WO2011043442A1 - 腐食センサ - Google Patents

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WO2011043442A1
WO2011043442A1 PCT/JP2010/067692 JP2010067692W WO2011043442A1 WO 2011043442 A1 WO2011043442 A1 WO 2011043442A1 JP 2010067692 W JP2010067692 W JP 2010067692W WO 2011043442 A1 WO2011043442 A1 WO 2011043442A1
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WO
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sensor
corrosion
concrete
conductor pattern
iron
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PCT/JP2010/067692
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English (en)
French (fr)
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達三 佐藤
玲 江里口
淳一郎 大竹
彰一 小川
博 中西
真二 長岡
Original Assignee
太平洋セメント株式会社
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Publication date
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/04—Corrosion probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G—PHYSICS
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/38—Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
    • G01N33/383—Concrete or cement

Definitions

  • the present invention relates to a corrosion sensor for detecting a corrosive environment of a reinforcing bar in a reinforced concrete structure.
  • the steel material in the concrete structure is protected from corrosion by forming a passive film on the steel material surface because the concrete maintains an alkaline environment.
  • a corrosive factor such as carbon dioxide in the air, sulfuric acid in the sewerage facility, or chloride ions enters the concrete, the passive film is destroyed, and the steel and the steel are corroded by water and oxygen in the concrete. Start.
  • the method of detecting corrosion by breaking a fine wire is as follows: (1) By embedding a sensor in advance, there is no damage to concrete such as core removal, (2) A fine wire between the concrete surface and steel material By installing several pipes depending on the depth, it is possible to monitor the time dependency of the invasion of corrosion factors from the surface, making it easy to create a maintenance plan. (3) Corrosion factors because iron corrosion is directly captured It is possible to detect the possibility of corrosion including not only the supply state of water and oxygen, but also (4) because it captures changes in electrical resistance, it can be detected with extremely low power consumption and is suitable for long-term monitoring.
  • Various corrosion diagnosis methods by detecting fine wire cutting have been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3).
  • a base material made of a metal or an alkali-soluble metal that is more easily corroded than the metal of the detection object in the environment where the detection object is used, and at least a part of the base material are covered.
  • a corrosion sensor including a detection unit formed by a coating made of a metal that corrodes under the environment in which the detection target is used, and a base material for holding the detection unit.
  • Patent Document 5 discloses a corrosion sensor used for diagnosing the progress of corrosion of a steel material embedded in a concrete structure.
  • This corrosion sensor is a corrosion detection unit and has a detection member laid in the vicinity of the measurement object or the measurement object, and measures the corrosion of the metal detection member and measures the electrical characteristics of the detection member. To detect. Then, the corrosion detection result is wirelessly transmitted to the reading device. With this configuration, the corrosion of the detection member can be detected from the change in the electrical characteristics, and it is possible to predict whether or not the steel material such as the reinforcing bar, the PC steel wire, and the steel sheath tube is corroded. .
  • detection sensitivity will be described below.
  • the detection by a thin line is achieved by cutting by corrosion, and it is necessary to cut by slight corrosion. From the viewpoint of detection sensitivity, it is desirable to be as thin as possible.
  • iron is difficult to extend compared to other metals, and it is very difficult to produce a wire having a diameter smaller than 0.1 mm.
  • it can be made thin by mixing a metal other than iron, there is a problem that it becomes unsuitable as a steel corrosion detection sensor because the properties of the metal change.
  • corrosion occurs stochastically and does not occur uniformly, and it is theoretically necessary to form a corrosion cell in the corrosion portion.
  • the length of the thin wire is short, even if the environment in the concrete becomes a corrosive environment, the fine wire may not necessarily be corrosive and cut, and the thin wire has an appropriate length depending on the cross-sectional area and surface area of the thin wire. Otherwise, the corrosion rate becomes slow, and as a result, the corrosion detection sensitivity is lowered.
  • the iron wire has a problem that it is not easy to handle. It takes time and labor to solder a thin wire to a circuit, and it breaks easily. This makes mass production difficult and not industrially desirable, but is difficult to use except in a straight state. For example, if the length of the fine line is increased to improve the sensitivity, it will not be easy to install in the concrete, and it has been considered to change the arrangement of the fine line, but it is difficult to process the fine line. Is difficult.
  • the fine wires installed in the concrete may be physically damaged by concrete aggregates or the like when the concrete is placed. In order to solve this problem, it is necessary to dig a groove in a mortar that has been hardened in advance, wind a fine wire along the groove, and install it in concrete as a sensor. Arrangement becomes complicated.
  • Non-Patent Document 1 “4.1 Sensitivity of Sensor that does not Energize,” describes the state of corrosion fracture of iron wires embedded in concrete. Here, it is thought that “... the iron wire caused the corrosion fracture. However, in this case, the amount of chloride ions has reached nearly 12 kg / m 3 , which is considered to be the critical amount of corrosion of rebar in concrete. compared to 1.2 ⁇ 2.4kg / m 3 was extremely large. ...
  • the thickness of the sensor must be smaller (thinner) than 0.1 mm.
  • the thickness should be sufficiently large so that a significant change in resistance is observed in an environment where the chloride ion content as a corrosion factor is 1.2 to 2.4 kg / m 3. A small (thin) sensor is desired.
  • conventional corrosion sensors are basically designed on the assumption that they directly touch corrosion factors.
  • the corrosion factor is a concept including substances relating to individual corrosion such as chloride ions and carbon dioxide, and environmental factors such as temperature and humidity.
  • the sensors When these sensors are installed in a concrete structure, the sensors may be damaged when the concrete is placed. In addition, there is a gap in the vicinity of the sensor, which may prevent accurate detection.
  • an iron member that becomes a detection unit may rust before being embedded in concrete, and thus it is necessary to prevent the iron member from being rusted.
  • a hole is drilled in a local part of the concrete structure and a sensor is installed. In this case as well, the same problem as described above exists.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can accurately detect the corrosive environment of a reinforcing bar in a reinforced concrete structure by protecting the sensor and avoiding the generation of coarse voids in the vicinity of the sensor.
  • Corrosion sensor that makes it easy to install the sensor and shorten the work process while avoiding the progress of corrosion due to the influence of concrete bleeding water, etc. The purpose is to provide.
  • the present invention does not adversely affect the strength, durability and proof strength of the concrete frame, realizes a highly sensitive rebar corrosion environment detection sensor, attaches to a position close to the rebar inside the reinforced concrete, and erodes near the rebar. It aims at realization of the corrosion environment detection sensor which can be caught before the corrosive factor to reach the reinforcing bar.
  • Another object of the present invention is to solve a manufacturing problem while realizing the concept of detecting a cut of a thin wire, and to realize a corrosion sensor with high sensitivity and high design freedom.
  • the corrosion sensor of the present invention is a sensor for detecting a corrosive environment of a reinforcing bar in a reinforced concrete structure, and detecting a penetration state of a corrosion factor that corrodes the reinforcing bar into the concrete. And a sensor that outputs data indicating the penetration state of the corrosion factor, a sensor coating that does not prevent penetration of the corrosion factor that covers the detection unit, and a strength that does not reduce the proof stress of the structure to be embedded. And a sensor exterior part.
  • the sensor coating portion that does not prevent the penetration of the corrosion factor covering the detection portion does not prevent the penetration of the corrosion factor represented by salt, etc., and moreover, concrete, mortar, or cement paste is used as a typical material. Since it covers, the protection function of a detection part improves remarkably, and it becomes possible to install in the concrete of the structure of a test object easily.
  • the detection unit is an iron member, it is placed in an alkaline environment in concrete, mortar, or paste, so that the detection unit is covered with a passive film. As a result, it becomes hard to rust compared with the detection part which is not placed in concrete, mortar or paste, and handling at the time of installation becomes easy.
  • the sensor exterior part is formed of a material having a strength equal to or higher than that of the concrete of the structure to be inspected, and is representative of alumina, zirconia, silicon nitride, and silicon carbide. Or a ceramic, mortar, or paste having a strength equal to or greater than that of the concrete of the structure to be inspected, and the sensor covering portion is equal to or greater than the concrete of the structure to be inspected. It is characterized by being formed of concrete, mortar, or paste, which is a material having the permeability of a corrosion factor.
  • the sensor exterior portion that determines the strength of the sensor dominantly has a strength equal to or higher than that of the concrete of the structure to be inspected. Strength is ensured and there is no possibility of defects.
  • the sensor coating is formed of concrete, mortar, or paste, which is a material having a permeability of a corrosion factor equivalent to or higher than that of the concrete of the structure to be inspected, the permeability of the corrosion factor is It becomes equal to or better than the concrete of the structure, and it is possible to accurately detect the corrosive environment of the reinforcing steel in the reinforced concrete structure.
  • the corrosion sensor of this invention WHEREIN:
  • the said detection part is produced by rolling iron,
  • the conductor pattern portion is formed by the iron foil material produced by rolling iron, the degree of freedom in design is higher than that in the case of using a conventional thin wire, and the manufacture is facilitated. As a result, a complicated shape can be easily configured.
  • the thickness of the iron foil material is very thin, it is possible to shorten the time until the wire breaks rather than the thin wire, and as a result, the sensitivity as a sensor is increased and the pattern portion is retained during concrete placement. It is possible to ensure the strength of the.
  • the conductor pattern portion constitutes a two-dimensional uneven or spiral circuit on the substrate.
  • the entire sensor can be made as small as possible and the area of the conductor pattern portion can be increased.
  • the sensor's sensitivity is improved by increasing the probability of contact with the corrosion factor, and the downsizing enables the installation between the concrete surface and the steel material, which detects the corrosion factor before it reaches the steel material. Is possible.
  • the lines need to be long because corrosion occurs stochastically, and the formation of a two-dimensional uneven or spiral circuit on the substrate The same effect as extending the length of the line can be achieved with less space.
  • the corrosion sensor of the present invention has at least a part of a circular arc or an elliptic arc.
  • This configuration makes it possible to prevent the corrosion phenomenon from occurring locally around the sensor as a shape in which bleeding water does not collect around the sensor.
  • the detection unit outputs the data as a radio signal.
  • the data is output as a radio signal, it is not necessary to pull out the cable from the concrete, and it is possible to avoid the invasion of the corrosion factor from the gap between the cable and the concrete.
  • the detection unit is covered with concrete, mortar, or paste, the protection function of the detection unit is dramatically improved, and the detection unit can be easily installed in the concrete of the structure to be inspected.
  • the detection unit is an iron member, it is placed in an alkaline environment in concrete, mortar, or paste, so that the detection unit is covered with a passive film. As a result, it becomes hard to rust compared with a detection part that is not placed in concrete, mortar, or paste, and handling becomes easy.
  • the sensor coating is formed of concrete, mortar, or paste that has a corrosion factor permeability equal to or greater than that of the concrete of the structure to be inspected. It becomes equal to or higher than that of concrete, and it becomes possible to accurately detect the corrosive environment of the reinforcing bars in the reinforced concrete structure.
