JP6631593B2 - 耐候性鋼の腐食予測方法および鋼構造物の腐食予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐候性鋼の腐食予測方法および鋼構造物の腐食予測方法に関する。

社会資本である鋼構造体の１つである橋梁を安全に長期間使用することは極めて重要なことであるが、これらの鋼構造物、鋼構造体には、劣化などの問題がある。劣化の主な原因の１つに腐食があり、長期間使用される橋梁の腐食量を予測することは、保守・保全の観点から重要である。

橋梁の中には、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒなどの元素を鋼材に添加することで、橋梁の耐荷重性能の低下が工学的に問題にならない程度（０．０１ｍｍ／年以下程度の腐食速度）まで腐食を抑制可能な「保護性さび」を形成する耐候性鋼がある。耐候性鋼は２０１５年度までで、約１,９００，０００ｔの橋梁に使用されている。これは、橋梁全体の約９％を占めており、この数字は右肩上がりで増加している。耐候性鋼は、塗装などの防食処理がされず裸で使用されることが多いため、その腐食量を把握し、保守・保全を行うことはより重要となる。

耐候性鋼の腐食予測技術としては、例えば、非特許文献１にワッペン式暴露試験が記載されている。ワッペン式暴露試験では、試験材料を小型の矩形板状に形成したワッペン試験片を用いる。近くに既設橋梁や管理対象橋梁がある場合には、最も腐食性が厳しいと思われる部位に直接ワッペンを貼る実橋ワッペン試験を行い、近くに既設橋梁がない場合や実橋に直接貼れない場合には、暴露容器として百葉箱や円筒形暴露容器を使用し、その内部にワッペンを設置する架台ワッペン試験を行う。実橋ワッペン試験としては、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍのワッペンサイズの耐候性鋼（以下、ワッペン試験片、と呼ぶ）を橋梁の各部位に設置し、１年ごとに回収して腐食量を測定し、得られた試験開始からの年数とその年毎における腐食量とから将来的な腐食量を予測する。

他の耐候性鋼の腐食予測技術としては、特許文献１、２において、温度、濡れ時間、硫黄酸化物量、飛来塩分量などの環境因子、および耐候性鋼の成分などの材料因子から耐候性鋼の腐食量を予測する技術が記載されている。

特開第３９０９０５７号 特開第４１４３０１８号

「ＪＳＳＣテクニカルレポートＮｏ．７３ 耐候性鋼橋梁の可能性と新しい技術」、社団法人日本鋼構造協会、２００６年１０月

しかしながら、上述したワッペン試験片による暴露試験結果を用いた耐候性鋼の予測方法では、将来的な腐食量を正確に予測するためには５〜１０年にも渡る長期の暴露試験の結果が必要となる。その為、腐食量が予測可能となるまでに長時間を要するという問題がある。回収したワッペンにおける腐食量の測定は、ＩＳＯ８４０７で規格化されている酸洗液で除錆後、重量を測定し、初期重量との差から腐食量を算出することにより行われる。このため、暴露試験時間が短く腐食量が少ない場合には、除錆に対し試験者の技量が大きく影響し、算出される腐食量にばらつきが生じて正確性に欠けることが多い。

また、特許文献１、２に記載の予測方法では、橋梁の部位ごとに風の流れや堆積物の溜まり易さが異なるため、腐食量のばらつきが大きくなり、精度よく長期腐食量を予測することは困難であるという問題もある。

本発明は係る問題に鑑み、耐候性鋼の腐食量を短い試験時間で予測できる、耐候性鋼の腐食予測方法および鋼構造物の腐食予測方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために鋭意検討して完成されたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１５で規定された鋼に対する耐候性鋼の腐食量比から、該腐食量比が一定となる期間を決定し、
前記腐食量比が一定となる期間における前記耐候性鋼の腐食量を用いて腐食予測式を算出し、
前記腐食予測式から前記耐候性鋼の腐食量を予測することを特徴とする耐候性鋼の腐食予測方法。
［２］前記腐食量比が一定となる期間から、前記腐食予測式を算出するために使用する外挿期間を選択することを特徴とする上記[１]に記載の耐候性鋼の腐食予測方法。
［３］前記外挿期間は、１８０日以上であることを特徴とする上記［２］に記載の耐候性鋼の腐食予測方法。
［４］前記腐食量比が一定となる期間は、前日の前記腐食量比に対して±０．０１未満の変化が、連続して３０日以上続いた初日からの期間とすることを特徴とする上記［１］または［２］のいずれかに記載の耐候性鋼の腐食予測方法。
［５］上記［１］〜［４］のいずれか１つに記載の耐候性鋼の腐食予測方法を用いて、鋼構造物の腐食量を予測することを特徴とする鋼構造物の腐食予測方法。

