JP3606082B2 - 防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法及び装置並びに防食監視用電極 - Google Patents
防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法及び装置並びに防食監視用電極 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法及び装置並びに防食監視用電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気防食としては、金属構造物に陰極（カソード）電流を通じて防食する陰極防食が一般的であり、この陰極防食には、外部電源法（外電法ともいう）と、犠牲陽極法（流電陽極法ともいう）の２方式がある。
図４は陰極防食の２方式を説明する図であり、同図の（ａ）は外部電極法を、（ｂ）は犠牲陽極法を説明する図である。
【０００３】
外部電極法は、図４の（ａ）のように、例えば商用電源を整流して直流電源３ａとし、不溶性の電極（図示の対極２ａ）を正極として、被防食体１ａを負極（カソード）として、正極から負極に通電する。この場合、通電する電流値が適当な値となるように出力電圧値を調整する。
犠牲陽極法は、図４の（ｂ）のように、例えば亜鉛、アルミニウム、マグネシウム合金等の犠牲陽極２ｂの溶解に伴って発生する電流を被防食体１ａに通電する。この場合、出力調整用の可変抵抗器によりなる出力調整器３ｂの抵抗値を調整して通電する電流値を調整する。
【０００４】
図５は従来の防食電位測定法を説明する図である。図５において、１は地中に埋設された防食被覆鋼材、２は対極又は犠牲陽極、３は直流電源又は出力調整器、４は疑似部材、５は参照電極、７は常時閉で、動作時に開となるスイッチ、８は電流計、９は電圧計、１３は鋼材露出部である。
従来、地中に埋設され電気防食が施されている被防食体（この例では防食被覆鋼材１）の防食管理法として、地中に埋設されている被防食体と地表面に配設されている参照電極５との間の電位差を計測する防食電位を用いていた。
【０００５】
防食電位計測法としては、ＯＮ電位あるいはＯＦＦ電位による検出方法が一般的である。この方法は、防食被覆鋼材１と同一材質（この場合鋼）よりなる小片の疑似部材４を地中の防食被覆鋼材１の近傍に埋め、通常状態（非測定時）においては、この疑似部材４を、常時閉のスイッチ７と電流計８を介して防食被覆鋼材１に短絡させておき、測定時に、スイッチ７を開として短絡状態を切り、この瞬間（１００ｍｓ以内）における疑似部材４と参照電極５との間の電位差を測定し、これを防食被覆鋼材１の防食電位とするものである。
なお、参照電極５の電位をできるだけ防食被覆鋼材１が埋設された近傍の電位となるようにして、正確に防食電位を計測する発明として特開平６−２６５５１１号公報に示されたものがある。
【０００６】
図６は防食被覆鋼材の欠陥の種類を説明する図である。同図の（ａ）は、鋼材１４の防食被覆１５の一部に破損した箇所があり、その破損した箇所の防食被覆１５が完全にとれた状態の鋼材露出部１３が存在する場合であり、（ｂ）は防食被覆の重なり部における隙間、例えば、防食被覆鋼管の溶接継手部に施された熱収縮チューブの端がめくれて隙間１７ができ、この隙間１７から地中の水が流入し、内部が腐食するような場合である。
防食被覆鋼材の欠陥が、図６の（ａ）に示した鋼材露出部１３の場合には、図５に示したようにこの鋼材露出部１３に防食電流が流入するので、防食効果がある。従って、この鋼材露出部１３がある欠陥に対しては、従来の防食電位測定法は、防食被覆鋼材の防食管理法としても、有効な方法と考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被防食体が防食被覆鋼材であり、さらにこの防食被覆鋼材の欠陥として、図６の（ｂ）に示したような防食被覆の隙間（一般に０．５〜２０ｍｍ程度の隙間）があると多くの場合、地下水が流入する。地下水があると電気的導通ができるが、この隙間の大小により、隙間の電気抵抗値が大きく変わる。すなわち、隙間が小さい場合には、電気抵抗が大きいので、防食電流はこの隙間にはあまり流入しない。さらに地中には、電気鉄道を起点とする多くの迷走電流が存在し、防食被覆の隙間からこの迷走電流が流出する。このため、隙間に流入する防食電流は少ない上、迷走電流が流出するので、隙間内部の鋼が腐食することが多い。
しかし、これまで、防食電位は、防食被覆鋼材に鋼材露出部１３がある場合にしか計測できず、防食被覆重なり部に隙間がある場合には計測できなかった。さらにこの隙間内部の鋼の腐食状態を外部より計測する方法はなかった。
従って、この場合の防食電位計測のほかに、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間流入水の液質変化や、隙間内部の鋼の腐食速度を外部から計測できる計測方法が要望されていた。
【０００８】
本発明は、かかる要望に応えるためになされたものであり、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を正確に測定する方法及び装置並びに防食監視用電極を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記地中の防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求めるものである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、
まず、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出するものである。
【００１１】
本発明の請求項３に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極、第２電極及び参照電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、
まず、前記開放状態になった瞬間における前記第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極の前記参照電極に対する電圧値を測定してこれを前記防食被覆鋼材の防食電位として求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出するものである。
【００１２】
本発明の請求項４に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する回路開閉手段と、
前記回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求める交流インピーダンス測定手段とを備えたものである。