  • the sensor exterior is molded with concrete, mortar, or paste that has the same or higher strength as the concrete of the structure to be inspected, so the strength is ensured even after installation in the concrete of the structure to be inspected. Therefore, the possibility of occurrence of defects can be extremely reduced.
  • the corrosion sensor of the present invention as described above is installed in the vicinity of the internal reinforcing bar in the structure to be detected.
  • the sensor exterior part is characterized in that at least a part thereof has a circular arc or elliptical arc outline.
  • the present application relates to a corrosion sensor that includes a sensor exterior portion made of high-strength mortar and the like, a sensor coating portion that protects the sensor surface that does not prevent the penetration of salt, moisture, and oxygen, which are corrosion factors of reinforcing bars, and a detection portion. It is.
  • the sensor itself needs to have strength that does not break during mounting and handling, and the sensor exterior part has strength that does not reduce the strength of the entire frame concrete incorporating this application, ordinary concrete, mortar, It is manufactured by molding with a ceramic material typified by alumina, zirconia, silicon nitride and silicon carbide. The molding can be performed by a usual method such as mold, casting, extrusion molding or the like.
  • the sensor covering portion has a small volume occupation ratio that does not affect the proof stress of the sensor itself.
  • a concave portion on the surface layer of the sensor outer portion having a thick flat plate shape in FIG. In this way, a sensor covering portion whose strength does not lead to a decrease in the strength of the entire sensor can be formed, and the sensor covering portion can be shaped so that only the surface is exposed, and the proof strength of the entire sensor can be prevented from affecting the proof strength of the housing. .
  • the sensor covering portion is preferably a mortar having a porosity of 5 to 20%.
  • the porosity of the sensor covering portion is too low, such as less than 5%, the arrival speed of the corrosion factor to the detecting portion is delayed, and the sensitivity for detecting the progress of the corrosive environment of the reinforcing bar is lowered.
  • the strength of the sensor coating may be reduced, or the corrosion factor may permeate during the time it takes to install the corrosion sensor during construction and the concrete is placed, and the sensor may corrode.
  • the thickness of the mortar sensor covering portion is preferably 5 mm or less.
  • the detection unit is a corrosion sensor that uses metal foil, and the sensor itself corrodes due to the intrusion of factors, and uses a sensor that captures changes in the corrosive environment due to changes in electrical characteristics such as resistance and impedance. It is preferable to use a detection unit in which a circuit is formed on an iron foil.
  • the sensor exterior part is formed with a circular arc or elliptic arc outline at least at a part thereof, and can be formed into a thick flat plate shape as shown in FIG. At this time, the bleeding water rises along the outline of the circular arc and the elliptic arc and does not collect around the sensor. Corrosion phenomenon does not occur locally, and the influence of installation of the sensor itself can be minimized.
  • the detection unit can output the data connected to the RFID tag as a radio signal.
  • the data is output as a wireless signal, it is not necessary to pull out the cable from the concrete, and the invasion of the corrosion factor from the gap between the cable and the concrete can be avoided.
  • the sensor cover part facilitates the penetration and arrival of environmental factors, and the protection function of the detection part is dramatically improved.
  • FIG. It is a figure which shows a result when the corrosion part length becomes 10 mm in the model 2. It is a figure which shows the graph which accumulated the corrosion part length 0.1mm and 10mm as a result of having examined by the model 2. FIG. It is a figure which shows the change of the resistance value with time by an acceleration test.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a rectangular detector 11 and its sensor exterior 12.
  • the detection unit 11 can be formed into an arbitrary shape such as a rectangle, a square, a circle, a ladder, or a staircase using, for example, an iron foil.
  • the detection part 11 is set in the concave part 13 of the sensor exterior part, and the surface thereof is coated with the sensor coating part 14.
  • the sensor covering portion 14 may cover the entire concave portion 13 of the sensor exterior portion (FIG. 1A). The coating may remain part of it (FIG. 1 (b)).
  • the size of the detection unit 11 is preferably larger than the maximum aggregate size of the aggregate used in the mortar.
  • the dimension of one side of the rectangle of the detection unit 11 is 20 mm ⁇ 30 mm, and the minor axis and major axis dimension of the sensor exterior part are 60 mm ⁇ 90 mm.
  • the size of one side of the rectangle of the detection unit is set to a size of about 10 mm ⁇ 10 mm or more.
  • concrete aggregates may be placed directly above the mortar surface in contact with the concrete. In this case, the size of the sensor is smaller than the concrete aggregate. If it is small, it is presumed to be affected by the detection sensitivity.
  • the sensor exterior part 12 may be of any material as long as it is a material that does not cause defects in mortar / concrete and has no reactivity due to corrosion factors.
  • a high-corrosion-resistant fine ceramic substrate such as alumina can be used as well as a polymer resin such as PET material and polyimide. Polymer resin and fine ceramics can be easily thinned.
  • the detection unit 11 may be formed of, for example, a comb-shaped metal or a saw-toothed metal.
  • FIG. 2 is an orthographic view of a corrosion sensor molded into a deformed ellipsoidal plate, a front view (a), a right side view (b), a left side view (c), It is a bottom view (d).
  • the rear view is the same outline as the front view.
  • the plan view is the same as the bottom view.
  • the sensor covering portion of the detection unit 11 may have any shape such as a rectangular parallelepiped type, a cubic type, a plate type, a cylindrical type, and a staircase type as long as there is no problem in installation.
  • a plate shape such as a plate type is particularly preferable.
  • the sensor exterior part 12 has a thick plate shape (total length: 92 mm) having a contour having a circular arc at both ends. A recess with a step was provided on this, and the detection unit was attached to a shallow step (about 3 mm). An accessory such as an IC substrate can be stored in the deep step portion 10 mm, and the lead wire is drawn out from the left portion of the exterior. After setting a detection part in this recessed part, predetermined mortar was poured and hardened, and it was set as the sensor coating
  • the sensor covering portion is a portion in which a shallow step portion is buried in the recess. At this time, the sensor covering portion may be raised beyond the horizontal plane of the concave portion of the sensor exterior portion, but the thickness is preferably 5 mm or less. Both deep steps and sloped parts can be embedded simultaneously with mortar.
  • the size of the sensor covering portion is not preferable if it is too small or too large for the same reason as the size of the detecting portion.
  • the dimensions of the sensor covering portion that covers the detection portion with a shallow step are, for example, 50 mm to 60 mm, and the thickness is 5 mm or less.
  • the thickness of the sensor cover is preferably about 2 mm to 5 mm for the reason that a smaller thickness leads to an improvement in detection sensitivity.
  • Concrete refers to cement, water, fine aggregate, coarse aggregate, and an admixture added as necessary, which are mixed and mixed by other methods or hardened.
  • the mortar is a mixture of cement, water, fine aggregate, and an admixture material to be added as necessary, which are kneaded and mixed by other methods, or hardened.
  • the paste refers to a cement, water, and an admixture that is added as necessary, which constitutes a constituent material, and these are kneaded and mixed by other methods or cured.
  • the fine aggregate refers to an aggregate that passes through all of the 10 mm screen and passes through the 5 mm screen by 85% or more.
  • Coarse aggregate is an aggregate that remains 85% or more by mass on a 5 mm screen. Concrete was used for the sensor exterior.
  • the sensor covering portion is made of mortar with an air amount of 5 to 20%, and has a small volume occupancy that does not affect the proof strength of the sensor itself, and a recess is provided in the surface layer of the thick plate-shaped sensor exterior portion of FIG. A detection unit is mounted in the recess, and this is coated and embedded. The thickness was 2 mm. The sensor coating is exposed.
  • the cement used for the coated mortar in addition to ordinary Portland cement, other Portland cement, mixed cement such as blast furnace cement and fly ash cement, low heat blast furnace cement, intermediate heat fly ash cement and the like may be used. Moreover, it is not limited to a commercial item, The cement manufactured by changing the mixing ratio etc. of a mixing material may be sufficient.
  • the amount of Al 2 O 3 contained in the coated mortar is determined by the type of cement used, the composition of the coating mortar, etc., but the amount of Al 2 O 3 contained in the coating mortar per unit volume showing good salt permeability is 40 g. It is preferable to select the cement type and the composition so that the permeability is not good when it is more than / liter, desirably 32 g / L or less, more desirably 30 g / L or less.
  • Table 1 shows the basic composition of the coated mortar.
  • MC represents a humectant (methylcellulose), and TB represents an organic fiber (polyamide fiber 5 mm long).
  • the fine limestone powder used had a brain value of 4000.
  • MC as a moisturizing agent, relieves the progress of initial drying, and TB imparts molding stability and is used to prevent cracking and warping.
  • the fine aggregate can be used by appropriately changing the type and amount thereof.
  • the water may be tap water, or JIS compatible water.
  • the range of the water cement ratio (% by weight) of the mortar is preferably set in the range of about 20% to 70%.
  • the water cement ratio is most preferably equal to the water cement ratio of the target concrete, and may be set as small as 10% or less.
  • FIG. 3 shows a mixing flow using the Hobart mixer of the sensor coating mortar.
  • a hardened body is prepared using the composition of Table 2 with fine aggregate (sand) added at the S / P ratio of Table 1 to create a hardened body, fresh air amount, salt penetration test, accelerated neutralization test
  • Table 3 shows the results of the strength test and the visual crack confirmation test.
  • BB blast furnace cement
  • FAC fly ash cement
  • MFC moderately hot fly ash cement
  • LC low heat Portland cement.
  • Table 3 is a test result list example (age 14 days: excluding the amount of Al 2 O 3 per unit volume of the sensor coating part excluding the volume of fine aggregate).
  • the evaluation result ( ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of each test excluding the fresh air amount the criteria shown in Table 4 due to the difference from Comparative Example 7 (result of reference concrete using OPC). It was evaluated by. The age at that time is 14 days. (7 *: standard concrete)
  • the strength was measured in accordance with JIS R5201 Annex 2 “Cement Test Method—Measurement of Strength” using a specimen immediately after the predetermined curing.
  • the amount of air is the volume ratio of the amount of air to the volume of the mortar specimen immediately after mixing.
  • the test was conducted using a container having a capacity of 400 cm 3 in accordance with JIS A1116 “Test method for unit volume mass of fresh concrete and test method based on mass of air amount (mass method)”.
  • the specimens for the salt penetration test and the accelerated neutralization test were mixed with mortar, then placed in a 40 ⁇ 40 ⁇ 160 mm mold, demolded the next day, sealed for 3 days, and then air cured for 5 days. It started later.
  • the specimen after the prescribed curing process is immersed in an aqueous solution having a room temperature of 20 ° C., a water temperature of 20 ° C. ⁇ 3 ° C., and a salinity (NaCl) concentration of 3.0 ⁇ 0.3%, and is taken out every age.
