JP2006052960A - 鋼材腐食の予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存コンクリートを過大に損傷することなく、高い精度で測定・評価できる鋼材腐食の予測方法を提供すること。
【解決手段】 鋼材が埋設された既設構造物１にボーリング孔５を削孔してコア６を採取する。次に、コア６を観察してモニタリング供試体７の設置位置を決定するとともに、コア６の塩化物量を測定する。そして、ボーリング孔５内に、コンクリート抵抗センサ２７、基準電極及び対極２９、温度センサ３１、電流測定用リード線１３を設置した分割鉄筋２３をポーラスコンクリート２１で被覆したモニタリング供試体７を設置し、モニタリング供試体７を設置しない部分に無収縮モルタル９を充填する。その後、モニタリング供試体７を用いて、所定の項目についてのデータを取得する。さらに、コア６を分析して得られた塩化物量とモニタリングによって得られたデータとを用いて、既設構造物１中の鋼材の腐食速度を予測する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼材腐食の予測方法に関するものである。

従来、コンクリート構造物や杭などに埋め込まれる鉄筋や鋼材の腐食状況を測定するための手法としては、（１）はつり、コアボーリングにより目視で観察する方法、（２）新設段階で段階的にかぶりを変えた位置に鋼線を埋め込み、その電気抵抗を測定する方法、（３）非破壊試験機（一部ははつりが伴う）により外部から自然電位、コンクリート抵抗、分極抵抗を測定する手法（例えば、特許文献１参照）等が挙げられる。

特開２００３−１０７０２５号公報

しかしながら、（１）の方法は、大規模なはつり作業を必要とし、構造物に多くの損傷を与えてしまう。（２）の方法は、新設構造物にしか適用できない。（３）の方法は、一部にはつりが伴ううえ、測定が間接的であるため、従来の非破壊試験機では測定できない場合や測定精度が低い場合がある。また、（２）、（３）の方法は、浸透塩化物量が不明で、今後の腐食の推移などを予測する上での情報が不十分である。

従来の方法では、既設コンクリートの腐食を測定する手法が確立されていない、マクロセル腐食を測定する手法がない、鉄筋など鋼材配置位置でしか腐食を測定できない、などの問題点がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、既存コンクリートを過大に損傷することなく、高い精度で測定・評価できる鋼材腐食の予測方法を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明は、鋼材が埋設されたコンクリート構造物に孔を削孔してコアを採取する工程（ａ）と、前記孔内に、測定器具を設置した鉄筋をポーラスコンクリートで被覆したモニタリング供試体を設置する工程（ｂ）と、前記測定器具を用いて、所定の項目についてのデータを取得する工程（ｃ）と、前記コアを分析して得られた塩化物含有量と前記データとを用いて、前記鋼材の腐食速度を予測する工程（ｄ）とを具備することを特徴とする鋼材腐食の予測方法である。

本発明は、地上構造物のほか、地下構造物、杭、水中構造物等のコンクリート構造物に埋設された鋼材の腐食の予測方法である。鋼材とは、鉄筋等である。工程（ｂ）では、孔内にモニタリング供試体を設置する際に、モニタリング供試体の設置箇所以外の箇所を埋め戻すために、工程（ａ）で採取したコアを再度配置するか、無収縮モルタルを充填する。コアを再度配置する場合には、配置したコアと孔との間にグラウトを充填する。モニタリング供試体の端面には、グラウトや無収縮モルタルを遮断する板状材を設置する。

測定器具とは、コンクリート抵抗センサ、基準電極および対極、温度センサ等のセンサ類、および／または、複数に分割された鉄筋の各部分に接続されたリード線である。工程（ｃ）では、これらの測定器具を用いて、自然電位、コンクリート抵抗、分極抵抗、分極曲線、腐食電流量等のデータを取得する。工程（ｄ）では、従来から提案されている各種の式やモデルを用いて予測を行う。

本発明では、まず、鋼材が埋設されたコンクリート構造物に孔を削孔してコアを採取する。そして、孔内に、測定器具を設置した鉄筋をポーラスコンクリートで被覆したモニタリング供試体を設置し、鉄筋に設置した測定器具を用いて、所定の項目についてのデータを取得する。さらに、コアを分析して得られた塩化物含有量と測定器具を用いて取得したデータとを用いて、コンクリート構造物中の鋼材の腐食速度を予測する。

本発明によれば、既存コンクリートを過大に損傷することなく、高い精度で測定・評価できる鋼材腐食の予測方法を提供できる。

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、モニタリング供試体７を設置した既設構造物１の垂直断面図である。第１の実施の形態では、図１に示す既設構造物１に埋設された鋼材の腐食を予測する方法について説明する。

