JP2016188848A - 腐食検出方法および腐食センサ - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバセンサを用いて鋼材の腐食環境を検出すると共に、光ファイバセンサの設置を容易にする。
【解決手段】光ファイバセンサ１０２を用いて鋼材の腐食環境を検出する腐食検出方法であって、光ファイバセンサ１０２の設置場所に応じた大きさと形状を有する鉄板１０１を形成する工程と、ＦＢＧ部１０３を両側から挟むように選定された光ファイバセンサ１０２上の２箇所の固定部１０４で光ファイバセンサ１０２を鉄板１０１に固定する工程と、鉄板１０１の光ファイバセンサ１０２が固定された面と反対側の面を鋼材に固定する工程と、を少なくとも含み、光ファイバセンサ１０２中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、鋼材の腐食によるひずみを検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼材の腐食環境を検出する技術に関する。

従来から、腐食環境を検出する技術として、鉄等の細線が腐食することで変化する電気特性を検出する電気的腐食センサが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２）。また、鉄筋の腐食を検知する方法としては、コンクリート構造物中の鉄筋にひずみゲージを貼り付け、鉄筋が損傷した場合のひずみを検知している（特許文献３）。一方、従来から、構造物に生ずるひずみを検出する光ファイバセンサが提案されている。例えば、特許文献４では、計測対象となる構造物に、螺旋状に整形した光ファイバセンサを取り付け、この光ファイバセンサの光伝搬特性の変化を電気光学的測定装置により測定する。これにより、構造物に変位が生じた場合、構造物を破壊せずに変位を計測することを可能としている。

また、特許文献５では、コンクリート構造物の内部において、スペーサ部材に掛け渡されて螺旋状に巻回されるテープ部材と、このテープ部材に沿って巻回される光ファイバとを用いる。これにより、コンクリート部材のせん断ひび割れを検出することを可能としている。

また、従来から、鉄橋やプラントなどの鋼材を用いた構造物では、鋼材に錆が生じないように保護塗料が用いられている。この保護塗料は、腐食因子の浸透や紫外線などにより、時間の経過と共に劣化する。このため、蛍光Ｘ線により厚みを測定することで劣化を検出する手法や、鋼材にケーブルを接続して腐食に伴う電気的特性の変化を測定することで劣化を検出する手法が提案されている。

特開平８−０９４５５７号公報 特開２０１２−１４５３３０号公報 特許第４９７５４２０号明細書 特開２０００−０９７６４７号公報 特許第４００８６２３号公報

鉄筋コンクリート構造物内の腐食を検知する方法として、従来から、自然電位法が知られているが、この方法は、コンクリート表面を十分湿潤状態にしないと計測ができないといった課題が存在する。

また、従来から知られている電気的腐食センサでは、伝送損失、電磁干渉の影響などがあり、さらに常時モニタリングとした場合は、計測時に電流が流れるのでセンサ自体の腐食を促進してしまうなどの欠点がある。また、これら鉄線や鉄箔の腐食断線等による検出では、電気的特性を経時的に捕らえることはできず、腐食環境になったことを検知するのみで、その後の進行度を評価するのは困難である。

また、腐食に伴う鋼材のひずみを計測するために、直接鋼材にひずみゲージを貼付したり、ひずみゲージを鋼材の近傍に設置したりする場合、その計測器や接着剤などが鋼材を覆ってしまうため、腐食の発生に影響を及ぼし、正確な腐食の検出ができない恐れがある。さらに、その部分に腐食が発生すると、ひずみゲージが剥がれてしまって、計測ができなくなったり、あるいは計測はできても正しい結果が得られなくなったりする場合もある。

また、蛍光Ｘ線により厚みを測定することで劣化を検出する手法は、現場での測定に不向きであり、高価であるという欠点があり、鋼材にケーブルを接続して腐食に伴う電気的特性の変化を測定することで劣化を検出する手法は、感度や精度劣るという欠点があった。