  • the test specimen was split to expose the cross section, and a 5% potassium chromate solution was sprayed several times on the cross section and dried.
  • the penetration of salt in Examples 1 to 17 generally reaches a penetration depth higher than that of the reference concrete in the specimen having an air amount of about 5 to 20%.
  • the penetration depth reaches 1.3 times that of the standard concrete. This indicates that in the examples, the salinity or neutralization proceeds deeper than the standard concrete at the same age, and is detected using mortar with an air content of about 5 to 20%. It is shown that if the part is coated with a thickness of 2 to 5 mm, the influence of the corrosion factor that should reach the actual reinforcing bar can be detected earlier.
  • the results of the salt penetration and neutralization tests tend to increase to the same extent or the difference as the ages progress.
  • a sensor including a substrate or the like in which a detection unit, a sensor exterior unit, and a sensor coating unit are integrated, and a cable (unnecessary when wireless) are embedded in the sensor exterior unit.
  • the RFID tag part may be embedded in the sensor exterior part, or may be separately installed as shown in the figure.
  • a wireless sensor is used.
  • the wireless system is an extremely effective means for maintaining and managing new structures and existing structures, not only in terms of efficiency but also in terms of data retention and long-term durability. In particular, when embedding in an existing structure, careful repair is required in the vicinity of the housing surface of the drilling portion, and the advantage of being wireless is great.
  • the cement mortar covering the detection unit 11 may be any shape as long as there is no problem in installation, such as a rectangular parallelepiped, a cube, a plate, a cylinder, and a staircase. Particularly preferred are those having A sensor exterior part is produced using a mold having the shape. At this time, since the position accuracy of the detection unit 11 is determined by the formwork, the installation is simple. The detection part 11 will be installed in the predetermined position of a sensor exterior part previously before pouring mortar. After the detection unit 11 is installed on the sensor exterior part 12, a mortar having a predetermined air amount that has not yet solidified is poured into the sensor exterior part to form a sensor coating part and cured.
  • the corrosion sensor according to the present embodiment can be manufactured in the factory using the above-described method, quality and accuracy are ensured, and in the measurement in concrete, variation in detection data of the corrosion sensor is suppressed. Can do. That is, it is possible to provide a corrosion sensor with less uncertainty.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the corrosion sensor is attached to the new structure.
  • the corrosion sensor 10 is installed at an arbitrary position so as not to cause a problem in the structure.
  • the corrosion sensor is fixed using internal rebar.
  • the cable is pulled out.
  • the RFID tag 20 or the like is installed in the structure together.
  • the corrosion sensor and the tag may be connected by wire, and may be installed at the same location or in a divided location.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the corrosion sensor 10 is attached to an existing structure. A part of the cover concrete of the existing structure is suspended to expose the reinforcing bar portion, and then the corrosion sensor 10 is installed, and the suspended portion is filled with repair mortar or the like. As a result, both wired and wireless can be used.
  • the radio may be not only RFID but also specific low power radio or active type RFID loaded with batteries.
  • the wireless communication unit is preferably embedded in the structure, but may be installed outside the structure.
  • the protective function of the detection unit 11 is dramatically improved when the detection unit 11 is installed on the sensor exterior and then covered with a predetermined mortar. Therefore, it can be easily installed in the concrete to be inspected.
  • Reinforcement corrosion environment detection sensor with high detection sensitivity is realized without adversely affecting the strength, durability, and proof strength of the concrete frame, and the corrosion factor that erodes in the vicinity of the reinforcing bar is attached to the rebar inside the reinforced concrete.
  • Corrosion environment detection sensor that can be captured before reaching When the detection unit 11 is an iron member, it is covered with a passive film because it is placed in an alkaline environment in the concrete. As a result, it becomes hard to rust compared with the detection part which is not put in the concrete, and handling becomes easy.
  • a thin wire is produced by applying tension to iron and pulling it, whereas an iron foil material is produced by rolling iron.
  • the thin wire has a diameter of 0.1 mm or more even at the finest, while the iron foil material has a thickness of less than 0.1 mm.
  • the more preferable thickness of the iron foil material as a sensor for detecting the progress of corrosion of the steel material in the concrete structure is 3 ⁇ m or more and less than 0.1 mm.
  • the thickness of the iron foil is preferably 3 ⁇ m or more. If the thickness is less than 3 ⁇ m, the physical strength may be insufficient at the time of placing the concrete, resulting in disconnection. Considering the physical strength and the sensitivity of corrosion detection, it is more preferably 5 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
  • the line width of the iron foil if the line width is less than 0.1 mm, disconnection may occur during etching. On the other hand, the adhesion with the base material is weak, and manufacturing or placing concrete Prone to damage. From the viewpoint of etching, concrete placement, installation, and protection by film, 0.1 mm or more is desirable, and when the line width is thick, the sensitivity due to corrosion cutting decreases, so the line width may be 2.0 mm or less. preferable.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the corrosion sensor device according to the present embodiment.
  • a conductor pattern portion 110a formed of an iron foil material is held on a substrate 110b, and the conductor pattern portion 110a is electrically connected to the corrosion detection portion 102. Since the conductive pattern portion 110a is formed of an iron foil material, the thickness is less than 0.1 mm.
  • the conductor pattern portion 110a and the substrate 110b constitute a sensor.
  • the conductor pattern portion 110a can take a two-dimensionally complicated shape.
  • FIG. 7A is a diagram showing a two-dimensional uneven conductor pattern portion 110a
  • FIG. 7B is a diagram showing a two-dimensional spiral conductor pattern.
  • the iron foil material since the iron foil material is used, it is possible to configure the conductor pattern portion 110a having a complicated shape that is impossible with a thin wire.
  • the formation of a two-dimensional concavo-convex or spiral circuit on a substrate makes it possible to realize the line length in a space-saving manner.
  • the length of the wire in the study using iron foil with a thickness of 5 to 25 ⁇ m and a wire width of 1.0 mm, about 10% of the sensors that were not cut with respect to the salt-containing concrete were found when the wire length was 20 mm. All the wires were disconnected by setting the length to 50 mm or more. The length of the wire depends on the thickness of the iron foil to be used, the wire width, and the installable space, but the wire length is preferably 50 mm or more.
  • the line length exceeds 1000 mm, the area of the pattern portion becomes large, which is not preferable for embedding in the structure.
  • the thickness of the iron foil is 20 ⁇ m
  • the line width of the conductor pattern portion is 1.0 mm
  • the total line length is 250 mm.
  • a lead wire 116 is connected to the sensor, embedded in a concrete structure, the other lead wire 116 connected to the sensor is pulled out of the concrete structure, and a corrosion detection unit comprising an interface circuit and a detection circuit And a corrosion sensor device can be configured.
  • this corrosion detection unit it is possible to detect a disconnection by grasping the electrical characteristics of the sensor unit connected to the lead wire 116.
  • FIG. 6 it is possible to measure over a long period of time by configuring the corrosion detection unit with a batteryless wireless module typified by passive RFID and burying the entire corrosion sensor device in a concrete structure. It becomes possible.
  • the wireless module By configuring the wireless module, it is possible to transmit the lead wire 116 connected to the sensor to eliminate the possibility that the corrosion factor penetrates into the concrete, and to prevent the lead wire 116 itself from being deteriorated by corrosion. it can. Further, by embedding the corrosion sensor device itself in the concrete, it has an effect of preventing deterioration due to the corrosion factor of the corrosion detecting portion. Since corrosion sensor devices are often used to detect concrete in corrosive environments, it is necessary to configure the corrosion sensor device with a wireless module and embed it in a concrete structure from the viewpoint of ensuring the durability of the device itself. And the effect is great.
  • the interface circuit 112 shown in FIG. 6 is a circuit that connects the conductor pattern unit 110a and the wireless module 113, and the electrical characteristics of the derived pattern 10a such as voltage (potential difference), electrical resistance, impedance, capacitance, etc.
  • a value or the like is passed to the wireless module as an output value.
  • a resistance value that is an electrical characteristic of the derived pattern 10a is obtained by applying a constant voltage, and a value corresponding to the resistance value is output as a voltage value.
  • the wireless module 113 transmits detection information to the outside by wireless transmission / reception, such as a specific small and small power wireless, RFID, and wireless LAN, and includes a detection circuit 113a and a wireless communication circuit 113b.
  • the detection circuit 113a reads a signal from the interface circuit 112, and corresponds to an analog / digital conversion circuit or the like. In the present embodiment, the voltage of the conductor pattern portion 110a is detected.
  • the wireless communication circuit 113b wirelessly transmits the detection result of the detection circuit 113a to an external reading device via the antenna 114.
  • the interface circuit 112, the wireless module 113, and the antenna 114 constitute a corrosion detection unit.
  • the wireless communication circuit 113b of the wireless module 113 includes a modulation circuit, a charging / power supply unit, a memory, and the like.
  • This power supply unit may be of a type equipped with a battery, or may be of a so-called battery-less type, that is, having a power storage function and temporarily storing an induced voltage due to electromagnetic waves supplied from the outside. good.
  • the memory included in the wireless communication circuit 113b includes an operating system that performs overall control, a program that detects the state of the structure, and a ROM and RAM that are used for recording the detected information.
  • An ID number of the sensor may be mounted in the memory, or information related to the embedded position of the structure may be written in the RAM from the reading device, and the information may be read by the reading device together with the information detected by the sensor.
  • the antenna 114 in FIG. 6 is made of metal, carbon fiber, ferrite, or the like, and is preferably a hollow winding, a magnetic winding, or a substrate formed by using a printing technique. These materials may be used by being sandwiched between films such as PET, and the shape thereof may be used after being molded into an appropriate shape such as a ring shape, a rod shape, or a disk shape.
  • the conductor pattern portion 110a is provided on a surface substantially orthogonal to the direction in which the corrosion factor proceeds, the probability of capturing the corrosion factor can be increased. Further, a plurality of conductor pattern portions 110a are provided in parallel to the depth direction. As a result, it is possible to capture the corrosion factor penetrating into the concrete over time, which makes it possible to accurately predict the time until the corrosion factor reaches the steel material based on the theory of diffusion. This is useful information for the maintenance of structures.
  • the corrosion factor penetrates from the concrete surface to the inside by diffusion
  • the distance from the concrete surface to the conductor pattern portion 110a is A
  • the distance from the concrete surface to the steel material is B
  • the corrosion sensor device corrodes from the construction of the concrete structure.
  • the time at which the factor is detected is TA
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an experiment of the corrosion sensor device according to the present embodiment.
  • the sensor conductor pattern portion
  • the substrate 110b is 40 mm wide and 50 mm long.
  • the present invention is not limited to this.
  • the width may be 20 mm to 100 mm, and the length may be 20 mm to 100 mm.
  • the exposed surface is defined as the entrance direction of chloride ion.