本発明によれば、耐候性鋼の将来的な腐食量を短い試験時間で予測可能な、耐候性鋼の腐食予測方法を提供できる。本発明の腐食予測方法は、橋梁等の鋼構造物の将来的な腐食量の予測に好適に用いることができ、工業上有益な効果を奏する。

図１（Ａ）は、電気抵抗式の腐食センサによる耐候性鋼の腐食量のモニタリング結果を示すグラフである。図１（Ｂ）は、溶接用構造鋼材に対する耐候性鋼の腐食量比を示すグラフである。 図２（Ａ）は、電気抵抗式の腐食センサの一例を模式的に示す平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図３（Ａ）〜（Ｃ）は橋梁Ａにおいて、腐食量比が一定となる期間を変えて算出された腐食予測式、その予測曲線、電気抵抗式腐食センサによる腐食量および実橋ワッペン試験による腐食量を示したグラフである。 図４は、橋梁Ａにおいて、試験時間１７年に対する本実施形態に係る予測方法による予測結果と実橋ワッペン試験結果との誤差を示すグラフである。 図５（Ａ）〜（Ｆ）は、実施例における算出された腐食予測式とその予測曲線、電気抵抗式腐食センサによる腐食量および実橋ワッペン試験による腐食量を示したグラフである。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

まず、本発明をなすに至った知見について説明する。

鋼構造物（例えば、耐候性鋼を用いた橋梁等）が建設される環境における耐候性鋼の腐食挙動には、保護性さびによる腐食抑制がなく大きな腐食速度で腐食が進行する初期の期間と、保護性さび形成による腐食抑制期間（以下、保護性さび形成期間、と呼ぶ）とが存在する。前述したとおり、耐候性鋼は保護性さびによりその耐食性が発揮される。そのため、耐候性鋼の耐食性の評価としては、初期の腐食速度よりも、保護性さび形成によりどの程度の腐食速度になるのかを把握することが重要である。

図１（Ａ）は、耐候性鋼の暴露試験結果の一例を示すグラフである。横軸には暴露試験開始から経過した時間（年）を示し、縦軸には腐食量（μｍ）を示す。時間は、試験開始を０年かつａ点としている。腐食量は、後述の電気抵抗式の腐食センサ（図２参照）による結果を、腐食深さに換算することで得ている。なお、試験結果はｃ点までしか記載していないが、実際の試験結果は、点線で示すようにさらに長期まで存在する。図１（Ａ）には、試験開始（ａ点：時間＝０年）から大きな腐食速度で腐食が進行する期間（ａ〜ｂ期間）と、このａ〜ｂ期間に比べてさび層の影響により腐食速度が抑制される期間（ｂ〜ｃ期間）とが存在する。上述した耐候性鋼の腐食挙動から、ａ〜ｂ期間が初期の期間であり、ｂ〜ｃ期間が保護性さび形成期間であると推定できる。

ここで、本発明者らは、上記の課題を達成するために鋭意検討した結果、以下の新たな知見を得た。

後述するＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１５で規定された鋼（以下、溶接用構造鋼材または普通鋼と呼ぶ）についても、図１（Ａ）の結果を得た暴露試験と同じ環境、同じ時期および同じ腐食センサで腐食モニタリングを行った。そして、普通鋼と耐候性鋼の腐食モニタリング結果から、本発明者らは、普通鋼の腐食量に対する耐候性鋼の腐食量の比に特徴があることを見出した。図１（Ｂ）に、試験開始からの時間と、普通鋼の腐食量に対する耐候性鋼の腐食量比との関係の一例を示す。横軸には暴露試験開始から経過した時間（年）を示し、縦軸には普通鋼に対する耐候性鋼の腐食量比を示す。図１（Ａ）との比較を容易にするため、横軸は同一となるように記載してある。

