JP2004177124A

JP2004177124A - コンクリート内部の鉄筋腐食計測方法

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Publication number: JP2004177124A
Application number: JP2002339823A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Fujita; 修一藤田; Mitsuru Kondo; 充近藤
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kinki Concrete Industry Co Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kinki Concrete Industry Co Ltd
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: JP3968297B2

Abstract

【解決課題】極く短時間でコンクリート内に埋設されている鉄筋の腐食度合いを正確に測定することができる測定方法を開発する。
【解決手段】コンクリート母材（２）内に埋設されている鉄筋（１）を作用電極とし、或る測定点におけるコンクリート表面に設置した対極（３）と前記作用電極としての鉄筋（１）との間に所定交流電圧（Ｖｃ）を印加し、鉄筋（１）と対極（３）間に流れる電流（Ｉ）の位相角（φ）を所定の周波数（ｆ）において測定し、当該位相角（φ）の大小から当該計測部位の鉄筋（１）の腐食度を判定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンクリート中に埋設されている鉄筋の腐食具合を短時間で正確に推定する非破壊検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリートに埋設されている鉄筋の腐食検知の非破壊検査方法としては、自然電位法と交流インピーダンス法が主として用いられてきた。前者の自然電位法は鉄筋腐食が進行する状態にあるとき、鉄筋表面において鉄イオンが電離するときに生ずる直流電位を計測する方法で、入力インピーダンスの極めて高い電位差計でコンクリート表面と鉄筋間の電位差を半電池の電位を基準として測定する方法である。
【０００３】
この方法では鉄筋コンクリート表面に接触させる半電池と鉄筋との間の電位差が一定の値を示すまでに数１０分を要する場合があることや、電位差計の入力インピーダンスが極めて高いことに起因する雷雲の移動、地電流の変動などの雑音妨害があり、計測に時間がかかるうえ、計測したデータに対する信頼性が高いとは言えない等の問題があった。
【０００４】
一方、従来の交流インピーダンス法は、半電池を基準電位とする電位規制装置（ポテンショスタット）あるいは定電流規制装置（ガルバノスタット）を用いて対極とコンクリート母材・鉄筋間のインピーダンスを測定するもので、１０ｋＨｚから１ミリＨｚという極めて広い周波数にわたって多数の周波数にて測定する必要があり、しかも測定点一点当たりに要する計測時間が数１０時間必要とすることがあり、測定対象である鉄筋コンクリート駆体全体を隈無く測定するとなると膨大な測定時間とコストとが必要となるという問題があった。
【０００５】
本発明の従来例（本発明でもその一部に引用する）であり、従来から知られているこの交流インピーダンス測定法を簡単に説明する。護岸構造物や橋梁基礎その他鉄筋コンクリート構造物においては、鉄筋（１）は縦横にて互いに導通するように結束されてコンクリート母材（２）中にほぼ一定の深さで埋設されている。このような鉄筋コンクリート全体の等価回路が図４である。
【０００６】
コンクリート母材（２）中には水分子（塩害のある部分には塩素分子も存在する。）が存在しており、腐食が進行する状態になると鉄筋（１）から鉄イオンがコンクリート母材（２）中に飛び出し、鉄筋（１）中に電子が残留する。ここで、鉄イオンの溶出が激しい程、鉄筋表面の電気２重層部（４）の抵抗値（ｒ３）が小さくなり、逆に、腐食面積が大きくなると鉄筋表面の電気２重層部（４）の静電容量（ｃ３）が大きくなるため、これを計測する事で鉄筋（１）の状態（腐食の進行速度や腐食の広がり面積）を知る事が出来る。
