JP5875171B2

JP5875171B2 - コンクリート構造物用腐食環境検知センサ

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Publication number: JP5875171B2
Application number: JP2011151213A
Authority: JP
Inventors: 玲江里口; 達三佐藤; 博中西; 長岡　真二; 真二長岡; 大竹　淳一郎; 淳一郎大竹; 彰一小川
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: JP2016028258A; JP6071085B2; JP2012032394A

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を検出する腐食センサに関する。

従来から、コンクリート構造物を診断するセンサが知られている。例えば、特許文献１には、検知対象物の使用環境下で検知対象物の金属より腐食し易い金属またはアルカリ溶解性金属からなるベース材、およびベース材の少なくとも一部を被覆して形成され、検知対象物の使用環境下で腐食する金属からなる被膜により形成される検知部と、検知部を保持するための基材と、から構成された腐食センサが開示されている。

また、特許文献２には、コンクリート構造物中に埋設される鋼材の腐食進行状況を診断するのに用いる腐食センサが開示されている。この腐食センサは、腐食検出部で、測定対象物または測定対象物の近傍に敷設される検出用部材を有し、金属製の検出用部材の腐食を、検出用部材の電気的特性を測定することにより検出する。そして、腐食の検出結果を読取装置に対して無線送信する。この構成により、電気的特性の変化から検出用部材の腐食を検出することができ、鉄筋、ＰＣ鋼線、鋼製シース管等の鋼材の腐食が生じているかどうかを予想することを可能としている。

特開２００７−１６３３２４号公報特開２００６−３３７１６９号公報

しかしながら、従来の腐食センサでは、腐食因子を検出するセンサは、基本的に、腐食因子に、直接、触れることを前提に設計されている。ここで、腐食因子とは、塩化物イオン、炭酸ガス、等々の個々の腐食に関する物質と、これらの温度、湿度の環境因子を含めた概念である。これらのセンサをコンクリート構造物中に設置する場合、コンクリートの打設時に、センサが傷つく可能性があった。また、センサ近傍に空隙ができ、正確な検知が妨げられる場合があった。また、細鉄線を検知部とした腐食検知センサでは、検知部となる鉄部材が、コンクリートに埋設されるまでに錆びてしまうことがあるため、鉄部材が錆びないようにする必要があった。さらに、既存のコンクリート構造物へ取り付ける場合は、コンクリート構造物の局部に削孔等をおこないセンサを設置することになるが、この場合にも、上記と同様の課題が存在していた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、センサを保護し、センサ付近の粗大な空隙の発生を回避して、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境の正確な検出を可能とすると共に、コンクリートのブリーディング水等の影響による腐食の進展を回避して、センサ設置自体の影響を排しながら、センサの設置作業を容易にし、作業工程の短縮化を図ることができる腐食センサおよび腐食センサの設置方法を提供することを目的とする。

即ち、コンクリート躯体の強度、耐久性、耐力に悪影響を及ぼすことがなく、検知感度の高い鉄筋腐食環境検知センサの実現、鉄筋コンクリート内部の鉄筋に近接した位置に取り付け、鉄筋近傍に浸食する腐食因子が鉄筋に到達する前に捉えることのできる腐食環境検知センサの実現を課題とする。

上記の目的を達成するために、本発明の腐食センサは、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を検出するセンサであって、鉄筋を腐食させる因子（以下、腐食因子）のコンクリートへの浸透状態を検出し、前記腐食因子の浸透状態を示すデータを出力する検出部と、前記検出部を被覆する腐食因子の浸透を妨げないセンサ被覆部（以下、被覆部）と埋設対象である構造物の耐力を低下させない強度をもつセンサ外装（以下、外装部）と、を備えることを特徴としている。

このように、検出部を被覆する腐食因子の浸透を妨げない被覆部は、塩分等に代表される腐食因子の浸透を妨げず、更には代表的な使用材料としてコンクリート、モルタルまたはセメントペーストで被覆するため、検出部の保護機能が飛躍的に向上し、検査対象の構造物のコンクリート中へ容易に設置することが可能となる。また、検出部が鉄部材である場合は、コンクリート、モルタルまたはペースト内でアルカリ環境下に置かれることから、検出部が不動態被膜で覆われる。その結果、コンクリート、モルタルまたはペースト内部に置かれていない検出部と比較すると錆びにくくなり、設置時の取扱いが容易となる。

（２）また、本発明の腐食センサにおいて、外装部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有する材料で成形されており、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素に代表されるファインセラミックス材料、或いは、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有するコンクリート、モルタル若しくはペーストが用いられており、被覆部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の腐食因子の浸透性状を有する材料であるコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されていることを特徴としている。

