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高酸素腐食促進試験法を用いた亜鉛めっき鉄筋の長期腐食進行メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K04226
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分22010:土木材料、施工および建設マネジメント関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

土井 康太郎  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究センター, 主任研究員 (80772889)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード腐食 / 防食 / コンクリート / 表面処理 / 亜鉛 / カルシウムハイドロキシジンケート / CHZ / 亜鉛めっき / 酸素還元 / 高酸素反応促進技術 / 鋼材 / 高酸素反応促進 / 高酸素腐食促進試験法
研究開始時の研究の概要

亜鉛めっき鉄筋のコンクリート中における長期腐食メカニズムを明らかにすることを目的とする。目的の達成のため、実環境を加速再現できる「高酸素腐食促進試験法」、コンクリート内部の鉄筋の状態を電気化学的にモニタリングできる2種類の「腐食センサ」、亜鉛めっき鉄筋の腐食挙動を理解するための「さび科学」の3つを本研究の柱とし、コンクリート内で亜鉛めっき表面に形成したヒドロキシ亜鉛酸カルシウム(CaHZnと表記)の成長と劣化機構、CaHZn劣化後の亜鉛めっき層の劣化機構、鉄素地露出後の鉄筋劣化機構をそれぞれ明らかにすることで長期間における亜鉛めっき鉄筋の腐食とコンクリート劣化への影響を検討する。

研究成果の概要

亜鉛表面に形成する高耐食皮膜であるカルシウムハイドロキシジンケート(CHZ)の生成、成長、劣化挙動を明らかとすることおよび、耐食性に優れたCHZの亜鉛表面への効率的な生成方法を探り、新たな耐食表面処理法の開発へと発展させることを目的とした。
CHZの形成・成長機構の検討では、初めに鱗片状のCHZの核が亜鉛表面に点状に形成する。その後も新たなCHZの核生成およびCHZ核の成長が続き、ち密なCHZ層へと成長することがわかった。また、研磨ままの亜鉛と比較してち密なCHZ層に覆われた亜鉛は高い耐食性を発揮することが明らかとなった。また、陽極酸化法を用いて亜鉛の着色皮膜を作製できることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

コンクリート中において亜鉛は表面にCHZを形成するため、亜鉛めっき鉄筋は高い耐食性を示す。本研究でCHZの形成・成長・劣化メカニズムが明らかになったため、より高耐食性を示す亜鉛めっき鉄筋の開発やコンクリート中での亜鉛めっき鉄筋の劣化挙動の理解に貢献できると考えられる。また、コンクリート中以外でもCHZを加速形成できることが分かったので、コンクリート分野以外でも亜鉛の表面処理として発展できる可能性を示すことができた。

報告書

(3件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] 環境中の酸素濃度がType304ステンレス鋼の耐食性に及ぼす影響の電気化学インピーダンス解析2022

    • 著者名/発表者名
      Doi Kotaro、Asano Hiroyasu、Hoshi Yoshinao、Hiromoto Sachiko
    • 雑誌名

      Zairyo‐to‐Kankyo

      巻: 71 号: 11 ページ: 308-311

    • DOI

      10.3323/jcorr.71.308

    • ISSN
      0917-0480, 1881-9664
    • 年月日
      2022-11-10
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CO<sub>2</sub>分圧と乾燥条件がモルタルの中性化の進行へ及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Yuki、Doi Kotaro、Hiromoto Sachiko
    • 雑誌名

      Zairyo‐to‐Kankyo

      巻: 71 号: 10 ページ: 284-287

    • DOI

      10.3323/jcorr.71.284

    • ISSN
      0917-0480, 1881-9664
    • 年月日
      2022-10-10
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 高濃度溶存酸素による亜鉛表面でのカルシウムハイドロキシジンケートの高速形成2022

    • 著者名/発表者名
      Doi Kotaro、Hiromoto Sachiko
    • 雑誌名

      Zairyo‐to‐Kankyo

      巻: 71 号: 1 ページ: 21-29

    • DOI

      10.3323/jcorr.71.21

    • NAID

      130008158507

    • ISSN
      0917-0480, 1881-9664
    • 年月日
      2022-01-10
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synergistic Effects of Plastic Deformation and Chloride Ions on Corrosion Initiation of Steel Rebars in Simulated Concrete Pore Solution2022

    • 著者名/発表者名
      Doi Kotaro、Hiromoto Sachiko
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 169 号: 8 ページ: 081505-081505

    • DOI

      10.1149/1945-7111/ac87d3

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] コンクリート中の亜鉛表面におけるカルシウムハイドロキシジンケート(CHZ)の形成と成長2023

    • 著者名/発表者名
      土井康太郎
    • 学会等名
      2022年度 NIMSインフラ構造材料パートナーシップ第4回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] コンクリート中の鋼材腐食を律速する酸素と水分状態.2022

    • 著者名/発表者名
      土井康太郎
    • 学会等名
      コンクリート中への水分浸透評価とその活用に関する研究小委員会 (362委員会)」成果報告会およびシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 亜鉛表面におけるカルシウムハイドロキシジンケートの形成と成長2022

    • 著者名/発表者名
      土井康太郎、廣本祥子
    • 学会等名
      令和4年度 土木学会全国大会 第77回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Corrosion Behavior of Steel Rebar in Concrete Studied with Hyperbaric-oxygen Accelerated Corrosion Test2022

    • 著者名/発表者名
      DOI, Kotaro, HIROMOTO, Sachiko, AKIYAMA, Eiji, TSUCHIYA, Koichi
    • 学会等名
      ICAS2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 供給酸素分圧がSUS304鋼の耐食性に及ぼす影響の電気化学インピーダンス解析2022

    • 著者名/発表者名
      浅野 弘靖, 土井 康太郎, 星 芳直, 廣本 祥子
    • 学会等名
      材料と環境2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 加圧と乾燥条件がモルタルの中性化の進行へ及ぼす影響の分析2022

    • 著者名/発表者名
      横山勇気, 土井 康太郎, 廣本 祥子
    • 学会等名
      材料と環境2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Ca2+を含んだ溶液中における亜鉛耐食被膜の形成と成長2022

    • 著者名/発表者名
      土井康太郎、廣本祥子
    • 学会等名
      日本金属学会第170回講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 高酸素腐食促進試験法の開発とコンクリート中鋼材腐食研究・防食技術への応用2022

    • 著者名/発表者名
      土井康太郎
    • 学会等名
      Polymers-in-Concrete委員会講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 酸素供給による亜鉛表面でのカルシウムハイドロキシジンケートの加速形成2021

    • 著者名/発表者名
      土井康太郎、廣本祥子
    • 学会等名
      第68回材料と環境討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [産業財産権] 亜鉛基合金又は亜鉛めっき鋼板の耐食性被覆層の形成方法2021

    • 発明者名
      土井康太郎、廣本祥子
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 公開番号
      2023-019399
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [産業財産権] 亜鉛基合金又は亜鉛めっき鋼板の耐食性被覆層の形成方法2021

    • 発明者名
      土井康太郎、廣本祥子
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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