JP7201947B2

JP7201947B2 - 腐食評価支援装置および腐食評価支援方法

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Publication number: JP7201947B2
Application number: JP2021520522A
Authority: JP
Inventors: 翔太大木; 真悟峯田; 守水沼; 昌幸津田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2023-01-11
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Also published as: WO2020234958A1; JPWO2020234958A1; US20220221387A1

Description

本発明は、地中に埋設された金属材料の腐食を評価する技術に関する。

近年、インフラ設備の劣化に起因する事故が世界的に頻発しており、深刻な社会問題となっている。例えば、1967年アメリカにおけるシルバー橋の崩壊事故、2012年日本における笹子トンネルの崩落事故、2018年イタリアにおけるモランディ橋の崩壊事故等が挙げられる。これらインフラ設備は高度経済成長期以降のおよそ20年間に大量にかつ急速に整備されてきたため、2030年には建設後50年を経過する設備が全体の半数以上を占めると言われている。

そのため、今後見込まれる老朽化設備はますます増加し、先に挙げた規模の大事故が今後頻発するであろうと懸念されている。従って、故障してから何等かの対処を実施する従来の事後保全から、設備の劣化を何らかの手段で予測する等して故障が起きる前に対策を講じる予防保全にインフラマネジメントの運用方式をシフトする必要がある。

予防保全を実現するうえで重要な要素の一つは、如何にして劣化を予測するかである。劣化予測を行うための一般的な方法は統計的手法である。統計的手法は膨大な設備の点検データから劣化過程の背後に存在する規則性をモデル化することを特徴としており、設備全体の平均的な劣化現象を把握することができる。

M. Barbalat, L. Lanarde, D. Caron, M. Meyer, J. Vittonato, F. Castillon, S. Fontaine, Ph. Refait, "Electrochemical study of the corrosion rate of carbon steel in soil: Evolution with time and determination of residual corrosion rates under cathodic protection", Corrosion Science 55 (2012) 246-253.

日々の点検によって点検データが豊富に蓄積された架空設備については、前記統計的手法を用いた劣化予測が効果的である。しかし、地中埋設された設備は直接視認することができないため、点検データを容易に入手することができず、統計解析に堪え得るデータの蓄積がなされていない場合がほとんどである。

地中埋設された設備として、水道およびガスのパイプライン、電力用ケーブル管路、地下タンク、使用済核燃料のオーバーパック材、鋼管柱、支線アンカ等が挙げられ、鋼材をはじめとする金属材料が極めて多く使用されている。地中に埋設された金属材料は、土壌腐食によって劣化が進行する。土壌腐食は、金属材料が土壌と接する界面で錆を生じながら、部材の厚みが減る現象である。

地中埋設された設備の劣化を予測するためには、材料の観点から腐食メカニズムを解明し、腐食量推定式を構築する手法が効果的である。そのためには、地中に存在する鋼材の腐食が、どの様に進行するかを評価する必要がある。前記評価方法として、複数の候補が考えられる。

一つめは、屋外の既設設備に対して、非侵襲で腐食評価を実施する方法である。しかし、屋外の評価となると、必要な装置の導入、測定系（測定システム）の構築、市街地等を避けた測定対象の選定など不都合な点が多く、地中構造物の形状が複雑になるほど評価することが難しくなると想定される。

二つ目は、屋外環境にサンプルを埋設し、腐食を評価する曝露試験法である。この方法では、埋設するサンプルの形状、表面積、重量、厚さ等を予め規定することができるため、曝露試験前後の変化量から腐食の進行度を評価することが可能である。しかし、目視確認ができるまで実際に腐食させないと評価することができないため、時間が掛かりすぎることが致命的な欠点である。

そこで、三つ目として、実環境を模擬した系を室内に構築し、短期間で進行した微小な腐食を電気化学的に評価する手法が最も効果が高いと考える。室内環境であるため、大掛かりな実験系の構築も容易であり、何より結果が出るまでに要する時間が短いことが最大のメリットである。室内実験で得られるデータの信頼性を確保するうえで、複数回の評価を実施し再現性を確認することが重要となる。このためには、毎回同じ条件で実験することができるように評価系を構築する必要がある。

