JP2008309524A - コンクリート内部の鉄筋腐食度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定が適切に行なわれているかどうかを測定途中に確認できる鉄筋腐食度測定方法を提供する。
【解決手段】対極２０の設置位置が適切である場合（鉄筋１２の直上に対極２０が設置されている場合）、周波数毎に算出されるインピーダンスＺの値をコール・コールプロット図に表したときの軌跡は半円形状となる。一方、対極２０の設置位置が不適切である場合（鉄筋１２の直上からずれた位置に対極２０が設置されている場合）には、周波数毎に算出されるインピーダンスＺの値をコール・コールプロット図に表したときの軌跡が半円形状を描かない。したがって、周波数毎に算出されるインピーダンスＺの値をその算出の度にコール・コールプロット図として表示装置上に描画していけば、得られた軌跡が半円形状を描くかどうかを確認することによって測定が適切に行なわれているかどうかを判断することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流インピーダンス法を利用した鉄筋コンクリート構造物の鉄筋腐食度測定方法の改良に関する。

鉄筋コンクリート構造物の鉄筋腐食度を判定するために、交流インピーダンス法を利用して鉄筋腐食度を測定することが一般に行なわれている（特許文献１）。

この交流インピーダンス法を利用した従来の鉄筋腐食度測定方法は、コンクリート内部に埋設されている鉄筋とコンクリート母材の表面に設けた対極との間に周波数を変えながら交流電圧を印加し、鉄筋と対極との間に形成される等価回路の応答特性（具体的には、鉄筋と対極との間に流れる電流およびその位相角）を測定するというものである。なお、測定により得られた位相角の大小を解析すれば、鉄筋の腐食度を判定することができる。

交流インピーダンス法を利用した従来の鉄筋腐食度測定方法において或る測定点における位相角を求めるためには、極めて広い周波数領域（例えば、１ｍＨｚから１０ｋＨｚの周波数領域）の中から多数（２０〜３０波程度）の周波数を選択し、これら選択した複数の周波数の全てについてインピーダンスを求めておき、得られたインピーダンスに基づいてコール・コールプロット図を作成する必要がある。したがって、判定結果を得るまでには、非常に膨大な作業時間を必要としていた。
特開２００４−１７７１２４号公報

交流インピーダンス法を利用した鉄筋腐食度の測定において測定を精度良く行なうためには、測定を行なう際に対極を鉄筋の直上に設置する必要がある。

ところが、鉄筋はコンクリート母材の内部に埋設されているため、対極が鉄筋の直上に正しく設置されているかどうかを目視で確認することはできない。

そのため、従来では、測定結果である位相角の値が異常値を示すかどうかを判断することによって測定が適切に行なわれていたかどうかを事後的に判断していたのであるが、上述したように、判定結果を得るまでには膨大な時間を必要とするため、測定が正しく行なわれていなかったことが判明した場合には膨大な時間をかけて測定をやりなおさなければならず、時間効率が非常に悪いという問題があった。

それゆえに、本願発明の目的は、測定が適切に行なわれているかどうかを測定途中に確認できる鉄筋腐食度測定方法を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「コンクリート母材１４中に埋設されている鉄筋１２を作用電極とし、計測点におけるコンクリート母材１４の表面に対極２０を設置し、鉄筋１２と対極２０との間に二種以上の周波数の交流電圧を印加することによって鉄筋１２の腐食度を測定する鉄筋腐食度の測定方法において、印加電圧Ｖと、鉄筋１２と対極２０との間に流れる電流Ｉの大きさと、印加電圧Ｖに対する位相角φとに基づいて鉄筋１２と対極２０との間のインピーダンスＺを周波数毎に算出し、周波数毎に算出されたインピーダンスＺを、その算出の都度、コール・コールプロット図３４として表示装置３０ｂに表示させるようにした」ことを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食測定方法である。

本発明は、「対極２０の設置位置と、測定により得られるインピーダンスＺをコール・コールプロット図に表わしたときの軌跡との間に相関関係がある」という新規な発見に基づいてなされたものである。

つまり、対極２０の設置位置が適切である場合（鉄筋１２の直上に対極２０が設置されている場合）、周波数毎に算出されるインピーダンスＺの値をコール・コールプロット図に表したときの軌跡は半円形状となる。一方、対極２０の設置位置が不適切である場合（鉄筋１２の直上からずれた位置に対極２０が設置されている場合）には、周波数毎に算出されるインピーダンスＺの値をコール・コールプロット図に表したときの軌跡が半円形状を描かず歪な形となる。

したがって、周波数毎に算出されるインピーダンスＺの値をその算出の度にコール・コールプロット図３４として表示装置３０ｂ上に順次描画していけば、得られる軌跡が半円形状を描くかどうかを確認することによって測定が適切に行なわれているかどうかを判断することが可能となる。

