JP5678504B2

JP5678504B2 - 有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法

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Publication number: JP5678504B2
Application number: JP2010166909A
Authority: JP
Inventors: 靖庸鈴木; 健一赤嶺; 達志岩本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: JP2012026006A

Description

本発明は、有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法に関するものである。

一般に、岸壁等に護岸のために設けられる鋼矢板、橋梁や桟橋等に設けられる鋼管杭、或いはコンクリート構造物の表面を鉄鋼部材で被覆した鋼ケーソン等の海洋鋼構造物は、その一部が海水に水没した状態で設けられており、非常に錆が発生し易い環境に晒されている。

従って、このような海洋鋼構造物では、長期間の使用により錆が発生し減肉して強度が低下するため、補強工事或いは取替工事等を行う必要が生じるが、該補強工事或いは取替工事には多大の費用が掛かるため、水没部では電着防食、電気防食、或いはこれらの併用により、前記海洋鋼構造物の寿命延長を図ることが行われている。

図５は従来の海洋鋼構造物１への電着被膜形成の一例を示す概略図であって、海洋鋼構造物１の海水に水没した水没部２に対し所要の間隔をあけて陽極３を設け、該陽極３と海洋鋼構造物１との間に直流電源４を設けて直流電流を通電することにより、海水に溶存するカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）やマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）等の陽イオンが陰極としての海洋鋼構造物１へ向かって海水中を泳動し、該海洋鋼構造物１において電子を得ることとなり、該海洋鋼構造物１の水没部２表面に、ＣａＣＯ₃及びＭｇ（ＯＨ）₂等を主成分とする防食電着被膜５（エレクトロコーティング層）が形成され、該防食電着被膜５により前記海洋鋼構造物１の水没部２が防食されるようになっている。

更に、前述の如く海洋鋼構造物１の水没部２表面に防食電着被膜５を形成した後、電気防食用電極（図示せず）と海洋鋼構造物１との間に防食電流が流れるようにすることにより、海洋鋼構造物１の電気防食（例えば、流電陽極方式の電気防食、或いは外部電源方式の電気防食がある）を行うことも提案されている。

尚、電着防食と電気防食とを併用した海洋鋼構造物の防食方法と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１、２がある。特許文献１には、港湾環境では、０．５〜５［Ａ／ｍ²］の比較的高電流密度で通電期間を３〜７日とし、防食電着被膜を形成させ、この後、２０〜５０［ｍＡ／ｍ²］程度の防食電流密度にて電気防食を併用する点が記載されている。又、特許文献２には、約４０００［ＡＨ／ｍ²］の通電により、厚さ約５［ｍｍ］以上の防食電着被膜を素地表面に形成する点が記載されている。

一方、電気防食法に関しては、沿岸海域に位置する一般の港湾施設での初期防食電流密度は１００〜１５０［ｍＡ／ｍ²］の値が採用されているが、有潮流海域では港湾等の静穏海域に比べ海水中の酸素供給量が増大し、鋼材の腐食も大きくなることから、静穏海域に比べて大きな防食電流密度が必要となることが、非特許文献１に記載されている。更に、非特許文献１には、潮流が大きい海域の構造物に電気防食を適用するには、構造物の建設予定地において供試体等を用いた仮通電試験や水質調査を予め行い、電気防食を適用するための条件を設定することが不可欠であることも記載されている。

特許第４１４６６３７号公報特開平１０−３１３７２８号公報

沿岸技術ライブラリーＮｏ．３５「港湾鋼構造物防食・補修マニュアル（２００９年版）」平成２１年１１月財団法人沿岸技術研究センター発行Ｐ．７６

しかしながら、特許文献１に記載されているのはあくまでも港湾環境での鋼構造物の防食方法に過ぎず、腐食環境が厳しい有潮流海域では、大きな防食電流密度が必要となる可能性があり、防食電着被膜の膜厚と防食電流密度との関係が不明であるため、防食設計ができないという問題を有していた。

又、特許文献２に記載されているように、厚さ約５［ｍｍ］以上の防食電着被膜を素地表面に形成するためには、約４０００［ＡＨ／ｍ²］という通電量が必要であり、電流密度範囲が０．２〜２．０［Ａ／ｍ²］とされているため、防食電着被膜を形成するために施工期間が長期間（推定でおよそ３〜３０ヶ月）に及び、その間、時化等が生じることも多くなり、このような海象条件の変化に対応すべく、陽極を海中に設置するための陽極固定架台は非常に大型化し、通電設備も長期間の管理が必要となるため、有潮流海域における海洋鋼構造物の防食方法として必ずしも適しているとは言えなかった。