室内実験においては、容器に土壌を格納し、電極（評価サンプル）を土壌に埋設することで電気化学測定を実施する。電気化学測定については、非特許文献１などに記載されている。模擬環境を室内に再現するうえで配慮すべき重要な項目の一つは、容器内の土壌状態である。腐食速度は、金属表面に存在する水と酸素の状態に大きく左右される。このことから、金属表面への水と酸素の拡散挙動を模擬するうえで容器内に空隙を作ることなく土壌を詰めることと、金属表面と土粒子の界面を再現性よく同じ条件で評価可能な電極の埋設を実現すること、が重要である。

土粒子がある程度大きい砂質土壌は、一般的に「サラサラ」しており容器に土壌を詰めること、および同じ条件で電極を埋設することが容易である。しかし、電極の埋設が困難な土壌が存在する。その代表例が粘性土壌である。粘性土壌を構成する土粒子は数μmオーダーと小さいため、粒子間隙に働く毛細圧力は高く、粒子同士の固着力が高いため、一般的に「ネバネバ」している。そのため、粘性土壌を容器に隙間なく詰めることが困難である。また、粘性土壌の場合、金属と土粒子との界面の状態を同じ条件に整えることが難しく、測定データの再現性確保という観点から大きな懸念材料を有する。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、あらゆる土壌を用いた場合であっても、地中埋設金属の腐食評価を高精度にできるように支援する技術を提供することにある。

本発明の一態様は、腐食評価支援装置であって、埋設金属材料の腐食評価に用いる土壌の土粒子を分析する粗細試験部と、前記土壌に水を供給する給水部と、前記水が供給された土壌を撹拌する土壌撹拌部と、前記撹拌された土壌の流動性を測定する粘性試験部と、を備える。

本発明の一態様は、腐食評価支援装置が行う腐食評価支援方法であって、埋設金属材料の腐食評価に用いる土壌の土粒子を分析する分析ステップと、前記土壌に水を供給する給水ステップと、前記水が供給された土壌を撹拌する撹拌ステップと、前記撹拌された土壌の流動性を測定する測定ステップと、を行う。

本発明によれば、あらゆる土壌を用いた場合であっても、地中埋設金属の腐食評価を高精度にできるように支援することができる。

第１の実施形態の腐食評価支援装置の構成を模式的に示す機能ブロック図である。粘性土壌でないと判断された測定結果の一例を示す図である。粘性土壌と判断された測定結果の一例を示す図である。含水量によって変化する土質の状態を示す図である。腐食評価支援装置の処理手順を示す動作フローである。第２の実施形態の腐食評価装置の構成を模式的に示す機能ブロック図である。

土壌環境は、固相、液相、気相の三相が共存する複雑な環境である。土壌中に埋設された金属材料の腐食は、基本的に大気及び水溶液中と同じ下記式（１）および（２）の反応に基づき進行すると言われている。

Fe→Fe²⁺+2e^- (1)
O₂+2H₂O+4e^-→4OH^- (2)

上記の（１）式はカソード反応であり、鉄がイオン化することで金属材料の部材厚が減少する。（２）式はアノー反応であり、水中の溶存酸素が電子を受け取り水酸化物イオンが生成する。これらの式から、腐食反応が進行するためには金属表面に水と酸素が存在することが必要であることが分かる。

また、固相として土粒子が介在することが土壌腐食の最たる特徴である。土壌腐食では、例えば、土粒子が金属表面と接する領域、水が金属表面と接する領域、土粒子と金属表面が接する近傍の間隙中に毛細管現象によって補足された水が存在する領域、空気と金属表面が接する領域等、様々な金属表面状態が存在する。すなわち、室内の模擬環境中で土壌腐食を評価する場合、再現性を確保するうえで、金属表面と土粒子の界面を実験の度に毎回同じ状態で設置できるよう評価系（評価システム）を構築する必要がある。そこで、本実施形態では、あらゆる土壌を使用したとしても、地中埋設された金属（鋼材）の腐食を再現性よく測定することを可能とする腐食評価支援技術を提供する。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものには、同じ参照符号を付与する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の埋設金属材料の腐食評価支援装置の構成を模式的に示す機能ブロック図である。埋設金属材料の腐食評価支援装置１（以降、「腐食評価支援装置」）は、地中に埋設された金属の腐食を再現性良く評価および測定するために、前記金属を埋設する土壌を調整する。調整後の土壌は、腐食評価装置２に投入される。腐食評価装置２は、電気化学測定を行うことで、金属の腐食を評価する。本実施形態では、腐食評価支援装置１により調整された土壌を用いることで、腐食評価装置２は、金属の腐食を再現性良く測定し、高精度に評価することができる。

