JP2001513881A - イオン電導材料からなる構造部分に埋め込まれた金属の腐食を検知する腐食測定システム用電極構造群 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 構造部分（３６）内に互いに距離をおいて配置され、好ましくは構成部分に埋め込まれた金属と同一の材料からなる多数の電極（２４）を有し、その電極が構成部分から導出された電気的な導線（３２）によって測定回路に接続可能である、イオン導電性の材料、特にコンクリートからなる構成部分内に埋め込まれた金属の腐食を決定する腐食測定装置のための電極構造群である。電極構造群には、棒状のベース体（４）が設けられ、そのベース体（４）の両端部に設けられた２つのフランジ部分（６、１８）の間で多数のスペーサリング（２０）を支持している。スペーサリング（２０）間にシールリング（２６）と電極を形成する電極リング（２４）が交互に配置されており、その場合に電極リング（２４）と接続された導線がリングの半径方向内側から外側へ導出される。フランジ部分（６、１８）の間の距離を縮小する装置（１２，１４）が設けられており、スペーサリング(２０)、シールリング（２６）および電極リング（２４）の側面が、スペーサリング（２０）間の間隔が小さくなった場合にシールリング（２６）と電極リング（２４）が半径方向に押し広げられるように形成されているので、シールリング（２６）と電極リング（２４）は構造部分（３６）に形成された孔（３５）へ挿入した後にフランジ部分（６、１８）間の間隔が小さくなった場合に、孔（３５）の内周と密着する。

Description

【発明の詳細な説明】 イオン電導材料からなる構造部分に埋め込まれた金属の腐食を検知する腐食測 定システム用電極構造群 本発明は、イオン電導材料からなる、特にコンクリートからなる構造部分に埋 め込まれた金属の腐食を検知、測定する腐食測定システム用電極構造群に関する 。 建築物などの構造部分を形成するイオン電導材料として、特にモルタル、セメ ント、コンクリートなどのような鉱物性の構造材料が用いられる。このような、 構造材料は、圧縮に対しては大きな強度を有するが、引っ張りに対しては大きな 強度を有しない。そこで、支持用または構造用の鋼などの適当な金属からなる、 例えば鉄筋が、コンクリートなどの構造材料内に埋め込まれる。鉄筋は、規定通 り加工されたコンクリートなどの構造材料により形成された構造部分内で十分な 厚さの厚いコンクリートで被覆されることによって通常は永続的に腐食から保護 される。この腐食保護は、コンクリートが液体を透過させないことに基づくので はなく、通常１２．５より大きいｐＨ−値を有するコンクリート間隙水のアルカ リ性に基づいている。この条件の下では、薄い酸化物層が鉄筋表面に堅固に付着 し、この酸化物層によって鉄筋表面の腐食が完全に阻止される。このようにして 鉄筋コンクリートを、天候にさらされる外側構造部分に使用することができる。 しかしながら、建築工法の実施に誤りがあった場合など、好ましくない条件の 元では、特に塩を含む環境条件においては、鉄筋に対するコンクリートの腐食保 護は失われてしまうことがある。その原因は、空気中の二酸化炭素がセメントの アルカリ性成分と反応してコンクリートが炭酸化することが考えられる。この場 合、結果としてｐＨ−値が低下するので、腐食に対する保護性が低下するのであ る。他の腐食原因は、コンクリートへの塩化物の浸透があげられる。それは構造 部分が車道の表 面に用いられた場合、あるいは車道の近傍にあって、車道上に溶けた塩が撒かれ た場合に生じることがある。この種の溶けた塩は、多くは海水から得られた塩あ るいは他の塩を含む塩化物から得られたものである。これらが原因となってコン クリート内部に埋め込まれている鉄筋部分へ塩化物が浸透して鉄筋表面の酸化物 層が溶解する。これらの場合に鉄筋の腐食が進むという危機的な状態が生じるが 、最初のうちはコンクリート表面、すなわち外部からは腐食の進行は認識できな い。腐食は通常、鉄筋の腐食が進行して生じた錆の圧力によってコンクリート被 覆が剥がれた場合に初めて認識される。 ＥＰ−０３６４８４１Ｂ１には、コンクリート構造部分に埋め込まれた鋼の腐 食を検知する腐食測定システムが記載されている。このシステムはコンクリート 構造部分内に互いに距離をおいて配置された、通常、一般的に用いられる構造用 鋼からなる多数のアノードを有している。各アノードは、コンクリート構造部分 内の異なる深さ位置に配置されている。これらのアノードは、耐腐食性の高い金 属からなる少なくとも１つのカソードに、外部から接続や切断ができる測定回路 を介して接続されている。