【０００７】
さて、図４において、（Ｒ３）はコンクリート母材（２）と鉄筋（１）の表面との間に存在する電荷移動抵抗であり、この値（ｒ３）が高い場合は腐食の恐れが少ないことがわかっているので、この電荷移動抵抗（Ｒ３）の値（ｒ３）を正確に測定し、その電荷移動抵抗値（ｒ３）からコンクリート母材（２）に埋設されている鉄筋（１）の腐食の進行速度を推測するのがこの交流インピーダンス測定法である。
【０００８】
なお、図面の説明に於いて、（Ｒ）は抵抗、（Ｃ）はコンデンサ、（Ｐ）は測定部位、（ｆ）は周波数、（Ｉ）は交流電流、（φ）は位相角、（Ｚ）はインピーダンスのそれぞれの上位概念で、必要があればこれに枝番を付記して区別するが、図面の説明に於いてその全てを記入する事は煩雑なので基本的に枝番を除いて記載する。
【０００９】
図４に於いて、（Ｃ３）は前記電荷移動抵抗値（ｒ３）と並列に存在する電気二重層容量（ｃ３）を有するコンデンサである。（Ｒ２）は深さ方向、即ち、対極（３）と鉄筋（１）との間のコンクリート母材（２）の抵抗であり、（ｒ２）の抵抗値を有する。また、（Ｃ２）は対極（３）と鉄筋（１）との間のコンクリート母材（２）が有するコンデンサ成分で、（ｃ２）の静電容量を有する。（Ｒ１）と（Ｃ１）は対極（３）とコンクリート母材（２）の表面の間に生ずる電荷移動抵抗と電気二重層容量を持つコンデンサであり、それぞれ（ｒ１）（ｃ１）の値を持つ。
【００１０】
電気２重層部（４）の並列接続された電荷移動抵抗（Ｒ３）とコンデンサ（Ｃ３）の組、コンクリート母材（２）の並列接続された抵抗（Ｒ２）とコンデンサ（Ｃ２）の組及び対極（３）とコンクリート母材（２）表面の並列接続された電荷移動抵抗（Ｒ１）とコンデンサ（Ｃ１）の組が直列接続された構造となっている。そして、対極（３）を定電圧交流電源（５）の一方の端子に接続し、定電圧交流電源（５）の他方の端子を、コンクリート母材（２）の一部を開削して露出させた内部の鉄筋（１）に導線（１０）にて接続し、これら３組の抵抗（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）とコンデンサ（Ｃ１）（Ｃ２）（Ｃ３）の組み合わせの直列体を１つのブラックボックスとして各測定点におけるインピーダンス（Ｚ）を測定することになる。
【００１１】
次に、従来の測定方法を説明する。まず、１０ｋＨｚから１ミリＨｚという極めて広い周波数領域の間の２０〜３０程度（勿論、この数字に限定されるものではない。）の周波数を選択し、続いて或る測定点において、対極（３）と作用電極となる鉄筋（１）との間で一定電圧を印加し、それぞれの周波数において対極（３）と作用電極となる鉄筋（１）との間に流れる複素電流（Ｉ）の絶対値（ｉ）と位相角（φ）を測定装置（６）であるロックインアンプにて測定する。そして下記の式から対極（３）と作用電極となる鉄筋（１）との間のインピ−ダンス（Ｚ）をそれぞれの周波数において算出する。交流電流［＝複素電流（Ｉ）］はｊを虚数単位として、Ｉ＝ｉ・ｃｏｓψ＋ｊｉ・ｓｉｎψで表される。なお、ＣとＲの並列接続回路のインピーダンスの虚数部は負の値となるが、コール・コールプロット図の作成にあたっては習慣として虚数部を正の値として扱う。
Ｖｃ／ｉ＝ｒ……………………………………式（１）
Ｘ（実数部）＝ｒ・ｃｏｓψ………………………式（２）
Ｙ（虚数部）＝−ｒ・ｓｉｎψ……………………式（３）
Ｚ（インピ−ダンス）＝Ｘ（実数部）＋ｊＹ（虚数部）……式（４）
【００１２】
前記Ｘ（実数部（Ω））を横軸に、Ｙ（虚数部（Ω））を縦軸にし、１測定点におけるインピ−ダンス（Ｚ）の各点（Ｘ、Ｙ）を曲線で結んだコール・コールプロット図の実測図が図５（ただしコール・コールプロット図の一部）であり、その模式図が図６（ｂ）である。コール・コールプロット図の曲線は電気２重層部（４）に於いて発生する並列接続された電荷移動抵抗（Ｒ３）とコンデンサ（Ｃ３）の組、コンクリート母材（２）において発生する、並列接続された抵抗（Ｒ２）とコンデンサ（Ｃ２）の組及び対極（３）とコンクリート母材（２）表面との間にて形成される、並列接続された電荷移動抵抗（Ｒ１）とコンデンサ（Ｃ１）の組毎に半円を繋いだ３つの山状態を示し、図６（ｂ）［及び図５のプロット］は左側から右側に行くほど低周波領域となる。第１の半円部（Ｓ１）は電荷移動抵抗（Ｒ１）とコンデンサ（Ｃ１）の組であり、第２の半円部（Ｓ２）が抵抗（Ｒ２）とコンデンサ（Ｃ２）の組、第３の半円部（Ｓ３）が電荷移動抵抗（Ｒ３）とコンデンサ（Ｃ３）の組である。
