JP2008157647A

JP2008157647A - Ａｃｍセンサによる構造物の腐食速度推定方法

Info

Publication number: JP2008157647A
Application number: JP2006343780A
Authority: JP
Inventors: Takao Matsunaga; 高雄松永; Yoshio Takagi; 愛夫高木; Mikiyuki Ichiba; 幹之市場; Teruhisa Tatsuoka; 照久龍岡; Takao Suzuki; 貴雄鈴木; Tadashi Shinohara; 正篠原; Shinichi Motoda; 慎一元田
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JP4724649B2

Abstract

【課題】データロガーを設置せずにＡＣＭセンサのみを設置した構造物の腐食量や腐食性を、簡易に評価可能な、ＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法を提供する。
【解決手段】実構造物の表面部位に、出力電流の経時データが測定可能なように一定期間設置された基準ＡＣＭセンサの経時出力電流データに基づいて、電気量を求める工程（１）と、実構造物の表面部位にアノードとカソード間を導通させた状態で一定期間設置した被評価ＡＣＭセンサを、基準ＡＣＭセンサとともに恒温恒湿条件下に置き、それぞれの出力電流を測定する工程（２）と、前記基準ＡＣＭセンサの出力電流と前記被評価ＡＣＭセンサの出力電流との関係および、基準ＡＣＭセンサの電気量に基づいて、前記被評価ＡＣＭセンサの電気量を求める工程（３）と、工程（３）で求めた電気量と予め設定した電気量と腐食速度との関係に基づいて、実構造物の推定腐食速度を求める工程（４）とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＡＣＭ（Atmospheric Corrosion Monitor）センサによる構造物の腐食速度推定方法に関する。

ＡＣＭセンサは大気環境の腐食性を定量的に評価するツールである。その構成は、図１１（（Ａ）はセンサ表面を示す平面図、（Ｂ）はその中央部の拡大断面図である）に模式的に示すように、ＡＣＭセンサ１は、鋼基板２の表面に絶縁ペースト３と導電ペースト４を積層したものであり、鋼基板２と導電ペースト４からそれぞれ導線２ａ，４ａが引き出され、無抵抗電流計等の計測器５に接続される。鋼基板表面の露出部がセンサのアノード（陽極）となり、導電ペーストがカソード（陰極）となる。

ＡＣＭセンサの測定原理は、次にように考えられている。すなわち、センサの置かれた環境が乾燥状態で表面になにも堆積していない時（初期）には、絶縁ペースト３によりアノード（鋼基板２）とカソード（導電ペースト４）が絶縁されているので、その間に電位は発生せず電流は計測されない。センサ表面の導電性ペースト（Ａｇ）と鋼基板（Ｆｅ）を絶縁して配置した部分に、雨や露により水膜が形成されると、両金属間を水膜が連結するので、金属間の電位差によりガルバニック電流が生じる。このガルバニック電流は、鋼材料や亜鉛材料の腐食量に対して相関があることから、腐食速度を定量評価できるものである（特許文献１、非特許文献１参照）。

金属の腐食性に影響を与える因子としては、温度、湿度、降雨、大気中を飛来している海塩や腐食性ガス（ＳＯｘ）などが挙げられるが、ＡＣＭセンサは、これら複雑な環境因子により電気化学的に発生する鋼の腐食電流を直接計測することができるので、ＡＣＭセンサの出力電流値を解析することにより、環境の腐食性を直接、かつ定量的に評価することができる。

そのため現に、図１２に使用例を示したように、ＡＣＭセンサ１を温湿度センサ７と共に鉄塔や橋梁などの鋼構造物の脚部や高所に設置し、時間ごとの出力電流を測定したものを電流を記録する装置（データロガー）６に記録し、記録されたデータに基づいて、大気環境における腐食性を測定する方法を実施している。ＡＣＭセンサは暴露により腐食して劣化するため、適切なデータを得るには定期的な交換が必要である。
特開２００１−２０１４５１号公報材料と環境：４３，５５０（１９９４）

しかしながら、ＡＣＭセンサの電流を計測するためには、電流を記録する装置（データロガー）が必要であるが、データロガーは高額であるため複数地点の環境評価を同時に実施する場合の測定費用が高額となり、また、多数のＡＣＭセンサにデータロガーを接続すると配線の負担が大きいという課題がある。

