JP5740851B2 - 鋼矢板の電着防食装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼矢板の電着防食装置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、電気防食、電着防食、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１８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。

従来の場合、前記陽極３としては丸棒や板といったごく一般的な形状の電極が用いられ、電着施工を行っているのが現状であった。

尚、前述の如き海洋鋼構造物の防食方法の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特許第４１４６６３７号公報

しかしながら、前述の如く、陽極３として丸棒や板といったごく一般的な形状の電極を用いて電着施工を行うのでは、特に海洋鋼構造物１が鋼矢板である場合には、該鋼矢板が凹凸形状を有していることから、陽極３との極間距離が不均一となって通電量に差が生じ、鋼矢板の表面に形成される防食電着被膜５の厚さに大きなバラつきが生じてしまうことが問題となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、鋼矢板の表面に均一な厚さの防食電着被膜を形成し得る鋼矢板の電着防食装置を提供しようとするものである。

本発明は、凹凸部が形成されるよう連結配置される鋼矢板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、該陽極と鋼矢板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、鋼矢板の水没部表面に防食電着被膜を形成する鋼矢板の電着防食装置において、
前記鋼矢板の凹部内面に倣うよう対向する少なくとも前面及び両側面の三面を有する陽極と、
前記連結配置される鋼矢板の凹部及び凸部の幅方向ピッチをＰ［ｃｍ］とし且つ該凹部及び凸部間の奥行をＤ［ｃｍ］とした場合に、前記陽極の前面及び両側面の三面と前記鋼矢板の凹部内面との極間距離ｃ［ｃｍ］を
1≦ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）
に保持すると共に、前記鋼矢板の凸部表面に電流を流すための凹部からの前記陽極の両側面の張出量ｓ［ｃｍ］を
0.75×Ｄ≦ｓ≦1.25×Ｄ
に保持する保持手段と
を備え、
前記保持手段は、岸壁側から海上へ張り出すよう設けられる設置用バーと、該設置用バーから吊り下げられて陽極が取り付けられる固定用バーと、該固定用バーの下端に取り付けられ海底に沈む錘とを備え、複数本の陽極を前記保持手段の設置用バー及び固定用バーにて一組にまとめたものを作成することにより、複数の凹部に対して一度に陽極の設置を行うよう構成したことを特徴とする鋼矢板の電着防食装置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。

前記鋼矢板の凹部内面に倣うよう対向する少なくとも前面及び両側面の三面を有する陽極を用い、前記連結配置される鋼矢板の凹部及び凸部の幅方向ピッチをＰ［ｃｍ］とし且つ該凹部及び凸部間の奥行をＤ［ｃｍ］とした場合に、保持手段によって、陽極の前面及び両側面の三面と鋼矢板の凹部内面との極間距離ｃ［ｃｍ］が１≦ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）に保持されると共に、鋼矢板の凸部表面に電流を流すための凹部からの前記陽極の両側面の張出量ｓ［ｃｍ］が0.75×Ｄ≦ｓ≦1.25×Ｄに保持され、この状態で、前記陽極と鋼矢板との間に通電すると、従来のように、陽極として丸棒や板といったごく一般的な形状の電極を用いて電着施工を行うのとは異なり、鋼矢板が凹凸形状を有していても、通電量に差が生じにくくなり、鋼矢板の表面に形成される防食電着被膜の厚さに大きなバラつきが生じてしまうことが避けられる。

