JP7101380B2 - コンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート構造物中の腐食環境をモニタリングする方法に関する。なお、「コンクリート構造物中の腐食環境」とは、コンクリート中に浸透した二酸化炭素、塩化物イオン、および硫酸イオン等の腐食因子が存在する環境を云う。
コンクリート構造物中の鉄筋は、アルカリ性雰囲気下では不動態被膜に覆われて腐食し難くなっている。しかし、コンクリート中に二酸化炭素が浸透してコンクリートが中性化したり、塩化物イオンや硫酸イオン等の腐食因子がコンクリート構造物の外部から浸透して鉄筋に接すると、鉄筋の表面の不動態被膜が破壊されて鉄筋は腐食し易くなる。この鉄筋の腐食は、コンクリート構造物の耐荷力や長期耐久性が低下する原因になる。
近年、コンクリート構造物の維持や管理が重要視されているため、既設のコンクリート構造物に対する塩害や中性化等の劣化現象のモニタリング方法（技術）の潜在的需要は多い。また、既設のコンクリート構造物と同様に、新設のコンクリート構造物に対しても、モニタリング方法の潜在的な需要は多いと考えられる。そして、現在のコンクリート構造物に対するモニタリング方法は、下記（i）～(iii）の方法が挙げられる。
（i）コンクリート構造物からコアを採取するか、またはドリルを用いた削孔により、コンクリートの表層から一定の深度ごとに粉末試料を採取した後、塩害では一定の深度ごとの湿式分析やEPMA等の機器分析、また中性化ではフェノールフタレイン溶液の噴霧等により、劣化因子が浸入した深度を測定する方法。
（ii）コンクリート構造物中の鉄筋の自然電位を測定し、鉄筋の腐食の有無を検出する方法。
（iii）コンクリート構造物中にモニタリング用センサを埋設して、劣化因子の浸入を検知する方法（特許文献１）。
（i）コンクリート構造物からコアを採取するか、またはドリルを用いた削孔により、コンクリートの表層から一定の深度ごとに粉末試料を採取した後、塩害では一定の深度ごとの湿式分析やEPMA等の機器分析、また中性化ではフェノールフタレイン溶液の噴霧等により、劣化因子が浸入した深度を測定する方法。
（ii）コンクリート構造物中の鉄筋の自然電位を測定し、鉄筋の腐食の有無を検出する方法。
（iii）コンクリート構造物中にモニタリング用センサを埋設して、劣化因子の浸入を検知する方法（特許文献１）。
しかし、前記（i）～(iii）の方法は、それぞれに以下の課題がある。
（i）一定の時間の間隔でコンクリート構造物からサンプルを採取するため、サンプリングに手間がかかるほか、サンプリングによりコンクリート構造物の一部が損傷する。
（ii）鉄筋の腐食状況は検出できても、劣化因子の浸入深さは測定できない。また、鉄筋の自然電位を測定するためには、鉄筋の位置までコンクリートをはつる必要がある。
（iii）新設のコンクリート構造物では構造物の製造時にモニタリング用センサを埋設できるが、既設のコンクリート構造物ではモニタリング用センサを埋設できない。
（i）一定の時間の間隔でコンクリート構造物からサンプルを採取するため、サンプリングに手間がかかるほか、サンプリングによりコンクリート構造物の一部が損傷する。
（ii）鉄筋の腐食状況は検出できても、劣化因子の浸入深さは測定できない。また、鉄筋の自然電位を測定するためには、鉄筋の位置までコンクリートをはつる必要がある。
（iii）新設のコンクリート構造物では構造物の製造時にモニタリング用センサを埋設できるが、既設のコンクリート構造物ではモニタリング用センサを埋設できない。
コンクリート標準示方書 設計編，ｐｐ１４８－１５０，２０１３．３、土木学会発行 ただし、非特許文献１は、段落００１２の記載の鋼材腐食発生限界濃度に関連する文献である。
そこで、本発明は、コンクリート構造物中の腐食環境を簡易にモニタリングする方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記目的にかなう評価方法を検討したところ、下記の構成を有するコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法は、前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。
［１］下記（Ｐ１）～（Ｐ３）工程を少なくとも含む、コンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
（Ｐ ０ ）モニタリングの対象である既設のコンクリート構造物について、配合、鉄筋のかぶり深さ、塩化物イオン量、塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さを調べる、コンクリート構造物の調査工程