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あり、データロガーを設置した構造物の腐食性評価に基づいて、データロガーを設置せずにＡＣＭセンサのみを設置した構造物の腐食量や腐食性を簡易に評価可能な、ＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、データロガーに記録された基準ＡＣＭセンサの出力電流値と暴露時間に基づいて、ある地点における構造物の腐食性を評価すると共に、他の地点においては、データロガーを設置せずにＡＣＭセンサのみを実環境に暴露した後、これを撤去して一定の温度湿度条件下に暴露して出力電流値を測定し、この測定電流値から電気量を求めることにより、予め設定されている電気量と腐食速度の関係式を用いて腐食速度を推定することが可能となり、単数のデータロガーを設置するだけで、構造物の大気環境における腐食性を簡易に評価できるとの知見を得て、本発明に到達した。

また、本発明は、撤去したＡＣＭセンサの測定電流値が異常値を示す場合には、センサ表面の付着イオンの種類や量によって評価対象をグループ分けすることにより、測定電流値と解析電流値との関係式に基づいて精度よく腐食速度を算出でき、単数のデータロガーを設置するだけで、構造物の大気環境における腐食性を簡易に評価できるとの知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明は以下のとおりである。
１）実構造物の表面部位に、出力電流の経時データが測定可能なように一定期間設置された基準ＡＣＭセンサの経時出力電流データに基づいて、電気量を求める工程（１）と、
実構造物の表面部位にアノードとカソード間を導通させた状態で一定期間設置した被評価ＡＣＭセンサを、基準ＡＣＭセンサとともに恒温恒湿条件下に置き、それぞれの出力電流を測定する工程（２）と、
工程（２）における前記基準ＡＣＭセンサの出力電流と前記被評価ＡＣＭセンサの出力電流との関係および、基準ＡＣＭセンサの電気量に基づいて、前記被評価ＡＣＭセンサの電気量を求める工程（３）と、
工程（３）で求めた被評価ＡＣＭセンサの電気量と、予め設定した電気量と腐食速度との関係に基づいて、実構造物の推定腐食速度を求める工程（４）と
を有することを特徴とするＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法、
２）前記被評価ＡＣＭセンサの表面の付着物を分析し解析電流値を求める工程（２−２）と、
該被評価ＡＣＭセンサの恒温恒湿条件下での測定出力電流値と前記解析電流値との相関関係から、被評価ＡＣＭセンサの測定出力電流値を補正する工程（２−３）と
を有することを特徴とする前記１）に記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法、
３）付着物の分析は、付着イオンの種類と量を分析することを特徴とする前記２）に記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法、
４）前記付着物の分析データに基づき、予め被評価ＡＣＭセンサを塩素イオン量が多いグループとそれ以外のグループとにグループ分けした後、各グループごとに解析電流値を求めることを特徴とする前記２）又は３）に記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法、
５）前記グループ分けは、工程（２）で測定された測定電流値に異常値が認められた場合に実行することを特徴とする前記４）に記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法、
６）前記構造物を構成する材料が、鋼、亜鉛、又はアルミニウムであることを特徴とする前記１）〜５）のいずれかに記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法、及び、
７）前記電気量が、積算電気量（Ｃ）又は日平均電気量（Ｃ／ｄａｙ）であることを特徴とする前記１）〜６）のいずれかに記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法。

本発明によれば、データロガーを設置したＡＣＭセンサの出力電流値とその暴露時間に基づいて、電気量と腐食速度との関係を示す基準データを求めると共に、評価対象となる構造物から撤去したＡＣＭセンサの測定電流値から電気量を求め、その電気量と、予め設定した電気量と腐食速度との関係に基づいて、実構造物の推定腐食速度を求めるようにしたので、単一のデータロガーを設置するだけで、複数の構造物の腐食性を簡易に評価することが可能になる。

また、海塩等によってＡＣＭセンサが破損した場合でも、付着物を分析した解析電流値を用いてＡＣＭセンサの測定電流値を補正することにより、センサが破損していない場合と同様に、腐食速度を推定することが可能になる。

なお、本発明は、鉄塔、橋梁、配電機材、住宅等の錆が発生しやすい鋼、亜鉛、アルミ製の構造物のメンテナンスに特に有効な発明である。

以下、本発明に係るＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法の好ましい実施形態を挙げ、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る、ＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法の処理過程を示したフローチャートである。図３は、具体的な処理手順を示すフローチャートである。

