JP2019066300A - 電気防食効果検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気防食工法が施された鋼材の腐食環境を、高い精度で検出する。【解決手段】本発明の電気防食効果検出方法は、腐食センサ７を用いて、電気防食工法が施された鉄筋５の腐食環境を検出する電気防食効果検出方法であって、鉄筋５と並列に腐食センサ７を接続し、外部電源方式または流電陽極方式によって、コンクリート３を介して鉄筋５および腐食センサ７に防食電流を提供し、腐食センサ７の抵抗値を検出することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、腐食センサを用いて、電気防食工法が施された鋼材の腐食環境を検出する電気防食効果検出方法に関する。

従来から、鉄筋コンクリート構造物、すなわち、ＲＣ（Reinforced-Concrete）構造物における鉄筋の腐食を防止するための有効な手段として、電気防食工法が知られている。ＲＣ構造物の主な劣化要因は、塩分などによる鉄筋腐食である。鉄筋腐食が進行したり、あるいは塩分が浸透したりしたＲＣ構造物では、材料的に有効な防食手法として、断面修復工法が挙げられるが、厳しい塩害環境下では、断面修復後に再劣化する場合がある。このため、腐食電流とは逆向きの電流（防食電流）を流す外部電源方式のような電気防食工法や、鉄筋の替わりに陽極材が腐食する流電（犠牲）陽極方式による電気防食工法が実施されている。このように、従来の電気防食工法では、鉄筋の腐食の進行自体を通電によって抑制するため、適切に実施された場合には、鉄筋腐食は進行しない。

特開２０１２−８８１５８号公報

"土木学会第６５回年次学術講演会講演概要集，Ｖ−３４７，ｐ．６９３−６９４（２０１０）"

しかしながら、外部電源方式では、通電量が不十分である場合には鉄筋腐食が生じてしまう一方、通電量が過大である場合には鉄筋近傍で電気分解によって水素が発生する。鉄筋近傍での水素の発生は、金属の水素脆化、コンクリートの付着力の低下を招くため好ましくない。また、流電（犠牲）陽極方式では、電源を必要としないメリットがあり、陽極材の残量が十分である場合には、鉄筋腐食の進行は抑制される。しかしながら、経年変化によって犠牲陽極材が欠損したりすると、防食効果が小さくなり、鉄筋腐食が進行する場合がある。

これらの現象はコンクリート内部で生じ、かつ目視による点検が難しい。特に、目視で判別しにくい場所や、点検を実施しにくい場所では、躯体鋼材の腐食進行に気付かずに、鉄筋腐食が想定以上に進行し、鋼材が断面欠損したり、破断したりすることもある。

また、これまでの電気防食効果の判定には復極試験が行なわれており、専門的知識が必要で、１００ｍＶ以上の電位変化量が必要とされていたため、微量な電位変化量から判定することは困難であった。また、電位変化量を確認するためには通常２４時間を要することも判定を困難にしていた。すなわち、点検者は同じ個所を当日と翌日に見回る必要があった。そのため、簡易的に電気防食効果を確認する手法が望まれていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電気防食工法が施された鋼材の腐食環境を、高い精度で検出することができる電気防食効果検出方法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、本発明の電気防食効果検出方法は、腐食センサを用いて、電気防食工法が施された鋼材の腐食環境を検出する電気防食効果検出方法であって、前記鋼材と並列に腐食センサを接続し、電気防食システムによって、コンクリート層を介して前記鋼材および前記腐食センサに防食電流を提供し、前記腐食センサの抵抗値を検出することを特徴とする。

このように、鋼材と並列に腐食センサを接続し、電気防食システムによって、コンクリート層を介して鋼材および腐食センサに防食電流を提供するので、鋼材にも腐食センサにも防食電流が流れることとなる。従って、正常に防食電流が提供されていれば、鋼材も腐食センサも腐食することはない。この場合、腐食センサの抵抗値は相対的に低い値となる。しかし、防食電流が正常に提供されなくなると、鋼材と共に腐食センサが腐食する。腐食センサは、鉄箔や薄膜で構成されていることから、鋼材よりも先に破断する。腐食センサが破断すると、抵抗値が相対的に高くなることから、腐食環境が進行していること、ひいては、電気防食工法の効果が十分に得られていないことを検知することが可能となる。

（２）また、本発明の電気防食効果検出方法は、前記コンクリート層内部にかぶり深さに応じて複数の腐食センサを設けることを特徴とする。

このように、コンクリート層内部にかぶり深さに応じて複数の腐食センサを設けるので、段階的に腐食進行状況を把握することが可能となる。すなわち、正常に防食電流が提供されていれば、鋼材も腐食センサも腐食することはないが、防食電流が正常に提供されなくなると、かぶり深さの小さい腐食センサから順に破断していくこととなる。これにより、電気防食の効果を検知すると共に、腐食進行状況を把握することが可能となる。

