JP2014174062A - コンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートで被覆された鋼材の腐食状態を的確に診断することができる、コンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法を提供する。
【解決手段】部分的にコンクリート１で被覆された鋼材２について、コンクリート１で被覆された部分２ａの腐食状態を診断する際に、電位を測定するための照合電極１１をコンクリート１に接触させ、鋼材２ａとコンクリート１の間に生じた隙間に電解質を浸透させた上で、自然電位を電位測定装置１２で測定し、測定した自然電位に基づいて、鋼材２ａの腐食状態を診断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法に関するものである。

一般に、コンクリートは強アルカリ性であるため、コンクリート中の鋼材（全体がコンクリートで被覆された鋼材）は、鋼材表面に不動態被膜を形成して、ほとんど腐食しない。

しかしながら、コンクリート中の鋼材は、コンクリートの中性化や塩害などの原因により、鋼材表面が不動態化しなくなったり、鋼材表面の不動態被膜の一部が不安定になったりして、腐食が発生することがある。

また、部分的にコンクリートで被覆されて一部が露出している鋼材は、鋼材とコンクリートの間に隙間を生じて、この隙間に水が浸透することで、隙間内部の鋼材表面に腐食が発生することがある。

また、コンクリートで根元を固定した鋼製支柱なども、外面からは分からないうちにコンクリートと鋼製支柱との間に隙間を生じ、隙間内部に生じた腐食により鋼製支柱が十分な強度を保つことができず、根元から挫屈することもあった。

このようにして、コンクリートで被覆された鋼材は、さびが生じて減肉したり、さびのためにコンクリートのひび割れやさらにはコンクリートの脱落を招いたりすることによって、大きな問題を引き起こす場合がある。

そこで、大きな問題を引き起こす前に、コンクリートで被覆された鋼材の腐食を診断・検知する方法として、例えば、特許文献１には、２個以上の電位測定検出端をコンクリート構造物の表面に接触させ、２個所以上のコンクリート構造物中の鋼材の自然電位を測定して、その自然電位の差の値から鋼材の腐食状態を診断する方法が提案されている。

特開２０００−４４３６４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の鋼材の腐食診断方法を用いた場合に、鋼材は腐食していないと判断したものの、実際には鋼材が腐食していた事例があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、コンクリートで被覆された鋼材の腐食状態を的確に診断することができる、コンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討した結果、上記のような、特許文献１に記載の鋼材の腐食診断方法を用いた場合に、鋼材は腐食していないと判断したものの、実際には鋼材が腐食していた事例は、以下のことが原因であることを突き止めた。

すなわち、コンクリートで被覆された鋼材が腐食している場合、さびは元の鋼材と比較して体積が大きく膨張し、しかもさびは多孔質であるため、鋼材とコンクリートの間には微細な隙間が発生する。一方、コンクリート中の鋼材はコンクリートが健全である場合は不動態化しており、鋼材の電位は貴であるが、鋼材が腐食している場合、鋼材の電位は卑化する。しかし、上述した鋼材とコンクリートの間の隙間は、空気で満たされていることが多く、電気抵抗が大きくなるため、鋼材近傍のコンクリート表面に設置した照合電極で鋼材の電位を測定すると、健全なコンクリートと接触している部分の鋼材の電位を測定するようになり、隙間内の鋼材表面が腐食していても、貴な電位を示すことになって、鋼材は腐食していないという誤った判断をすることになる。

そこで、本発明者は、さらに検討を行い、上記の問題に対しては、鋼材とコンクリートの間に生じた隙間の電気抵抗を小さくすればよく、具体的には、鋼材とコンクリートの間に生じた隙間に電解質を浸透させてから、自然電位を測定すればよいということを見出した。

本発明は上記の考え方に基づいており、以下の特徴を有している。

［１］部分的にコンクリートで被覆された鋼材について、前記コンクリートで被覆された部分の腐食状態を診断する際に、電位を測定するための照合電極を前記コンクリートに接触させ、前記鋼材と前記コンクリートの間に生じた隙間に電解質を浸透させた上で、自然電位を測定し、測定した自然電位に基づいて、前記鋼材の腐食状態を診断することを特徴とする、コンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法。

［２］前記鋼材に超音波で振動を加えて、前記隙間への電解質の浸透を促進させることを特徴とする前記［１］に記載のコンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法。

［３］前記電解質に表面活性剤または／および防錆剤を添加することを特徴とする前記［１］または［２］に記載のコンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法。

［４］全体がコンクリートで被覆された鋼材の一部を露出させて、部分的にコンクリートで被覆された状態にして、鋼材の腐食状態を診断することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のコンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法。