本発明の鋼矢板の電着防食装置によれば、鋼矢板の表面に均一な厚さの防食電着被膜を形成し得、更に電着防食装置の施工を非常に効率良く行うことができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施例を示す概要構成平面図である。 本発明の実施例の検証用として用いた解析ソフトウェアにおける解析プロセスを示すフローチャートである。 （ａ）はＪＩＳ規格でＺ形と称される鋼矢板を連結配置したＺ形連結モデルにおいて、鋼矢板の凹部に断面矩形形状の陽極を配置した例を示す平面図、（ｂ）は該Ｚ形連結モデルにおける極間距離と電流密度の最大・最小値との関係を示す線図である。 （ａ）はＪＩＳ規格でＺ形と称される鋼矢板を連結配置したＺ形連結モデルにおいて、鋼矢板の凹部に断面矩形形状の陽極を一部が張り出すよう配置した例を示す平面図、（ｂ）は該Ｚ形連結モデルにおける陽極の張出量と電流密度の最大・最小値との関係を示す線図である。 （ａ）はＪＩＳ規格でＵ形と称される鋼矢板を連結配置したＵ形連結モデルにおいて、鋼矢板の凹部に断面台形形状の陽極を配置した例を示す平面図、（ｂ）は該Ｕ形連結モデルにおける極間距離と電流密度の最大・最小値との関係を示す線図である。 （ａ）はＪＩＳ規格でＵ形と称される鋼矢板を連結配置したＵ形連結モデルにおいて、鋼矢板の凹部に断面台形形状の陽極を一部が張り出すよう配置した例を示す平面図、（ｂ）は該Ｕ形連結モデルにおける陽極の張出量と電流密度の最大・最小値との関係を示す線図である。 Ｚ形連結モデルの１／２スケールの鋼矢板を作成し、実試験及び１／２スケールのシミュレーションで検証を行うために、鋼矢板の凹部に断面矩形形状の陽極を配置した例を示す平面図である。 図７に示す１／２スケールのＺ形連結モデルにおける極間距離と過電圧分布のバラつきとの関係を示すプロット図である。 Ｚ形連結モデルの１／２スケールの鋼矢板を作成し、実試験及び１／２スケールのシミュレーションで検証を行うために、鋼矢板の凹部に断面矩形形状の陽極を一部が張り出すよう配置した例を示す平面図である。 図９に示す１／２スケールのＺ形連結モデルにおける陽極の張出量と過電圧分布のバラつきとの関係を示す線図である。 本発明の実施例において、互いに隣接する陽極同士が接触した状態を示す概要構成平面図である。 本発明の実施例における陽極の断面形状を示す図であって、（ａ）台形で且つ中実の陽極を示す図、（ｂ）は台形で且つ中空の陽極を示す図、（ｃ）は網目構造の陽極を示す図、（ｄ）は台形形状の下底の面を除去したコの字型の陽極を示す図である。 本発明の実施例における陽極の鋼矢板に対向する表面を示す図であって、（ａ）はメッシュ状の陽極を示す図、（ｂ）は穴あき状の陽極を示す図である。 本発明の実施例における保持手段を示す概略図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施例における保持手段による陽極を設置する手順の一例を示す側面図である。 本発明の実施例における保持手段による陽極を設置する手順の他の例を示す側面図である。 本発明の実施例における複数本の陽極を保持手段の設置用バー及び固定用バーにて一組にまとめた例を示す平面図である。 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。

図１は本発明の実施例であって、凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂが形成されるよう連結配置される海洋鋼構造物１としての鋼矢板１Ｙの海水に水没した水没部２に対し、該鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ内面に倣うよう対向する少なくとも前面３ａ及び両側面３ｂの三面を有する陽極３を用い、前記連結配置される鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチをＰ［ｃｍ］とし且つ該凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂ間の奥行をＤ［ｃｍ］とした場合に、前記陽極３の前面３ａ及び両側面３ｂの三面と前記鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ内面との極間距離ｃ［ｃｍ］を1≦ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）に保持すると共に、前記鋼矢板１Ｙの凸部１Ｙｂ表面に電流を流すための凹部１Ｙａからの前記陽極３の両側面３ｂの張出量ｓ［ｃｍ］を0.75×Ｄ≦ｓ≦1.25×Ｄ以上に保持した状態で、前記陽極３と鋼矢板１Ｙとの間に直流電源４（図１８参照）から通電するようにしたものである。

ここで、本発明者等は、本実施例の有効性をシミュレーションで確認するために、市販の解析ソフトウェアである
「膜厚案内人 ver. 4.4」
（上村工業株式会社； http://www.uyemura.co.jp/uyemura/epps/index.htm）
を使用して検証を行った。該解析ソフトウェアである「膜厚案内人」は、解析モデルの作成及び解析結果の可視化を行うプリポストプロセッサと、解析を行う解析ソルバの二つのプログラムが必要であって、今回の検証に際しては、プリポストプロセッサとして
「Femap ver. 9.2/日本語版」（UGS Corp.）
という、Windows上で動作する有限要素法解析のモデル作成と解析結果の後処理（可視化）を行うソフトウェアを使用した。

前記解析ソフトウェアである「膜厚案内人」による解析プロセスは、図２のフローチャートに示す如く、入力データとして、海水の電気伝導度、解析領域、通電期間、全電流値、カソード分極、アノード分極、被膜の材料特性、解析設定パラメータをプリポストプロセッサへ入力し、該プリポストプロセッサにて鋼矢板１Ｙのモデルを作成し、該モデルをデータ変換して解析ソルバに入力し、電流密度分布解析を行い、該解析ソルバで得られたデータファイルを再度プリポストプロセッサに入力し、解析結果の表示を行うようになっており、表示された解析結果より電流密度分布に関する各種の検討が行えるようになっている。

