コンクリートに埋めた鋼：鋼は pH 11.5 で不動態を失い、亜鉛めっきは 9.5 まで持つ。ただし 5 µm の電気めっきでは腐食は 33% 減にとどまる

腰壁の中の山形鋼

元の投稿（PTT FixMyHouse、2025-08-29）の相談者が心配していたのは安全です。ひび割れが広がり続け、 「手すりの腐食が進むのが怖い」（筆者訳）、地震もあって腰壁が崩れて通行人に当たらないかと。薄めた弾性モルタルをひびに流し込み、防水塗料で仕上げるつもりでした。

返信の方向は二つに分かれました。一人は支柱まわりからの浸水が原因とみて、さび転換剤を吹いてからエポキシ樹脂を注入する方法を勧めました。 別の一人は、この種の古い手すりの下には山形鋼が一本丸ごと入っていて、それがさびて膨張し壁を押し広げたもので、さびを取らなければ直らない、あるいは山形鋼ごと撤去して手すりを替えるしかないと書いています。 さらに別の一人は、内部の鉄筋がさびてコンクリートが膨張しており、はつらなければ根本的には直らない、今できるのは外側に防水塗料を塗って進行を遅らせることだとしています。

この記事はその壁の補修方法には答えません。論文は補修を扱っていないからです。答えるのはその手前の問いです。 コンクリートに埋めた鋼材が、長く問題を起こさないこともあれば壁を割ることもあるのはなぜか。亜鉛めっきにすれば、どれだけ余裕が増えるのか。

コンクリート中の鋼を守っているのはアルカリ性

Cedrim ほかの 2019 年の論文「Corrodibility and Adherence of Reinforced Concrete Rebars Electroplated with Zinc and Zinc-Nickel Alloys」は、序論でいくつかのしきい値を整理しています。 コンクリート中の鋼の表面には不動態皮膜があり、この保護がいつまで続くかは、周囲の pH がどこまで下がるかで決まります。

論文によれば、通常のコンクリート中の無めっき鋼は pH が約 11.5 を下回ると不動態を失います。塩化物を含むコンクリートでは、それより高い pH、つまり早い段階で失います。 亜鉛めっき鋼は約 pH 9.5 まで不動態を保つため、コンクリートの中性化に対して実質的な保護になる、としています。 （論文は「中性化（carbonation）」という語を使うだけです。中性化は空気中の二酸化炭素が表面から内部へコンクリートのアルカリを中和していく現象で、これは当サイトの補足です。）

この二つの数字の差、pH にして 2 の幅が、亜鉛めっきで増える余裕です。中性化の前線が鋼の位置に届いた時点で、無めっき鋼は不動態の保護を失って腐食しやすい状態になりますが、亜鉛めっき鋼はまだしばらく不動態を保てます。 同じ段落には、亜鉛めっき鉄筋は通常の鉄筋を腐食させる塩化物イオン濃度の数倍に耐えるともありますが、倍率は示されていません。

表には食い違いが一つあります。序論は亜鉛がコンクリート中で pH 8〜12.5 では不動態だとし、§3.3 で引く Macias と Andrade は pH 12 未満で局部腐食が起こるとしています。 後者は NaOH・KOH 溶液での試験、前者はコンクリートの話で、条件が違います。論文は両者を調整しておらず、当サイトも調整しません。 また §3.3 の本文は Macias と Andrade を文献 36 としていますが、文献リストの 36 は Andrade と Alonso の書籍の章で、Macias と Andrade の 1990 年の論文は 33 です。番号の取り違えと思われます。

亜鉛はまだ固まらないコンクリートと一度反応する

序論によれば、亜鉛は湿ったコンクリートと激しく反応しますが、コンクリートが硬化すると反応は事実上止まります。 生成するのはヒドロキシ亜鉛酸カルシウム（calcium hydroxyzincate、Ca(Zn(OH)₃)₂·2H₂O）のバリア層で、同時に水素ガスが発生します。 §3.3 はさらに、この化合物は pH 12.0〜12.8 で生成し、コンクリート中の水分と水酸化カルシウムが関わること、アルカリ溶液中で亜鉛が不動態化するにはカルシウムイオンが必要なことを補っています。