まず、データロガーを接続した経時出力電流データを記録可能なＡＣＭセンサ（これを「基準ＡＣＭセンサ」という。）を、特定の構造物（本実施例ではＡ地点の構造物）に設置する（Ｓ（１））。これと並行して、データロガーを接続する代わりに、アノードとカソード間を接続し、腐食電流が通電可能であるＡＣＭセンサ（これを「被評価ＡＣＭセンサ」という。）を、複数地点（本実施例ではＢ地点乃至Ｆ地点）に設置する（Ｓ（４））。設置後は双方のＡＣＭセンサともに一定期間放置し、環境に暴露させる（Ｓ（２）、Ｓ（５））。

工程（１）では、データロガーに記録された基準ＡＣＭセンサの出力電流データから、電気量と構造物の腐食速度（ｍｍ／ｙｅａｒ）との関係を示す基準データを求める（Ｓ（３））。この工程（１）においては、暴露日数（経過時間）に基づいて算出される電気量と、腐食量との関係を求めてグラフ化し、必要に応じて、平均温度（以下、温度という）、平均湿度（以下、湿度という）などの環境因子のデータを合わせて整理する。尚、電気量としては、日平均電気量Ｑｄａｙ（Ｃ／ｄａｙ）、又は積算電気量Ｑ（Ｃ）を用いる。

図４は、Ｆｅ−Ａｇ対型ＡＣＭセンサを用いた時の出力電流値から、日平均電気量（独立変数）Ｑｄａｙと鋼の腐食速度（従属変数）ＣＲについて、それぞれの対数を取って、線形モデルに変換して回帰分析を行った結果を示す図である。図４からわかるように、腐食電流から得られる電気量は、一定範囲において腐食速度のべき乗に比例する。尚、日平均電気量Ｑｄａｙは、ＡＣＭセンサ出力電流値Ｉ（Ａ）を任意の期間積算した値で表される積算電気量Ｑ（Ｃ）（＝Ｉ×時間（ｓｅｃ））の１日当りの積算電気量であり、日平均電気量Ｑ／ｄａｙ（Ｃ／ｄａｙ）＝積算電気量Ｑ（Ｃ）／測定日数によって求められる値である。

工程（２）では、実環境に暴露した基準ＡＣＭセンサ及び被評価ＡＣＭセンサを撤去し、これらの撤去センサを恒温恒湿槽に暴露し、出力電流値を測定する（Ｓ（６））。湿度と出力電流値とは相関があり、湿度が高くなるほど出力電流値が増大する傾向があるため、ＡＣＭセンサを温度及び湿度を制御した一定条件下に暴露することにより、腐食性を適正に評価することができる。

この工程（２）においては、一定間隔で湿度を上下させて、恒温恒湿槽における暴露時間（経過時間）と出力電流値との関係を求める。図５（ａ）乃至（ｆ）はそれぞれ、Ａ地点乃至Ｆ地点に２ヶ月間暴露した後撤去した、各ＡＣＭセンサの恒温恒湿槽における暴露時間（日数）と出力電流（μＡ）との関係を示した特性図である。

図５の（ａ）は第１期、（ｂ）は第２期、（ｃ）は第３期、（ｄ）は第４期、（ｅ）は第５期、（ｆ）は第６期における測定結果であり、各ＡＣＭセンサの暴露時間が同じで、暴露した時期が異なるものである。暴露した時期が冬期の場合（図５（ｅ））は、適正な波形が得られている。一方、暴露した時期が夏期の場合（図５（ｂ））は、適正な波形が得られなくなるが、センサの腐食（消耗）が激しく破損が原因と考えられる。

工程（３）では、データロガーを設置したＡ地点におけるＡＣＭセンサの出力電流データと、適正な波形から求められる測定電流値との関係を示すデータを求める。具体的には、基準ＡＣＭセンサの出力電流値と、被評価ＡＣＭセンサの出力電流値の比から、被評価ＡＣＭセンサの日平均電気量を求める（Ｓ（１２））。

工程（４）では、求めた日平均電気量Ｑ／ｄａｙ（Ｃ／ｄａｙ）と腐食速度（ｍｍ／ｙｅａｒ）との関係を示すデータを用いて、各地点の推定腐食速度を求める。これにより、各地点における腐食速度の相対評価を行うことができる。

