JP2018031703A - 構造物の腐食環境測定方法、腐食環境測定システム、及び腐食環境測定結果を利用した補修計画策定方法と点検計画策定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外に設置された構造物の腐食速度を定量的にかつ継続的に把握することを可能とする腐食環境測定方法及び腐食環境測定システムを提供する。また、補修を劣化度合いに応じて最適なタイミングで行うことができる補修計画を策定する方法、及び、構造物の点検を腐食や劣化の進行状況に応じて最適なタイミングで行うことができる点検計画を策定する方法を提供する【解決手段】計測対象構造物に、前記計測構造物と耐腐食性において相関のある材質で形成した電極の一対が間隔を開けて配置された検査面を有するセンサを配置し、前記検査面に付着した水分のイオン電導性に係る抵抗と前記電極の表面での電荷移動の抵抗を分離することができる周波数範囲の中の任意の周波数でインピーダンスの経時変化を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、屋外に設置された照明設備などの構造物の腐食速度を長期間にわたり定量的に把握するための腐食環境測定方法及び腐食環境測定システムに関するものである。更に、補修を劣化度合いに応じて最適なタイミングで行うことができる補修計画を策定する方法、及び、構造物の点検を腐食や劣化の進行状況に応じて最適なタイミングで行うことができる点検計画を策定する方法に関するものである。

屋外に設置された照明設備などの構造物を構成する金属材料の腐食や劣化の進行状況を把握する手法として、ＡＣＭ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒ）センサを暴露して大気腐食モニターにより大気環境を計測する方法が提案されている。

例えば、特開２００８−２２４４０５には、ＡＣＭセンサの設置箇所での腐食速度に基づいてＡＣＭセンサの設置されていないエリアの腐食速度を求めるための腐食速度評価方法が開示されている。

特開２００８−２２４４０５

屋外の腐食環境は場所によって大きく異なるため、同じ構造物であっても、場所によって劣化の進行が異なる。そのため、屋外に設置された構造物を一律に補修した場合、補修が手遅れとなる、或いは、不要な補修を行うことになるおそれがある。また、補修に先立つ点検作業を各構造物について一律に行った場合、劣化が早く進行する場所については劣化情報の収集が遅れ、劣化の進行が遅い場所については不要な点検作業が行われるおそれがある。

従って、構造物の補修を劣化度合いに応じて最適なタイミングで行うことができる補修計画の策定と、補修に先立って行われる点検を構造物の腐食や劣化の進行状況に応じて最適なタイミングで行うことができる点検計画の策定が必要となる。

しかしながら、大気環境を計測するための従来の技術では、腐食や劣化の進行状況を正確に把握することができなかった。例えば、従来のＡＣＭセンサは主に濡れ時間を計測し、上記腐食速度評価方法では相対湿度との関係で濡れ時間を計測し、腐食の目安としているが、腐食速度を定量的に測定することは困難であった。

また、ＡＣＭセンサは２種類の金属間に流れる電流を測定する構造であることから、センサ部の劣化が早く、腐食環境が厳しい場所では頻繁に交換する必要があり、長期間にわたる継続的な計測には不向きであった。

そこで、本発明は、屋外に設置された構造物の腐食速度を定量的にかつ継続的に把握することを可能とする腐食環境測定方法及び腐食環境測定システムを提供するとともに、補修を劣化度合いに応じて最適なタイミングで行うことができる補修計画を策定する方法、及び、構造物の点検を腐食や劣化の進行状況に応じて最適なタイミングで行うことができる点検計画を策定する方法を提供することを目的とする。

本発明に係る腐食環境測定方法では、計測対象構造物に、前記計測対象構造物と耐腐食性において相関のある材質で形成した電極の一対が間隔を開けて配置された検査面を有するセンサを配置し、前記検査面に付着した水分のイオン電導性に係る抵抗と前記電極の表面での電荷移動の抵抗を分離することができる周波数範囲の中の任意の周波数でインピーダンスの経時変化を測定する。

本発明に係る腐食環境測定システムは、一対の電極が間隔を開けて配置された検査面を有するセンサと、前記電極に交流電圧を印加しインピーダンスを計測する計測装置を備える。前記センサは、計測対象構造物に配置される。前記電極は、前記計測対象構造物と耐腐食性において相関のある材質で形成される。前記計測装置は、前記交流電圧を、前記検査面に付着した水分のイオン電導性に係る抵抗と前記電極の表面での電荷移動の抵抗を分離することができる周波数範囲の中の任意の周波数で印加する。

