JP2007132010A - 被覆防食体内部の腐食検知方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】基礎材に設けられた被覆防食体の内部の腐食環境を、外部から容易かつ確実に検知すること。
【解決手段】被覆防食体の内部に、水中で電位の異なる一対の電極を埋め込み、被覆防食体の内部に水が浸入したとき電極間に流れる電流を検出して、被覆防食体内部の腐食状態を検知することとした。
破損などにより被覆防食体の水中部に海水が浸入すると、浸入した海水量に従い電極間、あるいは電極と基礎材との間を流れる電流が次第に大きくなる。したがって電極間、あるいは電極と基礎材に流れる電流を計測することにより、内部に水が侵入し、防食材の劣化が進行していることを確実、かつ容易に検知できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、桟橋、岸壁等の港湾構造物に使用される鋼管杭や鋼矢板等に取り付け、これらの飛沫帯および干満帯を防食する被覆防食体において、被覆防食体内部の腐食環境を外部から検知する腐食検知方法に関する。

桟橋や岸壁などの構造物における鋼管杭や鋼矢板等は、海水や河川水がかかる飛沫帯や干潮と満潮の間で水面が上下する干満帯では、水と空気中の酸素との接触とが繰り返されるため腐食が激しい。このためこのような箇所に、被覆防食体を取り付けることが広く採用されている。被覆防食体は、基礎材表面にペトロラタム系等の防食材を密着させ、この上を発泡ポリエチレンシートで覆い、更にそれを被覆するプラスチック製のカバー等で構成されており、ペトロラタム等の油成分を基礎材表面に密着させ海水等の浸入を防止することから腐食を防止している。

ところが、プラスチック製のカバーや発泡ポリエチレンシートに外力が加えられたりこれらが経年劣化すると、亀裂が生じたり被覆防食体と基礎材との密着が悪くなる。例えば、亀裂等が発生すると亀裂から防食材の油分の徐々に流出し、これに代わって海水が浸入して、ついには海水が基礎材表面に到達してしまったり、被覆防食体と基礎材との密着が悪くなると、基礎材と防食材との間に生じた隙間に海水が浸入し、いずれの場合も基礎材を腐食させることとなる。

また一般に被覆防食体の耐用年数は１５年程度と言われているが、環境の変化や船の衝突などにより、劣化が予想以上に早まることがあり、耐用年数の経過以前に防食材下で基礎材が腐食するケースもあった。

このため従来は、被覆防食体を施工した後一定年数ごとに、被覆防食体の一部を取り外し、基礎材表面の腐食状況を検査していた。

また、特開２００１−１５２４７５号公報には、ペトロラタム系防食層を覆うプラスチック保護部材として、透明なポリカーボネート樹脂を使用する技術が開示されている。この技術は、プラスチック保護部材の外側から内部の観察ができるので、上記プラスチック保護部材を取り外すことなく内部基礎材の腐食が発見できるというものである。

特開２００１−１５２４７５号公報

しかし被覆防食体は基礎材の飛沫帯や干満帯を防食するために取り付けられていることから、被覆防食体を検査するためには、検査用の船が必要となったり、潜水士が水中に潜る必要があるなど多大な費用と労力を要していた。加えて検査は全数行うのではなく、抜き取りで行うため、調査結果に対する信頼性に欠けていた。

また特開２００１−１５２４７５号公報に記載の発明は、設置当初は内部を観察できても、被覆防食体は上述したように海や河川の飛沫帯や干満帯に設置されるので、基礎材の腐食が懸念される数年後には大量の水中生物や飛沫がプラスチック保護部材表面に付着するのでそのまま内部観察をすることはできない。また、調査のための船が必要となるのは従来と変わりはない。

さらに、プラスチック保護部材と基礎材との間には通常、防食材や緩衝材が介在しているので、たとえプラスチック保護部材を透明としても、基礎材表面の錆をプラスチック保護部材の外部から発見するのは容易ではなかった。

本願発明は、基礎材表面に、例えばペトロラタムなどの防食材を密着させ、この上を保護カバーで被覆した構造の被覆防食体において、防食被覆構造の一部を取り外すことなく、また調査用の船や潜水士を使うことなく簡単に実施でき、しかも信頼性の高い、被覆防食体内部の腐食環境を検知する方法を提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するため被覆防食体内部の腐食検知方法を次のように構成した。