アノードとカソードとを互いに接続することによって 、それぞれのアノードの腐食状態を測定することができ、アノードの腐食状態か らコンクリート構造部分内における鋼の腐食の進行を測定することができる。こ の公知の腐食測定システムにおいては、最初の段階で、個々のアノードとカソー ドをコンクリート構造部分へ内蔵することが必要であり、この種の腐食測定シス テムを有していないコンクリート構造部分の腐食を、コンクリート構造部分が形 成された後に、検知することを可能にするものではない。 ＵＳ−ＰＳ２９４７６７９には、様々な材料の腐食率を測定する装置が記載さ れている。この装置は、パイプ形状の支持部分の外面に、測定すべき材料からな る複数の電極リングが互いに距離をおいて配置されているものである。絶縁性の 材料からなるパイプ形状の支持部分における一方の端部に、基準電極が取り付け られている。すべての電極には導 線が設けられており、その導線はパイプ形状の支持部分の内部を通って測定回路 へ接続することができる。さらに、装置全体を、鋼の腐食を促す液体、たとえば 酸性の水溶液を有する浴槽へ入れることができる。 様々な測定電極とを基準電極と互いに接続することによって、測定電極の腐食 を求めることができる。しかしながら、このシステムを直接コンクリート構造部 分へ挿入することはできない。 本発明の課題は、その腐食を測定しようとするコンクリート構造部分へ、簡単 な方法で後から挿入することのできる、コンクリート構造部分に埋め込まれた鋼 、すなわち金属の腐食を決定する腐食測定システム用電極構造群を提供すること である。 上記課題を解決するために、本発明の電極構造群は、構造部分の穴または孔へ 後から挿入することのできるものであり、この電極構造群は、コンクリートなど の構造部分にあけられた孔に入れられると、孔の内周面に電極リングが確実に接 触するようになされている。電極リングの構造部分に対する接触面積は、大きく かつ永続的である。さらに、隣り合う電極リングの間において孔の内周面に密着 するシールリングによって、それぞれシールリング間に位置する電極リングに対 応する測定室が形成され、隣り合う電極リングが互いに対して明確に分離される ので、腐食の進行を正確に分析することが可能になる。 以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。 なお、図１は、電極構造群における第１の実施形態の縦断面図であり、図２は 、図１に示す電極構造群の、ＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図であり、図３は、電 極構造群における第２の実施形態の縦断面図である。 図１に示すように、電極構造群２は、棒状のベース体４を有している。ベース 体４は装置全体の支持部分を形成し、左の端部には、他部に比して拡大された直 径を有するフランジ状部分６が形成されている。ベース 体４は、長手方向に伸びる凹部ないしスリット８を有し、そこからフランジ状部 分６を貫通して通路１０が延びている。 ベース体４におけるフランジ状部分６の反対側には、ねじ部１２が設けられて おり、そのねじ部１２にナット１４がねじ合わされている。ベース体４の内部か ら、ベース体４を通って通路１６が図１における右端部まで達している。ナット １４は、場合によってはシムディスクを介在させて締付けフランジ状部分１８に 接している。締付けフランジ状部分１８はベース体４上で長手方向に摺動するこ とができ、かつフランジ状部分６に比べて拡大された外径を有する。 ベース体４における、フランジ状部分６とフランジ状部分１８との間には多数 のスペーサリング２０が軸方向に互いに間隔を置いて配されている。スペーサリ ング２０の外周部には、斜面２２が形成されており、スペーサリング２０の外縁 は、外方へ向かって細くなるようになっている。隣り合うスペーサリング２０の 間には、交互に電極リング２４とシールリング２６が配置されており、その場合 に好ましくはそれぞれ最も外側のスペーサリング２０とフランジ状部分６および フランジ状部分１８とスペーサリング２０との間にはシールリング２６を配置す る。 弾性を有する絶縁性材料からなるシールリング２６は、好ましくは丸い横断面 を有する。好ましくはコンクリート構造部分３６内に埋め込まれた鉄筋と同じ材 料からなる電極リング２４は、台形状の横断面を有し、その場合にその側面の傾 斜が斜面２２の傾斜に対応する。 スペーサリング２０、電極リング２４およびシールリング２６の寸法は、ベー ス体４、スペーサリング２０，電極リング２４およびシールリング２６が同軸状 にあり、かつ装置がコンクリート構造部分３６の孔３５に挿入されていない状態 においてその外周面がフランジ状部分６の外周面から突出しないように定められ ている。 