この層には二つの面があります。論文は亜鉛めっき鉄筋の腐食速度が低い主な理由をこの層に求めており、これが不動態皮膜にあたります。 もう一つは水素で、§1 で引かれた研究は、亜鉛がフレッシュコンクリートに触れたときに出る水素が鋼とコンクリートの付着を下げる可能性があるとしています。ただし、この研究が後の引抜き試験での付着低下について挙げた理由は節の高さの低下と化学的な相互作用の違いで、水素の仕組みは検証していません。

溶融亜鉛めっきと電気亜鉛めっきは別の層

論文は両者をはっきり分けています。溶融亜鉛めっきは鋼を約 450 °C の溶融亜鉛に浸し、鋼と亜鉛の反応で界面から鉄・亜鉛合金層が何層も成長し、最表面がほぼ純亜鉛の層になります。 電気亜鉛めっきは電流で溶液中の亜鉛イオンを鋼表面に析出させるもので、層は薄く、気孔は比較的少なく、合金層はできません。

この実験は電気めっきです。電流密度 10 mA/cm² で 8〜9 分めっきし、5 µm の亜鉛層を得ています。 ねじでよく見る電気亜鉛めっきも数 µm 程度の薄い層です（当サイトの 8 µm の電気めっきと機械めっきの比較を参照）。 当サイトの推論としては、電気亜鉛めっきのねじやアンカーをコンクリートに埋める場合、めっきの種類として近いのはこの論文の 5 µm 電気めっき鉄筋で、溶融亜鉛めっきではありません。論文自体はねじやアンカーを試験していません。

試験の条件

二つの促進試験はどちらも塩化物によるもので、中性化の試験はありません。タイトルの 11.5 と 9.5 は序論の文献値で、この実験で測った値ではありません。

5 µm 電気亜鉛めっきの実測：腐食は約 3 割減、付着は 16% 減

腐食速度は試験後に鉄筋を取り出し、洗浄して質量減少から求めています。

乾湿繰返しは塩水噴霧より一桁厳しい結果でした。論文は毛細管吸水で説明しています。乾かしてから浸すと塩水がコンクリートに吸い込まれ、噴霧を続けるより塩化物濃度が早く上がるためです。 日差しと雨で乾いたり濡れたりするバルコニーの腰壁がどちらに近いかは読者の判断に委ねますが、二つの試験で使ったのはそれぞれ 3% と 5% の塩水で、雨水ではありません。

著者は、5 µm が一般的なめっき厚さ（原文では約 100 µm）よりはるかに薄いことを指摘し、この厚さが結果のばらつきを大きくし、腐食を遅らせる酸化亜鉛層の形成を妨げた可能性があるとしています。 結論でも、この厚さでは寿命を実質的に延ばすには足りなかったかもしれないと書いています。原文には矛盾もあり、方法の節では 5 µm を電気めっきラインの典型値としながら、結果の節では一般的な厚さを約 100 µm としています。両方とも原文どおりに記します。

付着については、引抜き試験で、論文は亜鉛と亜鉛ニッケルの二種類の電気めっき鉄筋をまとめて、付着応力が無処理鋼より 16% 低くなったと書いています。亜鉛単独の値は分けて示されていません。論文は、めっきで節の高さが低くなったこと、亜鉛とケイ酸カルシウム水和物との化学的な相互作用が違うことを理由に挙げています。 同じ節で引かれた他の研究では、Hamad と Mike のはり試験で溶融亜鉛めっき鉄筋の付着が 4〜6% 低下、Kayali と Yeomans では臨界荷重に黒皮鋼との統計的な差はなく、Pokorný ほかでは溶融亜鉛めっき異形鉄筋の引抜きに要するせん断応力は黒皮鋼と同程度でした。 「亜鉛めっきで付着が下がる」は文献間で一致しておらず、16% は今回の 5 µm 電気めっきの値です。