図示する腐食評価支援装置１は、腐食土壌調整部１０と、指示判定部２０と、記憶部３０とを有する。土壌調整部１０は、粗細試験部１１と、給水部１２と、土壌撹拌部１３と、粘性試験部１４とを備える。

粗細試験部１１は、埋設金属材料の腐食評価に用いる土壌の土粒子を分析する。具体的には、粗細試験部１１は、腐食評価支援装置１に導入された土壌が粘性土壌か否かを判断するための試験を実施する。地盤工学会基準で定められている土壌の工学的分類方法（ＪＧＳ００５１）によると、土壌を構成する土粒子の大きさによって区分が規定されており、５μｍ以下を粘土、５～７５μｍをシルト、７５μｍ～２ｍｍを砂、２ｍｍ以上を礫と呼ぶ。その中で粘土とシルトは細粒分に、砂と礫は粗粒分に分類される。工学的に、細粒分を５０％以上含む土壌は粘性土壌と判定される。本実施形態では、例えばこのような工学的な判断方法を採用して、対象の土壌が粘性土壌か否かを判定してもよい。

この場合、粗細試験部１１は、粒子径分布を測定して測定結果を記憶部３０に記憶し、指示判定部２０が記憶部３０測定結果を用いて判定することとなる。粒子径分布測定の具体的な手法としては、例えばＪＩＳＡ１２０４：２００９に記載の土の粒度試験方法を採用しても良いし、あるいは、レーザー回折/散乱式粒度分析法を採用しても良い。

ただし、ＪＩＳに記載の土の粒度試験方法では、７５μｍ以上はふるい分析を、７５μｍ未満は沈降分析を適用しなければならず、結果が得られるまで長時間を要することに加え、分析には５００ｍL超の土壌サンプルを必要とする。レーザー回折/散乱式粒度分析法では、測定に要する時間は数十秒と非常に短時間であることに加え、分析に必要な土壌サンプルは数ｍL用意できれば良い。以上から、粗細試験部１１の測定では、レーザー回折/散乱式粒度分析法を適用することが好ましい。

なお、レーザー回折/散乱式粒度分析法では、土壌サンプルの粒子径分布範囲が広く、かつ、土壌サンプルの混合が不十分な場合、土壌のサンプリング方法によっては正しい結果が得られない可能性がある。そのため、土壌サンプルを十分に混合した上で複数の土壌サンプルを取得し、これらを平均化したものを最終的な測定結果とするのが好ましい。

図２および図３は、粗細分析部１１が測定した、粒子径分布の測定結果の例である。図２および図３において、左側縦軸の通過分析算（％）は曲線グラフに対応し、右側縦軸の頻度（％）は棒グラフに対応する。図２は、粘性土壌ではないと判断された土壌の測定結果であり、細粒分は５０％未満である。図３は、粘性土壌であると判断された土壌の測定結果であり、細粒分は５０％以上である。

土壌が粘性土壌であると判定された場合、前記土壌は給水部１２へ移行（投入）される。土壌が粘性土壌でないと判定された場合、土壌の調整は不要であるため、土壌は、給水部１２、土壌撹拌部１３および粘性試験部１４を経ることなく、腐食評価装置２に投入される。

給水部１２は、指示判定部２０の指示に従って、土壌に水を供給する。指示判定部２０は、粘性土壌と判定した場合、給水部１２に給水を指示する。その際に、指示判定部２０は、水の供給量も併せて給水部１２に指示してもよい。水の供給量は任意に定めて良いが、土壌において固相の占める割合が５０％、液相と気相の占める割合が５０％であり、液相と気相の占める割合は競合していることから、液相＋気相において液相の占める割合が８割を占めるように水を供給してもよい。すなわち、導入した土壌に対し体積含水率が４０％となるよう水を供給しても良い。なお、粘性試験部１４で液性体でないと判断されて、再度、給水部１２に戻された土壌に対しては、前回の給水である程度含水しているため、指示判定部２０の指示により、給水部１２は、土壌の体積に対し５％の水を供給して、土壌撹拌部１３に送っても良い。給水後の含水土壌は、土壌撹拌部１３に移行（投入）される。