本発明に係る腐食環境測定方法及び腐食環境測定システムでは、複数の構造物が設置された道路トンネルにおいて、前記複数の構造物の中から任意に選んだものを前記計測対象構造物とし、前記センサの複数を前記道路トンネル内に等間隔で配置してもよい。

本発明に係る腐食環境測定方法及び腐食環境測定システムでは、また、前記電極の一対が、円柱形の第一電極と、前記第一電極より径が大きく前記第一電極の周囲に前記第一電極と軸線が一致する配置とされている円環形の第二電極とで構成されるものであってもよい。

本発明に係る補修計画策定方法では、本発明に係る腐食環境測定方法により得られた、前記インピーダンスの経時変化に基づき、前記計測対象構造物の腐食速度を算出し、前記計測対象構造物及び前記計測対象構造物と同様の腐食環境にある構造物の補修を行う時期を決定する。

本発明に係る点検計画策定方法では、本発明に係る腐食環境測定方法により得られた、前記インピーダンスの経時変化に基づき、前記計測対象構造物の腐食速度を算出し、前記計測対象構造物及び前記計測対象構造物と同様の腐食環境にある構造物の点検作業を行う時期を決定する。

本発明に係る腐食環境測定方法及び腐食環境測定システムよれば、センサの検査面に間隔を開けて配置される電極が計測対象構造物と耐腐食性において相関のある材質で形成されていることから、センサの検査面では、計測対象構造物の表面と同様の腐食現象が生じることになる。そして、計測されたインピーダンスに基づき、計測対象構造物の腐食速度を算出することができる。従って、濡れ時間だけではなく、構造物の腐食速度を定量的に測定することができる。

しかも、センサの検査面に配置される電極は、計測対象構造物と耐腐食性において相関のある材質で形成されることから、計測対象構造物よりも極端に早く劣化することはなく、計測対象構造物における劣化の進行状況を把握するために有意な期間で、継続的な計測ができる。従って、屋外に設置された構造物の腐食速度を定量的にかつ継続的に把握することが可能となる。

本発明に係る腐食環境測定方法及び腐食環境測定システムを道路トンネルに設置された構造物に適用する場合は、道路トンネルの中に設置された複数の構造物の中から任意に選んだものを計測対象構造物とし、センサの複数を道路トンネル内に等間隔で配置する。これにより、場所によって腐食環境の異なる道路トンネル内に設置された複数の構造物の腐食速度をより正確に把握することができる。

本発明者は、トンネル内に設置された構造物の腐食には、トンネル開口付近の路面に散布された凍結防止剤や、車両からの排気ガスが深く関与し、同一トンネル内においても場所によって腐食速度が大きく異なることを発見した。

例えば、山岳トンネルでは、凍結防止剤の影響が強いトンネル入口付近において腐食速度が高くなる場合があり、凍結防止剤を散布しない地域のトンネルでは、排気ガスやトンネル内の湿気の影響を受けて、トンネル中央から出口にかけて腐食速度が高くなる場合がある。従って、道路トンネル内に設置された複数の構造物の腐食速度を把握するためには、センサの複数を道路トンネル内に等間隔で配置することが好ましい。また、腐食速度は相対的に調査することが好ましく、道路トンネル外の入口付近又は出口付近に設置された計測対象構造物についても併せて計測することが好ましい。

電極の形状は、使用状況に応じて最適なものとすればよいが、円柱形の第一電極と、第一電極より径が大きく第一電極の周囲に第一電極と軸線が一致する配置とされている円環形の第二電極とで構成することにより、耐久性を高めることができ、センサの交換頻度を低減できる。

本発明に係る補修計画策定方法では、計測されたインピーダンスに基づき算出された腐食速度を利用することで、構造物における劣化の進行状況を高い精度で推測できる。従って、推測される劣化状況を考慮して補修の時期を決めることにより、補修を劣化度合いに応じて最適なタイミングで行うことができる。

本発明に係る点検計画策定方法も同様に、推測される劣化状況を考慮して点検の時期を決めることにより、構造物の点検を、腐食や劣化の進行状況に応じて最適なタイミングで行うことができる。

