JP2021173589A - 土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土壌と評価対象の金属部材との接触状態（土圧）を制御し、より実環境に近い土壌腐食環境を模擬可能な土壌腐食試験装置を提供する。【解決手段】土壌腐食試験装置１は、土壌中における金属の耐食性の評価に用いる。土壌腐食試験装置１は、試験槽２と、土圧制御装置１０とを含む。試験槽２は、模擬土壌３を収容可能、かつ、評価対象の試験体４を模擬土壌３に接触した状態で収容可能である。土圧制御装置１０は、試験槽２に収容された模擬土壌３に、鉛直方向の所定の大きさの力を与える鉛直加圧装置６Ｖと、試験槽２に収容された模擬土壌３に、水平面内の所定方向の所定の大きさの力を与える第１水平加圧装置６Ｈ１とを備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、土壌腐食試験装置及びその装置を用いた土壌腐食試験方法に関する。

屋外で長期間使用する鋼材等の金属部材は、厳しい腐食環境に曝されることがある。例えば、鋼管杭や鋼矢板等の鋼構造物は、土木建築用の基礎構造物として土壌中に埋設される。土壌中に埋設された鋼構造物は、土壌や地下水等の電解質と接しているため次第に腐食し、時間とともに減肉していく。そのため、土壌中に埋設された鋼材の耐食性を精度よく評価することが重要となっている。

従来から、土壌中に埋設された鋼材の耐食性の評価として、日本鉄鋼連盟や、米国ＮＢＳ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）による暴露試験が行われていた。しかしながら、暴露試験では評価に時間がかかることや、土壌腐食環境が異なる場合には、別途長期にわたる検討が必要になる等の課題があった。そのため、暴露試験以外の方法による鋼材の耐食性の評価が求められていた。

暴露試験以外の方法による鋼材の耐食性の評価は、例えば、特開２０１７−２１５３００号公報（特許文献１）、特許第６３４８４５４号公報（特許文献２）、特開２０１１−７５４７７号公報（特許文献３）、特開２０１７−７２５９２号公報（特許文献４）、及び特開２０１７−９０３９９号公報（特許文献５）に開示されている。

特許文献１〜３では、実土壌や模擬土壌を試験槽内に充填し、それらの土壌の水分含有量を調整し、温度や酸素分圧等を制御して土壌中の鋼の耐食性を評価している。特許文献４では、試験槽内に模擬土壌を複数層重ねて形成し、各層で土壌中の通気量を変えて酸素濃淡マクロセル腐食を再現し、土壌中の鋼の耐食性を評価している。特許文献５では、金属構造物とともにセル内に収容された土壌に対して、加圧し、水及び所定のガスを供給して、金属構造物のマクロ腐食を試験している。

特開２０１７−２１５３００号公報 特許第６３４８４５４号公報 特開２０１１−７５４７７号公報 特開２０１７−７２５９２号公報 特開２０１７−９０３９９号公報

しかしながら、土壌腐食環境は、大気や海洋の腐食環境に比べて不均一な環境であるため、土壌中の鋼材の耐食性の評価には、土壌の締固め度合い（土壌充填度合い）や、土壌と鋼材との接触状態を精密に制御することが重要である。土壌の締固め度合いが異なると、土粒子間隙中の水分量（水分飽和度）も異なる。

ところが、特許文献１〜４の耐食性の評価では、土壌の締固め度合いは考慮されていないため、より実環境に近い土壌腐食環境を再現することが求められている。特に、鋼管杭や鋼矢板など土中の奥深くまで埋設する鋼材は、土圧の影響を大きく受けることから腐食態様が深さ方向で大きく異なると考えられている。

また、実環境において土壌中の鋼材には、土圧による応力が不均一にかかる。例えば、鋼材に対して、鉛直方向にかかる応力の大きさと、水平方向にかかる応力の大きさとは、通常は異なる。鋼材の腐食の仕方は、鋼材が受ける土圧による応力の方向による違いによっても変化する。すなわち、土圧による応力がどのように不均一であるかにより、鋼材と土壌との接触状態が変化するために、鋼材の腐食の仕方が変化する。さらに、鋼材が埋設された土壌の周辺に、建造物等の施設物、若しくは盛り土がある場合、又は土壌の一部が掘削されている場合等は、鋼材に対して、水平面内でも方向によって応力の大きさが異なることがある。

特許文献５の方法では、土壌に対する圧力は、一方向（鉛直方向）しか制御できない。しかしながら、一方向の圧力のみを制御しても、鋼材の腐食態様は、正確に評価することができない。

本発明の目的は、土壌と評価対象の金属部材との接触状態（土圧）を制御し、より実環境に近い土壌腐食環境を模擬可能な土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法を提供することである。

本実施形態の土壌腐食試験装置は、土壌中における金属部材の耐食性の評価に用いる。この土壌腐食試験装置は、試験槽と、土圧制御装置とを備えている。試験槽は、土壌を収容可能、かつ、評価対象の試験体を土壌に接触した状態で収容可能である。土圧制御装置は、試験槽に収容された土壌の土圧を制御可能である。試験槽は、底板と、第１及び第２側板と、第３及び第４側板とを備えている。第１及び第２側板は、底板上に、底板に略垂直に設けられているとともに、互いに略平行に配置されている。第３及び第４側板は、底板上に、底板及び第１側板に略垂直に設けられているとともに、第１及び第２側板を挟むように、かつ、互いに略平行に配置されている。第１側板は、水平面内の所定方向に移動して第２側板に対して近接及び離間できるように構成されている。土圧制御装置は、載荷板と、鉛直加圧装置と、第１水平加圧装置とを備えている。載荷板は、試験槽に収容された土壌に、底板とは反対側から接触する。鉛直加圧装置は、載荷板を介して、試験槽に収容された土壌に、鉛直方向の所定の大きさの力を与える。第１水平加圧装置は、第１側板を介して、試験槽に収容された土壌に、所定方向の所定の大きさの力を与える。

