JP2012220295A - 腐食状況調査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】継続使用ができる状態で、コンクリートに埋設されている鋼材の腐食状況が調査できるようにする。
【解決手段】まず、コンクリート中に埋設された鋼材を作用電極とし、参照電極および対極が配設された電解質溶液を既知の面積でコンクリート表面に接触させ、ポテンショスタットを用いた作用電極の電位および作用電極と対極との間に流れる電流（腐食速度）を測定する方法により、異なる複数の腐食の程度でコンクリート柱に埋設された鋼材の各々腐食電位を求めて得られた異なる複数の既知の腐食の程度と腐食電位との関係より第１基準を作成する。次に、上述した測定方法で腐食速度が異なる複数の腐食環境で上記鋼材の各々腐食電流密度を求めて得られた異なる複数の既知の腐食速度と腐食電流密度との関係より第２基準を作成する。
【選択図】 図１
【解決手段】まず、コンクリート中に埋設された鋼材を作用電極とし、参照電極および対極が配設された電解質溶液を既知の面積でコンクリート表面に接触させ、ポテンショスタットを用いた作用電極の電位および作用電極と対極との間に流れる電流（腐食速度）を測定する方法により、異なる複数の腐食の程度でコンクリート柱に埋設された鋼材の各々腐食電位を求めて得られた異なる複数の既知の腐食の程度と腐食電位との関係より第１基準を作成する。次に、上述した測定方法で腐食速度が異なる複数の腐食環境で上記鋼材の各々腐食電流密度を求めて得られた異なる複数の既知の腐食速度と腐食電流密度との関係より第２基準を作成する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、鉄筋コンクリート構造体など、コンクリート中に鋼材を埋設している構造体における鋼材の腐食状況を調査する腐食状況調査方法に関するものである。
例えば、架空構造物の一つであるコンクリート柱は，地上に存在し，通信線を支持する設備であり、電柱，つり線，支線，金物類から構成されている（非特許文献１参照）。架空構造物は、通信サービスを提供するための基盤となるインフラ設備を安全に構築するように設計されている。
一方、長期に利用されてきた社会基盤（インフラ設備）の損傷事例が現出し始めている（非特許文献２）。通信サービスを提供するためのインフラ設備は、全国津々浦々に設置されており、これらを適切な時期に交換することは必要不可欠である。例えば、図６に示すように、コンクリート柱３０１は、いわゆる鉄筋コンクリート製であり、内部に緊張筋３０４および比緊張筋３０５などの鉄筋が埋設され、下部は、地面３０２に挿設され、情部にはフタ３０３が設けられている。
このような設備は、長期間使用による経年劣化は避けられず、例えば、コンクリート内の鉄筋の腐食が進行し、最終的に水素脆化による鉄筋破断が発生することにより、折損などの恐れがある。このため、ある一定期間毎に、コンクリート柱の交換を行うことで、劣化による破損を防ぐ措置をとっている。交換され、回収したコンクリート柱の内部状況を確認すると、コンクリートのひび割れと、内部鉄筋の腐食が認められる（非特許文献３参照）。
電気通信主任技術者試験研究会編、「電気通信主任技術者 線路設備及び設備管理 新版」、日本理工出版会、 ３６頁、２００６年。
酒井 潤一、「明日の環境材料学（腐食科学と防食工学）」、腐食紡織境界、材料と環境、vol.59, no.3, p.61, 2010.
