JP3973768B2

JP3973768B2 - コンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法

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Publication number: JP3973768B2
Application number: JP21984598A
Authority: JP
Inventors: 大介森; 昌勝内田; 享久岡本; 政康大津
Original assignee: 株式会社太平洋コンサルタント; 政康大津
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP2000039414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビル、橋梁或いはトンネル等の各種コンクリート構造物中に埋設された鉄筋の腐食状態を、非破壊的に検査して評価するコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
一般にコンクリート構造物中には、該構造物の強度確保等の観点から鉄筋が埋設されている。
この埋設された鉄筋の腐食状態が進行すると、構造物自体の強度低下につながるために補修をする必要がある。
ところが、鉄筋は構造物中に埋設されているため、鉄筋が腐食しているか否かの診断は構造物表面からはできない。
【０００３】
そこで従来から、非破壊的な方法で鉄筋の腐食状態を評価する方法が種々考えられ、その中の一つに自然電位法がある。
この自然電位法は、健全なコンクリート構造物中では強アルカリ性のために鉄筋は不動態化しており、その電位は−０．１〜−０．２Ｖ（ＣＳＥ）を示すが、塩化物の進入や中性化によって鉄筋が活性状態となり、腐食が進行するとその電位は卑方向（−）へ変化することに着目し、この自然電位の測定値をもとに腐食の確率を評価する手法である。
【０００４】
ここで、コンクリート構造物中の鉄筋の自然電位を測定する方法は、照合電極（例えば飽和硫酸銅電極、飽和塩化銀電極など）と電位差計とを用い、コンクリート構造物中の鉄筋とコンクリート構造物表面上の照合電極との電位差を測定することにより行われる。
また、求められた電位値から鉄筋の腐食状態を判断する基準としては、表１に示したＡＳＴＭ(American Society for Testing and Materials)によって測定された評価基準（ASTM C 876-91)が広く使用されている。
【０００５】
【表１】