【００１３】
本発明の請求項５に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する回路開閉手段と、
前記回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に、まず、高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出する交流インピーダンス測定手段とを備えたものである。
【００１４】
本発明の請求項６に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極、第２電極及び参照電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にする第１の回路開閉手段と、
前記第１の回路開閉手段による前記開放状態になった瞬間における前記第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極の前記参照電極に対する電圧値を測定してこれを前記防食被覆鋼材の防食電位として求める防食電位測定手段と、
前記防食電位測定手段の測定終了後に、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する第２の回路開閉手段と、
前記第２の回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に、まず、高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出する交流インピーダンス測定手段とを備えたものである。
【００１５】
本発明の請求項７に係る防食監視用電極は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極であって、
防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極及び第２電極が配設されて構成されるものである。
【００１６】
本発明の請求項８に係る防食監視用電極は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極であって、
防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極、第２電極及び参照電極が配設されて構成されるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置を示す図であり、図２は図１の防食監視用電極の構成を示す図である。
図１において、１は地中に埋設された防食被覆鋼材、２は対極又は犠牲陽極、３は直流電源又は出力調整器であり、２、３は図４で説明した外部電極法又は犠牲陽極法のいずれの電気防食でもよいことを示している。
【００１８】
７Ａは常時閉で、動作時に開となる２回路用のスイッチ、７Ｂは常時開で、動作時には閉となる２回路用のスイッチであり、スイッチ７Ａと７Ｂは連動するが、動作時には、スイッチ７Ａが先に開となり、次にスイッチ７Ｂが閉となる（一般にブレイク・ビフォー・メイクという）２回路用の連動スイッチである。
８は電流計、９は電圧計、１７は図６の（ｂ）に示した防食被覆重なり部の隙間であり、２０は交流インピーダンス測定器である。
６は防食監視用電極、１１は防食監視用電極６の上部の開口部、６１、６２、６３はそれぞれ防食監視用電極６内に配設された第１電極、第２電極、参照電極である。
【００１９】
図２は図１の防食監視用電極６の構成例を示している。
図２において、防食監視用電極は、上部に開口部１１を有し、底部は密閉された円筒形状で、この円筒形状の上部に隙間形状抵抗調節部１０を、その下部に電極室１２を設けて構成される。
この防食監視用電極６は、地中の防食被覆鋼材１の近傍位置に、図示上部の開口部１１が鉛直方向の上側となる姿勢で設置される。
【００２０】
隙間形状抵抗調節部１０は、例えばアクリル等よりなる筒状部材で、その内径は、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間１７の電気抵抗値と同一の電気抵抗値となるように、隙間をシミュレートした内径に製作される。
これは古い防食被覆埋設管を掘り出した際に、防食被覆重なり部の隙間を実測し（０．５〜２０ｍｍ程度ある）、この実測値を多数収集したデータに基づき、最も頻度の高い値、最大値、最小値等をあらかじめ求めておく。
そして、隙間形状抵抗調整部１０を製作する際に、使用条件や客先仕様等に応じてどの値を採用するかを決定し、この採用した値の隙間をシミュレートした内径に製作するようにしている。
【００２１】
この隙間形状抵抗調節部１０は、図２の開口部１１が鉛直方向の上側となる姿勢に設置されるので、土壌と通電可能となるが、地中の石等がこの開口部１１より入らないように、埋設時には、絶縁材よりなる網によるカバーや、海綿（水分は自由に通過できるように）による栓をすることが望ましい。
そしてこの隙間形状抵抗調節部１０の他端（図２の下部）は、電極室１２と直結される。
【００２２】
電極室１２は、例えば塩化ビニール等よりなる円筒形状の中空部材で、所定容量の防食被覆鋼材の設置場所近傍の地下水あるいは土壌の比抵抗と同等の電解液または電解液をゲル化もしくはゾル化したもの（以下電解液と称す）の充填可能な空間を有する。
この電極室１２の内部（図２では底部）には、互いに電気的に絶縁された第１電極６１、第２電極６２及び参照電極６３が配設され、前記各電極６１、６２、６３にそれぞれ外部接続ケーブルが配線されている。
【００２３】
防食監視用電極６は、地中に埋設される際には、隙間形状抵抗調整部１０の内径の内部及び電極室１２の空間部にすべて電解液を注入してから、開口部１１を上向きの姿勢として、設置する。
電解液の注入によって、電極室１２内に配設された第１電極６１、第２電極６２及び参照電極６３の各電極は、隙間形状抵抗調整部１０を介して地中の土壌と通電状態となる。また各電極は他の電極と相互に通電状態になる。
【００２４】
第１電極６１及び第２電極６２は、防食被覆鋼材１と同一材質の鋼で製作される。なお、この２つの電極の形状は、図２では２つの独立した円盤形状として示されているが、この形状は円形状に限定されるものではない。例えば単一の円形状電極を２つに分割してその間に絶縁材を設け、２つに分割した各電極をそれぞれ第１電極、第２電極として使用してもよい。
そして設置時に電解液の注入される電極室１２内に設けられ、防食被覆鋼材１と同一材質の鋼で製作される第１電極６１と第２電極６２は、設置後に腐食が生じ、時間経過とともに腐食状態が進行する。この第１電極６１と第２電極６２の腐食状態は、実際に地中に埋設され電気防食の施されている防食被覆鋼材１の防食被覆重なり部の隙間１７から水が流入し、内部の鋼に生ずる腐食状態と同一状態となるように（腐食状態をシミュレートするために）生成させるものである。