（Ｐ１）モニタリングの対象であるコンクリート構造物に用いた配合と同じ配合か、または該コンクリートの配合を推定した配合を用いて、サンプルまたは腐食因子の計測器を埋設したプレキャスト板を製造する、プレキャスト板の製造工程
ただし、前記プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器（腐食センサ）の埋設距離（位置）は、既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ、前記既設のコンクリート構造物の調査で求めた塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さに基づき、下記式を用いて求める。
プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器の埋設距離＝（既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ）－｛鋼材腐食発生限界濃度以上の塩化物イオンの浸透深さ（平均値）または中性化深さ（平均値）の大きい方の値｝
ここで、塩化物イオンの浸透深さおよび中性化深さが同じ値の場合は該値を使用し、これらの値が異なる場合は大きい方の値を使用する。
（Ｐ２）前記プレキャスト板を、前記コンクリート構造物に設置する、プレキャスト板の設置工程
（Ｐ３）モニタリングを開始して、以後、継続してモニタリング行なう、モニタリング工程
［２］前記サンプルが着脱可能なコアのサンプルである、前記［１］に記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
［３］前記腐食因子の計測器が腐食因子の検知センサ（腐食センサ）である、前記［１］または［２］に記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
［４］前記腐食因子が、中性化因子および／または鉄筋の腐食因子である、前記［１］～［３］のいずれかに記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
［１］下記（Ｐ１）～（Ｐ３）工程を少なくとも含む、コンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
（Ｐ ０ ）モニタリングの対象である既設のコンクリート構造物について、配合、鉄筋のかぶり深さ、塩化物イオン量、塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さを調べる、コンクリート構造物の調査工程
（Ｐ１）モニタリングの対象であるコンクリート構造物に用いた配合と同じ配合か、または該コンクリートの配合を推定した配合を用いて、サンプルまたは腐食因子の計測器を埋設したプレキャスト板を製造する、プレキャスト板の製造工程
ただし、前記プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器（腐食センサ）の埋設距離（位置）は、既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ、前記既設のコンクリート構造物の調査で求めた塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さに基づき、下記式を用いて求める。
プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器の埋設距離＝（既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ）－｛鋼材腐食発生限界濃度以上の塩化物イオンの浸透深さ（平均値）または中性化深さ（平均値）の大きい方の値｝
ここで、塩化物イオンの浸透深さおよび中性化深さが同じ値の場合は該値を使用し、これらの値が異なる場合は大きい方の値を使用する。
（Ｐ２）前記プレキャスト板を、前記コンクリート構造物に設置する、プレキャスト板の設置工程
（Ｐ３）モニタリングを開始して、以後、継続してモニタリング行なう、モニタリング工程
［２］前記サンプルが着脱可能なコアのサンプルである、前記［１］に記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
［３］前記腐食因子の計測器が腐食因子の検知センサ（腐食センサ）である、前記［１］または［２］に記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