【０００６】
ところが、上記した自然電位法は、簡易な方法ではあるが腐食しているか否かの判断が曖昧になるケースが多く、実際には必要以上の場所でコンクリート中から鉄筋をハツリ出して調査をせざるを得ない状況であり、信頼性に欠けると言う課題を有していた。
これは、そもそもコンクリート構造物中における鉄筋の電位は、コンクリート構造物表面においてコンクリートを介して測定されたものであるため、測定誤差が有ると共に、コンクリートの含水率、塩分量更には炭酸化深さ等の要因が測定値に影響を及ぼし、測定値は必ずしも鉄筋の真の電位を示すものとはなっていないことに大きく起因していた。
【０００７】
そこで、近年においては、コンクリート構造物表面で測定した自然電位を、真の鉄筋表面における自然電位に近づける補正を行う研究が成されている。
例えば、「防錆管理」Vol.39，１９９５年１１月号の第３９３頁〜第３９９頁には、コンクリート構造物表面で測定した自然電位と、鉄筋近傍で測定した自然電位との差を補正電位とし、これを用いてコンクリート構造物表面の他の場所で測定された自然電位を補正する手法が開示されている。
【０００８】
しかし、この手法においては、補正電位を算出するための鉄筋近傍での自然電位の測定が不可欠となるが、この補正電位は、ひとつのコンクリート構造物において同じような環境下にある部位にしか有効ではなく、例えば南向き面と北向き面とではその乾燥度（含水率）が少なくとも異なっているため、それぞれ別個に鉄筋近傍での自然電位を測定しなければ正しい補正電位を得ることが出来ない。
【０００９】
その結果、この手法においては鉄筋近傍での自然電位を測定するための孔をコンクリート構造物に対して多数穿設しなければならず、面倒かつ煩雑で作業性に劣ると言う課題を有する上、鉄筋近傍での自然電位の測定時においては孔の部位を濡らしてはならないと言う、コンクリート構造物表面から自然電位を測定する場合とは全く正反対の条件下での測定が強いられるため、測定自体も煩雑なものとなっていた。
【００１０】
また、特開平９−３２９５６８号公報には、予め試験によってコンクリートの含水率、塩分量等がコンクリート構造物表面で測定した自然電位の測定値に及ぼす影響を把握し、実測したコンクリート構造物表面での自然電位に対し、実測した鉄筋の被り部分におけるコンクリートの含水率、塩分量等に基づいた補正を行い、この補正自然電位に基づいて鉄筋の腐食状態を評価する手法が開示されている。
【００１１】
しかし、かかる方法においても、その補正精度を増すためにはコンクリート構造物の多くの部位におけるコンクリートの含水率、塩分量等を測定しなければならず、その作業はやはり面倒かつ煩雑なものとなっていた。
【００１２】
本発明は、上述した従来の技術が有する課題に鑑み成されたものであって、その目的は、コンクリート構造物表面で測定した鉄筋の自然電位のみのデーターから、より正確な鉄筋の腐食状態の評価が容易に行えるコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した目的を達成すべく試験・研究を重ねた結果、コンクリート構造物表面において測定した自然電位を、自然電位の原理となるポテンシャル問題の３次元Ｌａｐｌａｃｅ方程式を境界要素法による解析法によって解くことで鉄筋上の電位に変換し、更に該変換値を利用して電流量解析から鉄筋中の電流量を求めれば、より正確な鉄筋の腐食状態の評価が可能となるとの知見に基づき、本発明を完成させた。
【００１４】
即ち、本発明は、コンクリート構造物中に埋設された鉄筋の腐食状態を、鉄筋の自然電位を測定することにより評価するコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法において、上記鉄筋の自然電位をコンクリート構造物表面において測定すると共に、該測定値を、自然電位の原理となるポテンシャル問題の３次元Ｌａｐｌａｃｅ方程式を境界要素法による解析法によって解くことで鉄筋上の電位に変換し、更に該変換値を利用して電流量解析から鉄筋中の電流量を求め、該鉄筋中の電流量に基づいて鉄筋の腐食状態を評価する、具体的には、例えば電流量解析により求めた鉄筋中の電流量が０ｍＡ以下の部位の鉄筋は腐食していると評価するコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明においては、コンクリート構造物に埋設された鉄筋の位置を、設計図面或いはレーダー法等によって確認する。
続いて、従来と同様に照合電極と電位差計とを用い、コンクリート構造物表面から鉄筋の自然電位Ｕ(q) を測定する。
【００１６】
次に、得られた測定値Ｕ(q) を、自然電位の原理となるポテンシャル問題の３次元Ｌａｐｌａｃｅ方程式を境界要素法による解析法によって解くことで鉄筋表面上の電位Ｕ(p) に変換する。
【００１７】
この境界要素法の考え方、及びその解析手順を、以下に詳述する。
【００１８】
図１において、境界要素法(Boundary Element Method、以下単にＢＥＭ）の解析領域をΩ、解析境界Ｓ、任意の解析内点ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のポテンシャルをＵ、ｐからＳまでの距離をｒとする。なお、図中×印は境界節点である。
【００１９】
Ｕをポテンシャル関数とするＤｉｒｉｃｈｌｅｔ境界値問題の支配方程式は下記の式１で表される。
【式１】

【００２０】
式１の右辺がＤｉｒａｃのデルタ関数δに等しいとき、その解としてのΩ内及びＳ上で微分可能なポテンシャル関数をＧとすると下記式２を満足する。
【式２】

式２を満足する基本解（３次元Ｇｒｅｅｎ関数Ｇ）は、
Ｇ＝（１／４π）・（１／ｒ³）である。
【００２１】
関数Ｕ及びＶをΩ内及びＳ上で微分可能とすれば、一般にＧｒｅｅｎの第２定理は下記の式３で表される。
【式３】