【００２５】
参照電極６３は、耐食性の強い材料、例えば鉛、亜鉛、白金、モリブデン、タングステン等で製作される。またこの形状は、図２では、第１電極６１及び第２電極６２を囲むリング状として示されているが、この形状はリング状に限定されるものではない。なお、この参照電極６３は、図５と同様に、防食電位を計測する際の参照電極として用いられるものであるので、水の注入される電極室１２に設置されても長期間腐食しない材料で製作される。
この電極室１２内に設けられ、電解液が注入されると腐食が生じる第１電極６１又は第２電極６２と、電解液が注入されても腐食が生じない参照電極６３とを用いて、防食電位を測定することにより、防食被覆鋼材１の防食被覆重なり部隙間内に水が入り、内部の鋼に腐食が生じた場合にも、この腐食状態をシミュレートした防食電位の測定が可能となった。さらに参照電極６３を第１電極６１及び第２電極６２と共に電極室１２内に配設することにより、この防食監視用電極６の埋設時に、参照電極６３は防食被覆鋼材１の近傍に設置されるから、防食電位計測時に、防食被覆鋼材１への防食電流と土壌抵抗によるＩＲ損を含まない真の電位計測を行うことができる。
また第１電極６１、第２電極６２及び参照電極６３と外部接続ケーブルとの結合部には、エポキシ樹脂等を充填して絶縁性を確保するようにしている。
【００２６】
図１においては、従来の防食電位計測のほかに、地中埋設環境の電気抵抗や防食被覆剥離部内部の腐食速度も計測可能であるが、計測の時間的順序に従い、防食電位計測から説明する。
図１において、通常状態（非測定時）においては、第１電極６１と第２電極６２は、それぞれスイッチ７Ａの常時閉回路及び電流計８を介して防食被覆鋼材１に短絡されている。また耐食性の強い材料で製作された参照電極６３は、防食被覆鋼材１の近傍に設置されている。
この状態から計測時に、スイッチ７Ａの回路を開として短絡状態を切り、この開放状態になった瞬間（１００ｍｓ以内）における第１電極６１又は第２電極６２のいずれか一方の電極（図１では第１電極６１）と参照電極６３との間の電位差を測定し、これを防食被覆重なり部の隙間１７のある防食被覆鋼材１の防食電位として求める。
【００２７】
そしてスイッチ７Ａが回路を開として防食電位の測定が終了すると、直ちにスイッチ７Ｂが回路を閉として、第１電極６１と第２電極６２を交流インピーダンス測定器２０の２つの入力端に接続する。
図３は交流インピーダンス測定器を用いた腐食系の腐食特性の測定法を説明する図であり、図の（ａ）は腐食測定系を、（ｂ）は腐食系の等価回路を示している。
多くの腐食系では、その等価回路を図３の（ｂ）のように単純化できることが知られている。すなわち界面容量（又は電気二重層容量）Ｃｄｌと腐食抵抗Ｒｃｏｒ との並列回路と、環境の電気抵抗Ｒｓｏｌとの直列結合回路が等価回路となる。
【００２８】
そしてこの腐食抵抗Ｒｃｏｒが腐食速度Ｉｃｏｒと反比例し、次式（１）が成立することが知られている。
Ｉｃｏｒ＝Ｋ／Ｒｃｏｒ ……（１）
ここでＫは、材料と環境に依存する常数であり、それぞれの腐食系につき実験等で求めたＫが判っているれば、腐食抵抗Ｒｃｏｒ を求め、式（１）より腐食速度Ｉｃｏｒを計算できる。
【００２９】
一方、図３の（ｂ）等価回路のインピーダンスＺｃ、その実数成分Ｒｅ［Ｚｃ］ 及び虚数成分Ｉｍ［Ｚｃ］は、それぞれ次式（２）、（３）、（４）であらわすことができる。
Ｚｃ＝Ｒｓｏｌ＋｛Ｒｃｏｒ／（１＋ｊω・Ｃｄｌ・Ｒｃｏｒ）｝ …（２）
Ｒｅ［Ｚｃ］＝Ｒｓｏｌ＋｛Ｒｃｏｒ／（１＋ω２・Ｃｄｌ２・Ｒｃｏｒ２）｝ …（３）
Ｉｍ［Ｚｃ］＝（ω・Ｃｄｌ・Ｒｃｏｒ２）／（１＋ω２・Ｃｄｌ２・Ｒｃｏｒ２）｝…（４）
なお、ここで、ω＝２πｆ、ｆは測定周波数である。
【００３０】
そして、図３の（ａ）のように、腐食系２０に設けられた２つの測定電極１９ａ、１９ｂ間に交流電源１８より高周波電圧Ｖｈと低周波電圧Ｖｌを順番に加える。
【００３１】
いま、高周波電圧として、例えば周波数１０ｋＨｚの交流電圧を用いると、ωはほぼ無限大とみなせるので、Ｚｃ＝Ｒｓｏｌとなり、環境の電気抵抗Ｒｓｏｌ が求められる。
また低周波電圧として、例えば周波数１０ｍＨｚの交流電圧を用いると、ωがほぼ零とみなせるので、Ｚｃ ＝Ｒｓｏｌ＋Ｒｃｏｒ（すなわちＩｍ［Ｚｃ］≒０）となる。
しかし、すべての系でω→０で、Ｚｃ＝Ｒｓｏｌ＋Ｒｃｏｒとなるとは限らないので、この場合にはデジタルフーリエ積分法（ＤＦＩ法）を用いて式（２）の演算を行う。
そして低周波電圧で求めた環境の電気抵抗Ｒｓｏｌと腐食抵抗Ｒｃｏｒの和から前記高周波電圧で求めたＲｓｏｌを減ずれば、腐食抵抗Ｒｃｏｒが求められる。
【００３２】
図１の交流インピーダンス測定器２０は、スイッチ７Ｂの閉回路により２つの入力端が第１電極６１と第２電極６２に接続されると（この時点でスイッチ７Ａは開回路になり開放状態になっている）、図３で説明したように、まず、第１電極６１と第２電極６２との間に高周波電圧（例えば１０ｋＨｚ）を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗Ｒｓｏｌ を求め、次に、前記第１電極６１と第２電極６２との間に低周波電圧（例えば１０ｍＨｚ）を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗Ｒｓｏｌ と鋼の腐食抵抗Ｒｃｏｒとの和を求め、この和から前記電気抵抗Ｒｓｏｌを減算して鋼の腐食抵抗Ｒｃｏｒ を求める。そしてあらかじめ実験等で求めておいたＫを用いて式（１）より鋼の腐食速度Ｉｃｏｒ を算出する。
【００３３】
なお、これらの計測は、前記説明のように実際に地中に埋設された防食被覆鋼材１の防食被覆剥離内部の腐食特性をシミュレートした防食監視用電極６を用いて行われるものではあるが、実際の腐食特性に近い値が得られることから、防食被覆鋼材の防食管理法として有効な方式であると考える。
すなわち一定期間毎に、上記の計測を行い、前回の計測値と今回の計測値とを比較することにより腐食状態の経時変化を知ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法及び装置において、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求めるようにしたので、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗を地上から測定することができる。
【００３５】