本発明に係る腐食環境測定システムの概略構成図である。 センサの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。 測定方法の原理となる等価電気回路である。 計測されるインピーダンのナイキスト線図である。 計測対象構造物が照明装置又は情報板である場合においてセンサを配置する位置を概略的に示す図である。 計測対象構造物がトールゲートである場合においてセンサを配置する位置を概略的に示す図である。 計測対象構造物がガードレールである場合においてセンサを配置する位置を概略的に示す図である。 計測対象構造物がトンネル照明灯具である場合においてセンサを配置する位置を概略的に示す図である。 計測対象構造物が水噴霧配管である場合においてセンサを配置する位置を概略的に示す図である。 計測対象構造物がジェットファンである場合においてセンサを配置する位置を概略的に示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 検査面を初期状態のままとしたセンサを蒸留水に浸漬させたときに得られる周波数とインピーダンスの相関を示し、（ａ）はナイキスト線図、（ｂ）はボード線図である。 検査面を初期状態のままとしたセンサを３％ＮａＣｌ溶液に浸漬させたときに得られる周波数とインピーダンスの相関を示し、（ａ）はナイキスト線図、（ｂ）はボード線図である。 検査面を腐食させたセンサを３％ＮａＣｌ溶液に浸漬させたときに得られる周波数とインピーダンスの相関を示し、（ａ）はナイキスト線図、（ｂ）はボード線図である。 低周波数側で計測されるインピーダンを修正して電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔを算出する原理を示すナイキスト線図である。 計測対象構造物が設置されたトンネルの入口から１８０ｍ地点における、車両の走行方向から見たセンサの設置位置を示す図である。 計測対象構造物が設置されたトンネルの入口から１８０ｍ地点における水分抵抗Ｒ_ｓｏｌ及び電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの逆数の経時変化を示すグラフである。 計測対象構造物が設置されたトンネルの入口から２１５５ｍ地点における水分抵抗Ｒ_ｓｏｌ及び電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの逆数の経時変化を示すグラフである。 計測対象構造物が設置されたトンネルの入口から１８０ｍ地点における、図１６に示す計測期間より後の計測期間の、水分抵抗Ｒ_ｓｏｌ及び電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの逆数の経時変化を示すグラフである。

図１及び図２に、本発明に係る腐食環境測定システムの実施形態を示す。本発明に係る腐食環境測定方法は、この腐食環境測定システムにより実施することができる。

この腐食環境測定システムは、一対の電極１１が間隔を開けて配置された検査面１２を有するセンサ１と、電極１１に交流電圧を印加しインピーダンスを計測する計測装置２を備える。

センサ１は、計測対象構造物４に配置される。なお、補修又は点検は、全ての構造物について行う必要があるが、全ての構造物について腐食速度を把握する必要はない。ほぼ同様の腐食環境に曝されることが推測される複数の構造物の中から任意に選んだ構造物を、計測対象構造物４とすることができる。

なお、道路トンネルでは、同一トンネル内においても腐食速度は様々である。そこで、道路トンネル内に設置された複数の構造物の中から任意に選んだものを計測対象構造物４とし、センサ１の複数を道路トンネル内に等間隔で配置する。これにより、場所によって腐食環境の異なる道路トンネル内に設置された構造物における腐食速度をより正確に把握することができる。また、腐食速度は相対的に調査することが好ましく、道路トンネル外の入口付近又は出口付近に設置された計測対象構造物４についても併せて計測することが好ましい。

図１に示す実施形態では、道路トンネル３の内部及びその周辺に設置された構造物を計測対象構造物４としているが、計測対象とする構造物に制限はない。照明装置、情報板、トールゲート、ガードレール等を計測対象構造物４としてもよい。なお、図１は、腐食環境測定システムの構成を容易に理解できる形で表現したものであり、システムの構成要素の大きさや設置間距離は正確ではない。

道路トンネル３の内部におけるセンサ１の設置間隔は、状況によって適宜決めればよく、例えば、数百メートル間隔とすることができる。また、山岳トンネルでは、凍結防止剤の影響が強いトンネル入口付近の構造物が最も過酷な腐食環境に曝されることになるため、トンネル入口付近におけるセンサ１の配置間隔を他の場所よりも密にすることができる。

センサ１は、円柱形の第一電極１１ａと、円環形の第二電極１１ｂと、これら電極１１ａ、１１ｂを覆い固める合成樹脂の被覆材１３で構成されている。第二電極１１ｂは第一電極１１ａより径が大きく、第一電極１１ａの周囲に、第一電極１１ａと軸線が一致する配置で固定されている。

