JP2003021621A - 腐食診断システム - Google Patents

腐食診断システム

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JP2003021621A
JP2003021621A JP2001207835A JP2001207835A JP2003021621A JP 2003021621 A JP2003021621 A JP 2003021621A JP 2001207835 A JP2001207835 A JP 2001207835A JP 2001207835 A JP2001207835 A JP 2001207835A JP 2003021621 A JP2003021621 A JP 2003021621A
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corrosion
concrete
steel structure
composite steel
inspection
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JP2001207835A
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English (en)
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Koji Yamada
浩司 山田
Toshiharu Saraya
俊治 更家
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波による複合鋼構造物の腐食に関するデ
ータを遠隔地に集合し、集中的に監視する診断システム
を提供する。 【解決手段】 複合鋼構造物100の腐食に関するデー
タを診断するシステムであって、現場において高出力超
音波斜角探傷法により複合鋼構造物毎に取得した腐食デ
ータを通信手段を介して管理センターのコンピュータシ
ステム5に送信し、該管理センターにおいて腐食データ
の判定を行い、その判定結果に基づいて複合鋼構造物の
補修の要否を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合鋼構造物、特
にコンクリートと鋼の複合構造物の超音波による腐食診
断システムに関する。
【0002】
【従来の技術】高速道路や鉄道等の橋脚には一般にコン
クリートで外面、内面を覆われた鋼製橋脚が使用されて
いる。これは、図11に示すように、中詰め砂等を充填
した鋼製橋脚100の根元部をシール部材101を介し
て鉄筋コンクリートで囲繞し、フーチンを形成したもの
で、この根巻きコンクリート部102の大部分は地中に
埋まっており、上端部がわずかに200mm程度地表面
103より突出している。このような根巻きコンクリー
ト鋼製橋脚100は、長年の振動負荷や環境負荷等を受
けるため、シール部材101が劣化、剥離して鋼製橋脚
100との間に隙間が生じ、この隙間から雨水が浸入し
て鋼製橋脚100に局部的な腐食104が発生する。こ
のような局部的腐食は一般にマクロセル腐食と呼ばれて
おり、かかるマクロセル腐食によって鋼製橋脚100の
板厚の減肉を生じ、鋼製橋脚100の耐荷力を低下させ
ることになる。
【0003】腐食が発生した鋼製橋脚は腐食の程度に応
じて補修の要否を決める必要がある。すなわち、腐食度
が大きければ補修工事を行わなければならず、腐食度が
それほどでもなければ引き続き腐食の進行状況を監視す
る必要がある。従来の場合、腐食の診断は専ら目視検査
に頼っており、目視により、根巻きコンクリート部の
亀裂の有無、シール部材の剥離の有無、錆汁の発生
の有無について調査することが基本となっていた。その
ため、例えば図11(b)に示すごとく腐食や錆汁が鋼
製橋脚の表面上に現れてからでないと地中部の腐食が進
んでいることがわからず、そのときになってはじめてコ
ンクリート部をはがしたり、場合によっては周辺までも
掘削して、腐食度をさらに詳細に調べたうえで補修工事
を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の診断方法は、目
視検査が主体であるため、外観に異常が発見されない限
り内部の欠陥(腐食)はわからず見逃されるおそれが大