前記入力データの具体的数値は、
海水の電気伝導度：4.7882［Ｓ／ｍ］
解析領域：40×20×1［ｍ］（幅×奥行×水深）の海水の領域
通電期間：864000［ｓ］（＝10日）
全電流値：鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］となるように設定
被膜の電気化学当量：2.5 × 10^-7［ｋｇ／Ｃ］
被膜の密度：1200［ｋｇ／ｍ³］
とした。

因みに、前記カソード分極及びアノード分極とは、陰極としての鋼矢板１Ｙ及び陽極３での過電圧−電流密度の関係式であり、各極の電気化学特性を決めるものである。前記過電圧とは、静止電位からずれた電位のことを指し、カソード分極の過電圧は静止電位よりどれくらい低い電位かを示し、アノード分極の過電圧は静止電位よりどれくらい高い電位かを示している。この分極データは水質・潮流等の環境や各極の材料特性によって異なり、今回の検証に際しては、カソード分極は実環境においてSS400鋼板の試験片を用いて採取し、アノード分極は室内の水槽実験において1［ｃｍ²］の亜鉛板を用いて測定したものを用いた。尚、本解析の結果とは無関係であるが、析出する被膜の物性に関するデータも入力する必要があるため、被膜にはＭｇ（ＯＨ）₂を仮定して、その電気化学当量（カソードに析出する量）及び密度を設定した。

又、前記入力データとして使用する解析設定パラメータは、プリポストプロセッサ（Femap）に対しテキストコマンドを使用して、
1. コントロールデータ整数型
CNTI,次元,ガウス点数,収束繰返数,解法,解析内容,非線形判定値,CG法判定値,インコア，リスタート指定，節点移動指定
CNTI, 4, 2, 50, 4, 2, 3, 12, 1, 0, 0
2. コントロールデータ実数型
CNTR,深さ,全電流,非線形緩和係数,膜厚計算緩和係数
CNTR, 1.0,（前記全電流値）, 0.99, 0.0
3. ステップデータ
STEP,連続番号,経過時間,時分割数,全電流,電位,出力制御，第２の電位設定，第３の電位設定，リスタートデータファイル出力
STEP, 1, 864000, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0
という形で入力した。尚、前記ステップデータにおける全電流に0を入力しているのは、コントロールデータ実数型において入力されたデータをそのまま使用するためである。又、前記ステップデータにおける第２の電位設定と第３の電位設定は、今回の場合使用しないため、0を入力している。

そして、先ず、解析を簡略化するために、図３（ａ）に示す如く、ＪＩＳ規格ではその断面形状からＺ形と称される鋼矢板１Ｙを凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂが形成されるよう連結配置したＺ形連結モデルを作成し、該Ｚ形連結モデルにおける鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチをＰ＝40［ｃｍ］、奥行をＤ＝34［ｃｍ］とし、このように凹凸形状が直角な鋼矢板１Ｙを、40×20×1［ｍ］の解析領域の岸壁とみなした端面に設置すると共に、各陽極３による電流の重ね合わせを考慮するために、鋼矢板１Ｙの幅方向中央部における五箇所の凹部１Ｙａに断面矩形形状の陽極３を配置し、極間距離ｃを2,3,5,7,10,15［ｃｍ］の六条件で変化させた場合に、凹部１Ｙａ三箇所（図３（ａ）中、仮想線で囲った箇所）の電流密度の最大・最小値及び分布を見ることで通電の均一性に関する評価を行った。

前記極間距離ｃが2,3,5［ｃｍ］の場合には、図３（ｂ）に示す如く、鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］程度となるように陽極３一本あたりに通電する電流を5.6〜5.8［Ａ］とすると、評価範囲の鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ（奥面及び両側面）の電流密度は略3.0〜4.0［Ａ／ｍ²］の範囲内に収まっていたが、前記極間距離ｃが7［ｃｍ］以上の場合には、鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］程度となるように陽極３一本あたりに通電する電流を5.0〜5.6［Ａ］としても、鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａの奥隅部に電流が分布しなくなり電流密度の最小値が徐々に小さくなるため、電流密度分布のバラつきが大きくなっている。この要因としては、陽極３の鋼矢板１Ｙ表面との幾何的関係及び対向面積があると考えられる。即ち、極間距離ｃが大きくなると、特に前記鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａの奥隅部と陽極３の距離がより大きくなる上に、鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａに対する陽極３の対向面積が小さいために電流密度が大きくなり、陽極３との距離が近い部分に電流が集中することによって、前記奥隅部に電流が流れにくくなるため、鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａでの電流密度のバラつきが大きくなったと考えられる。尚、前記陽極３に通電する電圧は1〜20［Ｖ］としてある。

