JP2013224456A

JP2013224456A - 金属構造物のカソード防食システム及びカソード防食方法

Info

Publication number: JP2013224456A
Application number: JP2012096085A
Authority: JP
Inventors: Fumio Kajiyama; 文夫梶山
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: JP5718850B2

Abstract

【課題】１００ｍＶカソード分極基準を採用したカソード防食システム及びカソード防食方法において、精度の高いカソード分極量の計測値に基づいてカソード防食状態の良否を判断する方法を提供する。
【解決手段】カソード防食システムは、防食電流発生回路１０と、防食対象の金属構造物対電解質電位を計測する直流電圧計２３を備えた電位計測回路２０と、防食電流の発生をオン・オフするオン・オフ素子１２と、防食電流発生回路を流れる電流を計測する電流計測素子１３と、オン・オフ素子をオン・オフ制御すると共に、直流電圧計と電流計測素子１３の計測値を単位計測時間毎に抽出して演算処理する計測制御手段３０を備え、計測制御手段は、オン状態のオン・オフ素子をオフに制御し、防食電流がオフになった時点の直流電圧計の計測値をインスタントオフ電位として求め、インスタントオフ電位から求められるカソード分極又は復極量を基準値と比較する。
【選択図】図２

Description

本発明は、カソード防食基準として１００ｍＶカソード分極／復極基準を採用した金属構造物のカソード防食システム及びカソード防食方法に関するものである。

カソード防食基準としては、防食電位基準と、１００ｍＶカソード分極基準（The 100mV polarization criterion）或いは最小１００ｍＶカソード分極基準（A minimum of 100mV of cathodic polarization criterion）と称される基準が知られている。防食電位基準は、構造物の種類や周辺電解質の状況によって定められる防食電位を基準にしたカソード防食管理の手法である。ここでの防食電位（protection potential）とは、金属の腐食速度を所定の低レベルに抑制することができる金属構造物対電解質電位を指し、ISO15589−1では、腐食速度が０．０１ｍｍ／ｙよりも小さい値を示す金属構造物対電解質電位としており、新設及び既設の炭素鋼及びステンレス鋼パイプラインに対しては−８５０ｍＶ_CSE（飽和硫酸銅電極基準の電位）が提唱されている。

一方、１００ｍＶカソード分極基準は、カソード防食の結果生じるカソード分極量（電位変化量）を基準値である１００ｍＶと比較するカソード防食管理の手法である。カソード分極量は、自然電位からインスタントオフ電位を差し引いた値であり、この値が１００ｍＶ以上であるか否かでカソード防食状態の良否を判断する（下記非特許文献１参照）。

ISO 15589−1：International Standard，On−land Pipeline，First Edition（2003）

例えば、裸の埋設パイプラインやコーティングがかなり劣化したパイプラインのカソード防食において、防食電位基準を採用して、防食電位−８５０ｍＶ_CSEに合格させるようにカソード防食を行おうとすると、非常に大きな防食電流が必要になり、カソード防食設備に多額の費用が必要となる。また、大きな防食電流によって、コーティングの劣化や剥離、他の埋設金属構造物への干渉の誘起などの問題が懸念されることにもなる。前述した１００ｍＶカソード分極基準は、このような問題を回避するための救済基準として採用されたものである。

一方、１００ｍＶカソード分極基準は、このような救済基準としてだけでなく、防食電位が確立されていない金属構造物のカソード防食基準として活用されている。例えば、ＡｌパイプやＣｕパイプのように防食電位が定められてない場合のカソード防食基準として、１００ｍＶカソード分極基準は有効に活用されている。

１００ｍＶカソード分極基準の電気化学的意義について説明する。電気化学分野において、アノード電流密度Ｉａは、下記式（１）で表されることが知られている。
Ｉａ＝Ｉ_corr・ｅｘｐ（２．３０３・ΔＥ／ｂａ） …… （１）
ここで、Ｉａ：アノード電流密度（ｍＡ／ｍ²）、Ｉ_corr：腐食電流密度（ｍＡ／ｍ²）、ｂａ：アノードターフェル勾配（ｍＶ）、ΔＥ：腐食電位からの分極量（ｍＶ）、カソード分極量をマイナスとする。

アノード電流密度Ｉａは、腐食速度に相当する。１００ｍＶカソード分極であると、ΔＥは−１００ｍＶ、また、アノードターフェル勾配ｂａを約１００ｍＶと仮定し、式（１）のΔＥに１００、ｂａに１００を代入すると、Ｉａ（−１００ｍＶ）＝Ｉ_corr／１０となる（Ｉａ（−１００ｍＶ）は、１００ｍＶカソード分極時のアノード電流密度）。この式から明らかなように、１００ｍＶカソード分極によって、腐食速度がカソード分極前の自然腐食速度であるＩ_corrの１／１０になることが分かる。したがって、１００ｍＶカソード分極は、自然腐食速度を１桁小さくする腐食防止効果があることを示している。