本実施形態の土壌腐食試験方法は、上記土壌腐食試験装置を用いる。この土壌腐食試験方法は、準備工程と、鉛直土圧制御工程と、水平第１土圧制御工程とを含む。準備工程では、土壌を試験槽に収容し、土壌と試験体とを接触させる。鉛直土圧制御工程では、準備工程後、土圧制御装置の鉛直加圧装置によって土壌の鉛直方向の土圧を制御する。水平第１土圧制御工程では、準備工程後、土圧制御装置の第１水平加圧装置によって、第１側板の高さ位置における土壌の上記所定方向の土圧を制御する。

本発明による土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法によれば、土壌と評価対象の金属部材との接触状態を制御し、より実環境に近い土壌腐食環境を模擬可能である。

図１は、第１実施形態に係る土壌腐食試験装置の縦断面図であり、土壌を加圧する前の状態を示す。 図２は、第１実施形態に係る土壌腐食試験装置の上面図であり、土壌を加圧する前の状態を示す。 図３は、第１実施形態の土壌腐食試験装置の縦断面図であり、土壌を加圧している状態を示す。 図４は、第２実施形態の土壌腐食試験装置の縦断面図であり、土壌を加圧する前の状態を示す。

本実施形態の土壌腐食試験装置は、土壌中における金属部材の耐食性の評価に用いる。この土壌腐食試験装置は、試験槽と、土圧制御装置とを備えている。試験槽は、土壌を収容可能、かつ、評価対象の試験体を土壌に接触した状態で収容可能である。土圧制御装置は、試験槽に収容された土壌の土圧を制御可能である。試験槽は、底板と、第１及び第２側板と、第３及び第４側板とを備えている。第１及び第２側板は、底板上に、底板に略垂直に設けられているとともに、互いに略平行に配置されている。第３及び第４側板は、底板上に、底板及び第１側板に略垂直に設けられているとともに、第１及び第２側板を挟むように、かつ、互いに略平行に配置されている。第１側板は、水平面内の所定方向に移動して第２側板に対して近接及び離間できるように構成されている。土圧制御装置は、載荷板と、鉛直加圧装置と、第１水平加圧装置とを備えている。載荷板は、試験槽に収容された土壌に、底板とは反対側から接触する。鉛直加圧装置は、載荷板を介して、試験槽に収容された土壌に、鉛直方向の所定の大きさの力を与える。第１水平加圧装置は、第１側板を介して、試験槽に収容された土壌に、所定方向の所定の大きさの力を与える（第１の構成）。

第１の構成の土壌腐食試験装置において、鉛直加圧装置と、第１水平加圧装置とにより、試験槽に収容された土壌に対して、上方から加圧するとともに、側方から加圧することができる。これにより、土壌に埋められた試験体（評価対象の金属部材）に対して、鉛直方向の土圧と、水平面内の一方向の土圧とを個別に（独立に）制御することができる。したがって、土壌と試験体との接触状態を正確に制御し、より実環境に近い土壌腐食環境を模擬可能である。

第１側板において、第２側板に対向する面には、載荷板の端部を収容可能な第１溝が形成されていることが好ましい（第２の構成）。第２の構成の土壌腐食試験装置では、第１溝に載荷板の端部が収容されていない状態で、試験槽内に土壌及び試験体を入れ、その後、第１溝に載荷板の端部が収容されるように第１側板を移動させることにより、第１側板を第２側板に近接させる。これにより、土壌を側方から加圧することができる。

第１又は第２の構成の土壌腐食試験装置において、第２側板は、所定方向に移動して第１側板に対して近接及び離間できるように構成されていることが好ましい。この場合、土圧制御装置は、第２側板を介して、試験槽に収容された土壌に、所定方向の所定の大きさの力を与える第２水平加圧装置をさらに備えていることが好ましい（第３の構成）。

第３の構成の土壌腐食試験装置は、試験槽に収容された土壌に水平方向の力を与える手段として、第１水平加圧装置に加え第２水平加圧装置を備えている。これにより、試験槽に収容された土壌に、水平面内の所定方向に沿う土圧を効率的に生じさせることができる。

第３の構成の土壌腐食試験装置において、第２側板において、第１側板に対向する面には、載荷板の端部を収容可能な第２溝が形成されていることが好ましい（第４の構成）。第４の構成の土壌腐食試験装置を用いて、第２溝に載荷板の端部が収容されていない状態で、試験槽内に土壌及び試験体を入れ、その後、第２溝に載荷板の端部が収容されるように第２側板を移動させることにより、第２側板を第１側板に近接させて、土壌を加圧することができる。

第１〜第４の構成のいずれかの土壌腐食試験装置は、底板と第１側板との間に配置され、所定方向に移動できるように構成された第１加圧ブロックをさらに備えていることが好ましい。この場合、土圧制御装置は、第１加圧ブロックを介して、試験槽に収容された土壌に所定方向の所定の大きさの力を与える第３水平加圧装置をさらに備えていることが好ましい（第５の構成）。

第５の構成の土壌腐食試験装置を用いて、試験槽において、第１側板の高さ位置における所定方向の土圧と、第１加圧ブロックの高さ位置における所定方向の土圧とを、個別に制御することができる。したがって、水平面内の所定方向の土圧が実環境において深さ方向に変化する場合を、適切に模擬することができる。

第１〜第５のいずれかの構成の土壌腐食試験装置において、底板と第２側板との間に配置され、所定方向に移動できるように構成された第２加圧ブロックをさらに備えていることが好ましい。この場合、土圧制御装置は、第２加圧ブロックを介して、試験槽に収容された土壌に所定方向の所定の大きさの力を与える第４水平加圧装置をさらに備えていることが好ましい（第６の構成）。

第６の構成の土壌腐食試験装置を用いて、試験槽に収容された土壌に、第１側板の高さ位置における所定方向の土圧と、第２加圧ブロックの高さ位置における所定方向の土圧とを、個別に制御することができる。

