コンクリートの耐腐食材料の選定と適用について

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コンクリートの耐腐食材料の選定とその応用について　コンクリートが使用される環境が多様化し、工業汚染が深刻化するにつれて、コンクリート構造物が環境の影響を受ける問題もますます顕著になっている。一般的に、コンクリート構造物の腐食損傷には、コンクリート自体の腐食損傷と、コンクリート内の鉄筋の腐食損傷が含まれる。コンクリートとその中の鉄筋の腐食は互いに促進し合うため、鉄筋コンクリート構造物の使用寿命を延ばすためには、コンクリートと鉄筋の両方の保護に注意を払う必要がある。その中でも、耐腐食材料の選定と適用は非常に重要な役割を果たすため、特に重視されるべきである。 1. コンクリートの耐食性 コンクリートには多くの気孔や毛細管が存在し、これらが化学物質の浸透を促進する。その耐久性を高めるためには、コンクリート自体の密度を向上させることと、媒体を遮断することの両方からアプローチすることができる。一方で、高品質な材料を選び、適切な配合を決定し、施工技術を向上させるとともに、コンクリートの厚さを適宜増やし、減水剤、発泡剤、防水剤などの添加剤を混入して、コンクリートの耐透水性を向上させる必要がある。現在、高性能な混和材を大量に使用してセメントの代わりにするか、または高性能な凝結材（可塑性セメント、低水需要量セメント）を従来のセメントの代わりに用いて製造される新しいタイプのコンクリートが登場しています。このようにして作られたコンクリートは、高強度、低収縮、高い耐化学腐食性といった特徴を持っています。鋼繊維コンクリートは、コンクリートに鋼繊維を混入することで、その曲げ強度、引張強度、および破壊靭性を大幅に向上させ、もともともろい材料であるコンクリートに優れた塑性を与える。鋼繊維の直径が0.175mm、長さが6で、鋼繊維/コンクリートの含有量（体積率）が6％の場合、コンクリートの圧縮強度は37.5％向上する。長寿命コンクリートは、水圧比0.5の通常のコンクリートにジエチレングリコールエーテル誘導体の混和剤を添加することで、その乾燥収縮率が通常のコンクリートの50％～60％に抑えられ、炭酸化の進行速度も通常のコンクリートの約1/3に制御できる。また、塩化物イオンの透過率は1/4であり、塩酸や硝酸によるコンクリートへの浸透を効果的に防ぎ、それによって鉄筋の腐食を抑制し、コンクリートの炭酸化や鉄筋の腐食の進行を10倍以上遅らせることができる。現在、日本では耐久性が500年以上あるコンクリートが開発されている。 一方で、コンクリートを周囲の腐食性媒質から隔離し、コンクリート構造物の表面に塗料を塗ることは、経済的で実行しやすい方法です。その主な目的は、コンクリートの二酸化炭素浸透抵抗性を高め、塩化物の浸透抵抗性を向上させ、さらにコンクリート表面の撥水性を高めることです。表面封止塗料の選択肢は多く、ほとんどの塗料が要件を満たすことができる。コンクリートの表面塗料は、一般的な鋼材用の防護塗料とは異なり、特に下地処理剤に対する要求も異なります。現在よく使用されている封孔剤には、エポキシ塗料があります。一部の液体状のエポキシ樹脂は、十分に低い分子量を持ち、かつコンクリートへの濡れ性も優れているため、高い浸透深さを持ちます。コンクリート表面への濡れ性が高い溶剤と組み合わせることで、エポキシ樹脂が表面に浸透し反応を起こし、浸透した部分の強度が向上します。現在、エポキシ塗料は耐アルカリ性、適合性、コンクリートへの強い付着力を持つため、コンクリート表面に広く使用されている。希釈剤入りの下地塗料と併用すれば、浸透性をさらに高め、コンクリートへの付着力を増大させることができる。 ビニル塗料は、酸にもアルカリにも耐性があり、弾力性と靭性に優れているため、非常に優れたコンクリート用塗料です。ビニル塗料は分子量が高く粘度も大きいため、塗装する際には事前に希釈した下地塗料を塗る必要があります。ビニル系の希釈剤を塗布することで、塗料が基材にある程度浸透しやすくなります。液体エポキシ樹脂ほどではありませんが、**ビニル系塗料の付着力を向上させることができます。乾燥速度が速いため、後工程の塗装は数分以内に行うことができる。 