１、防食体と、防食体の外周を覆う保護カバーとから構成され、土中、水中および水面上にわたって構築された基礎材に取り付けて基礎材の腐食を防止する被覆防食体において、被覆防食体の内部に、水中で電位の異なる少なくとも一対の電極を取り付け、被覆防食体の内部に水が浸入して流れる電極間の電流を検出し、被覆防食体の内部状態を検知することとした。

水中で基礎材（鉄）が腐食すると、以下の反応が起こる。

Ｆｅ → Ｆｅ^２＋＋２ｅ⁻ （式１）
１／２０_２＋Ｈ_２０＋２ｅ⁻ → ２０Ｈ⁻ （式２）
すなわち、式１のように鉄原子がイオンとなって水中に溶け出す（アノード反応）とともに、式２のように水中に溶解している酸素が式１の電子を受け取り水酸化物イオンになる（カソード反応）。したがって、腐食反応の過程においては、図５に示すように金属内部に腐食電流が流れる。現実にはこの電流を測定することはできないため、図６に示すように水中で電位の異なる金属を組み合わせ、アノードとカソードとを分離し、腐食反応に伴う腐食電流を測定することで、基礎材が腐食していることを検知することができる。

例えば電極を炭素鋼と銅とすることで、海水中では炭素鋼の電位の方が低いので炭素鋼がアノード、銅がカソードとなって電流が流れる。この原理を応用して、被覆防食体内部に水中で電位の異なる少なくとも一対の金属や合金を埋め込み、これらを電極として電線等を接続して電流を測定できるようにしておけば、海水が浸入した際に腐食電流が検出されるので、被覆防食体内部が腐食環境にあることを検知することができる。一対の電極を構成する材料の組み合わせは、電位が異なる金属あるいは合金であれば特に限定しない。

２、防食体と、防食体の外周を覆う保護カバーとから構成され、土中、水中および水面上にわたって構築された基礎材に取り付けて基礎材の腐食を防止する被覆防食体において、被覆防食体の内部に、水中で基礎材と電位の異なる電極を基礎材と電気的に絶縁した状態で取り付け、被覆防食体の内部に水が浸入して流れる電極と基礎材間の電流を検出し、被覆防食体の内部状態を検知することとした。

このように被覆防食体内部に水中で基礎材とは電位の異なる金属や合金を電極として取り付け、この電極と基礎材とに電線等接続して電流を測定できるようにしておくことにより、１の方法と同様に被覆防食体内部が腐食環境にあることを検知することができる。電極を構成する材料は、基礎材と電位が異なる金属あるいは合金であれば特に限定しない。

３、１の被覆防食体内部の腐食検知方法において、電極の材料が、基礎材と同一または同等の金属と、基礎材よりも水中で高い電位を示す金属であることとした。

すなわち基礎材を鋼材としたときは、電極の一方を炭素鋼またはそれと同等の金属とし、電極の他方を、例えばステンレス鋼等の鉄合金、銅および銅合金、ニッケルおよびニッケル合金、チタン、タンタル、タングステンおよび貴金属等、炭素鋼よりも水中で高い電位を示す材料とした。更に、基礎材を鋼材よりも水中で電位の高い金属としたときは、基礎材の材料と同一または同等の金属をアノードとし、カソードにこれよりも水中で電位の高い金属を組み合わせて電極を構成する。

このように、電極の材料を、基礎材の材料と同一または同等の金属と、基礎材の材料よりも水中で高い電位を示す金属との組み合わせとすることにより、基礎材の材料と同一または同等の金属で形成した電極に腐食が発生することから、基礎材の腐食を正確に評価することができる。

これに対して逆に基礎材よりも水中で低い電位を示す金属、例えばマグネシウムと炭素鋼と組み合わせて電極を構成した場合、マグネシウムがアノードとなり、式３に示すようにマグネシウムイオンとなって水中に溶け出し、炭素鋼の表面では主として、式４に示すカソード反応が起こる。

Ｍｇ → Ｍｇ^２＋＋２ｅ⁻ （式３）
２Ｈ_２０＋２ｅ⁻ → Ｈ_２ ＋２０Ｈ⁻ （式４）
この反応は、上記（式１）（式２）に示した鉄が腐食するときの反応と異なっており、かかる反応を生じさせる電極では、鋼材が大部分を占める基礎材の腐食を正しく評価することができない。