このように、センサの強度を支配的に決定する外装部は検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有しているため検査対象の構造物のコンクリート中に設置した後も、強度が確保され、欠陥が発生する可能性がない。また、被覆部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の腐食因子の浸透性状を有する材料であるコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されているので、腐食因子の浸透性状が、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上となり、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を正確にかつ腐食因子が鉄筋に到達する前に検出することが可能となる。

（３）さらに、前記被覆部は、空気量５〜４０％であるモルタルであり、本モルタルは、前記検出部を被覆し、コンクリートに接するまでの厚みが２〜５ｍｍであることを特徴とする（１）又は（２）記載の腐食センサ、を提供する。これにより、センサの検出機能をよりたかめつつ、検査対象物への強度面での影響を小さくできる。

このように、前記空気量と厚みを有する被覆部は、塩分等に代表される腐食因子の浸透を妨げず、腐食を迅速かつ的確に検知することができ、外装部は圧縮強度２０Ｎ／ｍｍ^２以上のモルタルを用いているためにセンサ全体としての強度が保持され、構造物の耐力を低下させることはない。

（４）また、本発明の腐食センサにおいて、前記外装部は、少なくとも、その一部に円孤、又は楕円孤の輪郭を有することを特徴とする。こうして、ブリーディング水がセンサ周辺に溜まらない形状として、腐食現象がセンサ周辺において局所的に発生しないようにすることができる。

（５）また、本発明の腐食センサにおいて、前記検出部は、前記データを無線信号で出力することを特徴としている。

このように、データを無線信号で出力するので、ケーブルをコンクリートから引き出す必要がなくなり、ケーブルとコンクリートとの隙間から腐食因子が浸入することを回避することが可能となる。

このように、検出部をコンクリート、モルタルまたはペーストで被覆するため、検出部の保護機能が飛躍的に向上し、検査対象の構造物のコンクリート中へ容易に設置することが可能となる。また、検出部が鉄部材である場合は、コンクリート、モルタルまたはペースト内でアルカリ環境下に置かれることから、検出部が不動態被膜で覆われる。その結果、コンクリート、モルタルまたはペースト内部に置かれていない検出部と比較すると錆びにくくなり、取扱いが容易となる。また、被覆部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の腐食因子の浸透性状を有するコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されているので、腐食因子の浸透性状が、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上となり、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を正確にかつ腐食因子が鉄筋に到達する前に検出することが可能となる。また、外装部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有するコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されているので、検査対象の構造物のコンクリート中に設置した後も、強度が確保されるため、欠陥が発生する可能性を極めて低くすることが可能となる。

また、本発明の腐食センサは、検出対象の構造物に内部の鉄筋近傍に設置し、設置後、コンクリートを打ち込んだ際にセンサ周辺にブリーディング水が偏在し、その影響による腐食が進展しないように、外装部は、少なくとも、その一部に円孤、又は楕円孤の輪郭を有することを特徴としている。

本願は、高強度モルタル等で構成された外装部と、鉄筋腐食因子である塩分、水分、酸素の浸透を妨げない、センサ表面を保護する被覆部と、検出部と、を含む腐食センサである。
センサ自身を取付作業や取り扱い時に壊れることのない強度が必要であるとともに、外装部は、本願発明を組み込んだ躯体コンクリート全体の強度を低下させない強度を有するものであれば、通常のコンクリート、モルタル、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素に代表されるセラミックス材料で成形して製造する。成形は、型枠、鋳込、押出成形等、通常の方法を用いることができる。

被覆部は、センサ自身の耐力に影響しない程度の小さな体積占有率であることが好ましい。例えば、図１の肉厚平板形状の外装部の表層に凹部を設け、検出部を装着し、凹部を埋め込み被覆部とすることができる。こうして、その強度がセンサ全体の強度低下につながらない被覆部を形成でき、被覆部は表面だけが露出する形状とし、センサ全体の耐力が躯体の耐力に影響を及ぼさないようにすることができる。