本実施形態の土壌腐食試験方法は、第１〜第６の構成のいずれかの土壌腐食試験装置を用いる。この土壌腐食試験方法は、準備工程と、鉛直土圧制御工程と、水平第１土圧制御工程とを含む。準備工程では、土壌を試験槽に収容し、土壌と試験体とを接触させる。鉛直土圧制御工程では、準備工程後、土圧制御装置の鉛直加圧装置によって土壌の鉛直方向の土圧を制御する。水平第１土圧制御工程では、準備工程後、土圧制御装置の第１水平加圧装置によって、第１側板の高さ位置における土壌の上記所定方向の土圧を制御する（第７の構成）。

第７の構成の土壌腐食試験方法によれば、鉛直土圧制御工程と、水平第１土圧制御工程とにより、試験槽に収容された土壌に対して、鉛直方向の土圧と、水平面内の一方向の土圧とを個別に（独立に）制御することができる。したがって、土壌と評価対象の金属部材との接触状態を正確に制御し、より実環境に近い土壌腐食環境を模擬可能である。

第７の構成の土壌腐食試験方法において、第３又は第４の構成の土壌腐食試験装置を用いて、準備工程後、土圧制御装置の第２水平加圧装置によって、第２側板の高さ位置における土壌の所定方向の土圧を制御する水平第２土圧制御工程をさらに含むことが好ましい（第８の構成）。

第８の構成の土壌腐食試験方法により、水平面内の所定方向の土圧を制御する工程として、水平第１土圧制御工程に加え、水平第２土圧制御工程を含む。これにより、試験槽に収容された土壌に、水平面内の所定方向に沿う土圧を効率的に生じさせることができる。

第７又は８の構成の土壌腐食試験方法において、第５の構成の土壌腐食試験装置を用いて、準備工程後、土圧制御装置の第３水平加圧装置によって、第１加圧ブロックの高さ位置における土壌の所定方向の土圧を制御する水平第３土圧制御工程をさらに含むことが好ましい（第９の構成）。

第９の構成の土壌腐食試験方法により、試験槽において、第１側板の高さ位置における所定方向の土圧と、第１加圧ブロックの高さ位置における所定方向の土圧とを、個別に制御することができる。したがって、水平面内の所定方向の土圧が実環境において深さ方向に変化する場合を、正確に模擬することができる。

第７〜第９のいずれかの構成の土壌腐食試験方法は、第６の構成の土壌腐食試験装置を用い、準備工程後、土圧制御装置の第４水平加圧装置によって、第２加圧ブロックの高さ位置における土壌の所定方向の土圧を制御する水平第４土圧制御工程をさらに含むことが好ましい（第１０の構成）。

第１０の構成の土壌腐食試験方法により、試験槽に収容された土壌に、第１側板の高さ位置における所定方向の土圧と、第２加圧ブロックの高さ位置における所定方向の土圧とを、個別に制御することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
《第１実施形態》
［土壌腐食試験装置］
図１は、本発明の第１実施形態に係る土壌腐食試験装置の縦断面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る土壌腐食試験装置の上面図である。図１及び図２には、土壌を加圧する前の状態の土壌腐食試験装置を示している。土壌腐食試験装置１は、試験槽２と、土圧制御装置１０とを含む。

［試験槽］
試験槽２は、土壌を収容可能である。土壌は、耐食性を評価する環境を模擬して人工的に作られた模擬土壌であってもよく、腐食環境を調査する場所の実土壌であってもよい。以下、試験槽２には、土壌として、模擬土壌３が収容されるものとして説明する。模擬土壌３は、例えば、水道水を含水させた中性土、パイライトを添加した酸性土等である。土壌腐食試験の際には、試験槽２の所定の高さまで模擬土壌３が収容される。

試験槽２は、底板２Ｂと、第１側板２Ｓ１、第２側板２Ｓ２、第３側板２Ｓ３、及び第４側板２Ｓ４を備えている。第１側板２Ｓ１〜第４側板２Ｓ４は、いずれも、底板２Ｂ上に、底板２Ｂに略垂直に設けられている。第１側板２Ｓ１と第２側板２Ｓ２とは、互いに略平行に対向配置されている。

第１側板２Ｓ１において、第２側板２Ｓ２に対向する面には、第１溝Ｇ１が形成されている。第１溝Ｇ１は、第１側板２Ｓ１において、その幅方向（第１側板２Ｓ１と第２側板２Ｓ２との対向方向及び鉛直方向ＶＤに直交する方向）にわたって延びている。同様に、第２側板２Ｓ２において、第１側板２Ｓ１に対向する面には、第２溝Ｇ２が形成されている。第２溝Ｇ２は、第２側板２Ｓ２において、その幅方向（第１側板２Ｓ１と第２側板２Ｓ２との対向方向及び鉛直方向ＶＤに直交する方向）にわたって延びている。

第１溝Ｇ１と第２溝Ｇ２とは、ほぼ同じ高さ位置に形成されている。より詳細には、第１溝Ｇ１の下端と第２溝Ｇ２の下端とは、ほぼ同じ高さ位置にあり、第２溝Ｇ２の上端と第１溝Ｇ１の上端とは、ほぼ同じ高さ位置にある。

第３側板２Ｓ３と第４側板２Ｓ４とは、互いに略平行に対向配置されている。第３側板２Ｓ３及び第４側板２Ｓ４は、第１側板２Ｓ１に略垂直に設けられているとともに、第１側板２Ｓ１及び第２側板２Ｓ２を挟むように配置されている（図２参照）。第３側板２Ｓ３及び第４側板２Ｓ４は、底板２Ｂに対する位置が固定されているか、固定可能に構成されている。水平な断面において、試験槽２の形状は四角形である。試験槽２の上部は開口している。この開口を介して、模擬土壌３を試験槽２内に入れることができる。試験槽２は、いわゆる土槽を構成する。