【００１３】
ここで第３の半円部（Ｓ３）の虚数部（Ｙ）「＝第３の半円部（Ｓ３）の底部から極大値までの虚数部分の目盛り」の値をコール・コールプロット図から読みとり、読みとった値を２倍する事で電荷移動抵抗（Ｒ３）の値（ｒ３）を算出する。
【００１４】
一般的に電荷移動抵抗値（ｒ３）が大きいほど鉄筋（１）の腐食が進行しにくい状態を示し、電荷移動抵抗値（ｒ３）を算出する事で鉄筋（１）の腐食速度を推測する事が出来る。従って、図５の右側の曲線Ａは鉄筋（１）が腐食度が遅い状態を示し、左側の曲線Ｂは鉄筋（１）が腐食速度が速い状態を示す事になる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の解決課題は、前述のようなコール・コールプロット図を測定点全てに作成する必要があった、極めて時間とコストの掛かる交流インピーダンス法を改良することを目的とするもので、極く短時間でコンクリート内に埋設されている鉄筋の腐食度合い（腐食状態、腐食速度、腐食範囲など）を正確に測定することができる測定方法を開発することにあり、第２に対極を工夫して測定精度を向上させる事にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」は本発明にかかるコンクリート内部の簡易鉄筋腐食計測方法に関し「コンクリート母材（２）内に埋設されている鉄筋（１）を作用電極とし、或る測定点におけるコンクリート表面に設置した対極（３）と前記作用電極としての鉄筋（１）との間に所定交流電圧（Ｖｃ）を印加し、鉄筋（１）と対極（３）間に流れる電流（Ｉ）の位相角（φ）を所定の周波数（ｆ）において測定し、当該位相角（φ）の大小から当該計測部位の鉄筋（１）の腐食度を判定する」ことを特徴とする。なお、前記位相角（φ）と鉄筋（１）と対極（３）間に流れる電流（Ｉ）の絶対値（ｉ）は測定装置（６）にて直接表示される。
【００１７】
なお、この方法では、或る測定点におけるコンクリート表面に設置した対極（３）と前記作用電極としての鉄筋（１）との間における全体のインピーダンス（Ｚ）を測定する事になる。即ち、

で表されるインピーダンス（Ｚ）＝Ｘ（実数部）＋ｊＹ（虚数部）に流れる電流（Ｉ）の絶対値（ｉ）とその位相角（φ）を計測する。ただし、（ω）は角周波数で、ω＝２πｆと表される。ｊは虚数単位である。
【００１８】
ここで、コンクリート母材（２）中における鉄筋（１）の界面に生じる電気２重層部（４）の静電容量（ｃ３）は、１ｃｍ^２当たり数十マイクロファラドといわれており、対極（３）とコンクリート母材（２）との間の静電容量（ｃ１）やコンクリート母材（２）の静電容量（ｃ２）に比べて十分大きい。従って、低周波領域では位相角（φ）に対する寄与は前記電気２重層部（４）の静電容量（ｃ３）が優勢になる。換言すれば、大きな電気２重層部（４）の静電容量（ｃ３）に対して静電容量（ｃ１）（ｃ２）は無視する事が出来る。
【００１９】
従って、適当な低周波数（ｆ）を選択すると、直接計測される位相角（φ）は、抵抗値（ｒ１）（ｒ２）の影響を受けるものの前記電気２重層部（４）の静電容量（ｃ３）の大小に依存しており、その値が小さくなるほど、即ち鉄筋（１）が健全なほど小さな位相角（φ）を示す。換言すれば、１測定点において、適当な「少なくとも１つの」低周波数（ｆ）における位相角（φ）を測定し、基準となる腐食が生じていない鉄筋（１）の位相角（φ）と比較することで簡易に鉄筋（１）の状態を推測する事が出来るようになる。これまでの経験から基準となる腐食を生じていない鉄筋（１）の位相角（φ）は５°〜８°であった。位相角（φ）がこれ以上である場合、鉄筋（１）に腐食が発生しているか発生し得る状態にある事を示している。
【００２０】