被覆部は、空気量が５〜４０％のモルタルであることが好ましい。被覆部は、空気量が５％未満と低すぎると、腐食因子の検出部への到達速度が遅延し、鉄筋の腐食環境の進展を検知する感度が低下する。また、４０％を越えると、被覆部の強度が低いためにセンサ全体としての強度が低下し、構造物の耐力を低下させてしまう虞がある。ここで空気量とは、練り混ぜ直後のモルタルの試験体の体積に対する空気量の体積割合であり、ＪＩＳＡ１１１６「フレッシュコンクリートの単位容積質量試験方法及び空気量の質量による試験方法（質量方法）」に規定されるものである。被覆部厚さは、２〜５ｍｍであることが好ましい。被覆部厚さを２ｍｍ未満とすると、被覆部の強度が不十分となり、設置まで、あるいは設置時に割れるなどの損傷の虞がある。５ｍｍより厚くとすると、センサ全体としての強度が低下してしまい、構造物の耐力を低下させてしまう虞がある。

被覆部を形成する前段のモルタルは、空気量５〜３０％のものについては、通常のモルタル、あるいは保湿剤を配合して、空気量を制御することができる。しかし、空気量が２０％を超える場合には、起泡剤を混合して製造したモルタル、或いは、プレフォーム型気泡モルタル（以下、気泡モルタル。）を用いて形成することもでき、気泡モルタルの空気量は１０〜４０％が好ましい。

検出部は金属箔を用いる腐食センサであり、因子の侵入によりセンサ自身が腐食し、抵抗、インピーダンスのような電気特性の変化によって腐食環境の変化を捉えるセンサを用いる。
鉄箔に回路形成した検知部を用いるのが好ましい。

外装部は、少なくとも、その一部に円孤、又は楕円孤の輪郭をもって形成し、例えば、図１のような肉厚平板状とすることができる。このとき、ブリーディング水は、円孤、楕円孤の輪郭に沿って上昇し、センサ周辺に溜まらない。腐食現象が局所的に発生しないようにし、センサ自体の設置の影響を極力小さくすることができる。

また、本発明の腐食センサにおいて、前記検出部は、ＲＦＩＤタグに接続した、前記データを無線信号で出力することもできる。このように、データを無線信号で出力するので、ケーブルをコンクリートから引き出す必要がなくなり、ケーブルとコンクリートとの隙間から腐食因子が浸入することを回避することができる。

本発明によれば、検出部を外装部と被覆部の２種以上の部材で保護するため、被覆部が環境因子の浸透、到達を容易にしながら、検出部の保護機能が飛躍的に向上し、センサの設置による検査対象の構造物のコンクリートへの影響を小さくすることが可能となる。

矩形の検出部および楕円状の外装部を有するセンサを示す図である。変形楕円板型に成形した腐食センサの正投影図である。被覆部モルタルの練混ぜフローを示した図である。新設構造物に腐食センサを取り付ける様子を示す図である。既設構造物に腐食センサを取り付ける様子を示す図である。気泡モルタルの製造フローの例を示した図である。空気量と透水係数との関係を示す図である。透水試験の概略を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る腐食センサでは、検出部を外装部に装着し、モルタルで被覆する構成である。図１は、矩形の検出部１１およびその外装部１２を示す模式図である。検出部１１は、例えば、鉄箔を用いて、長方形や正方形、円形、梯子状、階段状など、任意の形状とすることができる。検出部１１は、外装部の凹部１３にセットし、その表面を被覆部１４で、コートする。被覆部１４は、外装部の凹部１３全体を被覆しても良い（図１（ａ））。被覆は、その一部にとどまってもよい（図１（ｂ））。検出部１１の寸法は、モルタルに使用している骨材の最大骨材寸法よりも大きいことが好ましい。本実施形態では、検出部１１の矩形の一辺の寸法を２０ｍｍ×３０ｍｍとし、外装部の短軸、長軸寸法を６０ｍｍ×９０ｍｍとしている。

例えば、細骨材で考えた場合、１０ｍｍのふるいを全通することが条件であるため、検出部の矩形の一辺の寸法を１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の大きさ以上とする。また、検出部と被覆部表面の間隙が小さい場合、コンクリートと接するモルタル面の直上に、コンクリートの骨材が配置される可能性があり、この場合は検出部の寸法がコンクリート骨材よりも小さいと検知感度に影響を受けることが推測される。

一方、検出部の面積が極端に大きくなる、すなわち埋設するセンサの大きさが著しく大きい場合は、設置するコンクリートの物性と異なるため、変状が生じる可能性があり好ましくない。例えば、６００ｍｍ×８００ｍｍでは好ましくない。外装部１２は、モルタル・コンクリートに不具合を生じない材料で、腐食因子による反応性が無い材料であれば種類を問わない。例えば、ＰＥＴ材やポリイミドなどの高分子樹脂をはじめ、アルミナのような耐食性の高いファインセラミックス基材でも使用できる。高分子樹脂やファインセラミックスは、薄肉化が容易に可能である。