きいものである。このことは、言い換えれば、腐食や錆
汁が鋼製橋脚の表面上に現れていなくても地中部におい
て甚大な腐食が発生している可能性があることを意味す
る。また、腐食の位置、大きさ等を定量的に測定する適
当な方法がないため、従来はコンクリート部を剥離した
後、測定器や型取りパテ等を用いて測定しなければなら
ず、測定およびその後の修復工事に多大な手数と時間が
かかっていた。さらに、根巻きコンクリート鋼製橋脚の
ような複合鋼構造物は膨大な数にのぼるため、そのメン
テナンスを行ううえでは集中的に監視するシステムの開
発が望まれていた。
【0005】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、超音波による複合鋼構造物の腐食
に関するデータを遠隔地に集合し、集中的に監視する診
断システムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る腐食診断シ
ステムは、複合鋼構造物の腐食に関するデータを診断す
るシステムであって、現場において高出力超音波斜角探
傷法により複合鋼構造物毎に取得した腐食データを通信
手段を介して管理センターのコンピュータシステムに送
信し、該管理センターにおいて前記腐食データの判定を
行い、その判定結果に基づいて複合鋼構造物の補修の要
否を決定することを特徴とする。
【0007】本発明では、高出力超音波斜角探傷法によ
り複合鋼構造物の腐食を定量的に検査するものである。
高出力超音波斜角探傷法によれば、超音波ビームを鋼材
の表面から被覆材で覆われた部位に当てることができる
ので、鋼材と被覆材との界面に腐食部が存在する場合に
はその腐食部を確実に検知することができる。腐食部の
腐食量は、超音波探触子の水平および垂直方向の走査量
並びに反射エコーの高さから算出することができる。ま
た、高出力超音波斜角探傷法の「高出力」とは、超音波
の伝播距離が500mm以上のものをいい、高出力化す
るためには、振動子の面積を大きくするとか、超音波ビ
ームを矩形波として送信するなどの方法がとられる。超
音波による腐食データは、複合鋼構造物毎に現場から管
理センターのコンピュータシステムに通信手段を介して
送信されるので、その腐食データを解析することにより
複合鋼構造物の腐食の状況を遠隔地にて集中監視するこ
とができ、かつ、的確に補修の要否を決定することがで
きる。したがって、複合鋼構造物のメンテナンスを効率
よく、経済的に行うことができる。また、本発明におい
て、被覆材の材質は問われない。鋼材との接着や接合界
面に腐食が発生する限り、どのような複合鋼構造物に対
しても適用可能である。
【0008】本発明の腐食診断システムにおいては、腐
食部の腐食断面積から平均板厚損耗量を推定し、この平
均板厚損耗量をもとに複合鋼構造物の耐荷力の良否を決
定することを特徴とする。
【0009】腐食による影響は鋼材の板厚断面積が減少
し、耐荷力を低下させる。そこで、腐食量を定量的に求
めるには、演算により算出する方法と、試験結果から求
めた腐食断面積を推定する方法とがあり、いずれでも構
わない。腐食断面積は反射エコー高さと相関があるの
で、反射エコー高さを測定することにより腐食断面積を
演算または試験結果から推定し、これより平均板厚損耗
量あるいは腐食による断面積欠損量を求める。そして、
平均板厚損耗量から耐荷力を計算し、その結果に基づい
て複合鋼構造物の補修内容を決定する。
【0010】本発明は、コンクリートと鋼の複合構造物
の腐食診断に好適に使用することができる。特に、根巻
きコンクリート鋼製橋脚は本数も非常に多いので、その
メンテナンスを図るうえで効果を発揮する。
【0011】また、前記高出力超音波斜角探傷法による
腐食検査は、複合鋼構造物の目視調査およびコンクリー
ト部の中性化調査の結果に応じて行うことを特徴とす
る。これらの初期段階の調査データも通信手段で管理セ
ンターのコンピュータシステムに送信される。また、腐
食の度合いが大きいと推定されるもの対してのみ高出力
超音波斜角探傷法による腐食検査を行えばよいので、詳
細な調査を行うべき対象を絞ることができ、運用の効率
性が向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を根巻
きコンクリート鋼製橋脚を例にとり図面により説明す