図１に示す既設構造物１は、水中３に構築された水中構造物である。既設構造物１は、鋼材が埋設された、鉄筋コンクリート造等の構造物である。既設構造物１には、矢印Ａに示すように、側面８から塩化物イオン、酸素等の腐食促進物質が浸透する。

図２は、鋼材の腐食予測方法のフローチャートを示す。以下に、図２を用いて、既設構造物１に埋設された鋼材の腐食を予測する方法について説明する。

ステップ１０１では、図１に示すように、既設構造物１にボーリング孔５を削孔し、コア６を採取する。削孔されるボーリング孔５は、少なくとも１本とする。ボーリング孔５は、例えば、垂直方向に削孔される。ボーリング孔５の削孔位置は、腐食促進物質が浸透する側面８から、予測対象とする鋼材（図示せず）までの距離により決定する。

ステップ１０２では、採取したコア６の状態を観察し、既設構造物１を環境条件ごとに健全部１７、劣化部１９等に区分する。なお、図１では、既設構造物１を健全部１７と劣化部１９の２つに区分したが、水位より高い健全部、水中３の健全部、劣化部１９等に区分してもよい。

ステップ１０３では、コア６の所定の位置の塩化物量を測定するとともに、モニタリング供試体７の設置深さを決定する。コア６の塩化物量の測定は、環境条件が異なる部分で行う。環境条件が異なる部分とは、例えば、健全部１７、健全部１７と劣化部１９との境界部、劣化部１９である。モニタリング供試体７の設置深さは、通常、コア６の塩化物量の測定部分に対応するように設定する。

ステップ１０４では、モニタリング供試体７の配置と無収縮モルタル９の充填とを繰り返し、ボーリング孔５を埋め戻す。すなわち、ボーリング孔５内にモニタリング供試体７を挿入して配置する作業と、ボーリング孔５の、モニタリング供試体７を設置しない部分に無収縮モルタル９を充填する作業とを交互に行って、既設構造物１のボーリング孔５を図１に示す状態とする。

ステップ１０４でボーリング孔５に配置するモニタリング供試体７は、配置作業の前に、予め作成しておく。図３は、モニタリング供試体７の断面図である。図３に示すように、モニタリング供試体７は、絶縁体２５により複数に分割された分割鉄筋２３をポーラスコンクリート２１で被覆したものである。モニタリング供試体７の径は、既設構造物１に削孔するボーリング孔５の径に合わせて設定され、通常は３０〜１５０ｍｍ程度である。

モニタリング供試体７の端面には、網３９が設置される。網３９は、水を通過させるが、グラウトを遮断するものとする。網３９は、図１に示す無収縮モルタル９がモニタリング供試体７内に浸透するのを防ぐ。網３９は、少なくとも、無収縮モルタル９に接する側の端面に設けられる。

分割鉄筋２３には、電流測定用リード線１３が接続される。図４は、分割鉄筋２３の拡大断面図を示す。図４は、図３のＢに示す部分の拡大図である。図４に示すように、電流測定用リード線１３は、複数の電流測定用リード線１３ａを束ねたものであり、電流測定用リード線１３ａは、各分割鉄筋２３の端部付近（絶縁体２５との境界付近）に、ハンダ３３を用いて接続される。

ポーラスコンクリート２１内には、コンクリート抵抗センサ２７、基準電極及び対極２９、温度センサ３１が配置される。コンクリート抵抗センサ２７、基準電極及び対極２９、温度センサ３１は、いずれも各種センサ用リード線１５に接続される。

コンクリート抵抗センサ２７は、ポーラスコンクリート２１のコンクリート抵抗を測定する際に用いられる。基準電極および対極２９は、分割鉄筋２３を作用極として、分割鉄筋２３の自然電位、分極曲線、分極抵抗を測定する際に用いられる。温度センサ３１（熱電対）は、ポーラスコンクリート２１の内部温度を測定する際に用いられる。コンクリート抵抗センサ２７、基準電極および対極２９、温度センサ３１は、測定面が分割鉄筋２３と対向するように配置される。

図５は、コンクリート抵抗センサ２７の拡大図を示す。図５に示すように、コンクリート抵抗センサ２７は、４本のステンレス鋼棒３５からなる。ステンレス鋼棒３５は電極であり、各種センサ用リード線１５に接続される。ステンレス鋼棒３５と各種センサ用リード線１５との接続部は、絶縁体である樹脂３７で被覆される。