即ち、図１（Ａ）および図１（Ｂ）のグラフに示す結果より、保護性さび形成期間と推定される期間と腐食量比が一定となる期間（図１（Ｂ）のｂ〜ｃ期間）とが、ほぼ一致していることが分かった。その後、一定の腐食量比のまま、普通鋼と耐候性鋼の腐食量の差が広がっていくことも分かった。腐食量比が一定となっているのは、耐候性鋼に保護性さびが形成されることにより、耐候性鋼の耐食性が安定化したためと考えられる。したがって、保護性さび形成期間と推定される期間と合致している当該腐食量比が一定になる期間を捉え、当該腐食量比一定期間における耐候性鋼の腐食量と試験開始からの時間とのデータを活用すれば腐食予測の短時間化につながると、発明者らは想い至った。

そこで、本発明では、耐候性鋼と普通鋼に対して腐食試験行い、それぞれの鋼について試験開始からの時間に対する腐食量を得、得られた時間と腐食量のデータから普通鋼の腐食量に対する耐候性鋼の腐食量比が一定になる期間を捉え、この腐食量比が一定になる期間における耐候性鋼の腐食量を用いて腐食予測式を算出し、この腐食予測式から耐候性鋼の腐食量を予想する。これにより、短時間の試験でも耐候性鋼の将来的な、特に長時間経た場合の腐食量を正確に予測することが可能となる。

なお、本発明において「短時間」または「短い試験時間」とは、試験開始から１年未満をいう。一方、「長時間」とは、試験開始から３年以上をいう。

なお、一般的に時間と時間の間を「期間」と呼ぶが、本明細書の場合、試験開始から経過した任意の時間までも「期間」となってしまう。そこで、試験開始から経過した時間までを「時間」または「試験時間」と呼び、試験開始からの経過時間と経過時間とに挟まれたものを「期間」と呼んで、区別することにする。
［耐候性鋼の腐食予測方法］
次に、本発明の耐候性鋼の腐食予測方法について説明する。

まず、試験対象とする材料を用いて腐食試験を行い、腐食試験開始から任意の時間に対する腐食量を得る（図１（Ａ）参照）。腐食量を求めるための試験材料は、少なくとも１種の耐候性鋼、および少なくとも１種のＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１５で規定された鋼（溶接用構造鋼材または普通鋼）、合計２種類を用いる。ここでの耐候性鋼と普通鋼は、例えば、後述する「試験材料」に記載の耐候性鋼および普通鋼を用いることができる。また、ここでの腐食試験は、後述する「腐食試験」に記載のものを用いることができる。

次いで、腐食試験から得られた普通鋼の腐食量と耐候性鋼の腐食量を用いて、普通鋼に対する耐候性鋼の腐食量比を、各時間毎に求める（図１（Ｂ）参照）。

次いで、求めた腐食量比の結果から、この腐食量比が一定となる期間を決定する。ここでの腐食量比が一定となる期間は、後述する「腐食量比が一定となる期間」に記載の方法により決定することができる。

次いで、腐食量比が一定となる期間における、耐候性鋼の腐食量Ｙと腐食試験開始からの時間Ｘとを用いて、所定の腐食式から腐食予測式を算出する。なお、所定の腐食式と腐食予測式の算出方法については、後述の「所定の腐食式と腐食予測式の算出方法」に記載のものを用いることができる。

次いで、算出した腐食予測式から、任意の時間における耐候性鋼の腐食量を予測する。

以上のように、本発明では、腐食予測として「腐食量」を予測している。一般に、腐食予測には、「腐食量」を予測するものと、「腐食速度」を予測するものがある。「腐食速度」を予測する場合には、腐食量を微分することにより得られる。すなわち、本発明の腐食予測方法でも、腐食速度を予測することは可能である。

＜試験材料＞
本発明の腐食予測方法の適用対象となる試験材料について説明する。
本発明では、試験材料として、耐候性鋼と普通鋼の２種類の鋼を用いる。試験材料用の耐候性鋼には、腐食予測対象の耐候性鋼と同一組成かつ同一特性とすることが、予測結果を正確に得られることから最も望ましい。例えば、腐食予測対象となる橋梁に用いられている耐候性鋼と同一組成かつ同一特性の耐候性鋼を用いることができる。但し、必要に応じて、腐食予測対象となる耐候性鋼と、組成および／または耐候性能が同等のものを選んでもよい。さらに、場合によっては、腐食予測対象となる耐候性鋼と、組成および／または耐候性能が類似のものを選んでもよい。