試験槽２（底板２Ｂ、及び第１〜第４側板２Ｓ１〜２Ｓ４）の材質は、特に限定されない。ただし、土壌腐食試験の際に試験槽２内の模擬土壌３に大きな応力が加わる場合は、試験槽２が変形又は破壊しないように、試験槽２は十分に大きな剛性及び強度を有することが好ましい。このような要件を満たす試験槽２の材質として、例えば、塩化ビニルやアクリル等の樹脂を挙げることができる。

試験槽２は、模擬土壌３に加えて、土壌腐食試験において評価対象となる試験体４を収容可能である。試験体４は、金属部材である。試験体４は、模擬土壌３に接触した状態で、試験槽２に収容可能である。土壌腐食試験の際には、試験体４は、模擬土壌３中に埋設される。試験体４は、耐食性を評価する対象であり、例えば、ＪＩＳ Ｇ ３１０１（２０１５）に準拠した土木建築用鋼材等である。試験体４は、任意の形状を有し得る。

［土圧制御装置］
土圧制御装置１０は、載荷板５と、鉛直加圧装置６Ｖと、第１水平加圧装置６Ｈ１と、第２水平加圧装置６Ｈ２とを含む。図２では、鉛直加圧装置６Ｖ、第１水平加圧装置６Ｈ１、及び第２水平加圧装置６Ｈ２は、図示を省略している。

載荷板５は、平面視において、土壌を加圧する前の試験槽２の内面に対応した形状及び大きさを有する板である。より詳細には、平面視において、土壌を加圧する前の試験槽２の内面は矩形であるところ、載荷板５は、この試験槽２の内面とほぼ同じ形状及び大きさを有する矩形である。ただし、第１側板２Ｓ１と第２側板２Ｓ２との対向方向に関して、載荷板５の長さは、土壌を加圧する前の第１側板２Ｓ１と第２側板２Ｓ２と間隔よりも長くてもよい。

載荷板５は、試験槽２内に収容される模擬土壌３の上方に配置される。載荷板５の厚さは、第１溝Ｇ１の幅（鉛直方向ＶＤに沿う長さ）及び第２溝Ｇ２の幅よりも小さい。このため、載荷板５と第１溝Ｇ１とが適切な位置関係にあるとき、第１溝Ｇ１に載荷板５の一端部を収容可能である。また、載荷板５と第２溝Ｇ２とが適切な位置関係にあるとき、第２溝Ｇ２に載荷板５の他端部を収容可能である。

鉛直加圧装置６Ｖは、バー７を介して載荷板５の上面に取り付けられている。鉛直加圧装置６Ｖは、フォースゲージを含む。フォースゲージは、周知の構成であるので詳細な説明は省略する。鉛直加圧装置６Ｖにより、鉛直上方から下方に向かって載荷板５に任意の荷重を加えることが可能である。これにより、試験槽２に収容された模擬土壌３に、鉛直方向ＶＤの所定の大きさの力を与えることができる。鉛直加圧装置６Ｖが模擬土壌３に加えることができる荷重は可変である。すなわち、「所定の大きさの力」とは、所望の任意の大きさの力であって、必ずしも一定の（大きさが固定された）力ではない（以下、「所定の大きさの力」との記載については、同様）。

載荷板５の材質は、特に限定されない。ただし、鉛直加圧装置６Ｖにより土壌に荷重を加える際に載荷板５が変形又は破壊しないように、載荷板５は十分に大きな剛性及び強度を有することが好ましい。このような要件を満たす載荷板５の材質として、例えば、塩化ビニルやアクリル等の樹脂を挙げることができる。

第１水平加圧装置６Ｈ１は、第１側板２Ｓ１に対して第２側板２Ｓ２とは反対側（試験槽２の外部）に配置されているとともに、第１側板２Ｓ１に取り付けられている。第１水平加圧装置６Ｈ１は、フォースゲージを含む。第１水平加圧装置６Ｈ１により、水平面内の所定方向（以下、「水平所定方向」という。）ＨＤに、第１側板２Ｓ１に任意の荷重を加えることができる。より詳細には、水平所定方向ＨＤは、第１側板２Ｓ１と第２側板２Ｓ２との配列方向（図１において左右方向）である。第１水平加圧装置６Ｈ１は、第１側板２Ｓ１に、第２側板２Ｓ２に向かう方向（以下、「右向き」という；試験槽２の内側に向かう方向）の任意の荷重を加えることが可能である。これにより、試験槽２に収容された模擬土壌３に、水平所定方向ＨＤ右向きの所定の大きさの力を与えることができる。

第２水平加圧装置６Ｈ２は、第２側板２Ｓ２に対して第１側板２Ｓ１とは反対側（試験槽２の外部）に配置されているとともに、第２側板２Ｓ２に取り付けられている。第２水平加圧装置６Ｈ２は、フォースゲージを含む。第２水平加圧装置６Ｈ２により、水平所定方向ＨＤに、第２側板２Ｓ２に任意の荷重を加えることができる。第２水平加圧装置６Ｈ２は、第２側板２Ｓ２に、第１側板２Ｓ１に向かう方向（以下、「左向き」という；試験槽２の内側に向かう方向）の任意の荷重を加えることが可能である。これにより、試験槽２に収容された模擬土壌３に、水平所定方向ＨＤ左向きの所定の大きさの力を与えることができる。

載荷板５、第１側板２Ｓ１、及び第２側板２Ｓ２により荷重が加えられた模擬土壌３は、土圧が上昇し、締め固められる。鉛直加圧装置６Ｖ、第１水平加圧装置６Ｈ１、及び第２水平加圧装置６Ｈ２は、互いに独立に荷重を設定することができる。したがって、土圧制御装置１０は、試験槽２に収容された模擬土壌３について、鉛直方向ＶＤの土圧、及び水平所定方向ＨＤの土圧を個別に制御可能である。

なお、鉛直加圧装置６Ｖ、第１水平加圧装置６Ｈ１、及び第２水平加圧装置６Ｈ２の具体的な構成は、特に限定されない。例えば、鉛直加圧装置６Ｖは、フォースゲージを含む構成に代えて、錘を含んでもよい。