る。図1は本発明の腐食診断システムを示す図である。
図1に示すように、根巻きコンクリート鋼製橋脚100
の根巻きコンクリート部102地中部における腐食を超
音波探触子1を用いて高出力超音波斜角探傷法により検
査する。この超音波による検査は後述するごとく根巻き
コンクリート鋼製橋脚100の目視調査およびコンクリ
ート部の中性化調査の結果に応じて実施される。超音波
検査データは、高出力超音波探傷装置2に接続されたモ
バイルコンピュータ3に取り込まれ、携帯電話やPHS
4等の通信網を介し管理センター内のホストコンピュー
タ5に送信され、ここでそのデータをデータベースのデ
ータとも比較参照しながら解析し、根巻きコンクリート
鋼製橋脚100毎の腐食状況を総合的に診断する。診断
の結果、その根巻きコンクリート鋼製橋脚100に対す
る補修の要否を決定する。補修の具体的内容は腐食の度
合いに応じてわけられている。なお、図1において、6
はスキャナーのポジショナで、これにより探触子1の水
平および垂直方向の走査位置情報を得る。7は通信局、
8はホストコンピュータ5のモデムである。
【0013】図2〜図4は根巻きコンクリート鋼製橋脚
の腐食調査および補修の全体フローを示すフローチャー
トで、図2は目視調査と根巻きコンクリート部の中性化
調査の手順を示す。根巻きコンクリート鋼製橋脚の腐食
調査は、まず、ステップS100の目視調査から始ま
る。この目視調査では、主に次の項目について調査す
る。 根巻きコンクリート部の亀裂の有無 鋼製橋脚と根巻きコンクリート部とのシール部材の剥
離の有無 錆汁の発生の有無 上記の3項目の亀裂、剥離、錆汁のいずれも発生してい
なければ(ステップS101)、次のコンクリート中性
化確認フロー(ステップS110)に移行する。逆に、
上記の亀裂、剥離、錆汁のどれか一つでも発生していれ
ば(ステップS102)、腐食の可能性が極めて大であ
ると判断できる(ステップS103)ので、後述する超
音波による詳細調査を行う(ステップS104)。
【0014】上記のコンクリート中性化確認フロー(ス
テップS110)においては、マクロセル腐食の発生の
可能性がある根巻きコンクリート部102の中性化度を
調査するものである。上記の目視調査で異常がなければ
鋼製橋脚100は健全である可能性が高いが、コンクリ
ート内部(橋脚近傍)までコンクリートが中性化してい
ると、マクロセル腐食が発生している可能性が高い。そ
こで、根巻きコンクリート部の中性化度をフェノールフ
タレインによりPH度を確認する(ステップS11
0)。PH確認の結果、アルカリ性であれば(ステップ
S111)、マクロセル腐食の可能性は少ないと判断で
きる(ステップS118)ので、以降は定期点検で対処
する(ステップS200)。
【0015】また、PH確認の結果、中性であった場合
には(ステップS112)、コンクリート内部(橋脚近
傍)まで中性化しているかを調べるために、小口径コア
を抜き取り(ステップS113)、そのコアについて中
性化度を調査する。その結果、コンクリート内部はアル
カリ性であれば(ステップS114)、図4の腐食抑止
対策に移行し、コンクリート内部も中性化していれば
(ステップS115)、腐食の可能性が大である(ステ
ップS116)ので、上記同様超音波による詳細調査に
移行する(ステップ104)。詳細調査では、まず、塗
装部からのノイズを除くために、橋脚表面の塗装を除去
する(ステップS105)。また、塗装除去範囲は探触
子1の水平および垂直方向の走査をカバーし得る範囲で
よく、この範囲を鋼製橋脚100の全周について除去す
る。なお、ステップS110〜S118では、コア抜き
による診断評価について記載したが、他の検査手法によ
るコンクリート中性化度診断・評価手法に基づくフロー
で実施することも可能である。
【0016】図3は高出力超音波斜角探傷法による地中
部の局部腐食の調査フローを示すものである。まず、ス
テップS120において、高出力超音波斜角探傷法によ
り局部腐食の有無を確認する。その結果、大きな、ある
いは目立った、局部腐食がなければ(ステップS12
1)、腐食部位の補修防食施工に移行し、そのような局
部腐食がある場合には(ステップS122)、その腐食
部の定量化処理を行う(ステップS123)。すなわ
ち、高出力超音波斜角探傷法により腐食断面積および腐
食範囲を推定する。