一方、直接、構造物内の鉄筋に光ファイバを巻きつける手法は、構造物全体に光ファイバを配置し、構造物の損傷や変形を検知するものであり、腐食環境を検知するものでない。たとえ、腐食によるひずみを検知したとしても、鉄筋が腐食損傷してから検知することとなる。また、光ファイバセンサを用いて鉄筋の腐食膨張を検出するためには、光ファイバセンサに一定の張力がかかるように取り付けなければならないが、その作業には時間と手間を要してしまうことが多い。このため、設置作業の簡易化が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバセンサを用いて鋼材の腐食環境を早期かつ正確に検出すると共に、光ファイバセンサの設置を容易に行なうことができる腐食検出方法および腐食センサを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の腐食検出方法は、光ファイバセンサを用いて鋼材の腐食環境を検出する腐食検出方法であって、光ファイバセンサの設置場所に応じた大きさと形状を有する鉄板を形成する工程と、前記光ファイバセンサの検知部を両側から挟むように選定された前記光ファイバセンサ上の２箇所を前記鉄板に固定する工程と、前記鉄板の光ファイバセンサが固定された面と反対側の面を前記鋼材に固定する工程と、を少なくとも含み、前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鋼材の腐食によるひずみを検出することを特徴とする。

このように、予め鉄板に光ファイバセンサを固定するので、光ファイバセンサを腐食検知したい箇所に設置する際に張力をかける必要が無くなり対象物に貼り付けるだけなので、設置が容易となる。また、光ファイバセンサの検知部を両側から挟むように選定された光ファイバセンサ上の２箇所を鉄板に固定するので、光ファイバセンサの検知部を拘束せずに自由度を持たせることができる。その結果、設置場所に応じて鉄板を変形させても光ファイバセンサの検知部への影響をなくすことが可能となる。

（２）また、本発明の腐食検出方法において、前記鋼材は、表面にリブおよび節を有する異形鉄筋であり、前記光ファイバセンサが固定された鉄板を、前記異形鉄筋のリブに沿って固定することを特徴とする。

このように、光ファイバセンサが固定された鉄板を、異形鉄筋のリブに沿って固定するので、光ファイバセンサを設置する際に、張力をかける必要が無くなり、設置が容易となる。また、湾曲していないリブに貼り付けるので設置が容易である。

（３）また、本発明の腐食検出方法において、前記鋼材は、表面にリブおよび節を有する異形鉄筋であり、前記光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させて、前記異形鉄筋の節と節との間の表面に沿うように固定することを特徴とする。

このように、光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させて貼り付けるので、光ファイバセンサに適度な張力がかかるため、光ファイバセンサを鋼材に固定する際に、張力をかける必要が無くなる。その結果、光ファイバセンサの設置が容易となる。

（４）また、本発明の腐食検出方法において、前記鋼材は、表面にリブおよび節を有する異形鉄筋であり、前記異形鉄筋のリブまたは節のいずれか一方を切削または研磨して測定部を形成する工程をさらに備え、前記光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させて、前記測定部の表面に沿うように固定することを特徴とする。

このように、光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させるので、光ファイバセンサに適度な張力がかかるため、光ファイバセンサを鋼材に固定する際に、張力をかける必要が無くなる。その結果、光ファイバセンサの設置が容易となる。また、リブや節等がなくなり貼り付けが容易となる。

（５）また、本発明の腐食検出方法において、前記鋼材は、表面にリブおよび節を有する異形鉄筋であり、前記光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させて、前記異形鉄筋のいずれか一つの節の表面に沿うように固定することを特徴とする。

このように、光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させるので、光ファイバセンサに適度な張力がかかり、光ファイバセンサ鋼材に固定する際に、張力をかける必要が無くなる。その結果、光ファイバセンサの設置が容易となる。

（６）また、本発明の腐食検出方法において、位置調整部材で前記鋼材の一部を包囲する工程をさらに備え、前記光ファイバセンサが固定された鉄板を、前記部材の表面に沿うように固定することを特徴とする。

このように、部材と鋼材の間に厚みを有することにより、鋼材に腐食因子が到達する前に、鉄板が腐食することで腐食環境の検知または予測をすることが可能となる。また、凹凸のない位置調整部材を用いるので貼り付けが容易となる。

（７）また、本発明の腐食検出方法は、上記（１）から（６）のいずれかの腐食検出方法において、前記光ファイバセンサが固定された箇所をセメント硬化体で被覆することを特徴とする。

このように、光ファイバセンサが固定された箇所をセメント硬化体で被覆する。セメント硬化体としては、アルカリ性であり固化後にポーラス状となるセメントペーストまたはモルタルを使用することができる。セメント硬化体は、鉄筋コンクリート構造物のコンクリートよりも高い水セメント比とし、例えば、６０％以上の水セメント比とすることが好ましい。これにより、セメント硬化体は、腐食因子が到達するまでは鉄筋の腐食を防止し、製造後の光ファイバセンサの位置を固定し、打設時に光ファイバセンサを保護する機能を果たす。さらに、セメント硬化体は、鉄筋コンクリート構造物のコンクリートよりもポーラスな構造となるので、コンクリート表面から鉄筋への腐食因子の通過を妨げることがない。使用するセメント材料としては、普通セメントを使用してもよいし、速硬性のセメントを使用してもよい。セメント硬化体の配合およびセメント材料を適宜設計することによって、セメント硬化体を、塩化物イオン等の腐食因子を浸透させて通過させやすい性状とすることができる。