なお、本実施形態では、検出部１１を、例えば、櫛形の金属で形成しても良いし、鋸歯状の金属で形成しても良い。

図２は、変形楕円板型に成形した腐食センサの正投影図であり、変形楕円板型に成形した腐食センサの正面図（ａ）、右側面図（ｂ）、左側面図（ｃ）、底面図（ｄ）である。背面図は、正面図と輪郭が同一の図である。平面図は、底面図と同一である。腐食センサ１０において、検出部１１の被覆部は、直方体型、立方体型、プレート型、円筒型、階段型など、設置に不具合が無ければ任意の形状として良い。しかし、プレート型等の平板形状が特に好ましい。外装部１２は、円孤を両端に有する輪郭をもつ厚肉平板状（全長９２ｍｍ）である。これに、段差のある凹部を設け、浅い段部（約３ｍｍ）に検出部を貼り付けた。深い段部１０ｍｍには、ＩＣ基板等の付属物を収納することができ、外装左部から、リード線を引きだす構造である。この凹部に検出部をセットしたのち、所定モルタルを流し込み硬化させて、検出器の被覆部とした。被覆部は、凹部のうち浅い段部を埋めた部分となる。このとき、外装部の凹部の水平面を越えて、被覆部を盛り上げても良いが、その厚みは、５ｍｍ以下であることが、好ましい。深い段部も、斜面状の部分もモルタルで同時に埋め込むことができる。

被覆部の寸法は、上記の検出部の寸法と同様の理由により、小さすぎても大きすぎても好ましくない。図２に示すように、浅い段部（深さ約３ｍｍ）で検出部を被覆する被覆部の寸法は、例えば、５０ｍｍ〜６０ｍｍ、厚さは５ｍｍ以下である。被覆部厚は、小さいほうが検知感度の向上に繋がる等の理由で、２ｍｍ〜５ｍｍ程度とするのが好ましい。

［外装部について］
コンクリートとは、セメント、水、細骨材、粗骨材および必要に応じて加える混和材料を構成材料とし、これらを練り混ぜその他の方法によって混合したもの、または硬化させたものをいう。モルタルとは、セメント、水、細骨材および必要に応じて加える混和材料を構成材料とし、これらを練り混ぜその他の方法によって混合したもの、または硬化させたものをいう。ペーストとは、セメント、水および必要に応じて加える混和材料を構成材料とし、これらを練り混ぜその他の方法によって混合したもの、または硬化させたものをいう。細骨材とは、１０ｍｍ網ふるいを全部通り、５ｍｍ網ふるいを質量で８５％以上通る骨材をいう。粗骨材とは、５ｍｍ網ふるいに質量で８５％以上とどまる骨材をいう。外装部は、コンクリートを用いた。外装部の強度は、対象となる建造物のコンクリートの圧縮強度より高いことが好ましい。

［被覆部について］
被覆部は、主に、気泡モルタルでない場合は、空気量が５〜３０％とし、気泡モルタルについては、空気量が１０〜４０％とすることが好ましい。センサ自身の耐力に影響しない程度の小さな体積占有率で、図２の肉厚平板形状の外装部の表層に凹部を設け、凹部に検出部を装着し、これをコートし、埋め込む。被覆部は露出している。

被覆モルタルに使用するセメントは、普通ポルトランドセメント以外に、他のポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメントなどの混合セメントや、あるいは低熱高炉セメントや中庸熱フライアッシュセメントなどを用いることも考えられる。また、市販品に限定するものではなく、混合材の混合比等を換えて製造したセメントでも良い。特に、腐食因子として塩分の浸透による腐食環境を検知しようとした場合、単位容積あたりの被覆モルタルに含まれるＡｌ_２Ｏ_３の量が影響する。被覆モルタルに含まれるＡｌ_２Ｏ_３の量は用いるセメント種類と、被覆モルタルの配合等によって決まるが、良好な塩分浸透性を示す単位容積あたりの被覆モルタルに含まれるＡｌ_２Ｏ_３の量は４０ｇ／Ｌより多いと浸透性がよくなく、望ましくは３２ｇ／Ｌ以下、より望ましくは３０ｇ／Ｌ以下となるように、セメント種類および配合を選定することが好ましい。本Ａｌ_２Ｏ_３の量は、骨材部分を除き、セメント部分での含有率である。