【0017】図5は腐食検査のイメージを示し、図6は
腐食検査におけるフローを示す。この腐食検査フローは
上記ステップS123における具体的な処理手順を示す
ものである。図5において、1は超音波探触子、100
は鋼製橋脚、101はシール部材、102根巻きコンク
リート部、103は地表面、104は腐食部である。
【0018】根巻きコンクリート鋼製橋脚100の局部
的腐食部104を検査するには、高出力の超音波斜角探
傷法にて実施する。超音波の伝播距離の長距離化を図る
ために、超音波の送信出力を高出力化する。その手法と
して、 探触子(振動子)の面積を大きくする。 超音波探傷器の送信パルス波形を矩形波とすることで
探触子に与えるエネルギーを大きくする。 探触子には、例えば、送信周波数2MHz、振動子寸法
30×40mm、屈折角45゜のものを用いている。こ
れはあくまでも一例であり、本発明はこのような探触子
のタイプに限定されるものではない。
【0019】探触子1に上記周波数のパルスを送信しな
がら探触子1を根巻きコンクリート部102の上部付近
で鋼製橋脚100の表面上を水平および垂直方向に走査
して鋼製橋脚100と根巻きコンクリート部102との
界面に存在する腐食部104を検知する。探触子1から
45度の角度で送信された超音波ビームは鋼製橋脚10
0の板厚内面で反射し、さらに腐食部104の凹面に当
たって反射し、再び同じビーム路程を経由して探触子1
に戻ってくる。その反射エコーによって腐食部104の
位置、大きさ等を検知できる。
【0020】超音波斜角探傷法により腐食位置を実際に
調査した結果を図8に示す。同図は超音波探触子と腐食
部との距離を変化させたときの、超音波の反射エコー高
さの変化を示したものである。エコー高さは、超音波探
傷器の画面上で反射エコー高さを一定にしたときの探傷
器の増幅率をデシベル(dB)表示で表したものであ
り、数値が大きいほど、反射信号レベルは低下する。上
記仕様の超音波探触子を使用した場合、図8から分かる
ように、ノイズレベルとの比較により、探触子−腐食部
距離で700mm程度までは腐食部からの反射エコーが
検出可能である。本発明の高出力超音波斜角探傷法にお
いて「高出力」というときは、超音波の伝播距離でいえ
ば500mm以上のものをいう。
【0021】腐食検査は、図6に示すフローチャートに
従って実施する。まず、ステップS123aの全面走査
において、反射エコーがあるか否かを観察し(ステップ
S123b)、その結果、検知できる反射エコーがない
ときには腐食部は存在しないとみなしてフローを終了す
るが、反射エコーがあるときにはステップS123cで
腐食部からの反射エコーであるかどうかを判別する。こ
こではその反射エコーが腐食部からのものであるか、そ
れとも例えば隅肉溶接部からのものであるかを判別す
る。その見分け方は反射エコーの波形や強度による。反
射エコーが鋭い波形を示し非常に高い強度を示すような
場合には、鋼製橋脚100の内部に取り付けられたステ
ィフナー等の溶接部からのものと考えられる。
【0022】反射エコーが腐食部からのものであった場
合、その腐食部が単独か複数か、または、奥行きや広が
りがあるかを確認する(ステップS123d)。そして
この段階でスキャナーを取り付け、探触子位置情報を取
り込む(ステップS123e)。スキャナーは最初から
取り付けてもよいが、腐食が見つかるまでは探触子の走
査を手動で行うのが便宜なので、腐食が見つかったとき
に、スキャナーを取り付けて半自動で探傷する。
【0023】腐食部104の大きさ、特に鋼製橋脚10
0の耐荷力に影響を与える断面積欠損量あるいは平均肉
厚損耗量を推定するため、ステップS123fではま
ず、腐食部104の端部を6dBダウン法で求め、両端
部の間隔を垂直方向の腐食広がりとする。例えば、図7
(a)に示すような断面形状の腐食部104があるとし
た場合、探触子1を同図において左右方向に走査したと
きの反射エコー高さが最大となるB点から6dBエコー
高さが下がったA点、C点をそれぞれ腐食部104の端
部とするものである(図7(b)参照)。これから、垂
直方向の走査量(垂直走査量)Lが求まる。この垂直走
査量Lは腐食部104の深さdと比例関係がある。
【0024】次に、最大エコー高さ位置で前後方向(図
7(a)において紙面の表裏方向)に探触子を走査し、
6dBダウンとなる前後の端部を求め、その間隔を水平