４、２の被覆防食体内部の腐食検知方法において、電極の材料が、水中で基礎材よりも高い電位を示す金属であることとした。

このように電極の材料を、基礎材よりも水中で高い電位を示す材料とすることにより、３の方法と同様基礎材の腐食性をより正確に評価することができる。

５、１から４の被覆防食体内部の腐食検知方法において、電極を、基礎材と防食材との間に基礎材と電気的に絶縁された状態で取り付けた。

プラスチック製のカバーや発泡ポリエチレンシートの経年劣化やこれらへの外力などにより、被覆防食体と基礎材との密着が悪くなったりプラスチック製カバー等に亀裂が生じたりした場合に、防食材に海水が浸入して基礎材表面に到達するよりも、防食材と基礎材との間から海水が浸入する方が概して速く、これによって基礎材が腐食することが多い。

このため５の方法のように電極を、基礎材と直接メタルタッチしないように基礎材と防食材との間に取り付けることにより、被覆防食体内部が腐食環境になっているかどうかをいち早く知ることができる。

被覆防食体の水中部に海水が浸入すると、浸入した海水量に従い電極間、あるいは電極と基礎材との間を流れる電流が次第に大きくなる。したがって電極間、あるいは電極と基礎材に流れる電流を計測することにより、水の検知、すなわち防食材の劣化度を検知することができる。

この電流を地上などで測定できるようにしておけば、防食被覆構造の一部を取り外すことも、調査用の船や潜水士を使うこともなく簡単に、しかも高い信頼性のもとに、被覆防食体内部の腐食環境を検知することができる。

被覆防食体と基礎材との密着が悪くなったりプラスチック製カバー等に亀裂が生じて、防食材と基礎材との間から海水が浸入した場合においても、基礎材と防食材との間に電極が取り付けてあることから、被覆防食体内部が腐食環境になっているかどうかをいち早く知ることができる。

電極を、水中で基礎材よりも高い電位を示す金属とすると、基礎材の腐食をより正確に評価することができる。

以下に図面を参照して、本発明にかかる被覆防食体内部の腐食検知方法について説明する。

図４に、被覆防食体を施した基礎材としての鋼管杭を示す。

鋼管杭５０は、円筒状の鋼管からなる杭で、図１に示すように下部が底５４の内部に埋設され、頂部が鉄筋コンクリート製の上部構造物５２内に埋め込まれ、上部と下部の中間部分は海水などの水中に浸漬されている。鋼管杭５０の外周には、水中部分から上部構造物５２の下側の間にかけて被覆防食体２が設けられている。

被覆防食体２は、ペトロラタム系ペーストテープ１２と、ペトロラタム系防食テープ１３と、発泡ポリエチレンシート等からなる緩衝材１４と、プラスチック製の保護カバー１５からなり、図２、図４に示すように表面にケレンなどの下地処理を行った鋼管杭５０に、ペトロラタム系ペーストテープ１２を取り付け、ペトロラタム系ペーストテープ１２の上にペトロラタム系防食テープ１３を螺旋状に巻き付け、更に緩衝材１４を介して保護カバー１５をねじなどで固定して設けられている。ペトロラタム系ペーストテープ１２とペトロラタム系防食テープ１３の双方を合わせて防食材３とする。

防食材３の層間、例えばペトロラタム系ペーストテープ１２とペトロラタム系防食テープ１３との間には、図１に示すように電極４および５が所定の間隔を離して取り付けられている。電極４と５は、水中に浸漬したときにそれぞれ異なった電位を示す金属からなり、電極４が電位の高い金属（カソード）、電極５が電位の低い金属（アノード）で形成されている。

電極４と５にはそれぞれ電線６が接続してあり、電線６は被覆防食体２の内部を通って地上まで延び、電流計２０に接続してある。

これにより、防食材３内に水が浸入し、電極４と電極５の間に電位差が発生すると、電流計２０で電極４と電極５の間を流れる電流が検出される。このことにより、何かしらの原因により防食材３の内部に水が浸入し、鋼管杭５０が腐食される環境にあることが電流計２０の数値から確実に検知できる。

また、電極４と５を、図２に示すように鋼管杭５０の表面に取り付けてもよい。この場合には電極４と５の片面に絶縁塗料を塗布したり、絶縁樹脂板等を貼り付けて、電極４と５が鋼管杭５０と直接メタルタッチしないようにして、鋼管杭５０との間での電気的絶縁を保持する。これにより、鋼管杭５０と防食材３の間に水が浸入したことをいち早く検知することができる。