図１は、防食電流をオン又はオフさせた場合の金属構造物のカソード分極挙動を示した説明図である。金属構造物対電解質電位の計測において、カソード防食システムの防食電流をオンにした直後に計測される電圧降下が防食電流Ｉと電解質抵抗Ｒの積によるＩＲドロップであり、このＩＲドロップはカソード分極によらない電圧降下である。自然電位からＩＲドロップを差し引いた値がインスタントオン電位であり、インスタントオン電位からの電位シフト量がカソード分極量になる。

１００ｍＶカソード分極基準を採用するには、ＩＲドロップを除去した正確なカソード分極量を計測することが必要になる。従来、ＩＲドロップを求めるためにはインスタントオフ電位の計測が行われている。インスタントオフ電位は、計測対象の金属構造物に供給される防食電流を全て同時にオフにした直後の電位であり、インスタントオフ電位と防食電流をオフにする前に計測された金属構造物対電解質電位との差からＩＲドロップが求められる（図１参照）。しかしながら、実際の計測では、金属構造物対電解質電位の時系列的な計測結果と防食電流をオフ操作した時刻を照合して、その時刻近傍での計測値変化をみてインスタントオフ電位を推定しており、インスタントオフ電位計測時点において確実に防食電流がゼロになっていたかの検証がなされていないのが現状であった。

また、１００ｍＶカソード分極基準は、防食対象に対して迷走電流の影響がない場合にのみ適用可能である。迷走電流の影響が大きい場合には、迷走電流によって防食対象の金属構造物対電解質電位が変動することで、カソード分極量の計測値に誤差が生じることになる。また、防食電流をオフにしても迷走電流はオフにすることができない。このため、１００ｍＶカソード分極基準は迷走電流の影響がない状況下でのみ適用されるべきであるが、従来、迷走電流による影響の有無が適正に判断されていないのが現状であった。

一方、コンクリート中の鋼材などの防食対象物は高所の天井部や海底など、頻繁に人手を送り難いところに敷設されている場合がある。これに対して、インスタントオフ電位の計測には、防食電流をオフにし、その後防食電流を再びオンに戻す操作が必要になるので、頻繁に人手を送り難いところに敷設された防食対象物に対しては簡易に計測を行うことができない問題があった。

更に従来、１００ｍＶカソード分極基準を採用したカソード防食方法においては、カソード防食されている金属構造物に対して、計測開始後に防食電流をオフにしてインスタントオフ電位を計測し、その後防食電流のオフ状態を継続することに伴うカソード復極を計測し（図１参照）、この復極量をカソード分極量とみなして、これが１００ｍＶ以上になるか否かでカソード防食状態を評価していた。この方法によると、復極量を計測する間に防食電流をオフした無防食状態が継続されることになり、金属構造物に対してカソード防食管理上好ましくない状態が継続されることになる。特に、湿潤環境にあるコンクリート中の鋼はコンクリート中での酸素の拡散速度が小さいことから復極速度が遅くなる。このため、コンクリート中の鋼材を防食対象とする場合には、復極量によってカソード防食基準に合格しているか否かを判断するのに２４時間を超える計測時間が必要になる場合があり、長期間無防食状態を維持しなければならない問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、１００ｍＶカソード分極基準を採用したカソード防食システム及びカソード防食方法において、精度の高いカソード分極量の計測値に基づいてカソード防食状態の良否を判断することができること、防食対象に対する迷走電流の影響の有無を判断して１００ｍＶカソード分極基準の適用が可能か否かの判断を可能にすること、頻繁に人手を送り難いところに敷設された防食対象物に対しても簡易且つ継続的にカソード分極量の計測を行うことができること、長時間無防食状態を維持することなくカソード分極量の計測評価を行うことができること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を少なくとも具備するものである。

防食対象の金属構造物に一端が接続されると共に、前記金属構造物が接する電解質に設置されて前記金属構造物に向けて防食電流を発生させるアノードに他端が接続された防食電流発生回路と、前記金属構造物に一端が接続されると共に、前記金属構造物近傍の電解質に設置された照合電極に他端が接続され、防食対象の金属構造物対電解質電位を計測する直流電圧計を備えた電位計測回路と、前記防食電流発生回路に設けられ防食電流の発生をオン・オフするオン・オフ素子と、前記防食電流発生回路に設けられ当該防食電流発生回路を流れる電流を計測する電流計測素子と、前記オン・オフ素子をオン・オフ制御すると共に、前記直流電圧計と前記電流計測素子の計測値を単位計測時間毎に抽出して演算処理する計測制御手段を備え、前記計測制御手段は、オン状態の前記オン・オフ素子をオフに制御し、前記電流計測素子の計測値から防食電流がオフになった時点の前記直流電圧計の計測値をインスタントオフ電位として求め、当該インスタントオフ電位から求められるカソード分極又は復極量を基準値と比較することを特徴とするカソード防食システム。