方向の腐食広がりとする(ステップS123g)。これ
によって、腐食部104の幅Wが求まる。
【0025】次に、反射エコー高さから、腐食傾斜角α
並びに腐食投影断面積を推定する(ステップS123
h)。反射エコー高さは腐食の角度αに比例するので、
この腐食傾斜角αと上記垂直走査量Lとから腐食深さd
が求まる。また、腐食投影断面積とは、鋼製橋脚100
の板厚に垂直な断面(図7(b)において110の断
面)における腐食部の断面積であり、W×dより算出す
る。
【0026】次に、腐食分布と腐食広がり、腐食投影断
面積から、腐食による断面積欠損量を推定する(ステッ
プS123i)。腐食部104の体積(腐食量)は、腐
食投影断面積と腐食部の奥行きとの積で求まるので、そ
の合計値を板厚中心の辺の長さで除することにより、そ
の診断探傷面における断面積欠損量あるいは平均板厚損
耗量を求めることができる。上記断面積欠損量あるいは
平均板厚損耗量は鋼製橋脚毎に画像データとして保存さ
れ、かつ表示・印刷される(ステップS123j)。以
上により、この腐食検査のフローを終了する。
【0027】図9は腐食(投影)断面積と探傷器の深さ
指示との関係を示すグラフである。探触子には2Z30
×40A45を用いている。同図の深さ指示は6dBダ
ウン法によるもので、前記の水平走査量Lに相当し、腐
食断面積は試験体の実測により求めたものである。同図
より、深さ指示と腐食断面積は良好な比例関係にあるた
め、この図を用いて腐食断面積を容易に推定することが
できる。
【0028】再び図3において、上記の腐食検査フロー
により最終的に断面積欠損量すなわち平均板厚損耗量を
推定する(ステップS124)。そして、この平均板厚
損耗量から鋼製橋脚の耐荷力を照査する(ステップS1
25)。その結果、耐荷力上問題がなければ(ステップ
S126)、上記局部腐食無し(ステップS121)の
場合と同様に、腐食部位の補修防食施工に移行し、耐荷
力上問題があり何らかの対策が必要と判断される場合に
は(ステップS127)、掘削による補強工事を行う
(ステップS128)。
【0029】補強工事においては、まず、周辺部および
根巻きコンクリート部を掘削、剥離し、地中部の鋼製橋
脚部に対して超音波板厚計により板厚を計測する(ステ
ップS129)。その板厚の減肉の程度に応じて、溶接
肉盛にて補修する(ステップS130)か、もしくは全
面的取り替えなど抜本的対策を施す(ステップS13
1)べきかを決定する。
【0030】また、上記の腐食部位の補修防食施工は、
腐食部(耐荷力上問題のない程度の腐食部)並びに根巻
きコンクリート部に埋め込まれる鋼製橋脚の防食塗装を
施すものであり、下記の素地調整(ステップS140)
後に防食施工(ステップS141)を施す。 (1)素地調整 素地調整は、プライマー損傷部や発生部に適用される塗
装の下地調整であり、ディスクサンダーやワイヤホィー
ルなどの動力工具を用いてスケールを除去する。 (2)防食施工(塗装) 鋼製橋脚の塗装仕様は、施工時期により異なるが、ブラ
スト処理後、無機ジンクリッチプライマー、エポキシ樹
脂塗料などを4回程度重ね塗りする。根巻きコンクリー
ト部の鋼製橋脚はこれと同様の塗装を施してもよいが、
ハケまたはスプレーなどにより、タールエポキシ系塗料
(150〜200μm厚)を塗布しても十分である。 (3)防食対象面積 鋼製橋脚防食部位およびその周辺の少なくとも200m
m程度の範囲を対象とすればよい。
【0031】図4はマクロセル腐食の発生・進展抑止対
策の手順を示すものである。上記防食部位の補修防食施
工とは別に下記の処理を行う。 (1)コンクリートの中性化対策 根巻きコンクリート部が内部まで中性化している場合
(ステップS150)、マクロセル腐食が進展する可能
性が高いため、中性化しているコンクリートは撤去・再
施工が必要である(ステップS151)。また、コンク
リートの中性化が非常に少ない場合には、コンクリート
部分を塗装するだけでよい場合もある(ステップS15
6)。 (2)根巻きコンクリート部/鋼製橋脚界面の上端部の
止水シール施工 根巻きコンクリート部のシールが剥離している場合には
(ステップS152)、剥離部のシールを補修する(ス
テップS153)。鋼製橋脚と根巻きコンクリート部の
界面をシールする方法としては、目地用セメントによる