第一電極１１ａと第二電極１１ｂの端面はセンサ１の検査面１２において大気に露出している。そして、検査面１２側から見たときの第一電極１１ａの端面の輪郭と、第二電極１１ｂの端面の輪郭が同心円となって現れている。また、第一電極１１ａと第二電極１１ｂの大気に露出している部分の面積は同じとなっている。

センサ１の検査面１２における、第一電極１１ａの端面の輪郭と、第二電極１１ｂの端面の内側の輪郭の間隔（以下、電極間ギャップＧとする）は、検査面１２に付着する水滴の径よりも小さいものであればよく、製造条件や構成部材の性状に応じて最適な寸法とすればよい。

第一電極１１ａと第二電極１１ｂの合成樹脂で覆われた端面の各々には、電線１４が接続されている。電線１４は被覆材１３を貫通し外部に導出され、計測装置２に接続されている。

被覆材１３の素材である合成樹脂として、例えば、エポキシ樹脂を採用することができる。ただし、被覆材１３の素材は、電極間ギャップＧを設けるために必要な絶縁性と加工性を有し、センサ１内部への水分の侵入を防ぐ耐水性を有するものであれば制限はなく、使用環境やコストに応じて最適なものを選択すればよい。

第一電極１１ａと第二電極１１ｂの材質は、計測対象構造物４と同質とすれば、計測対象構造物４の腐食速度と同じとみなせるため、計測結果の補正等をほぼ不要にすることができる。一方、センサ１の寿命を延ばす必要がある場合には、例えば、クロムやニッケルを少量加え、腐食し難いものにしてもよい。この場合は、計測結果にしかるべき補正を行うことで腐食速度を得ることができる。

ただし、第一電極１１ａと第二電極１１ｂの耐腐食性が、計測対象構造物４の耐腐食性よりも極めて高いものとなっては、計測対象構造物４の劣化が進行しているにも関わらず、センサ１がそれを検出できない場合がある。従って、第一電極１１ａと第二電極１１ｂの材質は、計測対象構造物４と耐腐食性において相関のあるものとする。

計測対象構造物４には、気温の変動により生じる結露や雨水などの水分が付着するが、この水分に塩化物イオン等が含まれると、計測対象構造物４の腐食が促進される。例えば、トンネル内の入口付近では、道路トンネル３の外側の路面に散布された凍結防止剤の、車両の走行に伴って発生する飛沫が水分に溶け込むと、塩化物イオンが含まることになる。そして、計測対象構造物４に配置されたセンサ１の検査面１２も、計測対象構造物４の表面と同じ腐食環境となる。

検査面１２に水分が付着した状態は、電極１１に交流電圧を印加した場合の等価電気回路として表現できる。このときの等価回路は、図３に示すように、電極表面抵抗Ｒ_ｃｔ、電気二重層容量Ｃ_ｄｌ、及び、水分抵抗Ｒ_ｓｏｌで表される。

電極表面抵抗Ｒ_ｃｔは電極１１の表面における錆の種類や状態で変化し、水滴抵抗Ｒ_ｓｏｌは凍結防止剤である塩化物イオン等が含まれると小さくなる。従って、検査面１２に付着した水分のイオン電導性に係る抵抗と、電極表面での電荷移動の抵抗を分離することができる周波数範囲の中の任意の周波数（以下、検査周波数という）の交流電圧を印加したときに計測されるインピーダンスは、腐食環境に応じて変化する。すなわち、このインピーダンスの経時変化を計測することにより、腐食環境の状態を把握することができる。

検査周波数は、腐食や劣化の進行状況を測定する対象となる計測対象構造物４の材質や設置状況などに応じて適宜決めることができるが、１０ｋＨｚ以上の周波数から１０ｍＨｚ以下の周波数まで、周波数を走査して、ナイキスト線図やボード線図を作成し分析したうえで決めることが好ましい。

電極１１に交流電圧を印加したときに測定されるインピーダンスは、図４のナイキスト線図で示すように、検査面１２に付着した水分のイオン電導性に係る抵抗と、電極表面での電荷移動の抵抗を分離することができる周波数範囲の中の任意の周波数において、低周波側では電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔと水分抵抗Ｒ_ｓｏｌの双方が影響しているのに対し、高周波側では電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの影響が低くなり水分抵抗Ｒ_ｓｏｌの影響が支配的となる。そこで、図４に示す低周波側であって縦軸の値が小さくなる周波数（以下、第一検査周波数とする）と、図４に示す高周波側であって縦軸の値が小さくなる周波数（以下、第二検査周波数とする）の双方を検査周波数とすることにより、電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔと水分抵抗Ｒ_ｓｏｌの変化を正確に把握することができる。