（３）また、本発明の電気防食効果検出方法において、前記腐食センサは、有機フィルム上に鉄箔で波状または鋸歯状に形成された導体パターン部を備えることを特徴とする。

このように、腐食センサは、有機フィルム上に鉄箔で波状または鋸歯状に形成された導体パターン部を備えるので、腐食因子との接触によって腐食し易い。これにより、腐食センサの精度を高めることが可能となる。

本発明によれば、電気防食工法が施された鋼材の腐食環境を、簡易かつ高い精度で検出することが可能となる。

本実施形態に係る電気防食工法の概略を示す図である。 腐食センサ７の検知部の概略構成を示す図である。 腐食センサの検知部の一例を示す図である。 細長い腐食センサ８を鉄筋に沿わせてコンクリート中に配置した事例である。 本発明の実施例に係る試験方法の概要を示す図である。 電気防食下の試験結果を示す図である。 無防食下の試験結果を示す図である。 コンクリート層内部にかぶり深さに応じて３つの腐食センサ７を設けた例を示す図である。 外部電源方式に腐食センサを適用した場合の模式図である。

本発明者らは、電気防食効果を判定することが容易ではなかったことに着目し、腐食センサを鋼材と並列に接続することによって、腐食センサにも防食電流を流し、定期的に腐食センサの電気抵抗を測定することによって、鋼材の腐食環境、ひいては電気防食効果を判定することができることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明の電気防食効果検出方法は、腐食センサを用いて、電気防食工法が施された鋼材の腐食環境を検出する電気防食効果検出方法であって、前記鋼材と並列に腐食センサを接続し、外部電源方式または流電陽極方式によって、コンクリート層を介して前記鋼材および前記腐食センサに防食電流を提供し、前記腐食センサの抵抗値を検出することを特徴とする。

これにより、本発明者らは、電気防食工法が施された鋼材の腐食環境を、簡易かつ高い精度で検出することを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、本実施形態に係る電気防食工法の概略を示す図である。ＲＣ構造物１は、コンクリート３および鉄筋５によって構成されている。鉄筋５の近傍には腐食センサ７が設けられており、鉄筋５に対して並列に陽極システム９に接続されている。陽極システム９は、外部電源方式の場合は、陽極にチタン等の鉄よりも貴な金属が用いられ、外部の電源装置から電力の供給を受ける。一方、流電（犠牲）陽極方式の場合は、陽極システム９は亜鉛合金など、鉄よりも卑な金属が用いられる。これらの方式により、図中、紙面に対して下向きの矢印で示したように、防食電流が提供され、鉄筋５および腐食センサ７に防食電流が流れることとなる。そして、防食電流が正しく提供されていれば、鉄筋５および腐食センサ７が腐食することはない。

図２は、腐食センサ７の検知部の概略構成を示す図である。腐食センサ７は、有機フィルム７ａ上に鉄箔で波状（または鋸歯状）に形成された導体パターン部７ｂを備える。この構成により、腐食因子との接触面積を大きくすることが可能となり、腐食因子との接触確率が高まることから、導体パターン部７ｂを腐食させ易くすることができる。これにより、腐食センサの精度を高めることが可能となる。

腐食センサの検知部の形状は、コンクリートとの接触面積が確保されれば、特に限定されるものではない。例えば、鉄筋に類似の外形として、細長い形状にしても良い。図３は、腐食センサの検知部の一例を示す図である。図３に示すように、腐食センサ８は、有機フィルム８ａ上に鉄箔で波上に形成された導体パターン部８ｂを備える。この形状であれば、鉄筋に沿わせて腐食センサを配置することが可能となる。図４は、細長い腐食センサ８を鉄筋に沿わせてコンクリート中に配置した事例である。腐食センサ８は、犠牲陽極材９ａと対向するように、鉄筋５の表面に沿うように貼り付けられている。腐食センサ８は、鉄筋５および犠牲陽極材９ａに対し、並列に接続されると共に、計測線９ｂと接続されている。これにより、精度の高い腐食検知を実現することが可能となる。

図５は、本発明の実施例に係る試験方法の概要を示す図である。電気防食の構成は、作用極にφ１６×５０ｍｍ鋼材（ＳＲ２３５）５ａ、腐食センサ７、対極に白金被覆チタン線（Ｐｔ−Ｔｉ線）１１、参照極に飽和ＫＣｌ銀塩化銀電極１３を用いて電気化学セルを構成した。そして、この試験は、イオン交換水を用いて塩化ナトリウム濃度を３％に調整した水溶液１５中で行なった。

電位は、ポテンショスタット２０を用いて制御し、「−７６０ｍＶ ｖｓ．ＳＳＥ」で定電位通電を行なった。比較対象である無防食下の試験は、電気防食下と同形状の鋼材５ａ、腐食センサ７および飽和ＫＣｌ銀塩化銀電極１３を浸漬させた。試験期間中は、鋼材５ａの電位と腐食センサ７の抵抗を、データロガー２２により５分間隔で記録した。腐食センサ７の断線を確認した後に鋼材５ａの質量を計測し、質量変化から腐食速度を算出した。