  • the exposed surface was not coated, and the other five surfaces were coated with resin. Moreover, the installation position of the sensor performed the case where the depth from an exposed surface is 15 mm, and the case of 35 mm. This specimen was immersed in a 15% aqueous sodium chloride solution and subjected to a salt penetration test into concrete. And the resistance change by corrosion of the iron foil of a conductor pattern part was detected by the chloride ion which is a corrosion factor.
  • FIG. 9 is a diagram showing experimental results. As shown in FIG. 9, a resistance change due to disconnection was detected from a sensor installed at a position of 15 mm close to the salt immersion surface (exposed surface). As a result, it was clearly understood that the corrosion factor had permeated. Thereafter, a resistance change due to disconnection was also detected from a sensor installed at a position 35 mm from the immersion surface (exposed surface) of salt. As a result, when the sensor (conductor pattern part) is made of iron foil material, the sensitivity is high, the time difference in disconnection is small compared to other types, the degree of design freedom is large, and the manufacturing difficulty is low. I was able to confirm.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of a method for producing a conductor pattern portion according to this embodiment.
  • the iron foil material and the base material are integrated to produce an iron foil sheet (step S1).
  • an adhesive is applied to a resin film (for example, a resin film such as PET or polyimide material) serving as a base material, and the iron foil material and the base material are bonded together using a roller or the like. Thereby, an iron foil sheet is produced.
  • a resin film for example, a resin film such as PET or polyimide material
  • a resist film of a conductor pattern is formed on the iron foil of the iron foil sheet produced in step S1 (step S2). That is, a resist film in the shape of a sensor (conductor pattern portion) and a circuit is formed on the iron foil of the iron foil sheet by screen printing or photo printing. At the same time, a guide or the like for individually cutting and separating the sensor by a punching die after completion is printed.
  • step S3 etching is performed (step S3).
  • the resist-printed iron foil sheet is etched in an etching tank.
  • the exposed iron foil not provided with the resist film is dissolved by the etching solution (for example, ferric chloride solution).
  • the iron foil sheet is taken out from the etching tank and the adhering liquid is washed. Thereafter, the resist film is removed with a solvent or the like to complete the outer shape of the conductor pattern portion and the circuit.
  • step S4 division after molding is performed.
  • the sensor conductor pattern portion formed integrally with the circuit for connection
  • water-resistant paint is printed and a protective film is applied to waterproof and protect other circuits.
  • the sensors subjected to the protection process are individually cut and separated using a punching die.
  • the resin sheet has low heat resistance, it is difficult to use solder. For this reason, you may form a connection part using a fitting terminal.
  • the terminal is provided by caulking the connection ground portion of the circuit using a fitting terminal. And it connects with a corrosion detection part with a connector lead wire.
  • the penetration of corrosion factors of steel in concrete structures proceeds uniformly from the concrete surface in the depth direction.
  • the corrosion factor reaches the detection unit (sensor) embedded in the concrete, the corrosion of the sensor is started and the progress of the corrosion progresses uniformly in the same environment. That is, the sensitivity of the sensor that detects disconnection due to the progress of corrosion depends on the thickness or diameter. That is, the smaller the sensor thickness (thinner), the higher the sensitivity of the sensor.
  • a technology to detect changes in resistance value is known. However, in order to detect disconnection by detecting a significant change in resistance value, the time required for corrosion is reduced, that is, the sensor It is very important to increase sensitivity.
  • the sensor described in Patent Document 4 has a thickness reduced by denying the fine iron wire whose diameter is limited to 0.1 mm and applying iron plating to the base material. It is.
  • the technique of plating metal on the base material as in Patent Document 4 causes problems of side etching and pinholes. For this reason, the method of applying iron plating to the base material is not the best measure.
  • the senor is made of iron foil that is a single material.
  • the thickness of the iron foil material is 5 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less as described above.
  • the diameter is 0.1 mm with the finest fine wire. Therefore, compared with the case where the thinnest thin line is used, in the present invention, a sensor with high sensitivity can be realized by setting the thickness of the sensor to 1 ⁇ 4 or less.
  • Non-Patent Document 1 “4.1 Sensitivity of Sensor that does not Energize,” describes the state of corrosion fracture of iron wires embedded in concrete. Here, it is thought that “... the iron wire caused the corrosion fracture. However, in this case, the amount of chloride ions has reached nearly 12 kg / m 3 , which is considered to be the critical amount of corrosion of rebar in concrete. compared to 1.2 ⁇ 2.4kg / m 3 was extremely large. ... also in other specimens, chloride ion amount of depth 5mm position reached 8 ⁇ 10kg / m 3, ... for the position No change was found in the resistance measurement results. " This means that the 0.1 mm iron wire did not break unless the chloride ion amount approached 12 kg / m 3 .
  • Example Outline 1 In the specification of the present application, as a test showing the detection sensitivity of the iron foil sensor, a result of performing an acceleration test in which the sensor is embedded in ordinary concrete and the concrete is cured and then repeatedly immersed and dried in salt water is shown. Furthermore, in order to supplement this and confirm the detection performance of the corrosion sensor according to the present invention, an iron foil sensor and an iron wire sensor as a comparison were tested. FIG. 11 shows the state of this experiment. In this test, in order to clarify the environment in which the sensor corrodes, concrete was added and kneaded in advance, and the performance was confirmed by burying and installing the sensor.
  • the materials used for concrete are ordinary cement, water (tap water), fine aggregate (sand) and coarse aggregate (gravel) specified by JIS.
  • the concrete was mixed with ordinary ordinary concrete, and the mass ratio of water and cement was set to 0.65 (water / cement ratio 65%) to ensure water and oxygen permeability.
  • salt Cl conversion
  • the amount of salt added was 5 levels, and was added to the concrete so that it would be 0 kg / m 3 , 0.8 kg / m 3 , 1.6 kg / m 3 , 3.2 kg / m 3 and 6.4 kg / m 3 in terms of Cl, respectively.
  • the sensor was installed at a depth of 15 mm from the open surface, and the sensor was installed parallel to the open surface.
  • a sensor lead wire was taken out of the concrete specimen.
  • the accelerated test was conducted in a 60 ° C environment where corrosion of the reinforcing bars is likely to proceed, and repeated immersion and drying tests in 60 ° C immersion in water for 3 days, 60 ° C and 60% relative humidity for 3 days in one cycle were performed. . Distilled water was used as the water in which the test specimen was immersed.
  • a wired lead wire was taken out of the test body in advance, and the electrical resistance of the sensor detection unit was measured using a digital multimeter every accelerated cycle.
  • FIGS. 12 to 14 show changes in resistance values of the corrosion sensors in an environment having a salinity of 1.6 kg / m 3 . While no change in resistance value was observed for the iron wire having a diameter of 0.1 mm, changes in the resistance value were observed for all the sensors using the iron foil. A change in resistance value exceeding the upper limit of the graph means a disconnection.
  • FIG. 13 shows the percentage of sensors that break at each salinity concentration in the case of an iron foil sensor having a thickness of 20 ⁇ m
  • FIG. 14 shows the case of an iron wire sensor for comparison.
  • the thickness of the iron foil is 25 ⁇ m or less, it can be judged that the sensitivity is sufficient as a sensor that captures the amount of chloride ions of 1.2 to 2.4 kg / m 3 , which is considered to be the limit of rebar corrosion occurrence in concrete. it is conceivable that. This can be said to be a remarkable effect for the sensor of iron wire. Furthermore, in the present invention, since the iron foil itself is used instead of plating, there is no problem even if there is a pinhole. Moreover, the problem of side etching does not occur.
  • (I) Corrosion sensor The corrosion sensor used in the test is an iron foil sensor made of 10 ⁇ m thick iron foil, and changes the line width and length of the detection part as a form factor, and each level in the experiment The n number of the iron foil sensor was set to 5.
  • the materials used for the concrete were ordinary cement, water (tap water), and JIS stipulated aggregate.
  • the concrete was mixed with ordinary ordinary concrete, and the mass ratio of water and cement was set to 0.65 (water / cement ratio 65%) to ensure water and oxygen permeability.
  • salt sodium chloride
  • the amount of salt added was 5 levels, and each was added to concrete so that it would be 3.6 kg / m 3 or 4.8 kg / m 3 in terms of Cl.
  • the sensor was installed at a depth of 15 mm from the open surface, and the sensor was installed parallel to the open surface.
  • a sensor lead wire was taken out of the concrete specimen.
  • the accelerated test was conducted in a 60 ° C environment in which corrosion of the reinforcing bars is likely to proceed, and repeated immersion and drying tests in 60 ° C water immersion for 1 day, 60 ° C and 60% relative humidity for 1 day in one cycle were conducted. . Distilled water was used as the water in which the test specimen was immersed.
  • a wired lead wire was taken out of the test body in advance, and the electrical resistance of the sensor detection unit was measured using a digital multimeter every accelerated cycle.
  • FIG. 15 is a diagram showing a state in which 50% corrosion cutting has occurred by changing the line width of the sensor.
  • the conductor pattern part is 10 ⁇ m thick and each of the five iron foil sensors with varying line widths embedded in 4.8 kg / m 3 of concrete, half of them were judged to be cut, that is, it was judged that they were cut by corrosion.
  • the number of corrosion sensors where an increase in the resistance value was observed was changed from two to three, the number of cycles was evaluated as 50% corrosion cutting with repeated immersion in water and drying.
  • the line widths were 0.25 mm, 0.5 mm, 1 mm, and 2 mm. However, for 0.25 mm sensors, the resistance increased immediately after placing concrete, and some sensors did not function as sensors.
  • the line width is as thin as 0.25 mm, it is difficult to ensure the strength of the conductor pattern portion by placing concrete, which is not shown in FIG.
  • the corrosion cutting time was cut in proportion to the square of the line width.
  • the corrosion rate in concrete is generally expressed as a constant area and weight loss over a period of time as g / cm 2 ⁇ year.
  • the number of cycles when the line width is 2 mm is 20, which corresponds to 40 days even in a severe salt damage environment in the test. If the line width is thicker than 2 mm, for example, if it is 3 mm, the corrosion cutting time will be 90 days, making it impractical as a concrete corrosion sensor for structural maintenance.
  • FIG. 16 is a diagram showing each iron foil sensor used in the test as a number of cycles of 50% corrosion cutting according to line length.
  • the longer the line length the better the sensitivity to detect corrosion.
  • the line length is 50 mm
  • stable corrosion initiation can be detected at a relatively high salinity of 4.8 kg / m 3
  • corrosion initiation can be detected at a low salinity of 3.6 kg / m 3
  • the sensitivity Can be seen to decrease.
  • an iron foil sensor with a wire length of 50 mm was 50% corrosive cut within 6 cycles, and all the iron foil sensors showed an increase in resistance within 15 cycles.
  • an iron foil sensor with a line length of 20 mm and a line width of 1.0 mm at 4.8 kg / m 3 that was carried out in the same way showed an increase in resistance even after 80 cycles.