この発明では、測定が適切に行なわれているかどうかを視覚的に確認しながら測定することが可能となる。したがって、表示装置に順次描かれるコール・コールプロット図を見て測定が適切に行われていないと判断できるような場合には、すぐに測定を終了して再測定に取りかかることができ、再測定までに要する時間を大幅に短縮できる。

本発明が適用された「鉄筋腐食度の測定方法」は、図１に示すように、鉄筋コンクリート構造物１０を構成する鉄筋１２の腐食の程度を交流インピーダンス法を利用して測定する方法の改良に関するものである。

鉄筋コンクリート構造物１０の内部には、図１に示すように、複数の鉄筋１２が互いに導通するように縦横に配設され、かつ、結束されており、これらの鉄筋１２がコンクリート母材１４中にほぼ一定の深さで埋設されている。

コンクリート母材１４中には水分子が存在しているため、鉄筋１２の表面では、酸化還元反応が進行する。つまり、鉄筋１２からコンクリート母材１４に向かって鉄イオンが移動し、鉄筋１２中には電子が残留することによって鉄筋１２の腐食が徐々に進行するのである。

このようにして鉄筋１２とコンクリート母材１４との界面に腐食が生じると、鉄筋１２から飛び出した鉄イオンと電子とが界面において対峙した形態をとり、図２に示すような抵抗１６とコンデンサ１８との並列回路、すなわち電気二重層等価回路ａが界面に構成される。このような電気二重層等価回路ａを構成する部分は、一般に「電気二重層部」と称される。

また、図１に示すように、鉄筋１２を作用電極として、計測点におけるコンクリート母材１４の表面に対極２０を設置すると、鉄筋コンクリート構造物１０においては、鉄筋１２とコンクリート母材１４との界面だけでなく、コンクリート母材１４中や、コンクリート母材１４と対極２０との界面にも電気二重層等価回路ａ（ａ₁〜ａ₃）が構成されることになる。したがって、計測系の全体では、図３に示すように、３つの電気二重層等価回路ａ（ａ₁〜ａ₃）が直列に接続された等価回路Ａが構成されることになる。

次に、その測定方法について説明する。まず、或る測定点において、対極２０と作用電極となる鉄筋１２との間に一定の交流電圧（数ｍＨｚ〜数ｋＨｚ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。）の周波数が選択される）を印加し、それぞれの周波数において鉄筋１２と対極２０との間における全体のインピーダンスＺ＝Ｘ＋ｊＹ（ｊは虚数単位）を測定装置（例えば、ロックインアンプがその一例として挙げられる）により測定する。

なお、コンクリート母材１４中における鉄筋１２の界面に生じる電気二重層部の静電容量Ｃ３は、１ｃｍ²当たり数十マイクロファラドといわれており、対極２０とコンクリート母材１４との間の静電容量Ｃ１やコンクリート母材１４の静電容量Ｃ２に比べて十分大きい。そのため、大きな電気二重層部の静電容量Ｃ３に対して静電容量Ｃ１、Ｃ２を無視する事が出来、測定により得られるインピーダンスＺの値を、鉄筋１２とコンクリート母材１４との界面における電気二重層部のインピーダンスの値として取り扱うことができる。

測定により得られたインピーダンスＺ（上述したように、鉄筋１２とコンクリート母材１４との界面における電気二重層部のインピーダンスの値として取り扱うことができる。）のうち、実数部Ｘを横軸に、虚数部Ｙを縦軸にとり、或る測定点におけるインピーダンス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模式図が図４である。

コール・コールプロット図の曲線は、鉄筋１２とコンクリート母材１４との界面にお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１４中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、コンクリート母材１４と対極２０との界面において発生する並列接続された抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の組毎に半円を繋いだ３つの山状態を示す（図４においては、左側から右側に行くほど低周波領域となる）。

なお、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は電荷移動抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２の組であり、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。

こうして得られたコール・コールプロット図を参照し、原点（０，０）から第３の半円部Ｓ３上の測定点（Ｘ、Ｙ）を結ぶ直線と、Ｘ軸とが成す角度（これが位相角φである。）を求める。

位相角φは、抵抗値Ｒ１、Ｒ２の影響を受けるものの電気二重層部の静電容量Ｃ３の大小に依存しているので、その値が小さくなるほど、鉄筋１２の腐食が進行していないことを示す。換言すれば、或る測定点において、適当な低周波数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の位相角φと比較することで鉄筋１２の状態を推測する事が出来るようになる。

なお、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１２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１２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。

次に、腐食度測定装置２２について説明する。腐食度測定装置２２は、図１に示すように、対極２０および照合電極２４と協働して腐食測定システム２６を構成するものであり、アンプ部２８とパソコン部３０とによって構成されている。