【００２２】
式３でＶ＝Ｇとすれば、Ｇｒｅｅｎの定理は以下の式４のようになる。
【式４】

この式４が境界要素法の支配方程式である。
【００２３】
コンクリート構造物内部の自然電位Ｕ(P) は、ラプラス方程式を満足することから境界要素法（ＢＥＭ）により上記式４と表示される。
ここで、境界上の電位Ｕ(q) と電流強さ∂Ｕ／∂ｎ(q) のみを考える場合には、上記式４の係数ｃは１／２であり、境界値問題として解くことができる。
【００２４】
自然電位法の補正にも上記式４は適用可能であるが、この場合にはコンクリート構造物表面全てを境界要素としてモデル化する必要があり、実用的ではない。そこで、コンクリート構造物体Ωに対して、自然電位を測定した面のみをＳ_hとして式４を解くと、内部点（鉄筋上の点）ｐでの電位は、下記の式５として求められる。
【式５】

ここで、Ｕ(q) はコンクリート構造物表面から測定した鉄筋の自然電位の測定値である。従って測定面をメッシュに分解し、メッシュの中心点を測定点として式５にＵ(q) を与えて積分を実行すれば、鉄筋に接するコンクリート構造物内部での電位、即ち鉄筋表面上の電位Ｕ(P) が計算されることとなる。
これは、無限物体に境界面Ｓ_hを設定した解に相当する。
【００２５】
上記した解析によって得られた鉄筋表面上の電位Ｕ(P) は、コンクリート構造物表面のポテンシャルを、鉄筋上のポテンシャルに直すことでその値が決定されたものであるため、測定誤差、また鉄筋の被り部分におけるコンクリートの含水率、塩分量更には炭酸化深さ等の測定値に影響を与える要因がある程度補正され、真の鉄筋表面の自然電位に近い値となる。
【００２６】
続いて、上記解析によって得られた鉄筋表面上の電位Ｕ(P) と、オームの法則から下記の式６を用いて電流量解析を行い、鉄筋中の電流量を求める。
【式６】

そして、求めた鉄筋中の電流量が０ｍＡ以下の部位の鉄筋は、電流が流出している部位であり、アノードを形成していると考えることができるため、鉄筋中の電流量が０ｍＡ以下の部位の鉄筋は腐食していると評価する。
【００２７】
なお、上記した解析によって得られた鉄筋表面上の電位Ｕ(P) を用いて従来と同様にＡＳＴＭによって測定された評価基準に照らし合わせて鉄筋の腐食状態を評価しても、従来のコンクリート構造物表面で測定した自然電位をそのまま用いて評価した場合よりは腐食しているか否かの判断が曖昧になるケースは少なくなる。
【００２８】
【実施例】
以下、上記した本発明にかかるコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法の実施例につき説明する。
【００２９】
（供試体）
図２に示した形状寸法の床版供試体（図中、鎖線で示したものが埋設された鉄筋を示す。）を使用した。
なお、供試体は２種類あり、埋設された鉄筋の腐食状態が相違する。
【００３０】
（実施方法）
先ず、各供試体１及び２について、その表面から自然電位を図３に示した方法によって各々測定した。なお、測定点は、各供試体ごとに表１に示す２０点を採り測定した。
自然電位の測定結果を、表２に示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
次に、測定したコンクリート表面における自然電位を、自然電位の原理となるポテンシャル問題の３次元Ｌａｐｌａｃｅ方程式を境界要素法による解析法によって解くことで鉄筋表面上の電位に変換した。
具体的には、下記の式７を用いて鉄筋表面上の電位に変換した。
【式７】

【００３３】
続いて、電流量解析により鉄筋表面上の電位差から鉄筋中の電流量を求めた。具体的には、下記の式８を用いて各鉄筋中の電流量を求めた。なお、コンクリートの比抵抗は、１０ｋΩ・ｍとして求めた。
【式８】