防食対象の金属構造物に一端が接続されると共に、前記金属構造物が接する電解質に設置されて前記金属構造物に向けて防食電流を発生させるアノードに他端が接続された防食電流発生回路と、前記金属構造物に一端が接続されると共に前記金属構造物近傍の電解質に設置された照合電極に他端が接続され、防食対象の金属構造物対電解質電位を計測する直流電圧計を備えた電位計測回路とを備えたカソード防食システムによるカソード防食方法であって、設定された基本計測時間内で単位計測時間毎に前記金属構造物対電解質電位を計測する工程と、前記基本設定計測時間内で単位計測時間毎に前記防食電流発生回路を流れる電流を計測する工程と、前記基本計測時間内の設定時刻に前記防食電流発生回路をオフにする工程と、前記防食電流発生回路をオフにした後の前記金属構造物対電解質電位によってインスタントオフ電位を求める工程と、予め求めた自然電位から前記インスタントオフ電位を差し引いてカソード分極量を求める工程と、前記カソード分極量を基準値と比較する工程とを有し、前記防食電流発生回路を流れる電流の計測値から防食電流がオフになった時点の前記金属構造物対電解質電位の計測値を求めて、当該計測値を前記インスタントオフ電位とすることを特徴とするカソード防食方法。

このような特徴を有する本発明は、１００ｍＶカソード分極基準を採用したカソード防食システム及びカソード防食方法において、防食電流発生回路を流れる電流の計測値から防食電流がオフになった時点の金属構造物対電解質電位の計測値を求め、この計測値をインスタントオフ電位とするので、精度の高いカソード分極量の計測値に基づいてカソード防食状態の良否を判断することができる。

防食電流発生回路に設けられ防食電流発生回路を流れる電流を計測する電流計測素子を備え、基本設定計測時間内の防食電流の発生状態を把握することができるので、これによって防食対象に迷走電流の影響があるか否かを判断することができ、防食対象に対する迷走電流の影響の有無を判断して１００ｍＶカソード分極基準の適用が可能か否かを判断することができる。

防食電流発生回路をオン・オフするオン・オフ素子を制御すると共に、金属構造物対電解質電位を計測する直流電圧計と防食電流発生回路を流れる電流を計測する電流計測素子の計測値を単位計測時間毎に抽出して演算処理する計測制御手段を備えるので、計測制御手段を遠隔操作することで、頻繁に人手を送り難いところに敷設された防食対象物に対しても簡易且つ継続的にカソード分極量の計測を行うことができる。

また、防食電流発生回路をオフにした後の金属構造物対電解質電位によってインスタントオフ電位を求める工程と、予め求めた自然電位からインスタントオフ電位を差し引いてカソード分極量を求める工程を有するので、インスタントオフ電位を求めた後に、直ちに防食電流をオンにすることができる。これによって、長時間無防食状態を維持することなくカソード分極量の計測評価を行うことができる。

防食電流をオン又はオフさせた場合の金属構造物のカソード分極挙動を示した説明図である。本発明の実施形態に係るカソード防食システムの一形態例を示した説明図である。本発明の実施形態に係るカソード防食システムの他の適用例を示した説明図である。本発明の実施形態に係るカソード防食システムの機能及びカソード防食方法を示した説明図であり、カソード復極量を基準値と比較して防食対象のカソード防食状態が１００ｍＶカソード分極基準に合格しているか否かを評価する方法を示している。本発明の実施形態に係るカソード防食システムの機能及びカソード防食方法を示した説明図であり、カソード分極量を基準値と比較して防食対象のカソード防食状態が１００ｍＶカソード分極基準に合格しているか否かを評価する方法を示している。図５に示した本発明の実施形態に係るカソード防食システムの機能及びカソード防食方法における具体的な計測方法の一例を示した説明図である。本発明の実施形態に係るカソード防食システムの他の構成例を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図２は、本発明の実施形態に係るカソード防食システムの一形態例を示した説明図である。図２に示した例は、防食対象がコンクリートＣ中に敷設された鉄筋（鋼材）１Ａである（この例では、防食対象の金属構造物１が鉄筋１Ａであり、金属構造物１が接する電解質がコンクリートＣである。）。鉄筋１Ａは互いに導電線２で接続されており、コンクリートＣには防食対象の鉄筋１Ａを覆うようにアノード３が設置されている。アノード３は図示の例ではメッシュアノード（金属メッシュ）３Ｍを採用しているが、これに換えて、パネル状（板状）アノード，シート状アノード，棒（グリッド，ロッド）状アノード，導電性塗料アノード，溶射皮膜アノード，導電性モルタルアノードなどを採用してもよい。アノード３（メッシュアノード３Ｍ）の表面にはセメントモルタル又はコンクリートによる被覆層４が形成されている。

