JP3847300B2 - コンクリート中の鋼材の腐蝕予測装置及び腐蝕予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート中の鋼材の腐蝕予測装置及び腐蝕予測方法に関する。

鉄筋コンクリート構造物やプレストレストコンクリート構造物などのコンクリート構造物においては、酸素、水および塩化物イオン等の浸透により、鉄筋や鉄骨等の鋼材に腐食が発生することがある。このように鋼材等が腐食すると腐食生成物によりコンクリートにひび割れが発生し、腐食をさらに加速させ、最終的にはコンクリート構造物の強度等が低下することがある。

このようなコンクリート中の鋼材の腐食状況を推定する方法が、特開平１０−２２１２９２号公報（特許文献１）に記載されている。この方法では、電極を備えた２個以上の検出端子をコンクリート構造物の表面に接触させ、２箇所以上のコンクリート中の鋼材の自然電位の差を検出し、これによりコンクリート中の鋼材の腐蝕を予測するものである。
しかしながら、特許文献１の推定方法では、コンクリート中の鉄筋や鉄骨等に腐蝕が生じてからでなければ、腐食状況を推定することができないため、事前の補修対策に繋げることが難しく、またコンクリートの中性化や塩化物イオン等の浸透がどの程度進んでいるかも予測できないという問題があった。

また他の従来技術としては、特開平１１−１５３５６８号公報（特許文献２）に記載されたものがあり、この方法では、コンクリート内に配設された鋼材と同種材質からなる複数の細線を使用し、これら複数の細線のそれぞれをコンクリートかぶり深さよりも浅いレベルから順次深いレベルに埋設し、各細線の両端の電位差を測定することにより、各細線が切断されたか、繋がっているかを検知する。つまり、細線が切断する前には、細線の両端の電位差がゼロボルトであり、切断されると細線の両側に電位差が生じる。そして、各細線は、浅いレベルから深いレベルへ順次切断されているので、この切断状況によりコンクリート中の鋼材の腐蝕を予測するものである。
しかしながら、細線はコンクリート中に埋設されているため、たとえ、細線に腐蝕が生じ始めても、空気中で両端が支持されている場合ほど、確実な切断状態にはならず、したがって、細線の両側の電位差も、それほど明瞭に生じるものではなく、このような特許文献２の方法によっては、コンクリート中の鋼材の腐蝕状況を予測することは難しい。
また、たとえ細線の両側の電位差を測定して細線の切断時を測定できたとしても、この細線の切断と、そのコンクリート被り位置での鋼材の腐食進行状況との関係は必ずしも明確ではなく、鋼材の腐食の程度を詳細に推定することはできない。

特開平１０−２２１２９２号公報 特開平１１−１５３５６８号公報

本発明の課題は、コンクリート中の鋼材の腐蝕状況を精度良く予測することが可能な腐蝕予測装置及び腐蝕予測方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、コンクリート構造物内に配設される鋼材と同種の材料からなる金属試料極と、コンクリート中において溶解反応を生じない不溶性材料であり且つ導電性材料からなる照合電極とを、所定長離隔して二極電解セルを形成し、該二極電解セルの複数がコンクリート構造物中の鋼材の被り深さよりも浅い位置から深い位置の複数箇所にほぼ平行に段階的に埋設され、各二極電解セルは配線により電位差測定計に接続され得るものであるコンクリート中の鋼材の腐蝕予測装置が提供される。
本発明において、不溶性と導電性を有する材料からなる照合電極と、コンクリート構造物内に配設される鋼材と同種の材料からなる金属試料極とは、互いに接触しないように可能な限り近接して設けられ、これら両電極間にはコンクリートやモルタルが充填され、これらコンクリート等は電解質であるため、試料極と電解質と照合電極とからなる二極電解セルが形成され、この二極電解セルは配線により電位差測定計に接続される。コンクリート構造物の構築直後、両電極間の自然電位の差を繰返し測定する。この測定は、コンクリート中の浅い位置から深い位置までそれぞれ異なる深さに埋設された各電極毎に行われる。このように自然電位差を繰返し測定するなかで、自然電位差に変化が生じた場合には、外部環境の影響を受けてコンクリートが変質し、内部の鉄筋や鉄骨等の鋼材が錆び易くなっているものと判断する。すなわち、コンクリートが外部環境の影響を受けて、例えば、中性化や塩化物イオンの浸透等が生じた場合、金属試料極には錆等の腐蝕が生じる一方で、照合電極には腐蝕は発生せず、両極間の自然電位差には明らかな変化が生じる。また複数の電極は、コンクリート中の浅い位置から深い位置までそれぞれ異なる深さに埋設されているため、どの深さの電極に自然電位差の変化が生じたかを確認するだけで、コンクリートの劣化深さを知ることが可能になった。