これを図示すると図６（ｂ）に示すように原点（０，０）から測定点［更に詳述すれば、コール・コールプロット線図から求めた基準測定点における対極と鉄筋の間のコンクリート母材のインピーダンス部分に対応するコール・コールプロット線図の極大値を越えた低周波側で最も低い虚数部の値を持つ周波数（ｆｖ）以下における測定点における実数部（Ｘ）と虚数部（Ｙ）］を結ぶ直線とＸ軸との間の角度（φ）で示されることになる。
【００２１】
なお、適当な低周波数（ｆ）とは、コンクリート母材（２）の山（Ｓ２）から電気二重層の山（Ｓ３）に移る境界の周波数よりも低周波である事が必要であり、前記境界の周波数と考えられる周波数は前述のように前記周波数（ｆｖ）以下［周波数（ｆｖ）も含む。］という事になる。もし、周波数を２以上選ぶのであれば前記周波数（ｆｖ）と前記周波数（ｆｖ）以下の適当な低周波数を選択することになる。
【００２２】
「請求項２」は前記簡易法を更に精密にするための改良案で、
（ａ）コンクリート母材（２）内に埋設されている鉄筋（１）を作用電極とし、少なくとも１箇所の基準測定点（Ｐ０）とみなす個所のコンクリート表面に設置した対極（３）と前記作用電極としての鉄筋（１）との間に一定電圧の交流電圧（Ｖｃ）を印加し、鉄筋（１）と対極（３）間に流れる電流（Ｉ０）の絶対値（ｉ０）とその位相角（ψ０）を３以上の周波数（ｆ）において測定し、前記印加電圧（Ｖｃ）と電流（Ｉ０）及びその位相角（ψ０）から各周波数（ｆ）における鉄筋（１）と対極（３）間のインピーダンス（Ｚ０）を演算によって求めると共に前記基準測定点（Ｐ０）におけるコール・コールプロット線図を描き、前記コール・コールプロット線図より求めた基準測定点（Ｐ０）における対極（３）とコンクリート母材（２）間のインピーダンス（Ｚ０_１）及び対極（３）と鉄筋（１）との間のコンクリート母材（２）のインピーダンス（Ｚ０_２）を求め、
（ｂ）続いて、他の測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）において、コンクリート表面に設置した対極（３）と前記作用電極としての鉄筋（１）との間に少なくとも１つの周波数（ｆ）にて所定交流電圧（Ｖｃ）を印加し、鉄筋（１）と対極（３）との間に流れる電流（Ｉ１〜ｎ）とその位相角（ψ１〜ｎ）を測定し、前記印加電圧（Ｖｃ）及び測定した電流（Ｉ１〜ｎ）とその位相角（ψ１〜ｎ）から当該周波数（ｆ）における鉄筋（１）と対極（３）間の全体のインピーダンス（Ｚ１〜ｎ）を演算し（式１〜４を参照）、
（ｃ）前記測定点（Ｐ１〜ｎ）におけるインピーダンス（Ｚ１〜ｎ）から前記コール・コールプロット線図から求めた基準測定点（Ｐ０）における対極（３）とコンクリート母材（２）間のインピーダンス（Ｚ０_１）及び対極（３）と鉄筋（１）との間のコンクリート母材（２）のインピーダンス（Ｚ０_２）を控除して鉄筋（１）とコンクリート母材（２）の境界にて鉄筋表面に形成される電気２重層部（４１〜ｎ）のインピーダンス（Ｚ１_３〜ｎ_３）を算出し、前記電気２重層部（４）のインピーダンス（Ｚ１_３〜ｎ_３）の位相角（φ’１_３〜ｎ_３）を［下記（５）式から］算出し、当該位相角（φ’１_３〜ｎ_３）の大小から測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）の鉄筋（１）の腐食度を判定する」ことを特徴とする。
【００２３】
なお、各測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）の電気２重層部（４）の補正された位相角（φ’１_３〜ｎ_３）は下式で求められる。計算式は煩雑を避けるため枝番を外して表示する。
補正された位相角（ψ’）
＝ｔａｎ^−１［Ｙ（虚数部）／［Ｘｎ’＝Ｘ（実数部）−Ｘ０（基準測定点インピーダンスの実数部（＝Ｒｏ））］ …………………式（５）
なお、補正された位相角（φ’）は図６に示すように、第３の山（Ｓ３）の始点（Ｒｏ）から測定周波数（ｆ）の値（Ｘｎ’，Ｙｎ）を結ぶ直線とＸ軸との間の角である。（なお、Ｘｎ’は前記コール・コールプロット線図から求めた基準測定点（Ｐ０）における対極（３）とコンクリート母材（２）間のインピーダンス（Ｚ０_１）の実数部及び対極（３）と鉄筋（１）との間のコンクリート母材（２）のインピーダンス（Ｚ０_２）の実数部を測定点（Ｐ１〜ｎ）におけるインピーダンス（Ｚ１〜ｎ）の実数部から控除した補正値である。）
【００２４】