アスファルト塗料には2種類あり、そのうちコールタールアスファルト塗料は耐水性と耐薬品性に優れ、石油アスファルト塗料は耐候性と耐光性に優れており、どちらもコンクリートの塗装に広く使用されている。通常は、低粘度のアスファルト塗料を下塗り層として使用し、その上に高粘度のアスファルト塗料を上塗り層として塗布して、水の浸透を防ぎます。厚質ペースト型のコールタールアスファルト塗料は、コンクリートを化学的侵食や吸水から保護する優れた機能を持ち、コンクリートパイプの抵抗を低減することができます。 塩化ゴム塗料　塩化ゴム塗料は、耐水性と耐薬品性に優れ、かつコンクリート用塗料に必要な付着性と耐減色性を備えている。溶剤が揮発するタイプの塗料なので、乾燥速度は比較的速いです。高湿度の条件下でも、塗膜は良好な状態を保つことができる。塩化ゴムは動植物油や油脂に耐性がないため、排水管の塗料やライニングとしては適していません。 近年、塗料技術の進歩に伴い、多くの新しいコンクリート封鎖用塗料が開発されている。例えば、改質された有機シリコーン塗料では、そのアルコキシ基がアルカリ性物質の作用によってコンクリート中の水分と反応しシロール基を形成し、その後脱水縮合することでコンクリート表面に非極性の撥水層を形成し、優れた耐腐食性および耐水性を発揮します。高耐食性樹脂を含むガラスフレーク塗料；優れた環境性能を持つ粉体塗料など。 2. 鉄筋の防食材料の選定と適用
鉄筋の腐食に対しては、耐食性のある鉄筋やステンレス鋼製の鉄筋など、鉄筋の材質を変更する方法のほかに、以下のような対策も講じることができる。
鉄筋防錆剤
鉄筋防錆剤とは、コンクリートに混入させることで鉄筋の腐食を防止または遅らせる化学物質であり、コンクリートに直接混入して使用されるものや、コンクリート表面に塗布され、浸透作用によってコンクリート内部へ入り込み、鉄筋表面で効果を発揮するものがある。作用機序によって、鉄筋防錆剤はアノード型、カソード型、混合型の3種類に分けられる。アノード型は鋼鉄の表面に不動態膜を形成するもので、よく使われるのは亜硝酸塩です；陰極型防錆剤は、吸着または膜形成によって陰極反応を阻止または遅らせる；混合型とは、アノード反応とカソード反応の両方を同時に抑制する種類の防錆剤です。鉄筋防錆剤を添加することで、鉄筋が錆び始める時期が遅れ、また鉄筋の腐食進行の速度も遅くなります。現在、我が国のRIシリーズの鉄筋防錆剤は、100以上のプロジェクトで成功裏に使用されています。 メッキ鋼材とコーティング鋼材　メッキ鋼材は主に亜鉛メッキ鋼材で、亜鉛の電位が鉄よりも低い性質を利用して鋼材に陰極保護を施します。コーティング鉄筋とは、鉄筋の表面にコーティングを施し、鉄筋と腐食性物質との接触を遮断するものです。アメリカ、日本、カナダなどでは、鉄筋の表面にエポキシ粉末塗料を塗布することが標準化されているが、中国ではコスト削減の観点から、現場で高固形分のエポキシ塗料を塗布する方法が多く採用されている。コンクリート中の鉄筋の腐食に関する試験方法および評価基準としては、GBJ82「一般コンクリートの長期性能および耐久性試験方法」が適用されるが、鉄筋用防食塗料の選定については、現在国内に適切な方法や基準は存在しない。 カソード防食技術　カソード防食とは、鉄筋の腐食速度を低下させる電気化学的な防護方法であり、水中や湿った土壌中において、鉄筋コンクリート構造物に対してカソード防食を施すことは比較的容易である；大気中ではコンクリートの抵抗値が非常に高くなるため、アノード材料およびその敷設方法が主要な問題となる。現在、開発に成功している補助アノードには、導電コンクリート、溝型アノード、ケーブルアノード、導電コーティング、分散格子アノードなどがある。構造物にカソード防食を施すための前提条件は、コンクリート内のすべての鉄筋が電気的に接続されていることであり、そうでなければスパークコロージョンが発生する。カソード防食では、保護電位の範囲を厳格に制御し、水素発生による把持力の低下や水素脆化の発生を防がなければならない。 コンクリート構造物の腐食防止問題を実効的に解決するためには、さまざまな防護手段を総合的に活用し、新素材や新技術の開発・利用を継続的に強化するとともに、建設現場の監視を徹底して、コンクリート構造物が期待される耐久性を確保しなければならない。