カソード復極量と腐食速度の関係

カソード復 極 量 と腐 食 速 度 の関 係 を図-4.3.13 に示 す．カ ソ ー ド 復 極 量 と 腐 食 速 度 と の 間 に は 負 の 直 線 関 係 が 認 め ら れ ， カ ソ ー ド 復 極 量 の 増 加 と と も に 腐 食 速 度 は 低 下 す る 傾 向 を 示 し た ．0.2μA/cm²を 腐 食 の し き い 値 ^{2 5 )}と す る と ， 腐 食 速 度 を こ の 値 以 下 に す る た め に は 90

～100mV 以 上 の カ ソ ー ド 復 極 量 が あ れ ば よ い こ と に な る ．本 試 験 結 果 は ，こ れ ま で 飛 沫 環 境 下 で 行 っ て き た 100mV シ フ ト 基 準 に よ る 防 食 評 価 は 妥 当 で あ る こ と を 示 唆 す る も の で あ る ．

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図 -4.3.13 カ ソ ー ド 復 極 量 と 腐 食 速 度 の 関 係 （ 飛 沫 環 境 ）

2） 湿 潤 環 境 下 の 電 気 防 食 特 性

① 維 持 電 流 密 度 の 経 時 変 化

維 持 電 流 密 度 の 経 時 変 化 を 図-4.3.14 に 示 す ．

設 定 電 位-400mV は ， 通 電 直 後 か ら ア ノ ー ド 電 流 が 確 認 さ れ た ． 通 電 初 期 は 9μA/cm² 程 度 の ア ノ ー ド 電 流 を 示 し ， 時 間 の 経 過 と と も に ア ノ ー ド 電 流 は 減 少 傾 向 を 示 す も の の ， カ ソ ー ド 電 流 に 転 じ る こ と は な か っ た ．平 均 値 は 2.06μA/cm²で あ っ た ．設 定 電 位-500mV は ， 通 電 直 後 に ア ノ ー ド 電 流 が 確 認 さ れ た が ，経 時 的 に ア ノ ー ド 電 流 は 減 少 し ，20日 経 過 頃 か ら は カ ソ ー ド 電 流 が 確 認 さ れ る よ う に な っ た ． カ ソ ー ド 電 流 に 転 じ た 後 の 平 均 維 持 電 流 密 度 は-1.40μA/cm² で あ っ た ． 設 定 電 位-550mV，-600mV，-650mV，-725mV は ， 通 電 直 後 か ら カ ソ ー ド 電 流 が 確 認 さ れ ， 経 時 的 に 増 加 す る 傾 向 を 示 し た ． 平 均 維 持 電 流 密 度 は ， 設 定 電 位 が 低 い 条 件 で あ る ほ ど 大 き な 値 を 示 す 傾 向 に あ り ， 設 定 電 位-725mV が 他 の 条 件 に 比 べ て と く に 大 き な 値 を 示 し た ． 設 定 電 位-550mV で-2.49μA/cm²，-725mV で-8.10μA/cm² で あ り ，設 定 電 位-725mV に お い て は 一 般 的 な 防 食 電 流 密 度（2~3μA/cm²）に 比 べ て 3 倍 程 度 大 き い 値 で あ っ た ．

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飛 沫 環 境 に 比 べ る と ， 維 持 電 流 密 度 の 平 均 値 は ， 各 設 定 電 位 に お い て-1～-2μA/cm² 程 度 小 さ い 傾 向 に あ る ．こ れ は ，湿 潤 環 境 の 方 が 溶 存 酸 素 の 拡 散 速 度 が 遅 い た め と 考 え ら れ る ．