また本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法及び装置において、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、まず、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出するようにしたので、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗と、隙間内部の鋼の腐食速度を地上から測定することができる。
【００３６】
また本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法及び装置において、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極、第２電極及び参照電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、まず、前記開放状態になった瞬間における前記第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極の前記参照電極に対する電圧値を測定してこれを前記防食被覆鋼材の防食電位として求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出するようにしたので、従来は測定できないような防食被覆鋼材の防食被覆重なり部に隙間が生じた場合の防食電位を測定できると共に、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗及び隙間内部の鋼の腐食速度を地上から測定することができ、有効な防食管理が可能となる。
【００３７】
また本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極として、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極及び第２電極が配設されて構成されるようにしたので、この防食監視用電極を地中の防食被覆鋼材の近傍に設置し、第１電極及び第２電極間に交流インピーダンス測定手段を接続し、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗及び隙間内部の鋼の腐食速度を地上から測定することが可能となる。
【００３８】
また本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極として、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極、第２電極及び参照電極が配設されて構成されるようにしたので、この防食監視用電極を地中の防食被覆鋼材の近傍に設置し、第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極と参照電極とを用いて防食被覆鋼材の防食被覆重なり部に隙間が生じた場合の防食電位を測定することができると共に、第１電極及び第２電極間に交流インピーダンス測定手段を接続し、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗及び隙間内部の鋼の腐食速度を地上から測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置を示す図である。
【図２】図１の防食監視用電極の構成を示す図である。
【図３】交流インピーダンス測定器を用いた腐食系の腐食特性の測定法を説明する図である。
【図４】陰極防食の２方式を説明する図である。
【図５】従来の防食電位測定方法を説明する図である。
【図６】防食被覆鋼材の欠陥の種類を説明する図である。
【符号の説明】
１ 防食被覆鋼材
２ 対極又は犠牲陽極
３ 直流電源又は出力調整器
４ 疑似部材
５ 参照電極
６ 防食監視用電極
７Ａ、７Ｂ スイッチ
８ 電流計
９ 電圧計
１０ 隙間形状抵抗調節部
１１ 開口部
１２ 電極室
１３ 鋼材露出部
１４ 鋼材
１５ 防食被覆
１７ 防食被覆重なり部の隙間
１８ 交流電源
１９ａ、１９ｂ 測定電極
２０ 腐食系
６１ 第１電極
６２ 第２電極
６３ 参照電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法及び装置並びに防食監視用電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気防食としては、金属構造物に陰極（カソード）電流を通じて防食する陰極防食が一般的であり、この陰極防食には、外部電源法（外電法ともいう）と、犠牲陽極法（流電陽極法ともいう）の２方式がある。
図４は陰極防食の２方式を説明する図であり、同図の（ａ）は外部電極法を、（ｂ）は犠牲陽極法を説明する図である。
【０００３】
外部電極法は、図４の（ａ）のように、例えば商用電源を整流して直流電源３ａとし、不溶性の電極（図示の対極２ａ）を正極として、被防食体１ａを負極（カソード）として、正極から負極に通電する。この場合、通電する電流値が適当な値となるように出力電圧値を調整する。
犠牲陽極法は、図４の（ｂ）のように、例えば亜鉛、アルミニウム、マグネシウム合金等の犠牲陽極２ｂの溶解に伴って発生する電流を被防食体１ａに通電する。この場合、出力調整用の可変抵抗器によりなる出力調整器３ｂの抵抗値を調整して通電する電流値を調整する。
【０００４】
図５は従来の防食電位測定法を説明する図である。図５において、１は地中に埋設された防食被覆鋼材、２は対極又は犠牲陽極、３は直流電源又は出力調整器、４は疑似部材、５は参照電極、７は常時閉で、動作時に開となるスイッチ、８は電流計、９は電圧計、１３は鋼材露出部である。
従来、地中に埋設され電気防食が施されている被防食体（この例では防食被覆鋼材１）の防食管理法として、地中に埋設されている被防食体と地表面に配設されている参照電極５との間の電位差を計測する防食電位を用いていた。
【０００５】
防食電位計測法としては、ＯＮ電位あるいはＯＦＦ電位による検出方法が一般的である。この方法は、防食被覆鋼材１と同一材質（この場合鋼）よりなる小片の疑似部材４を地中の防食被覆鋼材１の近傍に埋め、通常状態（非測定時）においては、この疑似部材４を、常時閉のスイッチ７と電流計８を介して防食被覆鋼材１に短絡させておき、測定時に、スイッチ７を開として短絡状態を切り、この瞬間（１００ｍｓ以内）における疑似部材４と参照電極５との間の電位差を測定し、これを防食被覆鋼材１の防食電位とするものである。
なお、参照電極５の電位をできるだけ防食被覆鋼材１が埋設された近傍の電位となるようにして、正確に防食電位を計測する発明として特開平６−２６５５１１号公報に示されたものがある。
【０００６】
図６は防食被覆鋼材の欠陥の種類を説明する図である。同図の（ａ）は、鋼材１４の防食被覆１５の一部に破損した箇所があり、その破損した箇所の防食被覆１５が完全にとれた状態の鋼材露出部１３が存在する場合であり、（ｂ）は防食被覆の重なり部における隙間、例えば、防食被覆鋼管の溶接継手部に施された熱収縮チューブの端がめくれて隙間１７ができ、この隙間１７から地中の水が流入し、内部が腐食するような場合である。