モニタリング供試体７内に設置された電流測定用リード線１３、各種センサ用リード線１５は、図１に示すように、測定装置群１１に接続される。測定装置群１１は、腐食モニタ、腐食電流計、切替装置、コンピュータ等からなる。なお、ステップ１０４でモニタリング供試体７を配置する際には、腐食促進物質が浸透してくる側面８（図１）側にコンクリート抵抗センサ２７、基準電極及び対極２９、温度センサ３１がくるようにするのが望ましい。

ステップ１０５では、コンクリート抵抗センサ２７、基準電極及び対極２９、温度センサ３１、電流測定用リード線１３を用いたモニタリングを開始し、各種データを取得する。モニタリングでは、任意の期間、任意の間隔・回数で、各モニタリング供試体７について、自然電位、分極曲線、分極抵抗、腐食電流量、コンクリート抵抗、内部温度等のデータを収集する。

ステップ１０６では、ステップ１０３で測定したコア６の塩化物量とステップ１０５で取得した各種データを用いて、鋼材の腐食量、今後の腐食速度を予測する。腐食量や腐食速度の予測は、従来の式や方法を適宜組み合わせて行う。例えば、既設構造物１中の鋼材について、分割鉄筋２３の自然電位や分極抵抗の値を用いて現在の腐食状態を判断したり、コア６の塩化物量を用いて鋼材位置の塩化物量が所定の量になるまでの時間を算出したり、分割鉄筋２３の腐食電流量や分極抵抗を用いて鋼材の腐食量が所定の値に達するまでの時間を算出したりする。

このように、第１の実施の形態で説明した鋼材腐食の予測方法によれば、塩分分析用のコア６を採取したボーリング孔５にモニタリング供試体７を設置するので、既設構造物１を大規模に損傷させることがなく、既設構造物１の環境条件を変化させることもない。第１の実施の形態の方法は、従来は測定手段がなかった、水中３の構造物に適用できる。

また、腐食電流量の測定、四極電極（コンクリート抵抗センサ２７）によるコンクリート抵抗の測定、基準電極および対極２９による自然電位の測定、熱電対（温度センサ３１）による温度の測定等を行う際に既存の鋼材でなく分割鉄筋２３を使用すること、これらの測定結果とコア６の塩化物量測定結果を併用することにより、腐食環境及び腐食の程度を総合的に精度良く予測できる。さらに、複数のモニタリング供試体７を間隔をおいて配置することにより、環境条件の違いによるマクロセル腐食を測定することができる。

第１の実施の形態では、モニタリング供試体７にポーラスコンクリート２１を用いることにより、モニタリング供試体７の内部での物質移動の影響をできる限り少なくし、既設構造物１のコンクリートの腐食環境と同一にすることができる。モニタリング供試体に緻密なコンクリートを使用すると、既設構造物１のコンクリートとの電位差が生じ、腐食環境が異なることが予想されるが、本実施の形態では、既設構造物１のコンクリートとモニタリング供試体７との腐食環境を同一にすることで、鋼材腐食の予測精度が向上する。

次に、第２の実施の形態について説明する。図６は、モニタリング供試体７を設置した既設構造物１の垂直断面図である。既設構造物１は、第１の実施の形態で述べたように、水中３に構築された水中構造物である。既設構造物１は、鋼材が埋設された、鉄筋コンクリート造等の構造物であり、側面８から塩化物イオン、酸素等の腐食促進物質が浸透する。

図６に示す既設構造物１に埋設された鋼材の腐食の予測は、第１の実施の形態とほぼ同様の手順で行う。但し、第２の実施の形態では、ステップ１０４で、モニタリング供試体７の配置と、コア６の配置とを繰り返し、ボーリング孔５を埋め戻す。

第２の実施の形態のステップ１０４で用いられるコア６は、ステップ１０３で塩化物量の測定に用いたものの残りである。ステップ１０３では、第１の実施の形態で述べたように、モニタリング供試体７の設置深さを、通常、コア６の塩化物量の測定部分に対応するように設定する。よって、ステップ１０４では、ボーリング孔５内にモニタリング供試体７を挿入して配置する作業と、塩化物量の測定に用いなかったコア６を、元の位置に再度配置する作業とを交互に行って、既設構造物１のボーリング孔５を図６に示す状態とする。

なお、ステップ１０４では、コア６を再度配置した後に、ボーリング孔５の孔壁とコア６との隙間にグラウト（図示せず）を充填する。モニタリング供試体７の端面に設置された網３９（図３）は、水を通過させるが、グラウトを遮断するものとし、グラウトがモニタリング供試体７内に浸透するのを防ぐ。網３９は、少なくとも、コア６に接する側の端面に設けられる。

第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果に加えて、採取したコア６を用いることにより、施工のコストを低減できるという効果も得られる。