  • a wire length of 20 mm or less is not desirable as a corrosion sensor device.
  • the wire length as the iron foil sensor of the present invention is longer than 20 mm and not longer than 1000 mm, more preferably not smaller than 50 mm and not larger than 1000 mm.
  • the detection detection unit of the present invention determines the start of corrosion based on changes in electrical characteristics. However, it is necessary to use iron in concrete for an optimum circuit for enabling more sensitive and stable measurement. The behavior of the foil sensor was examined.
  • the measurement of the change in electrical characteristics is not particularly limited, but since the power consumption due to the complexity of the apparatus can be suppressed, the application to the conductor pattern portion with direct current was examined.
  • the interface circuit and the detection circuit of the detection unit are the circuits shown in FIG. 17, the total applied voltage is in the range of 0.1 to 18 V, and the series resistance R1 with the conductive pattern unit is changed from 180 ⁇ to 480 k ⁇ to change the conductor pattern unit.
  • the applied voltage was changed.
  • the theoretical resistance value of the conductor pattern portion was obtained from the total applied voltage, the resistance value of R1, and the voltage measured at the conductor pattern portion (voltage applied to the conductor pattern portion).
  • the voltage measurement at the conductor pattern portion was performed using an oscilloscope after amplifying the voltage through an amplifier circuit.
  • a conductor pattern with a line width of 0.5 to 2.0 mm, a line length of 5 to 50 mm, and an iron foil thickness of 10 to 20 ⁇ m, a salt concentration of 1.2 to 4.8 kg / m 3 (Cl conversion) The result of having measured the electrostatic capacitance and resistance about the conductor pattern part embed
  • the equivalent logic circuit at the time of measurement is a parallel circuit of a capacitance component and a resistor, and the measurement frequency is 100 kHz.
  • the above phenomenon indicates that the capacitance component increases or decreases depending on the progress of corrosion, and it can be seen that the alternating current measurement is difficult to detect because the current consumption changes due to the change in capacitance.
  • the criterion for starting corrosion cutting is “arbitrary resistance of 100 ⁇ or more and 10K ⁇ or less”
  • stable measurement with the influence of the capacitance component is suppressed at an applied voltage of 0.1mV or more and 2V or less at DC. Is possible.
  • the iron wire sensor has a diameter of 0.1 mm and a length of 50 mm.
  • the iron foil sensor has a thickness of 10 ⁇ m and a length of 50 mm, and the surface facing the PET film of the substrate is not subject to corrosion factor erosion.
  • the width in which the surface area other than that is equivalent to the surface area of the iron wire sensor was calculated. Theoretical resistance values were calculated from these shape conditions and iron resistivity, and the changes in resistance values were illustrated for each corrosion model.
  • FIG. 20 is a diagram showing the model 1
  • FIG. 21 is a diagram showing the model 2.
  • the length of the corroded portion was examined from 0.1 to 10 mm.
  • FIG. 22 is a diagram showing a change in resistance value according to the model 1.
  • the resistance change tendency of the iron wire sensor and the iron foil sensor is almost the same.
  • the resistance change of about 4 ⁇ which is the criterion for corrosion rupture in Non-Patent Document 1 “4.1 Sensitivity of sensor not energized”
  • corrosion phenomena are generally unevenly distributed and that some of the corroded parts develop. Further, assuming use in the target concrete, the non-uniformity of the concrete Therefore, it does not always corrode as in model 1.
  • FIG. 23, FIG. 24, FIG. 25, and FIG. 26 are diagrams showing the results when it is assumed that the length of the corroded portion in model 2 is 0.1, 1, 5, and 10 mm, respectively.
  • the difference between the iron foil and the iron wire becomes clear as the disconnection approaches.
  • the cross-sectional area remaining rate at the time when the resistance value changes markedly tends to increase as the length of the corroded portion increases. It was found that the resistance value of the iron foil changes abruptly when the cross-sectional area residual ratio is 10% or less regardless of the length of the corroded portion.
  • Fig. 27 is a graph in which the corroded part lengths of 0.1 mm and 10 mm are overlapped as a result of examination in model 2.
  • the wire sensor is judged to be broken by the resistance change of 4 ⁇ shown in Non-Patent Document 1 “4.1 Sensitivity of sensor that does not conduct current”, it is judged that the cross-sectional area remaining rate of the corroded portion is 30 to 50%. Therefore, the disconnection judgment range becomes wide depending on the progress of corrosion.
  • the iron foil sensor can detect a state where the remaining area of the cross-sectional area is 5% or less by detecting when the resistance value changes in the range of several ⁇ to several hundred ⁇ , and can detect a state closer to disconnection than the iron wire.
  • a rapid change in resistance value occurs near the disconnection in the iron foil, so that the range in which the disconnection determination is performed is narrow and enables reliable detection.
  • the corrosion phenomenon in concrete is not necessarily represented only by the model according to this study, but a complex corrosion model of model 1 and model 2 is also conceivable. In this case, the plot value in FIG. 22 is broader, and if a change in resistance value of 4 ⁇ is regarded as a disconnection using an iron wire sensor, the disconnection determination range is widened and the uncertainty is increased.
  • the sensor was installed at a depth of 15 mm from the open surface, and the sensor was installed parallel to the open surface.
  • a sensor lead wire was taken out of the concrete specimen.
  • the accelerated test was conducted in a 60 ° C environment in which corrosion of the reinforcing bars is likely to proceed, and repeated immersion and drying tests in 60 ° C water immersion for 1 day, 60 ° C and 60% relative humidity for 1 day in one cycle were conducted. . Distilled water was used as the water in which the test specimen was immersed.
  • a wired lead wire was taken out of the test body in advance, and the electrical resistance of the sensor detection unit was measured using a digital multimeter every accelerated cycle.
  • FIG. 28 is a diagram showing a change in resistance value over time by the acceleration test. Five samples were prepared for each amount of salt to be added, the resistance value of each sample was measured with a digital multimeter in accordance with the acceleration cycle, and the average resistance value of the five samples was plotted. The level of 0 kg / m 3 added with salt was excluded because there was no change in resistance.
  • the change tendency of the resistance value varies depending on the difference in the amount of added salt, and the slope increases as the amount of salt increases.
  • notable range of several ⁇ to several hundred ⁇ which is considered to be the initial stage of corrosion, is noticeable in the upward trend from 1 K ⁇ to M ⁇ order.
  • the amount of salt in the concrete can be assumed by the slope of the resistance value at a certain point and the resistance value after a certain period of time.
  • it is possible to detect disconnection due to corrosion in the range of several ohms to several hundred ohms, and by measuring the change in resistance value after 1 K ⁇ or more, the amount of salt Can be estimated.
  • the sensor of the present invention it is effective to measure several ⁇ to 1 K ⁇ at the initial stage of corrosion and to measure up to M ⁇ order.
  • the thickness of the conductor pattern portion from the substrate is less than 0.1 mm, it is possible to shorten the time until the wire breaks rather than the thin wire, and as a result, the sensor It is possible to increase the sensitivity.
  • the entire sensor can be made as small as possible and the area of the conductor pattern portion can be increased. As a result, it is possible to increase the probability of contacting the corrosion factor and improve the sensitivity of the sensor.
  • the corrosion sensor device is a corrosion sensor device that detects the progress of corrosion of a steel material in a concrete structure, and is a conductor pattern portion formed of an iron foil material produced by rolling iron. And a substrate for holding the conductor pattern part, and measuring the electrical characteristics of the conductor pattern part, and detecting the corrosion factor of the steel material in the concrete structure based on the measured electrical characteristic of the conductor pattern part And a detector.
  • the conductor pattern portion is formed by the iron foil material produced by rolling iron, the degree of freedom in design is higher than that in the case of using a conventional thin wire, and the manufacture is facilitated. As a result, a complicated shape can be easily configured. Further, since the thickness of the iron foil material is very thin, it is possible to shorten the time until the wire breaks rather than the thin wire, and as a result, the sensitivity as a sensor is increased and the conductor pattern portion is held by the substrate. Therefore, it is possible to ensure the strength when placing concrete.
  • the conductor pattern portion has a thickness of less than 0.1 mm from the substrate, and a two-dimensional uneven or spiral circuit is formed on the substrate. It is characterized by comprising.
  • the thickness of the conductor pattern portion from the substrate is less than 0.1 mm, it is possible to shorten the time until disconnection rather than the thin wire, and as a result, it is possible to increase the sensitivity as a sensor. Become.
  • the entire sensor can be made as small as possible and the area of the conductor pattern portion can be increased.
  • the sensor's sensitivity is improved by increasing the probability of contact with the corrosion factor, and the downsizing enables the installation between the concrete surface and the steel material, which detects the corrosion factor before it reaches the steel material. Is possible.
  • the lines need to be long because corrosion occurs stochastically, and the formation of a two-dimensional uneven or spiral circuit on the substrate The same effect as extending the length of the line can be achieved with less space.
  • the method for manufacturing a corrosion sensor device is a method for manufacturing a corrosion sensor device for detecting a corrosion factor of a steel material embedded in a concrete structure, and is an iron foil material manufactured by rolling iron
  • a step of producing an iron foil sheet by integrating the substrate and the substrate, a step of forming a resist film having a concavo-convex or spiral circuit pattern on the iron foil of the iron foil sheet, and the resist film being formed Etching the iron foil sheet, removing the resist film from the etched iron foil sheet, connecting a conductor to the circuit pattern of the iron foil sheet, the conductor, And a step of connecting a corrosion detecting unit for measuring the physical characteristics and detecting the corrosion of the circuit pattern unit.
  • the iron foil material and the substrate are integrated to produce an iron foil sheet, and a resist film having a concavo-convex or spiral circuit pattern is formed on the iron foil of the iron foil sheet and etched.
  • a two-dimensionally complicated pattern can be formed.
  • the corrosion detection method according to the present embodiment embeds the corrosion sensor device according to any of the above in a concrete structure, measures the electrical characteristics of the conductor pattern portion, and measures the measured conductor pattern portion. It is characterized by detecting steel corrosion factors in concrete structures based on electrical characteristics.
  • the conductor pattern portion is formed of an iron foil material, the thickness can be made extremely thin, and the time until disconnection can be shortened rather than the thin wire. As a result, not only the sensitivity as a sensor can be increased, but also detection with low power consumption is possible. Furthermore, since the formed conductor pattern is flat compared to the fine wire, it can be protected with a protective film after manufacturing with glued plastic film, etc., and the fine wire will corrode before installation on concrete On the other hand, it can be transported and installed in a concrete formwork without corroding until installation, and quality can be easily ensured by removing the protective film before placing. In addition, it is difficult to use a protective film because the mechanical strength of aluminum as a base material is insufficient even in the iron plating method.
