JP6689547B2 - 鉄筋腐食試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋腐食試験方法に関し、特に、コンクリート構造物の露筋した鉄筋の腐食を再現する鉄筋腐食試験方法に関する。

コンクリート構造物は経年劣化するため定期点検する必要がある。定期点検の周期は、ｎ回目（ｎは自然数）の点検からｎ＋１回目の点検までの間にコンクリート構造物が耐力限界に至ることがないように、例えばコンクリート構造物の耐力を担う鉄筋の腐食速度から構造物の耐力限界に至る時間を推定し、予め定めた安全率を考慮して、決定される。

鉄筋の腐食速度は、所定の環境に鉄筋を設置し、定期的に評価した鉄筋の腐食量から求めることができる。非特許文献１では、鉄筋を外気中に放置し、鉄筋の腐食速度の一例としての侵食度等を評価する鉄筋暴露試験が記載されている。

淵脇秀晃、外２名、「沖縄県における鉄筋発錆とACM型腐食センサーを用いた腐食環境評価」、土木学会西部支部研究発表会、２００５年３月、I-020、p.39-40

非特許文献１の鉄筋暴露試験では、単に鉄筋を大気中に放置しているため、コンクリート構造物の鉄筋の実際の使用環境とは異なる状況での試験となっている。コンクリート構造物の鉄筋の腐食試験としては、コンクリート構造物の鉄筋の実際の使用状況を再現することで、実際の鉄筋の腐食速度に近い値を得ることができる。

ここで、コンクリート構造物内において、内壁のコンクリートが剥離することで露出した鉄筋の腐食について説明する。鉄筋は水と酸素の化学反応により腐食することが知られているが、例えば密閉されたコンクリート構造物内において、露筋した鉄筋を腐食させる水は、水蒸気が鉄筋表面に凝結した水（結露水）であることから、この腐食を再現するには，鉄筋表面の結露を模擬することが重要である。

本願発明者は、鋭意検討を重ねた結果、コンクリート構造物の内壁と空隙を隔てた状態で鉄筋を架台に設置して鉄筋腐食試験を行っても、コンクリートから露出した鉄筋表面の結露を再現できないという知見を獲得するに至った。本願発明者は、更に研究を重ねた結果、コンクリートが剥がれて露出した鉄筋表面で発生する結露は、本来、コンクリートとコンクリート構造物内の大気との温度差により生じるはずであるが、コンクリート構造物の内壁と空隙を隔てて架台に設置された鉄筋の温度は、コンクリート構造物のコンクリートではなく、コンクリート構造物内の気温に追随し、コンクリートが剥がれて露出した鉄筋表面で発生する本来の温度差を再現できないことを認識にするに至り、本発明を創作するに至ったものである。

本発明は、コンクリート構造物の鉄筋の実際の使用状況を再現することが可能な鉄筋腐食試験方法を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄筋腐食試験方法は、内部空間を区画するコンクリート構造物の内壁に、接着部材を介して鉄筋の試料を接着する接着工程と、前記試料の腐食状態を評価する評価工程と、を含む。

本発明によれば、コンクリート構造物の鉄筋の実際の使用状況を再現することが可能な鉄筋腐食試験方法を提供することができる。

本発明の一実施形態としての鉄筋腐食試験方法を示すフローチャートである。 図１に示す鉄筋腐食試験方法の概要を示す概要図である。 本発明に係る鉄筋腐食試験方法による効果を確認する確認実験の実験系を示す図である。 本発明に係る鉄筋腐食試験方法による効果を確認する確認実験の実験系を示す図である。 確認実験の実験結果を示す図である。 本発明に係る鉄筋腐食試験方法により鉄筋の表面に実際に結露が発生することを確認する暴露試験の結果を示す図である。

以下、本発明に係る鉄筋腐食試験方法の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。各図において共通する部材には、同一の符号を付している。

図１は、本発明に係る鉄筋腐食試験方法の一実施形態としての鉄筋腐食試験方法を示すフローチャートである。図１に示す鉄筋腐食試験方法は、コンクリート構造物のコンクリート内に埋設され、コンクリートを補強する鉄筋についての腐食試験方法を示すものである。この鉄筋腐食試験方法は、試料形成工程Ｓ１と、接着工程Ｓ２と、評価工程Ｓ３と、を含む。図１に示すフローチャートに従い鉄筋の腐食試験方法を実施することにより、コンクリート構造物においてコンクリートから露出した鉄筋の実際の環境を再現でき、その結果、コンクリート構造物のコンクリートから露出した鉄筋表面の結露を再現することができる。そのため、露筋した鉄筋の実際の環境での腐食を模擬することができる。図２は、図１に示す鉄筋腐食試験方法を、内部空間１ａを区画するコンクリート構造物１の露筋した鉄筋２を再現対象として実行する場合の試験概要を示す概要図である。図２に示すコンクリート構造物１は、コンクリート３と、このコンクリート３内に位置する鉄筋２と、を備えている。以下、図２の概要図を参照しながら、各工程Ｓ１〜Ｓ３について詳細に説明する。