続いて、図４（ａ）に示す如く、前記Ｚ形連結モデルにおける鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチをＰ＝40［ｃｍ］、奥行をＤ＝34［ｃｍ］として凹凸形状が直角な鋼矢板１Ｙを、40×20×1［ｍ］の解析領域の岸壁とみなした端面に設置すると共に、各陽極３による電流の重ね合わせを考慮するために、鋼矢板１Ｙの幅方向中央部における五箇所の凹部１Ｙａに断面矩形形状の陽極３を一部が張り出すよう配置したモデルを作成し、前記解析結果（図３参照）を踏まえて極間距離ｃを5［ｃｍ］に固定した状態で、陽極３の張出量ｓを0,10,20,30,40,50,70,100［ｃｍ］の八条件で変化させた場合に、凹部１Ｙａ三箇所及び凸部１Ｙｂ二箇所（図４（ａ）中、仮想線で囲った箇所）の電流密度の最大・最小値及び分布を見ることで通電の均一性に関する評価を行った。

前記張出量ｓが0,10,20［ｃｍ］の場合には、図４（ｂ）に示す如く、鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］程度となるように陽極３一本あたりに通電する電流を6.0［Ａ］としても、評価範囲の鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ（奥面及び両側面）及び凸部１Ｙｂの電流密度分布のバラつきが大きくなっているが、前記陽極３の張出量ｓを30［ｃｍ］以上にした場合には、鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］程度となるように陽極３一本あたりに通電する電流を6.0〜6.4［Ａ］とすると、電流密度の最大・最小値の振れ幅の範囲はあまり変化しないという結果が得られた。従って、物量面を考慮すると、陽極３の張出量ｓは鋼矢板１Ｙの凸部１Ｙｂから30［ｃｍ］に設定するのが最適であると考えられる。

次に、図５（ａ）に示す如く、ＪＩＳ規格ではその断面形状からＵ形と称される鋼矢板１Ｙを凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂが形成されるよう連結配置したＵ形連結モデルを作成し、該Ｕ形連結モデルにおける鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチをＰ＝40［ｃｍ］（凹部１Ｙａの最奥部と凸部１Ｙｂの先端部の幅が共に30.6［ｃｍ］で奥行方向における傾斜部の幅が9.4［ｃｍ］）、奥行をＤ＝30［ｃｍ］とし、このように凹凸形状が台形の鋼矢板１Ｙを、40×20×1［ｍ］の解析領域の岸壁とみなした端面に設置すると共に、各陽極３による電流の重ね合わせを考慮するために、鋼矢板１Ｙの幅方向中央部における五箇所の凹部１Ｙａに断面台形形状の陽極３を配置したモデルを作成し、極間距離ｃを2,3,5,7,10,15［ｃｍ］の六条件で変化させた場合に、凹部１Ｙａ三箇所（図５（ａ）中、仮想線で囲った箇所）の電流密度の最大・最小値及び分布を見ることで通電の均一性に関する評価を行った。

このＵ形連結モデルでは、前記極間距離ｃが2,3,5,7［ｃｍ］の場合には、図５（ｂ）に示す如く、鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］程度となるように陽極３一本あたりに通電する電流を5.0［Ａ］とすると、評価範囲の鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ（奥面及び両側面）の電流密度は略3.0〜4.0［Ａ／ｍ²］の範囲内に収まっていたが、前記極間距離ｃが10［ｃｍ］以上の場合には、鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］程度となるように陽極３一本あたりに通電する電流を4.4〜4.8［Ａ］としても、鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａの奥隅部に電流が分布しなくなり、前述と同様、電流密度分布のバラつきが大きくなっている。