中村真理子, 齋藤博之, 東 康弘, 藤本憲宏, 澤田 孝、「実暴露したコンクリート柱における鉄筋の腐食状態」、第５７回材料と環境討論会（ＣＤ−ＲＯＭ版）、２０１０年。
携帯型バイポテンショスタット，http://www.autolabj.com/dropsens.htm。
上述したように、例えば、コンクリート柱内部の鉄筋の腐食状況を確認するためには、回収したコンクリート柱を解体する方法しかなく、現時点では、コンクリート中に埋設されている鋼材の腐食状況は、破壊試験によるものとなる。このため、腐食状況を確認したコンクリート製構造体は、埋設されている鋼材に腐食などの問題が発生していなくても、継続して使用することができないという問題がある。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、継続使用ができる状態で、コンクリートに埋設されている鋼材の腐食状況が調査できるようにすることを目的とする。
本発明に係る腐食状況調査方法は、コンクリート中に埋設された鋼材を作用電極とし、参照電極および対極が配設された電解質溶液を既知の面積でコンクリート表面に接触させ、ポテンショスタットを用いた作用電極の電位および作用電極と対極との間に流れる電流を測定する方法により、異なる複数の腐食の程度でコンクリート柱に埋設された鋼材の各々腐食電位を求めて得られた異なる複数の既知の腐食の程度と腐食電位との関係より第１基準を作成する第１ステップと、上記測定方法で腐食速度が異なる複数の腐食環境で鋼材の各々腐食電流密度を求めて得られた異なる複数の既知の腐食速度と腐食電流密度との関係より第２基準を作成する第２ステップと、上記測定方法でコンクリートと同じ組成の測定対象コンクリート中に埋設された鋼材と同じ組成の測定対象鋼材の腐食電位を求めて第１測定値とする第３ステップと、上記測定方法で、測定対象鋼材の腐食電流密度を測定して第２測定値とする第４ステップと、第１基準と第１測定値との比較および第２基準と第２測定値との比較により測定対象鋼材の腐食状況を判定する第５ステップとを少なくとも備える。
上記腐食状況調査方法において、上記測定方法では、対極と作用電極との間に流れる電流の測定による電流密度の対数の変化より、腐食電位および腐食電流密度を求める。
以上説明ことにより、本発明によれば、継続使用ができる状態で、コンクリートに埋設されている鋼材の腐食状況が調査できるようになるという優れた効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における腐食状況調査方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１で、コンクリート中に埋設された鋼材を作用電極とし、参照電極および対極が配設された電解質溶液を既知の面積でコンクリート表面に接触させ、ポテンショスタットを用いた作用電極の電位および作用電極と対極との間に流れる電流（腐食速度）を測定する方法により、異なる複数の腐食の程度でコンクリート柱に埋設された鋼材の各々腐食電位を求めて得られた異なる複数の既知の腐食の程度と腐食電位との関係より第１基準を作成する。ポテンショスタットは、よく知られているように、作用電極および対極間に流れる電流を制御し、鋼材の電位、すなわち参照電極および作用電極間の電位差を設定電位にする装置である。
次に、ステップＳ１０２で、上述した測定方法で腐食速度が異なる複数の腐食環境で上記鋼材の各々腐食電流密度を求めて得られた異なる複数の既知の腐食速度と腐食電流密度との関係より第２基準を作成する。
次に、ステップＳ１０３で、上述した測定方法で、コンクリートと同じ組成の測定対象コンクリート中に埋設された鋼材と同じ組成の測定対象鋼材の腐食電位を求めて第１測定値とする。
次に、ステップＳ１０４で、上述した測定方法で、測定対象鋼材の腐食電流密度を測定して第２測定値とする。
次に、ステップＳ１０５で、作成してある第１基準と測定した第１測定値との比較、および作成してある第２基準と測定した第２測定値との比較により、測定対象鋼材の腐食状況を判定する。
ここで、腐食電位および腐食電流密度について説明する。
腐食現象は、鋼材の表面に形成される局所電池の電極反応であり、陽極反応と陰極反応が当量的に起きる。例えば、鉄では陽極反応として、「Ｆｅ→Ｆｅ2＋＋２ｅ-」の溶解が起き、陰極反応では、「２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2」が起きる。この反応を利用して、埋設されている鋼材を作用電極とし、対極および参照電極を用いて電位を測定することで、腐食電位および腐食電流を求める。
実際の測定では、対極および参照電極が配設されている電解質溶液を既知の面積でコンクリート表面に接触させ、ポテンショスタットを用いることにより、作用電極の電位および作用電極と対極との間に流れる電流（腐食速度）を測定する。この測定において、作用電極、すなわち鋼材の電位を測定するために、対極を用いることにより、参照電極に電流を流さないようにすることで、参照電極との電位差を求めることができる。さらに、ポテンショスタットを用いることにより、作用電極の電位だけでなく、所定の電位をかけて反応を起こすことで、作用電極と対極の間に流れる電流も測ることができる。このように測定される電流値を上述した接触面積で除することにより電流密度が算出でき、これが腐食反応速度となる。