以上のように、本実施形態によれば、破損していないＡＣＭセンサの恒温恒湿槽における測定電流値を求めることにより、予め求めておいた基準データによる腐食速度のデータを用いて、腐食速度を推定することが可能となる。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２に係るＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法の処理過程を示したフローチャートである。具体的な処理手順は図３に示されている。

工程（１）では、実施形態１同様、データロガーに記録されたＡＣＭセンサの出力電流データから、電気量と構造物の腐食速度（ｍｍ／ｙｅａｒ）との関係を示す基準データを求める（図４参照）。

工程（２）では、実環境に暴露したＡＣＭセンサを撤去し、撤去センサを恒温恒湿槽に暴露し、出力電流値を測定する。この工程においては、実施形態１同様、暴露時間（経過時間）と出力電流値との関係を求めてグラフ化する（図５参照）。

一方、被評価ＡＣＭセンサの出力電流が適正な波形を示さない（例えば、湿度によって一意に出力電流が定まらない、湿度に対して出力電流が単調増加しない等）場合（Ｓ（７））には、ＡＣＭセンサ表面に付着したイオンの量から、多変量解析により電極間を移動した電気量の単位時間当たりの値（解析電流値）を求める。

具体的には、まず、出力電流が適正な値を示すものについて、以下の式（１）で表される合計イオン量が最小となるａ〜ｉの値を求める。

ここで、[Ｃｌ]は、Ｃｌイオンの付着量（ｇ／ｃｍ^２）である。同様に、[ＮＯ_２]、[ＮＯ_３]、[ＳＯ_４]、[Ｎａ]、[ＮＨ_４]、[Ｋ]、[Ｍｇ]、及び[Ｃａ]は、各イオンの付着量（ｇ／ｃｍ^２）である。

ａ〜ｉが求められたら、これらを用いて以下の式（２）により、解析電流値を算出する。

工程（２−２）では、出力電流値を測定したＡＣＭセンサについて、センサ表面の付着物を分析し、分析データを求める（Ｓ（８））。具体的には、センサ表面の付着物を純水で超音波洗浄した後、洗浄水中のイオンの種類と量を、イオンクロマトグラフィー等の分析装置を用いて測定する。測定されたセンサ表面に付着しているイオンの種類と量を、合わせて整理する。

図６（ａ）乃至（ｆ）は、Ａ地点乃至Ｆ地点から撤去したＡＣＭセンサを、恒温恒湿槽に暴露した後、そのセンサ表面に付着しているイオンの種類と量（ｇ／ｍ^２）との関係を示した特性図である。（ａ）乃至（ｆ）は、Ａ地点乃至Ｆ地点にそれぞれ２ヶ月間暴露したＡＣＭセンサの出力電流を示すデータであるが、季節（測定時期）や環境（測定地点）によってイオン量が異なる特性を示すことがわかる。

本実施形態は、適正な波形を示さない図５（ａ）乃至（ｄ）についても、多変量解析によって解析電気量を求め、この解析電気量から推定腐食速度を求めることを可能にするものである。つまり、工程（２−２）において、撤去したセンサ表面に付着しているイオンの種類と量を測定してデータを収集し、その量の多少から支配因子を決定する。そして、決定した支配因子に基づき評価対象となる収集データをグループ分けして整理する（Ｓ（９））。

具体的には、ＳＯ_４イオン量とＣｌイオンの量の比、[ＳＯ_４]／[Ｃｌ]が５以下のものをＣｌイオンが多いグループ（Ｃｌ支配型群）、それ以外のものをＳＯ_４支配型群とする。

図７は、全期間の測定電流値（独立変数）と付着物イオン量から求めた解析電流値（従属変数）との関係を示した図である。図７に示すように、グループ分けしない場合は、測定電流値と解析電流値との間に相関はみられない。

次に、工程（２−３）では、グループ分けした各グループごとに、測定電流値と付着物イオン量から求めた解析電流値との関係を示すデータを求める。具体的には、測定電流値（独立変数）Ｘ、解析電流値（従属変数）Ｙについてそれぞれの数値を取って、プロットする（Ｓ（１０））。その結果を図８（Ｃｌ支配型群）、図９（ＳＯ_４支配型群）に示す。図８及び図９からわかるように、測定電流値と解析電流値はよい相関関係を示している。

次に、工程（３）では、破損したセンサの出力電流値を、解析電流値をもって推定する（Ｓ（１１））。さらに、センサの解析電流値と暴露期間とから各地点における電気量を推定し（Ｓ（１２））、推定した電気量から日平均電気量を算出する。

