JP6317645B2 - 防食方法および防食装置 - Google Patents

Description

この発明は、防食方法および防食装置に係り、特に、被防食部材に対して卑な材料からなる犠牲陽極材を用いる防食方法および防食装置に関する。

自然環境に曝される構造物、例えば橋梁、標識、街灯、水門および樋門などは、鋼材から構成されるため、大気に含まれる水分、酸素および塩類などの腐食成分と接触して腐食される。そこで、構造物を長期間にわたって維持するための様々な防食方法が提案されている。

例えば、腐食成分との接触を抑制して腐食を抑制する耐候性鋼を用いた構造物が知られている。この耐候性鋼は、腐食成分を遮断するように表面に保護性を有する緻密な安定錆を形成する性質を有するため、内部に腐食が生じることを抑制することができる。しかしながら、塩化物の濃度が高い環境、例えば沿岸部および凍結防止剤が散布される寒冷地などでは、耐候性鋼の表面に安定錆が形成され難く、ヘマタイトなどの３価のＦｅイオンを含む金属酸化物またはその水和物からなる不安定錆が生じるといった問題があった。
このように、構造物に一旦腐食が生じると、例えばサンドブラストおよびグラインダーなどを用いたケレンを施して不安定錆を除去し、再度、構造物に防食処理を施す必要があり大きな手間を要する。

そこで、腐食が生じた構造物に対して容易に防食処理を施す方法として、例えば、特許文献１には、不安定錆が形成された耐候性鋼材の表面に酸化銅を含有する塗料を塗布して塗膜を形成することにより、耐候性鋼材の表面に安定錆を形成することが提案されている。この防食方法は、塗膜中の樹脂成分が外部から構造物の素地部に塩素イオンが透過することを抑制すると共に適量の水分および酸素を透過させ、水分および酸素による構造物の酸化を酸化銅で促進させることにより、構造物に安定錆を形成することができる。

特開２００１−４０２８９号公報

しかしながら、特許文献１の防食方法は、塗膜の形成に不安定錆が大きく影響を与えるため、構造物に形成された不安定錆が多い場合には充分な安定錆を形成することができず、腐食を確実に抑制することが困難となる。このため、防食処理を確実に施すためには、上記のケレンを施して不安定錆をある程度除去する必要があった。耐候性鋼は、普通鋼などと比較して強固な不安定錆が形成されるため、ケレンを施して不安定錆を除去するには大きな手間を要していた。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、腐食が生じた構造物に対して容易に防食処理を施すことができる防食方法および防食装置を提供することを目的とする。

この発明に係る防食方法は、表面が酸化されて３価のＦｅイオンを含む金属酸化物またはその水和物からなる腐食層が形成された被防食部材に対して、絶縁体からなると共に外部の水分を吸収する吸水シートと、被防食部材に対して卑な材料からなると共に外部から吸水シートまで連通する複数の連通孔が形成された犠牲陽極材とを、腐食層と犠牲陽極材との間に吸水シートが挟まれて接触するように配置すると共に、被防食部材と犠牲陽極材にそれぞれ配置された金属材料からなる一対の端子の間を電気的に接続し、複数の連通孔を介して外部の水分を吸水シートに供給し、吸水シートに吸収された水分が腐食回路を形成し、腐食回路を犠牲陽極材から被防食部材に伝導する電子により腐食層を還元して腐食に対して安定な転換層に転換するものである。

ここで、腐食層を転換層に転換した後、転換層に覆われた被防食部材の素地部が酸化されることにより、素地部の表面に腐食層が形成され、腐食回路を犠牲陽極材から被防食部材に伝導する電子により素地部の表面に形成された腐食層を還元して転換層に転換するのが好ましい。

また、素地部の表面に形成される腐食層を転換層に順次転換することにより、腐食層を取り除くことなく、被防食部材の腐食を抑制することができる。
また、素地部の表面への腐食層の形成と、腐食層の転換層への転換とを繰り返すことにより、転換層と素地部の間に隙間を生成し、隙間を介して素地部の表面から転換層を取り除き、転換層を取り除くことにより露出された素地部に対して、腐食を抑制するための表面処理を施すこともできる。

また、複数の連通孔は、多孔質材料からなる犠牲陽極材に形成された複数の細孔とすることができる。また、複数の連通孔は、犠牲陽極材に形成された互いに平行に延びる複数の貫通孔とすることもできる。

また、吸水シートは、架橋型アクリレート繊維であるのが好ましい。

また、腐食層は３価のＦｅイオンを含む金属酸化物または金属水酸化物を含み、腐食回路を犠牲陽極材から被防食部材に伝導する電子により腐食層を還元してマグネタイトを含む転換層に転換するのが好ましい。
また、被防食部材は、耐候性鋼からなるのが好ましい。