  • the sensor according to this embodiment is a sensor used in a corrosion sensor device that detects the progress of corrosion of steel in a concrete structure, and is a conductor formed of an iron foil material produced by rolling iron. It has a pattern portion and a substrate for holding the conductor pattern portion, and the electrical characteristics of the conductor pattern portion are changed by a steel material corrosion factor in a concrete structure.
  • the conductor pattern portion is formed by the iron foil material produced by rolling iron, the degree of freedom in design is higher than that in the case of using a conventional thin wire, and the manufacture is facilitated. As a result, a complicated shape can be easily configured.
  • the thickness of the iron foil material is very thin, it is possible to shorten the time until the wire breaks rather than the thin wire, and as a result, the sensitivity as a sensor is increased and the pattern portion is retained during concrete placement. It is possible to ensure the strength of the.
  • the sensor manufacturing method is a sensor manufacturing method used in a corrosion sensor device for detecting a steel corrosion factor embedded in a concrete structure, and is manufactured by rolling iron.
  • a step of producing an iron foil sheet by integrating a foil material and a substrate, a step of forming a resist film having a concavo-convex or spiral circuit pattern on the iron foil of the iron foil sheet, and the resist film It includes at least a step of etching the formed iron foil sheet and a step of removing the resist film of the iron foil sheet after the etching.
  • the iron foil material and the substrate are integrated to produce an iron foil sheet, and a resist film having a concavo-convex or spiral circuit pattern is formed on the iron foil of the iron foil sheet and etched.
  • a two-dimensionally complicated pattern can be formed.

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Abstract

　コンクリート躯体の強度、耐久性、耐力に悪影響を及ぼすことがなく、検知感度の高い鉄筋腐食環境検知センサの実現、鉄筋コンクリート内部の鉄筋に近接した位置に取り付け、鉄筋近傍に浸食する腐食因子が鉄筋に到達する前に捉えることのできる腐食環境検知センサを実現する。腐食センサは、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を検出するセンサであって、鉄筋を腐食させる腐食因子のコンクリートへの浸透状態を検出し、前記腐食因子の浸透状態を示すデータを出力する検出部と、前記検出部を被覆する腐食因子の浸透を妨げないセンサ被覆部と、埋設対象である構造物の耐力を低下させない強度をもつセンサ外装部と、を備える。

Description

腐食センサ
　本発明は、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を検出する腐食センサに関する。
　コンクリート構造物中の鋼材は、コンクリートがアルカリ性環境を保持していることで鋼材表面に不動態皮膜を形成し、腐食から保護されている。しかしながら、例えば、空気中の二酸化炭素、下水道施設における硫酸、あるいは塩化物イオンなどの腐食因子がコンクリート中に浸入すると、この不動態皮膜が破壊され、コンクリート中にある水と酸素によって鋼材の腐食が開始する。
　コンクリート構造物の鋼材が腐食すると、鋼材の体積膨張を生じ、その膨張圧でコンクリートにひび割れを生じ、ひび割れを通じてさらに腐食因子の浸入と外部からの水と酸素の供給によって鋼材の腐食は加速的に進行し、ついにはコンクリート構造物としての機能が保持できなくなる。
　従って、鋼材の腐食が開始する前に腐食因子の侵入や鋼材の腐食開始を検知し、例えば、表面被覆などの対策で腐食因子や水と酸素のさらなる浸入を阻止して鋼材を腐食から守り、コンクリート構造物の予防的な保全を図ることが重要となる。この問題に対し、従来から種々の腐食診断方法が提案されている。例えば、コア抜きを行なって腐食因子を分析する方法や、非破壊的に鋼材の自然電位や分極抵抗を測定する手法、化学センサやガスセンサにより腐食因子を検出する手法、鉄製の細線を模擬腐食部材としてコンクリートに埋設し、細線が断線したときに腐食を検出する手法などが知られている。
　これらの腐食診断手法のうち、細線の断線によって腐食を検知する方法は、（１）予めセンサを埋設することでコア抜きなどコンクリートを痛めることがない、（２）コンクリート表面と鋼材の間に細線を深さに応じて数本設置することで表面からの腐食因子の浸入の時間依存性をモニタリングでき維持管理計画の立案を容易とする、（３）直接的に鉄の腐食を捉えるので腐食因子だけでなく水や酸素の供給状態をも含めた腐食の可能性を検知できる、（４）電気抵抗の変化を捉えるので極めて低消費電力での検出が可能で長期モニタリングに適する、というメリットがあり、細線切断を検出することによる腐食診断方法が、種々提案されている（例えば、特許文献１～３）。
　また、例えば、特許文献４には、検知対象物の使用環境下で検知対象物の金属より腐食し易い金属またはアルカリ溶解性金属からなるベース材、およびベース材の少なくとも一部を被覆して形成され、検知対象物の使用環境下で腐食する金属からなる被膜により形成される検知部と、検知部を保持するための基材と、から構成された腐食センサが開示されている。
　また、特許文献５には、コンクリート構造物中に埋設される鋼材の腐食進行状況を診断するのに用いる腐食センサが開示されている。この腐食センサは、腐食検出部で、測定対象物または測定対象物の近傍に敷設される検出用部材を有し、金属製の検出用部材の腐食を、検出用部材の電気的特性を測定することにより検出する。そして、腐食の検出結果を読取装置に対して無線送信する。この構成により、電気的特性の変化から検出用部材の腐食を検出することができ、鉄筋、ＰＣ鋼線、鋼製シース管等の鋼材の腐食が生じているかどうかを予想することを可能としている。
特開平８－０９４５５７号公報 特開平８－２３３８９６号公報 特許３２０５２９１号公報 特開２００７－１６３３２４号公報 特開２００６－３３７１６９号公報
　しかしながら、細線の使用には問題点もある。まず、検出感度について以下に述べる。細線による検知では腐食によって切断することで達成されるものであり、僅かな腐食で切断が生じる必要があり、検出感度の観点からはなるべく細いことが望ましい。しかしながら、鉄は他の金属と比較して伸ばしにくく、径が０．１ｍｍよりも細い線を作製することは非常に難しい。鉄以外の金属を混ぜることで細くできるが金属の性質が変わってしまうので鋼材腐食検知センサとして適さなくなるという問題がある。また、腐食は確率的に生じるものであり一様に生じることはなく、また腐食には理論的にも腐食部における腐食電池の形成が必要である。従って、細線の長さが短いとコンクリート中の環境が腐食環境となっても確率的に必ずしも細線が腐食切断されない場合も生じ、細線の断面積や表面積に応じて細線には適当な長さがないと腐食速度が遅くなり、何れも結果として腐食検出感度を低下させることとなる。
　また、鉄の細線は、取り扱いが容易ではないという問題がある。細線を回路にハンダ付けする際にも手間がかかり、また、簡単に折れてしまう。これでは大量生産が難しく、産業上望ましくないだけでなく、直線の状態以外では利用が困難である。例えば、感度の向上を図るために細線を長くするとコンクリート内で容易に設置できなくなり、細線の配置形状を変えて設置することも検討されたが、細線は加工しにくいため、複雑な形状の実現は難しい。一方で、コンクリート内へ設置された細線は、コンクリートの打設時にコンクリートの骨材などによって物理的に破損してしまう可能性もある。この問題を解決するために予め硬化したモルタルに溝を掘っておいて、溝に沿わせて細線を巻いてセンサとしてコンクリート内に設置する手法などが必要となるが、細線の加工やモルタルへの配置が煩雑となる。
　一方、このように加工性の低い細線の問題を解決するために、鉄メッキを行なう手法も提案されている。これは、アルミニウムのシートをエッチングして、パターンを形成し、その上に鉄メッキを行なうことにより、センサ部を作製する手法である。アルミニウムに鉄がメッキされた状態でコンクリート内部に埋設されるが、アルミニウムはアルカリ環境下ではすぐに溶けるため、鉄のセンサを実現することができる。また、エッチングにより複雑な導体パターンを構成することができると共に、大量生産が可能であり、メッキであるため、鉄の厚さも制御することができる（例えば、特許文献４）。
　このように、鉄メッキを利用する手法は、センサとしての感度が向上し、設計の自由度も高いが、実際に実験をしてみると、問題点があることが判明した。すなわち、鉄のメッキをアルミニウム上に均一にメッキすることが困難なのである。エッチングで、母材のアルミニウムパターンのエッジが基板に対して鉛直にならず、えぐれるようなサイドエッチングが生じる場合があり、この部分には鉄メッキ被覆が十分に行なわれず、アルミニウム母材が露出してしまうことがある。また、メッキでピンホールが生じる場合がある。これらのケースではコンクリート内でアルミニウムが腐食因子によらずに溶解し、アルミニウムが溶ける際に鉄メッキを割るために結果として断線してしまう。これは、鉄メッキの厚さが２０μｍ程度の場合に確認されている。このように、鉄メッキがうまくいかないため、センサとしてうまく機能しないという製造上の問題点が確認された。
　したがって、鉄単材であって、かつ鉄の細線よりも感度及び加工性の高い材料が求められていた。従来、センサを鉄の細線で構成した場合、最も細い細線で直径が０．１ｍｍである。非特許文献１の「４．１　通電を行わないセンサーの感度」には、コンクリート中に埋設された鉄線の腐食破断の様子が記載されている。ここには「…鉄線が腐食破断を起こしたものと考えられた。しかし,この場合の塩化物イオン量は12kg/m3近くにも達しており,コンクリート中の鉄筋腐食発生限界量とされる1.2～2.4kg/ m3に比べて極めて大きな値であった。…また、他の供試体においても、深さ5mm位置の塩化物イオン量は8～10kg/ m3に達し、…その位置の抵抗測定結果には何の変状も認められなかった。」と示されている。これは、０．１ｍｍの鉄線は、塩化物イオン量が12kg/m3近くに達しなければ、破断しなかったことを意味する。従って、センサの感度をより高めるためには、センサの厚さを０．１ｍｍよりも小さく（薄く）しなければならない。例えば、腐食初期の検知を可能とするため、腐食因子としての塩化物イオン量が1.2～2.4kg/ m3の環境下において、抵抗値の顕著な変化が認められるように、厚さを十分に小さく（薄く）したセンサが望まれる。