更に又、非特許文献１には、有潮流海域では港湾等の静穏海域に比べて大きな防食電流密度が必要となることや、海洋鋼構造物の建設予定地となる有潮流海域において供試体等を用いた仮通電試験や水質調査を行うことにより電気防食を適用するための条件を設定することが不可欠であることが記載されているものの、有潮流海域での明確な基準はなく、特許文献１に記載のものと同様、防食設計ができないという問題を有していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、有潮流海域における海洋鋼構造物の防食に適した防食電着被膜の膜厚を特定することにより、施工期間の長期化を避けつつ、適切な防食電流密度で有潮流海域における海洋鋼構造物の防食を効率良く行い得る有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法を提供しようとするものである。

本発明は、潮流速が０より大きく且つ最大潮流速以下となる有潮流海域に設置された海洋鋼構造物の海水に水没した水没部に対し所要の間隔をあけて陽極を設け、該陽極と海洋鋼構造物との間に直流電源を設けて直流電流を通電することにより、海洋鋼構造物の水没部表面に防食電着被膜を形成した後、電気防食用電極と海洋鋼構造物との間に防食電流が流れるようにすることにより、海洋鋼構造物の電気防食を行う有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法であって、
前記防食電着被膜の膜厚を１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下とし、
前記電気防食時における防食電流密度を５［ｍＡ／ｍ²］以上３０［ｍＡ／ｍ²］以下とし、
前記海洋鋼構造物の電位が−８００［ｍＶ］以下−９００［ｍＶ］以上となるように防食電流を印加することを特徴とする有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

潮流速が０より大きく且つ最大潮流速以下となる腐食環境の厳しい有潮流海域において、１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下の防食電着被膜を形成すれば、５［ｍＡ／ｍ²］以上３０［ｍＡ／ｍ²］以下程度の微小な防食電流密度で防食効果が得られることが確認され、防食電着被膜の膜厚と防食電流密度が見出され、電気防食設計が可能となる。従来における通常の電気防食設計では、清浄海域、汚染海域、水温等で防食電流密度が異なるため、該当海域での施工実績がない場合、厳密には海象条件の調査や海域の腐食性の調査、或いは通電試験結果を設計に反映することになるが、前述の如く初期に強制的に１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下の防食電着被膜を形成させることは、前記各種調査や通電試験結果を考慮しなくても電気防食の設計が可能となるため、非常に有効となる。

因みに、有潮流海域において電気防食を適用した場合の初期防食電流密度を把握するために本発明者等が行った試験では、初期防食電流密度は、潮流速が速くなるほど大きい値となることが確認されており、最大潮流速が５［ノット］の海域では、静穏海域（０［ノット］）の四倍程度大きな防食電流密度が必要であり、流電陽極方式の電気防食のみを行う場合、陽極として用いられるアルミニウム合金の消耗速度が大きくなり、該アルミニウム合金のように資源に限りのあるものを犠牲陽極として大量に使用することは、省資源、省エネルギーの観点からも望ましくないが、前述の如く１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下の防食電着被膜を予め形成しておくと、５［ｍＡ／ｍ²］以上３０［ｍＡ／ｍ²］以下程度の微小な防食電流密度で電気防食が可能となるため、流電陽極方式の電気防食のみを単に行うのに比べ、陽極として用いられるアルミニウム合金の消耗速度が小さくなり、該アルミニウム合金のように資源に限りのあるものを犠牲陽極として大量に使用しなくて済み、省資源、省エネルギーの観点からも望ましいと言える。

しかも、前述の如く１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下の防食電着被膜を予め形成するために要する通電期間はおよそ２０〜４０日で済み、通電設備は数ヶ月単位での長期間の管理が必要とならず、通電管理が容易になる。