耐候性鋼としては、ＪＩＳ Ｇ ３１１４：２０１６で規定されている溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材を用いることができる。その中でも、特にＳＭＡ４９０Ａに対し、本発明を好適に用いることができる。より具体的には、以下の鋼が耐候性鋼としてより好適である。当該耐候性鋼の組成としては、Ｃ：０．１８質量％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．６５質量％、Ｍｎ：１．４０質量％以下、Ｐ：０．０３５質量％以下、Ｓ：０．０３５質量％以下、Ｃｕ：０．３０〜０．５０質量％、Ｃｒ：０．４５〜０．７５質量％、Ｎｉ：０．０５〜０．３０質量％であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。加えて、機械的性質としては、ＹＳ：３５５Ｎ／ｍｍ^２以上、ＴＳ：４９０〜６１０Ｎ／ｍｍ^２、Ｅｌ：１９％以上とする。但し、耐候性を阻害しない限りにおいて、必要に応じて上記必須元素以外の元素を選択元素として含んでもよい。

一方、普通鋼としては、ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１５で規定されている溶接構造用圧延鋼材を用いることができる。その中でも、特にＳＭ４９０Ａを好適に用いることができる。より具体的には、以下の鋼が普通鋼としてより好適である。

＜腐食試験＞
本発明では、耐候性鋼および普通鋼に対し、腐食試験を行い、それぞれの鋼材に対して、腐食試験開始からの時間とその時間における腐食量とを測定する。

腐食試験は、腐食予測対象である耐候性鋼と類似または同一の環境での暴露試験とすることが、最も好適である。腐食予測の目的が、屋外環境に設置されている鋼構造物の、長時間経過後における腐食量の把握の場合には、正確な予測が可能となるからである。但し、試験材料の腐食量と試験開始からの時間とのデータが得られるのであれば、他の試験方法でもよい。必要に応じて、他の公知の試験方法（各種腐食促進試験、各種ガス腐食試験、各種耐食性試験および各種耐候性試験等）からも選択できる。

一方、腐食量は、試験開始からの所定時間毎において、電気抵抗式の腐食センサを用いて得ることが、最も好ましい。電気抵抗式の腐食センサは、微量の腐食量の検出が可能であることと、時間間隔が短くても腐食サンプリングが可能であること、から、後述する「腐食量比が一定となる期間」を確実に求めることができるためである。但し、この「腐食量比が一定となる期間」が算出できるのであれば、他の腐食量測定方法を用いてもよい。腐食試験下での試験材料の腐食速度に応じて、公知の腐食量測定方法（ＡＣＭ型腐食センサ等の各種腐食センサを用いた方法、ワッペン試験等）からも選択できる。いずれの腐食量測定方法を用いる場合でも、本発明である腐食予測方法に適応するためには、試験材料として耐候性鋼と普通鋼の２種類の結果を得る必要がある。

＜電気抵抗式の腐食センサ＞
本発明では、上述の腐食試験における腐食量の測定に、電気抵抗式の腐食センサを用いることが、最も好ましい。そこで、本発明である腐食予測方法に用いることのできる電気抵抗式の腐食センサの構造とその腐食量の算出方法の一例について、以下に説明する。

図２（Ａ）は、電気抵抗式の腐食センサの一例を模式的に示す平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。電気抵抗式の腐食センサ１は、図２（Ａ）に示すように、任意の環境に暴露されるセンサ部１１と、センサ部１１が暴露される任意の環境から遮断される参照部２１とを有する。センサ部１１および参照部２１は、図２（Ｂ）に示すように、平板状の基板３１の一面上に、絶縁シート４１を介して、並列配置されている。センサ部１１および参照部２１の両側面は、絶縁性の樹脂５１で覆われ、さらに、参照部２１の上面は、絶縁性のカバー６１で覆われている。腐食センサ１が特に腐食環境下にある場合には、上面が暴露されたセンサ部１１は、その厚さ方向（上面側から下面側に向かう方向）に腐食が進行する。

本発明である腐食予測方法に使用する場合、後述する腐食量比が一定となる期間の決定のため、図２の腐食センサを少なくとも２つ用いる。１つの腐食センサは、耐候性鋼で形成され、もう１つの腐食センサは、普通鋼で形成される。具体的には、１つの腐食センサのセンサ部１１を腐食予測対象である耐候性鋼で形成し、もう１つの腐食センサのセンサ部１１を普通鋼で形成する。各参照部２１を構成する材料としては、各センサ部１１を構成する材料と同じ材料であることが好ましい。

