JP6746401B2 - 鋼材電位測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート構造物内の鋼材の腐食状態を非破壊的に測定する鋼材電位測定方法に関する。

例えば鉄筋コンクリートなどのコンクリート構造物における鋼材の腐食が社会的な問題となっている。鋼材の腐食原因には、例えば、海岸近くの飛来塩分、寒冷地での凍結防止剤の散布などがある。コンクリート構造物内の鋼材が腐食すると、腐食部における鋼材の膨張圧によってかぶりコンクリートにひび割れが発生したり、錆汁が漏出したりすることによって、はじめて鋼材腐食状態が露見する。しかし、鋼材の腐食状態が露見した段階でのコンクリート構造物の補修・改修工事には大きな費用を要する。そこで、鋼材腐食が露見されていない段階で鋼材腐食状態を非破壊的に測定する技術が注目を集めつつある。

コンクリート構造物の鋼材腐食状態を非破壊的に測定する方法のひとつとして自然電位測定法がある。自然電位測定法とは、コンクリート構造物中の鋼材が腐食することによって変化する鋼材の電位を測定する方法であり、一般的には鋼材の腐食がすすむほど鋼材の電位は卑な方向（−側）に変化する。自然電位測定法では、照合電極と呼ばれる電極体と電位差計とが用いられ、電位差計の＋端子を鋼材に結線し、−端子に照合電極のリード線を接続して、この照合電極をコンクリート面に当接させたり、コンクリート躯体内に埋め込んだりして測定が行われる。コンクリート面に当接されるタイプの照合電極は可搬式照合電極と呼ばれ、コンクリート躯体内に埋め込まれるタイプの照合電極は埋込式照合電極と呼ばれる（例えば特許文献１）。

なお、自然電位測定法は、既成のコンクリート構造物の鋼材の腐食状態を測定する目的の他、電気防食工法の効果を確認するためにも用いられる（例えば特許文献２）。

また、細線状の貴金属被覆チタンワイヤを照合電極としてコンクリート構造物中に埋設して測定を行う技術も知られている（例えば特許文献３）。

特開昭６１−１２４８６３号公報 特開２０１３−２２４４５６号公報 特開２００１−０１３１００号公報

しかしながら、可搬式照合電極を用いた測定法では、現場に作業者用の足場を架設する必要があるため、作業性が悪い。また、コンクリート表面に照合電極を当てて測定が行われるので、コンクリート表面部分の含水率の影響を受けやすい。また、電位差計の＋端子を鋼材に結線するために、鋼材をコンクリート躯体からはつり出す必要がある。

埋込式照合電極を用いた測定法では、照合電極の液絡部近傍と鋼材との電位差しか測定できない。このため局所的に進んだ鋼材の腐食状態の測定漏れが生じる可能性がある。測定漏れを抑えるためには多数の照合電極をピッチを狭めて埋め込む必要があり、手間とコストが増大する。また、日本国内で入手できる埋込式照合電極は、鉛製や二酸化マンガン製のものが主流であり、これらは高価であるとともに、直径20mm、長さ120mm〜150mmとサイズが大きいため、コンクリート躯体に狭ピッチで埋め込むことは困難である。

本発明の目的は、コンクリート構造物内の鋼材の全体的な自然電位を容易に測定することのできる鋼材電位測定方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る一形態の鋼材電位測定方法は、コンクリート構造物内の鋼材の電位を自然電位測定法により測定するにあたり、測定対象である前記鋼材に沿って線状の照合電極を前記鋼材の略全長に対応して前記コンクリート構造物内に埋め込み、前記照合電極と前記鋼材の電位差を測定する。

本発明によれば、鋼材に沿って該鋼材の略全長に対応してコンクリート構造物に埋め込まれた線状の照合電極と鋼材との電位差を鋼材の全体的な自然電位として容易に測定することができる。

また、複数の前記線状の照合電極をそれぞれ、前記鋼材に沿って該鋼材の略全長に対応して連続的に前記コンクリート構造物に埋め込み、個々の前記照合電極と前記鉄筋との電位差を順次測定してもよい。
これにより、鋼材の全体的な自然電位を、コンクリート構造物において個々の照合電極が埋め込まれた部位毎に分けて測定することができる。