本発明の有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法によれば、有潮流海域における海洋鋼構造物の防食に適した防食電着被膜の膜厚を特定することにより、施工期間の長期化を避けつつ、適切な防食電流密度で有潮流海域における海洋鋼構造物の防食を効率良く行い得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法を検証するために行った防食性能試験における防食電着被膜の膜厚と初期防食電流密度との関係を示す線図である。本発明の有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法を検証するために行った防食性能試験における電気防食時の設定電位と初期防食電流密度との関係を示す線図である。本発明の有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法を検証するために行った防食性能試験における防食電着被膜（膜厚４００［μｍ］）形成後の防食電流密度２０［ｍＡ／ｍ²］印加時の試験片の電位変化を示す線図である。有潮流海域で電気防食を行った場合における最大潮流速と初期防食電流密度との関係を示す線図である。従来の海洋鋼構造物への電着被膜形成の一例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

先ず、最大潮流速が５［ノット］の実際の有潮流海域において、海洋鋼構造物１に見立てた試験片に防食電着被膜５（図５参照）を形成した後、電気防食試験を行い、防食電流密度の評価を行った。

前記防食電着被膜５の形成条件は、以下に示す通りである。
・試験片（陰極）：ＳＳ４００、４００×４５０×６［ｍｍ］
（有効面積：１０５０［ｃｍ²］）
・陽極：ＳＳ４００、４００×４５０×６［ｍｍ］
・被膜形成時の陰極電流密度：３〜７［Ａ／ｍ²］
・通電量：２２８０〜３８４０［Ａ・Ｈ／ｍ²］
・被膜組成比（ＣａＣＯ₃／Ｍｇ（ＯＨ）₂）：１〜２

上記条件で防食電着被膜５を形成した後、試験片の電位を防食電位である−７７０［ｍＶｖｓ．ＳＣＥ］、並びに電気防食設計上の推奨電位である−９００［ｍＶｖｓ．ＳＣＥ］に定電位保持した電気防食を行い、防食電着被膜５による防食性能を評価した。

図１には、本発明の有潮流海域での海洋鋼構造物１の防食方法を検証するために行った前記防食性能試験において、防食電着被膜５の膜厚と初期防食電流密度との関係を線図として示してあり、前記試験片の電位が−７７０［ｍＶｖｓ．ＳＣＥ］、−９００［ｍＶｖｓ．ＳＣＥ］のいずれの場合も、防食電着被膜５の膜厚が１００［μｍ］程度において初期防食電流密度が１／１０以下に低減され、更に、防食電着被膜５の膜厚が１００［μｍ］以上では、防食電流密度の低減効果が小さくなるものの、４００［μｍ］程度までは防食電流密度の低減が確認できる。ここで、前記防食電着被膜５の膜厚は、膜厚が増加する程、腐食因子である溶存酸素等の環境遮断効果が期待でき、防食電着被膜の防食性が高くなる（防食電流密度が低減する）ことが容易に想定されるが、図１より膜厚４００[μｍ]と８００[μｍ]では防食性に顕著な差がないため、特許文献２に記載があるように防食電着被膜の膜厚を過剰に厚膜化する必要はなく、有潮流海域での海洋鋼構造物１の水没部表面に防食電着被膜５を形成した後、電気防食用電極（図示せず）と海洋鋼構造物１との間に防食電流が流れるようにする電気防食を併用する場合には、前記防食電着被膜５の膜厚を１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下とすることが、防食性、経済性（省力化、省エネルギー）の観点からも望ましいと言える。

尚、前記防食電着被膜５の膜厚を１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下とした場合、５［ｍＡ／ｍ²］以上３０［ｍＡ／ｍ²］以下程度の微小な防食電流密度で電気防食が可能である。

図２には、本発明の有潮流海域での海洋鋼構造物１の防食方法を検証するために行った前記防食性能試験において、電気防食時の設定電位と初期防食電流密度との関係を示す線図であって、防食電着被膜５を形成した試験片では、設定電位を卑側にシフトするに従い防食電流密度は高くなる傾向にあり、防食電着被膜５を無とした場合（通常の電気防食を模擬した場合）との差分が小さくなる。従って、前記防食電着被膜５を形成した後、電気防食を併用する場合、効率的に電気防食を行うには、海洋鋼構造物１の電位が−８００〜−９００［ｍＶ］程度となるように、防食電流を印加することが望ましいと言える。