なお、モニタリング供試体７に設置するセンサの種類や設置位置は、図３に示すものに限らない。網３９は、グラウトを遮断することができる有孔板で代用できる。また、第１、第２の実施の形態で述べた方法は、図１、図６に示す水中３の既設構造物１の他に、地上構造物、地下構造物、杭等にも適用できる。さらに、第１、第２の実施の形態では、コア６を採取するためのボーリング孔５を垂直に削孔したが、ボーリング孔５の削孔角度は垂直に限らない。

図７は、モニタリング供試体７を設置した既設構造物４１の垂直断面図である。既設構造物４１は、鋼材等が埋設された、鉄筋コンクリート造等の構造物である。図７に示す既設構造物４１は、水中構造物ではなく、矢印Ｃに示すように、上面４５から腐食促進物質が浸透する。

図７に示す既設構造物４１に埋設された鋼材の腐食の予測は、第１の実施の形態とほぼ同様の手順で行う。但し、図７に示す既設構造物４１に埋設された鋼材の腐食の予測では、ステップ１０１でコア６を採取する際に、垂直なボーリング孔５の代わりに、図７に示すような斜めのボーリング孔４３を削孔する。なお、ステップ１０４でモニタリング供試体７を配置する際には、腐食促進物質が浸透してくる上面４５（図７）側にコンクリート抵抗センサ２７、基準電極及び対極２９、温度センサ３１がくるようにするのが望ましい。

図７に示す方法においても、塩分分析用のコア６を採取したボーリング孔４３にモニタリング供試体７を設置するので、既設構造物１を大規模に損傷させることがなく、既設構造物１の環境条件を変化させることもない。

また、腐食電流量、コンクリート抵抗、自然電位、温度等を測定する際に既存の鋼材でなく分割鉄筋２３を使用すること、これらの測定結果とコア６の塩化物量測定結果を併用することにより、腐食環境及び腐食の程度を総合的に精度良く予測できる。複数のモニタリング供試体７を間隔をおいて配置することにより、環境条件の違いによるマクロセル腐食を測定することができる。

さらに、モニタリング供試体７にポーラスコンクリート２１を用いることにより、モニタリング供試体７の内部での物質移動の影響をできる限り少なくし、既設構造物１のコンクリートの腐食環境と同一にすることができ、鋼材腐食の予測精度が向上する。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる鋼材腐食の予測方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

モニタリング供試体７を設置した既設構造物１の垂直断面図 鋼材の腐食予測方法のフローチャート モニタリング供試体７の断面図 分割鉄筋２３の拡大断面図 コンクリート抵抗センサ２７の拡大図 モニタリング供試体７を設置した既設構造物１の垂直断面図 モニタリング供試体７を設置した既設構造物４１の垂直断面図

符号の説明

１、４１………既設構造物
３………水中
５、４３………ボーリング孔
６………コア
７………モニタリング供試体
９………無収縮モルタル
１３………電流測定用リード線
１５………各種センサ用リード線
１７………健全部
１９………劣化部
２１………ポーラスコンクリート
２３………分割鉄筋
２７………コンクリート抵抗センサ
２９………基準電極及び対極
３１………温度センサ
３９………網

Claims (6)

1. 鋼材が埋設されたコンクリート構造物に孔を削孔してコアを採取する工程（ａ）と、
   前記孔内に、測定器具を設置した鉄筋をポーラスコンクリートで被覆したモニタリング供試体を設置する工程（ｂ）と、
   前記測定器具を用いて、所定の項目についてのデータを取得する工程（ｃ）と、
   前記コアを分析して得られた塩化物含有量と前記データとを用いて、前記鋼材の腐食速度を予測する工程（ｄ）と、
   を具備することを特徴とする鋼材腐食の予測方法。
2. 前記測定器具が、コンクリート抵抗センサ、基準電極および対極、温度センサであることを特徴とする請求項１記載の鋼材腐食の予測方法。
3. 前記測定器具が、複数に分割された前記鉄筋の各部分に接続されたリード線であることを特徴とする請求項１記載の鋼材腐食の予測方法。
4. 前記工程（ｂ）で、前記孔内の、前記モニタリング供試体を設置した以外の箇所に、前記コアを再度配置することを特徴とする請求項１記載の鋼材腐食の予測方法。
5. 前記工程（ｂ）で、前記孔内の、前記モニタリング供試体を設置した以外の箇所に、無収縮モルタルを充填することを特徴とする請求項１記載の鋼材腐食の予測方法。
6. 前記工程（ｂ）で、前記モニタリング供試体の端面に、グラウトを遮断する板状材を設置することを特徴とする請求項１記載の鋼材腐食の予測方法。

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