そして、工程（４）では、工程（１）で求めた日平均電気量Ｑ／ｄａｙ（Ｃ／ｄａｙ）と構造物の腐食速度（ｍｍ／ｙｅａｒ）との関係を示すデータを用いて、各地点の推定腐食速度を求める（Ｓ（１３））。これにより、各地点における腐食速度の相対評価を行うことができる。

図１０は、上記の方法で求めた各地の出力電流解析値と鋼の推定腐食速度との関係を示した図である。図１１から、Ｂ地点及びＣ地点は、Ａ地点に比べて鋼の大気環境における腐食性が高く、一方Ｄ、Ｅ及びＦ地点は、Ａ地点に比べて鋼の大気環境における腐食性が低いことがわかる。

上記実施形態１〜２では、Ｆｅ−Ａｇ対型ＡＣＭセンサを用いた実施例について説明したが、Ａｌ−Ａｇ対型ＡＣＭセンサ、Ｚｎ−Ａｇ対型ＡＣＭセンサを用いて同様の方法にて腐食性を評価することもできる。

本発明の実施形態１に係るＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法の処理過程を示したフローチャートである。本発明の実施形態２に係るＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法の処理過程を示したフローチャートである。本発明に係るＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度の推定方法の処理手順を示したフローチャートである。日平均電気量と腐食速度との関係を示した特性図である。暴露時期が異なるＡＣＭセンサの恒温恒湿槽における出力電流の値（測定電流値）を示した特性図である。暴露時期が異なるＡＣＭセンサに付着したイオンの種類と量を示した特性図である。全期間のＡＣＭセンサの恒温恒湿槽における出力電流の値（測定電流値）と解析電流値との関係を示した特性図である。Ｃｌイオンが支配因子となるグループ（Ｃｌ支配型群）の測定電流値と解析電流値との関係を示した特性図である。ＳＯ_４イオンが支配因子となるグループ（ＳＯ_４支配型群）の測定電流値と解析電流値との関係を示した特性図である。Ａ乃至Ｆ地点の出力電流解析値（解析電流値）と鋼の推定腐食速度との関係を示した図である。ＡＣＭセンサの構成図である。大気環境の評価方法の構成図である。

符号の説明

１ＡＣＭセンサ
２鋼基板
３絶縁ペースト
４導電ペースト
５無抵抗電流計
６データロガー
７温湿度センサ

Claims

実構造物の表面部位に、出力電流の経時データが測定可能なように一定期間設置された基準ＡＣＭセンサの経時出力電流データに基づいて、電気量を求める工程（１）と、
実構造物の表面部位にアノードとカソード間を導通させた状態で一定期間設置した被評価ＡＣＭセンサを、基準ＡＣＭセンサとともに恒温恒湿条件下に置き、それぞれの出力電流を測定する工程（２）と、
工程（２）における前記基準ＡＣＭセンサの出力電流と前記被評価ＡＣＭセンサの出力電流との関係および、基準ＡＣＭセンサの電気量に基づいて、前記被評価ＡＣＭセンサの電気量を求める工程（３）と、
工程（３）で求めた被評価ＡＣＭセンサの電気量と、予め設定した電気量と腐食速度との関係に基づいて、実構造物の推定腐食速度を求める工程（４）と
を有することを特徴とするＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法。
前記被評価ＡＣＭセンサの表面の付着物を分析し解析電流値を求める工程（２−２）と、
該被評価ＡＣＭセンサの恒温恒湿条件下での測定出力電流値と前記解析電流値との相関関係から、被評価ＡＣＭセンサの測定出力電流値を補正する工程（２−３）と
を有することを特徴とする請求項１に記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法。
付着物の分析は、付着イオンの種類と量を分析することを特徴とする請求項２に記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法。
前記付着物の分析データに基づき、予め被評価ＡＣＭセンサを塩素イオン量が多いグループとそれ以外のグループとにグループ分けした後、各グループごとに解析電流値を求めることを特徴とする請求項２又は３に記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法。
前記グループ分けは、工程（２）で測定された測定電流値に異常値が認められた場合に実行することを特徴とする請求項４に記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法。
前記構造物を構成する材料が、鋼、亜鉛、又はアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法。
前記電気量が、積算電気量（Ｃ）又は日平均電気量（Ｃ／ｄａｙ）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＡＣＭセンサによる構造物の腐食速度推定方法。