図３には、本発明の有潮流海域での海洋鋼構造物１の防食方法を検証するために行った前記防食性能試験において、防食電着被膜５（膜厚４００［μｍ］）を形成した後、防食電流密度を２０［ｍＡ／ｍ²］として印加した時の試験片の電位変化を線図として示しており、電位は、通電開始直後から防食電位である−７７０［ｍＶｖｓ．ＳＣＥ］以下になっていることが確認でき、１４日経過以降では、−９００［ｍＶｖｓ．ＳＣＥ］程度で安定していることが確認できる。尚、１４日経過時まで電位が卑側にシフトしているのは、被膜組成比の変化が影響しているものと予想される。

以上の結果から、潮流速が０より大きく且つ最大潮流速（例えば、５［ノット］）以下となる腐食環境の厳しい有潮流海域において、１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下の防食電着被膜５を形成すれば、５［ｍＡ／ｍ²］以上３０［ｍＡ／ｍ²］以下程度の微小な防食電流密度で防食効果が得られることが確認され、防食電着被膜５の膜厚と防食電流密度が見出され、電気防食設計が可能となる。従来における通常の電気防食設計では、清浄海域、汚染海域、水温等で防食電流密度が異なるため、該当海域での施工実績がない場合、厳密には海象条件の調査や海域の腐食性の調査、或いは通電試験結果を設計に反映することになるが、前述の如く初期に強制的に１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下の防食電着被膜５を形成させることは、前記各種調査や通電試験結果を考慮しなくても電気防食の設計が可能となるため、非常に有効となる。

因みに、有潮流海域において電気防食を適用した場合の初期防食電流密度を把握するため、最大潮流速が０．６、３、５［ノット］の実海域に試験片を設置し、電気防食試験を実施し、この試験では、試験片の電位を電気防食設計上の推奨電位である−９００［ｍＶｖｓ．ＳＣＥ］に定電位保持し、その際に流れる電流密度を計測した。図４には有潮流海域で電気防食を行った場合における最大潮流速と初期防食電流密度との関係を線図として示しており、初期防食電流密度は、潮流速が速くなるほど大きい値となっていることが確認できる。そして、図４より、最大潮流速が５［ノット］の海域では、静穏海域（０［ノット］）の四倍程度大きな防食電流密度が必要であり、流電陽極方式の電気防食のみを行う場合、陽極として用いられるアルミニウム合金の消耗速度が大きくなり、該アルミニウム合金のように資源に限りのあるものを犠牲陽極として大量に使用することは、省資源、省エネルギーの観点からも望ましくないが、前述の如く１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下の防食電着被膜５を予め形成しておくと、５［ｍＡ／ｍ²］以上３０［ｍＡ／ｍ²］以下程度の微小な防食電流密度で電気防食が可能となるため、流電陽極方式の電気防食のみを単に行うのに比べ、陽極として用いられるアルミニウム合金の消耗速度が小さくなり、該アルミニウム合金のように資源に限りのあるものを犠牲陽極として大量に使用しなくて済み、省資源、省エネルギーの観点からも望ましいと言える。

しかも、前述の如く１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下の防食電着被膜５を予め形成するために要する通電期間はおよそ２０〜４０日で済み、通電設備は数ヶ月単位での長期間の管理が必要とならず、通電管理が容易になる。

こうして、有潮流海域における海洋鋼構造物１の防食に適した防食電着被膜５の膜厚を特定することにより、施工期間の長期化を避けつつ、適切な防食電流密度で有潮流海域における海洋鋼構造物１の防食を効率良く行い得る。

尚、本発明の有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１海洋鋼構造物
２水没部
３陽極
４直流電源
５防食電着被膜

Claims

潮流速が０より大きく且つ最大潮流速以下となる有潮流海域に設置された海洋鋼構造物の海水に水没した水没部に対し所要の間隔をあけて陽極を設け、該陽極と海洋鋼構造物との間に直流電源を設けて直流電流を通電することにより、海洋鋼構造物の水没部表面に防食電着被膜を形成した後、電気防食用電極と海洋鋼構造物との間に防食電流が流れるようにすることにより、海洋鋼構造物の電気防食を行う有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法であって、
前記防食電着被膜の膜厚を１００［μｍ］以上４００［μｍ］以下とし、
前記電気防食時における防食電流密度を５［ｍＡ／ｍ²］以上３０［ｍＡ／ｍ²］以下とし、
前記海洋鋼構造物の電位が−８００［ｍＶ］以下−９００［ｍＶ］以上となるように防食電流を印加することを特徴とする有潮流海域での海洋鋼構造物の防食方法。