金物を埋め込む立場で、どう判断するか

論文は埋込み金物の設計規則を示していません。以下は、論文に書かれている内容を現場で使える判断の順に並べたものです。

まず、金物が表面からどれだけ近いか。中性化は表面から内部へ進み、コンクリート中の鋼は周囲のアルカリ性に頼っています。論文が序論で最初に挙げる対策も、鉄筋の正しい配置、コンクリートの品質、締固め、養生です。 当サイトの推論ですが、手すりの山形鋼や壁付け金具のような埋込み金物が構造鉄筋より表面に近ければ、中性化の前線は先にそちらへ届きます。論文は埋込み金物を扱っていません。

次に、塩化物があるか。塩化物があると鋼はより高い pH で不動態を失う、と論文は明記しています。海に近い場所や塩分を含む水に触れる位置（当サイトの例示）では、不動態を失う pH の線そのものが 11.5 より高くなり、余裕が減ります。 ISO 9223 は大気環境の腐食性分類で、コンクリートの内部はその分類が測る環境ではないため、そのまま当てはめることはできません。めっきの寿命見積りがなぜ難しいかはめっきは何年もつのかで扱いました。

亜鉛めっきを指定するなら、めっき法と膜厚を書く（当サイトの提案）。9.5 は論文が「亜鉛めっき鋼」について引いた文献値で、その段落は溶融か電気めっきかを示していないため、どちらかのめっき法の保証として読むことはできません。この論文が実測した 5 µm の電気亜鉛めっきは乾湿塩水繰返しで腐食が 3 割減っただけです。 当サイトの見方では、仕様に「亜鉛めっき」とだけ書くと、溶融か電気めっきかも膜厚も区別できません。二つのめっき法の違いは亜鉛が一度も溶けないめっき、亜鉛めっきとステンレスの選び方は亜鉛めっきかステンレスかで書いています。

ほかの手段は、論文が挙げるだけで比べていない。序論にはほかに、コンクリート表面の被膜や塗装、透水性を下げる含浸、防錆剤の添加、ステンレス鉄筋や樹脂筋への置換え、電気防食が並んでいます。 効果の比較はしておらず、当サイトも順位は付けません。

点検では、無処理鋼の電位基準を亜鉛めっき品に当てはめない。腐食が始まると、亜鉛の電位は無処理鋼より約 400 mV 卑になります。 ASTM C876 の自然電位で判定すると、無処理鋼は −0.274 V（飽和カロメル電極基準）未満で腐食確率 90% 超ですが、電気亜鉛めっきの対応するしきい値は −1.043 V です。 無処理鋼の基準で亜鉛めっき品を見ると、正常なものを腐食中と読み違えます。ただし論文も González ほかを引いて、電位の測定は予備的な目安にすぎず、それだけで結論は出せないとしています。

このページから言えないこと

pH 11.5 と 9.5 は論文の序論が整理した文献値で、段落末に示された出典は Yeomans 1994 です。当サイトはその原文を読んでおらず、二つの数字がその文献から来ているかも確かめられていません。 論文自体は pH を測っておらず、中性化の試験もしていません。促進試験は二つとも塩化物です。