給水部１２で供給する水は、純水でも良いが、使用する土壌から抽出した土壌水を用いることが好ましい。埋設金属の腐食を決定する環境因子の一つに土壌中に含まれる化学成分が挙げられる。従って、供給する水に純水を採用した場合、土壌中の化学成分が水中に流出することにより、腐食の過小評価につながることが懸念されるためである。土壌抽出水を使用した場合、土壌中の化学成分は予め水中に溶け込んでいるため、化学平衡の観点から、評価対象の土壌からの不用意な化学成分の流出を抑えることが期待できる。

土壌撹拌部１３は、指示判定部２０の指示に従って、給水部１２にて含水した土壌を撹拌する。土壌によっては強固な塊、いわゆるダマを形成しているものも存在する。従って、土壌撹拌部１３での土壌の撹拌は、給水部１２で供給された水が土壌全体に一様に行き渡り、且つ土壌中のダマがすべて解消されるまで実行されるものとする。なお、指示判定部２０は、例えば画像認識技術を採用して、土壌撹拌部１３の終了を判断しても良い。あるいは、予め土壌のダマが完全に解消される撹拌速度および撹拌時間を前準備で調査および検討して最適条件を決定しておき、指示判定部２０は、当該最適条件を終了判断として土壌撹拌部１３に指示してもよい。撹拌された土壌は、粘性試験部１４に移行（投入）される。

なお、撹拌する回数および強度は土粒子が壊れない程度が好ましい。土粒子の破壊を判断するため、例えば粗細試験部１１で記述した粒子径分布測定を実施しても良い。土壌撹拌部１３での撹拌前後で粒子径分布測定を実施し、得られた粒子分布曲線が同じ形であれば土粒子が破壊されていないと判断することが可能である。

また、土壌撹拌部１３における土壌の撹拌方法は、給水部１２により供給された水が土壌全体に一様に行き渡り且つ土壌中のダマがすべて解消される方法であれば限定されるものではない。例えば、二本の棒状の物体を円形にかき回しても良いし、食品工場等で採用される自動攪拌機と同様の機構を採用しても良い。ただし、攪拌機の材料は錆びにくい材料、例えばステンレスやプラスチック製のものを採用するのが好ましい。

粘性試験部１４は、指示判定部２０の指示に従って、撹拌された含水土壌の流動性を測定する。ここでは、粘性試験部１４は、流動性の測定として粘性試験を実施する。土壌の粘性試験の方法として、例えば土壌のコンシステンシー試験を採用しても良い。

図４は、含水量によって変化する土質の状態を示す図である。土粒子は含水率によって固体、半固体、塑性体、液性体と状態が変化する。この状態変化に伴う土壌抵抗の大小を総称し、コンシステンシーと呼ぶ。なお、固体と半固体の境界を収縮限界、半固体と塑性体の境界を塑性限界、塑性体と液性体の境界を液性限界と呼ぶ。

あらゆる土壌を用いても埋設金属材料の腐食を正確に評価することのできる評価系（評価システム）を構築するには、一様に土壌を容器に収容できるようにすることが望ましい。すなわち、容器に収容する土壌は、液性体であることが望ましい。したがって、本実施形態では、土壌が液性体か否かを判定する。液性体であれば土壌に流動性が生じ、容器への一様な土壌の収容を達成することができる。

粘性試験として、例えば、ＪＩＳＡ１２０５に記載の土の液性限界試験法を採用しても良い。液性限界試験法は、土壌を均一に練り混ぜ、土壌を入れた黄銅皿を１ｃｍの高さから１秒間に２回の割合で落下させ、２分割にした土壌の溝の底部が長さ１．５ｃｍにわたり合流するときの落下回数を測定し、落下回数が２５回のとき、土壌は液性限界状態であると判断するものである。