［土圧の制御による効果］
本実施形態の土壌腐食試験装置によれば、土壌腐食試験中の土壌について、鉛直方向ＶＤの土圧、及び水平所定方向ＨＤの土圧を制御することができ、土壌と試験体（金属部材）との接触状態を正確に制御できる。鉛直方向ＶＤの土圧、及び水平所定方向ＨＤの土圧を制御することで、これら２方向の応力の様々な組み合わせを想定した土壌腐食試験を試験槽内に再現することができる。

例えば、実際に、金属部材が埋設される土壌の周辺に、建造物等の施設物、若しくは盛り土がある場合、又は土壌の一部が掘削されている場合等に、金属部材にかかる応力を再現することができる。さらに、金属部材が埋設される土壌の周辺に、建造物等の施設物、若しくは盛り土が事後的に設けられる場合、又は土壌の一部が事後的に掘削されている場合等に、金属部材にかかる応力の変化を正確に再現することができる。

したがって、本実施形態の土壌腐食試験装置によれば、より実環境に近い土壌腐食環境で土壌腐食試験を行うことができる。ひいては、より正確な耐食性評価を行うことができ、防食手法や腐食寿命推定、設計、材料開発等に寄与できる。

［土壌腐食試験方法］
図３は、本実施形態の土壌腐食試験装置の縦断面図である。図３には、土壌を加圧している状態の土壌腐食試験装置を示している。図１〜図３を参照して、本実施形態の土壌腐食試験方法について説明する。本実施形態の土壌腐食試験方法では、上述した本実施形態の土壌腐食試験装置を用いる。本実施形態の土壌腐食試験方法は、準備工程と、鉛直土圧制御工程と、水平第１土圧制御工程と、水平第２土圧制御工程とを含む。

鉛直土圧制御工程、水平第１土圧制御工程、及び水平第２土圧制御工程は、任意の順序で、順次実施することができる。また、鉛直土圧制御工程、水平第１土圧制御工程、及び水平第２土圧制御工程のうちの２工程以上を同時に実施してもよい。鉛直土圧制御工程、水平第１土圧制御工程、及び水平第２土圧制御工程を実施した後には、図３に示すように、載荷板５の一端部が第１溝Ｇ１に収容され、載荷板５の他端部が第２溝Ｇ２に収容された状態になる。この状態が得られるように、各工程において、載荷板５の高さ位置、及び第１側板２Ｓ１と第２側板２Ｓ２との間隔を制御する。

［準備工程］
準備工程では、模擬土壌３を試験槽２に収容し、模擬土壌３と試験体４とを接触させる。つまり、準備工程により、試験槽２内で、模擬土壌３と試験体４とが接触した状態（例えば、試験体４が模擬土壌３に埋設された状態）を得る。まず、第１側板２Ｓ１と第２側板２Ｓ２との間隔（第１及び第２溝Ｇ１、Ｇ２が形成されている部分の間隔を除く。）が載荷板５の水平所定方向ＨＤに沿う長さと同じ又はそれより大きくなるように、第１側板２Ｓ１及び第２側板２Ｓ２を配置する。載荷板５は、試験槽２の外部に配置する。したがって、第１溝Ｇ１及び第２溝Ｇ２のいずれにも、載荷板５の端部は収容されていない。この状態の試験槽２に、模擬土壌３及び試験体４を収容する。

例えば、準備工程では、空の試験槽２に、所定量ずつ、複数回に分けて模擬土壌３を入れる。この操作の途中で、試験体４を試験槽２に入れる。さらに、その上から所定の高さまで模擬土壌３を試験槽２に入れる。これにより、試験体４が、模擬土壌３中に埋没し、全方位で模擬土壌３と接触した状態を得ることができる。なお、模擬土壌３は、第１及び第２溝Ｇ１、Ｇ２を埋め尽くさない高さまで入れることが好ましい。

［鉛直土圧制御工程］
鉛直土圧制御工程は、準備工程後に実施される。鉛直土圧制御工程では、上述した土圧制御装置１０の鉛直加圧装置６Ｖによって、バー７及び載荷板５を介して模擬土壌３に所定の大きさの力を加える。より詳細には、模擬土壌３及び試験体４を試験槽２へ収容し終えた後、載荷板５を、試験槽２内へと下降させ、模擬土壌３に接触させる。そして、載荷板５をさらに下降させることにより、模擬土壌３に所定の大きさの力を加える。これにより、鉛直方向ＶＤの土圧を制御する。

［水平第１土圧制御工程］
水平第１土圧制御工程は、準備工程後に実施される。水平第１土圧制御工程では、上述した土圧制御装置１０の第１水平加圧装置６Ｈ１によって、第１側板２Ｓ１に水平所定方向ＨＤ右向きの所定の大きさの力を与える。これにより、模擬土壌３を加圧し、第１側板２Ｓ１の高さ位置における模擬土壌３の水平所定方向ＨＤの土圧を制御する。ここで、第１側板２Ｓ１の高さ位置とは、第１側板２Ｓ１の上端と第１側板２Ｓ１の下端との間の範囲の高さ位置をいう。同様に、以下、ある部材の高さ位置とは、その部材の上端とその部材の下端との間の範囲の高さ位置をいう。本実施形態では、第１側板２Ｓ１の高さ位置における模擬土壌３は、実質的に、試験槽２に収容されたすべての模擬土壌３である。

模擬土壌３を加圧する際、第１側板２Ｓ１は右向きに移動する。これに伴い、載荷板５の一端部が、第１溝Ｇ１に収容される。換言すれば、第１側板２Ｓ１の移動の少なくとも一部は、第１側板２Ｓ１に第１溝Ｇ１が形成されていることにより可能となっている。

［水平第２土圧制御工程］
水平第２土圧制御工程は、準備工程後に実施される。水平第２土圧制御工程では、上述した土圧制御装置１０の第２水平加圧装置６Ｈ２によって、第２側板２Ｓ２に水平所定方向ＨＤ左向きの所定の大きさの力を与える。これにより、模擬土壌３を加圧し、第２側板２Ｓ２の高さ位置における模擬土壌３の水平所定方向ＨＤの土圧を制御する。本実施形態では、第２側板２Ｓ２の高さ位置における模擬土壌３は、実質的に、試験槽２に収容されたすべての模擬土壌３である。