続いて、図６（ａ）に示す如く、前記Ｕ形連結モデルにおける鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチをＰ＝40［ｃｍ］（凹部１Ｙａの最奥部と凸部１Ｙｂの先端部の幅が共に30.6［ｃｍ］で奥行方向における傾斜部の幅が9.4［ｃｍ］）、奥行をＤ＝30［ｃｍ］として凹凸形状が台形の鋼矢板１Ｙを、40×20×1［ｍ］の解析領域の岸壁とみなした端面に設置すると共に、各陽極３による電流の重ね合わせを考慮するために、鋼矢板１Ｙの幅方向中央部における五箇所の凹部１Ｙａに断面台形形状の陽極３を配置したモデルを作成し、前記解析結果（図５参照）を踏まえて極間距離ｃを5［ｃｍ］に固定した状態で、陽極３の張出量ｓを0,10,20,30,40,50［ｃｍ］の六条件で変化させた場合に、凹部１Ｙａ三箇所及び凸部１Ｙｂ二箇所（図６（ａ）中、仮想線で囲った箇所）の電流密度の最大・最小値及び分布を見ることで通電の均一性に関する評価を行った。

このＵ形連結モデルでは、前記張出量ｓが0,10,20［ｃｍ］の場合には、図６（ｂ）に示す如く、鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］程度となるように陽極３一本あたりに通電する電流を5.0〜5.4［Ａ］としても、評価範囲の鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ（奥面及び両側面）及び凸部１Ｙｂの電流密度分布のバラつきが大きくなっているが、前記陽極３の張出量ｓを30［ｃｍ］以上にした場合には、鋼矢板１Ｙでの電流密度の最大値が4.0［Ａ／ｍ²］程度となるように陽極３一本あたりに通電する電流を5.4〜5.6［Ａ］とすると、電流密度の最大・最小値の振れ幅の範囲はあまり変化しないという結果が得られた。従って、物量面を考慮すると、陽極３の張出量ｓは鋼矢板１Ｙの凸部１Ｙｂから30［ｃｍ］に設定するのが最適であると考えられる。

以上より、前記Ｚ形連結モデルとＵ形連結モデルのどちらのモデルにおいても、前記陽極３の前面３ａ及び両側面３ｂの三面と前記鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ内面との極間距離ｃを5［ｃｍ］以下に保持すると共に、前記鋼矢板１Ｙの凸部１Ｙｂ表面に電流を流すための凹部１Ｙａからの前記陽極３の両側面３ｂの張出量ｓを30［ｃｍ］以上に保持した状態で、前記陽極３と鋼矢板１Ｙとの間に通電することが好ましく、この最適条件において、鋼矢板１Ｙの水没部２表面における電流密度を2.5〜4.0［Ａ／ｍ²］の範囲内に収め、鋼矢板１Ｙの表面に均一な厚さの防食電着被膜５（図１８参照）を形成できるというシミュレーション結果が得られた。

但し、上記のシミュレーション結果が１／１スケールの実際の鋼矢板１Ｙに必ずしも合致するとは限らないため、図３及び図４に示すＺ形連結モデルの１／２スケールの鋼矢板１Ｙを作成し、実際の試験による実測及び１／２スケールのシミュレーションを行い、それぞれの結果が合致するか否かの検証を行った。

図７に示す如く、内法で幅が134［ｃｍ］、奥行が93［ｃｍ］、深さ21［ｃｍ］の容器内に海水をおよそ七割の深さまで注ぎ、該海水中に、凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチをＰ＝40/2＝20［ｃｍ］、奥行をＤ＝34/2＝17［ｃｍ］とした凹凸形状が直角な１／２スケールの鋼矢板１Ｙ（材質はSS400）を設置すると共に、該鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａに断面矩形形状のアルミニウム製の陽極３を配置し、該陽極３及び鋼矢板１Ｙ間に図示していない直流電源（20［Ａ］、12［Ｖ］）を接続し、極間距離ｃを変化させた場合に、凹部１Ｙａの内面複数箇所における過電圧分布のバラつきを実測する一方、シミュレーションを行った。尚、電流密度のバラつきと、過電圧（電位）分布のバラつきとは等価であるため、過電圧分布の最大値と最小値の差をバラつきの指標とした。