このような防食対象に装備されるカソード防食システムは、防食電流発生回路１０と、電位計測回路２０と、計測制御手段３０を備えている。

防食電流発生回路１０は、防食対象の鉄筋１Ａ（金属構造物１）に一端が接続されると共に、鉄筋１Ａ（金属構造物１）に接するコンクリートＣ（電解質）に設置されたアノード３（メッシュアノード３Ｍ）に他端が接続された導電線１１を備えており、この導電線１１にオン・オフ素子１２と電流計測素子１３と直流電源１４が直列接続されている。

防食電流発生回路１０に設けられるオン・オフ素子１２は、防食電流発生回路１０をオン・オフして、アノード３から鉄筋１Ａに向けて発生する防食電流Ｉｃをオン・オフする回路素子であり、例えば、フォトモスリレーなどの半導体リレー素子を用いることができる。防食電流発生回路１０に設けられる電流計測素子１３は、防食電流発生回路１０を流れる電流を計測する回路素子であり、例えば、シャント抵抗などを用いることができる。防食電流発生回路１０に設けられる直流電源１４は、防食電流Ｉｃを発生させるための電源であり、アノード３側が正極に、鉄筋１Ａ側が負極に接続されている。この直流電源１４は、直流電池を用いるか、或いは商用交流電源を直流に変換して所定の電圧に変圧した電源を用いることができる。また、アノード３を流電陽極にする場合には直流電源１４を省略することができる。

電位計測回路２０は、防食対象の鉄筋１Ａ（金属構造物１）に一端が接続されると共に、鉄筋１Ａ近傍のコンクリートＣ（電解質）に設置された照合電極（埋設型のパーマネント照合電極）２１に他端が接続された導電線２２を備え、この導電線２２に接続されて鉄筋１Ａの金属構造物対電解質電位を計測する直流電圧計２３を備えている。

計測制御手段３０は、防食電流発生回路１０のオン・オフ素子１２をオン・オフ制御すると共に、電位計測回路２０の直流電圧計２３と防食電流発生回路１０の電流計測素子１３の計測値を単位計測時間毎に抽出して演算処理することで、防食対象である鉄筋１Ａ（金属構造物１）のカソード防食状態が１００ｍＶカソード分極基準に合格しているか否かを評価する。

そのために、計測制御手段３０は、オン状態のオン・オフ素子１２をオフに制御し、電流計測素子１３の計測値から防食電流がオフになった時点の直流電圧計２３の計測値をインスタントオフ電位として求め、このインスタントオフ電位から求められるカソード分極又は復極量を基準値（１００ｍＶ）と比較する。カソード分極量を基準値と比較する場合と、カソード復極量を基準値と比較する場合で具体的な演算処理手順は異なる。この違いについては後述にて詳細に説明する。

図３は、本発明の実施形態に係るカソード防食システムの他の適用例を示した説明図である。図３に示した例は、防食対象が地中に埋設された金属管１Ｂである（この例では、防食対象の金属構造物１が金属管１Ｂであり、金属構造物１が接する電解質が土壌Ｓである。）。このような防食対象に装備されるカソード防食システムは、図２に示した例と同様に、防食電流発生回路１０と、電位計測回路２０と、計測制御手段３０を備えている。防食電流発生回路１０、電位計測回路２０、計測制御手段３０の構成要素及び機能に関しては、防食対象が異なるのみで前述した例と同様である。

図４及び図５は、本発明の実施形態に係るカソード防食システムの機能と本発明の実施形態に係るカソード防食方法を示した説明図である。各図においては、横軸の時間に対して、計測制御手段３０によって制御されるオン・オフ素子１２の動作状態変化と、電流計測素子１３の計測値（計測電流（防食電流））の変化と、直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）の変化をそれぞれ示している。

図４は、本発明の実施形態に係るカソード防食システムの機能及びカソード防食方法を示した説明図であり、カソード復極量を基準値と比較して防食対象のカソード防食状態が１００ｍＶカソード分極基準に合格しているか否かを評価する方法を示している。計測制御手段３０は、計測時間内の設定時刻Ｔ１にオン状態のオン・オフ素子１２をオフに制御する。それによって防食電流発生回路１０がオフになり、電流計測素子１３によって計測される計測電流がゼロになる。計測制御手段３０は、計測電流がゼロになった時点、すなわち防食電流がオフになった時点の直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）からインスタントオフ電位を求める。具体的には、計測制御手段３０は、オン・オフ素子１２をオフに制御する時刻Ｔ１から設定時間（１００〜２００ｍｓ）のタイムラグを設けて、この設定時間後に抽出される金属構造物対電解質電位からインスタントオフ電位を求める。この際の設定時間は、計測制御手段３０が電流計測素子１３によって計測される計測電流をモニタリングすることで設定することができる。