［４］前記腐食因子が、中性化因子および／または鉄筋の腐食因子である、前記［１］～［３］のいずれかに記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
本発明のコンクリート中の腐食環境の評価方法によれば、コンクリート中の鉄筋等の腐食環境を、簡易に評価できる。
本発明のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法は、前記のとおり、（Ｐ１）プレキャスト板の製造工程、（Ｐ２）プレキャスト板の設置工程、および（Ｐ３）モニタリング工程を必須の工程として少なくとも含み、さらに（Ｐ０）コンクリート構造物の調査工程方法を任意の工程として含む。以下、本発明について、前記（Ｐ１）～（Ｐ３）工程および（Ｐ０）工程の順に説明する。
（Ｐ１）プレキャスト板の製造工程
該工程は、モニタリングの対象であるコンクリート構造物に用いた配合と同じ配合か、または該コンクリートの配合を推定した配合を用いて、サンプルまたは腐食因子の計測器を埋設したプレキャスト板を製造する工程である。
ここで、プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器（腐食センサ）の埋設距離（位置）は、図１に示すように、既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ、前記既設のコンクリート構造物の調査で求めた塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さに基づき、下記式を用いて求める。
プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器の埋設距離＝（既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ）－｛鋼材腐食発生限界濃度以上の塩化物イオンの浸透深さ（平均値）または中性化深さ（平均値）の大きい方の値｝
ここで、塩化物イオンの浸透深さおよび中性化深さが同じ値の場合は該値を使用し、これらの値が異なる場合は大きい方の値を使用する。
なお、鋼材腐食発生限界濃度とは、コンクリート中の鉄筋が腐食する可能性がある塩化物イオン濃度であり、コンクリートの配合（セメントの種類および水セメント比）に応じて決定する（非特許文献１）。非特許文献１に従い、鋼材腐食発生限界濃度を、類似の構造物での実測結果や試験結果を参考に定めてもよい。
該工程は、モニタリングの対象であるコンクリート構造物に用いた配合と同じ配合か、または該コンクリートの配合を推定した配合を用いて、サンプルまたは腐食因子の計測器を埋設したプレキャスト板を製造する工程である。
ここで、プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器（腐食センサ）の埋設距離（位置）は、図１に示すように、既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ、前記既設のコンクリート構造物の調査で求めた塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さに基づき、下記式を用いて求める。
プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器の埋設距離＝（既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ）－｛鋼材腐食発生限界濃度以上の塩化物イオンの浸透深さ（平均値）または中性化深さ（平均値）の大きい方の値｝
ここで、塩化物イオンの浸透深さおよび中性化深さが同じ値の場合は該値を使用し、これらの値が異なる場合は大きい方の値を使用する。
なお、鋼材腐食発生限界濃度とは、コンクリート中の鉄筋が腐食する可能性がある塩化物イオン濃度であり、コンクリートの配合（セメントの種類および水セメント比）に応じて決定する（非特許文献１）。非特許文献１に従い、鋼材腐食発生限界濃度を、類似の構造物での実測結果や試験結果を参考に定めてもよい。
プレキャスト板の製造において、コンクリート構造物の腐食環境により近づけるため、コンクリート構造物中の鉄筋が位置する深さにおける塩化物イオン量と同じ量の塩化物イオン量を、混練水に溶かしてコンクリートを混練してプレキャスト板を製造してもよい。
また、コンクリート構造物の補修時に、腐食因子の遮断を目的としてコンクリート構造物の表面に表面含浸剤を塗布する工法や、ポリマーセメントモルタル、ポリマーセメントペースト、または防水用塗料を用いてコンクリート構造物の表面を被覆する工法がある。これらの工法を用いてコンクリート構造物を補修する際には、プレキャスト板表面に対しても、コンクリート構造物の補修時と同じ材料を用いて表面を保護することにより、補修後の腐食因子の浸透状態を適切に評価できる。表面含浸剤や防水用塗料が実際の環境下で発揮する性能を確認する目的にも、前記工法は適用できる。