なお、低周波側のインピーダンスは、実際の腐食環境では、電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔと水分抵抗Ｒ_ｓｏｌ以外の要因の影響を受けることになる。例えば、カソード部では、酸素拡散に伴う抵抗（ワールズブルグインピーダンス）の影響を受ける。

カソード部では、また、塩化物イオンが存在する場合に形成されるβ‐ＦｅＯＯＨやγ‐ＦｅＯＯＨが酸化剤として働くことによる、以下の式（１）に示す反応の影響を受ける。

更に、アノード部では、腐食反応において中間吸着生成物が生成される場合は、その影響を受けることになる。例えば、中間吸着生成物が、ＦｅＯＨ⁻を生成する触媒として働く場合は以下の反応による影響を受ける。

しかしながら、これらの影響を受けた結果により計測されるインピーダンスを電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔとして扱うことにより、第一検査周波数では水分抵抗Ｒ_ｓｏｌと電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔを合わせた抵抗の経時変化が得られ、第二検査周波数では水分抵抗Ｒ_ｓｏｌが得られるので、その差から得られる電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔを逆数（腐食速度Ｉ_ｃｏｒ＝Ｋ／Ｒ_ｃｔ）とすることで、腐食環境の状態を把握することができる。

第一検査周波数は概ね１Ｈｚ以下、第二検査周波数は概ね１ｋＨｚ以上となるが、腐食や劣化の進行状況を測定する対象となる計測対象構造物４の材質や設置状況などにより異なるものとなる。また、低い周波数での計測には時間を要するため、第一検査周波数は、計測時間を考慮して決めることが好ましい。

インピーダンスの経時変化は、交流電圧を、所定のタイミングで、所定の期間、複数回印加することにより計測することができる。例えば、１２時間に１回の印加を一年間継続することにより、一年間の経時変化を把握することができる。なお、図３において、低周波は第一検査周波数の交流電流を、高周波は第二検査周波数の交流電流を意味している。

センサ１を配置する位置は、計測対象構造物４において、腐食環境が最も過酷になる位置が好ましい。また、センサ１を単体で用い得られる計測値を周辺環境の代表値として扱う場合、センサ１の検査面１２において、雨水がかかり、かつ、新たな水分が循環するように流れる状態が好ましい。センサ１の迎角を、雨水のかかり易い角度（鉛直方向上向き）と水分が流れやすい角度（水平方向）の間、例えば４５度とすることにより、これらの条件を満たすことができる。ただし、センサ１の迎角は配置される状況に応じて適宜決めることができる。

図５〜１０にセンサ１を配置する位置を例示する。なお、図５〜１０は、センサ１を配置する位置を容易に理解できる形で表現したものであり寸法の相関は正確ではない。また、図５〜１０に示す白抜矢線は車両の走行方向である。

図５に示すように、計測対象構造物４が照明装置又は情報板である場合、照明装置又は情報板のポール４ａの点検口４１内及び地際部４２に配置することが好ましい。そして、点検口４１内において点検口下端付近、下向き４５度とすることが好ましく、地際部において地表から１０ｃｍ程度の高さ、上向き４５度、車線上流向きとすることが好ましい。

図６に示すように、計測対象構造物４がトールゲート４ｂである場合、電波吸収体４３の裏及び出口レーン最上流支柱地際部４４が好ましい。そして、電波吸収体４３の裏において空気の流れが悪く淀んだ位置、上向きとすることが好ましく、支柱地際部４４において地表から５ｃｍ程度の高さ、上向き４５度、車線上流向きとすることが好ましい。トールゲート４ｂにおいては地表に繁茂する草が少ないため、極力地際部近くとすることが好ましい。

計測対象構造物４の特定の部位をピンポイントで計測したい場合は、その部位の向いている面とセンサ１の検査面１２を同じ方向に向けることが好ましい。そのため、電波吸収体４３の裏において、センサ１は、検査面１２が電波吸収体４３と同じ方向を向く状態である上向きとすることが好ましい。また、計測対象構造物４の周囲に、空気の流れが悪く淀んだ場所がある場合には、電波吸収体４３と同様に、その場所に上向きで配置することが好ましい。