この発明に係る防食装置は、被防食部材の表面が酸化されて形成された３価のＦｅイオンを含む金属酸化物またはその水和物からなる腐食層に対向して配置され、被防食部材に対して卑な材料からなると共に複数の連通孔が形成された犠牲陽極材と、犠牲陽極材と腐食層との間に配置され且つ絶縁体からなると共に外部からの水分を吸収する吸水シートと、腐食層と犠牲陽極材との間に吸水シートが挟まれて接触するように被防食部材に対して犠牲陽極材および吸水シートの位置を固定するための固定部と、被防食部材と犠牲陽極材にそれぞれ配置された金属材料からなる一対の端子と、一対の端子の間を電気的に接続する導線部とを備え、複数の連通孔が、外部の水分を収容すると共に吸水シートに供給することにより、吸水シートに吸収された水分で腐食回路を形成し、腐食回路を犠牲陽極材から被防食部材に伝導する電子により腐食層を還元して腐食に対して安定な転換層に転換するものである。

この発明によれば、犠牲陽極材から被防食部材に伝導する電子により腐食層を還元して転換層に転換するので、腐食が生じた構造物に対して容易に防食処理を施すことが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る防食装置の構成を示す断面図である。 被防食部材の腐食層に対向して配置された犠牲陽極材の構成を示す断面図である。 複数の細孔を介して犠牲陽極材内に水分が浸透する様子を示す断面図である。 犠牲陽極材内に形成される複数の伝導路を示す断面図である。 被防食部材の腐食層が転換層に転換された様子を示す断面図である。 本発明の実施の形態２において被防食部材の素地部の表面に新たに形成された腐食層を示す断面図である。 犠牲陽極材から被防食部材の新たな腐食層に電子が供給される様子を示す断面図である。 被防食部材の新たな腐食層が転換層に転換された様子を示す断面図である。 被防食部材において転換層と素地部の間に隙間を形成した様子を示す断面図である。 実施の形態３に係る防食装置の構成を示す断面図である。 複数の貫通孔を介して犠牲陽極材内に水分が浸透する様子を示す断面図である。 実施の形態３の犠牲陽極材の腐食に対して形成される伝導路を示す断面図である。 犠牲陽極材の底面から内面に電子が供給される様子を示す断面図である。 実施の形態４に係る防食装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る防食方法の防食効果を検証した実施例を示し、（Ａ）は防食装置を設置する前の耐候性鋼、（Ｂ）は防食装置を設置した後の耐候性鋼を示す図である。 実施の形態２に係る防食方法の防食効果を検証した実施例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、実施の形態１に係る防食装置の構成を示す。この防食装置は、被防食部材Ｓの表面が酸化されて形成された腐食層Ｒに対向して配置される犠牲陽極材１と、犠牲陽極材１と腐食層Ｒとの間に配置される吸水シート２と、被防食部材Ｓに対して犠牲陽極材１と吸水シート２の位置を固定する固定部３と、固定部２を介して犠牲陽極材１と被防食部材Ｓとの間を電気的に接続する導線部４とを有する。
ここで、被防食部材Ｓは、普通鋼、低合金鋼、および耐候性鋼などの鋼材から構成された構造物である。また、腐食層Ｒは、例えばヘマタイトなどの３価のＦｅイオンを含む金属酸化物またはその水和物からなる層である。

犠牲陽極材１は、平板形状を有し、被防食部材Ｓに対して卑な導電性材料（イオン化傾向が大きい材料）からなる多孔質材から構成されている。例えば、犠牲陽極材１は、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、ＡｌとＺｎの合金などの金属から構成することができる。また、多孔質材としては、これらの金属粉体を焼結して作製することが好ましく、特に、Ａｌ−Ｚｎ合金粉体を焼結した多孔質焼結材を用いることが好ましい。

図２に示されるように、多孔質材から構成された犠牲陽極材１には、複数の細孔５が形成されている。この複数の細孔５は、三次元方向に不規則に延びると共に互いに連結されており、犠牲陽極材１は、複数の細孔５に沿って網目状に連続して拡がる構造を有している。すなわち、犠牲陽極材１は、その一部が分断されることなく、厚さ方向および厚さ方向に直交する方向に連続した構造を有する。

吸水シート２は、外部からの水分を吸収することにより犠牲陽極材１と被防食部材Ｓとの間を水分で電気的に連結するものである。吸水シート２としては、例えば、布、紙、編織物、および不織布など、繊維素材が平面状に構成されるものを用いることができる。