計測制御手段３０は、その後にオン・オフ素子１２のオフ状態を継続させ、その後に計測される直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）からインスタントオフ電位を差し引いたカソード復極量を時系列的に求める。そして、計測制御手段３０は、時間経過によって変化するカソード復極量を基準値である１００ｍＶと比較し、カソード復極量が１００ｍＶに達した時点（図示の時刻Ｔ２）でオン・オフ素子１２をオフからオンに制御する。

このようなカソード防食システムの機能或いはカソード防食方法によると、防食電流が確実にオフになった時点のインスタントオフ電位を用いて精度の高いカソード復極量を得ることができるので、１００ｍＶカソード分極基準による適正なカソード防食状態の評価が可能になる。そして、カソード復極量が１００ｍＶに達してカソード防食基準に合格していることが判明した時点で直ちにオン・オフ素子１２をオンに切り換えるので、防食対象が無防食状態になる時間を必要最小限に抑えることができる。

図５は、本発明の実施形態に係るカソード防食システムの機能及びカソード防食方法を示した説明図であり、カソード分極量を基準値と比較して防食対象のカソード防食状態が１００ｍＶカソード分極基準に合格しているか否かを評価する方法を示している。計測制御手段３０は、オン・オフ素子１２を最初にオンにする前の直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）から自然電位を求め、これを予め記憶手段に記憶する。

そして、オン・オフ素子１２をオン状態にして十分なカソード分極が得られた状態で計測を開始し、計測制御手段３０は、計測時間内の設定時刻Ｔ１にオン状態のオン・オフ素子１２をオフに制御する。それによって防食電流発生回路１０がオフになり、電流計測素子１３によって計測される計測電流がゼロになる。計測制御手段３０は、計測電流がゼロになった時点、すなわち防食電流がオフになった時点の直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）からインスタントオフ電位を求める。具体的には前述した例と同様に、計測制御手段３０は、オン・オフ素子１２をオフに制御する時刻Ｔ１から設定時間（１００〜２００ｍｓ）のタイムラグを設けて、この設定時間後に抽出される金属構造物対電解質電位からインスタントオフ電位を求める。この際の設定時間は、計測制御手段３０が電流計測素子１３によって計測される計測電流をモニタリングすることで設定することができる。

計測制御手段３０は、インスタントオフ電位を求めると、その直後にオン・オフ素子１２をオフ状態からオン状態に制御する。そして、計測制御手段３０は、この時点でのカソード分極量を予め求めた自然電位からインスタントオフ電位を差し引くことで求める。計測制御手段３０は、求めたカソード分極量を基準値である１００ｍＶと比較し、カソード分極量が１００ｍＶ以上である場合には、防食対象のカソード防食状態が１００ｍＶカソード分極基準に合格していると評価する。

このようなカソード防食システムの機能或いはカソード防食方法によると、防食電流が確実にオフになった時点のインスタントオフ電位を用いて精度の高いカソード分極量を得ることができるので、１００ｍＶカソード分極基準による適正なカソード防食状態の評価が可能になる。そして、インスタントオフ電位を求めた後に直ちにオン・オフ素子１２をオンに切り換えるので、防食対象が無防食状態になる時間を極力少なくすることができる。

この際、計測制御手段３０は、オン・オフ素子１２をオフにして防食電流発生回路１０をオフにする前に計測された金属構造物対電解質電位と防食電流発生回路１０を再びオンにした後に計測された金属構造物対電解質電位を比較し、両者の差が設定値以下であることを確認する。両者の差が設定値以下であること、すなわち、両者がほぼ一致していることが確認できた場合には、オン・オフ素子１２のオフ期間にカソード復極が実質的に進行しておらず、インスタントオフ電位が適正に求められていることが確認できたことになる。

図６は、図５に示した本発明の実施形態に係るカソード防食システムの機能及びカソード防食方法における具体的な計測方法の一例を示した説明図である。

本発明の実施形態のカソード防食方法における計測方法は、設定された基本計測時間内で単位計測時間毎に金属構造物対電解質電位を計測する電位計測工程と、設定された基本計測時間内で単位計測時間毎に防食電流発生回路１０を流れる電流を計測する電流計測工程と、基本計測時間内の設定時刻Ｔ１に防食電流発生回路１０をオフにする工程と、防食電流発生回路１０をオフにした後の金属構造物対電解質電位によってインスタントオフ電位を求める工程と、予め求めた自然電位からインスタントオフ電位を差し引いてカソード分極量を求める工程と、このカソード分極量を基準値と比較する工程とを有する。