図７に示すように、計測対象構造物４がガードレール４ｃである場合、ガードポスト地際部４５において地表から１５ｃｍ程度の高さ、上向き４５度、車線上流向きとすることが好ましい。ガードレール４ｃにおいては地表に繁茂する草が多く、これらを定期的に刈り取る必要があるため、草刈器に干渉しない高さとすることが好ましい。

図８に示すように、計測対象構造物４がトンネル照明灯具４ｄである場合、灯具本体４６を壁面に固定する金具４７のうち上流下側に配置されたものに、上向き４５度で配置することが好ましい。

図９に示すように、計測対象構造物４が道路トンネル内に配置された水噴霧配管４ｅである場合、噴霧ノズル４８の分岐部に上向き４５度で配置することが好ましい。

図１０に示すように、計測対象構造物４が道路トンネル内に配置されたジェットファン４ｆである場合、車道上となる位置を避け、ファン本体４９を上方壁面に吊り下げ固定する吊金具５０のうち路肩側に配置されたものに、上向き４５度で配置することが好ましい。

道路トンネル壁面に設置されたその他の構造物、例えば、火災報知器については、最も低い位置に、上向き４５度で配置することが好ましい。

計測装置２は、公知のポテンショスタットとＦＲＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ａｎａｌｙａｅｒ）で構成されている。また、通信ケーブル７を介し、管理センター８に設置された図示しない演算処理装置に接続されている。そして、計測装置２の計測データは、管理センター８の演算処理装置に集約される。

管理センター８では、演算処理装置に集約された計測データ、すなわち、インピーダンスの経時変化に基づき、腐食や劣化の進行状況の監視が行わる。また、インピーダンスの経時変化に基づいて算出された、計測対象構造物４の腐食速度から、点検作業を行う時期、或いは補修を行う時期を決定する。

例えば、経験則に基づき３年に１回の点検作業が行われている（点検周期３年の）構造物と同様の腐食環境に曝されている計測対象構造物４と比較し、腐食速度が３倍早ければ、点検作業を毎年行うことと（点検周期は１年と）する。

一方、経験側に基づく点検周期が３年の構造物と同様の腐食環境に曝されている計測対象構造物４と、経験則に基づく点検周期が５年の構造物と同様の腐食環境に曝されている計測対象構造物４を比較し、腐食速度が同じであれば、これまで３年であった点検周期を５年とする。補修についても同様である。

道路トンネル３における腐食環境の測定にあたり、まず、選定した第一検査周波数及び第二検査周波数において、インピーダンスの経時変化の計測が可能であることの確認試験を行った。

＜試験１＞
センサ１を蒸留水に浸漬し、電位振幅１０ｍＶの交流電圧を、１０ｋＨｚから１０ｍＨｚに周波数を走査して印加し、インピーダンスを計測した。ポテンショスタットにはｓｏｌａｒｔｒｏｎ社の１２８７型を、ＦＲＡにはｓｏｌａｒｔｒｏｎ社の１２５５Ｂ型を使用した。測定結果を図１１に示す。

＜試験２＞
センサ１を３％ＮａＣｌ溶液に浸漬し、試験１と同じ条件でインピーダンスを計測した。測定結果を図１２に示す。

＜試験３＞
検査面１２に塩水を２時間噴霧し、４時間乾燥させた後、湿潤状態を２時間保持する工程を３回繰り返し、検査面１２を錆びた状態としたセンサ１を、３％ＮａＣｌ溶液に浸漬し、試験１と同じ条件でインピーダンスを計測した。測定結果を図１３に示す。

＜水分抵抗Ｒ_ｓｏｌの変化＞
この確認試験では、センサ１を浸漬した溶液の抵抗が水分抵抗Ｒ_ｓｏｌに相当するため、以下の説明では、溶液抵抗Ｒ_ｓｏｌと表現する。溶液抵抗Ｒ_ｓｏｌは、既述のように、高周波側で支配的となるので、最も高い周波数１０ｋＨｚのインピーダンスに注目した場合、試験１では４３２．４Ωであるのに対し、試験２では３．７Ωと、試験３では４．１Ωとなった。すなわち、腐食を促進させる３％ＮａＣｌ溶液ではインピーダンスが低くなっている。従って、この実施形態のセンサ１は、１０ｋＨｚを第二検査周波数として、検査面１２に付着した水滴に起因するインピーダンスの経時変化を計測することができる。