図６は、電気防食下の試験結果を示す図である。ここで、腐食センサ７の破断確認は、データロガー２２を用いて腐食センサ７の抵抗値の経時変化から判断した。データロガー２２に記録される値は、電気抵抗値を温度換算した値になるため、本実施例では、腐食センサ７の抵抗の単位を便宜上“arbitrary unit”と記載した。本実施例では、腐食センサ７の抵抗値が「３２８０ａ．ｕ．」を示した時点が当該センサの完全破断に対応する。図６に示すように、定電位通電を行なった電気防食下では、鋼材電位は「−７６０ｍＶ ｖｓ．ＳＳＥ」を維持し、腐食センサ７の抵抗値も変化せず、２８０時間経過後も破断は生じなかった。

図７は、無防食下の試験結果を示す図である。図中の電位は鋼材５ａの自然電位を示している。この無防食下では、浸漬直後の自然電位は「−３７１ｍＶ ｖｓ．ＳＳＥ」を示したが、その後、電位は急速に卑化し、「−５００〜−６００ｍＶ ｖｓ．ＳＳＥ」へ推移した。また、腐食センサ７は、約２７０時間後に破断を確認できる抵抗値を示した。

以上の試験の後、鋼材５ａおよび腐食センサ７の腐食状態を観察した結果、電気防食下では鋼材５ａ、腐食センサ７は発錆しなかった。一方、無防食下においては、鋼材５ａと腐食センサ７が発錆した。また、鋼材５ａの腐食速度は、質量の減少分から、電気防食下で０．０１ｍｍ／ｙを示したのに対して、無防食下では０．０８ｍｍ／ｙとなり、海水中の腐食速度０．１ｍｍ／ｙに近い結果が得られた。

以上の結果から、腐食センサ７は、３％塩化ナトリウム水溶液中においては、無防食下でのみ破断が生じ、電気防食下では破断しないことが確認された。また、腐食センサ７は、約２７０時間で鋼材５ａが腐食環境にあることを検知した。３％塩化トリウム水溶液は、鋼材５ａにとっては、浸漬当初より腐食環境にあるため、腐食検知時期は早いほど良いが、実際の土木構造物の維持管理を考慮すると、約２７０時間という破断結果は十分許容できる範囲と考えられる。

図８は、コンクリート層内部にかぶり深さに応じて３つの腐食センサ７を設けた例を示す図である。このように、コンクリート層内部にかぶり深さに応じて複数の腐食センサを設けることによって、段階的に腐食進行状況を把握することが可能となる。すなわち、正常に防食電流が提供されていれば、鋼材も腐食センサも腐食することはないが、防食電流が正常に提供されなくなると、かぶり深さの小さい腐食センサから順に破断していくこととなる。これにより、電気防食の効果を検知すると共に、腐食進行状況を把握することが可能となる。

図９は、外部電源方式に腐食センサを適用した場合の模式図である。ＲＣ構造物９０において、外部電源としての電源装置９１から供給される電流が、チタンなどで構成された陽極材としての陽極システム９３を通して防食電流として鉄筋９５に通電される。この際、腐食センサ９７と鉄筋９５とを並列に接続して、（外部）電源装置９１に接続して防食回路を構成している。腐食センサ９７は、適切な防食電流の場合は、安定状態であり、腐食センサ９７の検知部の電気抵抗は変化しない。一方、防食電流が不足する場合は、腐食センサ９７の検知部の腐食が開始し、腐食センサ９７の鉄箔材で構成された検知部は、腐食による断面欠損を生じて電気抵抗が増大することにより、防食電流の不足を検知する。さらに、この状態が継続すれば鉄箔材の断線が生じることから、断線する前に防食電流を回復させることで、継続して腐食センサ９７として使用することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、腐食センサを用いることによって、電気防食工法の効率的な効果確認手法を実現することが可能となる。

１ ＲＣ構造物
３ コンクリート
５ 鉄筋
５ａ 鋼材
７ 腐食センサ
７ａ 有機フィルム
７ｂ 導体パターン部
８ 腐食センサ
８ａ 有機フィルム
８ｂ 導体パターン部
９ 陽極システム
９ａ 犠牲陽極材
９ｂ 計測線
１３ 飽和ＫＣｌ銀塩化銀電極
１５ ３％塩化ナトリウム水溶液
２０ ポテンショスタット
２２ データロガー
９０ ＲＣ構造物
９１ 電源装置
９３ 陽極システム
９５ 鉄筋
９７ 腐食センサ
９９ 計測線

Claims (3)

1. 腐食センサを用いて、電気防食工法が施された鋼材の腐食環境を検出する電気防食効果検出方法であって、
   前記鋼材と並列に腐食センサを接続し、
   電気防食システムによって、コンクリート層を介して前記鋼材および前記腐食センサに防食電流を提供し、
   前記腐食センサの抵抗値を検出することを特徴とする電気防食効果検出方法。
2. 前記コンクリート層内部にかぶり深さに応じて複数の腐食センサを設けることを特徴とする請求項１記載の電気防食効果検出方法。
3. 前記腐食センサは、有機フィルム上に鉄箔で波状または鋸歯状に形成された導体パターン部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気防食効果検出方法。

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