本発明において、前記照合電極は、コンクリート中においても溶解反応が起らない金、白金、パラジュウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、炭素などの不活性材料のうち、少なくとも一種類の材料を選択して形成することができる。
また前記照合電極は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニッケル、銅またはこれらの合金のうちの少なくとも一種類の金属を選択し、選択した金属に白金族金属または金からなる被膜を設けたもので形成しても良く、このように構成すれば、照合電極を金や白金等の高価な金属のみで形成した場合よりも材料コストの低減が図れる。このようなチタン、タンタル、ニオブ等の材料はコンクリート等のアルカリ成分に接触すると表面に不導体被膜を形成するものであるが、白金族金属または金による被膜が設けられているので、この被膜部分では導電性が維持できて、たとえ金等の被膜が部分的に損傷したとしても、自然電位差の測定精度には影響が及ばない。

本発明において、対象となるコンクリート構造物が鉄筋コンクリート構造物であるときには、鉄線（JIS G3532）または軟鋼（JIS G3505）を、金属試料極の鋼材として使用することが好ましい。また対象となるコンクリート構造物がプレストレスコンクリート構造物であるときには、ＰＣ鋼線（JIS G3536）またはピアノ線（JIS G3502）を、金属試料極の鋼材として使用することが好ましい。

また前記金属試料極及び前記照合電極は、板状、棒状、あるいは網状に形成されたものを使用することができる。ここで、網状の鋼材は、コンクリート打設時の圧力により変形せず、かつ切断しない程度の剛性を有するものを使用する。また網状の鋼材は、モルタルが通過可能な大きさの網目を有するものを使用する。さらに、網状鋼材は筒状に形成したものを使用しても良く、この筒状体の孔内には他方の電極を挿通し、これら両電極が互いに接触しないように枠部材で保持するように形成しても良い。

また本発明では、コンクリート構造物内に配設される鋼材と同種の材料からなる金属試料極と、コンクリート中において溶解反応を生じない不溶性材料であり且つ導電性材料からなる照合電極とを、所定長離隔して二極電解セルを形成し、該二極電解セルの複数をコンクリート構造物中の鋼材の被り深さよりも浅い位置から深い位置の複数箇所にほぼ平行に段階的に埋設し、各二極電解セルにおける前記照合電極に対する金属試料極の電位差を測定し、各二極電解セルが配置されたコンクリート深さにおけるコンクリート変質の程度を測定することによりコンクリート中の鋼材の腐蝕を予測する方法が提供される。

本発明では、複数の金属試料極と照合電極の組み合わせのそれぞれがコンクリート中の浅い位置から深い位置の複数箇所に配置されるので、コンクリートの中性化や塩化イオンの浸透状況、すなわち、鉄筋や鉄骨等の鋼材の腐食進行速度を精度良く推定可能であり、劣化の進行が致命的な段階に達する前に適切な対策を施すことができる。