【００３４】
得られた鉄筋中の電流量の内、各供試体とも鉄筋▲１▼及び鉄筋▲２▼についての電流量を図中にプロットした。その図面を図４〜図７に各々示す。また、各図面中にコンクリート表面において測定した自然電位も合わせてプロットした。
【００３５】
また、得られた鉄筋中の電流量が０ｍＡ以下の部位の鉄筋は腐食している（×）と評価し、また得られた鉄筋中の電流量が０ｍＡを越える部位の鉄筋は腐食していない（○）と評価した。
その評価結果中、各供試体とも鉄筋▲１▼及び鉄筋▲２▼についての評価結果を表３に実施例（電流量）として示す。また、比較のために、コンクリート表面において測定した自然電位をＡＳＴＭによって測定された評価基準に照らして鉄筋の腐食状態を評価した結果を表３に従来例（自然電位）として併記した。
【００３６】
【表３】

【００３７】
なお、図４〜図７中、斜線を引いた部分の鉄筋は実際に各供試体から鉄筋をハツリ出し、目視によって腐食が確認された部位を示し、また表３においては、実測値（目視）として実際に腐食が確認された部位は（×）として示し、腐食が確認されなかった部位は（○）として示した。
また、上記した解析によって得られた鉄筋表面上の電位Ｕ(P) 中、各供試体とも鉄筋▲１▼及び鉄筋▲２▼について、ＡＳＴＭによって測定された評価基準に照らして鉄筋の腐食状態を評価した結果を表４に参考例（変換電位）として示す。また、比較のために、コンクリート表面において測定した自然電位をＡＳＴＭによって測定された評価基準に照らして鉄筋の腐食状態を評価した結果を表４に従来例（自然電位）として併記した。
【００３８】
【表４】

【００３９】
（結果）
図４〜図７、及び表３から、コンクリート表面で測定した自然電位をそのままＡＳＴＭによって測定された評価基準に照らして鉄筋の腐食状態を評価するよりは、コンクリート表面で測定した自然電位を自然電位の原理となるポテンシャル問題の３次元Ｌａｐｌａｃｅ方程式を境界要素法による解析法によって解くことで鉄筋上の電位に変換し、更に該変換値を利用して電流量解析から鉄筋中の電流量を求め、該鉄筋中の電流量が０ｍＡ以下の部位の鉄筋は腐食していると評価する方が、鉄筋の腐食状態をより正確に示していることが分かる。
また、表４から、解析によって得られた鉄筋表面上の電位を用いて従来と同様にＡＳＴＭによって測定された評価基準に照らし合わせて鉄筋の腐食状態を評価しても、従来のコンクリート構造物表面で測定した自然電位をそのまま用いて評価した場合よりは腐食しているか否かの判断が曖昧になるケースが少なくなることが分かる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明した本発明にかかるコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法によれば、コンクリート構造物表面で測定した鉄筋の自然電位のみのデーターから、より正確な鉄筋の腐食状態の評価が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】境界要素法モデルを示した図である。
【図２】実施例において使用した供試体の形状寸法を示した図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を各々示す。
【図３】自然電位の測定法を概念的に示した側面図である。
【図４】供試体１の鉄筋▲１▼についての実施例結果を示した図である。
【図５】供試体１の鉄筋▲２▼についての実施例結果を示した図である。
【図６】供試体２の鉄筋▲１▼についての実施例結果を示した図である。
【図７】供試体２の鉄筋▲２▼についての実施例結果を示した図である。

Claims

コンクリート構造物中に埋設された鉄筋の腐食状態を、鉄筋の自然電位を測定することにより評価するコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法において、上記鉄筋の自然電位をコンクリート構造物表面において測定すると共に、該測定値を、自然電位の原理となるポテンシャル問題の３次元Ｌａｐｌａｃｅ方程式を境界要素法による解析法によって解くことで鉄筋上の電位に変換し、更に該変換値を利用して電流量解析から鉄筋中の電流量を求め、該鉄筋中の電流量に基づいて鉄筋の腐食状態を評価することを特徴とするコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法。
上記電流量解析により求めた鉄筋中の電流量が０ｍＡ以下の部位の鉄筋は腐食していると評価することを特徴とする、請求項１記載のコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態の評価方法。