さて、請求項１に記載の方法は簡易法であり、山（Ｓ１）（Ｓ２）を包含した状態での測定であるから誤差が大きいと言える。誤差の原因として対極（３）の材質や大きさ、コンクリート母材（２）のかぶり厚さ（＝コンクリート母材（２）の表面から鉄筋（１）までの深さ）、コンクリート母材（２）の含水量、海岸付近の場合、コンクリート母材（２）に含まれる塩化物イオン濃度が考えられる。対極（３）の材質や大きさについては、対極（３）の材質や大きさを一定にする事で解消する事ができるが、コンクリート母材（２）部分における誤差の要因は前述のように複雑である。
【００２５】
このコンクリート母材（２）部分の影響を除く方法としては、従来例で示すように多大の測定時間を掛けてコール・コールプロット図を作成する以外に方法がなかったのであるが、請求項２に記載の方法は請求項１よりも遙かに精度の高い測定を短時間で行うことが出来る方法である。
【００２６】
即ちこの方法によれば、測定対象である鉄筋コンクリート構造体の少なくとも１箇所を基準測定点（Ｐ０）とし、この基準測定点（Ｐ０）について正確にコール・コールプロット図を作成して、対極（３）とコンクリート母材（２）の表面間のインピーダンス（Ｚ０_１）、コンクリート母材（２）のインピーダンス（Ｚ０_２）を予め求めておき、他の大多数の測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）に関しては請求項１の簡易法で各測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）の全体のインピーダンス（Ｚ１）〜（Ｚｎ）を求め、この全体のインピーダンス（Ｚ１）〜（Ｚｎ）から前記基準測定点（Ｐ０）の前記（Ｚ０_１）（Ｚ０_２）を控除する［厳密に言えば、各測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）の対極（３）とコンクリート母材（２）の表面間のインピーダンス（Ｚ１_１〜ｎ_１）、コンクリート母材（２）のインピーダンス（Ｚ１_２〜ｎ_２）は基準測定点（Ｐ０）のそれと若干相違するが、対象測定面が略同一の自然環境及びかぶり厚さ、鉄筋の種類、コンクリートの配合などの条件下にあることから、各測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）のインピーダンス（Ｚ１_１〜ｎ_１）（Ｚ１_２〜ｎ_２）は基準測定点（Ｐ０）のそれとほぼ等しいであろうと仮定する。］事で各測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）の電気２重層部（４）のインピーダンスを求め、この値から各測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）の電気２重層部（４）の補正された位相角（φ’１_３〜ｎ_３）の大小から測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）の鉄筋（１）の腐食度を判定する。
【００２７】
「請求項３」は請求項２で求めた前記控除後の電気２重層部（４）のインピーダンス（Ｚ１_３〜ｎ_３）から、前記各測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）における電気２重層部（４）の静電容量（ｃ３）と電荷移動抵抗値（ｒ３）の少なくとも何れかを算出する」事を特徴とする。即ち、式１〜４及び下式によって静電容量（ｃ３）と電荷移動抵抗値（ｒ３）を算出する。
ｃ３＝Ｙ／［ω（Ｘ^２＋Ｙ^２）］ …………………式（６）
ｒ３＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）／Ｘ …………………式（７）
ここで、Ｘは電気２重層部（４）のインピーダンス（Ｚ）の実数部、Ｙは同虚数部、（ω）は交流印加電圧の角周波数、（ｃ３）は電気２重層部の静電容量、（ｒ３）は電荷移動抵抗値である。
【００２８】