被覆、エポキシ樹脂やパテなどによる被覆などが考えら
れるが、鋼製橋脚は絶えず振動しているため、長期間振
動に耐え得るシール方法を採用する必要がある。例え
ば、図10およびステップS157で示すように、UV
(紫外線)硬化樹脂の被覆材105で鋼製橋脚100か
ら根巻きコンクリート部102にかけて被覆する。 (3)コンクリートの亀裂部への接着剤注入 根巻きコンクリート部の亀裂がある場合には(ステップ
S154)、亀裂部に接着剤を注入する(ステップS1
55)。
【0032】上記の補修工事が終了後、根巻きコンクリ
ート部の塗装を行う(ステップS156)。その後、硬
化樹脂補修工法(ステップS157)により鋼製橋脚と
根巻きコンクリート部を一体的にUV硬化樹脂被覆材1
05で被覆する。最後に、掘削部を埋め戻し(ステップ
S158)、根巻きコンクリート鋼製橋脚の補修工事が
完了する。以降、定期点検の対象とする(ステップS2
00)。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複合鋼
構造物の腐食状況を集中監視することができるので、複
合鋼構造物のメンテナンスを能率的、経済的に行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の腐食診断システムを示す図である。
【図2】腐食診断システムの全体フローにおける目視調
査およびコンクリート部の中性化調査の手順を示す図で
ある。
【図3】腐食診断システムにおける高出力超音波斜角探
傷法による地中部の局部腐食の調査フローを示す図であ
る。
【図4】腐食診断システムにおけるマクロセル腐食の発
生・進展抑止対策の手順を示す図である。
【図5】超音波斜角探傷による腐食検査のイメージ図で
ある。
【図6】超音波腐食検査におけるフローチャートであ
る。
【図7】(a)は腐食傾斜角度と腐食(投影)断面積の
計測方法を示す図、(b)は反射エコー高さから6dB
ダウン法により腐食部の傾斜部端部を求める方法を示す
図である。
【図8】探触子−腐食部距離とエコー高さの関係を示す
図である。
【図9】腐食断面積と深さ指示の試験結果を示す図であ
る。
【図10】UV硬化樹脂補修工法の説明図である。
【図11】(a)は根巻きコンクリート鋼製橋脚の断面
図、(b)は腐食または錆汁の現出状況を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1 超音波探触子 2 高出力超音波探傷装置 3 モバイルコンピュータ 4 PHS 5 ホストコンピュータ 100 鋼製橋脚 101 シール部材 102 根巻きコンクリート部 103 地表面 104 腐食部 105 UV硬化樹脂被覆材
フロントページの続き Fターム(参考) 2D059 AA03 GG01 GG22 GG23 GG39 2G047 AA07 AA10 BA03 BB02 BC07 BC11 EA09 EA16 GG19 2G050 AA01 AA07 EB10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複合鋼構造物の腐食に関するデータを診
    断するシステムであって、現場において高出力超音波斜
    角探傷法により複合鋼構造物毎に取得した腐食データを
    通信手段を介して管理センターのコンピュータシステム
    に送信し、該管理センターにおいて前記腐食データの判
    定を行い、その判定結果に基づいて複合鋼構造物の補修
    の要否を決定することを特徴とする腐食診断システム。
  2. 【請求項2】 腐食部の腐食断面積から平均板厚損耗量
    を推定し、この平均板厚損耗量をもとに複合鋼構造物の
    耐荷力の良否を決定することを特徴とする請求項1記載
    の腐食診断システム。
  3. 【請求項3】 コンクリートと鋼の複合構造物の腐食診
    断に使用することを特徴とする請求項1または2記載の
    腐食診断システム。
  4. 【請求項4】 複合鋼構造物の目視調査およびコンクリ
    ート部の中性化調査の結果に応じて前記高出力超音波斜
    角探傷法による腐食検査を行うことを特徴とする請求項
    1〜3のいずれかに記載の腐食診断システム。
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