図 -4.3.14 維 持 電 流 密 度 の 経 時 変 化 （ 湿 潤 環 境 ）

② 通 電 オ フ 24 時 間 後 の カ ソ ー ド 復 極 量 の 経 時 変 化

通 電 オ フ 24時 間 後 の カ ソ ー ド 復 極 量 の 経 時 変 化 を 図-4.3.15 に 示 す ．

設 定 電 位-400mV は ， 終 始 ア ノ ー ド 復 極 を 生 じ て お り ， カ ソ ー ド 復 極 に 転 じ る こ と は な か っ た ． 設 定 電 位-500mV は ， 通 電 初 期 は ア ノ ー ド 復 極 を 生 じ て い た が ，20 日 経 過 頃 か ら カ ソ ー ド 復 極 を 生 じ る よ う に な っ た ．カ ソ ー ド 復 極 量 は 経 時 的 に 増 加 す る 傾 向 を 示 し た が ， 100mV 基 準 値 に は 到 達 し な か っ た ． 設 定 電 位-550mV は ， 通 電 開 始 か ら カ ソ ー ド 復 極 量 は 増 加 す る 傾 向 を 示 し た が ，100mV 基 準 値 に 到 達 す る ま で に 100 日 を 要 し た ．終 始 カ ソ ー ド 復 極 量 は 増 加 を 続 け ， 試 験 終 了 時 に お い て は 試 験 開 始 時 に 比 べ て 約 100mV 増 加 し て い た ． 設 定 電 位-600mV，-650mV，-725mV は ， 通 電 開 始 時 よ り 100mV 基 準 値 を 満 足 し て い た ． し か し な が ら ， 設 定 電 位-600mV は 経 時 的 に カ ソ ー ド 復 極 量 は 増 加 す る も の の ， 設 定 電 位 -650mV と-725mV は 時 間 の 経 過 と と も に 低 下 す る 傾 向 を 示 し ，130 日 経 過 時 に は い ず れ も 100mVを 下 回 っ て い た ．

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飛 沫 環 境 下 で は ， い ず れ の 設 定 電 位 に お い て も カ ソ ー ド 復 極 量 は 経 時 的 に 増 加 す る 傾 向 を 示 し て い た た め ， -650mV よ り も 低 い 電 位 で 保 持 し た と き の カ ソ ー ド 復 極 量 の 経 時 的 な 低 下 は ， 湿 潤 環 境 特 有 の 現 象 と 考 え ら れ る ．

図 -4.3.15 カ ソ ー ド 復 極 量 の 経 時 変 化 （ 湿 潤 環 境 ）

維 持 電 流 密 度 と カ ソ ー ド 復 極 量 の 関 係 を 図-4.3.16 に 示 す ．

維 持 電 流 密 度 の 減 少 と と も に ，カ ソ ー ド 復 極 量 は 増 加 す る 傾 向 を 示 し た ．100mV 以 上 の カ ソ ー ド 復 極 量 を 得 る た め に は ，3μA/cm²（30mA/m²）以 上 の 防 食 電 流 が 必 要 と な る ．左 下 の 2 つ の プ ロ ッ ト は 設 定 電 位-650mV と-725mV で あ り ，カ ソ ー ド 電 流 を 増 加 し て も 所 定 の カ ソ ー ド 復 極 量 が 得 ら れ て い な い ． コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 電 気 防 食 に お い て ， 近 年 ， 防 食 電 流 を 増 加 し て も カ ソ ー ド 復 極 量 が 得 ら れ な い の は ， ま さ に こ の 状 態 で あ る ． 安 易 に 防 食 電 流 を 増 加 す る と ， ア ノ ー ド の 耐 久 性 低 下 だ け で な く ア ノ ー ド 周 囲 の pH が 低 下 し ， 埋 戻 し モ ル タ ル の 劣 化 を 促 進 す る こ と に な る ．

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図 -4.3.16 維 持 電 流 密 度 と カ ソ ー ド 復 極 量 （ 湿 潤 環 境 ）

③ 通 電 オ フ 24 時 間 後 の 鉄 筋 自 然 電 位 の 経 時 変 化

通 電 オ フ 24時 間 後 の 鉄 筋 自 然 電 位 の 経 時 変 化 を 図-4.3.17 に 示 す ．

設 定 電 位-500mV，-550mV，-600mV は ，時 間 の 経 過 と と も に 貴 側 に 変 化 す る 傾 向 を 示 し た ． 設 定 電 位 が 低 く な る に 従 っ て 貴 側 に 変 化 す る 量 は 大 き く な り ， 設 定 電 位-600mV で 試 験 初 期 か ら 約 100mV 貴 化 し た ． 設 定 電 位-650mV で は ， 通 電 開 始 時 は 貴 側 に 変 化 し た が ， 20 日 経 過 頃 か ら 卑 側 に 変 化 す る 傾 向 を 示 し た ． ま た ， 設 定 電 位-725mV で は ， 時 間 の 経 過 と と も に 卑 側 に 変 化 す る 傾 向 を 示 し て お り ，試 験 初 期 か ら 最 大 で 卑 方 向 に 約 140mV 変 化 し た ． 設 定 電 位-650mV と-725mV は ， 飛 沫 環 境 下 と は 明 ら か に 異 な る 挙 動 を 示 し ， 通 電 オ フ 24時 間 後 の 自 然 電 位 は カ ソ ー ド 復 極 量 の 変 化 と 同 期 し て い る よ う で あ る ．

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図 -4.3.17 通 電 オ フ 24 時 間 後 の 自 然 電 位 経 時 変 化 （ 湿 潤 環 境 ）