よって、粘性試験部１４は、液性限界試験を実施して、前記落下回数を測定し、記憶部３０に記憶する。指示判定部２０は、記憶部３０の落下回数（測定結果）を用いて、土壌が液性体であるか否かを判定する。ここでは、落下回数が２５回以下の場合、指示判定部２０は、土壌は液性体であると判定し、土壌調整部１０の工程を終了する。液性体であると判定された土壌は、調整が完了した土壌であり、腐食評価装置２に投入され、埋設金属の腐食評価に用いられる。

一方、落下回数が２５回を超える（２６回以上）の場合、粘性試験部１４は、土壌は液性体でないと判断し、土壌を給水部１２に戻しても良い。すなわち、指示判定部２０は、撹拌された土壌が液性体であると判定されるまで、給水部１２、土壌撹拌部１３および粘性試験部１４に、給水、撹拌および流動性の測定を繰り返し行わせてもよい。

なお、粘性試験部１４は、粘性試験の方法として、すべることを防ごうとする抵抗力を評価する一面せん断試験、一軸圧縮強度試験、三軸圧縮強度試験などを実施しても良い。土の力学的な性質としての「強度」は、内部摩擦角と粘着力の合計で記述される。指示判定部２０は、これら試験によりクーロンの実験式から粘着力を算出し、ある一定値以下であれば液性体であると判断しても良い。

指示判定部２０（第１判定部、第２判定部）は、粗細試験部１１の分析結果から粘性土壌と判断した場合、土壌調整部１０の工程を続行し、給水部１２に給水量を指定した給水指示を出力する。また、指示判定部２０は、粘性試験部１４の測定結果から土壌調整部１０の工程を終了するか、あるいは、給水部１２に土壌を戻すかを判定する等の指示および判定を実施する。

具体的には、指示判定部２０は、粗細試験部１１の分析結果を用いて、土壌が粘性土壌か否かを判定し、土壌が粘性土壌であると判定した場合、土壌を給水部１２へ移行する。また、指示判定部２０は、粘性試験部１４の流動性の測定結果を用いて、撹拌された土壌が液性体か否かを判定し、当該土壌が液性体であると判定されるまで、給水部１２、土壌撹拌部１３および粘性試験部１４に、給水、撹拌および流動性の測定を繰り返し行わせる。

記憶部３０には、粗細試験部１１の分析結果、粘性試験部１４の流動性の測定結果が記憶される。指示判定部２０は、粗細試験部１１で例えば粒子径分布測定を行った場合、記憶部３０に記憶された粒子分布曲線から粘土、シルト、砂の混合比率を計算する。また、指示判定部２０は、粘性試験部１４で例えば三軸圧縮試験を行った場合、測定結果とクーロンの実験式から粘着力を算出する。

図５は、本実施形態の腐食評価支援装置による腐食評価支援方法の処理手順を示す動作フローである。

図５に示すように、先ず、腐食評価支援装置１に土壌を導入し、粗細試験部１１は土壌の土粒子を分析し、指示判定部２０は分析結果に基づいて土壌が粘性土壌か否かを判定する（ステップＳ１０１）。粘性土壌でないと判定した場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、土壌の調整は不要であるとみなし、本動作フローは終了する。

粘性土壌と判定した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、土壌は給水部１２へ移行され、給水部１２は土壌に水を供給する（ステップＳ１０２）。その後、含水した土壌は土壌撹拌部１３へ移行され、土壌撹拌部１３は、土壌の状態が一様になるまで土壌を撹拌する（ステップＳ１０３）。その後、含水し撹拌された土壌は粘性試験部１４へ移行され、粘性試験部１４は土壌の流動性を測定し、指示判定部２０は測定結果に基づいて液性体か否かを判定する（ステップＳ１０４）。液性体でないと判定された場合、ステップＳ１０２へ戻り以降のステップが繰り返し続行される。液性体であると判定された場合、本処理フローは終了する。

以上説明した本実施形態の腐食評価支援装置１は、埋設金属材料の腐食評価に用いる土壌の土粒子を分析する粗細試験部１１と、前記土壌に水を供給する給水部１２と、前記水が供給された土壌を撹拌する土壌撹拌部１３と、前記撹拌された土壌の流動性を測定する粘性試験部１４と、を備える。