［被覆部モルタルの配合について］
表１に、気泡モルタルでない被覆モルタルの基本配合を示した。

ここで、セメントは、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）を用い、ＬＳＰとは、石灰石微粉末であり、Ｗ／Ｃは、水セメント比、Ｗ／Ｐは、水／（セメント＋石灰石微粉末）比、Ｓ／Ｐは、セメントと石灰石微粉末の合量に対する細骨材（Ｓ）の重量比である。ＭＣは、保湿剤（メチルセルロース）、ＴＢは、有機繊維（ポリアミド繊維５ｍｍ長さ）を示した。石灰石微粉末は、ブレーン値４０００のものを使用した。ＭＣは、保湿剤として、初期乾燥の進行を緩和するため、ＴＢは、成形安定性を付与し、ひび割れやそり防止のために使用した。この基本配合に、細骨材を添加した次配合について、空気含有率を変化させて、被覆部として優れたモルタルを見いだした。また、空気量は、ＭＣおよび消泡剤の含有率によってコントロールした。

細骨材には豊浦砂を用いた。細骨材は、適宜、その種類、量を変更して用いることができる。なお、水は、一般に上水道水であれば良く、ＪＩＳ適合水でも良い。モルタルの水セメント比（重量％）の範囲は２０％〜７０％程度の範囲で設定することが好ましい。

水セメント比は、対象のコンクリートの水セメント比に対して同等であることが最も好ましい。

図３に、被覆部モルタルのホバートミキサを用いた練混ぜフローを示した。

表２の配合に細骨材（砂）を、表１のＳ／Ｐ比で、加えた配合を用いて硬化体を作成して、フレッシュ時の空気量、塩分浸透試験、促進中性化試験、強度試験及び目視によるひび割れ確認試験を実施した結果を表３に示した。表２中、ＢＢ：高炉セメント、ＦＡＣ：フライアッシュセメント、ＭＦＣ：中庸熱フライアッシュセメント、ＬＣ：低熱ポルトランドセメント、である。表３は、試験結果一覧例（材齢１４日：細骨材の体積を除いた被覆部単位容積あたりのＡｌ_２Ｏ_３量は除く）である。なお、フレッシュ時の空気量を除く各試験の評価結果（◎、○、△、▲、×）については、対象と仮定したコンクリート（ＯＰＣを使用、ＬＳＰ添加量２０％、水セメント比５５％、空気量４．３％）、を用いたコンクリートの結果との比により表４に示す基準により評価した。そのときの材齢は１４日である。

空気量は、練り混ぜ直後のモルタルの試験体の体積に対する空気量の体積割合である。ＪＩＳＡ１１１６「フレッシュコンクリートの単位容積質量試験方法及び空気量の質量による試験方法（質量方法）」に準拠し、容積４００ｃｍ^３の容器を用いて試験を行った。

塩分浸透試験および促進中性化試験の試験体は、モルタルを練り混ぜた後、４０×４０×１６０ｍｍの型枠に打ち込み、翌日脱型後、封緘養生で３日間、その後気中養生で５日間後から開始した。塩分浸透試験については、所定の養生経過後の試験体を室温２０℃、水温２０℃±３℃、塩分（ＮａＣｌ）濃度３．０±０．３％の水溶液に浸漬させ、材齢毎に取り出した試験体を割裂し、断面を露出させ、その断面に５％クロム酸カリウム溶液を数回吹きかけ乾燥させた。その後、０．１規定硝酸銀溶液を吹付け白色になった部分を塩分浸透部と考え、その浸透深さをノギスで測定した。促進中性化試験は、ＪＩＳＡ１１５３の「コンクリートの促進中性化試験方法」に準拠して行った。

実験例から塩分の浸透は、Ａｌ_２Ｏ_３の量が４０ｇ／Ｌを超えた例９を除いて、空気量が５〜３０％程度の試験体で概ね、対象コンクリート以上の浸透深さに達する。また、促進中性化試験においては、対象コンクリートに比較して空気量５％以上のいずれの例も１．３倍の浸透深さに達する。このことは同一材齢において、対象コンクリートに比較して、本実験例では、より深くまで塩分ないしは中性化が進行することを表しており、空気量５〜３０％程度のモルタルを用いて、検出部を２〜５ｍｍ厚で被覆すれば実際の鉄筋まで到達すべき腐食因子の影響を、より早期に感知することが可能となることを示している。測定結果には載せていないが、材齢が進行することにより対象コンクリートに比較し、塩分浸透及び中性化試験の結果については、同程度ないしは差が広がる傾向を確認している。また、ひび割れの有無については、ＭＣおよびＴＢのいずれも添加していない例１８を除いてひび割れは確認されず、コンクリートに埋設されるまでに錆びることもない。例１９、および例２２については、ＴＢの添加量が多いために繊維だまによる欠陥が生じていた。これらのことを勘案すると、Ｗ／Ｃにおいては、３０％〜６０％、ＬＳＰ添加量としては５〜２０％、ＭＣあるいはＴＢのいずれかを添加し、その添加量はＭＣとしては０．１〜１％、ＴＢとしては、０．１〜１％が好ましい。このように、対象と仮定したコンクリートに対して適切な範囲で各材料を配合することで良好な被覆部モルタルを得ることが可能となる。