図７に示す１／２スケールのＺ形連結モデルにおける極間距離ｃと過電圧分布のバラつきとの関係は、図８のプロット図に示す如く、実測とシミュレーションのいずれの場合も、略比例関係にあり、実測とシミュレーションのそれぞれの結果は合致することが確認された。即ち、１／１スケールの実際の鋼矢板１Ｙに関しても、シミュレーション結果は充分利用できるものと予想される。そして、図７に示す１／２スケールのＺ形連結モデルにおいて、過電圧分布のバラつきを抑えるには、極間距離ｃを3［ｃｍ］以下に保持することが有効であると考えられ、１／１スケールの実際の鋼矢板１Ｙに関して極間距離ｃを5［ｃｍ］以下に保持することを併せて考慮すると、Ｚ形連結モデル並びにＵ形連結モデルのいずれにおいても、極間距離ｃは、前記連結配置される鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチＰと該凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂ間の奥行Ｄとに応じて、ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）という式から導き出せるという結論に至った。但し、実際の施工上、前記極間距離ｃを限りなくゼロに近づけることは、陽極３が鋼矢板１Ｙに接触してしまう問題から技術的に困難であるが、今回の試験では、極間距離ｃを1［ｃｍ］まで狭めても陽極３が鋼矢板１Ｙに接触してしまう心配がないことが確認されているため、極間距離ｃの下限値を1［ｃｍ］とし、1≦ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）とすれば良い。尚、0.05×（Ｐ＋2Ｄ）≦1となるような規格の鋼矢板は存在しないため、この式は成立する。

同様に、図９に示す如く、内法で幅が134［ｃｍ］、奥行が93［ｃｍ］、深さ21［ｃｍ］の容器内に海水をおよそ七割の深さまで注ぎ、該海水中に、凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチをＰ＝40/2＝20［ｃｍ］、奥行をＤ＝34/2＝17［ｃｍ］とした凹凸形状が直角な１／２スケールの鋼矢板１Ｙ（材質はSS400）を設置すると共に、該鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａに断面矩形形状のアルミニウム製の陽極３を配置し、該陽極３及び鋼矢板１Ｙ間に図示していない直流電源（20［Ａ］、12［Ｖ］）を接続し、極間距離ｃを変化させずに固定した状態で、陽極３の張出量ｓを変化させた場合に、凹部１Ｙａの内面複数箇所及び凸部１Ｙｂの表面複数箇所の過電圧分布のバラつきを実測する一方、シミュレーションを行った。尚、極間距離ｃは1≦ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）という式に基づき、0.05×（20＋2×17）＝2.7≒3［ｃｍ］に設定した。

図９に示す１／２スケールのＺ形連結モデルにおける陽極３の張出量ｓと過電圧分布のバラつきとの関係は、図１０のプロット図に示す如く、陽極３の張出量ｓが14［ｃｍ］未満では陽極３の張出量ｓの増加に伴って過電圧分布のバラつきが減少し、陽極３の張出量ｓが14［ｃｍ］以上では過電圧分布のバラつきが変化せず、実測とシミュレーションのそれぞれの結果は合致することが確認された。即ち、１／１スケールの実際の鋼矢板１Ｙに関しても、シミュレーション結果は充分利用できるものと予想される。そして、図９に示す１／２スケールのＺ形連結モデルにおいて、過電圧分布のバラつきを抑えるには、陽極３の張出量ｓを14［ｃｍ］以上に保持することが有効であると考えられ、１／１スケールの実際の鋼矢板１Ｙに関して陽極３の張出量ｓを30［ｃｍ］以上に保持することを併せて考慮すると、Ｚ形連結モデル並びにＵ形連結モデルのいずれにおいても、陽極３の張出量ｓは、前記連結配置される鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂ間の奥行Ｄに応じて、0.75×Ｄ≦ｓという式から導き出せるという結論に至った。但し、実際の施工上、前記陽極３の張出量ｓを限りなく長くすることは、無駄であるばかりでなく、Ｕ形連結モデルの場合、互いに隣接する陽極３同士が接触してしまう問題が生じることから、上限を決める必要がある。前記陽極３の張出量ｓは、鋼矢板１Ｙの形状によっても異なるが、互いに隣接する陽極３同士が最も接触しやすいのは、前記連結配置される鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの傾斜が規格上最も緩やかな鋼矢板１Ｙを対象とした場合であり、該鋼矢板１Ｙは、「鋼管杭・鋼矢板技術協会」において規定されているハット型鋼矢板でNSP-10Hという形式のものに相当する。因みに、ハット型鋼矢板は継ぎ手位置及び組立て方が異なるだけで、形状はＵ形連結モデルと略同等と考えることができる。前記NSP-10Hという形式の鋼矢板１Ｙにおいては、図１１に示す如く、凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチはＰ＝45［ｃｍ］、奥行はＤ＝23［ｃｍ］、凸部１Ｙｂの幅は32.2［ｃｍ］、凹部１Ｙａの開口幅は57.8［ｃｍ］であるため、極間距離ｃを1［ｃｍ］まで狭めた場合、台形形状の陽極３の寸法関係は、
（22＋ｓ）：22＝（（90−30.2）／2）：（（55.8−30.2）／2）
（22＋ｓ）：22＝29.9：12.8
となり、互いに隣接する陽極３が接する場合の張出量ｓは、
ｓ＝29.4［ｃｍ］
となる。これを、鋼矢板１Ｙの奥行Ｄを基準として表すと、
ｓ＝1.278×Ｄ
となるため、前記陽極３の張出量ｓの上限値としては、
ｓ≒1.25×Ｄ
とすれば、少なくとも「鋼管杭・鋼矢板技術協会」において規定されているどのような鋼矢板１Ｙに適用したとしても、互いに隣接する陽極３同士が接触してしまう問題が生じることはなくなるため、前記陽極３の張出量ｓの範囲は、0.75×Ｄ≦ｓ≦1.25×Ｄとすれば良い。尚、Ｚ形連結モデルの鋼矢板１Ｙの場合、前記陽極３の張出量ｓを限りなく長くしても、互いに隣接する陽極３同士が接触することはないが、現実問題として同等の張出量ｓとする。