こ れ ら の 電 気 化 学 的 特 性 に 対 し ， 以 下 の よ う に 考 察 し た ． 電 気 防 食 の 適 用 に よ り ， 鉄 筋 表 面 の pH は 上 昇 す る ．pH の 上 昇 に 対 し て ，復 極 後 の 自 然 電 位 が 貴 化 す る の は ，鉄 筋 の 不 動 態 化 に 起 因 し ^{26 )}，卑 化 す る の は 電 気 防 食 に よ り 鉄 筋 表 面 の 溶 存 酸 素 の 消 費 速 度 が 供 給 速 度 を 上 回 る 状 態 す な わ ち 脱 気 状 態 に 起 因 す る と 考 え ら れ る ^{2 7 )}．従 っ て ，湿 潤 環 境 下 に お け る RC の 電 気 防 食 に お い て は ， 自 然 電 位 が 貴 化 す る よ う な 場 合 は 溶 存 酸 素 に よ る 不 動 態 化 が 可 能 で あ る た め ，従 来 の 100mVシ フ ト 基 準 で 評 価 す る こ と が 可 能 で あ る ．一 方 ，溶 存 酸 素 の 供 給 速 度 が 遅 く ， 鉄 筋 表 面 が 脱 気 状 態 と な る よ う な 場 合 は ， 鉄 筋 の 不 動 態 化 に よ る 防 食 は 困 難 で あ る こ と か ら 脱 気 状 態 の 自 然 電 位 以 下 の 電 位 に 維 持 す る 必 要 が あ る ．こ の 値 は ， 前 述 し た ERに 相 当 し ， 本 試 験 で は-650mV に 保 持 す る こ と が 必 要 で あ る ． 水 素 脆 性 の 影 響 も 考 慮 し た 場 合 ，pH12 で は ，-650～-900mV で 管 理 す れ ば よ い と 推 定 さ れ る ．

④ カ ソ ー ド 復 極 量 と 腐 食 速 度 の 関 係

本 試 験 の 終 了 時 に お け る 通 電 電 位 と カ ソ ー ド 復 極 量 お よ び 電 気 防 食 時 の 腐 食 速 度 と の 関 係 を 図-4.3.18 に 示 す ． な お ，腐 食 速 度 は ， 通 電 終 了 時 に 測 定 し た ア ノ ー ド 分 極 曲 線 を ， 所 定 の 電 位 ま で 外 挿 し て 評 価 し た も の で あ る ．

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設 定 電 位-400～-600mV の 範 囲 に お い て は ，カ ソ ー ド 復 極 量 と 腐 食 速 度 と の 間 に 負 の 直 線 関 係 が 認 め ら れ ，100mV シ フ ト 基 準 を 満 た し た 条 件 は ， 概 ね 腐 食 発 生 の 目 安 と な る 0.2μA/cm² と 同 程 度 以 下 の 腐 食 速 度 を 示 し た ．一 方 ，設 定 電 位-650mV 以 下 の 条 件 で は ，カ ソ ー ド 復 極 量 に 関 係 な く 小 さ な 腐 食 速 度 を 示 し た ．こ れ に よ り ，100mVシ フ ト 基 準 お よ び -650mV 以 下 と い う 電 位 の 絶 対 値 基 準 の い ず れ も 防 食 効 果 の 評 価 基 準 と し て 有 効 で あ る こ と を 確 認 す る こ と が で き た ．

図 -4.3.18 カ ソ ー ド 復 極 量 と 腐 食 速 度 の 関 係 （ 湿 潤 環 境 ）

3） 環 境 に 適 し た 電 気 防 食 評 価 基 準 の 使 い 分 け

港 湾 構 造 物 に お い て は ，陸 上 構 造 物 に 比 べ て 環 境 の 変 化 が 複 雑 で あ る ．特 に 桟 橋 の 場 合 ， 潮 位 変 動 と 構 造 に よ る と こ ろ が 大 き い ． 部 位 に よ っ て 腐 食 形 態 や 腐 食 速 度 が 異 な る の と 同 様 に ， 電 気 防 食 特 性 も 曝 さ れ る 環 境 に よ っ て 異 な る ．

図-4.3.19 に 示 す よ う に ，飛 沫 環 境 の 場 合 ，カ ソ ー ド 電 流 の 増 加 と と も に カ ソ ー ド 復 極 量 も 大 き な 値 と な る た め ，従 来 の 100mV シ フ ト 基 準 の 適 用 が 可 能 で あ り ，防 食 電 流 の 調 整 に よ っ て 管 理 が 可 能 で あ る ． 一 方 ， 湿 潤 環 境 の 場 合 ， 防 食 電 流 の 増 加 は 必 ず し も カ ソ ー ド 復 極 量 の 増 加 に は な ら な い た め ，100mV シ フ ト 基 準 は 適 用 で き な い ．こ の よ う な 場 合 に は 絶