更に、気泡モルタルで被覆部を形成した実験例について、詳述する。その製造フローを図６に示した。

表５に気泡被覆モルタルの基本配合を示した。配合名：Ａ０、Ａ３０、Ａ４０およびＡ５５について、有機繊維、保湿剤は用いなかった。起泡剤は、主成分が陰イオン界面活性剤であるものを用いた。

ここで、セメントは、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）を用い、Ｗ／Ｃは４５％、Ｓ／Ｐ（セメントと石灰石微粉末の合量に対する細骨材（Ｓ）の重量比）は、１．２５である。本配合について、空気量を変化させて、気泡モルタルの被覆部を作成した。細骨材には豊浦砂を用いた。

図６に、気泡モルタル製被覆部のホバートミキサを用いた練混ぜフローを示した。練混ぜは、汎用ミキサを用いて、常温（２０℃）、６０％ＲＨで、５０倍に希釈した陰イオン界面活性剤系起泡剤を発泡機にて発泡させた、混入させた気泡の気泡密度は、０．０４ｇ／ｃｍ^３であった。

被覆モルタルの厚み、空気量の違いによる腐食因子の浸透性を評価するため、塩分浸透試験、促進中性化試験、目視によるひび割れ確認試験、及び透水試験評価を実施した。試験方法は、前述の通りである。モルタル厚みを制御すれば、腐食因子の検出機能をさらに高めることができる。塩分浸透性能においては厚み５mm以下であれば、空気量５〜４０％の範囲では空気量に関わらず一定の速度で浸透する。一方、炭酸ガスの浸透性は、厚み３ｍｍ未満であれば、空気量５〜４０％の範囲では空気量の影響を受けにくいが、３ｍｍ以上、４ｍｍ未満の厚みであれば空気量１０％以上の配合が十分な浸透性を確保できる。４ｍｍ以上の厚みであれば空気量２０％以上での配合で十分な浸透性を確保できる。後述するが、水分の浸透性は気泡モルタルであれば、どの配合においても通常のモルタルもよりに比べ十分な浸透性が得られる。

透水試験は、圧力容器内に供試体を設置し、隙間をエポキシ樹脂およびコーキング材（ロジンとパラフィンの混合物；質量比１：１）にてシールした。圧力容器に蓋を取り付け密閉した後、圧力容器内に注水し、窒素ガスを用いて所定の水圧を供試体に加えた。透水試験の概要図を図８に示す。

なお、Ａ３０およびＡ４０についてはアウトプット法で試験を実施した。現行品２（実験例１相当品）、現行品３については、インプット法で試験を実施した。

アウトプット法は、供試体に所定の水圧を加えた際に供試体裏面から流出する水量を所定の間隔で測定し、流出する水量が一定となった時の流出量を用いて、（式１）より透水係数を算出した。

ここに、Ｋ：透水係数（ｃｍ／ｓｅｃ）、Ｐ：水圧（ｋｇ／ｃｍ^２）、Ｑ：流出量（ｃｍ^３／ｓｅｃ）、Ａ：供試体の断面積（ｃｍ^２）、ｈ：供試体の高さ（ｃｍ）、ρ：水の密度（０．０００９９８ｋｇ／ｃｍ^３）。

インプット法は、供試体に所定の水圧を所定の時間加えた後、ＪＩＳＡ１１１３「コンクリートの引張強度試験方法」に従って供試体を直径方向に割裂し、水の浸透深さを等間隔で７箇所測定した。測定した浸透深さから平均浸透深さを求め、平均浸透深さを用いて（式２）より拡散係数を算出した。また、試験前および試験後の供試体質量から供試体に圧入された水量を求め、その水量を用いて（式３）より透水係数を算出した。

ここに、β_ｉ ^２：拡散係数（ｃｍ^２／ｓｅｃ）、Ｄ_ｍ：平均浸透深さ（ｃｍ）、ｔ：水圧を加えた時間（ｓｅｃ）、α：水圧を加えた時間に関する係数、ξ：水圧の大きさに関する係数。

