JPH07208910A

JPH07208910A - 流電陽極の表面積測定方法

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Publication number: JPH07208910A
Application number: JP6015697A
Authority: JP
Inventors: Hiroji Nakauchi; 博二中内
Original assignee: NAKABOOTEC KK
Current assignee: NAKABOOTEC KK
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 1995-08-11
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JP3076186B2

Abstract

(57)【要約】【目的】流電陽極方式のカソード防食において、供用
中の流電陽極の残余の耐用年数を電気化学的方法で簡単
かつ迅速に測定する流電陽極の表面積測定方法を提供す
る。【構成】流電陽極方式のカソード防食において、供用
中の流電陽極の陽極電流を停止し、自然腐食状態におい
て該流電陽極の分極抵抗を測定し、供用開始後少なくと
も３００時間経過した後に測定した見掛けの分極抵抗値
をそれ以後の任意の時点において測定した分極抵抗値で
除し、これに該流電陽極の供用前の表面積を乗じるか、
あるいは該流電陽極と同種の流電陽極の同種環境中にお
いて確定している単位面積当たりの分極抵抗値を、供用
開始から少なくとも３００時間経過以後の時点で測定し
た該流電陽極の見掛けの分極抵抗値で除すことにより、
該流電陽極の任意の時点における表面積を測定すること
を特徴とする流電陽極の表面積測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流電陽極方式のカソー
ド防食において、供用中の流電陽極の現在までの消耗量
を測定し、残余寿命を測定する流電陽極の表面積測定方
法に関するものある。

【０００２】

【従来の技術】電気防食法は、海水中、河川水中や地中
等に設置された金属構造物や埋設管、あるいはコンクリ
ート中の鉄筋、さらに工業用水や有機・無機の液体に接
する化学装置等の腐食を防止する方法として利用され、
港湾、橋梁等のインフラストラクチャや各分野の産業で
の防食に大きな効果を挙げている。

【０００３】電気防食法の適用形態としての流電陽極方
式では、マグネシウム合金、アルミニウム合金あるいは
亜鉛合金等の卑電位の合金の流電陽極と被防食体とが接
続され、流電陽極はアノード溶解して被防食体に防食電
流を供給し被防食体の腐食を防止する。流電陽極は容積
または重量、発生電流等の設計条件により耐用年数が決
められる。従って、供用中の流電陽極ついて、その時点
までの消耗量を知り、残余の耐用年数を推定すること
は、防食設計の適正さを確認すると共に、その陽極の交
換時期の把握のためにも必要である。

【０００４】現在は、残余寿命を測定するためには、陽
極の胴回りを測り表面積を求め、相当半径から陽極の容
積を計算する方法が採られているが、この方法は水中の
陽極では潜水作業となり、土壌中のバックフィル内の陽
極については適正な位置での周長測定による容積計測は
殆ど不可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら従来
技術の課題を解消し、流電陽極方式のカソード防食にお
いて、供用中の流電陽極の残余の耐用年数を電気化学的
方法で簡単かつ迅速に測定する流電陽極の表面積測定方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的に
沿って鋭意検討の結果、金属材料の腐食速度を電気化学
的に測定する分極抵抗法を適用することにより、流電陽
極の表面積を迅速かつ簡単に測定する方法を見出し、表
面積を知ることにより供用中の流電陽極の測定時までの
溶解消耗量および残余の耐用年数を評価する測定方法を
導いた。

【０００７】すなわち、本発明の流電陽極の表面積測定
方法は、流電陽極方式のカソード防食において、供用中
の流電陽極の陽極電流を停止し、自然腐食状態において
該流電陽極の分極抵抗を測定し、供用開始後少なくとも
３００時間経過した後に測定した見掛けの分極抵抗値を
それ以後の任意の時点において測定した分極抵抗値で除
し、これに該流電陽極の供用前の表面積を乗じるか、あ
るいは該流電陽極と同種の流電陽極の同種環境中におい
て確定している単位面積当たりの分極抵抗値を、供用開
始から少なくとも３００時間経過以後の時点で測定した
該流電陽極の見掛けの分極抵抗値で除すことにより、該
流電陽極の任意の時点における表面積を測定することを
特徴とする。