以上のように、本発明によれば、コンクリート構造物内の鋼材の全体的な自然電位を容易に測定することができる。

本発明に係る第１の実施形態である鉄筋腐食測定方法を説明するためにコンクリート構造物を側面方向から見た概略断面図である。 図１のコンクリート構造物のＡ−Ａ'断面図である。 本実施形態の鋼材電位測定方法で用いられる照合電極１０の例を示す図である。 本発明に係る第２の実施形態である鉄筋腐食測定方法を説明するためにコンクリート構造物を側面方向から見た概略断面図である。 本発明に係る第１の実施形態および第２の実施形態の測定方法に関する第１の試験による最初の試験結果を示すグラフである。 最初の試験から約半年後に実施された２回目の試験の結果を示すグラフである。 第１の試験における第１の実施形態の測定方法の試験条件を示す図である。 第１の試験における第２の実施形態の測定方法の試験条件を示す図である。 本発明に係る第１の実施形態および第２の実施形態の測定方法に関する第２の試験による試験結果を示すグラフである。 第２の試験における第１の実施形態の測定方法の試験条件を示す図である。 第２の試験における第２の実施形態の測定方法の試験条件を示す図である。 第２の試験における第２の実施形態の測定方法の別の試験条件を示す図である。 新設のコンクリート構造物１に照合電極１０を埋め込む方法の例を説明するためにコンクリート構造物１を側面方向から見た断面図である。 図１２のＢ−Ｂ'断面図である。 新設のコンクリート構造物１に照合電極１０を埋め込む方法の他の例を説明するために主筋方向からコンクリート構造物１を見た断面図である。 図１４のＣ−Ｃ'断面図である。 埋込式照合電極を用いた典型的な測定方法を説明するための断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の鋼材電位測定方法を採用した鉄筋腐食測定方法の第１の実施形態を説明するためにコンクリート構造物を側面方向から見た概略断面図、図２は図１のコンクリート構造物のＡ−Ａ'断面図である。

本実施形態の鉄筋腐食測定方法は、コンクリート構造物１内の鋼材である鉄筋２（主筋）に沿って、１本の照合電極１０を測定対象である鉄筋２に沿って該鉄筋２の略全長に対応してコンクリート構造物１（コンクリート躯体５）内に埋め込み、照合電極１０と鉄筋２との電位差を、鉄筋２の全体的な腐食状態を反映した自然電位として測定することを特徴とする。

照合電極１０と鉄筋２との電位差を測定するために、電位差計２０の＋端子が鉄筋２に電気的に接続され、−端子が照合電極１０のリード線１３と電気的に接続される。
なお、符号３は測定対象外の主筋、４は帯筋である。

図３は、本実施形態の鉄筋腐食測定方法で用いられる照合電極１０の例を示す図である。この照合電極１０は、細線状のライン電極１１と、リード線１３と、ライン電極１１とリード線１３の端部同士を接続する接続部１２からなる。ライン電極１１はチタン（Ｔｉ）の細線と、この細線を被覆するイリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）又はロジウム（Ｒｈ）のいずれかからなる貴金属被覆で構成される。チタンは鉄に対して電位の高い安定した強度の大きい金属で、耐久性に富み、伸線が容易で、細線状の照合電極材料として適切である。ただし、チタンは酸化しやすいので、これを防止するために酸にもアルカリにも耐性のある上記の貴金属で被覆されることが望ましい。ライン電極１１の直径は１．０〜３．０ｍｍ程度であり、その長さは測定対象である鉄筋２の長さに合わせて切断して使用される。ライン電極１１の一端は接続部１２によりリード線１３の一端と電気的に接続されている。リード線１３の他端は電位差計２０の−端子と接続される。リード線１３は絶縁被膜により覆われたものであることが好ましい。