センサ部１１と参照部２１は、例えば、図２（Ａ）に示すように、電流源７１が接続され、センサ部１１の両端に電圧測定部８１が接続され、参照部２１の両端に電圧測定部９１が接続される。このような腐食センサ１において、電流源７１から定電流を流し、電圧測定部８１および電圧測定部９１で電圧を測定することにより、センサ部１１および参照部２１の各々の電気抵抗値を求める。

腐食センサ１においては、任意の一定間隔でセンサ部１１および参照部２１の電気抵抗値を求め、求めた電気抵抗値に基づいてセンサ部１１の腐食量（腐食深さ）を測定（換算）する。より詳細には、腐食量の換算式は、次の式（１）で表される。
ＣＤ＝ｔ_ｉｎｉｔ｛（Ｒ_{ｒｅｆ，ｉｎｉｔ}／Ｒ_{ｓｅｎｓ，ｉｎｉｔ}）−（Ｒ_ｒｅｆ／Ｒ_ｓｅｎｓ）｝ ・・・式（１）
ＣＤ：腐食量（腐食深さ）［μｍ］
ｔ_ｉｎｉｔ：センサ部の当初厚さ［μｍ］
Ｒ_{ｒｅｆ，ｉｎｉｔ}：参照部の当初の電気抵抗値［Ω］
Ｒ_{ｓｅｎｓ，ｉｎｉｔ}：センサ部の当初の電気抵抗値［Ω］
Ｒ_ｒｅｆ：参照部の測定時の電気抵抗値［Ω］
Ｒ_ｓｅｎｓ：センサ部の測定時の電気抵抗値［Ω］
＜所定の腐食式と腐食予測式の算出方法＞
腐食予測式は、後述する「腐食量比が一定となる期間」における腐食量Ｙと腐食試験開始からの時間Ｘとを用いて、算出される。ここでの腐食量Ｙと腐食試験開始からの時間Ｘは、前述の「腐食試験」で測定された腐食量と腐食試験開始からの時間のデータを、そのまま用いることができる。

最も好適な実施形態は、所定の腐食式に外挿することで腐食予測式を算出する方法である。所定の腐食式としては、式（２）に示した腐食量（Ｙ）と試験時間（Ｘ）との関係式がよく使われており実績もあるので、最も好ましい。
Ｙ＝Ａ・Ｘ^Ｂ ・・・式（２）
ただし、Ｙ：腐食量（μｍ）、Ｘ：試験時間（日）、とする。
腐食量（Ｙ）として、腐食量比が一定となる期間における腐食量を、試験時間（Ｘ）として、腐食試験開始からの時間を外挿し、上記式（２）のＡとＢを決定する。これにより、腐食予測式を算出できる。また、所定の腐食式は、上記式（２）以外のものでも、公知・非公知にかかわらず使用することができる。

＜腐食量比が一定となる期間＞
先に説明した通り、本発明の腐食予測方法においては、普通鋼に対する耐候性鋼の腐食量比が一定となる期間を設定することが重要である。

そのため、本発明においては、この腐食量比が一定となる期間における腐食量と腐食試験開始からの時間のデータを、所定の腐食式へ外挿し腐食予測式とする。さらにより好ましくは、この腐食量比が一定となる期間から、腐食予測式を作成するための外挿期間を選択し、その外挿期間内の腐食量と腐食試験開始からの時間のデータを用いて、所定の腐食式へ外挿し腐食予測式とすることである。この外挿期間の選択について、図２の電気抵抗式の腐食センサを用いた腐食量の測定結果を使用して、説明する。

図３は、後述する実施例の内、橋梁Ａにおける暴露試験結果である。横軸に暴露試験開始からの時間（単位は年）、縦軸に腐食深さ（単位はμｍ）を示す。各グラフ中の式は算出された腐食予測式、点線が算出された腐食予測式をプロットした予測曲線、灰色丸符号が電気抵抗式の腐食センサによる腐食量、菱形符号がワッペン式暴露試験による腐食量となる。腐食予測式は、実施例の図５（Ａ）〜（Ｄ）と同じく、電気抵抗式の腐食センサによる腐食量と暴露試験開始からの時間を用いて作成した。

外挿期間の設定は、図１（Ｂ）の腐食量比のグラフを作成して腐食量比が一定となる期間（ｂ〜ｃの期間）を確認し、腐食量比一定期間の起点となるｂ点を起点として、２１０日、１８０日、９０日の３種類を選択した。例えば、外挿期間が２１０日の場合は、ｂ点を起点に２１０日の期間に含まれる試験時間と当該試験時間に対する腐食量を選択し、この選択した試験時間をＸと腐食量をＹとして式（２）に外挿し、定数Ａと定数Ｂを決定し腐食予測式とした。得られた腐食予測式は、Ｙ＝１８．２２２・Ｘ^{０．３２３８}となった。外挿期間が１８０日と９０日も同様に処理し、得られた結果が図３の腐食予測式となる。