　また、従来の腐食センサでは、基本的に、腐食因子に、直接、触れることを前提に設計されている。ここで、腐食因子とは、塩化物イオン、炭酸ガス、等々の個々の腐食に関する物質と、これらの温度、湿度の環境因子を含めた概念である。これらのセンサをコンクリート構造物中に設置する場合、コンクリートの打設時に、センサが傷つく可能性があった。また、センサ近傍に空隙ができ、正確な検知が妨げられる場合があった。また、細鉄線を検知部とした腐食検知センサでは、検知部となる鉄部材が、コンクリートに埋設されるまでに錆びてしまうことがあるため、鉄部材が錆びないようにする必要があった。さらに、既存のコンクリート構造物へ取り付ける場合は、コンクリート構造物の局部に削孔等をおこないセンサを設置することになるが、この場合にも、上記と同様の課題が存在していた。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、センサを保護し、センサ付近の粗大な空隙の発生を回避して、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境の正確な検出を可能とすると共に、コンクリートのブリーディング水等の影響による腐食の進展を回避して、センサ設置自体の影響を排しながら、センサの設置作業を容易にし、作業工程の短縮化を図ることができる腐食センサを提供することを目的とする。
　即ち、本発明は、コンクリート躯体の強度、耐久性、耐力に悪影響を及ぼすことがなく、検知感度の高い鉄筋腐食環境検知センサの実現、鉄筋コンクリート内部の鉄筋に近接した位置に取り付け、鉄筋近傍に浸食する腐食因子が鉄筋に到達する前に捉えることのできる腐食環境検知センサの実現を目的とする。また、細線の切断を検出する考え方を踏襲しながらも、製造上の問題を解決し、感度が高く、設計自由度が大きい腐食センサを実現することを目的とする。
　（１）上記の目的を達成するために、本発明の腐食センサは、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を検出するセンサであって、鉄筋を腐食させる腐食因子のコンクリートへの浸透状態を検出し、前記腐食因子の浸透状態を示すデータを出力する検出部と、前記検出部を被覆する腐食因子の浸透を妨げないセンサ被覆部と、埋設対象である構造物の耐力を低下させない強度をもつセンサ外装部と、を備えることを特徴としている。
　このように、検出部を被覆する腐食因子の浸透を妨げないセンサ被覆部は、塩分等に代表される腐食因子の浸透を妨げず、更には代表的な使用材料としてコンクリート、モルタルまたはセメントペーストで被覆するため、検出部の保護機能が飛躍的に向上し、検査対象の構造物のコンクリート中へ容易に設置することが可能となる。また、検出部が鉄部材である場合は、コンクリート、モルタルまたはペースト内でアルカリ環境下に置かれることから、検出部が不動態被膜で覆われる。その結果、コンクリート、モルタルまたはペースト内部に置かれていない検出部と比較すると錆びにくくなり、設置時の取扱いが容易となる。
　（２）また、本発明の腐食センサにおいて、前記センサ外装部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有する材料で成形されており、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素に代表されるファインセラミックス材料、或いは、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有するコンクリート、モルタル若しくはペーストが用いられており、前記センサ被覆部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の腐食因子の浸透性状を有する材料であるコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されていることを特徴としている。
　このように、センサの強度を支配的に決定するセンサ外装部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有しているため、検査対象の構造物のコンクリート中に設置した後も、強度が確保され、欠陥が発生する可能性がない。また、センサ被覆部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の腐食因子の浸透性状を有する材料であるコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されているので、腐食因子の浸透性状が、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上となり、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を正確に検出することが可能となる。
　（３）また、本発明の腐食センサにおいて、前記検出部は、鉄を圧延することにより作製され、厚さが５μｍ以上２５μｍ以下である鉄箔材で形成された導体パターン部と、前記導体パターン部を保持する基板と、を備え、コンクリート構造物中の鋼材腐食因子によって、前記導体パターン部が断線し、前記導体パターン部の抵抗値の変化が生ずることを特徴とする。
　このように、鉄を圧延することにより作製した鉄箔材によって、導体パターン部を形成するので、従来の細線を用いた場合よりも、設計の自由度が高くなり、製造が容易となる。その結果、複雑な形状を容易に構成することが可能となる。また、鉄箔材の厚さは、非常に薄いため、細線よりも断線するまでの時間を短くすることができ、その結果、センサとしての感度を高めるとともに、パターン部の保持によってコンクリート打設時の強度を確保することが可能となる。
　（４）また、本発明の腐食センサにおいて、前記導体パターン部は、前記基板上で、二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路を構成することを特徴とする。
　このように、基板上で、二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路を構成するので、センサ全体をできるだけ小さいものにすると共に、導体パターン部の面積を大きくすることができる。その結果、腐食因子を接触する確率を高めてセンサの感度を向上させ、小型化によってコンクリート表面と鋼材との間に設置が可能となり、これにより鋼材に腐食因子が到達する前に腐食因子の検知が可能となる。腐食が確率的に生じるため線は長いことが必要であり、基板上での二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路の形成は、
線の長さを伸長するのと同じ効果を少ないスペースで実現可能である。
　（５）また、本発明の腐食センサにおいて、前記センサ外装部は、少なくとも、その一部に円孤、又は楕円孤の輪郭を有することを特徴とする。
　この構成により、ブリーディング水がセンサ周辺に溜まらない形状として、腐食現象がセンサ周辺において局所的に発生しないようにすることができる。
　（６）また、本発明の腐食センサにおいて、前記検出部は、前記データを無線信号で出力することを特徴としている。
　このように、データを無線信号で出力するので、ケーブルをコンクリートから引き出す必要がなくなり、ケーブルとコンクリートとの隙間から腐食因子が浸入することを回避することが可能となる。
　また、検出部をコンクリート、モルタルまたはペーストで被覆するため、検出部の保護機能が飛躍的に向上し、検査対象の構造物のコンクリート中へ容易に設置することが可能となる。また、検出部が鉄部材である場合は、コンクリート、モルタルまたはペースト内でアルカリ環境下に置かれることから、検出部が不動態被膜で覆われる。その結果、コンクリート、モルタルまたはペースト内部に置かれていない検出部と比較すると錆びにくくなり、取扱いが容易となる。
　また、センサ被覆部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の腐食因子の浸透性状を有するコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されているので、腐食因子の浸透性状が、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上となり、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を正確に検出することが可能となる。
　また、センサ外装部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有するコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されているので、検査対象の構造物のコンクリート中に設置した後も、強度が確保されるため、欠陥が発生する可能性を極めて低くすることが可能となる。
　以上のような本発明の腐食センサは、検出対象の構造物に内部の鉄筋近傍に設置し、設置後、コンクリートを打ち込んだ際にセンサ周辺にブリーディング水が偏在し、その影響による腐食が進展しないように、センサ外装部は、少なくとも、その一部に円孤、又は楕円孤の輪郭を有することを特徴としている。
　本願は、高強度モルタル等で構成されたセンサ外装部と、鉄筋腐食因子である塩分、水分、酸素の浸透を妨げない、センサ表面を保護するセンサ被覆部と、検出部と、を含む腐食センサである。センサ自身を取付作業や取り扱い時に壊れることのない強度が必要であるとともに、センサ外装部は、本願を組み込んだ躯体コンクリート全体の強度を低下させない強度を有するものであれば、通常のコンクリート、モルタル、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素に代表されるセラミックス材料で成形して製造する。成形は、型枠、鋳込、押出成形等、通常の方法を用いることができる。
　センサ被覆部は、センサ自身の耐力に影響しない程度の小さな体積占有率であることが好ましい。例えば、図１の肉厚平板形状のセンサ外装部の表層に凹部を設け、検出部を装着し、凹部を埋め込みセンサ被覆部とすることができる。こうして、その強度がセンサ全体の強度低下につながらないセンサ被覆部を形成でき、センサ被覆部は表面だけが露出する形状とし、センサ全体の耐力が躯体の耐力に影響を及ぼさないようにすることができる。
　検知感度等を勘案すると、センサ被覆部は、空隙率が５～２０％のモルタルであることが好ましい。センサ被覆部は、空隙率が５％未満と低すぎると、腐食因子の検出部への到達速度が遅延し、鉄筋の腐食環境の進展を検知する感度が低下する。また、２０％を越えると、センサ被覆部の強度が低下してしまうことや、施工時に腐食センサを設置して、コンクリートを打設するまでの時間に腐食因子が浸透し、センサが腐食するおそれがある。モルタルセンサ被覆部の厚みは５ｍｍ以下であることが好ましい。
　検出部は金属箔を用いる腐食センサであり、因子の侵入によりセンサ自身が腐食し、抵抗、インピーダンスのような電気特性の変化によって腐食環境の変化を捉えるセンサを用いる。鉄箔に回路形成した検知部を用いるのが好ましい。
　センサ外装部は、少なくとも、その一部に円孤、又は楕円孤の輪郭をもって形成し、例えば、図１のような肉厚平板状とすることができる。このとき、ブリーディング水は、円孤、楕円孤の輪郭に沿って上昇し、センサ周辺に溜まらない。腐食現象が局所的に発生しないようにし、センサ自体の設置の影響を極力小さくすることができる。
　また、本発明の腐食センサにおいて、前記検出部は、ＲＦＩＤタグに接続した、前記データを無線信号で出力することもできる。このように、データを無線信号で出力するので、ケーブルをコンクリートから引き出す必要がなくなり、ケーブルとコンクリートとの隙間から腐食因子が浸入することを回避することができる。