模擬土壌３を加圧する際、第２側板２Ｓ２は左向きに移動する。これに伴い、載荷板５の他端部が、第２溝Ｇ２に収容される。換言すれば、第２側板２Ｓ２の移動の少なくとも一部は、第２側板２Ｓ２に第２溝Ｇ２が形成されていることにより可能となっている。

［腐食状態の評価］
鉛直土圧制御工程、水平第１土圧制御工程、及び水平第２土圧制御工程を実施した後、任意の試験期間、鉛直方向ＶＤ及び水平所定方向ＨＤのそれぞれについて、模擬土壌３に所定の大きさの応力を与える。より詳細には、模擬土壌３に対して、鉛直加圧装置６Ｖによって鉛直方向ＶＤの所定の大きさの土圧を与えつつ、第１水平加圧装置６Ｈ１及び第２水平加圧装置６Ｈ２によって、水平所定方向ＨＤの所定の大きさの土圧を与えた状態を維持する。必要により、所定期間の間に、鉛直方向ＶＤの土圧及び水平所定方向ＨＤの土圧の少なくとも一方を、１回以上変更してもよい。試験期間を経過した後、試験体４を取り出し、腐食状態を調査する。

本実施形態の土壌腐食試験方法によれば、鉛直方向の土圧と水平面内の所定の方向の土圧との様々な組み合わせを想定した土壌腐食試験を試験槽内で再現することができる。したがって、より実環境に近い土壌腐食環境で土壌腐食試験を行うことができる。

例えば、実際に、金属部材が埋設される土壌の周辺に、建造物等の施設物、若しくは盛り土がある場合、又は土壌の一部が掘削されている場合等に、金属部材にかかる応力を正確に再現して、金属部材の腐食状態を評価することができる。さらに、金属部材が埋設される土壌の周辺に、建造物等の施設物、若しくは盛り土が事後的に設けられる場合、又は土壌の一部が事後的に掘削される場合等に、金属部材にかかる応力の変化を正確に再現して、金属部材の腐食状態を評価することができる。

試験期間を経過した後に試験体４の腐食状態を調査することに代えて、又は、このような調査に加えて、試験期間中の腐食状態を調査してもよい。試験期間中の腐食状態は、例えば、試験体４を電気化学セルに接続し、電気化学インピーダンス法によって行うことができる。

《第２実施形態》
［土壌腐食試験装置］
図４は、本発明の第２実施形態に係る土壌腐食試験装置の縦断面図である。この土壌腐食試験装置１Ａは、試験槽２Ａと、土圧制御装置１０Ａとを含む。

試験槽２Ａは、図１〜図３に係る実施形態における底板２Ｂ、第１〜第４側板２Ｓ１〜２Ｓ４に加えて、第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４を備えている。第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４は、互いに独立して、水平所定方向ＨＤに移動できるように構成されている。

第１加圧ブロックＢ１、第３加圧ブロックＢ３、第５加圧ブロックＢ５、第７加圧ブロックＢ７、第９加圧ブロックＢ９、第１１加圧ブロックＢ１１、及び第１３加圧ブロックＢ１３は、底板２Ｂと第１側板２Ｓ１との間に設けられている。第１側板２Ｓ１に近い側（上側）から底板２Ｂに近い側（下側）に向かって、第１加圧ブロックＢ１、第３加圧ブロックＢ３、第５加圧ブロックＢ５、第７加圧ブロックＢ７、第９加圧ブロックＢ９、第１１加圧ブロックＢ１１、及び第１３加圧ブロックＢ１３が、この順に配置されている。

第２加圧ブロックＢ２、第４加圧ブロックＢ４、第６加圧ブロックＢ６、第８加圧ブロックＢ８、第１０加圧ブロックＢ１０、第１２加圧ブロックＢ１２、及び第１４加圧ブロックＢ１４は、底板２Ｂと第２側板２Ｓ２との間に設けられている。第２側板２Ｓ２に近い側（上側）から底板２Ｂに近い側（下側）に向かって、第２加圧ブロックＢ２、第４加圧ブロックＢ４、第６加圧ブロックＢ６、第８加圧ブロックＢ８、第１０加圧ブロックＢ１０、第１２加圧ブロックＢ１２、及び第１４加圧ブロックＢ１４が、この順に配置されている。

第３側板２Ｓ３及び第４側板２Ｓ４（図２参照）は、第２実施形態では、底板２Ｂの上面から第１側板２Ｓ１及び第２側板２Ｓ２の上端の高さ位置まで延びているとともに、第１側板２Ｓ１、第２側板２Ｓ２、及び第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４を挟むように配置されている。試験槽２Ａ及びその内部空間は、鉛直方向ＶＤに延びている。試験槽２Ａは、長尺（例えば、１ｍ以上）の試験体４を、鉛直方向ＶＤに沿うように収容することができる。

以下の記載（参照符号を含む。）で、ｎは、１、３、５、７、９、１１及び１３のいずれかである。第１加圧ブロックＢ１と第２加圧ブロックＢ２とは、互いにほぼ同じ形状及び大きさを有しており、ほぼ同じ高さ位置に配置されている。他の加圧ブロックについても同様である。すなわち、第ｎ加圧ブロックＢｎと第（ｎ＋１）加圧ブロックＢ（ｎ＋１）とは、互いにほぼ同じ形状及び大きさを有しており、ほぼ同じ高さ位置に配置されている。第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４の形状は、例えば、直方体状である。

土圧制御装置１０Ａは、図１〜図３に係る実施形態における載荷板５、鉛直加圧装置６Ｖ、第１水平加圧装置６Ｈ１、及び第２水平加圧装置６Ｈ２に加えて、第３〜第１６水平加圧装置６Ｈ３〜６Ｈ１６を備えている。