（ｒ３）を算出することで、測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）の腐食の進行速度を知ることが出来、（ｃ３）を知ることで腐食の面積（＝広がり）を知ることが出来る。即ち、電荷移動抵抗値（ｒ３）が小さいということは、鉄筋（１）からコンクリート母材（２）への鉄イオンの溶出がし易い事を表しており、腐食の進行速度が速い事を示している。また、静電容量（ｃ３）が大きいということは、鉄筋（１）からコンクリート母材（２）に鉄イオンが盛んに溶出している事を表しており、腐食が広範囲に広がっている事を示す。
【００２９】
「請求項４」は交流電流の周波数（ｆ）の好ましい周波数に関し「請求項１又は請求項２の（ｂ）に記載された交流電流の周波数が、コール・コールプロット線図から求めた基準測定点（Ｐ０）における対極（３）と鉄筋（１）の間のコンクリート母材（２）のインピーダンス部分に対応するコール・コールプロット線図の極大値を越えた低周波側で最も低い虚数部の値を持つ周波数（ｆｖ）を含む該周波数（ｆｖ）以下の１乃至２以上の周波数である」ことを特徴とする。計測の結果、コール・コールプロット図における電気２重層部（４）に対応する山（Ｓ３）の始端（Ｒ０）は前記周波数（ｆｖ）近辺から始まるので、測定周波数（ｆ）を前記周波数（ｆｖ）以下の低周波とすることで、鉄筋腐食測定の対象となる電気２重層部（４）に対応する山（Ｓ３）の何れかの部分を測定することになる。
【００３０】
「請求項５」は請求項１〜４のいずれかに記載の鉄筋腐食計測方法において、「対極（３）の近傍に作用電極である鉄筋（１）と同電位の補助電極（７）を配置する」ことを特徴とするもので、このように補助電極（７）を使用することでコンクリート母材（２）内部における電流分布の広がりを抑制し、狭い範囲で鉄筋（１）に流れる電流（Ｉ２）のみを計測することができ、鉄筋（１）の比較的狭い範囲における位相角（φ）及びその補正された位相角（φ’）を計測することができる。その結果、対極（３）から離れた腐食を測定範囲外とすることができ、換言すれば対極（３）直下及びその近傍部分を測定の範囲とすることができるので、測定精度が著しく安定する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１〜３は構造物の鉄筋コンクリートの一部の断面で、図４はこの図１、２の等価回路を示すもので、これらの点は従来例で説明した通りである。鉄筋（１）は、コンクリート母材（２）に埋設されており、コンクリート母材（２）の表面に対極（３）が当接されている。作用電極として働く鉄筋（１）と前記対極（３）とは定電圧交流電源（５）に接続されており、所定周波数の交流の一定電圧が印加されて鉄筋（１）と前記対極（３）との間に交流電流が供給されている。そして、両者（１）（３）間を流れる電流（Ｉ）及び電流（Ｉ）の位相角（φ）の測定装置（６）が前記回路に設置されている。図１の場合は、対極（３）と定電圧交流電源（５）との間に設置され、図７の場合には、鉄筋（１）と補助電極（７）との合流点（Ｑ）との間に設置されている。
【００３２】
鉄筋（１）と前記対極（３）との間で交流電流を流すと、図１に示すように電流（Ｉ）はコンクリート母材（２）内を拡散しつつ通過して鉄筋（１）内に流れ込む。矢印の範囲は電流（Ｉ）の流れ込み範囲を示す。前記領域の範囲は電流（Ｉ）の強度が最大値の１０％以上である領域を示す。鉄筋（１）の表面に描かれている山形の線図は前記電流（Ｉ）の流れ込み範囲における電流強度分布を示すもので、対極（３）直下の部分が最も大きい電流強度を示す。
【００３３】
「請求項１」に記載した本発明の簡易鉄筋腐食計測方法で所定の周波数（ｆ）［前記周波数（ｆｖ）を含む周波数（ｆｖ）以下の周波数］における位相角（ψｘ）を測定した場合を説明する。前述のようにコンクリート母材（２）内に埋設されている鉄筋（１）を作用電極とし、測定点（Ｐ）におけるコンクリート表面に設置した対極（３）と前記作用電極としての鉄筋（１）との間に所定の周波数（ｆ）にて一定の交流電圧（Ｖｃ）を印加し、鉄筋（１）と対極（３）間の静電容量（ｃ３）と電荷移動抵抗値（ｒ３）に対応した位相角（φ）を測定した。腐食状況は、腐食が進んでいる箇所の位相角は０．１Ｈｚにおいて１９．１９°であり、腐食の進んでいない（換言すれば、若干腐食の進んでいる或いは腐食する状況にある）部位の位相角は１５．１４°であった。これにより簡易法でもある程度内部の鉄筋（１）の腐食度合いを推測する事が出来た。なお腐食ゼロの場合は０．１Ｈｚの時、５〜８°である。
【００３４】