（８）また、本発明の腐食センサは、光ファイバセンサを用いて金属の腐食環境を検出する腐食センサであって、光ファイバセンサの設置場所に応じた大きさと形状を有する金属板と、前記光ファイバセンサの検知部を両側から挟むように選定された前記光ファイバセンサ上の２箇所と前記鉄板とを固定する固定部と、を備え、前記金属板は、光ファイバセンサが固定された面と反対側の面で前記金属に固定され、前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記金属の腐食によるひずみを検出することを特徴とする。

このように、予め金属板に光ファイバセンサを固定するので、光ファイバセンサを腐食検知したい箇所に設置する際に張力をかける必要が無くなり対象物に貼り付けるだけなので、設置が容易となる。また、光ファイバセンサの検知部を両側から挟むように選定された光ファイバセンサ上の２箇所を金属板に固定するので、光ファイバセンサの検知部を拘束せずに自由度を持たせることができる。その結果、設置場所に応じて金属板を変形させても光ファイバセンサの検知部への影響をなくすことが可能となる。

本発明によれば、腐食環境の早期発見が可能となる。また、腐食によるひずみを正確に検出することが可能となる。さらに、光ファイバセンサの設置を容易に行なうことが可能となる。

本実施形態に係る腐食センサの概略構成を示す図である。 鉄板１０１に光ファイバセンサ１０２を固定する位置を示す図である。 実施例１の概要を示す図である。 実施例２の概要を示す図である。 実施例３の概要を示す図である。 実施例４の概要を示す図である。 実施例４の概要を示す図である。 実施例５に係るカプラを用いた腐食センサの設置例を示す図である。 実施例５に係る腐食センサを鉄筋コンクリート構造物内に設置した様子を模式的示す図である。 本実施形態に係る腐食検出方法の概念を、試験体を用いて示す図である。 腐食環境下における経過時間とひずみとの関係を示すグラフである。 光ファイバセンサを鋼材に３巻きとした検証結果を示すグラフである。 検証例２に係る試験体の概要を示す図である。 測定結果を示す図である。

本実施形態に係る腐食検出方法は、光ファイバセンサの設置場所に応じた大きさと形状を有する鉄板を形成し、その鉄板に、予め光ファイバセンサを固定する。光ファイバセンサを鉄板に固定する際、光ファイバセンサの検知部（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）を両側から挟むように選定された光ファイバセンサ上の２箇所を鉄板に固定する。そして、鉄板の光ファイバセンサが固定された面と反対側の面を、鋼材に固定し、光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、鉄板の腐食によるひずみを検出する。そこで鋼材が腐食環境にあるか否かを知ることができる。

図１は、本実施形態に係る腐食センサの概略構成を示す図である。この腐食センサ１００は、所定の大きさおよび形状を有する鉄板１０１、および、光ファイバセンサ１０２から構成されている。鉄板１０１は、光ファイバセンサ１０２を取り付ける場所（鋼材や鉄筋）に適合したサイズを有し、例えば、厚さが０．１ｍｍ以上であり、長手方向の長さが２０ｍｍ以上であり、幅方向の長さが２ｍｍ以上である。また、光ファイバセンサ１０２は、検知部としてのＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部１０３を有している。このＦＢＧ部１０３が光ファイバコアの屈折率の周期的な変化を有し、ひずみの変化を光波長の変化として検出する。

鉄板の厚さが０．１ｍｍ以上とすると光ファイバセンサ１０２に一定の張力がかかるように取り付けた場合に鉄板が変形し張力が開放されることがなくなり、光ファイバセンサ１０２に張力を与えずに製造してから鋼材に湾曲するように貼り付ける場合に十分な張力が生じる。また、鋼材に湾曲するように貼り付ける場合には鉄板の厚さが２ｍｍ以下であると容易に曲げることができる。

鉄板の長手方向の長さを２０ｍｍ以上とすると腐食への感度が高くなる。幅方向の長さが２ｍｍ以上とすることで、光ファイバセンサの下部が確実に腐食する範囲を得ることができる。