アンプ部２８は、鉄筋１２と対極２０との間に所定の交流電圧を付与するとともに、インピーダンスＺの計測に必要な各種信号を取得するものであり、このアンプ部２８には、図３に示した電流計３２が組み込まれている。そして、アンプ部２８の２つの出力端子に鉄筋１２および対極２０が接続され、照合端子（図示省略）に自然電位を取得するための照合電極２４が接続されている。

パソコン部３０は、各種演算を実行する演算装置と、制御または測定に必要な種々のデータを入力する入力装置（キーボードまたはマウス等）３０ａと、データを記憶する記憶装置（ハードディスク等）と、データを表示するための表示装置（液晶ディスプレイ等）３０ｂとを備えている。そして、腐食測定の際には、印加電圧Ｖ、計測周波数、検波数、電流レンジ等の設定データが入力装置３０ａから入力され、これらの設定データに基づいて、アンプ部２８の出力が制御される。また、演算装置では、印加電圧Ｖに対応する電流ＩおよびインピーダンスＺが算出され、記憶装置では、各周波数における生波形データ、電流値（実効値）およびインピーダンスＺ等が記憶され、表示装置３０ｂでは、交流インピーダンスＺの軌跡がコール・コールプロット図３４上に描画される。

ここで重要な点は、演算装置において周波数毎のインピーダンスＺが算出されると、その算出の都度、インピーダンスＺの値がコール・コールプロット図３４として表示装置３０ｂに順次描画されることである。なお、図５は、測定点Ｐ１〜Ｐ３におけるインピーダンスＺの値をコール・コールプロット図３４として表示装置３０ｂに描画した状態を示した図である。

対極２０の設置位置が適切である場合（鉄筋１２の直上に対極２０が設置されている場合）、周波数毎に算出されるインピーダンスＺの値をコール・コールプロット図に表したときの軌跡は半円形状となる（図５のＰ１、Ｐ２を参照）。

これに対し、対極２０の設置位置が不適切である場合（鉄筋１２の直上からずれた位置に対極２０が設置されている場合）には、周波数毎に算出されるインピーダンスＺの値をコール・コールプロット図に表したときの軌跡が半円形状を描かない（図５のＰ３を参照）。

このように、測定結果であるインピーダンスＺの値をコール・コールプロット図３４に表わしたときの軌跡を表示装置３０ｂ上で確認することにより、現在行われている測定が適切に行なわれているか否かを判断することができるのである。

なお、表示装置３０ｂにコール・コールプロット図３４を表示する際、基準となるインピーダンスの軌跡（図５の二点鎖線を参照）を同時に表示させておけば、上記判断を容易く行なうことが可能となる。

以上のようにして判断した結果、測定が適切に行なわれていないと判断した場合には、直ちに測定を終了して再測定に取りかかることが可能となるので、再測定までに要する時間を大幅に短縮することが可能となる。

なお、本願発明は、その前提として交流インピーダンス法を利用さえしていれば、他の統計的手法による腐食度測定法にも適用が可能である。

たとえば、特開２００７−１７４０５号のように静電容量に基づく統計的手法によって鉄筋の腐食度を評価するような場合であっても、その前提として交流インピーダンス法を利用して鉄筋の腐食度を測定するものであれば適用が可能である。

交流インピーダンスの測定方法を示す図である。 鉄筋とコンクリート母材との界面における等価回路図を示す図である。 鉄筋コンクリート構造物全体の等価回路図を示す図である。 交流インピーダンス法を利用して作成されたコール・コールプロット図の模式図である。 測定結果である交流インピーダンスの値を表示装置にコール・コールプロット図で表した状態を示す図である。

符号の説明

１０…鉄筋コンクリート構造物
１２…鉄筋
１４…コンクリート母材
１６…抵抗
１８…コンデンサ
２０…対極
２２…腐食度測定装置
２２ａ…アンプ部
２２ｂ…パソコン部
２４…照合電極
２６…腐食度測定システム
２８…電流計

Claims (1)

1. コンクリート母材中に埋設されている鉄筋を作用電極とし、計測点におけるコンクリート母材の表面に対極を設置し、前記鉄筋と前記対極との間に二種以上の周波数の交流電圧を印加することによって前記鉄筋の腐食度を測定する鉄筋腐食度の測定方法において、
   前記印加電圧と、前記鉄筋と前記対極との間に流れる電流の大きさと、前記印加電圧に対する位相角とに基づいて前記鉄筋と前記対極との間のインピーダンスを周波数毎に算出し、
   周波数毎に算出された前記インピーダンスを、その算出の都度、コール・コールプロット図として表示装置に表示させるようにしたことを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食度測定方法。