脱塩によって塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を求め、この関係に基づいてコンクリート構造物の内部における通電時の塩化物濃度分布の経時変化の具体的な設計を行ない、あらかじめ実施工における通電条件（本実施例では積算電流量）を設定し、この設定した通電条件によってコンクリート構造物の脱塩を行う。これにより、脱塩対象のコンクリート構造物の状況に即した脱塩が可能であり、経済的に最大の脱塩効果を得ることができる。なお、実施工における通電条件の設定は、積算電流量の設定に限らず、例えば通電にあたっての表面処理方法などの通電方法も含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】コンクリートサンプルの採取方法を説明するための模式図である。
【図２】コンクリートサンプルの分割の様子を示す図である。
【図３】コンクリートサンプルの分割の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施例における模擬脱塩状況を説明するための斜視図である。
【図５】本発明の実施例における模擬脱塩状況を説明するための模試的断面図である。
【図６】本発明の実施例における模擬脱塩前後の塩化物イオン量を示す図である。
【図７】本発明の実施例における単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量と塩化物イオン量の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例における対象構造物の離散化したモデルを示す図である。
【図９】本発明の実施例における対象構造物をモデル化した電気回路図である。
【図１０】本発明の実施例における対象構造物の脱塩前の塩化物イオン量の分布を示す図である。
【図１１】本発明の実施例における対象構造物の脱塩後の塩化物イオン量の設計値と実測値を示す図である。
【図１２】本発明の実施例における対象構造物の鉄筋位置での塩化物イオン量の設計値と実測値の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１：コンクリート構造物
１２：コアサンプルドリル
４１：陽極
４２：電解質溶液
４３：容器
４４：陰極
４５：供試体
４６：スペーサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物の電気化学的脱塩を行なうにあたり、該コンクリート構造物より採取したコンクリートサンプルを模擬脱塩することにより、あらかじめ通電条件と脱塩の効果との関係を解析し、この解析結果に基づいて設定した通電条件によって前記コンクリート構造物の脱塩を行うことを特徴とする電気化学的脱塩工法。
【請求項２】
前記解析は、前記コンクリートサンプルの塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を求めることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の電気化学的脱塩工法。
【請求項３】
前記解析結果に基づく通電条件の設定は、少なくとも積算電流量を設定するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学的脱塩工法。
【請求項４】
前記解析結果に基づいて設定した通電条件によって前記コンクリート構造物の脱塩を行い、この脱塩中に、前記コンクリート構造物から抜き出された塩化物イオンの計測を行い、この計測結果に基づいて通電条件の補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学的脱塩工法。
【請求項１】
コンクリート構造物の電気化学的脱塩を行なうにあたり、該コンクリート構造物より採取したコンクリートサンプルを模擬脱塩することにより、あらかじめ通電条件と脱塩の効果との関係を解析し、この解析結果に基づいて設定した通電条件によって前記コンクリート構造物の脱塩を行うことを特徴とする電気化学的脱塩工法。
【請求項２】
前記解析は、前記コンクリートサンプルの塩化物イオン濃度と単位積算電流量あたりの塩化物イオン減少量との関係を求めることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の電気化学的脱塩工法。
【請求項３】
前記解析結果に基づく通電条件の設定は、少なくとも積算電流量を設定するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学的脱塩工法。
【請求項４】
前記解析結果に基づいて設定した通電条件によって前記コンクリート構造物の脱塩を行い、この脱塩中に、前記コンクリート構造物から抜き出された塩化物イオンの計測を行い、この計測結果に基づいて通電条件の補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学的脱塩工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−３２７９１０（Ｐ２００６−３２７９１０Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５７０４３（Ｐ２００５−１５７０４３）
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（０００２３７１３４）株式会社富士ピー・エス (20)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（０００２３７１３４）株式会社富士ピー・エス (20)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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