外挿期間（単位は日）は、図３（Ａ）は２１０日、図３（Ｂ）は１８０日、図３（Ｃ）は９０日とした。図５（Ａ）〜（Ｄ）における予測曲線とワッペン式暴露試験結果を比較すると、腐食量比が一定期間を１８０日以上とした場合に、非常によく一致することが分かる。図３（Ｃ）の９０日の場合、予測したい時間が１．５年までならば許容範囲となる。

そこで、外挿期間が変化した場合における、腐食量予測結果の誤差を調査した。調査に用いた腐食量のデータは、後述する実施例の暴露試験の結果を用いた。橋梁Ａが対象であり、図３と同じ試験結果を用いたものである。後述する実施例の電気抵抗式の腐食センサ１による腐食量を用いて、図３と同様にして腐食予測式を算出した。この算出した腐食予測式から、１７年の場合の予測腐食量を求めた。この予測腐食量からワッペン式暴露試験の１７年における腐食量を引き、さらにワッペン式暴露試験の１７年における腐食量で割った値を、誤差（単位は％）とした。なお、ワッペン試験片は３片あったため、３片の算術平均値を１７年における腐食量とした。外挿期間は、９０日、１２０日、１５０日、１８０日、２１０日、２４０日、２７０日、３００日と設定した。

その調査結果を図４に示す。図４は、橋梁Ａにおいて、試験時間１７年に対する本実施形態に係る予測方法による予測結果と実橋ワッペン試験結果との誤差を示すグラフである。横軸には外挿期間（日）を示し、縦軸には誤差（％）を示す。図中の点線は、３片のワッペン試験片のばらつきを示す。図４のグラフに示す結果から、ワッペン試験片のばらつきを考慮しても、時間が１７年のような１０年以上となる長時間の腐食量を予測する場合は、外挿期間は１８０日以上とすることが好ましいことが分かる。

以上の結果から、本発明の腐食予測方法では、腐食量比が一定となる期間から、腐食予測式を算出するために使用する外挿期間を選択することが、より長い時間の腐食予測式を得ることが可能となるので好ましい。また、本発明の腐食予測方法では、上述の外挿期間は、１８０日以上とすることができる。１８０日未満では、試験時間が短く腐食量が少ないと正確な腐食量の予測をすることが困難な場合がある。したがって、１８０日以上とすることがより好ましい。

また、上述の腐食量比が一定となる期間は、例えば発明者らの経験上からは、前日（２４時間前）の腐食量比（０〜１）に対して±０．０１未満の変化が、連続して３０日以上続いた初日からの期間とすることが、最も好ましい。なお、腐食量比が一定となる期間は、上述した方法以外で求めることもできる。
［鋼構造物の腐食予測方法］
次に、本発明の鋼構造物の腐食予測方法について説明する。

本発明の鋼構造物の腐食予測方法は、例えば、ＪＩＳ Ｇ ３１１４：２０１６で規定された溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材を少なくとも一部に用いた鋼構造物に適用できる。鋼構造物として、鋼で作られた橋梁、建築物、その他の構造物がある。鋼構造物に使われる材料として、例えば、上述の材料に記載の耐候性鋼と普通鋼がある。

本発明の鋼構造物の腐食予測方法では、上述した耐候性鋼の腐食予測方法を用いて、鋼構造物の長期腐食量を予測する。

［実施例］
以下、実施例により本発明の効果を説明するが、本実施例はあくまで本発明を説明する一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。

