鋼材の強度増強方法
【課題】鉄筋コンクリートなどの状態で構造物の建築要素として用いられる鋼材の強度が増加できるようにする。
【解決手段】まず、ステップＳ１０で、コンクリート中に埋設された鋼材に第１電極を接続する。次に、ステップＳ１０２で、コンクリートに第２電極を接して設ける。以上のように各電極を接続した後、ステップＳ１０３で、鋼材に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態となる電流を、第１電極を陰極として第１電極および第２電極の間に流す。
【解決手段】まず、ステップＳ１０で、コンクリート中に埋設された鋼材に第１電極を接続する。次に、ステップＳ１０２で、コンクリートに第２電極を接して設ける。以上のように各電極を接続した後、ステップＳ１０３で、鋼材に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態となる電流を、第１電極を陰極として第１電極および第２電極の間に流す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の水素による脆化を防止して鋼材の強度を増加する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材（鉄鋼）は、鉄骨や鉄筋などとして建築物などの建築要素（固定構造体）の部材として用いられている。この鋼材が、構造体が配置されている環境の影響で発生した水素により脆化して、強度が低下する場合があることが知られている。一方で、熱力学的平衡量以上の可飽和の水素を含む鋼材は、強度が向上することが確認されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】村上 敬宜、「水素脆化メカニズムと水素機器強度設計の考え方」、電力中央研究所材料科学シンポジウム２０１０予稿集、４３−６２頁、２０１０年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、水素を過飽和の状態にすることで、鋼材の水素脆化が抑制され強度が増大することが見いだされているが、例えば、ｂｃｃ結晶構造の金属では、結晶格子内の水素が拡散する速度が大きく、過飽和の状態を保つことは難しい。また、マルテンサイト系の高強度鋼では、常温（２０〜２５℃）では、水素は数日でｍｍオーダーの移動をし、「拡散性水素」として知られるトラップエネルギー準位の小さい成分の水素が、鋼材の内外の出入りを繰り返す。
【０００５】
このため、鋼材を水素が過飽和となる状態に保つことは、容易ではないという問題がある。また、鉄筋コンクリートなど、コンクリート中に埋設されている鋼材においては、上述した鋼材を水素が過飽和となる状態に保つことは特に困難である。このように、従来の技術では、含有する水素を可飽和の状態とすることで、鉄筋コンクリートなどの状態で構造物の建築要素として用いられる鋼材の強度を増加することは、容易ではないという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、鉄筋コンクリートなどの状態で構造物の建築要素として用いられる鋼材の強度が増加できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る鋼材の強度増強方法は、コンクリート中に埋設された鋼材に第１電極を接続し、コンクリートに第２電極を接して設け、第１電極を陰極として第１電極および第２電極の間に電流を流して鋼材表面において水の電気分解により水素を発生させ、鋼材に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、鋼材に接続する第１電極を陰極として第１電極および第２電極の間に電流を流すようにしたので、鉄筋コンクリートなどの状態で構造物の建築要素として用いられる鋼材の強度が増加できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における鋼材の強度増強方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、実施の形態における鋼材の強度増強方法を実現する装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における鋼材の強度増強方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０で、コンクリート中に埋設された鋼材に第１電極を接続する。次に、ステップＳ１０２で、コンクリートに第２電極を接して設ける。以上のように各電極を接続した後、ステップＳ１０３で、第１電極を陰極として第１電極および第２電極の間に電流を流し、鋼材表面において水の電気分解により水素を発生させ、鋼材に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態とする。
【００１１】
コンクリートには水が含まれているため、埋設されている鋼材が陰極側となるように電流を流すことで、鋼材表面において水の電気分解により水素を発生させれば、鋼材表面近傍における水素分圧を高めることができる。これにより、鋼材内部からの水素の放出を抑制し、鋼材内部においては、熱力学的平衡量以上の可飽和の水素が含まれた状態とする。このように、本実施の形態によれば、鋼材中の水素を可飽和とすることができるので、コンクリート中に埋設された鋼材の強度を増加させることができる。
【００１２】
次に、上述した方法を実現する装置について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態における鋼材の強度増強方法を実現する装置の構成を示す構成図である。この装置は、まず、コンクリート２０１中に埋設された鋼材２０２に接続する第１電極２０３を備える。また、コンクリート２０１に接して設けられた第２電極２０４を備える。第２電極２０４は、コンクリート２０１に埋設してもよい。また、第１電極２０３を陰極側として、第１電極２０３と第２電極２０４との間に電流を流す直流電源２０５を備える。
【００１３】
ここで、第１電極２０３は、コンクリート２０１のアルカリ性でマイナス極（陰極）とした時に容易に溶解しないような材料を用いれば好適であり、例えば、炭素から構成すればよい。また、第２電極２０４は、コンクリート２０１のアルカリ性でプラス極とした時に容易に溶解しない材料を用いれば好適であり、例えば、炭素および白金から構成すればよい。
【００１４】
直流電源２０５は、例えば、乾電池から構成すればよい。また、燃料電池および太陽電池であってもよい。また、商用の交流電源を整流して直流とする電源であってもよい。前述したように、鋼材２０２に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態とするためには、２つの電極間に、例えば１ｍＡ／ｃｍ2の電流を流せばよい。この電流値は、コンクリート２０１の抵抗、および電気分解により発生する水素の量を計算して適宜設計すればよい。
【００１５】
上述した本発明により、コンクリートに埋設されている鋼材（鉄鋼）に、常時水素を供給することができるため、過飽和の状況を保つことができ、鋼材の強度を増加させることができる。なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００１６】