試料形成工程Ｓ１では、鉄筋の試料４を形成する。

試料形成工程Ｓ１では、試料４となる鉄筋を選定する。試料４となる鉄筋は、対象とするコンクリート構造物１に使用されている鉄筋２の規格から選定すればよい。例えば、鉄筋コンクリート用棒鋼についてのＪＩＳ Ｇ３１１２規格の「Ｄ１３」を用いることができる。鉄筋の試料４の形状は、丸鋼や異形棒鋼のままでもよいが、例えば、図２に示すように、丸棒鉄筋を軸方向に切断したかまぼこ形状又は半円柱状の半割鉄筋を試料４とすることができる。

接着工程Ｓ２では、内部空間１ａを区画するコンクリート構造物１の内壁に、接着部材５を介して鉄筋の試料４を接着する。より具体的に、接着工程Ｓ２では、コンクリート構造物１の内壁を構成するコンクリート３の内面に、接着部材５を介して鉄筋の試料４を接着する。このようにすることで、コンクリート３と試料４とが、空隙を介して非接触状態になることを防ぎ、コンクリート３と試料４との間に接着部材５を介在させることができる。そのため、試料４の表面温度を、コンクリート構造物１の内部空間１ａの気温よりも、コンクリート構造物１の内壁を構成するコンクリート３の内面温度に追随させることができる。その結果、コンクリート構造物１の内壁を構成するコンクリート３の内面の温度と、コンクリート構造物１の内部空間１ａの気温と、の間の温度差を、接着部材５を介してコンクリート３に接着された試料４において再現することができ、コンクリート３から露出した鉄筋２の実際の使用環境が再現され、鉄筋２の表面の結露及びこの結露による腐食を模擬することができる。

接着部材５の種類は特に限定されるものではないが、熱伝導率の高いもの（例えば熱伝導率が０．１ Ｗ／ｍＫ以上）とすることが好ましい。また、接着部材５としては、強固に接着するまでの接着時間が短いものが好ましい。このような接着部材５としては、例えば、シリコン系の接着剤が挙げられる。

また、上述したように、図２では、鉄筋の試料４として、丸棒鉄筋が軸方向に切断された半割鉄筋を利用している。試料として半割鉄筋を用いることにより、接着部材５として、両面テープ６が利用し易くなる。つまり、試料４としての半割鉄筋の平面部４ａ上に、接着部材５としての両面テープ６を配置することで、試料４としての半割鉄筋を、コンクリート構造物１の平面状の内壁に、両面テープ６を介して接着することができる。このように、試料４として半割鉄筋を利用すると共に、半割鉄筋の平面部４ａを利用して、両面テープ６を用いて試料４とコンクリート３の平面状の面とを接着することで、試料４の設置作業をより簡便かつ短時間に実行することができる。

なお、接着部材５としての両面テープ６は、熱伝導率が高く（例えば熱伝導率が０．１ Ｗ／ｍＫ以上）、過酷な暴露試験に耐えることが可能な長期耐久性を有するものとすることが好ましく、例えば、ブチルゴム系の接着剤が基材の両面に積層されている、ブチルゴム系の両面テープ６を用いればよい。

次に、接着工程Ｓ２において、鉄筋の試料４を接着するコンクリート構造物１の内壁の位置について説明する。

接着工程Ｓ２では、鉄筋の試料４を、コンクリート構造物１の内壁のうち、コンクリート構造物１の外部の外部空間１０の外気温度に応じて、内部空間１ａの気温よりも低温となる低温領域に接着する。このような位置とすることで、コンクリート構造物１の内壁のうち、外部空間１０の温度に応じて温度変化が生じ易く、結露が生じ易い部分、すなわち、コンクリート３から露出した鉄筋２が腐食し易い部分に、試料４を配置することができる。

