JP2021162491A - 犠牲陽極モニタリングセンサおよびモニタリング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1Aは、犠牲陽極モニタリングセンサの概略を示す図である。図1Bは、図1AのA−Aにおける断面図である。犠牲陽極モニタリングセンサ1は、腐食センサ10と犠牲陽極20(以下、陽極部材20ともいう)とを備え、腐食センサ10と犠牲陽極20との間にはモルタル115が設けられている。腐食センサ10と犠牲陽極20は、ケーブル111が半田付され接続されている。
図4は、犠牲陽極モニタリングセンサ100の概略を示す図である。犠牲陽極モニタリングセンサ100は、腐食センサ310と犠牲陽極である亜鉛線320が、半田付けされたケーブル411で接続されている。本実施例で用いる亜鉛線320は、99.99%の純度のものを使用し、海中における防食時の陽極必要量を、以下に示す式(1)を用いて計算し、0.5mmΦと1mmΦの2水準とした。また、式(1)中の計画防食電流密度(Ii)は、軟鉄系に用いられる100mA/m2を代入し、陽極の有効電気量(C)は、780A・h/kgとした。
図5は、人工海水を用いた浸漬試験(ケース1)の概略を示す図である。浸漬試験ケース1として、人工海水中における腐食センサ310と亜鉛線320の接続状態の防食効果について、腐食促進試験を実施した。試験方法として、溶液槽に3%塩分濃度に調整したイオン交換水(pH:7.7)に空気をポンプで投入し、腐食センサ310単体(無防食)と亜鉛線320を接続した犠牲陽極付き腐食センサ(犠牲陽極モニタリングセンサ100)を、それぞれ3つずつ(n=3)で浸漬した。
[1−1.電流密度の挙動]
図6は、犠牲陽極モニタリングセンサ100の亜鉛線−腐食センサ間で計測した電流密度の経時変化を示すグラフである。電流密度は、計測した電流値を腐食センサの検知部分の表面積で除した値、すなわち防食対象面積における電流密度とした。
図7は、1mmΦの亜鉛線水準の腐食センサおよび亜鉛線の電位計測結果を示すグラフである。腐食センサの電位は約100時間程度まで開始直後と同様、−600mV vs SHEを示し、その後、卑下傾向となった。亜鉛線の電位は開始直後から100時間まで徐々に貴化傾向に上昇し、その後は大きな変化はなく、横ばいとなった。また、図7に示す0.5mmΦと比較すると、各個体差によるバラツキが少ない結果であったことから防食環境を安定的に維持できていると考えられる。
図8は、腐食センサの抵抗変化を示すグラフである。図7に示した0.5mmΦ、1mmΦの亜鉛線を接続した腐食センサの抵抗変化は、腐食センサ単体(無防食)においては数時間から35時間の間にすべてのセンサが腐食状態を示し、0.5mmΦの亜鉛線防食については50〜100時間で腐食に至った。1mmΦの亜鉛線水準は、140〜160時間ですべてのセンサが腐食に至った。
電流密度、電位変化、腐食センサの抵抗変化のそれぞれの計測結果の関係性について、以下考察した。
図9は、コンクリート模擬溶液を用いた浸漬実験(ケース2)の概略を示す図である。浸漬試験ケース2として、コンクリート模擬溶液を用いた防食効果の確認試験を行った。試験環境は、塩分濃度を10%に調整した飽和水酸化カルシウム溶液(pH:12.3)内にポンプで飽和水酸化カルシウム溶液を通じて二酸化炭素を除去した空気を混入させ、溶液に腐食センサ単体と、0.5mmΦ、1mmΦの亜鉛線を接続した犠牲陽極付き腐食センサ(犠牲陽極モニタリングセンサ100)を、それぞれ3つずつ(n=3)を浸漬した。なお、亜鉛線については、図示しない。
[2−1.亜鉛線の電位変化]
図10は、1mmΦの亜鉛線の電位変化を示すグラフである。