ベース体４のフランジ状部分６が設けられた端部と反対側の端部には、接続ブ ッシュ３０が設けられており、そのブッシュ３０内において、それぞれ１つの電 極リング２４に接続され、かつ長手スリット８を通し てベース体４の内部へ導かれた導線３２が、図示されていない接点に接続されて いる。 ベース体４はナット１４の外側、すなわち図１における右側に、工具、たとえ ばレンチをあてがうための扁平部分３３を有する。さらに半径方向に伸びる通路 １６に連通する開口部３４が形成されている。このような構成を有する装置が、 コンクリート構造部分３６に形成された孔３５へ挿入される。この場合、その孔 ３５の内径はフランジ状部分６の外径にほぼ一致する。 上述した装置の組立ては、次のように行われる。 ベース体４上に、まずシールリング２６、スペーサリング２０および電極リン グ２４が図示の順序で取り付けられる。電極リング２４と、たとえばはんだ付け により結合された導線３２が、長手スリット８から通路１６に挿通されて図１中 の右側へのばされる。この後、締付けフランジ状部分１８がベース体４上に取り 付けられて、ナット１４がベース体４とねじ合わされるので、リング２４がベー ス体４上におけるフランジ状部分６とフランジ状部分１８との間に保持される。 導線３２はブッシュ３０に接続され、そのブッシュ３０がベース体４に固定され る。これで装置を、コンクリート構造部分３６の孔３５へ組み込む用意が完了す る。以下、装置を孔３５に組み込む手順について説明する。装置のフランジ状部 分６をまず孔３５へ挿入して、締付けフランジ状部分１８をコンクリート構造部 分３６の外側に当接させる。その場合に好ましくは締付けフランジ状部分１８と コンクリート構造部分３６との間には、図１には示されていないシールリングが 配置される。次に、ベース体４の扁平部分３３をレンチで押さえた状態でナット １４を回動させる。フランジ状部分６はベース体４と一体に図１中右へ移動させ られるので、フランジ状部分６と締付けフランジ状部分１８との間の距離が減少 する。その場合に隣り合うスペーサリング２０間の距離が減少するので、シール リング２６と電極リング２４が外側へ押し広げられるとともに両者が離される。 この際のスペーサリング２０における斜面２２のシールリン グ２６に対する寸法は、シールリング２６が許容できないほど外側へ押し広げら れて孔３５の内周に強く押しつけられて損傷する前に、隣り合うスペーサリング ２０が互いに接するように定められている。このようにしてシールリング２６は 孔３５の内壁に密に接触して、孔３５内における隣り合うシールリング２６によ り囲まれた部分を互いに密封する。さらにナット１４を締め付けると、シールリ ング２６よりも大きな力で初めて押し広げられる電極リング２４が押し広げられ 、ないしはその外径が増大するので、これも孔３５の内壁に密に接する。電極リ ング２４を、容易に押し広げることができるようにするために、たとえばスリッ ト３８を形成するとよい(図２)。電極リング２４の外周面と孔３５内周との間の 接触を強固にするために、電極リング２４の外周面を波形に加工する、または外 周面にローレット加工を施すことが好ましい。ナット１４を十分に締め付けると 、装置全体が確実にかつ強く孔３５内周に接触して孔３５内に保持される。次に 開口部３４から適当なグリースがベース体４の内部へ圧入され、そのグリースが リングの間の空間を満たしながら通路１０を通って孔３５の奥へ達する。ブッシ ュ３０とベース体４との接続部分と開口部３４には適当な樹脂が注がれるので、 装置全体が外部に対して気密にシールされる。 孔３５内へ挿入されて固定された電極構造群２の各電極リング２４は、隣り合 うシールリング２６間に形成された各測定室内におけるセンサを形成することに なる。すなわち、各測定室内に一つの電極リング２４が位置し、個々の電極リン グ２４がそれ自体公知の方法で測定回路に接続されることによって、電極リング ２４を介してコンクリートへの有害物質の侵入を段階的に検知することができる 。その場合に対向電極として、コンクリート構造部分３６内へ別に挿入された特 殊鋼または酸化白金でコーティングされたチタンからなるカソードを使用するこ とができる。個々の電極リング２４は互いに接続することができるので、様々な 腐食状態における電流を測定することができる。あるいは、電極リング２４の１ つを対腐食性の高い金属から形成して、カソードとして 使用することも可能である。なお、電極リング２４は好ましくは、その腐食状態 を検査しようとするコンクリート構造部分３６に埋め込まれた鉄筋と同一の材料 からなるものとする。電極２４とコンクリートとの結合は、電極リング２４間の 交流抵抗を直接測定することによって行うことができる。