図２は、上述した電流密度の対数と電位の関係とを示す特性図である。これらの電流密度の対数の変化の中で、作用電極のアノード反応プロットおよび作用電極のカソード反応プロットの直線部分を外挿した交点における電圧が、腐食電位となる。また、上記交点にける電流密度が、腐食電流密度となる。このようにして得られる腐食電位は、コンクリート中の鋼材の腐食の程度に対応している。また、腐食電流密度は、鋼材の腐食速度に対応している。
上述したように、ポテンショスタットを用いることにより、図２に示すターフェルプロットから、作用電極の電位だけでなく、所定の電位をかけて反応を起こすことで、作用電極と対極の間に流れる電流から電流密度が算出でき、腐食の程度および腐食速度が判明し、鋼材の腐食状況が判定できる。
ところで、コンクリートおよび鋼材は、測定対象が異なれば、材料を構成している組成が各々異なるものとなる。例えば、コンクリート柱に使用される鉄筋は、現在も検討が続いており、新しく敷設されたコンクリート中には新しい材料が用いられることがある。このように組成が異なれば、同様の腐食の程度および腐食速度の状況であっても、得られる測定値（腐食電位、腐食電流密度）が異なるものとなる。このような状態では、測定値のみでは、正確な腐食の状況を判定することが容易ではない。
ここで、測定対象となるコンクリートおよび鋼材と同じ組成のコンクリートおよび鋼材から構成されたコンクリート構造体を用い、上述同様の測定により異なる複数の腐食の程度で各々腐食電位を求めて第１基準を作成する。例えば、腐食の程度を５段階に設定し、各段階で各々腐食電位を求め、５段階の腐食の程度と５つの腐食電位との関係より第１基準を作成すればよい。同様に、腐食速度が異なる複数の腐食環境で各々腐食電流密度を求めて第２基準を作成する。第１基準および第２基準は、例えば、検量線と呼ばれるものである。
上述したように第１基準および第２基準を作成しておき、実際の測定で得られた腐食電位（第１測定値）および腐食電流密度（第２測定値）と各々比較することで、正確な腐食の状況が判定できるようになる。
以下、鉄筋コンクリートより構成された電柱を測定対象とした場合について説明する。図６を用いて説明したように、電柱３０１の上部は、フタ３０３で覆われいるが、図３に示すように、フタ３０３を取り外すと、電柱３０１の上端面に緊張筋３０４の上端が露出している。従って、図４に示すようにポテンショスタット４０１を用意し、この作用電極接続端に緊張筋３０４を接続し、また、電柱３０１の外側面に接触させた電解質溶液４０２中に対極４０３および参照電極４０４を配置する。
例えば、図５に示すように、電解質溶液４０２を容器５０１に収容し、容器５０１の開口部５０２で収容している電解質溶液４０２をコンクリート３０６の表面に接触させればよい。開口部５０２の面積が既知であれば、電解質溶液４０２とコンクリート３０６との接触面積を既知とすることができる。現在では、携帯型のポテンショスタット（非特許文献４参照）が市販されており、上述した測定を実使用されている電柱の箇所に移動して行うことが容易である。
ところで、上述したように緊張筋は、よく知られているように、常に負荷応力がかかった状態にある。このように応力がかかった状態の中で、コンクリートにひび割れが発生して水が侵入するなどのことにより、筋が水素環境にさらされると、水素脆化が起こりやすくなる。このような状態では、腐食による破損がより発生しやすい状態となる。このため、事前に腐食の程度および腐食速度を把握することが重要となる。
以上に説明したように、本発明によれば、鋼材を埋設しているコンクリート構造体を解体することなく、埋設されている鋼材の腐食状況を把握することができるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、コンクリート中を例に説明したが、これに限るものではない。例えば、鋼材の一部が露出しているコンクリート構造体であれば、どの様な形態であってもよい。また、埋設されている鋼材に露出している部分がない場合であっても、鋼材の一部に到達する微小な貫通孔を形成すればよいので、コンクリート構造体の強度などに影響を与えることなく、鋼材の腐食状況が判定できる。
Claims (2)
- コンクリート中に埋設された鋼材を作用電極とし、参照電極および対極が配設された電解質溶液を既知の面積でコンクリート表面に接触させ、ポテンショスタットを用いた前記作用電極の電位および前記作用電極と前記対極との間に流れる電流を測定する方法により、異なる複数の腐食の程度でコンクリート中に埋設された鋼材の各々腐食電位を求めて得られた異なる複数の既知の腐食の程度と腐食電位との関係より第１基準を作成する第１ステップと、
前記測定方法で腐食速度が異なる複数の腐食環境で前記鋼材の各々腐食電流密度を求めて得られた異なる複数の既知の腐食速度と腐食電流密度との関係より第２基準を作成する第２ステップと、
前記測定方法で前記コンクリートと同じ組成の測定対象コンクリート中に埋設された前記鋼材と同じ組成の測定対象鋼材の腐食電位を求めて第１測定値とする第３ステップと、
前記測定方法で、前記測定対象鋼材の腐食電流密度を測定して第２測定値とする第４ステップと、
第１基準と前記第１測定値との比較および第２基準と前記第２測定値との比較により前記測定対象鋼材の腐食状況を判定する第５ステップと
を少なくとも備えることを特徴とする腐食状況調査方法。 - 請求項１記載の腐食状況調査方法において、
前記測定方法では、前記対極と前記作用電極との間に流れる電流の測定による電流密度の対数の変化より、前記腐食電位および前記腐食電流密度を求めることを特徴とする腐食状況調査方法。
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