防食被覆鋼材の欠陥が、図６の（ａ）に示した鋼材露出部１３の場合には、図５に示したようにこの鋼材露出部１３に防食電流が流入するので、防食効果がある。従って、この鋼材露出部１３がある欠陥に対しては、従来の防食電位測定法は、防食被覆鋼材の防食管理法としても、有効な方法と考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被防食体が防食被覆鋼材であり、さらにこの防食被覆鋼材の欠陥として、図６の（ｂ）に示したような防食被覆の隙間（一般に０．５〜２０ｍｍ程度の隙間）があると多くの場合、地下水が流入する。地下水があると電気的導通ができるが、この隙間の大小により、隙間の電気抵抗値が大きく変わる。すなわち、隙間が小さい場合には、電気抵抗が大きいので、防食電流はこの隙間にはあまり流入しない。さらに地中には、電気鉄道を起点とする多くの迷走電流が存在し、防食被覆の隙間からこの迷走電流が流出する。このため、隙間に流入する防食電流は少ない上、迷走電流が流出するので、隙間内部の鋼が腐食することが多い。
しかし、これまで、防食電位は、防食被覆鋼材に鋼材露出部１３がある場合にしか計測できず、防食被覆重なり部に隙間がある場合には計測できなかった。さらにこの隙間内部の鋼の腐食状態を外部より計測する方法はなかった。
従って、この場合の防食電位計測のほかに、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間流入水の液質変化や、隙間内部の鋼の腐食速度を外部から計測できる計測方法が要望されていた。
【０００８】
本発明は、かかる要望に応えるためになされたものであり、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を正確に測定する方法及び装置並びに防食監視用電極を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記地中の防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求めるものである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、
まず、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出するものである。
【００１１】
本発明の請求項３に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極、第２電極及び参照電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、
まず、前記開放状態になった瞬間における前記第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極の前記参照電極に対する電圧値を測定してこれを前記防食被覆鋼材の防食電位として求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出するものである。
【００１２】
本発明の請求項４に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する回路開閉手段と、
前記回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求める交流インピーダンス測定手段とを備えたものである。
【００１３】
本発明の請求項５に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する回路開閉手段と、
前記回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に、まず、高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出する交流インピーダンス測定手段とを備えたものである。
【００１４】
本発明の請求項６に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極、第２電極及び参照電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にする第１の回路開閉手段と、
前記第１の回路開閉手段による前記開放状態になった瞬間における前記第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極の前記参照電極に対する電圧値を測定してこれを前記防食被覆鋼材の防食電位として求める防食電位測定手段と、
前記防食電位測定手段の測定終了後に、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する第２の回路開閉手段と、
前記第２の回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に、まず、高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出する交流インピーダンス測定手段とを備えたものである。
【００１５】
本発明の請求項７に係る防食監視用電極は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極であって、
防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極及び第２電極が配設されて構成されるものである。
【００１６】
本発明の請求項８に係る防食監視用電極は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極であって、
防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極、第２電極及び参照電極が配設されて構成されるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置を示す図であり、図２は図１の防食監視用電極の構成を示す図である。
図１において、１は地中に埋設された防食被覆鋼材、２は対極又は犠牲陽極、３は直流電源又は出力調整器であり、２、３は図４で説明した外部電極法又は犠牲陽極法のいずれの電気防食でもよいことを示している。
【００１８】
７Ａは常時閉で、動作時に開となる２回路用のスイッチ、７Ｂは常時開で、動作時には閉となる２回路用のスイッチであり、スイッチ７Ａと７Ｂは連動するが、動作時には、スイッチ７Ａが先に開となり、次にスイッチ７Ｂが閉となる（一般にブレイク・ビフォー・メイクという）２回路用の連動スイッチである。