本発明においては、コンクリートで被覆された鋼材の腐食状態を的確に診断することができる。

本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の実施例２におけるシミュレーション計算のモデルを示す図である。 本発明の実施例２におけるシミュレーション計算の結果を示す図である。 本発明の実施例２におけるシミュレーション計算の結果を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す図である。

図１に示すように、この実施形態においては、部分的にコンクリート１で被覆された鋼材２について、コンクリート１で被覆された部分２ａの腐食状態を診断する際に、電位を測定するための照合電極１１をコンクリート１に接触させ、鋼材２ａとコンクリート１の間に生じた隙間（図１中のさび３に該当；以下、単に「隙間」ともいう）に電解質（図示せず）を浸透させた上で、自然電位を電位測定装置１２で測定し、測定した自然電位に基づいて、鋼材２（２ａ）の腐食状態を診断するようにしている。なお、隙間に浸透させる電解質には、例えば、水道水や硫酸塩水溶液などを用いる。

これによって、この実施形態においては、鋼材２ａとコンクリート１の間に生じた隙間に浸透させた電解質により、当該隙間の電気抵抗が小さくなり、上述したような誤判断を招くことなく、コンクリート１で被覆された鋼材２ａの腐食状態を的確に診断することができる。

ここで、診断対象とする鋼材２としては、鉄筋コンクリート用棒鋼、ＰＣ棒鋼、ＰＣ鋼線、一般構造用圧延鋼材、一般構造用溶接軽量Ｈ形鋼、一般構造用角型鋼管、軟鋼線材、硬鋼線材、ピアノ線、ワイヤーロープ、溶接金鋼、アンカーボルト、鋼製支柱等が挙げられる。

また、使用する照合電極１１には、通常、銅／硫酸銅電極、銀／塩化銀電極、カロメル電極などの照合電極を用いる。

なお、照合電極１１については、保水材（脱脂綿、スポンジ、多孔質セラミック等）に電解質溶液を含浸させたものに被覆された状態、あるいは、保水材の乾燥を防ぐために容器内に電解質溶液を蓄えて保水材へ常に電解質溶液を供給できるものの中に収納された状態で使用する。照合電極１１はコンクリート１表面への電気的な接触が必要であるので、湿潤材である保水材をコンクリート１表面に接触させるようにする。

また、測定に際しては、コンクリート１と照合電極１１との電気的な接触抵抗を低下させるため、測定の前にコンクリート１面を水道水や硫酸塩水溶液などの電解質溶液で湿潤状態にしておくことが好ましい。ただし、鋼材２と照合電極１１の間が水膜で繋がっていると、コンクリート１の表面抵抗が小さくなり、鋼材２の露出部分２ｂの電位を測定してしまう可能性があるため、もし、鋼材２と照合電極１１の間が水膜で繋がってしまった場合は、コンクリート１の表面を乾いた布などで拭いて、鋼材２ｂと照合電極１１の間の表面抵抗が大きくなるようにする。

また、図１に示すように、超音波発生電源１４に接続した振動子１３を鋼材２に接触させて、超音波で鋼材２に振動を付与することで、隙間への電解質の浸透を促進させるようにしてもよい。なお、超音波の周波数は１０〜１００ｋＨｚ、特に１５〜４０ｋＨｚを用いるのが好ましい。

さらに、隙間へ浸透させる電解質に表面活性剤または／および防錆剤を添加するようにしてもよい。表面活性剤によって、隙間への電解質の浸透が促進される。また、防錆剤によって、鋼材２ａのさび３の進行が抑制される。

そして、コンクリート１中の鋼材２ａの自然電位は、鋼材２ａの腐食状態により変化するので、測定した自然電位によって、鋼材２ａの腐食状態を診断すればよい。

例えば、海洋構造物に見受けられる塩害劣化を受けた構造物は、照合電極に銅／硫酸銅電極（ＣＳＥ）を用いた場合、規格ＡＳＴＭ Ｃ−８７６では、以下の表１に示すような判定基準が定められている。

したがって、照合電極に銅／硫酸銅電極（ＣＳＥ）を用いた場合、測定した自然電位が、−３５０ｍＶより卑（−３５０ｍＶ未満）であれば、ほぼ鋼材２ａは腐食していると診断できる。

また、全体がコンクリートで被覆された鋼材については、その一部を露出させて、部分的にコンクリートで被覆された状態にして、腐食状態を診断するようにすればよい。

本発明の実施例１として、鋼材を部分的に被覆（埋設）したコンクリート試験体を作製して、鋼材の腐食状態を診断した。

具体的には、セメント６８８ｋｇ／ｍ^３、水４１３ｋｇ／ｍ^３、砂１２０５ｋｇ／ｍ^３となるように配合して、縦６０ｃｍ、横６０ｃｍ、厚さ２０ｃｍのコンクリート試験体を作製した。そのコンクリート試験体には、深さ１０ｃｍまで直径１０ｍｍの鋼材（丸棒）を埋設し、そのうち下部５ｃｍはコンクリートと接触させ、残りの上部５ｃｍは周囲に紙を巻いてコンクリートと接触させないようにして、隙間が形成されて、さびが発生しやすい状態にした。