光ファイバセンサの長さは、５ｍｍ〜５００ｍｍが好ましい。光ファイバセンサの長さが５００ｍｍ以上では張付けの際の取扱いが困難であり、設置時、あるいは塗料の塗布やコンクリートの打設時に損傷する恐れがある。また、光ファイバセンサの長さが５ｍｍ以下では検知する腐食範囲が狭く、またひずみも小さくなることから検知精度が劣る。

以下の式により、波長からひずみに変換し、腐食によるひずみの変化を確認することが可能である。

ここで、ε：ひずみ（μ）、λ：測定時の波長（ｎｍ）、λ^*：初期波長（ｎｍ）である。

図２は、鉄板１０１に光ファイバセンサ１０２を固定する位置を示す図である。鉄板１０１と光ファイバセンサ１０２とは、ＦＢＧ部１０３を両側から挟むように選定された２箇所の固定部１０４で接着される。これにより、光ファイバセンサの検知部を拘束せずに自由度を持たせることができる。その結果、設置場所に応じて鉄板を変形させても光ファイバセンサの検知部への影響をなくすことが可能となる。鉄板１０１と光ファイバセンサ１０２との接着には、常温効果型接着剤として、例えば、株式会社東京測器研究所製の“ＣＮ”を用いることができる。この接着剤は、エチル２−シアノアクリレートを主成分としている。

図３は、実施例１の概要を示す図である。異形鉄筋６５は、リブ６６と節６７を有する。実施例１では、異形鉄筋６５のリブ６６に腐食センサ１００を設置する。実施例１では、異形鉄筋６５が、いわゆる「Ｄ２２」である場合、鉄板１０１のサイズは、厚さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍであり、長手方向の長さが２０ｍｍ以上であり、幅方向の長さが３ｍｍであるとする。また、異形鉄筋６５が、いわゆる「Ｄ２９」である場合、鉄板１０１のサイズは、厚さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍであり、長手方向の長さが２０ｍｍ以上であり、幅方向の長さが５ｍｍとする。実施例１では、鉄板１０１を異形鉄筋６５に固定するための接着剤としてＣＮを用いることが可能である。

図４は、実施例２の概要を示す図である。実施例２では、異形鉄筋６５の節６７と節６７との間に腐食センサ１００を設置する。実施例２では、異形鉄筋６５が、いわゆる「Ｄ２２」である場合、鉄板１０１のサイズは、厚さが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであり、長手方向の長さが２５ｍｍであり、幅方向の長さが５ｍｍであるとする。また、異形鉄筋６５が、いわゆる「Ｄ２９」である場合、鉄板１０１のサイズは、厚さが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであり、長手方向の長さが３５ｍｍであり、幅方向の長さが１０ｍｍとする。

実施例２では、異形鉄筋６５の節６７と節６７との間の外周に沿うように、鉄板１０１を湾曲させ、鉄板１０１の光ファイバセンサ１０２と反対側の面を異形鉄筋６５に固定する。この場合、腐食センサ１００を異形鉄筋６５に周回させる必要はなく、腐食センサ１００を異形鉄筋６５の円周上の一部に取り付けられれば十分である。また、接着剤としてＣＮを用いることが可能である。このように、光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させ、鉄板１０１の光ファイバセンサ１０２と反対側の面を異形鉄筋６５に固定するので、光ファイバセンサ１０２が鉄板１０１よりも大きい曲率半径を持つこととなる。その結果、光ファイバセンサに適度な張力がかかる。これにより、光ファイバセンサを製造する際に、張力をかける必要がない。また、光ファイバセンサの設置は腐食センサ１００を貼り付けるだけなので容易となる。

図５は、実施例３の概要を示す図である。実施例３では、異形鉄筋６５のいずれかの節６７を切削し、測定部６８を形成する。そして、その測定部６８に腐食センサ１００を設置する。実施例３では、鉄板１０１のサイズは、厚さが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであり、長手方向の長さが２０ｍｍ以上であり、幅方向の長さが３ｍｍ以上であるとする。

実施例３では、異形鉄筋６５の測定部６８の外周に沿うように、鉄板１０１を湾曲させ、鉄板１０１の光ファイバセンサ１０２と反対側の面を異形鉄筋６５に固定する。この場合、腐食センサ１００を異形鉄筋６５に周回させる必要はなく、腐食センサ１００を異形鉄筋６５の円周上の一部に取り付けられれば十分である。また、接着剤としてＣＮを用いることが可能である。このように、光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させ、鉄板１０１の光ファイバセンサ１０２と反対側の面を異形鉄筋６５に固定するので、光ファイバセンサ１０２が鉄板１０１よりも大きい曲率半径を持つこととなる。その結果、光ファイバセンサに適度な張力がかかる。これにより、光ファイバセンサを製造する際に、張力をかける必要がない。また、光ファイバセンサの設置は腐食センサ１００を貼り付けるだけなので容易となる。