次に、本実施形態の鉄筋腐食測定方法が解決しようとする課題について述べる。
鉄筋の腐食状態はコンクリート構造物１の場所によって程度に差がある場合が多い。埋込式照合電極を用いた典型的な測定方法では、例えば図１６に示すように、照合電極１１０の先端に設けられた液絡部１１１の近傍と鉄筋１０２との電位差しか測定できない。このため局所的に腐食が進んだ場所の測定漏れが生じる可能性がある。測定漏れを抑えるためには多数の照合電極をピッチを狭めて埋め込む必要があり、手間とコストが増大する。

これに対し、本実施形態の鉄筋腐食測定方法によれば、測定対象の鉄筋２に沿って、照合電極１０を鉄筋２の略全長に対応してコンクリート躯体５内に埋め込み、照合電極１０と鉄筋２との電位差を測定することによって、鉄筋２の全体的な自然電位を鉄筋２の全体的な腐食状態を反映した情報として一回の測定で得ることができる。また、埋め込む照合電極１０は一本でよいため、照合電極１０の埋め込みに要する手間および費用も低減することができる。

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の鋼材電位測定方法を採用した鉄筋腐食測定方法の第２の実施形態を説明するためにコンクリート構造物を側面方向から見た概略断面図である。なお、同図において、図１と同一の部分には同一の符号を付してある。

第２の実施形態の鉄筋腐食測定方法は、測定対象である鉄筋２の方向に沿って、複数の照合電極１０を、鉄筋２の略全長に対応して連続的にコンクリート躯体５内に埋め込み、個々の照合電極１０と鉄筋２との電位差を順次測定することを特徴とする。これにより、鉄筋２の腐食状態を反映した自然電位を、個々の照合電極１０が埋め込まれた部位毎に測定することができる。すなわち、第２の実施形態の測定方法によれば、第１の実施形態の測定方法と同様に、照合電極１０は測定対象である鉄筋２に沿って配置され、かつ鉄筋２の略全長に対応して配置されるので、腐食が局所的に進んだ場所の測定漏れによる誤差が発生することはない。
なお、図４の例では、３本の照合電極１０をコンクリート躯体５内に埋め込んだが、２本以上であってもよい。

次に、上記各実施形態の鉄筋腐食測定方法の測定精度について２種類の試験の結果から検討する。

（第１の試験）
図６は第１の実施形態の測定方法の試験条件を示す図、図７は第２の実施形態の測定方法の試験条件を示す図である。図６に示すように、第１の実施形態の測定方法による試験では、長さ約６ｍの鉄筋２に沿って、長さ約６ｍの照合電極１０を鉄筋２の略全長に対応してコンクリート躯体５内に埋め込んで測定を行った。また、図７に示すように、第２の実施形態の測定方法による試験では、同じく長さ約６ｍの鉄筋２に沿って、長さ約１ｍの６本の照合電極１０を、鉄筋２の略全長に対応して連続的にコンクリート躯体５内に埋め込んで測定を行った。

図５Ａおよび図５Ｂは上記各実施形態の鉄筋腐食測定方法に関する第１の試験方法による試験結果を示すグラフであり、図５Ａは第１の試験方法による最初の試験の結果、図５Ｂはその約半年後に実施された２回目の試験の結果である。図５Ａおよび図５Ｂの各グラフ内の実線は第１の実施形態の測定方法による試験結果、点線は第２の実施形態の測定方法による試験結果を示す。

図５Ａおよび図５Ｂの各グラフから、第１の実施形態の測定方法による測定結果において、コンクリート構造物１の軸方向両端部の自然電位が卑な方向（−側）に推移し、第２の実施形態の測定方法により測定された自然電位も卑な方向（−側）に推移したことが分かる。したがって、各実施形態の測定方法とも、鉄筋２の腐食の進行を自然電位の卑な方向（−側）への変化として観測できることを確認できた。