＜電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの変化＞
電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔは、既述のように、低周波側で支配的となるため、測定した最も低い周波数のインピーダンスに注目した場合、試験１では周波数３９．８Ｈｚにおいて１２４７７０Ωであるのに対し、試験２では周波数１０ｍＨｚにおいて２０７４．３Ωと、試験３では周波数１０ｍＨｚにおいて８４．６Ωとなった。すなわち、腐食を促進させる３％ＮａＣｌ溶液ではインピーダンスが低くなっており、錆が発生した状態ではインピーダンスが更に低くなっている。従って、この実施形態のセンサ１は、１０ｍＨｚを第一検査周波数として、電極１１の電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔに起因するインピーダンスの経時変化を計測することができる。

なお、図１１（ｂ）に示す試験１のボード線図において、１００Ｈｚのプロットが外れているが、これは、電源の５０Ｈｚ倍数に現れやすいノイズであると考えられる。

また、図１１（ａ）に示す試験１のナイキスト曲線において、低周波側に現れる山形部分は、カソード部におけるワールズブルグインピーダンスの影響である。電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔと水分抵抗Ｒ_ｓｏｌ以外の要因の影響を受ける実際の腐食環境では、ナイキスト線図における低周波側の形状は様々であり、このように、周波数１０ｍＨｚにおけるインピーダンスが必ずしも電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔと水分抵抗Ｒ_ｓｏｌの和に相当するといえない場合もある。

すなわち、周波数１０ｍＨｚで測定した結果は、実数部Ｒｅ［Ｚ］と虚数Ｉｍ［Ｚ］で得られ、ナイキスト線図における半円の途中となる場合がある。そこで、このような場合には、電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔを求めるにあたり、図１４に示すように、Ｒｅ［Ｚ］‐Ｒ_ｓｏｌに、以下の式（３）で得られる値ｘを加算する。

そして、電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔを、以下の式（４）で得ることができる。

＜実施例＞
延長２９２５ｍ、一方通行の道路トンネル３の、入口から１８０ｍ地点（図１に示す地点Ａに相当、以下計測地点Ｐ１とする）及び２１５５ｍ地点（出口から７７０ｍ地点、図１に示す地点Ｂに相当、以下計測地点Ｐ２とする）に設置された計測対象構造物４にセンサ１を配置し、腐食環境の測定を行った。

センサ１は、一つの地点毎に、高さの異なる位置に設置された３個の計測対象構造物４に配置した。図１５は、計測地点Ｐ１における、車両の走行方向から見たセンサ１の設置位置を示す図である。低い位置に設置された火災検知器４ｇと、高い位置に設置されたジェットファン４ｆと、これらの間の高さに設置されたケーブルラック４ｈに、それぞれ、センサ１を配置した。なお、図１５は、センサ１を配置する位置を容易に理解できる形で表現したものであり寸法の相関は正確ではない。また、センサ１は、いずれも、上向き４５度とした。

計測地点Ｐ２においても同様に、火災検知器４ｇとケーブルラック４ｈのそれぞれにセンサ１を配置した。また、計測地点Ｐ１におけるジェットファン４ｆと同程度の高さ位置に設置された図示しない横断管にも、センサ１を配置した。以下の説明では、火災検知器４ｇに配置したセンサ１をＣＨ１と、ケーブルラック４ｈに配置したセンサ１をＣＨ２と、ジェットファン４ｆ或いは横断管に配置したセンサ１をＣＨ３とする。

測定装置２には、確認試験と同じものを用いて、１時間毎に、周波数１０ｋＨｚにおけるインピーダンス（水分抵抗Ｒ_ｓｏｌ）と、周波数１０ｍＨｚにおけるインピーダンス（電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔ）の計測を計測地点Ｐ１で５５４日間、計測地点Ｐ２で４８日間行った。結果を図１６、図１７、図１８に示す。

図１６に示す計測地点Ｐ１における電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの逆数は、図１７に示す計測地点Ｐ２における電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの逆数よりも大きい値で推移している。従って、トンネル入口付近に設置された構造物は、計測地点Ｐ２に設置された構造物よりも過酷な腐食環境に曝されていることが確認された。