すでに説明したように 、リング２０，２６によって予め定められた位置に測定室が形成されるので、た とえば塩化物は外部から電極リングの側方にしか達することができず、孔３５の 壁に沿って塩化物が移動することは不可能である。 装置全体が構造部分３６の外部に対してシールされているので、その金属部分 の腐食の保護を保証される。ブッシュ３０内には電気的に絶縁性でかつ堅固な樹 脂が充填される。孔３５内におけるリング２０，２６が位置する領域には、グリ ースが圧入される。 なお、電極リング２４はスペーサリング２０およびベース体４を介して互いに 電気的に接触してはならないので、たとえばベース体４またはスペーサリング２ ０はプラスチックから形成することが、あるいはベース体４またはスペーサリン グ２０を形成する種々の材料に絶縁コーティングを施すことが必要になる。さら に、シールリング２６に大きな圧力がかかるのを防止するために、スペーサリン グ２０に、シールリング２６間に適切な間隔を保証するための適当な側方突出部 を設けてもよい。 図２は、図１に示す装置の横断面図である。電極リング２４には、リング２４ を容易に押し広げることができるようにスリット３８が図示されているが、電極 リング２４が十分な可撓性を有する場合には、必ずしもスリット３８を設ける必 要はない。導線３２と電極リング２４とははんだ付けによって接続されている。 図２中には符号４０でそのはんだ付け部分が示されている。ベース体４には長手 方向に伸びる溝４０が設けられており、その中へたとえば塩化ビニルからなるバ ー４２が挿入されている。バー４２は、スペーサリング２０の対応する切欠きへ 嵌入されており、スペーサリング２０がベース体４に対して回動しないように 固定する(図１には図示されていない)。スペーサリング２０がベース体４に対し て回転しないようにするには、スペーサリング２０の対応する凹部、場合によっ ては締付けフランジ状部分１８の対応する凹部へ嵌入される突出部をベース体４ に形成することによっても実現できる。 図３には本発明における他の実施形態の電極構造群が示されている。 この電極構造群においては、フランジ状部分１８は、全体としてフード状（ハ ット状）に形成されており、孔３５内における内側に位置する底部４４と孔３５ の外側縁に位置するフランジ４６とを有し、両者が円筒状領域４８を介して互い に接続されている。リング２０、２４、２６のうち、円筒状領域４８より孔３５ 内における内側に位置するものはベース体４によって、そして円筒状領域４８よ り孔３５内における外側に位置するものは円筒状領域４８によって支持されるよ うになされている。ベース体４の一方の端部に設けられたブッシュ３０は、フー ド形状の締付けフランジ状部分１８の内部に収容されている。フランジ状部分１ ８の内部空間はキャップ５０によって閉じることができる。フランジ４６は、コ ンクリート構造部分３６の孔３５の外縁に形成された拡径部へシールリング５２ を介在させて挿入されるようになされ、フランジ４６の外面とコンクリート構造 部分３６の外面とは面一になる。このようにして構成された電極構造群２を使用 する場合には、キャップ５０を取り外して、接続ブッシュ３０にそれ自体公知の 測定回路を接続すればよい。その測定回路は場合によっては電極構造群２とは別 にコンクリート構造部分３６へ挿入されたカソードを有する。 図１は、本発明の電極構造群における第１の実施形態の縦断面図である。図２ は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。図３は、本発明の電極構造 群における第２の実施形態の縦断面図である。 符号の説明 ２ 電極構造群 ４ ベース体 ６ フランジ状部分 ８ 長手スリット １０ 通路 １２ ねじ部 １４ ナット １６ 通路 １８ フランジ状部分 ２０ スペーサリング ２２ 斜面 ２４ 電極リング ２６ シールリング ３０ 接続ブッシュ ３２ 導線 ３３ 扁平部分 ３４ 開口部 ３５ 孔 ３６ コンクリート構造部分 ３８ スリット ４０ 溝 ４２ バー ４４ 底 ４６ フランジ ４８ 円筒状領域 ５０ キャップ ５２ シール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラウパッハ ミヒャエル ドイツ連邦共和国 アーヘン パルクシュ トラーセ 122 (72)発明者 コルベルク クラウス ドイツ連邦共和国 ヴュルゼレン アム ベルク ７ 【要約の続き】 ４）が半径方向に押し広げられるように形成されている ので、シールリング（２６）と電極リング（２４）は構 造部分（３６）に形成された孔（３５）へ挿入した後に フランジ部分（６、１８）間の間隔が小さくなった場合 に、孔（３５）の内周と密着する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 請求項１．