また本発明では、金属試料極がコンクリート内に配設される鋼材と同種材質の材料から形成され、照合電極がコンクリート中において溶解反応を生じない不溶性材料且つ導電性材料から形成されているため、コンクリートに劣化現象が生じると、金属試料極は腐食し、照合電極は腐食せず、これにより、両電極間の自然電位差に明瞭な変化が生じ、コンクリートにおける劣化状況が迅速に感知される。つまり、照合電極は電位が既知であり且つ経時的に安定であり、計測される電位差から金属試料極の電位が計算できるため、電位値からそのコンクリート被り深さでの金属試料極の腐食状況を詳細に推定することができて、その被り深さにおけるコンクリートの変質度合い、すなわち、コンクリートの中性化や塩化物イオンの浸透等による変質がどの程度まで進んだかを推定し、鋼材の腐蝕を予測することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１（ａ）は本発明の腐蝕予測装置１の平面図であり、図１（ｂ）は一点鎖線Ib−Ibに沿った断面図である。腐蝕予測装置１は、図１（ａ）に示したように、ほぼ平行に所定間隔で並んだ複数の電極２，３，４を両側から枠体５で固定したものである。
各電極２，３，４は、網状材料を筒状に形成してなる筒状網部材２ａ，３ａ，４ａと、これら各筒状網部材２ａ，３ａ，４ａに接触しないように、それぞれの孔内に挿通した棒状部材２ｂ，３ｂ，４ｂとから構成される。ここで、筒状網部材２ａ，３ａ，４ａは、測定対象となるコンクリート構造物の鉄筋や鉄骨等の鋼材と同種材質の鋼材から形成されたものを使用し、一方、棒状部材２ｂ，３ｂ，４ｂはコンクリート中においても溶解反応を生じない不溶性材料であり且つ導電性材料、例えば、金、白金、パラジュウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、炭素などのうちの少なくとも一種類の材料から形成されたものを使用する。つまり、筒状網部材２ａ，３ａ，４ａは金属試料極として用いられ、棒状部材２ｂ，３ｂ，４ｂは照合電極として用いられるものである。

そして、図１では図示を省略したが、金属試料極である筒状網部材２ａからは、図２に示したように配線６ａが延長し、この配線６ａは電位差測定計７に接続され、同様に照合電極である棒状部材２ｂから延びる配線６ｂも電位差測定計７に接続される。他の電極３，４においても、同様に配線が設けられ、これら配線は電位差測定計７に接続される。なお、電位差測定計７は測定時のみ接続して使用するか、あるいは常に接続しておき使用することができる。

図３は本発明の腐蝕予測装置１を、測定対象であるコンクリート構造物のコンクリート８中に埋設した状態を示す図である。図３において、コンクリート８には被り厚さｄで鉄筋９が設けられており、この被り厚さ部分に腐蝕予測装置１が傾斜して埋設される。このとき、金属試料極である筒状網部材２ａ，３ａ，４ａと、照合電極である棒状部材２ｂ，３ｂ，４ｂとの隙間にはモルタルが充填される。このように腐蝕予測装置１を傾けて設けることで、電極２がコンクリート表面から最も浅く、電極４が最も深く、そして電極３が両電極２，４の中間の深さに配置され、複数の電極２，３，４はそれぞれ異なる深さに配置される。