８は電流計、９は電圧計、１７は図６の（ｂ）に示した防食被覆重なり部の隙間であり、２０は交流インピーダンス測定器である。
６は防食監視用電極、１１は防食監視用電極６の上部の開口部、６１、６２、６３はそれぞれ防食監視用電極６内に配設された第１電極、第２電極、参照電極である。
【００１９】
図２は図１の防食監視用電極６の構成例を示している。
図２において、防食監視用電極は、上部に開口部１１を有し、底部は密閉された円筒形状で、この円筒形状の上部に隙間形状抵抗調節部１０を、その下部に電極室１２を設けて構成される。
この防食監視用電極６は、地中の防食被覆鋼材１の近傍位置に、図示上部の開口部１１が鉛直方向の上側となる姿勢で設置される。
【００２０】
隙間形状抵抗調節部１０は、例えばアクリル等よりなる筒状部材で、その内径は、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間１７の電気抵抗値と同一の電気抵抗値となるように、隙間をシミュレートした内径に製作される。
これは古い防食被覆埋設管を掘り出した際に、防食被覆重なり部の隙間を実測し（０．５〜２０ｍｍ程度ある）、この実測値を多数収集したデータに基づき、最も頻度の高い値、最大値、最小値等をあらかじめ求めておく。
そして、隙間形状抵抗調整部１０を製作する際に、使用条件や客先仕様等に応じてどの値を採用するかを決定し、この採用した値の隙間をシミュレートした内径に製作するようにしている。
【００２１】
この隙間形状抵抗調節部１０は、図２の開口部１１が鉛直方向の上側となる姿勢に設置されるので、土壌と通電可能となるが、地中の石等がこの開口部１１より入らないように、埋設時には、絶縁材よりなる網によるカバーや、海綿（水分は自由に通過できるように）による栓をすることが望ましい。
そしてこの隙間形状抵抗調節部１０の他端（図２の下部）は、電極室１２と直結される。
【００２２】
電極室１２は、例えば塩化ビニール等よりなる円筒形状の中空部材で、所定容量の防食被覆鋼材の設置場所近傍の地下水あるいは土壌の比抵抗と同等の電解液または電解液をゲル化もしくはゾル化したもの（以下電解液と称す）の充填可能な空間を有する。
この電極室１２の内部（図２では底部）には、互いに電気的に絶縁された第１電極６１、第２電極６２及び参照電極６３が配設され、前記各電極６１、６２、６３にそれぞれ外部接続ケーブルが配線されている。
【００２３】
防食監視用電極６は、地中に埋設される際には、隙間形状抵抗調整部１０の内径の内部及び電極室１２の空間部にすべて電解液を注入してから、開口部１１を上向きの姿勢として、設置する。
電解液の注入によって、電極室１２内に配設された第１電極６１、第２電極６２及び参照電極６３の各電極は、隙間形状抵抗調整部１０を介して地中の土壌と通電状態となる。また各電極は他の電極と相互に通電状態になる。
【００２４】
第１電極６１及び第２電極６２は、防食被覆鋼材１と同一材質の鋼で製作される。なお、この２つの電極の形状は、図２では２つの独立した円盤形状として示されているが、この形状は円形状に限定されるものではない。例えば単一の円形状電極を２つに分割してその間に絶縁材を設け、２つに分割した各電極をそれぞれ第１電極、第２電極として使用してもよい。
そして設置時に電解液の注入される電極室１２内に設けられ、防食被覆鋼材１と同一材質の鋼で製作される第１電極６１と第２電極６２は、設置後に腐食が生じ、時間経過とともに腐食状態が進行する。この第１電極６１と第２電極６２の腐食状態は、実際に地中に埋設され電気防食の施されている防食被覆鋼材１の防食被覆重なり部の隙間１７から水が流入し、内部の鋼に生ずる腐食状態と同一状態となるように（腐食状態をシミュレートするために）生成させるものである。
【００２５】
参照電極６３は、耐食性の強い材料、例えば鉛、亜鉛、白金、モリブデン、タングステン等で製作される。またこの形状は、図２では、第１電極６１及び第２電極６２を囲むリング状として示されているが、この形状はリング状に限定されるものではない。なお、この参照電極６３は、図５と同様に、防食電位を計測する際の参照電極として用いられるものであるので、水の注入される電極室１２に設置されても長期間腐食しない材料で製作される。
この電極室１２内に設けられ、電解液が注入されると腐食が生じる第１電極６１又は第２電極６２と、電解液が注入されても腐食が生じない参照電極６３とを用いて、防食電位を測定することにより、防食被覆鋼材１の防食被覆重なり部隙間内に水が入り、内部の鋼に腐食が生じた場合にも、この腐食状態をシミュレートした防食電位の測定が可能となった。さらに参照電極６３を第１電極６１及び第２電極６２と共に電極室１２内に配設することにより、この防食監視用電極６の埋設時に、参照電極６３は防食被覆鋼材１の近傍に設置されるから、防食電位計測時に、防食被覆鋼材１への防食電流と土壌抵抗によるＩＲ損を含まない真の電位計測を行うことができる。
また第１電極６１、第２電極６２及び参照電極６３と外部接続ケーブルとの結合部には、エポキシ樹脂等を充填して絶縁性を確保するようにしている。
【００２６】
図１においては、従来の防食電位計測のほかに、地中埋設環境の電気抵抗や防食被覆剥離部内部の腐食速度も計測可能であるが、計測の時間的順序に従い、防食電位計測から説明する。
図１において、通常状態（非測定時）においては、第１電極６１と第２電極６２は、それぞれスイッチ７Ａの常時閉回路及び電流計８を介して防食被覆鋼材１に短絡されている。また耐食性の強い材料で製作された参照電極６３は、防食被覆鋼材１の近傍に設置されている。
この状態から計測時に、スイッチ７Ａの回路を開として短絡状態を切り、この開放状態になった瞬間（１００ｍｓ以内）における第１電極６１又は第２電極６２のいずれか一方の電極（図１では第１電極６１）と参照電極６３との間の電位差を測定し、これを防食被覆重なり部の隙間１７のある防食被覆鋼材１の防食電位として求める。
【００２７】
そしてスイッチ７Ａが回路を開として防食電位の測定が終了すると、直ちにスイッチ７Ｂが回路を閉として、第１電極６１と第２電極６２を交流インピーダンス測定器２０の２つの入力端に接続する。
図３は交流インピーダンス測定器を用いた腐食系の腐食特性の測定法を説明する図であり、図の（ａ）は腐食測定系を、（ｂ）は腐食系の等価回路を示している。
多くの腐食系では、その等価回路を図３の（ｂ）のように単純化できることが知られている。すなわち界面容量（又は電気二重層容量）Ｃｄｌと腐食抵抗Ｒｃｏｒ との並列回路と、環境の電気抵抗Ｒｓｏｌとの直列結合回路が等価回路となる。
【００２８】
そしてこの腐食抵抗Ｒｃｏｒが腐食速度Ｉｃｏｒと反比例し、次式（１）が成立することが知られている。
Ｉｃｏｒ＝Ｋ／Ｒｃｏｒ ……（１）
ここでＫは、材料と環境に依存する常数であり、それぞれの腐食系につき実験等で求めたＫが判っているれば、腐食抵抗Ｒｃｏｒ を求め、式（１）より腐食速度Ｉｃｏｒを計算できる。