本発明の実施形態に係るカソード防食システム及びカソード防食方法においては、防食対象のカソード防食状態が１００ｍＶカソード分極基準に合格している否かを計測評価するために、防食電流発生回路１０をオフに制御する時刻Ｔ１を含めた基本計測時間が設定される。図示の例では基本計測時間を１０ｓに設定しており、防食電流発生回路１０をオフに制御する時刻（オン・オフ素子１２をオフに制御する時刻）Ｔ１から８．５ｓ（８５００ｍｓ）前から計測を開始し、時刻Ｔ１から１．５ｓ（１５００ｍｓ）後に計測を終了する。この１０ｓの基本計測時間内では、例えば０．１ｍｓに設定されたサンプリング間隔で直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）が抽出され、例えば２０ｍｓの単位計測時間毎にサンプリングされた２００個の計測値の平均値が求められる。

また、オン・オフ素子１２をオン状態からオフにして、防食電流発生回路１０をオフに制御する時刻Ｔ１を含む基本計測時間内（例えば、時刻Ｔ１の前−８５００ｍｓから時刻Ｔ１の後５００ｍｓの間）で電流計測素子１３によって計測される計測電流を抽出する。この計測電流も、例えば０．１ｍｓに設定されたサンプリング間隔で計測値が抽出され、例えば２０ｍｓの単位計測時間毎にサンプリングされた２００個の計測値の平均値が求められる。

＜オフ前オン電位Ｅ１_ONの計測＞
計測開始から例えば８ｓ間（時刻Ｔ１前の−８５００ｍｓから−５００ｍｓの間）に計測される直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）からオフ前オン電位Ｅ１_ONを求める。図示の例では、２０ｍｓの単位計測時間内で０．１ｍｓのサンプリング間隔で計測された２００個の計測値Ｅ１（1），Ｅ１（2），…，Ｅ１（199），Ｅ１（200）を演算処理して、その平均値Ｅ１_ON1を求めている。８ｓ間の計測時間には４００個の単位計測時間が存在するので、４００個の平均値Ｅ１_ON1，Ｅ１_ON2，Ｅ１_ON3，…，Ｅ１_ON398，Ｅ１_ON399，Ｅ１_ON400が求められる。これらの値の平均値からオフ前オン電位Ｅ１_ONを求めている。ここで２０ｍｓの単位計測時間毎に平均値を求めるのは、２０ｍｓが商用周波数５０Ｈｚの１周期に当たり、商用周波数５０Ｈｚのノイズの影響を最小化することができるからである。この際、オフ前オン電位Ｅ１_ONを求めると共に、４００個の平均値Ｅ１_ON1，Ｅ１_ON2，Ｅ１_ON3，…，Ｅ１_ON398，Ｅ１_ON399，Ｅ１_ON400から最大値と最小値を求める。

＜インスタントオフ電位Ｅ_OFFの計測＞
防食電流発生回路１０をオフにした時刻Ｔ１から設定時間経過後に計測される直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）によってインスタントオフ電位Ｅ_OFFを求める。時刻Ｔ１からの設定経過時間は、オン・オフ素子１２の切り換え動作に伴う誤差要因を排除するためと、電流計測素子１３によってモニタしている防食電流発生回路１０の計測電流が確実にゼロになっていることを考慮して設定される。図示の例では、時刻Ｔ１後、１８０ｍｓから２００ｍｓの間の単位計測時間でサンプリングされた２００個の計測値Ｅ_OFF（1），Ｅ_OFF（2），…，Ｅ_OFF（199），Ｅ_OFF（200）の平均値からインスタントオフ電位Ｅ_OFFを求めている。ここでも２０ｍｓの単位計測時間の平均値を求めるのは、商用周波数５０Ｈｚのノイズの影響を最小化するためである。

＜オフ後オン電位Ｅ２_ONの計測＞
インスタントオフ電位Ｅ_OFFの計測後には、直ちにオン・オフ素子１２をオフからオンに制御する。その後に計測される直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）からオフ後オン電位Ｅ２_ONを求める。図示の例では、時刻Ｔ１後、２６０ｍｓから２８０ｍｓの間の単位計測時間でサンプリングされた２００個の計測値Ｅ２（1），Ｅ２（2），…，Ｅ２（199），Ｅ２（200）の平均値からオフ後オン電位Ｅ２_ONを求めている。ここでも２０ｍｓの単位計測時間の平均値を求めるのは、商用周波数５０Ｈｚのノイズの影響を最小化するためである。

＜１００ｍＶカソード分極基準との照査＞
演算処理によって求められたインスタントオフ電位Ｅ_OFFと予め求めた自然電位Ｅｃとにより、下記式（２）によってカソード分極量ΔＥｐを求める。そして、下記式（３）が成立する場合に、防食対象のカソード防食状態が１００ｍＶカソード分極基準に合格していると評価する。
ΔＥｐ＝Ｅｃ−Ｅ_OFF …… （２）
ΔＥｐ≧１００［ｍＶ］ …… （３）