また、露点との温度差が少なくなると水分抵抗Ｒ_ｓｏｌが低下し、電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの逆数が増加することから、結露のし易さと腐食の進行には関係のあることが確認された。なお、計測地点Ｐ１と計測地点Ｐ２は、露点との温度差がほぼ同じときでも、水分抵抗Ｒ_ｓｏｌ及び電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの逆数には差異があることからも、トンネル入口付近に設置された構造物は、計測地点Ｐ２に設置された構造物よりも過酷な腐食環境に曝されていることがわかる。

図１８は、計測地点Ｐ１における図１６に示す測定期間より後の期間のインピーダンスの経時変化を示している。図１８に示す測定期間において、電極表面の電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔの逆数は、始めから高い値で推移している。一度塩化物の影響を受けると、凍結防止剤の散布されない春以降も、腐食速度が高い水準を維持することを示すものである。

また、図１８に示す測定期間の始めには、水分抵抗Ｒ_ｓｏｌが低下し、腐食が進行し易い状態となっている。梅雨の影響を示すものと考えられる。

更に、この実施例における道路トンネル３に設置された構造物の腐食環境が、概ね計測地点Ｐ２と同等であると想定した場合、計測地点Ｐ１に設置された構造物の腐食速度は、他の地点の構造物の腐食速度の数十倍のオーダーで大きくなることがわかる。従って、点検周期を短くする必要があり、また、点検と同時に補修を行わなければならない可能性が高く、点検周期と補修周期を同一にすることが無難であると判断される。

１ センサ
２ 計測装置
３ 道路トンネル
４ 計測対象構造物
７ 通信ケーブル
８ 管理センター
１１ 電極
１２ 検査面
１３ 被覆材
１４ 電線

Claims (8)

1. 計測対象構造物に、前記計測対象構造物と耐腐食性において相関のある材質で形成した電極の一対が間隔を開けて配置された検査面を有するセンサを配置し、前記検査面に付着した水分のイオン電導性に係る抵抗と前記電極の表面での電荷移動の抵抗を分離することができる周波数範囲の中の任意の周波数でインピーダンスの経時変化を測定することを特徴とする腐食環境測定方法。
2. 複数の構造物が設置された道路トンネルにおいて、前記複数の構造物の中から任意に選んだものを前記計測対象構造物とし、前記センサの複数を前記道路トンネル内に等間隔で配置する請求項１に記載の腐食環境測定方法。
3. 前記電極の一対が、円柱形の第一電極と、前記第一電極より径が大きく前記第一電極の周囲に前記第一電極と軸線が一致する配置とされている円環形の第二電極とで構成される請求項１又は２に記載の腐食環境測定方法。
4. 一対の電極が間隔を開けて配置された検査面を有するセンサと、前記電極に交流電圧を印加しインピーダンスを計測する計測装置を備え、
   前記センサは、計測対象構造物に配置され、
   前記電極は、前記計測対象構造物と耐腐食性において相関のある材質で形成され、
   前記計測装置は、前記交流電圧を、前記検査面に付着した水分のイオン電導性に係る抵抗と前記電極の表面での電荷移動の抵抗を分離することができる周波数範囲の中の任意の周波数で印加することを特徴とする腐食環境測定システム。
5. 複数の構造物が設置された道路トンネルにおいて、前記複数の構造物の中から任意に選んだものを前記計測対象構造物とし、前記センサの複数を前記道路トンネル内に等間隔で配置する請求項４に記載の腐食環境測定システム。
6. 前記電極の一対が、円柱形の第一電極と、前記第一電極より径が大きく前記第一電極の周囲に前記第一電極と軸線が一致する配置とされている円環形の第二電極とで構成される請求項４又は５に記載の腐食環境測定システム。
7. 請求項１、２又は３に記載の腐食環境測定方法により得られた、前記インピーダンスの経時変化に基づき、前記計測対象構造物の腐食速度を算出し、前記計測対象構造物及び前記計測対象構造物と同様の腐食環境にある構造物の補修を行う時期を決定することを特徴とする補修計画策定方法。
8. 請求項１、２又は３に記載の腐食環境測定方法により得られた、前記インピーダンスの経時変化に基づき、前記計測対象構造物の腐食速度を算出し、前記計測対象構造物及び前記計測対象構造物と同様の腐食環境にある構造物の点検作業を行う時期を決定することを特徴とする点検計画策定方法。