固定部３は、犠牲陽極材１と被防食部材Ｓの表面にそれぞれ当接して配置される一対の平ワッシャー６ａおよび６ｂと、一対の平ワッシャー６ａおよび６ｂの表面にそれぞれ当接して配置される一対のスプリングワッシャー７ａおよび７ｂと、犠牲陽極材１から被防食部材Ｓを貫通して延びる軸部を有するボルト８と、ボルト８の軸部に螺合するナット９とを有する。
ボルト８とナット９は、犠牲陽極材１の表面と被防食部材Ｓの表面を外側から締め付けることにより、被防食部材Ｓに対して犠牲陽極材１と吸水シート２の位置を固定するためのものである。ボルト８は、絶縁性材料から構成されており、例えばアクリル樹脂やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂などから構成することができる。

一対の平ワッシャー６ａおよび６ｂは、金属材料から構成され、ボルト８とナット９による締め付けに応じて犠牲陽極材１と被防食部材Ｓの表面を加圧するためのものである。
一対のスプリングワッシャー７ａおよび７ｂは、金属材料から構成され、ボルト８とナット９による締め付けが緩むことを抑制するためのものである。
なお、一対の平ワッシャー６ａおよび６ｂと一対のスプリングワッシャー７ａおよび７ｂは、本発明における一対の端子を構成している。

導線部４は、一対のスプリングワッシャー７ａおよび７ｂに接続されており、一対のスプリングワッシャー７ａおよび９ｂと一対の平ワッシャー６ａおよび６ｂとを介して犠牲陽極材１と被防食部材Ｓを電気的に接続している。なお、固定部３を介さずに導線部４を犠牲陽極材１と被防食部材Ｓに直接接続することもできる。また、ボルト８を導電性材料から構成することによって、防食装置から導線部４を除いても、ボルト８を介して犠牲陽極材１と被防食部材Ｓとの間を電気的に接続することもできる。

次に、図１に示した防食装置を用いて被防食部材Ｓを防食する方法について説明する。
まず、表面が酸化されて腐食層Ｒが形成された被防食部材Ｓ、例えば赤錆を含む腐食層Ｒが形成された橋梁などの構造物に対して、犠牲陽極材１と吸水シート２を配置する。この時、犠牲陽極材１と吸水シート２は、吸水シート２を腐食層Ｒと犠牲陽極材１の間に挟むように配置される。

続いて、被防食部材Ｓに対して犠牲陽極材１と吸水シート２の位置を固定部３で固定した後、導線部４を一対のスプリングワッシャー７ａおよび７ｂに接続して被防食部材Ｓと犠牲陽極材１との間を電気的に接続する。

このようにして、被防食部材Ｓに対して防食装置が設置されると、例えば雨などの外部環境に存在する水分Ｗが犠牲陽極材１の表面１０に付着し、その付着した水分Ｗが、図３に示すように、犠牲陽極材１に外部から吸水シート２まで連通するように形成された複数の細孔５内に入り、そのまま複数の細孔５に収容されると共に複数の細孔５を犠牲陽極材１の裏面１１まで浸透して吸水シート２に供給される。

これにより、複数の細孔５から供給された水分Ｗで吸水シート２が満たされ、犠牲陽極材１と被防食部材Ｓの腐食層Ｒとの間が水分Ｗで連結されて導線部４を介して腐食回路Ｔが形成される。
この腐食回路Ｔの形成により、被防食部材Ｓに対して卑な導電性材料からなる犠牲陽極材１においてアノード反応（酸化反応）が生じ、犠牲陽極材１の金属原子が犠牲陽極材１内に電子を残して水分Ｗ中に溶解して拡散する。一方、被防食部材Ｓの表面に形成された腐食層Ｒには、犠牲陽極材１に残された電子が導線部４を介して供給されてカソード反応（還元反応）が生じ、赤錆を含む腐食層Ｒが黒錆（マグネタイト）を含む転換層Ｂに転換されると共に水Ｈ_２Ｏと水酸化物イオンＯＨ⁻を生じさせる。このように、アノード反応とカソード反応が犠牲陽極材１と被防食部材Ｓの腐食層Ｒにおいてそれぞれ生じることで、導線部４を介して犠牲陽極材１から被防食部材Ｓへ順次電子ｅ⁻を供給して、腐食層Ｒを転換層Ｂに徐々に転換することができる。

ここで、犠牲陽極材１と被防食部材Ｓとの間を連結する水分Ｗは、吸水シート２内だけではなく、犠牲陽極材１の複数の細孔５にも収容されている。このため、図３に示すように、上記のようなアノード反応は、犠牲陽極材１の裏面１１だけでなく、複数の細孔５の内面１２においても生じており、裏面１１および内面１２の双方で生じた電子ｅ⁻が被防食部材Ｓに供給される。このように、複数の細孔５を有する犠牲陽極材１を用いることにより、複数の細孔が形成されていない板状の犠牲陽極材を用いた場合と比較して、アノード反応が生じる表面積を増加させることができ、導線部４を介して犠牲陽極材１から被防食部材Ｓに供給可能な電子ｅ⁻の量が増加することで、環境に応じて変化する被防食部材Ｓで必要な電子ｅ⁻の量に対し、広い範囲で追従して供給することが可能になる。