図６Ａは、実施例４の概要を示す図である。実施例４では、異形鉄筋６５のいずれかの節６７の上から、腐食センサ１００を巻き付けて設置する。実施例４では、鉄板１０１のサイズは、厚さが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであり、長手方向の長さが２０ｍｍ以上であり、幅方向の長さが３ｍｍ以上であるとする。

実施例４では、異形鉄筋６５の節６７の外周に沿うように、鉄板１０１を湾曲させ、鉄板１０１の光ファイバセンサ１０２と反対側の面を異形鉄筋６５に固定する。この場合、腐食センサ１００を異形鉄筋６５に周回させる必要はなく、腐食センサ１００を異形鉄筋６５の円周上の一部に取り付けられれば十分である。また、接着剤としてＣＮおよびエポキシ系樹脂を用いることが可能である。ここで、図６Ｂに示すように、異形鉄筋６５と腐食センサ１００との間にできた隙間を、エポキシ系樹脂７０で埋めることが好適である。このように、光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させ、鉄板１０１の光ファイバセンサ１０２と反対側の面を異形鉄筋６５に固定するので、光ファイバセンサ１０２が鉄板１０１よりも大きい曲率半径を持つこととなる。その結果、光ファイバセンサに適度な張力がかかる。これにより、光ファイバセンサを製造する際に、張力をかける必要がない。また、光ファイバセンサの設置は腐食センサ１００を貼り付けるだけなので容易となる。

図７は、実施例５に係る位置調整部材としてカプラを用いた腐食センサの設置例を示す図である。図７（ａ）に示すように、鉄製カプラ１は、一般構造用の圧延鋼材を、半円筒状に成形し、蝶番部２（または留金部）を溶接することで円筒状の鉄製部材を作製することができる。また、図７（ｂ）に示すように、鉄製カプラ１において、腐食センサを巻き付ける部分以外の部分には、エポキシ系樹脂からなる防錆処理部３を形成している。このように、防錆処理部３を形成することによって、腐食検知に必要な箇所以外が腐食しないようにする。なお、蝶番を用いる代わりに、接着、ワイヤーにより固定できればよい。また、既製の円柱状の鉄製部材を鉄筋に通してもよい。また、鉄筋の外周にセラミックス等の部材を設置し、腐食センサを張付けてもよい。また、鉄筋の外周を全周するのでなく半周など一部を覆うように設置してもよい。

次に、図７（ｃ）に示すように、計測対象である鉄筋５に、鉄製カプラ１を固定し、光ファイバ４を有する腐食センサ１００を鉄製カプラ１の検知箇所に設置する。ここでは、上述したように、腐食センサ１００の鉄板を湾曲させて、鉄製カプラ１の外周に沿わせ、接着する。その後、図７（ｄ）に示すように、腐食センサ１００を含む検知箇所を、被覆モルタル６で被覆する。その後、コンクリートを打設する。

鉄板１０１の材質は、早期に腐食環境を検知するために鉄筋コンクリート構造物に用いられる鋼材と同じ材質か、あるいはより腐食しやすい材質とする。

図８は、実施例５に係る腐食センサを鉄筋コンクリート構造物内に設置した様子を模式的に示す図である。このように、鉄筋５の外周の一部に鉄製カプラ１が設けられるため、いずれの方向から腐食因子が侵入したとしてもこの鉄板が鉄筋５よりも先に腐食することとなる。鉄板が腐食すると、腐食生成物の体積膨張によるひずみが生ずる。このひずみを、光ファイバセンサを介して、データロガー３３で検出することによって、コンクリート内部が腐食環境にあるのか否かを診断することが可能となる。ここで、すでに腐食劣化した鉄筋コンクリート構造物を補修する際には、鉄筋裏側（内部）に内在塩分が含まれているが、鉄製カプラ１を鉄筋コンクリート構造物内にそのまま設置することにより、内在塩分の影響による腐食を検知できる。