これにより、本実施形態では、あらゆる土壌を用いた場合であっても、地中埋設金属の腐食評価を高精度にできるように支援することができる。具体的には、埋設金属材料の腐食評価に用いる土壌（サンプル土壌）が粘性土壌であっても、本実施形態の腐食評価支援装置１により当該土壌を液性体に調整することで、電気化学測定において、容器に土壌を隙間なく埋めること、金属（電極）をと土粒子との界面の状態を毎回、同じ状態に整えること（すなわち、金属を同じ条件で土壌に埋設すること）が容易になる。これにより、本実施形態では、電気化学測定の測定データの再現性を確保することができ、地中埋設金属の腐食を高精度に評価することができる。

＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態の埋設金属材料の腐食評価装置２Ａ（腐食評価システム）の構成を模式的に示す機能ブロック図である。本実施形態の腐食評価装置２Ａは、第１の実施形態の腐食評価支援装置１に、金属の腐食を評価する模擬腐食部４０と、計算部３１とを備えたものである。本実施形態の腐食評価装置２では、土壌調整部１０を経て調整された土壌が模擬腐食部４０に送られ、そのまま埋設金属材料の腐食を評価することができる機構となっている。

図示する模擬腐食部４０は、電極埋設部４１と、電気化学測定部４２とを備える。電極埋設部４１は、容器の中に土壌調整部１０を経た土壌と、評価対象である金属材料から成る電極とを備える。電極の詳細な構成は電気化学測定部４２における電気化学測定手法によって異なる。

例えば、二電極法を用いる場合、電極数は２つとなり、作用電極と対極で構成される。

なお、作用電極と対極は、腐食量の推定を希望する埋設金属材料と同じ材料を使用する。三電極法を用いる場合、電極数は３つとなり、作用電極と対極と参照電極で構成される。なお、作用電極は腐食量の推定を希望する埋設金属材料と同じ材料を使用し、対極は例えば一般的に用いられる白金や炭素を、参照極は例えば一般的に用いられる銀塩化銀電極や甘汞電極（カロメル電極）を使用しても良い。

電気化学測定部４２は、腐食速度を算出するための電気化学測定を実施する。電気化学的に腐食速度を算出する場合、腐食進行に伴う反応抵抗（電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔ）を測定する手法が一般的に用いられている（非特許文献１参照）。電気化学的手法として、例えば直流分極抵抗法、あるいは交流インピーダンス法を用いる。

直流分極抵抗法における測定は、自然電位を基準に金属表面を荒らさない範囲で、かつ得られる電流-電位特性から抵抗値の算出が可能な電位範囲で直流電位の掃引を実施する。例えば、電気化学測定において、金属表面への影響が小さいと考えられている交流インピーダンス法における印加電位である±５[ｍＶ]で実施しても良い。電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔは、得られた電流-電位特性の傾きから算出する。傾きの算出方法は、例えば最小二乗法を用いても良いし、外挿法を用いても良い。

交流インピーダンス法における測定は、高周波数から低周波数に向かって実施し、高周波領域及び低周波領域それぞれに円弧が出現する。電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔは低周波領域の円弧に由来すると考えられるため、前記低周波領域の円弧の開始点から終着点までの横軸（インピーダンス実部, Ｚ‘ [Ω・ｃｍ^２]）の値から電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔを算出する。交流印加電位は、金属表面への影響が小さいと考えられている±５ [ｍＶ]で実施するのが好ましい。

なお、直流分極測定で得られる電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔは測定系全体の抵抗値が算出されるため、土壌サンプル中の測定において電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔに対して土壌抵抗の値が無視できないほど大きく現れる可能性が考えられる。一方で、交流インピーダンス法では印加電位の周波数によって測定される抵抗値を分離することが可能なため、高周波領域の円弧は土壌に由来する抵抗を反映し、低周波領域の円弧は電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔのみを反映する。このため、交流インピーダンス法では、電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔのみを正確に求めることができる。以上より、電気化学測定部４２では、交流インピーダンス法を採用することが好ましい。

電気化学測定部４２は、測定結果である電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔを記憶部３０に記憶する。計算部３１は、記憶部３０に記憶された電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔから、次式に基づき腐食電流密度i_corrを計算する。

ここで、i_corrは腐食電流密度[A/cm²]、Ｋは換算係数[V]、Ｒ_ｃｔは電荷移動抵抗[Ω・cm²]を示す。換算係数Kは予め算出しておく。すなわち、換算係数Kは、アノード及びカソード分極曲線からTafel勾配を導いて次式に基づいて算出される。