また、犠牲陽極材１は、複数の細孔５に沿って網目状に連続して拡がる構造を有しており、その内部において電子ｅ⁻を伝導するための複数の伝導路が互いに連続するように形成されている。このため、例えば、図４に示すように、犠牲陽極材１の裏面１１において生じた電子ｅ⁻は、伝導路１３ａおよび１３ｂを含む犠牲陽極材１内の複数の伝導路１３を伝導することができる。従って、例えば、１つの伝導路１３ａに接する内面１２においてアノード反応に伴う腐食部Ｃが形成されて互いに隣接する細孔５の間が塞がれても、腐食部Ｃの周辺の領域を介して電子ｅ⁻を平ワッシャー８ａおよびスプリングワッシャー９ａからなる端子へ伝導することができる。
すなわち、犠牲陽極材１における腐食部Ｃの進行に伴って電子ｅ⁻の伝導が遮断されることを抑制することができ、長期間にわたり、導線部４を通して被防食部材Ｓに電子ｅ⁻を供給して腐食層Ｒを転換層Ｂへと転換することができる。

さらに、外部の水分Ｗを吸収する吸水シート２には、繊維素材中に親水性官能基を有する繊維が含まれるものを用いることが好ましく、繊維間のみで水分Ｗを物理的に保持する繊維と比較して、水分Ｗの保持機能を高めることができる。これにより、外部環境の水分濃度が比較的低い場合、例えば、外部から直接的に雨水などが供給されない環境においても、犠牲陽極材１と被防食部材Ｓの腐食層Ｒとの間を水分Ｗで連結することができる。このため、外部の水分濃度の変化によらず、犠牲陽極材１から被防食部材Ｓに一定の電子ｅ⁻が供給されて、腐食層Ｒを持続的に転換層Ｂに転換することができる。

親水性官能基としては、スルホ基（−ＳＯ_３Ｈ）、カルボキシ基（−ＣＯＯＨ）、アミノ基（−ＮＨ_２）、アミド基（−ＣＯＮＨ_２）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）、チオール基（−ＳＨ）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、などを有することが好ましく、これらの親水性官能基を繊維中または繊維表面に有することにより、繊維中または繊維間において水分を保持することができる。親水性官能基を有する繊維としては、例えば、レーヨン、綿、ビニロン、ナイロン、羊毛、アクリレートなどが挙げられるが、特に、特開２００３−０８９９７１号公報に記載されるようにアクリレート系繊維を薬剤処理することにより得られる架橋型アクリレート繊維を用いることが好ましい。

このようにして、図５に示すように、被防食部材Ｓの腐食層Ｒが完全に転換層Ｂに転換される。ここで、例えば導線部４に流れる電流を測定することにより、腐食層Ｒが完全に転換層Ｂに転換されたことを検知することができる。すなわち、転換層Ｂがカソード反応を生じないため、腐食層Ｒが完全に転換層Ｂに転換されると犠牲陽極材１から被防食部材Ｓに電子ｅ⁻は供給されない、すなわち被防食部材Ｓから犠牲陽極材１に電流が流れなくなる。そこで、導線部４に流れる電流を測定することにより、転換層Ｂの形成状態を判断することができる。

被防食部材Ｓの腐食層Ｒが完全に転換層Ｂに転換されると、防食装置が被防食部材Ｓから取り外される。被防食部材Ｓには、腐食成分に安定な転換層Ｂが覆うように形成されているため、腐食成分との接触により素地部Ｍが腐食されるのを抑制することができる。
このように、腐食が生じた被防食部材Ｓに対して防食装置を設置するだけで容易に防食処理を施すことができる。

本実施の形態によれば、複数の細孔５を形成して犠牲陽極材１においてアノード反応が生じる表面積を増加させることにより、犠牲陽極材１から被防食部材Ｓへの電子ｅ⁻の供給能力を増加させることができる。また、犠牲陽極材１を網目状の構造として互いに連続する複数の伝導路１３を形成することにより、犠牲陽極材１の腐食に伴って複数の伝導路１３の全てが切断されることを抑制するため、長期間にわたり、犠牲陽極材１から被防食部材Ｓに電子ｅ⁻を供給して腐食層Ｒを転換層Ｂに転換することができる。さらに、吸水シート２として親水性官能基を有する繊維を用いて水分保持機能を高めることにより、外部の水分濃度が比較的低い場合でも犠牲陽極材１から被防食部材Ｓへの電子ｅ⁻の供給が維持されるため、転換層Ｂの形成を持続的に行うことができる。