例えば、図７（ｄ）において、被覆モルタル６は、厚さが１０ｍｍのモルタルで構成することができる。被覆モルタル６を備えるので、打設する前に鉄板が錆びてしまうことを回避することが可能となる。さらに、コンクリートの打設時などの施工中に鉄板や光ファイバセンサ１０２が損傷することがない。被覆モルタル６を構成するモルタルは、腐食因子の侵入を妨げないように、また、早期に腐食因子が鉄板に到達するように、水セメント比を構造体コンクリートより高めにする。被覆モルタル６は、ひび割れることなく腐食センサ１００を保護できるよう、３〜１５ｍｍの厚さが好ましい。また、分離やブリーディングが生じないように混和材を使用するのが好ましい。なお、補修部をモルタルで修復する場合、腐食センサを設置まで錆びないように保管しておけば、モルタルの修復で腐食センサが損傷することはないので、被覆部はなくてもよい。

埋設した鉄板のコンクリート表面からの深さと、鉄筋の深さから、鋼材に腐食因子が到達するまでの期間を拡散の理論に基づいて精度よく予測することができ、コンクリート構造物の維持管理では有用な情報となる。例えば、腐食因子が拡散によってコンクリート表面から内部へ浸透するとすれば、コンクリート表面から鉄板までの距離をＡ、コンクリート表面から鉄筋までの距離をＢ、コンクリート構造物建設から腐食センサ１００が腐食因子を検知した時間をＴＡとすると、コンクリート構造物建設から鋼材の腐食が生じるまでの時間ＴＢは、ＴＢ＝ＴＡ・（Ｂ^２／Ａ^２）として予測することができ、腐食センサで検知した情報に基づいて、コンクリート構造物を劣化から守る対策を劣化が生じる前に施すことが可能となる。また、鉄製カプラ１の厚さを変えることにより、複数の異なるコンクリート表面からの深さとなるように設置することでより正確に鉄筋が腐食を生じるまでの時間を求めることができる。

また、ダミーセンサを用いることも好適である。すなわち、鉄板に代えて腐食しにくく線膨張係数が実質的に同等の部材（例えば、SUS410など）や、鉄板の全表面に防錆処理を施したダミーセンサを、鉄板と同様に鉄筋周囲に設ける。そして、ダミーセンサを用いて腐食以外の要因で生じたひずみを検出し、腐食センサで検出したひずみを補正するようにしてもよい。これにより、例えば、温度ひずみなどの影響を除去することが可能となる。ダミーセンサは、被覆モルタル６にエポキシ樹脂などで被覆し、中性化や劣化因子の侵入を防いで内部の炭素鋼の腐食を防ぐなどの方法もある。

実施例６では、鉄板を、厚さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである金属板とし、保護塗膜を有する金属構造物に貼り付ける。このような金属は、対象となる金属を劣化させる因子と腐食反応するか、または保護塗膜の劣化後、大気環境と接触することにより腐食反応が開始し、電気的特性が変化する金属で構成されていれば特に限定されるものではない。大気環境で腐食する金属であれば、検知感度が向上し、かつ汎用的であるため好ましい。とくに、金属板の構成材料として、鉄、あるいは亜鉛を用いれば、イオン化傾向が大きいため、大気環境、あるいは水中環境での反応性が高く、保護塗膜の劣化を検知しやすくなるため、より好ましい。

この金属板の上に、光ファイバセンサを２箇所で固定する。このように、実施例６に係る腐食センサは、鉄板を金属板で構成し、その上に光ファイバセンサを固定することによって、腐食センサの全体の厚みを薄くすることが可能となり、さらには、設置場所に応じて湾曲をさせやすくなる。

また、製造後の鉄板としての金属薄膜の背面に、フィルムシート（厚さ調整シール）を貼付する手法を用いれば、任意の厚みに構成することが可能である。このため、対象となる金属構造物が劣化するよりも早期に、腐食の危険性を把握することが可能となる。さらに、金属薄膜の厚みを段階的に変化させて、複数種類の厚さを持った腐食センサを複数配置することにより、時系列的な劣化の進行を把握することができ、鋼材の耐久性の予測や計画的、効率的な塗膜の塗り変えなど、予防保全的な維持管理を可能にすることができる。

なお、金属板は金属構造物に直接貼り付けてもよいが、金属板が腐食するので金属構造物に保護塗膜を塗布してから腐食センサを貼り付けてもよい。この場合、腐食センサに金属構造物と同様の保護塗膜を行なえば、保護塗膜の劣化を知ることができる。

［検証例］
図９は、金属の腐食により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。示す図である。図９に示すように、試験体４０は、棒鋼５０に光ファイバセンサ５１を巻き付けて、モルタル等のセメント硬化体５２で被覆することにより構成されている。試験体４０に対して、上下方向のかぶりが２０ｍｍであり、左右方向のかぶりが１０ｍｍである。図９では、棒鋼５０に対して光ファイバセンサ５１を１巻とした例を示したが、以下、３巻とする場合も併せて検証する。次に、試験体４０の具体的検証例を示す。