地域の異なる橋梁Ａ、Ｂ、Ｃで、暴露試験を行った。腐食量は、ワッペン式暴露試験と電気抵抗式の腐食センサを用いた腐食量のモニタリングより求めた。
＜ワッペン式暴露試験＞
上述した実橋ワッペン試験を行った。ワッペン試験片は、試験材料として市販の耐候性鋼ＳＭＡ４９０Ａ（ＪＩＳ Ｇ ３１１４：２０１６に規定されている鋼）を用い、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍの形状に加工した後、エタノールで洗浄し、橋梁Ａ〜橋梁Ｃに両面テープを用いて貼り付けた。各試験片は所定の期間で回収し、ＩＳＯ８４０７で規格化されている酸洗液で除錆後、重量を測定し、初期重量との差から腐食量を算出した。なお、本実施例では、重量からさらに腐食深さ（単位はμｍ）に換算して腐食量とした。試験片は各期間で３片を回収している。暴露試験期間は、橋梁Ａでは最長１７年、橋梁Ｂでは最長１５年、橋梁Ｃでは最長１２年とした。
＜電気抵抗式の腐食センサを用いた腐食量のモニタリング＞
電気抵抗式の腐食センサは、図２で説明したものを２つ用いた。１つはワッペン式暴露試験と同様のＳＭＡ４９０Ａをセンサ部１１と参照部２１に用い、もう１つは普通鋼ＳＭ４９０Ａ（ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１５に規定されている鋼）をセンサ部１１と参照部２１に用いた。これらの腐食センサ１は、２つ共ワッペン式暴露試験と同じ場所に設置した。腐食量は、前述の式（１）を用いて腐食深さ（単位はμｍ）として求めた。得られた腐食量から、普通鋼に対する耐候性鋼の腐食量比が一定となる期間を決定した。普通鋼に対する耐候性鋼の腐食量比が、「一定の腐食量比」であるかの判断は、前日(２４時間前)の腐食量比(０〜１)に対して±０．０１未満の変化であるか否かで判断する。この変化が、連続して３０日以上続いた初日からの期間（例えば図１（Ａ）に示すｂ〜ｃ期間）を、「腐食量比が一定となる期間」として決定する。決定された腐食量比一定期間内の測定結果から外挿期間を複数期間設定した。暴露試験中におけるモニタリング期間は、橋梁Ａでは最長１年、橋梁Ｂでは最長０．７４年、橋梁Ｃでは最長０．７４年とした。一方、サンプリング期間は、大体１分（1.9×10^-6年）間隔から６０分（1.1×10^-4年）間隔の何れかとし、例えばサンプリング期間は１０分間隔とした。

＜長時間経過後の腐食量に対するワッペン式暴露試験結果との比較＞
上記２種類の腐食量測定方法で得られた腐食量（Ｙ）と暴露試験開始からの時間（Ｘ）を、式（２）に外挿し、定数Ａと定数Ｂを決定し、腐食予測式を作成し、長時間経過後の腐食量の予測を行った。橋梁Ａに対する結果をグラフ化したものを、図５に示す。横軸に暴露試験開始からの時間（単位は年）、縦軸に腐食深さ（単位はμｍ）を示す。各グラフ中の式は算出された腐食予測式、点線が算出された腐食予測式をプロットした予測曲線、灰色丸符号が電気抵抗式の腐食センサによる腐食量、菱形符号がワッペン式暴露試験による腐食量となる。

図５（Ａ）〜（Ｄ）は、電気抵抗式の腐食センサによる腐食量と暴露試験開始からの時間を用いて腐食予測式を作成した場合を示す。外挿期間は、「腐食量比が一定となる期間」に記載した図３作成手順と同じ手順で、複数種類を設定した。外挿期間（単位は日）は、図５（Ａ）は９０日、図５（Ｂ）は１５０日、図５（Ｃ）は１８０日、図５（Ｄ）は２１０日とした。図５（Ａ）〜（Ｄ）における予測曲線とワッペン式暴露試験結果を比較すると、先に説明した通り、腐食量比が一定期間を１８０日以上とした場合に、非常によく一致することが分かる。特に長時間、具体的には５年以上、にてその効果が顕著となる。逆に、予測したい時間がそれ程長くない場合、例えば３年経過後の腐食量の予測ならば、腐食量比が一定期間を１５０日でもその効果が得られる。

図５（Ｅ）と（Ｆ）は、ワッペン式暴露試験による腐食量と暴露試験開始からの時間を用いて腐食予測式を作成した場合を示した。外挿期間（単位は日）は、図５（Ｅ）は１．５年（表１の５５０日に相当）、図５（Ｆ）は３年（表１の１０９１日に相当）とした。図５（Ｅ）と（Ｆ）における予測曲線とワッペン式暴露試験結果を比較すると、外挿入期間が３年とした場合に初めて、５年以上の測定結果と一致することが分かる。