（第２の試験）
図９は第２の試験における第１の実施形態の測定方法の試験条件を示す図、図１０は第２の試験における第２の実施形態の測定方法の試験条件を示す図、図１１は第２の試験における第２の実施形態の測定方法の別の試験条件を示す図である。図９に示すように、第１の実施形態の測定方法の試験では、長さ約９ｍの鉄筋２に沿って、長さ約９ｍの照合電極１０を鉄筋２の略全長に対応してコンクリート躯体５内に埋め込んで測定を行った。また、図１０に示すように、第２の実施形態の測定方法の試験では、長さ約９ｍの鉄筋２に沿って長さ約１ｍの６本の照合電極１０を鉄筋２の略全長に対応して連続的にコンクリート躯体５内に埋め込んで測定を行った（試験条件Ａ）。さらに、図１１に示すように、第２の実施形態の測定方法の別の試験では、長さ約９ｍの鉄筋２に沿って長さ約０．２ｍの３０本の照合電極１０を鉄筋２の略全長に対応して連続的にコンクリート躯体５内に埋め込んで測定を行った（試験条件Ｂ）。

図８はコンクリート構造物における軸方向の中央部分のみに塩害を促進するために塩を混入し、半年など所定の経過時間を置いて、第１の実施形態の測定方法および第２の実施形態の測定方法により自然電位を測定した結果を示すグラフである。

図８のグラフにおいて、実線は第１の実施形態の測定方法の試験結果、太線は第２の実施形態の測定方法による試験条件Ａ下での試験結果、点線は第２の実施形態の測定方法による試験条件Ｂ下での試験結果である。
このグラフから明らかなように、第２の実施形態の測定方法により得られた試験結果から、コンクリート構造物１において塩混入範囲で測定された自然電位は塩混入範囲以外の部分で測定された自然電位よりも卑な値（−側）であることが確認できた。そして、第１の実施形態の測定方法により得られた自然電位は、第２の実施形態の試験条件Ａおよび試験条件Ｂの下での測定方法によって塩混入範囲で測定された自然電位の値に近いことが確認された。

（線状の照合電極１０の埋め込み方法）
図１２および図１３は新設のコンクリート構造物１に照合電極１０を埋め込む方法の例を説明するための断面図であり、図１２はコンクリート構造物１を側面方向から見た断面図、図１３は図１２のＢ−Ｂ'断面図である。

これらの図に示すように、新設のコンクリート構造物１に照合電極１０を埋め込む方法の１つとしては、コンクリート打設前、互いに平行に配された複数の鉄筋２、３の上に、鉄筋２の方向に間隔を置いて複数の棒状の支持部材１５を設置し、これらの支持部材１５に照合電極１０を支持させることによって高さ位置を決め、コンクリート打設を行う方法がある。棒状の支持部材１５は耐腐食性および非伝導性を有する材料例えばプラスチック製の部材などであることが望ましい。

また、複数の照合電極１０を鉄筋２の略全長にわたって連続的にコンクリート躯体５内に埋め込む場合には、照合電極１０のリード線１３をコンクリート躯体５から引き出すための構成が必要となってくる。そこで例えば、図１４および図１５に示すように、複数の棒状の支持部材１５に各照合電極１０とともに例えば硬質塩化ビニール管などの管体１６を支持させ、この管体１６内を通して照合電極１０のリード線１３をコンクリート躯体５の外に引き出すようにする方法などがある。

また、既存のコンクリート構造物に照合電極１０を埋め込む方法としては、例えば、コンクリートに照合電極１０のライン電極を埋め込むための溝をカッターなどにより形成し、溝内に照合電極１０のライン電極を入れてモルタルで埋める方法などがある。

以上、新設または既設のコンクリート構造物の鉄筋腐食測定方法を述べたが、本発明の鋼材電位測定装置は、電気防食工法において、鋼材の電位を測定して効果を確認するための手段としても利用することが可能である。

１…コンクリート構造物
２…鉄筋
５…コンクリート躯体
１０…照合電極
２０…電位差計

Claims (1)

1. コンクリート構造物内の鋼材の電位を自然電位測定法により測定するにあたり、
   測定対象である前記鋼材に沿って該鋼材の略全長に対応して複数の線状の照合電極を配置するとともに、前記配置された複数の照合電極それぞれのリード線を、前記コンクリート構造物中に埋設される管体を通して前記コンクリート構造物外に引き出し、前記管体を通して前記コンクリート構造物外に引き出されたリード線を電位差計と接続し、個々の前記照合電極と前記鋼材との電位差を順次測定する
   鋼材電位測定方法。