上述の如く、極間距離ｃに関する1≦ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）という式と、陽極３の張出量ｓに関する0.75×Ｄ≦ｓ≦1.25×Ｄという式は、それぞれ誤差はあるものの、連結配置される鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂの幅方向ピッチＰと、該凹部１Ｙａ及び凸部１Ｙｂ間の奥行Ｄとに応じて、鋼矢板１Ｙの表面に均一な厚さの防食電着被膜５を形成する上での指標となり得るものである。

一方、前記陽極３の材質に関しては、溶解性・不溶解性は問わない。可能であれば港湾で使用される一般的な不溶解性のものが好ましいが、前記極間距離ｃを狭めに設定し、陽極３が崩壊しないようにする等、通電中の消耗分を考慮して陽極３を作成する場合には、溶解性材料を用いてもよい。

前記陽極３の形状に関しては、図１２（ａ）に示す如く、台形で且つ中実のものとすることができるが、陽極３の形状は表面形状のみが重要であるため、図１２（ｂ）に示す如く、台形で且つ中空の陽極３でも良く、このような陽極３を用いれば軽量化により施工も容易なものになると考えられる。又、図１２（ｃ）のような網目構造の陽極３を用いることも可能である。更に又、図６（ａ）に示すＵ形連結モデルにおいて、台形形状の陽極３の上底の面と下底の面の電流密度分布を比較検討した結果、前記陽極３の上底の面の電流密度は3〜5［Ａ／ｍ²］、下底の面の電流密度は約0.5［Ａ／ｍ²］となっており、大まかに見て前記陽極３の下底の面に流れている電流は陽極３面積全体の10［％］程度と考えられるため、下底の面は必ずしも必要ではなく、図１２（ｄ）に示す如く、台形形状の下底の面を除去したコの字型の陽極３、即ち鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ内面に倣うよう対向する少なくとも前面３ａ及び両側面３ｂの三面を有する陽極３を用いることもできる。尚、Ｕ形連結モデルの鋼矢板１Ｙの場合、厳密には、図１に示す如く、その連結部に段差が生じるため、該段差に倣うように、陽極３の先端部の形状を、図１中、仮想線で示す形状としても良い。又、図４に示す如く、Ｚ形連結モデルの鋼矢板１Ｙに用いる陽極３は、断面矩形形状となるが、図１２に示す断面台形形状の陽極３と同様、中実、中空、網目構造、コの字型のいずれも選択可能である。

更に、前記陽極３の鋼矢板１Ｙに対向する表面は平板でも良いが、図１３（ａ）に示す如く、メッシュ状、或いは、図１３（ｂ）に示す如く、穴あき状のものにすることで、波浪による陽極３への抗力や陽極３の重量を低減することができる。

本実施例においては、陽極３の前面３ａ及び両側面３ｂの三面と前記鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ内面との極間距離ｃが非常に小さいため、波による揺動で鋼矢板１Ｙに陽極３が接触しショートすることがないように陽極３を固定する必要がある。そこで、図１４（ａ），（ｂ）に示す如く、岸壁側から海上へ張り出す設置用バー６を設け、該設置用バー６から吊り下げた固定用バー７に陽極３を取り付けると共に、該固定用バー７の下端に海底に沈む錘８を取り付けることにより、陽極３の保持手段９を構成する。