次に「請求項２」に記載の前記簡易法を更に精密にするための改良案の実施例に付いて説明する。この場合は前述のようにまず基準測定点（Ｐ０）について従来例で述べたコール・コールプロット線図を作成する。基準測定点（Ｐ０）は対象鉄筋コンクリート構造物について少なくとも１箇所選定される。「請求項２に記載の改良方法」では、調査対象コンクリート構造物が同一環境下にあり、鉄筋（１）のかぶり厚さもほぼ同一であると見なすことが出来る事から、対極（３）とコンクリート母材（２）との境界面及びコンクリート母材（２）の影響を排除することができるので、基準測定点（Ｐ０）の選定にはこだわらない。
【００３５】
コール・コールプロット線図が作成されると、前述のように当該基準測定点（Ｐ０）における前記コール・コールプロット線図から対極（３）とコンクリート母材（２）の表面間のインピーダンス（Ｚ０_１）、コンクリート母材（２）のインピーダンス（Ｚ０_２）をコール・コールプロット線図の谷となる部分の実数値から求める。
【００３６】
次に、他の測定点（Ｐ１）〜（Ｐｎ）において、前記請求項１に関して説明した方法にて１つの周波数（ｆ）における測定点（Ｐ１〜ｎ）のインピーダンス（Ｚ１〜ｎ）を演算し、このインピーダンス（Ｚ１〜ｎ）から前記コール・コールプロット線図から求めた対極（３）とコンクリート母材（２）間のインピーダンス（Ｚ０_１）及び対極（３）と鉄筋（１）との間のコンクリート母材（２）のインピーダンス（Ｚ０_２）を控除して鉄筋（１）とコンクリート母材（２）の境界にて鉄筋表面に形成される電気２重層部（４１〜ｎ）のインピーダンス（Ｚ１_３〜ｎ_３）を算出し、前述のようにこれから測定点（Ｐ１〜ｎ）における電気２重層部（４１〜ｎ）の位相角（ψ’１_３〜ｎ_３）を算出した。この方法で測定した場合、或る２測定個所の腐食状況と位相角の関係は、腐食が進んでいる箇所の位相角（ψ’１_３〜ｎ_３）は６４．７３°であり、その時の腐食の進んでいない（換言すれば、若干腐植の進んでいる或いは腐食する状況にある）部位の位相角（ψ’１_３〜ｎ_３）は５７．７８°であった。
【００３７】
図７は、対極（３）の第２実施例で、対極（３）の周囲を取り囲むようにリング状の補助電極（７）を設置した例である。勿論、補助電極（７）はリング状に限られず、対極（３）の周囲に複数個配置され、それぞれが互いに結線された構造でもよいし、図示していないが対極（３）および補助電極（７）に複数の突起を設け互いに突起が接触しないように入れ子状に配置してもよい。
【００３８】
前記補助電極（７）は、作用電極である鉄筋（１）に接続され、同電位に保持される。しかして、対極（３）と鉄筋（１）との間で所定交流電圧・所定周波数において交流電流（Ｉ０）が流されると、対極（３）から鉄筋（１）に電流（Ｉ２）が流れ、同時に対極（３）の周囲に配置された補助電極（７）に、対極（３）の周辺に拡散方向に流れる電流（Ｉ１）が流れ、対極から電極（１）に流れる電流（Ｉ２）は、範囲の絞られたものとなる。その結果、測定値に現れるものは対極（３）の直下或いはその近傍範囲のものに限られ、対極（３）から離れた腐食が測定結果に現れることがない。
【００３９】
それ故、腐食が大きいにも変わらず対極（３）から離れているために測定結果が小さく現れるというような測定ミスを大幅に少なくすることができ、測定結果の安定性・精度向上に供することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明にあっては、１測定点において少なくとも１周波数における位相角を測定する事で内部の鉄筋腐食状況を或る程度正確に知ることが出来る。また、１測定点において、コール・コールプロット図を描く事で対極とコンクリートとの間のインピーダンス及び対極から鉄筋迄のコンクリートのインピーダンスを知ることができ、これを他の測定個所における対極から鉄筋に至る全体のインピーダンスから控除する事で各測定個所における鉄筋表面に発生する電気２重層部の位相角を算出する事が出来、従来の交流インピーダンス法に比べて短時間で正確に内部鉄筋の状況を把握できるようになった。また、補助電極を使用するなど対極を工夫することで測定範囲を絞ることができ、測定精度および測定の安定性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の計測方法を示す正面図