ここに、Ｋ：透水係数（ｃｍ／ｓｅｃ）、ｑ：供試体に圧入された水量（ｃｍ^３）、ｌ：平均浸透深さ（ｃｍ）、ｔ：試験時間（ｓｅｃ）、Ａ：流水に直角な平均面積（ｃｍ^２）、Ｐ：水圧（ｋｇ／ｃｍ^２）、ρ：水の密度（０．０００９９８ｋｇ／ｃｍ^３）。

空気量は、配合上の密度（２．１８６ｇ／ｃｍ^３）を用いて算出した。更に、図７に空気量と透水係数との関係を示した。空気量と透水係数は、正相関が認められた。

表６には、気泡モルタルによる被覆モルタルについて、表４の基準による、腐食因子の評価も併記した。空気量１０％以上では、１０^−１０より大きな浸透係数値となり、気泡モルタルでないモルタルより浸透係数値は高かった。
空気量１０％以上では、塩分浸透および中性化深さは対象コンクリートに比較していずれの例も１．５倍の浸透深さに達しており、センサへ腐食因子として必要な水の浸透が十分であり、塩分、炭酸ガスの浸透因子の到達も確保できていることを確認した。また、空気量が高いために、ＴＢを用いなくてもひび割れやそりは発生しない。

気泡モルタルでないモルタル、気泡モルタルの実験例を通して、空気量５％以上で良好な、腐食因子の浸透が確認できた。空気量が４０％を越えると、センサ全体としての耐力、装着したコンクリートの圧縮強度を損ねるおそれがあるという理由で被覆部モルタルとして適さない場合がある。
気泡モルタルでないモルタルの実験例では、水セメント比、保湿剤、有機繊維の所定条件で、５〜３０％の空気量で、センサ被覆部の性能、全体のセンサとしての性能を保持することができた。
また、気泡モルタルの実験例では、気泡モルタルを用いて、保湿剤、有機繊維の有無を問わず、所定空気量（１０〜４０％）を保持することで、被覆部モルタルの性能、全体のセンサ性能を発揮できた。

［埋設物］
腐食センサは、検出部、外装部、被覆部を一体としたセンサ（基板等を含めて良い）と、ケーブル（無線の場合は不要）を外装部に埋設することもできる。また、無線方式（ＲＦＩＤ方式）の場合は、ＲＦＩＤタグ部を外装部に埋設してもよく、図の通り、別途、設置することもできる。このとき共に、ワイヤレスのセンサとする。無線方式は、新設構造物、既設構造物の維持管理において、効率化だけでなくデータの保持や、長期耐久性の観点でも極めて有効な手段である。特に、既設構造物に埋設する場合、削孔部の躯体表面近傍は入念な補修が必要となり、無線であることのメリットは大きい。

［製造方法］
検出部１１を被覆するセメントモルタルは、直方体、立方体、プレート型、円筒状、階段状など、設置に不具合が無ければ任意の形状として良くが、平板状であって、楕円孤、円孤の輪郭を有するものが特に好ましい。前記形状となる型枠を使用して外装部を作製する。この際、検出部１１の位置精度は、型枠で決定するので、設置が簡便である。検出部１１は、モルタルを流し込む前にあらかじめ外装部の所定位置に設置されることとなる。検出部１１を外装部１２に設置後、まだ固まらない所定空気量のモルタルを前記外装部に流し込んで、被覆部とし、硬化させて作製する。

本実施形態に係る腐食センサは、以上のような手法を用いて工場で製造することができるため、品質および精度が確保され、コンクリート中での測定において、腐食センサの検知データのばらつきを抑えることができる。すなわち、不確実性の少ない腐食センサを提供することが可能となる。

［構造物への設置］
［新設構造物］
図４は、新設構造物に腐食センサを取り付ける様子を示す図である。構造物に不具合の生じないように、腐食センサ１０を任意の位置に設置する。腐食センサの固定は、内部の鉄筋を活用する。有線の場合はケーブルを外に引き出すが、無線の場合は、ＲＦＩＤタグ２０等を一緒に構造物内に設置する。腐食センサとタグは有線で接続し、分割した場所でも、同一の箇所に設置しても良い。

こうして本願発明のセンサ（被覆部を気泡モルタル、空気量２２％、被覆部厚み５ｍｍ）を、装着させた水中養生２８日のコンクリート供試体（直径１００ｍｍ高さ２００ｍｍの円柱状）は、圧縮強度（一例では、２９．３０Ｎ／ｍｍ^２）であった。これは、センサを装着しないコンクリート供試体（２８．４８Ｎ／ｍｍ^２）と比べて、同等の圧縮強度であり、コンクリートの耐力に影響を及ぼさなかった。