実測データは 5 µm の電気亜鉛めっき鉄筋のもので、溶融亜鉛めっきの埋込み金物ではありません。溶融亜鉛めっき品がコンクリート中でどれだけ持つかのデータは、この論文にはありません。 腐食速度は促進試験の値で、鋼の密度で換算したもので、質量減少には鋼そのものも含まれます。当サイトの判断として、5 µm を割ってめっきが何年でなくなるかを求めることも、実際の壁の寿命に換算することもできません。 試験は一種類の鉄筋、一つのコンクリート配合、実験室の促進条件だけで行われ、電位の数値は論文自身が予備的な目安としているもので、現場診断の完全な基準ではありません。 付着 16% 減は今回の電気めっき鉄筋の結果で、同じ論文が引く溶融亜鉛めっきの文献とは一致しません。ステンレスやほかの防食手段は選択肢として挙げられているだけで、試験されていません。

この記事は手順 5、表面処理を扱います。全体の順序は相手材、ねじ、頭部、駆動部、表面処理、書類で、これを崩すと微調整ではなく手直しになる理由はねじの決め方にあります。

よくある質問

コンクリートに埋めた鋼材が壁を割るのはなぜですか？

コンクリートのアルカリ性が鋼の表面を不動態にしてさびを防いでいます。Cedrim ほか（2019）が序論で紹介する文献値では、中性化でコンクリートの pH が下がり、通常のコンクリート中の無めっき鋼は pH 約 11.5 未満で不動態を失います。塩化物があればそれより高い pH で失い、その後は腐食しやすくなります。PTT の相談への返信も、手すりの下の山形鋼がさびて膨張し壁を押し広げたと判断しています。

亜鉛めっきの金物ならコンクリート中でさびにくいですか？

文献値では亜鉛めっき鋼は約 pH 9.5 まで不動態を保ち、無めっき鋼の 11.5 より pH で約 2 の余裕があります。ただしこの論文が実測した 5 µm の電気亜鉛めっき鉄筋は、3% 塩水の乾湿繰返しで腐食速度が 33.1% 低いだけで、著者もこの厚さでは寿命を実質的に延ばすには不足だった可能性を認めています。

ねじの電気亜鉛めっきと溶融亜鉛めっきは、コンクリート中で何が違いますか？

溶融亜鉛めっきは約 450 °C の溶融亜鉛に浸して鉄・亜鉛合金層と外側の純亜鉛層を作り、電気亜鉛めっきは薄い亜鉛層一層です。この論文が試験したのは 5 µm の電気めっきで、著者は実務のめっき厚さはそれより厚い（約 100 µm）としています。溶融亜鉛めっき品の実測データはこの論文にはありません。

亜鉛めっきで鉄筋とコンクリートの付着は下がりますか？

この論文の引抜き試験では、5 µm の亜鉛と亜鉛ニッケルの電気めっき鉄筋（論文はまとめて記述）の付着応力が無処理鋼より 16% 低くなりました。ただし同じ論文が引く溶融亜鉛めっきの研究は一致しておらず、はり試験で 4〜6% 低下したものもあれば、黒皮鋼と統計的な差がなかったものもあります。

参考資料

• Cedrim FA, de Almeida VLS, de Souza CAC, Lima PRL, de Jesus MD, Ribeiro DV（2019）—— Corrodibility and Adherence of Reinforced Concrete Rebars Electroplated with Zinc and Zinc-Nickel Alloys、Materials Research 22(4): e20180915（オープンアクセス）
• PTT FixMyHouse（2025-08-29）—— 腰壁の 2 m のひび割れの相談（中国語）
• ASTM C876 —— Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete（論文の引用は C876/91）
• 8 µm の亜鉛：電気めっきで 200 時間、機械めっきで 120 時間
• 締める前に白くなったねじ：保管の問題ではなく、化学の問題です

論文は全文を読み、試験条件、腐食速度、付着の低下率、pH のしきい値は原文どおりです。塩水噴霧での 30.8% 減は原文の数値から当サイトが計算しました。pH 11.5／9.5 は原文では序論の文献レビューで、この研究の測定値ではありません。原文の食い違い 2 点（5 µm が典型的な厚さかどうか、Macias と Andrade の文献番号）は本文に記しました。相談は PTT FixMyHouse の元投稿と返信から要約・訳出しています。