尚電極４と５は、防食材３の異なる層にそれぞれ取り付けても、一方を鋼管杭５０表面に取り付け、他方を防食材３の内部や防食材３と緩衝材１４の間に取り付けてもよい。更に、防食材３の内部にあらかじめ電極４と５とを埋め込んだものとしても良い。

更に電極４と５は一対に限らず、複数の一対の電極４等を被覆防食体２の内部の各所、あるいは各層に取り付け、これらを流れる電流を定期的に、あるいは随時検出することにより、更に精度よく防食材３への水の浸入を検知できる。

次に他の例を説明する。

この例は図３に示すように、鋼管杭５０と防食材３との間に電極７を取り付け、電極７と鋼管杭５０にそれぞれ電線６を接続させ、電流計２０で電極７と鋼管杭５０との間の電流を計測可能とした。電極７は、水中で鋼管杭５０の電位と異なる電位を有する材料からなり、鋼管杭５０と電気的絶縁した状態で鋼管杭５０に取り付けられている。例えば電極７を銅合金など鋼管杭５０の電位より電位の高い金属とし、鋼管杭５側をアノードとして構成する。

その他の符号を付したものは上記例の構成と同じであるので説明を省略する。

このように構成すると、鋼管杭５０の表面まで水が浸入すると、鋼管杭５０をアノードとして電極７との間に電流が流れ、この電流を電流計２０で検出することにより鋼管杭５０の腐食状態を外部から直接知ることができる。

尚、電極７の取り付け位置は特に限定せず、更に複数の電極７を被覆防食体２の内部の各所、あるいは各層に取り付け、これらを流れる電流を定期的に、あるいは随時検出することにより、更に精度よく防食材３への水の浸入を検知できる。

また、上記いずれの例においても電流計２０は常時接続させるのではなく、必要に応じて電線６に接続させて、電極４と電極５の間、あるいは電極７と鋼管杭５０と間の電流を検知するようにしてもよい。

本発明にかかる被覆防食体内部の腐食検知方法の一実施形態を示す側面図である。 被覆防食体を示す断面図である。 他の実施形態を示す側面図である。 鋼管杭と被覆防食体を示す斜視図である。 水中での腐食状態を示す説明図である。 電流の発生状態を示す概略構成図である。

符号の説明

２ 被覆防食体
３ 防食材
４、５、７ 電極
６ 電線
１２ ペトロラタム系ペーストテープ
１３ ペトロラタム系防食テープ
１４ 緩衝材
１５ 保護カバー
２０ 電流計
５０ 鋼管杭
５２ 上部構造物
５４ 底

Claims (5)

1. 防食体と、該防食体の外周を覆う保護カバーとから構成され、土中、水中および水面上にわたって構築された基礎材に取り付けて該基礎材の腐食を防止する被覆防食体において、該被覆防食体の内部に、水中で電位の異なる少なくとも一対の電極を取り付け、該被覆防食体の内部に水が浸入して流れる前記電極間の電流を検出し、前記被覆防食体の内部状態を検知することを特徴とした被覆防食体内部の腐食検知方法。
2. 防食体と、該防食体の外周を覆う保護カバーとから構成され、土中、水中および水面上にわたって構築された基礎材に取り付けて該基礎材の腐食を防止する被覆防食体において、該被覆防食体の内部に、水中で前記基礎材と電位の異なる電極を前記基礎材と電気的に絶縁した状態で取り付け、該被覆防食体の内部に水が浸入して流れる前記電極と前記基礎材間の電流を検出し、前記被覆防食体の内部状態を検知することを特徴とした被覆防食体内部の腐食検知方法。
3. 一方の電極の材料が、基礎材と同一または同等の金属であり、他方の電極の材料が、基礎材よりも水中で高い電位を示す金属であることを特徴とした請求項１に記載の被覆防食体内部の腐食検知方法。
4. 電極の材料が、水中で基礎材よりも高い電位を示す金属であることを特徴とした請求項２に記載の被覆防食体内部の腐食検知方法。
5. 電極を、基礎材と防食材との間に該基礎材と電気的に絶縁された状態で取り付けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆防食体内部の腐食検知方法。

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