実施の形態２
実施の形態１では、被防食部材Ｓの腐食層Ｒが転換層Ｂに転換された時点で被防食部材Ｓから防食装置を取り外したが、転換層Ｂが形成された後も継続して防食装置を設置しておくことにより被防食部材Ｓに防食処理を施すこともできる。

例えば、被防食部材Ｓに防食装置を継続して設置することにより、被防食部材Ｓの素地部Ｍと転換層Ｂとの間に容易に隙間を生成することができ、この隙間を介して転換層Ｂを取り除き、露出された被防食部材Ｓの素地部Ｍに対して腐食を抑制するための表面処理を施すことができる。
具体的には、被防食部材Ｓの腐食層Ｒが完全に転換層Ｂに転換されると、転換層Ｂにおいてはカソード反応が生じないため、導線部４を介する犠牲陽極材１から被防食部材Ｓへの電子ｅ⁻の供給が停止される。この状態が長期間継続すると、例えば転換層Ｂにクラックが生じるなどして、転換層Ｂに覆われた被防食部材Ｓの素地部Ｍが酸化される。これにより、図６に示すように、被防食部材Ｓの素地部Ｍの表面に、例えば赤錆を含む腐食層Ｒａが新たに形成される。

続いて、被防食部材Ｓに腐食層Ｒａが形成されたことにより、犠牲陽極材１においてアノード反応が生じると共に被防食部材Ｓの腐食層Ｒａにおいてカソード反応が生じ、図７に示すように、導線部４を介する犠牲陽極材１から被防食部材Ｓへの電子ｅ⁻の供給が再開される。そして、犠牲陽極材１から被防食部材Ｓに供給される電子ｅ⁻により、素地部Ｍの表面に形成された腐食層Ｒａが還元されて、腐食に対して安定な転換層、例えば黒錆に徐々に転換される。これにより、図８に示すように、被防食部材Ｓの腐食層Ｒａが完全に転換層Ｂａに転換され、被防食部材Ｓの素地部Ｍを覆うように新たな転換層Ｂａが形成される。

このようにして、素地部Ｍの表面への腐食層Ｒａの形成と、腐食層Ｒａの転換層Ｂａへの返還とが繰り返されると、図９に示すように、転換層Ｂａと素地部Ｍの間に隙間Ｇが生じる。そして、被防食部材Ｓから防食装置を取り外した後、転換層Ｂと素地部Ｍの間に生じた隙間Ｇを介して素地部Ｍの表面から転換層ＢおよびＢａが取り除かれる。このように、転換層Ｂａと素地部Ｍの間に隙間Ｇを生成することにより、サンドブラストおよびグラインダーなどを用いたケレンによる腐食層Ｒの除去と比べて、素地部Ｍの表面から転換層ＢおよびＢａを容易に取り除くことができ、被防食部材Ｓの素地部Ｍを容易に露出させることができる。
続いて、転換層ＢおよびＢａを取り除くことにより露出された被防食部材Ｓの素地部Ｍに対して、腐食を抑制するための表面処理、例えば塗装などを施すことにより、被防食部材Ｓの防食を行うことができる。

本実施の形態によれば、腐食が生じた被防食部材Ｓに対して防食装置を設置するだけで容易に被防食部材Ｓの素地部Ｍを露出させることができ、露出した素地部Ｍに対して所望の防食処理を施すことができる。特に、耐候性鋼は、普通鋼などと比較して素地調整が困難だが、この耐候性鋼からなる構造物に防食装置を設置するだけで容易に素地部Ｍを露出させることができる。

なお、本実施の形態では、被防食部材Ｓにおいて転換層Ｂａと素地部Ｍの間に隙間Ｇが生じた時点で被防食部材Ｓから防食装置が取り外されたが、隙間Ｇが生じた後も継続して防食装置を設置しておくことにより被防食部材Ｓの防食を行うこともできる。すなわち、被防食部材Ｓに防食装置を常に設置しておくことにより、被防食部材Ｓの素地部Ｍの表面に新たな腐食層Ｒａが形成されても、その腐食層Ｒａを取り除くことなく、腐食層Ｒａを転換層Ｂａに順次転換することができる。これにより、被防食部材Ｓの表面に転換層Ｂａを継続的に形成することができる。このとき、転換層Ｂａと素地部Ｍの間には隙間Ｇが生じており、素地部Ｍは大気中に露出していると考えることができる。つまり、隙間Ｇに外部の水分が供給されるため、腐食層の影響を受けずに、犠牲陽極材１で発生した電子が素地部Ｍ表面に直接供給される。これにより、素地部Ｍ表面で酸素還元のカソード反応が起こるため、素地部Ｍは犠牲陽極材１により防食される。
この時、犠牲陽極材１を網目状の構造とすることで犠牲陽極材１の腐食に伴って複数の伝導路１３の全てが切断されることを抑制しており、長期間にわたって被防食部材Ｓに防食装置を設置しても、犠牲陽極材１から被防食部材Ｓへの電子ｅ⁻の供給を維持することができる。