図11は腐食センサの抵抗変化を示すグラフである。無防食と0.5mmΦの亜鉛線はほぼ同時期に腐食を判定している。0.5mmΦの亜鉛線については、試験途中の150時間経過時点で亜鉛線の消費と水酸化カルシウムの固着に伴い亜鉛線自身が接続ケーブルから脱落し、その後は防食効果が極端に低下したと推察される。無防食の腐食センサについては、約300〜350時間で腐食に至り、浸漬試験ケース1の10倍程度の腐食判定時間が必要であったが、1mmΦの亜鉛線の防食については、350時間経過時点においても、表面的には腐食箇所が現れてきているものの、腐食を判定する抵抗値に至っておらず、防食効果が持続できているといえる。
0.5mmΦの亜鉛線においては安定的な防食効果を得ることができなかったため、1mmΦの亜鉛線における浸漬試験ケース1および浸漬試験ケース2の復極量を評価した。図12は、浸漬試験ケース1の復極量の経時変化を示すグラフである。図13は、浸漬試験ケース2の復極量の経時変化を示すグラフである。どちらの浸漬試験においても開始後から復極量は低下していき、陽極消費に伴う復極量の低下が確認された。また、鋼材の水素脆化が懸念される1000mVを超えていないことがわかる。
腐食センサを犠牲陽極のモニタリングに適用することを検討する場合、実際に鉄筋に取り付ける犠牲陽極と腐食センサを直接接続することが、容易であると考えられる。しかし、実構造物に設置する犠牲陽極は一定の厚みのバックフィル材を通じて腐食センサより抵抗の大きい鉄筋に腐食電流を供給する仕組みである。そのため、腐食センサと実際に用いる犠牲陽極を接続すると、過大な防食電流を供給する可能性が想定される。犠牲陽極の予防保全的観点で考えると、設置する犠牲陽極の防食効果が低下する直前に何らかの判定ができることが望ましく、実構造物に設置される犠牲陽極とは分離・独立した形で、防食効果をモニタリングすることが望ましい。また、犠牲陽極のサイズ・設置個数は、対象コンクリート面積や鉄筋量、塩分濃度等の条件により異なることから、モニタリングセンサにおいても、犠牲陽極の量を任意にコントロールできることが望ましい。
10 腐食センサ
20 犠牲陽極、陽極部材
111 ケーブル
113 筐体
115 モルタル
121 基材
123 検知部
125 貴金属膜
310 腐食センサ
320 亜鉛線
411 ケーブル
Claims (5)
- 電気防食工法に基づいて、コンクリート構造物内部に埋設された陽極をモニタリングする犠牲陽極モニタリングセンサであって、
鋼材の腐食を検出する腐食センサと、
前記腐食センサに接続された陽極部材と、を備えることを特徴とする犠牲陽極モニタリングセンサ。 - 前記陽極部材は、鉄よりも卑な金属であることを特徴とする請求項1記載の犠牲陽極モニタリングセンサ。
- 前記犠牲陽極は、前記陽極と同種類の金属であることを特徴とする請求項1記載の犠牲陽極モニタリングセンサ。
- 前記陽極部材の厚さまたは径は、1mm以上であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の犠牲陽極モニタリングセンサ。
- 電気防食工法に基づいて、コンクリート構造物内部に埋設された陽極をモニタリングするモニタリング方法であって、
鋼材の腐食を検出する腐食センサと、前記腐食センサに犠牲陽極をケーブルで接続し、犠牲陽極モニタリングセンサを作製する工程と、
前記作製した犠牲陽極モニタリングセンサを前記コンクリート構造物に埋設する工程と、
鋼材の腐食を検出する腐食センサの抵抗変化もしくは静電容量値の変化によって、犠牲陽極の防食効果の低下をモニタリングする、または、前記犠牲陽極の電流密度の経時変化もしくは鋼材の腐食を検出する腐食センサの復極量の経時変化により、前記埋設された陽極の防食状況を推定する工程と、を少なくとも含むことを特徴とするモニタリング方法。
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