ここで、β_aはアノード勾配[V/decade]、β_cはカソード勾配[V/decade]を示す。もしくは、ターフェル勾配測定することなくβ_a= β_c= 0.1 [V/decade]と仮定し、換算係数Kを算出しても良い。

次に、計算部３１は、次式に基づいて腐食速度rを算出する。

ここで、ｒは腐食速度[cm/sec]、ｚはイオン価数、ρは密度[g/cm²]、Ｆはファラデー定数[Ｃ]、Ｍは原子量[g/mol]を示す。

上記説明した本実施形態の腐食評価装置２Ａは、第１の実施形態の腐食評価支援装置１に、金属の腐食を評価する模擬腐食部４０を備える。したがって本実施形態では、土壌調整部１０により調整された土壌を電気化学測定で用いるため、あらゆる土壌を用いた場合であっても、地中埋設金属の腐食を高精度に評価することができる。

なお、上記説明した腐食評価支援装置１および腐食評価装置２Ａの指示判定部２０および計算部３１には、例えば、CPU（Central Processing Unit、プロセッサ）と、メモリと、ストレージ（HDD：Hard Disk Drive、SSD：Solid State Drive）と、通信装置と、入力装置と、出力装置とを備える汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。このコンピュータシステムにおいて、CPUがメモリ上にロードされた指示判定部２０および計算部３１用のプログラムを実行することにより、指示判定部２０および計算部３１の各機能が実現される。また、指示判定部２０および計算部３１用のプログラムは、HDD、SSD、USBメモリ、CD-ROM、DVD-ROM、MOなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

１：腐食評価支援装置
２、２Ａ：腐食評価装置
１０：土壌調整部
１１：粗細試験部
１２：給水部
１３：土壌撹拌部
１４：粘性試験部
２０：指示判定部
３０：記憶部
３１：計算部
４０：模擬腐食部
４１：電極埋設部
４２：電気化学測定部

Claims

埋設金属材料の腐食評価に用いる土壌の土粒子を分析する粗細試験部と、
前記土壌に水を供給する給水部と、
前記水が供給された土壌を撹拌する土壌撹拌部と、
前記撹拌された土壌の流動性を測定する粘性試験部と、
を備えること
を特徴とする腐食評価支援装置。
前記土粒子の分析結果を用いて、前記土壌が粘性土壌か否かを判定する第１判定部を備え、
前記第１判定部は、前記土壌が粘性土壌であると判定した場合、前記土壌を前記給水部へ移行すること
を特徴とする請求項１に記載の腐食評価支援装置。
前記流動性の測定結果を用いて、前記撹拌された土壌が液性体か否かを判定する第２判定部を備え、
前記第２判定部は、前記撹拌された土壌が液性体であると判定されるまで、前記給水部、前記土壌撹拌部および前記粘性試験部に、給水、撹拌および流動性の測定を繰り返し行わせること
を特徴とする請求項１又は２に記載の腐食評価支援装置。
前記水には、前記土壌から抽出した土壌水を用いること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の腐食評価支援装置。
腐食評価支援装置が行う腐食評価支援方法であって、
埋設金属材料の腐食評価に用いる土壌の土粒子を分析する分析ステップと、
前記土壌に水を供給する給水ステップと、
前記水が供給された土壌を撹拌する撹拌ステップと、
前記撹拌された土壌の流動性を測定する測定ステップと、を行うこと
を特徴とする腐食評価支援方法。
前記土粒子の分析結果を用いて、前記土壌が粘性土壌か否かを判定する第１判定ステップと、
前記土壌が粘性土壌であると判定された場合、前記給水ステップを行うこと
を特徴とする請求項５に記載の腐食評価支援方法。
前記流動性の測定結果を用いて、前記撹拌された土壌が液性体か否かを判定する第２判定ステップを行い、
前記撹拌された土壌が液性体であると判定されるまで、前記給水ステップ、前記撹拌ステップおよび前記測定ステップを繰り返し行うこと
を特徴とする請求項５又は６に記載の腐食評価支援方法。
前記水には、前記土壌から抽出した土壌水を用いること
を特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の腐食評価支援方法。