第３水平加圧装置６Ｈ３は、第１加圧ブロックＢ１に対して第２加圧ブロックＢ２とは反対側（試験槽２Ａの外部）に配置されているとともに、第１加圧ブロックＢ１に取り付けられている。第４水平加圧装置６Ｈ４は、第２加圧ブロックＢ２に対して第１加圧ブロックＢ１とは反対側（試験槽２Ａの外部）に配置されているとともに、第２加圧ブロックＢ２に取り付けられている。

他の水平加圧装置と加圧ブロックとの関係も同様である。図４において、第（ｎ＋２）水平加圧装置６Ｈ（ｎ＋２）、及び第ｎ加圧ブロックＢｎは、左側に配置されているところ、右側に配置された第（ｎ＋１）加圧ブロックＢ（ｎ＋１）との関係は以下の通りである。すなわち、第（ｎ＋２）水平加圧装置６Ｈ（ｎ＋２）は、第ｎ加圧ブロックＢｎに対して第（ｎ＋１）加圧ブロックＢ（ｎ＋１）とは反対側（試験槽２Ａの外部）に配置されているとともに、第ｎ加圧ブロックＢｎに取り付けられている。

図４において、第（ｎ＋３）水平加圧装置６Ｈ（ｎ＋３）、及び第（ｎ＋１）加圧ブロックＢ（ｎ＋１）は、右側に配置されているところ、左側に配置された第ｎ加圧ブロックＢｎとの関係は以下の通りである。すなわち、第（ｎ＋３）水平加圧装置６Ｈ（ｎ＋３）は、第（ｎ＋１）加圧ブロックＢ（ｎ＋１）に対して第ｎ加圧ブロックＢｎとは反対側（試験槽２Ａの外部）に配置されているとともに、第（ｎ＋１）加圧ブロックＢ（ｎ＋１）に取り付けられている。第３〜第１６水平加圧装置６Ｈ３〜６Ｈ１６の各々は、フォースゲージを含む。

第３〜第１６水平加圧装置６Ｈ３〜６Ｈ１６により、それぞれ、水平所定方向ＨＤに、第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４に任意の荷重を加えることができる。第（ｎ＋２）水平加圧装置６Ｈ（ｎ＋２）は、第ｎ加圧ブロックＢｎに、右向きの任意の荷重を加えることが可能である。これにより、試験槽２Ａに収容された模擬土壌３に、水平所定方向ＨＤ右向きの所定の大きさの力を与えることができる。第（ｎ＋３）水平加圧装置６Ｈ（ｎ＋３）は、第（ｎ＋１）加圧ブロックＢ（ｎ＋１）に、左向きの任意の荷重を加えることが可能である。これにより、試験槽２Ａに収容された模擬土壌３に、水平所定方向ＨＤ左向きの所定の大きさの力を与えることができる。

［土壌腐食試験方法］
本実施形態の土壌腐食試験方法は、準備工程と、鉛直土圧制御工程と、水平第１〜第１６土圧制御工程とを含む。鉛直土圧制御工程、水平第１〜第１６土圧制御工程は、任意の順序で、順次実施することができる。また、鉛直土圧制御工程、及び水平第１〜第１６土圧制御工程のうちの２工程以上を同時に実施してもよい。

準備工程は、第１実施形態における準備工程と同様に実施する。試験体４Ａは、鉛直方向ＶＤに沿うように収容する。試験体４Ａは、第１側板２Ｓ１及び第２側板２Ｓ２の高さ位置から第１３加圧ブロックＢ１３及び第１４加圧ブロックＢ１４の高さ位置に至る長さを有する。鉛直土圧制御工程は、第１実施形態における鉛直土圧制御工程と同様に実施する。したがって、載荷板５は、第１側板２Ｓ１に形成された第１溝Ｇ１の下端及び第２側板２Ｓ２に形成された第２溝Ｇ２の下端の高さ位置までは下げられ得るが、第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４の高さ位置までは下げない。

水平第１土圧制御工程及び水平第２土圧制御工程は、第１実施形態における水平第１土圧制御工程及び水平第２土圧制御工程と同様に実施する。ただし、本実施形態における水平第１土圧制御工程及び水平第２土圧制御工程では、第１側板２Ｓ１及び第２側板２Ｓ２の高さ位置における模擬土壌３の水平所定方向ＨＤの土圧を制御する。これらの工程では、第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４の高さ位置における模擬土壌３の土圧は必ずしも制御しない。

水平第（ｎ＋２）土圧制御工程は、水平第１土圧制御工程と同様に実施する。水平第（ｎ＋２）土圧制御工程では、それぞれ、第ｎ加圧ブロックＢｎの高さ位置における模擬土壌３の水平所定方向ＨＤの土圧を制御するが、これ以外の高さ位置における模擬土壌３の土圧は必ずしも制御しない。同様に、水平第（ｎ＋３）土圧制御工程は、水平第２土圧制御工程と同様に実施する。水平第（ｎ＋３）土圧制御工程では、それぞれ、第（ｎ＋１）加圧ブロックＢ（ｎ＋１）の高さ位置における模擬土壌３の水平所定方向ＨＤの土圧を制御するが、これ以外の高さ位置における模擬土壌３の土圧は必ずしも制御しない。

鉛直土圧制御工程、水平第１〜第１６土圧制御工程を実施した後、所定の試験期間、鉛直方向ＶＤ及び水平所定方向ＨＤのそれぞれについて、模擬土壌３に所定の大きさの応力を与える。水平所定方向ＨＤの土圧は、例えば、高さ位置が高くなるほど大きくなるように制御することができる。

その後、試験体４Ａの腐食状態を、第１実施形態における試験体４の腐食状態の調査と同様に調査する。この際、試験槽２Ａ内における試験体４Ａについて、第１側板２Ｓ１及び第２側板２Ｓ２並びに第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４それぞれの高さ位置の少なくとも２つに対応する部分で、腐食状態を調査する。これにより、土壌中の各深さ位置における金属部材の腐食状態を評価することができる。

以上、本実施形態の土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法について説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