更に、図４の配置を適用し、本願発明の前記センサと鉄筋１００を装着した角柱コンクリートにおいて、２０℃水中で２８日間の養生後、乾湿繰返し暴露（１サイクル＝４０℃、濃度３％塩化ナトリウム水溶液中に４日間浸漬と４０℃５０％ＲＨ雰囲気３日間）を８４日間に亘り行った（１５例）。その結果、かぶり１ｃｍ、２ｃｍの鉄筋の腐食を、鉄筋が腐食する前、あるいは同時に１００％の確率で検知することができた。

［既設構造物］
図５は、既設構造物に腐食センサ１０を取り付けた様子を示す図である。既設構造物のかぶりコンクリートを一部はつり、鉄筋部を露出させたうえで、腐食センサ１０を設置し、補修モルタル等で、はつり部を充填する。これにより、有線・無線ともに活用できる。無線はＲＦＩＤだけではなく、特定小電力無線や、電池を積んだアクティブタイプＲＦＩＤを用いても良い。また、無線通信部は構造物に埋設することが好ましいが、構造物外に出して設置しても良い。

以上説明したように、本実施形態に係る腐食センサによれば、検出部１１を外装部に設置した後、特に、所定モルタルで被覆するので、検出部１１の保護機能が飛躍的に向上し、検査対象のコンクリート中への設置が容易となる。コンクリート躯体の強度、耐久性、耐力に悪影響を及ぼすことがなく、検知感度の高い鉄筋腐食環境検知センサを実現し、鉄筋コンクリート内部の鉄筋に近接した位置に取り付け、鉄筋近傍に浸食する腐食因子が鉄筋に到達する前に捉えることのできる腐食環境検知センサを実現した。検出部１１が鉄部材である場合は、コンクリート内でアルカリ環境下におかれることから、不動態被膜で覆われる。その結果、コンクリート内部におかれていない検出部と比較すると錆びにくくなり、取扱いが容易となる。

１０：腐食センサ
１１：検出部
１２：外装部
１３：凹部
１４：被覆部
２０：ＲＦＩＤタグ
１００：鉄筋

Claims

鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を検出するセンサであって、鉄筋を腐食させ
る因子（以下、腐食因子）のコンクリートへの浸透状態を検出し、前記腐食因子の浸透状
態を示すデータを出力する検出部と、前記検出部を被覆する腐食因子の浸透を妨げないセ
ンサ被覆部（以下、被覆部）と埋設対象である構造物の耐力を低下させない強度をもつセ
ンサ外装（以下、外装部）と、を備える腐食センサであって、
前記外装部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有する材料で成形さ
れており、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素に代表されるファインセラミック
ス材料、或いは、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有するコンクリー
ト、モルタル若しくはペーストであり、
前記被覆部は、０．１〜１重量％の保湿剤、又は０．１〜１重量％の有機繊維を含み、空気量１０％以上３０％以下、透水係数が２×１０^−１０ｃｍ／ｓｅｃ以上のモルタルであり、コンクリートに接するまでの厚みが２〜５ｍｍ以下で、塩分及び炭酸ガスの浸透因子の検出部への到達が可能であることを特徴とする腐食センサ。
鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を検出するセンサであって、鉄筋を腐食させ
る因子（以下、腐食因子）のコンクリートへの浸透状態を検出し、前記腐食因子の浸透状
態を示すデータを出力する検出部と、前記検出部を被覆する腐食因子の浸透を妨げないセ
ンサ被覆部（以下、被覆部）と埋設対象である構造物の耐力を低下させない強度をもつセ
ンサ外装（以下、外装部）と、を備える腐食センサであって、
前記外装部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有する材料で成形さ
れており、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素に代表されるファインセラミック
ス材料、或いは、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有するコンクリー
ト、モルタル若しくはペーストであり、
前記被覆部は、陰イオン界面活性剤を含む気泡剤を含み、空気量１０％以上４０％以下
、透水係数が１×１０^−１０ｃｍ／ｓｅｃ以上とした気泡モルタルであり、コンクリートに接するまでの厚みが２〜５ｍｍで、塩分及び炭酸ガスの浸透因子の検出部への到達が可能であることを特徴とする腐食センサ。
前記外装部は、少なくとも、その一部に円孤、又は楕円孤の輪郭を有することを特徴とす
る請求項１又は２のいずれかに記載の腐食センサ。