【０００８】水中等の環境に置かれたこれらー１Ｖ（飽
和カロメル電極基準）以下にも及ぶ卑電位の流電陽極の
表面では水素ガス発生を伴う自己腐食反応が常に進行
し、防食電流を発生している稼働中は電流に対応する陽
極金属のファラデー溶解反応と重畳して、そして不通電
中にはそれのみ単独に、自己腐食反応によるある程度の
陽極金属のアノード溶解がある。この反応の速度は、流
電陽極の使用開始後の初期の期間を除き定常状態では長
期にわたりほぼ一定の状態で経過することが知られてい
る。従って、供用中の大部分の時間ほぼ一定の値で経過
する流電陽極の自己腐食速度を分極抵抗法で追跡するこ
とにより、陽極の表面積の変化を数値的に測定する方法
を見出した。

【０００９】分極抵抗法においては、自然腐食状態にあ
る表面積Ｓ（ｃｍ²）の金属に外部から微少な電流△Ｉ
（Ａ）を加え、金属の電位に僅かな変化すなわち分極△
Ｅ（Ｖ）を生じさせる。この分極を電流で除した△Ｅ／
△Ｉを見掛けの分極抵抗Ｒａｐ（Ω）といい、これを単
位面積に割り付けるため、分極を電流密度で除した△Ｅ
／（△Ｉ／Ｓ）を単位面積当たりの分極抵抗Ｒｐ（Ω・
ｃｍ²）という。金属の単位面積当たりの腐食速度をＩ
ｃｏｒｒ（Ａ／ｃｍ²）と表記すると、ＩｃｏｒｒとＲ
ｐとの間に定数Ｋ（Ｖ）を用いてＳｔｅｒｎの式が成立
する。

【００１０】

【数１】上述の定義によりＲｐ＝Ｒａｐ・Ｓとなるので
（２）式が成立する。

【００１１】

【数２】従って、（３）式が導かれる。

【００１２】

【数３】

【００１３】ここにＫはＳｔｅｒｎのＫ値といわれる金
属材料についての定数であり、Ｉｃｏｒｒを流電陽極の
自己腐食速度とすれば大部分の供用期間の間は一定とみ
なし得るので（Ｋ／Ｉｃｏｒｒ）も定数となり、（３）
式により流電陽極の表面積が見掛けの分極抵抗の測定か
ら求めることができることが分かる。

【００１４】（３）式で流電陽極の表面積は見掛けの分
極抵抗の測定値に反比例することが導かれる。通電初期
において、表面が多少溶解して定常状態に達し、Ｉｃｏ
ｒｒがほぼ一定とみなし得る状態になっており、しかも
陽極の表面積が製造時の表面積Ｓｏと殆ど変わらない状
態の基準時の見掛けの分極抵抗をＲａｐｏとし、任意の
測定時の見掛けの分極抵抗Ｒａｐｔを比較すると（４）
式が成立する。

【００１５】

【数４】で任意の測定時の表面積Ｓｔが計算できる。

【００１６】ところで、（４）式の分子は前述の定義に
より単位面積当たりの分極抵抗Ｒｐであって、これは同
種類の流電陽極が置かれた環境が同じようなときには、
定常状態では自己腐食速度は殆ど変わらないので、何時
もほぼ一定の値を示すものと考えてよい。従って、同種
類の流電陽極の同種類の環境中でのＲｐの値が確定して
いるときには一々その陽極についてＲａｐｏを測定して
おかなくとも、任意の時点でＲａｐｔを測定して（５）
式で直ちにＳｔが求められる。

【００１７】

【数５】

【００１８】このようにして、任意の時点での表面積が
求められれば、流電陽極を円筒状とみなすとか、その形
状に従って均一溶解する等の仮定の下に陽極の容積の計
算が可能となり、測定時までの溶解消耗量や残余の耐用
年数の評価ができるのである。

【００１９】以下、本発明の流電陽極の表面積測定によ
る残余寿命の測定方法について図１の構成図に基づいて
説明する。

【００２０】同図において、１はマグネシウム合金、ア
ルミニウム合金や亜鉛合金等の流電陽極、２は流電陽極
１の接地抵抗を下げ陽極の溶解を均一にするために土壌
中等において特に設置される硫酸ナトリウム、ベントナ
イト等を主流とするバックフィル、３は土壌等の環境、
４は埋設管等の被防食体、５は流電陽極１の導線と被防
食体４の導線とを接続しあるいは分極抵抗を測定すると
き一時接続を切るための導線接続部である。また、６は
分極抵抗測定に必要な測定電流を流電陽極１に流すため
に環境３中におかれた適当な材料の対極、７は被防食体
１の分極を計測するために流電陽極１の近傍に置かれた
照合電極、８は分極抵抗を３電極方式または２電極方式
で測定する測定装置である。さらに、分極抵抗測定装置
８におけるＣは対極接続端子、Ｒは照合電極接続端子、
Ｗは作用電極接続端子をそれぞれ示す。