実施の形態３
実施の形態１および２では、複数の細孔５を有する多孔質材から犠牲陽極材１を構成したが、犠牲陽極材は外部から吸水シートまで連通する複数の連通孔が形成されていればよく、多孔質材に限られるものではない。
例えば、図１０に示すように、実施の形態１および２に係る防食装置において、犠牲陽極材１に換えて犠牲陽極材２１を配置することができる。この犠牲陽極材２１には、それぞれ犠牲陽極材２１の表面に対して垂直な方向に貫通する複数の直管状の貫通孔２２が形成されている。これにより、犠牲陽極材２１は、複数の貫通孔２２の間を連続して拡がる構造を有している。すなわち、犠牲陽極材２１は、その一部が分断されることなく、厚さ方向および厚さ方向に直交する方向に連続した構造を有する。

まず、実施の形態１および２と同様に、表面に腐食層Ｒが形成された被防食部材Ｓに防食装置を設置すると、図１１に示すように、外部環境に存在する水分Ｗが複数の貫通孔２２内に流入し、複数の貫通孔２２に収容されると共に複数の貫通孔２２を犠牲陽極材２１の裏面１１まで浸透して、給水シート２に供給される。そして、複数の貫通孔２２から供給された水分Ｗで給水シート２が満たされることにより、犠牲陽極材２１と被防食部材Ｓとの間が連結されて腐食回路Ｔが形成される。この腐食回路Ｔの形成により、アノード反応とカソード反応が犠牲陽極材２１と被防食部材Ｓの腐食層Ｒにおいてそれぞれ生じることで、導線部４を介して犠牲陽極材２１から被防食部材Ｓへ順次電子ｅ⁻が供給され、腐食層Ｒを転換層Ｂに徐々に転換することができる。

この時、水分Ｗは、給水シート２内だけでなく犠牲陽極材２１内にも収容されているため、腐食回路Ｔの形成に伴うアノード反応を犠牲陽極材２１の裏面１１と内面１２の双方で生じさせることができ、導線部４を通して犠牲陽極材２１から被防食部材Ｓに供給可能な電子ｅ⁻の量を増加させることができる。

また、犠牲陽極材２１にはアノード反応に伴い腐食が生じるが、犠牲陽極材２１が複数の貫通孔２２の間を厚さ方向および厚さ方向に直交する方向に連続して拡がる構造を有するため、電子ｅ⁻が伝導するための複数の伝導路が形成されている。このため、例えば、図１２に示すように、犠牲陽極材２１の裏面１１において生じた電子ｅ⁻は、伝導路２３および２４を含む犠牲陽極材２１内の複数の伝導路を伝導することができ、電子ｅ⁻の伝導が腐食により遮断されることを抑制することができる。例えば、隣り合う貫通孔２２の間を横断するように生じた腐食部Ｃにより１つの伝導路２３が塞がれても、腐食部Ｃの周辺の領域を介して電子ｅ⁻を平ワッシャー６ａおよびスプリングワッシャー７ａからなる端子へ伝導させることができる。
従って、長期間にわたり、導線部４を通して犠牲陽極材２１から被防食部材Ｓに電子ｅ⁻を供給して腐食層Ｒを転換層Ｂに転換することができる。

さらに、犠牲陽極材２１は複数の貫通孔２２を形成したものであり、実施の形態１の犠牲陽極材１のように複数の細孔５を有する多孔質材から構成するものと比較して、強度を向上させることができる。このため、犠牲陽極材２１の耐久性が向上し、犠牲陽極材２１を長期間にわたって使用することができる。

また、複数の貫通孔２２は、２０μｍ以上６．５ｍｍ以下の直径を有するように形成することが好ましい。
ここで、複数の貫通孔２２の直径を２０μｍ以上とすることで、外部からの水分の侵入が容易となる。
また、複数の貫通孔２２を６．５ｍｍより大きな直径で形成すると、貫通孔２２に収容された水分Ｗ中の酸素濃度は、貫通孔２２に接する内面１５と犠牲陽極材２１の裏面１１との間で大きな差が生じるおそれがある。これにより、図１３に示すように、犠牲陽極材２１の裏面１１で生じた電子ｅ⁻が内面１２に伝導される、いわゆる酸素濃淡電池が犠牲陽極材２１内に形成されて、犠牲陽極材２１から被防食部材Ｓへの電子ｅ⁻の伝導が妨げられてしまう。そこで、複数の貫通孔２２の直径を６．５ｍｍ以下とすることにより、犠牲陽極材２１から被防食部材Ｓへの電子ｅ⁻の伝導が阻害されることを抑制し、犠牲陽極材２１から被防食部材Ｓに長期間にわたって電子ｅ⁻を供給することができる。