みがき棒鋼は、ＪＩＳ Ｇ ３１０８ ＳＧＤ３Ｍを使用した。みがき棒鋼に対する光ファイバの巻き方は、一定の張力下、例えば、巻き付け時に多少の引張ひずみが出ていることを確認した上で、巻き付け作業を行ない、端部をＣＮ（東京測器製）で固定した。光ファイバセンサ（ＦＢＧセンサ）は、表２に示す仕様のものを用いた。また、ダミーセンサによるひずみ挙動の差異で腐食検知を行なうのが好ましく、被覆モルタルの体積変化や含水率の影響がひずみに表れることが予想されるため、試験体の仕様に応じて、ダミーの試験体を作製した。

次に、被覆モルタルについて説明する。モルタルの使用材料は、次の表に示す通りである。

次に、モルタルの配合は、次の表に示す通りである。

なお、上記の表中、「Ｂ」とは、「Ｃ」と「Ｌ」とを混合したものである。

［モルタルの練混ぜ方法］
試験体に用いるモルタルは、“株式会社丸東製作所社製のモルタルミキサ（2L練）”を用いて練混ぜを行なった。練混ぜ手順は、以下の通りである。なお、モルタルの練混ぜは、２０±２℃、湿度５０％以上の恒温恒湿室にて行なった。

塩ビ製型枠（内径φ４０ｍｍ×高さ５０ｍｍ、または内径φ４０ｍｍ×高さ６５ｍｍ）にモルタルを打込み、その中に光ファイバを巻いた棒鋼を中央部に入れ、その後、同じ恒温恒湿室で３時間養生後、２０℃湿度９５％以上で７日間養生し、脱型した。

試験体４０を腐食環境下（温度４０℃下で、ＮａＣｌ：１０％水溶液に浸漬１日、湿度６０％乾燥３日、再度ＮａＣｌ：１０％水溶液に浸漬１日、以降は湿度６０％乾燥）におき、計測機器（株式会社渡辺製作所製）により波長の変化を計測した。ＮａＣｌ：１０％水溶液の浸漬は、光ファイバ引き出し部からＮａＣｌ水溶液の侵入がないように、試験体の下端から３０ｍｍ（３巻きの場合は、試験体の下端から４５ｍｍ）の部分までを浸漬させた。また、ダミー試験体は、ここでは実験上腐食しない棒鋼を用いずに腐食センサと同じ試験体を用いており、ＮａＣｌ水溶液を用いる代わりに腐食することのない純水に浸漬した。

以下の式により、波長からひずみに変換し、腐食によるひずみの変化を確認した。

ここで、ε：ひずみ（μ）、λ：測定時の波長（ｎｍ）、λ^*：初期波長（ｎｍ）である。

図１０は、腐食環境下における経過時間とひずみとの関係を示すグラフである。図１０に示す１巻きとした検証例では、１日と４日に塩水や水に浸漬したため、温度変化やモルタルの吸水などで一時的にひずみが変化したが、ダミー試験体も同じ様に変化したため、腐食によるものではない。１６日に試験体とダミー試験体のひずみ量が乖離した。そこで、試験体の被覆モルタルを除去したところ、棒鋼が腐食していることが確認された。

図１１に示す３巻きとした検証例では、温度が一定になった後に計測を開始し、腐食後も計測を継続した例である。測定日数４５日に腐食ひび割れが発生した。ひび割れが発生するまで、継続的に腐食による膨張を捉えることが可能であることが証明された。

［検知後の腐食進展モニタリング］
以上のように、構造物中の鋼材に光ファイバセンサを直接巻き付けて、腐食の進行による膨張ひずみを計測し、また、棒材に光ファイバセンサを巻き付けることによって腐食センサを構成し、測定対象となる鉄筋と同じかぶり深さに腐食センサを設置して、棒材の腐食の進行による膨張ひずみを計測した後、腐食進展状態をモニタリングする。

モニタリングの方法として、例えば、解析や供試体試験により、腐食ひび割れが発生すると予測される光ファイバのひずみ値の３０％が測定された場合、打音検査や非破壊検査など公知の方法で点検を実施する。３０％としたのは、図１１で示したように、３０％到達後に急速に腐食膨張が進展しているからである。すなわち、そこに至るまでは、いちいち大きな人手や装置を要せずに状態把握ができる。その後の点検で、劣化が進展しており、危険と判断されれば公知の方法で補修や補強を実施する。