【００２１】測定は以下のように行う。すなわち、流電
陽極１と被防食体４とが導線接続部５において接続され
流電陽極１が供用中にあるとき、導線接続部５を切り離
し流電陽極１の通電を停止する。不通電になった流電陽
極１の自然電位が安定するのを待って分極抵抗を測定す
る。測定は、分極抵抗測定装置８より適当な量の測定電
流△Ｉを流し、照合電極７と流電陽極１との間で発生す
る分極△Ｅを測定し、△Ｅ／△Ｉを計算して見掛けの分
極抵抗Ｒａｐを求める。測定電流は直流または低周波の
矩形波あるいは正弦波のいずれかの波形の電流を使用
し、生じる分極（使用する電流の波形に従って直流ある
いは交流の分極となる）の値としては１０ｍＶ程度にな
るような電流の値が選ばれるのが好ましい。環境３が海
水のように導電率が高いときは分極の値をそのまま用い
て見掛けの分極抵抗Ｒａｐを計算してよいが、環境３が
淡水や土壌等の導電率が小さいときは、分極の測定値に
環境の抵抗と測定電流による電圧降下が含まれているの
で、これを差し引いて真の見掛けの分極抵抗を測定する
必要がある。

【００２２】環境抵抗による誤差を補正する方法として
は交流インピーダンス測定によることが多い。すなわ
ち、１ｋＨｚ以上の高周波電流を用いて流電陽極１の分
極を照合電極７で測定し、それを測定電流で除したもの
は流電陽極１と照合電極７との間の環境抵抗を示すの
で、前述の分極抵抗の値からこの環境抵抗の分を差し引
くと補正された真の見掛けの分極抵抗を求めることがで
きる。

【００２３】分極抵抗の測定においては、測定電流はｍ
Ａ程度の僅かなものであり、測定時間も数十秒以内で測
定電気量が極めて僅かであるので、対極６には鉄棒等の
可溶性電極でも良く、また、流電陽極１から切り離され
た被防食体４を臨時の対極として利用しても差し支えな
い。照合電極７には飽和カロメル電極や硫酸銅電極のよ
うな本格的な照合電極が通常使用されるが、分極の測定
であるので電位の絶対値の正確さは要求されず、また、
測定時間も短いので、その間の電位の安定性が確保され
れば良いので、流電陽極１の近傍に置いた鉄棒や亜鉛等
の金属電極でも十分照合電極の役を果す。

【００２４】このような３電極方式の測定に対し、隣接
する２個の流電陽極の間に測定装置８からの測定電流を
流し、両流電陽極間の電位を測定し、この浴電圧を測定
電流で除して求めた抵抗の１／２を各陽極の分極抵抗と
する２電極方式の測定法もあるが、測定の精度は３電極
方式より劣る。

【００２５】分極抵抗の測定が終われば導線接続部５の
接続を復帰して流電陽極１を再び供用状態に戻す。

【００２６】流電陽極１の表面積は以下のようにして求
める。流電陽極１の供用開始後の初期において陽極の表
面が多少溶解し自己腐食速度がほぼ一定の定常状態にな
っており、しかも陽極の表面積が製造時の表面積Ｓｏと
殆ど変わらない状態（以下、基準時という）のときに
（環境抵抗の影響を補正した）見掛けの分極抵抗Ｒａｐ
ｏを測定し、それ以後の任意の測定時に再び基準時と同
じ測定方法により見掛けの分極抵抗Ｒａｐｔを測定し、
（４）式にて任意の測定時の流電陽極の表面積Ｓｔが計
算できる。

【００２７】ここで基準時とは、流電陽極の溶解状態が
定常になり、従って、自己腐食速度も一定となり、長期
にわたりこの自己腐食速度を基準として差し支えないと
判断される時期のことである。この基準時を定めるた
め、流電陽極の表面で発生している水素ガス量を測定す
る化学的測定方法で、種々の合金の流電陽極の自己腐食
速度の経時変化を計測した結果、水素ガスの発生速度
は、一般に、最初は小さいが、次第に大きくなり、３０
０〜４００時間程度で水素ガスの発生速度はほぼ一定と
なり、この自己腐食速度の定常状態はその後も持続し
た。従って、流電陽極の供用開始後この程度経過したと
ころで、Ｒａｐｏの測定をするのが望ましいことが分か
った。