この際、前述のように求めたオフ前オン電位Ｅ１_ONとオフ後オン電位Ｅ２_ONとを比較し、両者がほぼ等しいことを確認する。具体的には、下記式（４）が成り立つことを確認する。ここでのｅは設定値であり、例えば１０ｍＶに設定することができる。下記式（４）が成り立つ場合には、オフ前オン電位Ｅ１_ONとオフ後オン電位Ｅ２_ONがほぼ等しいことになり、これはインスタントオフ電位Ｅ_OFFが計測される防食電流オフの間には復極現象が含まれていないことを意味する。下記式（４）が成り立つことによって、正確なインスタントオフ電位Ｅ_OFF（ＩＲドロップ）が計測されていることを確認することができる。
｜Ｅ２_ON−Ｅ１_ON｜≦ｅ …… （４）

＜迷走電流の影響有無の判断＞
オフ前オン電位Ｅ１_ONを求めるために得た４００個の平均値Ｅ１_ON1，Ｅ１_ON2，Ｅ１_ON3，…，Ｅ１_ON398，Ｅ１_ON399，Ｅ１_ON400の中から抽出した最大値と最小値の差を求める。その差は、インスタントオフ電位Ｅ_OFFを求める前の金属構造物対電解質電位の変動電位幅を示しており、その変動電位幅が小さい（例えば２０ｍＶ以下）ことを確認する。一方、時刻Ｔ１の前−８５０ｍｓから時刻Ｔ１後の５００ｍｓの間に電流計測素子１３で計測された電流値の変動電流値幅を求め、その変動電流値幅が小さいことを確認する。

このように、インスタントオフ電位Ｅ_OFFを求める前の金属構造物対電解質電位の変動電位幅や電流値幅が小さいことを確認することで、防食対象に迷走電流の影響がないことを確認することができる。防食対象に迷走電流の影響がある場合には、その防食対象に対しては１００ｍＶカソード分極基準によるカソード防食状態の評価を適用することができない。

＜波形表示＞
防食電流発生回路１０をオフにする時刻Ｔ１前の−５００ｍｓから時刻Ｔ１後の１５００ｍｓの間、０．１ｍｓのサンプリング間隔で計測された直流電圧計２３の計測値（金属構造物対電解質電位）と電流計測素子１３によって計測される計測値を表示手段に表示する。これによって、防食電流発生回路１０をオフにする時刻Ｔ１前後の金属構造物対電解質電位の変化及び防食電流の変化を目視確認することができる。これによっても、インスタントオフ電位Ｅ_OFFの計測時に防食電流がオフになっていることを確認することができる。

図７は、本発明の実施形態に係るカソード防食システムの他の構成例を示した説明図である。前述した例と共通する部位は同一符号を付して重複説明を省略する。この例は、計測制御手段３０を遠隔操作する遠隔操作手段４０を備えている。そして、計測制御手段３０は遠隔操作手段４０から送信される信号を受信する受信手段３１を備えている。遠隔操作手段４０は、通信機能を有する携帯情報端末などで構成することができる。遠隔操作手段４０と受信手段３１間の送受信は、直接送受信するものであってもよいし、インターネットなどの通信回線を介して送受信するものであってもよい。このような構成を採用することで、計測制御手段３０を遠隔操作して、オン・オフ素子のオン・オフ制御を含む計測工程を防食対象から離れた地点で実行することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係るカソード防食システム及びカソード防食方法によると、１００ｍＶカソード分極基準を採用するに際して、防食電流発生回路１０を流れる電流の計測値から防食電流がオフになった時点の金属構造物対電解質電位の計測値を求め、この計測値をインスタントオフ電位Ｅ_OFFとするので、精度の高いカソード分極量の計測値に基づいてカソード防食状態の良否を判断することができる。

防食電流発生回路１０をオン・オフするオン・オフ素子１２を制御すると共に、金属構造物対電解質電位を計測する直流電圧計２３と防食電流発生回路１０を流れる電流を計測する電流計測素子１３の計測値を単位計測時間毎に抽出して演算処理する計測制御手段３０を備えるので、計測制御手段３０を遠隔操作することで、頻繁に人手を送り難いところに敷設された防食対象物に対しても簡易且つ継続的にカソード分極量の計測を行うことができる。

また、防食電流発生回路１０をオフにした後の金属構造物対電解質電位によってインスタントオフ電位Ｅ_OFFを求める工程と、予め求めた自然電位Ｅｃからインスタントオフ電位Ｅ_OFFを差し引いてカソード分極量ΔＥｐを求める工程を有するので、インスタントオフ電位Ｅ_OFFを求めた後に、直ちに防食電流をオンにすることができる。これによって、長時間無防食状態を維持することなくカソード分極量の計測評価を行うことができる。

１：金属構造物，１Ａ：鉄筋，１Ｂ：金属管，
２：導電線，３：アノード，３Ｍ：メッシュアノード，４：被覆層，
Ｃ：コンクリート，Ｓ：土壌，
１０：防食電流発生回路，
１１：導電線，１２：オン・オフ素子，１３：電流計測素子，１４：直流電源，
２０：電位計測回路，
２１：照合電極（パーマネント照合電極），２２：導電線，２３：直流電圧計，
３０：計測制御手段，
４０：遠隔操作手段