具体的に、接着工程Ｓ２では、鉄筋の試料４を、上述の低温領域のうち、外部空間１０の外気温度に応じて最も低温となる部分に接着することが好ましい。このようにすれば、コンクリート構造物１において内部空間１ａに露出する鉄筋２のうち、結露が生じ易い最も不利な使用環境を再現することができる。そのため、コンクリート構造物１の耐力限界を精度よく評価することができる。

より具体的には、図２に示すように、本実施形態のコンクリート構造物１は地中に埋設されており、接着工程Ｓ２では、鉄筋の試料４を、コンクリート構造物１の内壁のうち、天井面７に接着する。地中に埋設されたコンクリート構造物１では、地表に最も近い天井面７が、外部空間１０としての地上空間の大気温度に応じて温度変化し易く、結露が生じ易い。つまり、天井面７が上述の低温領域に該当する。したがって、鉄筋の試料４は、例えば、コンクリート構造物１の天井面７のうち、最も外部空間１０の温度変化の影響を受け、結露し易い位置に設置すればよい。なお、地中に埋設されたコンクリート構造物１の具体例としては、例えば、マンホール等により地上と隔てられ、密閉された状態となる下水道などが挙げられる。

評価工程Ｓ３では、コンクリート構造物１の内壁に接着された鉄筋の試料４の腐食状態を評価する。本実施形態の鉄筋腐食試験方法は、試料４を定期的に点検し、試料４の腐食状態を評価する暴露試験である。定期点検の周期は、腐食状態の進行度合い等に応じて適宜設定することができる。また、腐食状態の評価項目は、例えば、外観調査、発錆調査、腐食度や侵食度などの腐食速度調査、等が挙げられる。

以上のとおり、本実施形態の鉄筋腐食試験方法を用いれば、コンクリート構造物１の内部空間１ａに露出した鉄筋２の環境を、試料４により再現することができる。そのため、コンクリート構造物１のコンクリート３から露出した鉄筋２の表面の結露を再現でき、露筋した鉄筋２の実際の環境での腐食を試料４により模擬することができる。

最後に、本発明に係る鉄筋腐食試験方法により、コンクリート構造物において内部空間に露出した鉄筋の腐食が模擬できることについての確認実験について説明する。

図３、図４は、確認実験の概要を示す図である。この確認実験では、図３、図４に示す実験系を屋外に構築した。具体的には、図３、図４に示すように、周囲がコンクリート板２０により囲まれた内部空間２１を有するコンクリート構造物１００を形成した。そして、内部空間２１に３種類の鉄筋の試料を配置し、各試料の温度と、コンクリート板２０の温度と、を放射温度計で測定した。また、内部空間２１の気温についても、公知の温度計により測定した。

３種類の鉄筋の試料はいずれもＪＩＳ Ｇ３１１２規格のＤ１３を用いた。１つ目の試料Ｘ１は、丸棒鉄筋をシリコン系の接着剤で内部空間２１の天井面２２に接着したものである。２つ目の試料Ｘ２は、半割鉄筋をブチルゴム系の両面テープで内部空間２１の天井面２２に接着したものである。３つ目の試料Ｘ３は、比較例として、コンクリート板２０の内面と非接触の状態で内部空間２１に配置したものである。なお、図３、図４はコンクリート構造物１００の断面図であるが、図４は、図３の矢印方向に見た断面図であり、比較例としての３つ目の試料の支持構成を示している。また、図４に示すように、比較例としての３つ目の試料Ｘ３は、内部空間２１内に配置された架台２３に支持されている。図４に示す架台２３は、図３では省略されている。以下、説明の便宜上、丸棒鉄筋をシリコン系の接着剤で内部空間２１の天井面２２に接着した１つ目の試料Ｘ１を「第１試料Ｘ１」と記載し、半割鉄筋をブチルゴム系の両面テープで内部空間２１の天井面２２に接着した２つ目の試料Ｘ２を「第２試料Ｘ２」と記載し、コンクリート板２０の内面と非接触の状態で内部空間２１に配置した比較例としての３つ目の試料Ｘ３を「比較試料Ｘ３」と記載する。

図５は、内部空間２１の気温、コンクリート板２０の内面の一つである天井面２２の温度、第１試料Ｘ１の温度、第２試料Ｘ２の温度、及び、比較試料Ｘ３の温度、について、１時間ごとの温度変化を示した図である。なお、図５では、内部空間２１の気温を「内部空間温度」、コンクリート板２０の天井面２２の温度を「コンクリート天井面温度」、第１試料Ｘ１の温度を「第１試料温度」、第２試料Ｘ２の温度を「第２試料温度」、及び、比較試料Ｘ３の温度を「比較試料温度」と表している。