例えば、試験槽に複数の種類の模擬土壌を積層して試験体を複数土壌の境界をまたぐように埋設し、試験体の酸素濃淡マクロセル腐食に対する耐食性を評価してもよい。また、第２実施形態において、長尺の試験体４Ａの代わりに、十分に小さな複数の試験体を、第１側板２Ｓ１及び第２側板２Ｓ２並びに第１〜第１４加圧ブロックＢ１〜Ｂ１４の高さ位置の少なくとも２つに配置して土壌腐食試験を行ってもよい。これによっても、土壌中の各深さ位置における金属部材の腐食状態を評価することができる。

本実施形態の土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法は、土壌中における金属部材の耐食性の評価に用いることができる。

１、１Ａ：土壌腐食試験装置
２、２Ａ：試験槽
２Ｂ：底板
２Ｓ１：第１側板
２Ｓ２：第２側板
２Ｓ３：第３側板
２Ｓ４：第４側板
３：模擬土壌
４、４Ａ：試験体
５：載荷板
６Ｖ：鉛直加圧装置
６Ｈ１：第１水平加圧装置
６Ｈ２：第２水平加圧装置
６Ｈ３：第３水平加圧装置
６Ｈ４：第４水平加圧装置
７：バー
１０、１０Ａ：土圧制御装置
Ｂ１：第１加圧ブロック
Ｂ２：第２加圧ブロック
Ｇ１：第１溝
Ｇ２：第２溝

Claims (10)

1. 土壌中における金属部材の耐食性の評価に用いる土壌腐食試験装置であって、
   土壌を収容可能、かつ、評価対象の試験体を前記土壌に接触した状態で収容可能な試験槽と、
   前記試験槽に収容された前記土壌の土圧を制御可能な土圧制御装置と、
   を備え、
   前記試験槽は、
   底板と、
   前記底板上に、前記底板に略垂直に設けられているとともに、互いに略平行に配置された第１及び第２側板と、
   前記底板上に、前記底板及び前記第１側板に略垂直に設けられているとともに、前記第１及び第２側板を挟むように、かつ、互いに略平行に配置された第３及び第４側板と、
   を備え、
   前記第１側板は、水平面内の所定方向に移動して前記第２側板に対して近接及び離間できるように構成されており、
   前記土圧制御装置は、
   前記試験槽に収容された土壌に、前記底板とは反対側から接触する載荷板と、
   前記載荷板を介して、前記試験槽に収容された土壌に、鉛直方向の所定の大きさの力を与える鉛直加圧装置と、
   前記第１側板を介して、前記試験槽に収容された土壌に、前記所定方向の所定の大きさの力を与える第１水平加圧装置と、
   を備えた、土壌腐食試験装置。
2. 請求項１に記載の土壌腐食試験装置であって、
   前記第１側板において、前記第２側板に対向する面には、前記載荷板の端部を収容可能な第１溝が形成されている、土壌腐食試験装置。
3. 請求項１又は２に記載の土壌腐食試験装置であって、
   前記第２側板は、前記所定方向に移動して前記第１側板に対して近接及び離間できるように構成されており、
   前記土圧制御装置は、前記第２側板を介して、前記試験槽に収容された土壌に、前記所定方向の所定の大きさの力を与える第２水平加圧装置をさらに備えた、土壌腐食試験装置。
4. 請求項３に記載の土壌腐食試験装置であって、
   前記第２側板において、前記第１側板に対向する面には、前記載荷板の端部を収容可能な第２溝が形成されている、土壌腐食試験装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の土壌腐食試験装置であって、
   前記底板と前記第１側板との間に配置され、前記所定方向に移動できるように構成された第１加圧ブロックをさらに備え、
   前記土圧制御装置は、前記第１加圧ブロックを介して、前記試験槽に収容された土壌に前記所定方向の所定の大きさの力を与える第３水平加圧装置をさらに備えた、土壌腐食試験装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の土壌腐食試験装置であって、
   前記底板と前記第２側板との間に配置され、前記所定方向に移動できるように構成された第２加圧ブロックをさらに備え、
   前記土圧制御装置は、前記第２加圧ブロックを介して、前記試験槽に収容された土壌に前記所定方向の所定の大きさの力を与える第４水平加圧装置をさらに備えた、土壌腐食試験装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の土壌腐食試験装置を用いる土壌腐食試験方法であって、
   前記土壌を前記試験槽に収容し、前記土壌と前記試験体とを接触させる準備工程と、
   前記準備工程後、前記土圧制御装置の前記鉛直加圧装置によって前記土壌の鉛直方向の土圧を制御する鉛直土圧制御工程と、
   前記準備工程後、前記土圧制御装置の前記第１水平加圧装置によって、前記第１側板の高さ位置における前記土壌の前記所定方向の土圧を制御する水平第１土圧制御工程と、
   を含む、土壌腐食試験方法。
8. 請求項３又は４に記載の土壌腐食試験装置を用いる、請求項７に記載の土壌腐食試験方法であって、
   前記準備工程後、前記土圧制御装置の前記第２水平加圧装置によって、前記第２側板の高さ位置における前記土壌の前記所定方向の土圧を制御する水平第２土圧制御工程をさらに含む、土壌腐食試験方法。
9. 請求項５に記載の土壌腐食試験装置を用いる、請求項７又は８に記載の土壌腐食試験方法であって、
   前記準備工程後、前記土圧制御装置の前記第３水平加圧装置によって、前記第１加圧ブロックの高さ位置における前記土壌の前記所定方向の土圧を制御する水平第３土圧制御工程をさらに含む、土壌腐食試験方法。
10. 請求項６に記載の土壌腐食試験装置を用いる、請求項７〜９のいずれかに記載の土壌腐食試験方法であって、
    前記準備工程後、前記土圧制御装置の前記第４水平加圧装置によって、前記第２加圧ブロックの高さ位置における前記土壌の前記所定方向の土圧を制御する水平第４土圧制御工程をさらに含む、土壌腐食試験方法。

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