実施の形態４
実施の形態１〜３において、導線部４を介して犠牲陽極材と被防食部材Ｓとの間に流れる電流を測定する測定部を備えることが好ましい。この測定部は、電流測定器から構成することができ、継時的に電流を測定できる電流測定器から構成することが好ましい。
例えば、図１４に示すように、実施の形態１に係る防食装置において、導線部４に測定部３１を接続することができる。これにより、導線部４に流れる電流Ａを測定することができ、この電流Ａの値に基づいて被防食部材Ｓにおける転換層の形成状態を把握することができる。例えば、導線部４に流れる電流Ａの値が低下している時には、被防食部材Ｓの腐食層Ｒが転換層Ｂに徐々に転換されていると判断することができ、電流Ａが流れなくなった時には、腐食層Ｒが完全に転換層Ｂに転換されたと判断することができる。
これにより、防食装置を被防食部材Ｓから取り外すなどのタイミングを計ることができる。また、測定部３１で測定された電流Ａの値に基づいて、被防食部材Ｓにおける転換層の形成状態を作業者に知らせる通知部をさらに備えることが好ましい。

次に、腐食層Ｒが形成された被防食部材Ｓに防食装置を実際に設置して腐食処理を施した実施例を示す。
まず、表面に赤錆を含む腐食層Ｒが形成された耐候性鋼の上に、６６×６６×３ｍｍのアクリレート繊維からなる給水シートと、６６×６６×５ｍｍの多孔質材からなる犠牲陽極材とを順次重ねて配置した。続いて、耐候性鋼に対して吸水シートと犠牲陽極材の位置をポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂製ボルトで固定すると共に犠牲陽極材と耐候性鋼とを導線部で接続することにより、防食装置を耐候性鋼に設置した。
なお、犠牲陽極材は、８０質量％のＡｌ金属粉と２０質量％のＺｎ金属粉とを混合した混合粉体を焼結することにより得られた気孔率２０％の多孔質材を用いた。

このようにして、防食装置を耐候性鋼に設置した状態で、温度３０℃で相対湿度１００％に制御した恒温恒湿槽内に載置した。この時、腐食層Ｒの還元反応が促進するように、吸水シートには飽和濃度のＮａＣｌ水を供給している。そして、導線部に測定部を接続し、導線部に流れる電流Ａが停止された時点で防食装置を耐候性鋼から取り外した。
図１５（Ａ）に防食装置を設置する前の耐候性鋼を示すと共に、図１５（Ｂ）に防食装置を設置した後の耐候性鋼を示す。図１５（Ａ）では耐候性鋼を覆うように赤錆を含む腐食層Ｒが形成されているのに対し、図１５（Ｂ）では全体にわたって色が黒く変化しており腐食層Ｒが完全に還元されて黒錆を含む転換層Ｂに転換されていることがわかる。このことから、腐食層Ｒが形成された耐候性鋼に防食装置を設置するだけで腐食層Ｒを転換層Ｂに転換することができ、耐候性鋼の防食処理を容易に施すことができた。

この状態からさらに、上記と同様の条件で恒温恒湿槽内に耐候性鋼と防食装置を載置して試験を継続した。そして、導線部に電流Ａが流れる状態と、導線部に流れる電流が停止された状態とが数回繰り返された後、防食装置を耐候性鋼から取り外して耐候性鋼に形成された転換層Ｂの除去を確認した。

図１６に、その結果を模式的に示す。転換層Ｂに覆われていた被防食部材Ｓの素地部Ｍが酸化されて新たな腐食層Ｒａが生じ、その腐食層Ｒａが転換層Ｂと共に除去されることにより素地部Ｍが露出しているのを確認できた。このとき、腐食層Ｒａと転換層Ｂは、被防食部材Ｓの表面上から吸水シート２を除去する際に、吸水シート２に付着した状態で容易に除去することができた。
このことから、腐食層Ｒが形成された耐候性鋼に防食装置を設置するだけで、耐候性鋼の素地部Ｍと転換層Ｂとの間に隙間Ｇを生じさせることができ、これにより耐候性鋼に形成された転換層Ｂを容易に除去して素地部Ｍを露出できることがわかった。さらに、素地部Ｍは露出しているにも関わらず金属光沢を有していたことから、素地部Ｍに対しても犠牲陽極１の防食効果があることがわかる。