Claims

防食対象の金属構造物に一端が接続されると共に、前記金属構造物が接する電解質に設置されて前記金属構造物に向けて防食電流を発生させるアノードに他端が接続された防食電流発生回路と、
前記金属構造物に一端が接続されると共に、前記金属構造物近傍の電解質に設置された照合電極に他端が接続され、防食対象の金属構造物対電解質電位を計測する直流電圧計を備えた電位計測回路と、
前記防食電流発生回路に設けられ防食電流の発生をオン・オフするオン・オフ素子と、
前記防食電流発生回路に設けられ当該防食電流発生回路を流れる電流を計測する電流計測素子と、
前記オン・オフ素子をオン・オフ制御すると共に、前記直流電圧計と前記電流計測素子の計測値を単位計測時間毎に抽出して演算処理する計測制御手段を備え、
前記計測制御手段は、オン状態の前記オン・オフ素子をオフに制御し、前記電流計測素子の計測値から防食電流がオフになった時点の前記直流電圧計の計測値をインスタントオフ電位として求め、当該インスタントオフ電位から求められるカソード分極又は復極量を基準値と比較することを特徴とするカソード防食システム。
前記計測制御手段は、前記オン・オフ素子をオフにする前に、前記電流計測素子の計測値と前記直流電圧計の計測値の一方又は両方から防食対象が迷走電流の影響を受けているか否かを判断することを特徴とする請求項１記載のカソード防食システム。
前記計測制御手段は、前記直流電圧計の計測値から前記インスタントオフ電位を差し引いて求めたカソード復極量が基準値に達した時点で前記オン・オフ素子をオフからオンに制御することを特徴とすることを特徴とする請求項１又は２記載のカソード防食システム。
前記計測制御手段は、前記インスタントオフ電位を求めた直後に前記オン・オフ素子をオフからオンに制御し、予め求めた自然電位から前記インスタントオフ電位を差し引いてカソード分極量を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカソード防食システム。
前記計測制御手段を遠隔操作する遠隔操作手段を備え、前記計測制御手段は前記遠隔操作手段から送信される信号を受信する受信手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカソード防食システム。
前記オン・オフ素子は前記防食電流発生回路をオン・オフする半導体リレー素子であり、前記電流計測素子はシャント抵抗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カソード防食システム。
前記金属構造物は、コンクリート中の鋼材であり、前記アノードは前記鋼材を覆うようにコンクリートに設置される金属メッシュ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カソード防食システム。
前記金属構造物は、地中に埋設された金属管であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のカソード防食システム。
防食対象の金属構造物に一端が接続されると共に、前記金属構造物が接する電解質に設置されて前記金属構造物に向けて防食電流を発生させるアノードに他端が接続された防食電流発生回路と、前記金属構造物に一端が接続されると共に前記金属構造物近傍の電解質に設置された照合電極に他端が接続され、防食対象の金属構造物対電解質電位を計測する直流電圧計を備えた電位計測回路とを備えたカソード防食システムによるカソード防食方法であって、
設定された基本計測時間内で単位計測時間毎に前記金属構造物対電解質電位を計測する電位計測工程と、
前記基本設定計測時間内で単位計測時間毎に前記防食電流発生回路を流れる電流を計測する電流計測工程と、
前記基本計測時間内の設定時刻に前記防食電流発生回路をオフにする工程と、
前記防食電流発生回路をオフにした後の前記金属構造物対電解質電位によってインスタントオフ電位を求める工程と、
予め求めた自然電位から前記インスタントオフ電位を差し引いてカソード分極量を求める工程と、
前記カソード分極量を基準値と比較する工程とを有し、
前記防食電流発生回路を流れる電流の計測値から防食電流がオフになった時点の前記金属構造物対電解質電位の計測値を求めて、当該計測値を前記インスタントオフ電位とすることを特徴とするカソード防食方法。
前記基準値は１００ｍＶであることを特徴とする請求項９記載のカソード防食方法。
前記防食電流発生回路をオフにする前に、前記電位計測工程での計測値と前記電流計測工程での計測値の一方又は両方によって防食対象が迷走電流の影響を受けているか否かを判断することを特徴とする請求項１０記載のカソード防食方法。
前記インスタントオフ電位を求めた後に前記防食電流発生回路を直ちにオンにすることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のカソード防食方法。
前記防食電流発生回路をオフにする前に計測された前記金属構造物対電解質電位と前記防食電流発生回路をオンにした後に計測された前記金属構造物対電解質電位を比較し、両者の差が設定値以下であることを確認することを特徴とする請求項１２記載のカソード防食方法。
前記金属構造物対電解質電位は、設定されたサンプリング間隔で抽出された計測値の単位計測時間毎の平均値であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載のカソード防食方法。