コンクリート試験体は、打設後３０日間の養生を行った後、丸棒の腐食を促進させるために１回／２日の散水を繰り返しながら３ヶ月間に放置し、その後屋外に１ヶ月保持した。

そして、照合電極に銅／硫酸銅電極（ＣＳＥ）を用い、照合電極と丸棒に被覆銅線を繋ぎ、これを電位測定装置（電位差計）に接続して、自然電位を測定し、その測定結果に基づいて、コンクリート試験体に被覆されている丸棒の腐食状態を診断した。なお、コンクリートと照合電極との電気的な接触抵抗を低下させるため、測定の前に照合電極を接触させるコンクリート面（約３０ｍｍφ）を水道水で湿潤状態にした。

まず、比較例１として、コンクリートと丸棒の間の隙間に電解質を浸透させないで、自然電位を測定した。その結果、自然電位は−１８４ｍＶであった。したがって、前記表１に示すように、測定電位が−２００ｍＶより貴であるので、丸棒は腐食していないという判断になった。

これに対して、本発明例１として、コンクリートに埋設されていない部分の丸棒の周囲を防錆剤と表面活性剤を添加・混合した水溶液（電解質溶液）を含ませた脱脂綿で巻いて、コンクリートと丸棒の間の隙間に電解質を浸透させた。そして、１０分経過後、自然電位を測定した。その結果、自然電位は−４２５ｍＶであった。したがって、前記表１に示すように、測定電位が−３５０ｍＶより卑であるので、丸棒は腐食しているという判断になった。

次に、本発明例２として、コンクリートに埋設されていない部分の丸棒の周囲を防錆剤と表面活性剤を添加・混合した水溶液（電解質溶液）を含ませた脱脂綿で巻いた状態で、２５Ｈｚの超音波で丸棒に振動を加えて、コンクリートと丸棒の間の隙間への電解質の浸透を促進させた。そして、１分経過後、自然電位を測定した。その結果、自然電位は−４５５ｍＶであった。したがって、前記表１に示すように、測定電位が−３５０ｍＶより卑であるので、丸棒は腐食しているという判断になった。

上記の測定が終了した後、コンクリートを剥離して丸棒を取り出すと、コンクリートと丸棒の間に隙間を設けた部分で腐食が発生していた。

これによって、本発明の有効性が確認された。

本発明の実施例２として、コンクリートで鋼材が被覆されている状態での電位状態についてモデル解析（シミュレーション計算）を行った。

シミュレーションモデルは図２に示すものであり、実施例１で用いたコンクリート試験体をモデル化したものである。

そして、図３は、比較例１１として、コンクリート１と鋼材２ａの間の隙間（さびの部分）に電解質が浸透していない状態での電位分布のシミュレーション計算結果であり、図４は、本発明例１１として、コンクリート１と鋼材２ａの間の隙間（さびの部分）に電解質が浸透している状態での電位分布のシミュレーション計算結果である。

これによって、図３に示す比較例１１のようにコンクリート１と鋼材２ａの間の隙間（さび３の部分）に電解質が浸透していない場合に比べて、図４に示す本発明例１１のように、コンクリート１と鋼材２ａの間の隙間（さび３の部分）に電解質が浸透している場合には、鋼材２ａ周囲（さび３周辺）の電位が卑化するため、鋼材２ａが腐食していることが的確に判別できる。

１ コンクリート
２ 鋼材
２ａ コンクリートで被覆された部分の鋼材
２ｂ 露出している部分の鋼材
３ さび
１１ 照合電極
１２ 電位測定装置
１３ 振動子
１４ 超音波発生装置

Claims (4)

1. 部分的にコンクリートで被覆された鋼材について、前記コンクリートで被覆された部分の腐食状態を診断する際に、電位を測定するための照合電極を前記コンクリートに接触させ、前記鋼材と前記コンクリートの間に生じた隙間に電解質を浸透させた上で、自然電位を測定し、測定した自然電位に基づいて、前記鋼材の腐食状態を診断することを特徴とする、コンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法。
2. 前記鋼材に超音波で振動を加えて、前記隙間への電解質の浸透を促進させることを特徴とする請求項１に記載のコンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法。
3. 前記電解質に表面活性剤または／および防錆剤を添加することを特徴とする請求項１または２に記載のコンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法。
4. 全体がコンクリートで被覆された鋼材の一部を露出させて、部分的にコンクリートで被覆された状態にして、鋼材の腐食状態を診断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリートで被覆された鋼材の腐食診断方法。