２０１…コンクリート、２０２…鋼材、２０３…第１電極、２０４…第２電極、２０５…直流電源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の水素による脆化を防止して鋼材の強度を増加する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材（鉄鋼）は、鉄骨や鉄筋などとして建築物などの建築要素（固定構造体）の部材として用いられている。この鋼材が、構造体が配置されている環境の影響で発生した水素により脆化して、強度が低下する場合があることが知られている。一方で、熱力学的平衡量以上の可飽和の水素を含む鋼材は、強度が向上することが確認されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】村上 敬宜、「水素脆化メカニズムと水素機器強度設計の考え方」、電力中央研究所材料科学シンポジウム２０１０予稿集、４３−６２頁、２０１０年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、水素を過飽和の状態にすることで、鋼材の水素脆化が抑制され強度が増大することが見いだされているが、例えば、ｂｃｃ結晶構造の金属では、結晶格子内の水素が拡散する速度が大きく、過飽和の状態を保つことは難しい。また、マルテンサイト系の高強度鋼では、常温（２０〜２５℃）では、水素は数日でｍｍオーダーの移動をし、「拡散性水素」として知られるトラップエネルギー準位の小さい成分の水素が、鋼材の内外の出入りを繰り返す。
【０００５】
このため、鋼材を水素が過飽和となる状態に保つことは、容易ではないという問題がある。また、鉄筋コンクリートなど、コンクリート中に埋設されている鋼材においては、上述した鋼材を水素が過飽和となる状態に保つことは特に困難である。このように、従来の技術では、含有する水素を可飽和の状態とすることで、鉄筋コンクリートなどの状態で構造物の建築要素として用いられる鋼材の強度を増加することは、容易ではないという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、鉄筋コンクリートなどの状態で構造物の建築要素として用いられる鋼材の強度が増加できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る鋼材の強度増強方法は、コンクリート中に埋設された鋼材に第１電極を接続し、コンクリートに第２電極を接して設け、第１電極を陰極として第１電極および第２電極の間に電流を流して鋼材表面において水の電気分解により水素を発生させ、鋼材に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、鋼材に接続する第１電極を陰極として第１電極および第２電極の間に電流を流すようにしたので、鉄筋コンクリートなどの状態で構造物の建築要素として用いられる鋼材の強度が増加できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における鋼材の強度増強方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、実施の形態における鋼材の強度増強方法を実現する装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における鋼材の強度増強方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０で、コンクリート中に埋設された鋼材に第１電極を接続する。次に、ステップＳ１０２で、コンクリートに第２電極を接して設ける。以上のように各電極を接続した後、ステップＳ１０３で、第１電極を陰極として第１電極および第２電極の間に電流を流し、鋼材表面において水の電気分解により水素を発生させ、鋼材に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態とする。
【００１１】
コンクリートには水が含まれているため、埋設されている鋼材が陰極側となるように電流を流すことで、鋼材表面において水の電気分解により水素を発生させれば、鋼材表面近傍における水素分圧を高めることができる。これにより、鋼材内部からの水素の放出を抑制し、鋼材内部においては、熱力学的平衡量以上の可飽和の水素が含まれた状態とする。このように、本実施の形態によれば、鋼材中の水素を可飽和とすることができるので、コンクリート中に埋設された鋼材の強度を増加させることができる。
【００１２】
次に、上述した方法を実現する装置について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態における鋼材の強度増強方法を実現する装置の構成を示す構成図である。この装置は、まず、コンクリート２０１中に埋設された鋼材２０２に接続する第１電極２０３を備える。また、コンクリート２０１に接して設けられた第２電極２０４を備える。第２電極２０４は、コンクリート２０１に埋設してもよい。また、第１電極２０３を陰極側として、第１電極２０３と第２電極２０４との間に電流を流す直流電源２０５を備える。
【００１３】
ここで、第１電極２０３は、コンクリート２０１のアルカリ性でマイナス極（陰極）とした時に容易に溶解しないような材料を用いれば好適であり、例えば、炭素から構成すればよい。また、第２電極２０４は、コンクリート２０１のアルカリ性でプラス極とした時に容易に溶解しない材料を用いれば好適であり、例えば、炭素および白金から構成すればよい。
【００１４】
直流電源２０５は、例えば、乾電池から構成すればよい。また、燃料電池および太陽電池であってもよい。また、商用の交流電源を整流して直流とする電源であってもよい。前述したように、鋼材２０２に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態とするためには、２つの電極間に、例えば１ｍＡ／ｃｍ2の電流を流せばよい。この電流値は、コンクリート２０１の抵抗、および電気分解により発生する水素の量を計算して適宜設計すればよい。
【００１５】
上述した本発明により、コンクリートに埋設されている鋼材（鉄鋼）に、常時水素を供給することができるため、過飽和の状況を保つことができ、鋼材の強度を増加させることができる。なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００１６】
２０１…コンクリート、２０２…鋼材、２０３…第１電極、２０４…第２電極、２０５…直流電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート中に埋設された鋼材に第１電極を接続する第１ステップと、
前記コンクリートに第２電極を接して設ける第２ステップと、
前記第１電極を陰極として前記第１電極および前記第２電極の間に電流を流して前記鋼材表面において水の電気分解により水素を発生させ、前記鋼材に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態とする第３ステップと
を備えることを特徴とする鋼材の強度増強方法。
【請求項１】
コンクリート中に埋設された鋼材に第１電極を接続する第１ステップと、
前記コンクリートに第２電極を接して設ける第２ステップと、
前記第１電極を陰極として前記第１電極および前記第２電極の間に電流を流して前記鋼材表面において水の電気分解により水素を発生させ、前記鋼材に熱力学的平衡量以上の水素が含まれる状態とする第３ステップと
を備えることを特徴とする鋼材の強度増強方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２０２０５８（Ｐ２０１２−２０２０５８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５８７７（Ｐ２０１１−６５８７７）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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