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対 値 管 理 が 適 し て お り ， 通 電 電 位 （ イ ン ス タ ン ト オ フ 電 位 ） を-650mV 以 下 で 管 理 す れ ば 0.2μA/cm² 以 下 の 腐 食 速 度 に 抑 え る こ と が で き る ． 飛 沫 環 境 と 湿 潤 環 境 で は ， 経 時 的 な 電 気 化 学 特 性 の 変 化 が 異 な る こ と か ら ，通 電 オ フ 24時 間 後 の 電 位 変 化 に 着 目 し ，卑 化 傾 向 で あ れ ば 絶 対 値 管 理 基 準 を 適 用 す れ ば よ い と 考 え ら れ る ．

図 -4.3.19 維 持 電 流 密 度 と カ ソ ー ド 復 極 量 の 関 係 （ 飛 沫 ・ 湿 潤 環 境 ）

139 4.3.4 ま と め

本 試 験 に よ っ て 得 ら れ た 知 見 を 以 下 に 示 す ．

● E_R測 定 に 関 し て

1)ア ル カ リ 環 境 下 に お け る 鋼 材 の E_R測 定 で は ，[Cl^-]＝500ppm 以 上 の 条 件 に お い て ア ノ ー ド 分 極 曲 線 上 に 孔 食 電 位 が 確 認 さ れ た ． 孔 食 電 位 は[Cl^-]の 増 加 と と も に 卑 化 す る 傾 向 を 示 し た ．

2）100～50000ppmの 範 囲 で ER測 定 を 行 っ た 結 果 ，同 条 件 で も ば ら つ き が 大 き く ，ER値 に [Cl^-]依 存 性 は 認 め ら れ な か っ た ．試 験 結 果 を 安 全 側 に 評 価 し ，-650mV を 新 し い 防 食 基 準 値 と し た 場 合 ， こ の 値 は ISO や ASTM に お け る 評 価 基 準 値 （ -720mV ， Ag/AgCl/0.5MKCl=55mV） と も 対 応 し て い た ．

● 飛 沫 環 境 で の 試 験 に 関 し て

1） 通 電 初 期 に お い て ，100mV シ フ ト 基 準 を 満 足 し た の は ， 設 定 電 位-650mV と-725mV で あ っ た ．通 電 オ フ 24 時 間 後 の カ ソ ー ド 復 極 量 は ，い ず れ の 設 定 電 位 に お い て も 経 時 的 に 増 加 す る 傾 向 を 示 し た ．設 定 電 位-550mV と-600mVは 時 間 を 要 し た が ，通 電 終 了 時 に は い ず れ も 100mV 以 上 を 示 し て い た ．100mV 以 上 の カ ソ ー ド 復 極 量 を 得 る た め に 必 要 な 電 流 は 3μA/cm²（30mA/m²） で あ り ， 一 般 的 な 防 食 電 流 密 度 と 同 等 の 値 で あ っ た ． 2） 通 電 オ フ 24時 間 後 の 鉄 筋 の 自 然 電 位 は ， い ず れ の 設 定 電 位 に お い て も 時 間 の 経 過 と と

も に 貴 化 す る 傾 向 を 示 し た ．こ れ は ，防 食 電 流 の 供 給 に よ っ て 鉄 筋 表 面 の pH が 上 昇 し ， そ の 影 響 に よ っ て 再 不 動 態 化 し た た め と 考 え ら れ る ．

3） カ ソ ー ド 復 極 量 と 腐 食 速 度 と の 間 に は 負 の 直 線 関 係 が 認 め ら れ た ． カ ソ ー ド 復 極 量 を 100mV以 上 確 保 で き れ ば ，腐 食 速 度 は 0.2μA/cm²以 下 に 抑 え る こ と が で き ，100mV シ フ ト 基 準 の 妥 当 性 を 確 認 す る こ と が で き た ．

● 湿 潤 環 境 で の 試 験 に 関 し て

1）通 電 初 期 に お い て ，100mVシ フ ト 基 準 を 満 足 し た の は ，設 定 電 位-600mV，-650mV，-725mV で あ っ た ． 設 定 電 位-550mV に お い て は ， 飛 沫 環 境 と 同 様 に カ ソ ー ド 復 極 量 は 増 加 す る 傾 向 を 示 し ，100 日 で 100mV 基 準 値 に 到 達 し た ． し か し な が ら ， 設 定 電 位-650mV と -725mV は 経 時 的 に 減 少 す る 傾 向 を 示 し ， 通 電 終 了 時 点 で い ず れ も 100mV基 準 値 を 大 き く 下 回 っ た ．