また、コンクリート構造物の補修時に、腐食因子の遮断を目的としてコンクリート構造物の表面に表面含浸剤を塗布する工法や、ポリマーセメントモルタル、ポリマーセメントペースト、または防水用塗料を用いてコンクリート構造物の表面を被覆する工法がある。これらの工法を用いてコンクリート構造物を補修する際には、プレキャスト板表面に対しても、コンクリート構造物の補修時と同じ材料を用いて表面を保護することにより、補修後の腐食因子の浸透状態を適切に評価できる。表面含浸剤や防水用塗料が実際の環境下で発揮する性能を確認する目的にも、前記工法は適用できる。
また、図２に、腐食因子の計測器（腐食センサ）を埋設したプレキャスト板の一例を示す。プレキャスト板の大きさは、腐食因子の検知センサの大きさに合わせればよく、例えば、縦２０ｃｍ、横３０ｃｍ、および厚さ７ｃｍのプレキャスト板では、サンプルまたは腐食因子の計測器を、異なる位置および深さに２個埋設することができる。
また、図３に、サンプルとして着脱可能なコアを埋設したプレキャスト板の一例を示す。腐食因子の計測器が埋設されている場合は、腐食因子の計測器が設置された場所を避けて、あらかじめプレキャス板からコアを採取する。次に、コアを採取した場所に戻し、プレキャスト板とコアの隙間をシーリング材等で充填してコアを固定する。プレキャスト板は、コアの大きさに合わせて所望のサイズとすればよく、例えば、縦１０ｃｍ、横１５ｃｍ、および厚さ５ｃｍの場合、直径５０ｍｍ以下の小径のコアならば４本は採取できる。
また、図３に、サンプルとして着脱可能なコアを埋設したプレキャスト板の一例を示す。腐食因子の計測器が埋設されている場合は、腐食因子の計測器が設置された場所を避けて、あらかじめプレキャス板からコアを採取する。次に、コアを採取した場所に戻し、プレキャスト板とコアの隙間をシーリング材等で充填してコアを固定する。プレキャスト板は、コアの大きさに合わせて所望のサイズとすればよく、例えば、縦１０ｃｍ、横１５ｃｍ、および厚さ５ｃｍの場合、直径５０ｍｍ以下の小径のコアならば４本は採取できる。
（Ｐ２）プレキャスト板の設置工程
該工程は、サンプルまたは腐食因子の計測器を埋設した前記プレキャスト板を、前記コンクリート構造物に設置する工程である。前記プレキャスト板は、コンクリート構造物の新設時や補修時に調査したい箇所と同じ環境になるように近傍に設置する。ここで、プレキャスト板を、前記コンクリート構造物に設置する方法は、接着剤を用いてプレキャスト板とコンクリート構造物を接着する方法や、図２に示すように、プレキャスト板に設けたアンカー用パイプを通してアンカーボルトによりプレキャスト板をコンクリート構造物に固定する方法が挙げられる。
腐食因子の計測器が腐食因子の検知センサである場合は、ＲＦＩＤタグを用いて計測値を送信するタイプのものを用いてもよいが、取付け位置が立ち入りできない箇所である場合、図４に示すように腐食因子の検知センサから信号や電力を送るためのリード線が外部に出される。このリード線は、コンクリート構造物とプレキャスト板の間の接着層を這わせることができるため、従来のコンクリート構造物に埋設する方法において懸念されたリード線とコンクリートの界面からの腐食因子の浸入を防止できる。
該工程は、サンプルまたは腐食因子の計測器を埋設した前記プレキャスト板を、前記コンクリート構造物に設置する工程である。前記プレキャスト板は、コンクリート構造物の新設時や補修時に調査したい箇所と同じ環境になるように近傍に設置する。ここで、プレキャスト板を、前記コンクリート構造物に設置する方法は、接着剤を用いてプレキャスト板とコンクリート構造物を接着する方法や、図２に示すように、プレキャスト板に設けたアンカー用パイプを通してアンカーボルトによりプレキャスト板をコンクリート構造物に固定する方法が挙げられる。
腐食因子の計測器が腐食因子の検知センサである場合は、ＲＦＩＤタグを用いて計測値を送信するタイプのものを用いてもよいが、取付け位置が立ち入りできない箇所である場合、図４に示すように腐食因子の検知センサから信号や電力を送るためのリード線が外部に出される。このリード線は、コンクリート構造物とプレキャスト板の間の接着層を這わせることができるため、従来のコンクリート構造物に埋設する方法において懸念されたリード線とコンクリートの界面からの腐食因子の浸入を防止できる。
（Ｐ３）モニタリング工程
該工程は、モニタリングを開始して、以後、継続してモニタリング行なう工程である。