【００２９】
一方、図３の（ｂ）等価回路のインピーダンスＺｃ、その実数成分Ｒｅ［Ｚｃ］ 及び虚数成分Ｉｍ［Ｚｃ］は、それぞれ次式（２）、（３）、（４）であらわすことができる。
Ｚｃ＝Ｒｓｏｌ＋｛Ｒｃｏｒ／（１＋ｊω・Ｃｄｌ・Ｒｃｏｒ）｝ …（２）
Ｒｅ［Ｚｃ］＝Ｒｓｏｌ＋｛Ｒｃｏｒ／（１＋ω２・Ｃｄｌ２・Ｒｃｏｒ２）｝ …（３）
Ｉｍ［Ｚｃ］＝（ω・Ｃｄｌ・Ｒｃｏｒ２）／（１＋ω２・Ｃｄｌ２・Ｒｃｏｒ２）｝…（４）
なお、ここで、ω＝２πｆ、ｆは測定周波数である。
【００３０】
そして、図３の（ａ）のように、腐食系２０に設けられた２つの測定電極１９ａ、１９ｂ間に交流電源１８より高周波電圧Ｖｈと低周波電圧Ｖｌを順番に加える。
【００３１】
いま、高周波電圧として、例えば周波数１０ｋＨｚの交流電圧を用いると、ωはほぼ無限大とみなせるので、Ｚｃ＝Ｒｓｏｌとなり、環境の電気抵抗Ｒｓｏｌ が求められる。
また低周波電圧として、例えば周波数１０ｍＨｚの交流電圧を用いると、ωがほぼ零とみなせるので、Ｚｃ ＝Ｒｓｏｌ＋Ｒｃｏｒ（すなわちＩｍ［Ｚｃ］≒０）となる。
しかし、すべての系でω→０で、Ｚｃ＝Ｒｓｏｌ＋Ｒｃｏｒとなるとは限らないので、この場合にはデジタルフーリエ積分法（ＤＦＩ法）を用いて式（２）の演算を行う。
そして低周波電圧で求めた環境の電気抵抗Ｒｓｏｌと腐食抵抗Ｒｃｏｒの和から前記高周波電圧で求めたＲｓｏｌを減ずれば、腐食抵抗Ｒｃｏｒが求められる。
【００３２】
図１の交流インピーダンス測定器２０は、スイッチ７Ｂの閉回路により２つの入力端が第１電極６１と第２電極６２に接続されると（この時点でスイッチ７Ａは開回路になり開放状態になっている）、図３で説明したように、まず、第１電極６１と第２電極６２との間に高周波電圧（例えば１０ｋＨｚ）を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗Ｒｓｏｌ を求め、次に、前記第１電極６１と第２電極６２との間に低周波電圧（例えば１０ｍＨｚ）を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗Ｒｓｏｌ と鋼の腐食抵抗Ｒｃｏｒとの和を求め、この和から前記電気抵抗Ｒｓｏｌを減算して鋼の腐食抵抗Ｒｃｏｒ を求める。そしてあらかじめ実験等で求めておいたＫを用いて式（１）より鋼の腐食速度Ｉｃｏｒ を算出する。
【００３３】
なお、これらの計測は、前記説明のように実際に地中に埋設された防食被覆鋼材１の防食被覆剥離内部の腐食特性をシミュレートした防食監視用電極６を用いて行われるものではあるが、実際の腐食特性に近い値が得られることから、防食被覆鋼材の防食管理法として有効な方式であると考える。
すなわち一定期間毎に、上記の計測を行い、前回の計測値と今回の計測値とを比較することにより腐食状態の経時変化を知ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法及び装置において、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求めるようにしたので、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗を地上から測定することができる。
【００３５】
また本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法及び装置において、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、まず、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出するようにしたので、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗と、隙間内部の鋼の腐食速度を地上から測定することができる。
【００３６】
また本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法及び装置において、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極、第２電極及び参照電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、まず、前記開放状態になった瞬間における前記第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極の前記参照電極に対する電圧値を測定してこれを前記防食被覆鋼材の防食電位として求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出するようにしたので、従来は測定できないような防食被覆鋼材の防食被覆重なり部に隙間が生じた場合の防食電位を測定できると共に、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗及び隙間内部の鋼の腐食速度を地上から測定することができ、有効な防食管理が可能となる。
【００３７】
また本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極として、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極及び第２電極が配設されて構成されるようにしたので、この防食監視用電極を地中の防食被覆鋼材の近傍に設置し、第１電極及び第２電極間に交流インピーダンス測定手段を接続し、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗及び隙間内部の鋼の腐食速度を地上から測定することが可能となる。
【００３８】
また本発明によれば、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極として、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極、第２電極及び参照電極が配設されて構成されるようにしたので、この防食監視用電極を地中の防食被覆鋼材の近傍に設置し、第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極と参照電極とを用いて防食被覆鋼材の防食被覆重なり部に隙間が生じた場合の防食電位を測定することができると共に、第１電極及び第２電極間に交流インピーダンス測定手段を接続し、想定された防食被覆重なり部の隙間の地中埋設環境における電気抵抗及び隙間内部の鋼の腐食速度を地上から測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置を示す図である。
【図２】図１の防食監視用電極の構成を示す図である。