また、図１１で示したように、２５日目から曲線の傾きが急激に上昇することから、これを「ｙ＝ａｘ（直線）」や「ｙ＝ａｘ^２（二次曲線）」で近似することも可能である。すなわち、図１１において、ひずみが０から２０００（×１０^−６）の間で、予測曲線を選定し、フィッティングすることによって、経過日数に対応したひずみ量を予測することが可能となる。すると解析や供試体試験により腐食ひび割れが発生するとひずみ量と比較して、その後の耐用年数の目安を得ることもできる。

［検証例２］
腐食の状況に応じてひずみが増加するかどうかを確認するため、鋼材に光ファイバを巻き付けた大気中の場合について、腐食状況の確認と光ファイバによるひずみ計測を行なった。図１２に示すように、試験体はφ２０ｍｍ棒鋼に、中心部の測定領域高さ２５ｍｍの範囲で光ファイバセンサを１巻とした。図１３は、測定結果を示す図である。測定２日目までは２０℃大気中であるため、丸１に示すように、腐食はほとんどなく、その直後にファイバ１巻の試験体中央部に塩水を塗布した。その後急激にひずみが増大し、丸２において目視による判定で腐食範囲が１０％であり、丸３において目視による判定で腐食範囲が３５％となった。以上の結果より、腐食の程度に対応してひずみは増大していることが分かる。

以上説明したように、本実施形態によれば、腐食環境の早期発見が可能となる。また、腐食によるひずみを正確に検出することが可能となる。さらに、光ファイバセンサの設置を容易に行なうことが可能となる。

１ 鉄製カプラ
２ 蝶番部
３ 防錆処理部
４ 光ファイバ
５ 鉄筋
６ 被覆モルタル
３３ データロガー
４０ 試験体
５０ 棒鋼
５１ 光ファイバセンサ
５２ セメント硬化体（モルタル）
６５ 異形鉄筋
６６ リブ
６７ 節
６８ 測定部
１００ 腐食センサ
１０１ 鉄板
１０２ 光ファイバセンサ
１０３ ＦＢＧ部
１０４ 固定部

Claims (8)

1. 光ファイバセンサを用いて鋼材の腐食環境を検出する腐食検出方法であって、
   光ファイバセンサの設置場所に応じた大きさと形状を有する鉄板を形成する工程と、
   前記光ファイバセンサの検知部を両側から挟むように選定された前記光ファイバセンサ上の２箇所を前記鉄板に固定する工程と、
   前記鉄板の光ファイバセンサが固定された面と反対側の面を前記鋼材に固定する工程と、を少なくとも含み、
   前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鋼材の腐食によるひずみを検出することを特徴とする腐食検出方法。
2. 前記鋼材は、表面にリブおよび節を有する異形鉄筋であり、前記光ファイバセンサが固定された鉄板を、前記異形鉄筋のリブに沿って固定することを特徴とする請求項１記載の腐食検出方法。
3. 前記鋼材は、表面にリブおよび節を有する異形鉄筋であり、前記光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させて、前記異形鉄筋の節と節との間の表面に沿うように固定することを特徴とする請求項１記載の腐食検出方法。
4. 前記鋼材は、表面にリブおよび節を有する異形鉄筋であり、前記異形鉄筋のリブまたは節のいずれか一方を切削または研磨して測定部を形成する工程をさらに備え、
   前記光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させて、前記測定部の表面に沿うように固定することを特徴とする請求項１記載の腐食検出方法。
5. 前記鋼材は、表面にリブおよび節を有する異形鉄筋であり、前記光ファイバセンサが固定された鉄板を湾曲させて、前記異形鉄筋のいずれか一つの節の表面に沿うように固定することを特徴とする請求項１記載の腐食検出方法。
6. 位置調整部材で前記鋼材の一部を包囲する工程をさらに備え、
   前記光ファイバセンサが固定された鉄板を、前記部材の表面に沿うように固定することを特徴とする請求項１記載の腐食検出方法。
7. 前記光ファイバセンサが固定された箇所をセメント硬化体で被覆することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の腐食検出方法。
8. 光ファイバセンサを用いて金属の腐食環境を検出する腐食センサであって、
   光ファイバセンサの設置場所に応じた大きさと形状を有する金属板と、
   前記光ファイバセンサの検知部を両側から挟むように選定された前記光ファイバセンサ上の２箇所と前記金属板とを固定する固定部と、を備え、
   前記金属板は、光ファイバセンサが固定された面と反対側の面で前記金属に固定され、
   前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記金属の腐食によるひずみを検出することを特徴とする腐食センサ。

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