プレキャスト板に埋設された腐食因子の計測器は、適宜または常時、電気的に計測値が得られ、腐食環境をモニタリングできる。また、プレキャスト板に埋設されたコアは、シーリング材を除去して容易に取り出して、各種の腐食因子の濃度と浸入程度を分析することにより、腐食環境をモニタリングできる。
該工程は、モニタリングを開始して、以後、継続してモニタリング行なう工程である。
プレキャスト板に埋設された腐食因子の計測器は、適宜または常時、電気的に計測値が得られ、腐食環境をモニタリングできる。また、プレキャスト板に埋設されたコアは、シーリング材を除去して容易に取り出して、各種の腐食因子の濃度と浸入程度を分析することにより、腐食環境をモニタリングできる。
（Ｐ０）コンクリート構造物の調査工程
該工程は、モニタリング対象である既設のコンクリート構造物について、配合、鉄筋のかぶり深さ、塩化物イオン量、塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さを調べる、本発明において任意の工程である。コンクリート構造物が新設の場合や、コンクリート構造物の配合の記録や設計図が残っている場合は、その記録を使い、残っていない場合は、コアを採取して配合を推定する。そして、この配合の推定方法は、例えば、特開２０１２－２０８０７１号公報、特開２０１１－９９７３０号公報、特開２０１１－７５５２８号公報、および特開２０１１－２７６８６号公報に記載の方法が挙げられる。
該工程は、モニタリング対象である既設のコンクリート構造物について、配合、鉄筋のかぶり深さ、塩化物イオン量、塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さを調べる、本発明において任意の工程である。コンクリート構造物が新設の場合や、コンクリート構造物の配合の記録や設計図が残っている場合は、その記録を使い、残っていない場合は、コアを採取して配合を推定する。そして、この配合の推定方法は、例えば、特開２０１２－２０８０７１号公報、特開２０１１－９９７３０号公報、特開２０１１－７５５２８号公報、および特開２０１１－２７６８６号公報に記載の方法が挙げられる。
Claims (4)
- 下記（Ｐ１）～（Ｐ３）工程を少なくとも含む、コンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
（Ｐ ０ ）モニタリングの対象である既設のコンクリート構造物について、配合、鉄筋のかぶり深さ、塩化物イオン量、塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さを調べる、コンクリート構造物の調査工程
（Ｐ１）モニタリングの対象であるコンクリート構造物に用いた配合と同じ配合か、または該コンクリートの配合を推定した配合を用いて、サンプルまたは腐食因子の計測器を埋設したプレキャスト板を製造する、プレキャスト板の製造工程
ただし、前記プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器（腐食センサ）の埋設距離（位置）は、既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ、前記既設のコンクリート構造物の調査で求めた塩化物イオンの浸透深さ、および中性化深さに基づき、下記式を用いて求める。
プレキャスト板の表面からのサンプルまたは腐食因子の計測器の埋設距離＝（既設のコンクリート構造物中の鉄筋のかぶり深さ）－｛鋼材腐食発生限界濃度以上の塩化物イオンの浸透深さ（平均値）または中性化深さ（平均値）の大きい方の値｝
ここで、塩化物イオンの浸透深さおよび中性化深さが同じ値の場合は該値を使用し、これらの値が異なる場合は大きい方の値を使用する。
（Ｐ２）前記プレキャスト板を、前記コンクリート構造物に設置する、プレキャスト板の設置工程
（Ｐ３）モニタリングを開始して、以後、継続してモニタリング行なう、モニタリング工程 - 前記サンプルが着脱可能なコアのサンプルである、請求項１に記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
- 前記腐食因子の計測器が腐食因子の検知センサ（腐食センサ）である、請求項１または２に記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
- 前記腐食因子が、中性化因子および／または鉄筋の腐食因子である、請求項１～３のいずれか１項に記載のコンクリート構造物中の腐食環境のモニタリング方法。
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