前記保持手段９により陽極３を鋼矢板１Ｙに対して配置する際には、例えば、図１５に示す如く、下端に錘８が取り付けられた固定用バー７と一体とした陽極３を予め作成し、該陽極３を鋼矢板１Ｙ側へ移動・調整しつつ、前記固定用バー７の上端を、岸壁より張り出した設置用バー６と接続・固定したり、或いは、図１６に示す如く、設置用バー６と固定用バー７と陽極３と錘８とを予め一体化したものを作成し、これら全体を鋼矢板１Ｙ側へ移動・調整しつつ、前記設置用バー６を岸壁に固定したりすることができる。

尚、前記設置用バー６及び固定用バー７にアルミ等を用いることで電源線を用いずに陽極３に通電することも可能である。

前記陽極３は、一本ずつ鋼矢板１Ｙの各凹部１Ｙａに対して保持手段９により配置することも勿論可能であるが、施工の効率化のために、例えば、図１７に示す如く、複数本の陽極３を保持手段９の設置用バー６及び固定用バー７にて一組にまとめたものを作成することにより、複数の凹部１Ｙａに対して一度に陽極３の設置を行うことも可能である。

そして、本実施例においては、前述の如く、保持手段９によって、陽極３の前面３ａ及び両側面３ｂの三面と鋼矢板１Ｙの凹部１Ｙａ内面との極間距離ｃが1≦ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）に保持されると共に、鋼矢板１Ｙの凸部１Ｙｂ表面に電流を流すための凹部１Ｙａからの前記陽極３の両側面３ｂの張出量ｓが0.75×Ｄ≦ｓ≦1.25×Ｄに保持され、この状態で、前記陽極３と鋼矢板１Ｙとの間に通電すると、従来のように、陽極３として丸棒や板といったごく一般的な形状の電極を用いて電着施工を行うのとは異なり、鋼矢板１Ｙが凹凸形状を有していても、通電量に差が生じにくくなり、鋼矢板１Ｙの表面に形成される防食電着被膜５（図１８参照）の厚さに大きなバラつきが生じてしまうことが避けられる。

こうして、鋼矢板１Ｙの表面に均一な厚さの防食電着被膜５を形成し得る。

尚、本発明の鋼矢板の電着防食装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、Ｚ形連結モデルやＵ形連結モデルのような鋼矢板に限らず、Ｕ形連結モデルを二枚向かい合わせて溶接した、いわゆる組み合わせ型の鋼矢板にも適用可能なこと等、その他、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
１Ｙ 鋼矢板
１Ｙａ 凹部
１Ｙｂ 凸部
２ 水没部
３ 陽極
３ａ 前面
３ｂ 側面
４ 直流電源
５ 防食電着被膜
６ 設置用バー
７ 固定用バー
８ 錘
９ 保持手段
Ｐ 幅方向ピッチ
Ｄ 奥行
ｃ 極間距離
ｓ 張出量

Claims (1)

1. 凹凸部が形成されるよう連結配置される鋼矢板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、該陽極と鋼矢板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、鋼矢板の水没部表面に防食電着被膜を形成する鋼矢板の電着防食装置において、
   前記鋼矢板の凹部内面に倣うよう対向する少なくとも前面及び両側面の三面を有する陽極と、
   前記連結配置される鋼矢板の凹部及び凸部の幅方向ピッチをＰ［ｃｍ］とし且つ該凹部及び凸部間の奥行をＤ［ｃｍ］とした場合に、前記陽極の前面及び両側面の三面と前記鋼矢板の凹部内面との極間距離ｃ［ｃｍ］を
   1≦ｃ≦0.05×（Ｐ＋2Ｄ）
   に保持すると共に、前記鋼矢板の凸部表面に電流を流すための凹部からの前記陽極の両側面の張出量ｓ［ｃｍ］を
   0.75×Ｄ≦ｓ≦1.25×Ｄ
   に保持する保持手段と
   を備え、
   前記保持手段は、岸壁側から海上へ張り出すよう設けられる設置用バーと、該設置用バーから吊り下げられて陽極が取り付けられる固定用バーと、該固定用バーの下端に取り付けられ海底に沈む錘とを備え、複数本の陽極を前記保持手段の設置用バー及び固定用バーにて一組にまとめたものを作成することにより、複数の凹部に対して一度に陽極の設置を行うよう構成したことを特徴とする鋼矢板の電着防食装置。

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