１，２１ 犠牲陽極材、２ 吸水シート、３ 固定部、４ 導線部、５ 複数の細孔、６ａ，６ｂ 平ワッシャー、７ａ，７ｂ スプリングワッシャー、８ ボルト、９ ナット、１０ 犠牲陽極材の表面、１１ 犠牲陽極材の裏面、１２ 犠牲陽極材の内面、１３、１３ａ，１３ｂ，２３，２４ 電通路、２２ 複数の貫通孔、３１ 測定部、Ｓ 被防食部材、Ｒ，Ｒａ 腐食層、Ｂ，Ｂａ 転換層、Ｍ 被防食部材の素地部、Ｇ 隙間、Ｗ 水分、Ｔ 腐食回路、Ａ 電流、Ｃ 腐食。

Claims (10)

1. 表面が酸化されて３価のＦｅイオンを含む金属酸化物またはその水和物からなる腐食層が形成された被防食部材に対して、絶縁体からなると共に外部の水分を吸収する吸水シートと、前記被防食部材に対して卑な材料からなると共に外部から前記吸水シートまで連通する複数の連通孔が形成された犠牲陽極材とを、前記腐食層と前記犠牲陽極材との間に前記吸水シートが挟まれて接触するように配置すると共に、前記被防食部材と前記犠牲陽極材にそれぞれ配置された金属材料からなる一対の端子の間を電気的に接続し、
   前記複数の連通孔を介して外部の水分を前記吸水シートに供給し、
   前記吸水シートに吸収された水分が腐食回路を形成し、
   前記腐食回路を前記犠牲陽極材から前記被防食部材に伝導する電子により前記腐食層を還元して腐食に対して安定な転換層に転換する防食方法。
2. 前記腐食層を前記転換層に転換した後、前記転換層に覆われた前記被防食部材の素地部が酸化されることにより、前記素地部の表面に前記腐食層が形成され、
   前記腐食回路を前記犠牲陽極材から前記被防食部材に伝導する電子により前記素地部の表面に形成された前記腐食層を還元して前記転換層に転換する請求項１に記載の防食方法。
3. 前記素地部の表面に形成される前記腐食層を前記転換層に順次転換することにより、前記被防食部材の腐食を抑制する請求項２に記載の防食方法。
4. 前記素地部の表面への前記腐食層の形成と、前記腐食層の前記転換層への転換とを繰り返すことにより、前記転換層と前記素地部の間に隙間を生成し、
   前記隙間を介して前記素地部の表面から前記転換層を取り除き、
   前記転換層を取り除くことにより露出された前記素地部に対して、腐食を抑制するための表面処理を施す請求項２に記載の防食方法。
5. 前記複数の連通孔は、多孔質材料からなる前記犠牲陽極材に形成された複数の細孔である請求項１〜４のいずれか一項に記載の防食方法。
6. 前記複数の連通孔は、前記犠牲陽極材に形成された互いに平行に延びる複数の貫通孔である請求項１〜４のいずれか一項に記載の防食方法。
7. 前記吸水シートは、架橋型アクリレート繊維である請求項１〜６のいずれか一項に記載の防食方法。
8. 前記腐食層はヘマタイトまたはその水和物を含み、前記腐食回路を前記犠牲陽極材から前記被防食部材に伝導する電子により前記腐食層を還元してマグネタイトを含む前記転換層に転換する請求項１〜７のいずれか一項に記載の防食方法。
9. 前記被防食部材は、耐候性鋼からなる請求項１〜８のいずれか一項に記載の防食方法。
10. 被防食部材の表面が酸化されて形成された３価のＦｅイオンを含む金属酸化物またはその水和物からなる腐食層に対向して配置され、前記被防食部材に対して卑な材料からなると共に複数の連通孔が形成された犠牲陽極材と、
    前記犠牲陽極材と前記腐食層との間に配置され且つ絶縁体からなると共に外部からの水分を吸収する吸水シートと、
    前記腐食層と前記犠牲陽極材との間に前記吸水シートが挟まれて接触するように前記被防食部材に対して前記犠牲陽極材および前記吸水シートの位置を固定するための固定部と、
    前記被防食部材と前記犠牲陽極材にそれぞれ配置された金属材料からなる一対の端子と、
    前記一対の端子の間を電気的に接続する導線部と
    を備え、
    前記複数の連通孔が、外部の水分を収容すると共に前記吸水シートに供給することにより、前記吸水シートに吸収された水分で腐食回路を形成し、前記腐食回路を前記犠牲陽極材から前記被防食部材に伝導する電子により前記腐食層を還元して腐食に対して安定な転換層に転換する防食装置。