次に、コンクリート中の鋼材の腐蝕予測方法について説明する。
上記のように腐蝕予測装置１をコンクリート８中に埋設し、各電極２，３，４から配線を延長して電位差測定計７に接続し、所定期間毎に繰返し測定を行う。この測定間隔は、例えば、２週間から６カ月毎に行えば良い。
一般的に、中性化や二酸化酸素の浸透等によるコンクリートの劣化は、コンクリート表面から内部に向けて進むものであるため、このように異なる深さで複数の電極２，３，４を配置した場合、それぞれの筒状網部材２ａ，３ａ，４ａは、被りが浅いものから徐々に錆等の腐食が発生するものと思われる。そして、筒状網部材２ａ，３ａ，４ａに錆等の腐食が発生すると、棒状部材２ｂ，３ｂ，４ｂとの間の電位差が電極２，３，４の順にマイナス方向に変化し始め、その順に電位差の変化量も大きくなる。
例えば、ＡＳＴＭ（Ｃ８７６−８７）の規準では、コンクリート中の鋼材の不動態化電位は約−２００ｍＶvsＣＳＥ以上であり、コンクリート中の鋼材の孔食発生臨界電位は約−２００ｍＶvsＣＳＥ以下、中程度の腐食は−２００〜−３５０ｍＶvsＣＳＥ程度で発生し、９０％以上の確率で腐食が生じるのは−３５０〜−５００ｍＶvsＣＳＥ程度であり、−５００ｍＶvsＣＳＥ以下では著しい腐食が生じるとされている。このようなＡＳＴＭ（Ｃ８７６−８７）の規準にしたがって、コンクリート被り各位置における腐食状況を詳細に推定することができる。
したがって、このような変化が生じた電極２，３，４の深さまで、コンクリートの劣化が進んだものと推定し、このようなコンクリート劣化が鉄筋等の鋼材やコンクリート構造物に致命的な影響を及ぼす前にコンクリート構造物に適切な対策を施す。

（ａ）は本発明の腐蝕予測装置の平面図であり、（ｂ）は一点鎖線Ib−Ibに沿った断面図である。 電極に配線を接続した状態を示す図である。 本発明の腐蝕予測装置をコンクリート中に埋設した状態を示す図である。

符号の説明

１ 腐蝕予測装置
２，３，４ 電極
２ａ，３ａ，４ａ 筒状網部材（金属試料極）
２ｂ，３ｂ，４ｂ 棒状部材（照合電極）
５ 枠体
６ａ，６ｂ 配線
７ 電位差測定計
８ コンクリート
９ 鉄筋

Claims (5)

1. コンクリート構造物内に配設される鋼材と同種の材料からなる金属試料極と、コンクリート中において溶解反応を生じない不溶性材料であり且つ導電性材料からなる照合電極とを、所定長離隔して二極電解セルを形成し、該二極電解セルの複数がコンクリート構造物中の鋼材の被り深さよりも浅い位置から深い位置の複数箇所にほぼ平行に段階的に埋設され、各二極電解セルは配線により電位差測定計に接続され得るものであるコンクリート中の鋼材の腐蝕予測装置。
2. 前記照合電極は、金、白金、パラジュウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、炭素などの対コンクリート不溶性材料のうちの少なくとも一種類の材料から形成するか、あるいはチタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニッケル、銅などの対コンクリート不溶性材料のうちの少なくとも一種類の金属に白金族金属または金からなる被膜を設けたもので形成したことを特徴とする請求項１に記載の鋼材の腐蝕予測装置。
3. 前記金属試料極及び前記照合電極が、板状、棒状、あるいは網状に形成されたものである請求項１に記載の鋼材の腐蝕予測装置。
4. 前記金属試料極及び前記照合電極の一方は、網状材が筒状に形成されたものであり、他方の電極は棒状材または線材に形成されたものであり、該棒状材または線材の電極が前記筒状電極の孔内に接触しないように挿通されたものである請求項１に記載の鋼材の腐蝕予測装置。
5. コンクリート構造物内に配設される鋼材と同種の材料からなる金属試料極と、コンクリート中において溶解反応を生じない不溶性材料であり且つ導電性材料からなる照合電極とを、所定長離隔して二極電解セルを形成し、該二極電解セルの複数をコンクリート構造物中の鋼材の被り深さよりも浅い位置から深い位置の複数箇所にほぼ平行に段階的に埋設し、各二極電解セルにおける前記照合電極に対する金属試料極の電位差を測定し、各二極電解セルが配置されたコンクリート深さにおけるコンクリート変質の程度を推定することによりコンクリート中の鋼材の腐蝕を予測する方法。

Images