【図２】図１の平面図
【図３】図１のＣ−Ｃ’断面図
【図４】図１の等価回路図
【図５】交流インピーダンス法にて作成されたコール・コールプロット線図
【図６】図１の模式図と同図の等価回路図及び交流インピーダンス法にて作成されたコール・コールプロット線図における本発明の位相角測定との関係を示す図
【図７】補助電極を使用した場合の模式図
【符号の説明】
（１）鉄筋
（２）コンクリート母材
（３）対極
（４）電気２重層部
（５）定電圧交流電源
（６）測定装置
（７）補助電極
（φ）位相角
（ｆ）周波数
（Ｖｃ）印加電圧

Claims

コンクリート母材内に埋設されている鉄筋を作用電極とし、或る測定点におけるコンクリート表面に設置した対極と前記作用電極としての鉄筋との間に所定交流電圧を印加し、鉄筋と対極間に流れる電流の位相角を、印加電圧を基準として所定の周波数において測定し、当該位相角の大小から計測部位の鉄筋の腐食度を判定することを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。
（ａ）コンクリート母材内に埋設されている鉄筋を作用電極とし、少なくとも１箇所の基準測定点とみなす個所のコンクリート表面に設置した対極と前記作用電極としての鉄筋との間に一定電圧の交流電圧を印加し、鉄筋と対極間に流れる電流とその位相角を３以上の周波数において測定し、前記印加電圧と電流及びその位相角から各周波数における鉄筋と対極間のインピーダンスを演算によって求め、前記基準測定点におけるコール・コールプロット線図を描き、前記コール・コールプロット線図より求めた基準測定点における対極とコンクリート母材間のインピーダンス及び対極と鉄筋との間のコンクリート母材のインピーダンスを求め、
（ｂ）続いて、他の測定点において、コンクリート表面に設置した対極と前記作用電極としての鉄筋との間に少なくとも１つの周波数にて所定交流電圧を印加し、鉄筋と対極との間に流れる電流とその位相角を測定し、前記印加電圧及び測定した電流とその位相角から当該周波数における鉄筋と対極間の全体のインピーダンスを演算し、
（ｃ）前記測定位置におけるインピーダンスから、前記コール・コールプロット線図から求めた基準測定点における対極とコンクリート母材間のインピーダンス及び対極と鉄筋との間のコンクリート母材のインピーダンスを控除して鉄筋とコンクリート母材の境界にて鉄筋表面に形成される電気２重層部のインピーダンスを算出し、前記電気２重層部のインピーダンスの位相角を算出し、当該位相角の大小から計測部位の鉄筋の腐食度を判定することを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。
請求項２に記載の鉄筋腐食計測方法において、前記控除後の電気２重層部のインピーダンスから、下式によって前記各測定点における電気２重層部の静電容量と電荷移動抵抗の少なくとも何れかを算出することにより、計測部位の腐食規模及び腐食進行の遅速の少なくとも何れかを判定する事を特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。
ｃ３＝Ｙ／［ω（Ｘ^２＋Ｙ^２）］
ｒ３＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）／Ｘ
ここで、Ｘは電気２重層部のインピーダンスの実数部、Ｙは同虚数部、ωは交流印加電圧の角周波数、ｃ３は電気２重層部の静電容量、ｒ３は電荷移動抵抗値である。
請求項１又は請求項２の（ｂ）或いは請求項３の何れかに記載された交流電流の周波数が、コール・コールプロット線図から求めた基準測定点における対極と鉄筋の間のコンクリート母材のインピーダンス部分に対応するコール・コールプロット線図の極大値を越えた低周波側で最も低い虚数部の値を持つ周波数を含む該周波数以下の１乃至２以上の周波数であることを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の鉄筋腐食計測方法において、対極の近傍に作用電極と同電位の補助電極を配置することを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。