【００２８】基準時を決める他の方法として耐用年数か
ら概算する方法も考えられる。流電陽極が端面が絶縁さ
れた円柱形で側面からのみ溶解すると仮定すると、溶解
により直径が１％減少するとき、容積は約２％減少する
のに対し、表面積は１％程度の減少である。すなわち、
耐用年数の２％の時間にわたり流電陽極が使用されて
も、その表面積の減少は１％程度で、表面積は製造時と
殆ど変化がないとみなしてよいことを示している。従っ
て、例えば、耐用年数が５年の流電陽極のときには、そ
の１％は、１．２カ月で上記定常到達時間を十分満足し
ているので、供用開始１．２カ月経過した時点でのＲａ
ｐはＲａｐｏとみなしても誤差は１％以内で、この時点
を基準時と決めても問題はない。

【００２９】また、流電陽極１の単位面積当たりの分極
抵抗Ｒｐの定常値が確定しているときには、上記基準時
以降において測定したＲａｐｔを用いて（５）式により
その時点のＳｔは直ちに計算できる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。

【００３１】実施例図２は、それぞれ８０ｃｍ²、８００ｃｍ²および１６０
０ｃｍ²の表面積（Ｓｏ）を有するアルミニウム合金流
電陽極の試験片に、海水中で１ｍＡ／ｃｍ²の電流密度
のアノード電流を流しながら、１２００時間にわたり分
極抵抗を間欠的に測定し、その経時変化を示すものであ
る。見掛けの分極抵抗（Ｒａｐ）は通電電流を切った後
３０分経過した時点において周期４秒の矩形波交流法で
測定した。いずれの試験片のＲａｐの値も試験の初期に
は急速に減少したが、２００〜３００時間でほぼ定常状
態となり、その後はほぼ一定の値となった。試験片の表
面積が小さいほどＲａｐの定常値は大きくなった。

【００３２】３試験片とも３００時間を基準時として求
めたＲａｐｏ、４００時間以後のＲａｐｔ、および
（４）式で計算した評価面積（Ｓｔ）の結果を表１に示
す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１に示されるように、各試験片とも設定
した試験面積に対しほぼ一致する表面積を評価し、その
誤差は３％以内という結果を得た。また、図２に示す点
線はＳｏ・Ｒａｐｔ（＝Ｒｐ）の計算結果の経時変化を
示すもので、３００時間以後では３試験片ともほぼ一定
の値となっていて、その平均値は１２４４Ω・ｃｍ²で
変動は７％程度であった。

【００３５】これらの結果を総合すると、供用中の流電
陽極の残余の耐用年数を評価するため、陽極の表面積を
測定する方法として、分極抵抗法に依るときは、供用開
始後少なくとも３００時間経過後において測定した見掛
けの分極抵抗をその陽極についての基準値とし、それ以
後の時点での見掛けの分極抵抗との比に初期表面積を乗
じてその時点での表面積を３％程度の誤差で評価できる
ことが分かった。また、個々の陽極について基準値を測
定することなく、その種類の陽極についてＲｐの値が確
定しているときは、その値を測定時点の見掛けの分極抵
抗で除して７％程度の誤差でその時点での表面積が評価
できることが分かった。

【００３６】

【発明の効果】以上、説明したように、流電陽極の通電
電流を切り、不通電状態で流電陽極の分極抵抗を測定す
ることにより、流電陽極のその時点での表面積を評価で
き、残余の寿命が計算できるので、陽極の交換時期の決
定に大いに役立つ。測定は簡単・迅速であり、しかも潜
水作業や土壌中の陽極の掘り出し等の作業は一切必要と
しない利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明測定方法の一例を説明するための説明
図。

【図２】流電陽極の見掛けの分極抵抗の経時変化の一
例を示すグラフ。

【符号の説明】

１：流電陽極、２：バックフィル、３：環境、４：被防
食体、５：導線接続部、６：対極、７：照合電極、８：
分極抵抗測定装置、Ｃ：対極接続端子、Ｒ：照合電極接
続端子、Ｗ：作用電極接続端子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流電陽極方式のカソード防食において、
供用中の流電陽極の陽極電流を停止し、自然腐食状態に
おいて該流電陽極の分極抵抗を測定し、供用開始後少な
くとも３００時間経過した後に測定した見掛けの分極抵
抗値をそれ以後の任意の時点において測定した分極抵抗
値で除し、これに該流電陽極の供用前の表面積を乗じる
か、あるいは該流電陽極と同種の流電陽極の同種環境中
において確定している単位面積当たりの分極抵抗値を、
供用開始から少なくとも３００時間経過以後の時点で測
定した該流電陽極の見掛けの分極抵抗値で除すことによ
り、該流電陽極の任意の時点における表面積を測定する
ことを特徴とする流電陽極の表面積測定方法。