イオン電導性の材料からなる、特にコンクリートからなる構造部 分（３６）内に埋め込まれた金属の腐食を検知するために構造部分（３６）内に 埋め込まれる、腐食測定システム用電極構造群であって、 構造部分（３６）内で互いに間隔をおいて配置され、好ましくは構造部分に埋 め込まれた金属と同一の材料からなる多数の電極（２４）を有し、その電極（２ ４）が構造部分（３６）から導出された電気的な導線（３２）によって測定回路 へ接続可能であるものにおいて、 棒状のベース体（４）を有し、 ベース体（４）における両フランジ状部分（６，１８）の間に多数のスペーサ リング（２０）が支持されており、 隣り合うスペーサリング（２０）間にシールリング（２６）および電極を形成 する電極リング（２４）が交互に配置されており、 電極リング（２４）と電気的に接続された導線がリング（２４）の半径方向内 側を通って電極構造群の外部へ導出されており、 フランジ状部分（６、１８）間の距離を縮小する装置（１２、１４）を有し、 スペーサリング(２０)、シールリング（２６）および電極リング（２４）の側 面が、隣り合うスペーサリング（２０）の間隔が小さくされた場合に、シールリ ング（２６）と電極リング（２４）が半径方向に押し広げられるような形状にな されており、 シールリング（２６）と電極リング（２４）は、電極構造群を構造部分(３６) に形成された孔(３５)へ挿入した後に、フランジ状部分(６、１８)の間隔が小さ くされると、孔（３５）の周壁に密に接するようになされていることを特徴とす る電極構造群。 請求項２．隣り合うスペーサリング（２０）によって、シールリング（２６ ）の半径方向への押し広げが制限されるようになされていることを特徴とする請 求項１に記載の電極構造群。 請求項３．シールリング（２６）が、円形横断面を有することを特徴とする 請求項１または２に記載の電極構造群。 請求項４．電極リング（２４）が台形横断面を有し、台形の側面の傾斜が、 スペーサリング（２０）の外縁に形成された斜面（２２）の傾斜に適応している ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電極構造群。 請求項５．電極リング（２４）の外周面がローレット加工されていることを 特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電極構造群。 請求項６．フランジ状部分(６、１８)間の距離を縮小する装置が、ベース体 （４）のねじ部（１２）にねじ合わされたナット（１４）を有し、そのナット（ １４）を回転させることによって一方のフランジ状部分（１８）がベース体（４ ）に沿って摺動可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記 載の電極構造群。 請求項７．フランジ状部分（１８）が、全体としてハット状に形成されてい ることを特徴とする請求項６に記載の電極構造群。 請求項８．電極リング（２４）と接続された導線（３２）が、ベース体（４ ）の一方の端部に設けられた接続ブッシュ（３０）まで伸びていることを特徴と する請求項１から７のいずれか１項に記載の電極構造群。 請求項９．接続ブッシュ（３０）が、ハット状のフランジ状部分(１８)の内 部に配置されており、ブッシュ（３０）が配置されたフランジ状部分（１８）内 の空間を閉じるキャップ（４６）が設けられていることを特徴とする請求項７ま たは８に記載の電極構造群。 請求項１０．ナット（１４）側のフランジ状部分（１８）におけるナット（ １４）とは反対側の端面にシール（４８）が設けられていることを特徴とする請 求項６に記載の電極構造群。 請求項１１．ベース体（４）が中空であって、電極リング（２４）に接続さ れた導線（３２）をベース体（４）の内部に導入するための長手 スリット（８）がベース（４）に形成されていることを特徴とする請求項１から １０のいずれか１項に記載の電極構造群。 請求項１２．ベース体（４）の内部がグリースで満たされており、その一方 の前端部にグリースをベース体(4)の内部に導入するための通路（１０）が設け られていることを特徴とする請求項１０に記載の電極構造群。 請求項１３．ベース体（４）とスペーサリング（２０）との間にベース体（ ４）とスペーサリング（２０）との回動を防止する回動防止装置（４０、４２） が設けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の電 極構造群。 請求項１４．回動防止装置（４０、４２）が、フランジ状部分（１８）とベ ース体（４）との間に設けられていることを特徴とする請求項１から１３のいず れか１項に記載の電極構造群。