【図３】交流インピーダンス測定器を用いた腐食系の腐食特性の測定法を説明する図である。
【図４】陰極防食の２方式を説明する図である。
【図５】従来の防食電位測定方法を説明する図である。
【図６】防食被覆鋼材の欠陥の種類を説明する図である。
【符号の説明】
１ 防食被覆鋼材
２ 対極又は犠牲陽極
３ 直流電源又は出力調整器
４ 疑似部材
５ 参照電極
６ 防食監視用電極
７Ａ、７Ｂ スイッチ
８ 電流計
９ 電圧計
１０ 隙間形状抵抗調節部
１１ 開口部
１２ 電極室
１３ 鋼材露出部
１４ 鋼材
１５ 防食被覆
１７ 防食被覆重なり部の隙間
１８ 交流電源
１９ａ、１９ｂ 測定電極
２０ 腐食系
６１ 第１電極
６２ 第２電極
６３ 参照電極
Claims (8)
- 地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求めることを特徴とする防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法。 - 地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、
まず、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出することを特徴とする防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法。 - 地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する方法において、
前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極、第２電極及び参照電極を配設した防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にして、
まず、前記開放状態になった瞬間における前記第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極の前記参照電極に対する電圧値を測定してこれを前記防食被覆鋼材の防食電位として求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、
次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出することを特徴とする防食被覆剥離内部の腐食特性測定方法。 - 地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する回路開閉手段と、
前記回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求める交流インピーダンス測定手段とを備えたことを特徴とする防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置。 - 地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極及び第２電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にするとともに、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する回路開閉手段と、
前記回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に、まず、高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出する交流インピーダンス測定手段とを備えたことを特徴とする防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置。 - 地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間における腐食特性を測定する装置において、
前記地中の防食被覆鋼材の近傍に設けられる、前記防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する有底筒状部材であって、該有底筒状部材の前記穴の内部に第１電極、第２電極及び参照電極を配設した防食監視用電極と、
非測定時には前記第１電極及び第２電極を防食被覆鋼材に短絡させておき、測定時には前記短絡状態を開放状態にする第１の回路開閉手段と、
前記第１の回路開閉手段による前記開放状態になった瞬間における前記第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極の前記参照電極に対する電圧値を測定してこれを前記防食被覆鋼材の防食電位として求める防食電位測定手段と、
前記防食電位測定手段の測定終了後に、前記第１電極及び第２電極をそれぞれ交流インピーダンス測定手段の両入力端に接続する第２の回路開閉手段と、
前記第２の回路開閉手段により接続された前記第１電極と第２電極との間に、まず、高周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗を求め、次に、前記第１電極と第２電極との間に低周波電圧を印加して前記両電極間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定値より地中埋設環境の電気抵抗と鋼の腐食抵抗との和を求め、該和から前記電気抵抗を減算して求めた鋼の腐食抵抗より鋼の腐食速度を算出する交流インピーダンス測定手段とを備えたことを特徴とする防食被覆剥離内部の腐食特性測定装置。 - 地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極であって、
防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極及び第２電極が配設されて構成されることを特徴とする防食監視用電極。 - 地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食監視用電極であって、
防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間をシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるような穴径にした穴を有する筒状部材で、内部に電極室が設けられ、該筒状部材の一端は地中の土壌と通電可能となるように、またその他端は前記電極室と直結され、前記電極室は、所定容量の電解液の充填可能な空間を有する中空部材で、該中空部材の内部に第１電極、第２電極及び参照電極が配設されて構成されることを特徴とする防食監視用電極。
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