図５に示すように、第１試料Ｘ１の温度及び第２試料Ｘ２の温度は、コンクリート天井面温度に対して２〜３℃以下の温度差に収まっていることがわかる。その一方で、コンクリートに接触させない比較試料Ｘ３の温度は、第１試料Ｘ１の温度及び第２試料Ｘ２の温度と比較して、コンクリート天井面温度との温度差が大きく、測定時刻によっては５℃以上の温度差が生じることもあり、図５に示すように、むしろ内部空間温度に追随している。つまり、本発明に係る鉄筋腐食試験方法における試料としての鉄筋（例えば図３、図４に示す第１試料Ｘ１、第２試料Ｘ２）の設置方法によれば、鉄筋の温度をコンクリート板の温度に追随させることができることがわかる。

次に、試料としての鉄筋の表面に、実際に結露が発生することを確認するための暴露試験を行った。この暴露試験では、２０１６年２月１８日にコンクリート構造物１００内において、図３に示す第２試料Ｘ２と同様の半割鉄筋を天井面２２にブチルゴム系の両面テープで接着すると共に、図３、図４に示す比較試料Ｘ３と同様の丸棒鉄筋を架台２３上にコンクリート板２０と非接触状態で設置した。そして、２０１６年１１月２５日に結露状態を確認した。図６に観察結果を示す。図６に示すように、コンクリート構造物１００（図３、図４参照）の内部空間２１の天井面２２と、この天井面２２にブチルゴム系の両面テープ２４で接着した鉄筋（図３に示す第２試料Ｘ２と同様であるため、図６では「Ｘ２」と表示）と、には結露が発生しているのに対し、架台２３に設置した鉄筋（図３、図４に示す比較試料Ｘ３と同様であるため、図６では「Ｘ３」と表示）には結露が発生していないことがわかる。このことから、両面テープで天井面２２に鉄筋を貼り付けることで、コンクリートから露出した鉄筋表面の結露を再現できたことがわかる。

以上のとおり、上述の鉄筋腐食試験方法の手順に従い鉄筋の腐食試験を実施することにより、コンクリートから露出した鉄筋表面の結露を再現することができ、実際の鉄筋の腐食速度に近い値を得ることができる。そのため、コンクリート構造物の耐力限界を精度よく評価することができ、コンクリート構造物の経年劣化の推定精度を高めることができる。

本発明に係る鉄筋腐食試験方法は、上述した実施形態で示す具体的な工程に限られるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。

本発明は、鉄筋腐食試験方法に関し、特に、コンクリート構造物の露筋した鉄筋の腐食を再現する鉄筋腐食試験方法に関する。

１：コンクリート構造物
１ａ：内部空間
２：鉄筋
３：コンクリート
４：試料
４ａ：平面部
５：接着部材
６：両面テープ
７：天井面（低温領域）
１０：外部空間
２０：コンクリート板
２１：内部空間
２２：天井面
２３：架台
２４：両面テープ
１００：コンクリート構造物
Ｘ１：第１試料
Ｘ２：第２試料
Ｘ３：比較試料

Claims (6)

1. 内部空間を区画するコンクリート構造物の内壁に、接着部材を介して鉄筋の試料を接着する接着工程と、
   前記試料の腐食状態を評価する評価工程と、を含み、
   前記コンクリート構造物は地中に埋設されており、
   前記接着工程では、前記試料を、前記コンクリート構造物の内壁のうち、天井面に接着する、鉄筋腐食試験方法。
2. 前記接着工程では、前記試料を、前記コンクリート構造物の内壁のうち、前記コンクリート構造物の外部の外部空間の外気温度に応じて、前記内部空間の気温よりも低温となる低温領域に接着する、請求項１に記載の鉄筋腐食試験方法。
3. 前記接着工程では、前記試料を、前記低温領域のうち、前記外気温度に応じて最も低温となる部分に接着する、請求項２に記載の鉄筋腐食試験方法。
4. 前記試料として、丸棒鉄筋が軸方向に切断された半割鉄筋を形成する試料形成工程を更に含む、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の鉄筋腐食試験方法。
5. 前記接着部材として、ブチルゴム系の接着剤が基材に積層されている両面テープを用い、
   前記接着工程では、前記コンクリート構造物の内壁に、前記半割鉄筋の平面部上に配置された前記両面テープを介して、前記半割鉄筋を接着する、請求項４に記載の鉄筋腐食試験方法。
6. 前記接着部材としてシリコン系の接着剤を用いる、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の鉄筋腐食試験方法。