橋梁Ａ、Ｂ、Ｃに関して、腐食予測式を決定するための外挿期間と予測結果に対して表１にまとめた。長時間として各橋梁それぞれ最長時間、より短時間として２年、の各試験時間におけるワッペン式暴露試験の腐食量を比較対象とした。算出された腐食予測式を用いた予測結果が、ワッペン式暴露試験片の腐食量と一致しているかの判断は、３片の試験片のばらつきの中に予測曲線が入るかどうかで判断した。入っている場合は記号○、外れている場合は記号×で示す。本発明例として本発明の腐食予測方法により算出された腐食予測式を用いて予測し、比較例として腐食量比が一定となる期間を設定せずに耐候性鋼のワッペン式暴露試験の結果あるいは電気抵抗式の腐食センサを用いた腐食量のモニタリングの結果だけで腐食予測式を算出して予測した。試験時間が長時間（最長時間）の場合に対して、算出した腐食予測式を用いた腐食量予測結果とワッペン式暴露試験片の腐食量との誤差（％）を次の式で算出した。
誤差＝（比較時間（Aは17年、Bは15年、Cは12年）における予測式から得られる推定値−比較時間（Aは17年、Bは15年、Cは12年）でのワッペン試験の結果3点の平均値）／比較時間（Aは17年、Bは15年、Cは12年）でのワッペン試験の結果3点の平均値×100（％）

本発明の腐食予測方法による腐食量予測結果は、暴露条件が異なりかつ１年未満の外挿期間にもかかわらず、２年の短時間腐食の場合のワッペン式暴露試験の結果と、非常によく一致することが分かる。また、外挿期間を１８０日以上にとれば、１０年以上の長時間腐食の場合のワッペン式暴露試験の結果とも非常によく一致していることが明らかになった。このことは、算出した腐食予測式を用いた腐食量予測結果とワッペン式暴露試験片の腐食量との誤差が、±３．０％と小さいことからも言える。腐食量比が一定の期間内から外挿期間を選択して腐食予測式を算出する場合、約半年の腐食量比が一定となる期間と保護性さび形成期間までの初期の期間とを合せても１年未満であり、１年未満で正確な腐食量の予測が可能であることが分かる。

一方、腐食量比が一定となる期間を設定せずに、耐候性鋼のワッペン式暴露試験等の結果だけで腐食予測式を算出した比較例の場合、１０年以上の長時間を経ての腐食量を正確に予測するには、２年または３年の試験結果が必要であることが分かる。このことは２年または３年の試験結果で誤差が小さくなることからも言える。なお、外挿期間を５４４日以上にとれば、２年の短時間腐食での試験結果とは比較的一致しているが、逆に言えば、短時間の試験でも実時間の試験結果が必要であると言える。これは、腐食量比が一定となる期間を確認した上でその中から外挿期間を選択していないことと、試験時間が短く腐食量が少ないために、正確な腐食量の予測をすることが難しいためと考えられる。

これらの結果からも、本発明の腐食予測方法により、短期間で腐食量の予測が可能であることが分かる。特に、外挿期間を１８０日以上とした場合は、１０年以上の長時間の腐食予測も可能となることが分かる。

１ 腐食センサ
１１ センサ部
２１ 参照部
３１ 基盤
４１ 絶縁シート
５１ 樹脂
６１ 絶縁性カバー
７１ 電流源
８１ 電圧測定部
９１ 電圧測定部

本発明の腐食予測方法は、大気腐食環境における耐候性鋼の腐食量の経時変化を精度良く計測できる。

Claims (5)

1. ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１５で規定された鋼に対する耐候性鋼の腐食量比から、該腐食量比が一定となる期間を決定し、
   前記腐食量比が一定となる期間における前記耐候性鋼の腐食量を用いて腐食予測式を算出し、
   前記腐食予測式から前記耐候性鋼の腐食量を予測することを特徴とする耐候性鋼の腐食予測方法。
2. 前記腐食量比が一定となる期間から、前記腐食予測式を算出するために使用する外挿期間を選択することを特徴とする請求項１に記載の耐候性鋼の腐食予測方法。
3. 前記外挿期間は、１８０日以上であることを特徴とする請求項２に記載の耐候性鋼の腐食予測方法。
4. 前記腐食量比が一定となる期間は、前日の前記腐食量比に対して±０．０１未満の変化が、連続して３０日以上続いた初日からの期間とすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の耐候性鋼の腐食予測方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐候性鋼の腐食予測方法を用いて、鋼構造物の腐食量を予測することを特徴とする鋼構造物の腐食予測方法。