　本発明によれば、検出部をセンサ外装部とセンサ被覆部の２種以上の部材で保護するため、センサ被覆部が環境因子の浸透、到達を容易にしながら、検出部の保護機能が飛躍的に向上し、センサの設置による検査対象の構造物のコンクリートへの影響を小さくすることが可能となる。
矩形の検出部および楕円状のセンサ外装部を有するセンサを示す図である。 変形楕円板型に成形した腐食センサの正投影図である。 センサ被覆部モルタルの練混ぜフローを示した図である。 新設構造物に腐食センサを取り付ける様子を示す図である。 既設構造物に腐食センサを取り付ける様子を示す図である。 本実施形態に係る腐食センサ装置の概略構成を示す図である。 二次元的な凹凸形状の導体パターン部を示す図である。 二次元的な渦巻き形状の導体パターン部を示す図である。 本実施形態に係る腐食センサ装置の実験の様子を示す図である。 実験結果を示す図である。 本実施形態に係る導体パターン部の作製方法の手順を示すフローチャートである。 鉄箔センサおよび比較として鉄線センサについて試験を実施した様子を示す図である。 塩分濃度1.6 kg/m3の環境下における各腐食センサの抵抗値変化を示した図である。 塩分濃度1.6 kg/m3の環境下における各腐食センサの抵抗値変化を示した図である。 塩分濃度1.6 kg/m3の環境下における各腐食センサの抵抗値変化を示した図である。 センサの線幅を変化させ、５０％の腐食切断が生じた様子を示す図である。 試験に用いた各鉄箔センサを線長さ別に50%腐食切断のサイクル数として整理して示した図である。 回路図を示す図である。 導体パターン部の抵抗値を示す図である。 導体パターン部の静電容量と抵抗を測定した結果を示す図である。 腐食因子がセンサ両端部を除く表面積全体に浸食し、全ての長さ方向に対し一様に腐食が進み、センサ断面積が減少していくモデル１を示す図である。 センサの一部が腐食因子により浸食されその部分のみ断面積が減少していくモデル２を示す図である。 モデル１による抵抗値の変化を示す図である。 モデル２において腐食部長さが0.1mmとなった時の結果を示す図である。 モデル２において腐食部長さが1mmとなった時の結果を示す図である。 モデル２において腐食部長さが5mmとなった時の結果を示す図である。 モデル２において腐食部長さが10mmとなった時の結果を示す図である。 モデル２で検討した結果の腐食部長さ0.1mmと10mmを重ねたグラフを示す図である。 促進試験による経時的な抵抗値の変化を示す図である。
　（第１の実施形態）
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る腐食センサでは、検出部をセンサ外装部に装着し、モルタルで被覆する構成である。図１は、矩形の検出部１１およびそのセンサ外装部１２を示す模式図である。検出部１１は、例えば、鉄箔を用いて、長方形や正方形、円形、梯子状、階段状など、任意の形状とすることができる。検出部１１は、センサ外装部の凹部１３にセットし、その表面をセンサ被覆部１４で、コートする。センサ被覆部１４は、センサ外装部の凹部１３全体を被覆しても良い（図１（ａ））。被覆は、その一部にとどまってもよい（図１（ｂ））。検出部１１の寸法は、モルタルに使用している骨材の最大骨材寸法よりも大きいことが好ましい。本実施形態では、検出部１１の矩形の一辺の寸法を２０ｍｍ×３０ｍｍとし、センサ外装部の短軸、長軸寸法を６０ｍｍ×９０ｍｍとしている。
　例えば、細骨材で考えた場合、１０ｍｍのふるいを全通することが条件であるため、検出部の矩形の一辺の寸法を１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の大きさ以上とする。また、検出部とセンサ被覆部表面の間隙が小さい場合、コンクリートと接するモルタル面の直上に、コンクリートの骨材が配置される可能性があり、この場合は検出部の寸法がコンクリート骨材よりも小さいと検知感度に影響を受けることが推測される。
　一方、検出部の面積が極端に大きくなる、すなわち埋設するセンサの大きさが著しく大きい場合は、設置するコンクリートの物性と異なるため、変状が生じる可能性があり好ましくない。例えば、６００ｍｍ×８００ｍｍでは好ましくない。センサ外装部１２は、モルタル・コンクリートに不具合を生じない材料で、腐食因子による反応性が無い材料であれば種類を問わない。例えば、ＰＥＴ材やポリイミドなどの高分子樹脂をはじめ、アルミナのような耐食性の高いファインセラミックス基材でも使用できる。高分子樹脂やファインセラミックスは、薄肉化が容易に可能である。
　なお、本実施形態では、検出部１１を、例えば、櫛形の金属で形成しても良いし、鋸歯状の金属で形成しても良い。
　図２は、変形楕円板型に成形した腐食センサの正投影図であり、変形楕円板型に成形した腐食センサの正面図（ａ）、右側面図（ｂ）、左側面図（ｃ）、底面図（ｄ）である。背面図は、正面図と輪郭が同一の図である。平面図は、底面図と同一である。腐食センサ１０において、検出部１１のセンサ被覆部は、直方体型、立方体型、プレート型、円筒型、階段型など、設置に不具合が無ければ任意の形状として良い。しかし、プレート型等の平板形状が特に好ましい。センサ外装部１２は、円孤を両端に有する輪郭をもつ厚肉平板状（全長９２ｍｍ）である。これに、段差のある凹部を設け、浅い段部（約３ｍｍ）に検出部を貼り付けた。深い段部１０ｍｍには、ＩＣ基板等の付属物を収納することができ、外装左部から、リード線を引きだす構造である。この凹部に検出部をセットしたのち、所定モルタルを流し込み硬化させて、検出器のセンサ被覆部とした。センサ被覆部は、凹部のうち浅い段部を埋めた部分となる。このとき、センサ外装部の凹部の水平面を越えて、センサ被覆部を盛り上げても良いが、その厚みは、５ｍｍ以下であることが、好ましい。深い段部も、斜面状の部分もモルタルで同時に埋め込むことができる。
　センサ被覆部の寸法は、上記の検出部の寸法と同様の理由により、小さすぎても大きすぎても好ましくない。図２に示すように、浅い段部（深さ約３ｍｍ）で検出部を被覆するセンサ被覆部の寸法は、例えば、５０ｍｍ～６０ｍｍ、厚さは５ｍｍ以下である。センサ被覆部厚は、小さいほうが検知感度の向上に繋がる等の理由で、２ｍｍ～５ｍｍ程度とするのが好ましい。
　［センサ外装部について］
　コンクリートとは、セメント、水、細骨材、粗骨材および必要に応じて加える混和材料を構成材料とし、これらを練り混ぜその他の方法によって混合したもの、または硬化させたものをいう。モルタルとは、セメント、水、細骨材および必要に応じて加える混和材料を構成材料とし、これらを練り混ぜその他の方法によって混合したもの、または硬化させたものをいう。ペーストとは、セメント、水および必要に応じて加える混和材料を構成材料とし、これらを練り混ぜその他の方法によって混合したもの、または硬化させたものをいう。細骨材とは、１０ｍｍ網ふるいを全部通り、５ｍｍ網ふるいを質量で８５％以上通る骨材をいう。粗骨材とは、５ｍｍ網ふるいに質量で８５％以上とどまる骨材をいう。センサ外装部は、コンクリートを用いた。
　［センサ被覆部について］
センサ被覆部は、空気量が５～２０％のモルタル製とし、センサ自身の耐力に影響しない程度の小さな体積占有率で、図２の肉厚平板形状のセンサ外装部の表層に凹部を設け、凹部に検出部を装着し、これをコートし、埋め込む。厚みは２ｍｍとした。センサ被覆部は露出している。
　被覆モルタルに使用するセメントは、普通ポルトランドセメント以外に、他のポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメントなどの混合セメントや、あるいは低熱高炉セメントや中庸熱フライアッシュセメントなどを用いることも考えられる。また、市販品に限定するものではなく、混合材の混合比等を換えて製造したセメントでも良い。特に、腐食因子として塩分の浸透による腐食環境を検知しようとした場合、単位容積あたりの被覆モルタルに含まれるＡｌ２Ｏ３の量が影響する。被覆モルタルに含まれるＡｌ２Ｏ３の量は用いるセメント種類と、被覆モルタルの配合等によって決まるが、良好な塩分浸透性を示す単位容積あたりの被覆モルタルに含まれるＡｌ２Ｏ３の量は４０ｇ／リットルより多いと浸透性がよくなく、望ましくは３２ｇ／Ｌ以下、より望ましくは３０ｇ／Ｌ以下となるように、セメント種類および配合を選定することが好ましい。
　［センサ被覆部モルタルの配合について］
　表１に被覆モルタルの基本配合を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　ここで、セメントは、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）を用い、ＬＳＰとは、石灰石微粉末であり、Ｗ／Ｃは、水セメント比、Ｗ／Ｐは、水／（セメント＋石灰石微粉末）比、Ｓ／Ｐは、セメントと石灰石微粉末の合量に対する細骨材（Ｓ）の重量比である。ＭＣは、保湿剤（メチルセルロース）、ＴＢは、有機繊維（ポリアミド繊維５ｍｍ長さ）を示した。石灰石微粉末は、ブレーン値４０００のものを使用した。ＭＣは、保湿剤として、初期乾燥の進行を緩和するため、ＴＢは、成形安定性を付与し、ひび割れやそり防止のために使用した。この基本配合に、細骨材を添加した次配合について、空気含有率を変化させて、センサ被覆部として優れたモルタルを見いだした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　細骨材には豊浦砂を用いた。細骨材は、適宜、その種類、量を変更して用いることができる。なお、水は、一般に上水道水であれば良く、ＪＩＳ適合水でも良い。モルタルの水セメント比（重量％）の範囲は２０％～７０％程度の範囲で設定することが好ましい。
　水セメント比は、対象のコンクリートの水セメント比に対して同等であることが最も好ましく、１０％以下程度に小さく設定しても良い。
図３に、センサ被覆部モルタルのホバートミキサを用いた練混ぜフローを示した。表２の配合に細骨材（砂）を、表１のＳ／Ｐ比で、加えた配合を用いて硬化体を作成して、フレッシュ時の空気量、塩分浸透試験、促進中性化試験、強度試験及び目視によるひび割れ確認試験を実施した結果を表３に示した。表２中、BB:高炉セメント、FAC:フライアッシュセメント、MFC：中庸熱フライアッシュセメント、LC：低熱ポルトランドセメント、である。表３は、試験結果一覧例（材齢１４日：細骨材の体積を除いたセンサ被覆部単位容積あたりのＡｌ２Ｏ３量は除く）である。なお、フレッシュ時の空気量を除く各試験の評価結果（◎、○、△、▲、×）については、比較例７（ＯＰＣを用いた基準コンクリートの結果）との差により表４に示す基準により評価した。そのときの材齢は１４日である。（７＊：基準となるコンクリート）
　強度は、所定の養生直後の試験体を用いて、ＪＩＳ　Ｒ５２０１　附属書２「セメントの試験方法－強さの測定」に準拠して実施した。空気量は、練り混ぜ直後のモルタルの試験体の体積に対する空気量の体積割合である。ＪＩＳ　Ａ１１１６「フレッシュコンクリートの単位容積質量試験方法及び空気量の質量による試験方法（質量方法）」に準拠し、容積４００ｃｍ３の容器を用いて試験を行った。
　塩分浸透試験および促進中性化試験の試験体は、モルタルを練り混ぜた後、４０×４０×１６０ｍｍの型枠に打ち込み、翌日脱型後、封緘養生で３日間、その後気中養生で５日間後から開始した。塩分浸透試験については、所定の養生経過後の試験体を室温２０℃、水温２０℃±３℃、塩分（ＮａＣｌ）濃度３．０±０．３％の水溶液に浸漬させ、材齢毎に取り出した試験体を割裂し、断面を露出させ、その断面に５％クロム酸カリウム溶液を数回吹きかけ乾燥させた。その後、０．１規定硝酸銀溶液を吹付け白色になった部分を塩分浸透部と考え、その浸透深さをノギスで測定した。促進中性化試験は、ＪＩＳ　Ａ１１５３の「コンクリートの促進中性化試験方法」に準拠して行った。
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 　実施例１～１７についての塩分の浸透は、空気量が５～２０％程度の試験体で概ね、基準コンクリート以上の浸透深さに達する。また、促進中性化試験においては、基準コンクリートに比較して１．３倍の浸透深さに達する。このことは同一材齢において、基準コンクリートに比較して、実施例では、より深くまで塩分ないしは中性化が進行することを表しており、空気量５～２０％程度のモルタルを用いて、検出部を２～５ｍｍ厚で被覆すれば実際の鉄筋まで到達すべき腐食因子の影響を、より早期に感知することが可能となることを示している。測定結果には載せていないが、材齢が進行することにより基準コンクリートに比較し、塩分浸透及び中性化試験の結果については、同程度ないしは差が広がる傾向を確認している。また、ひび割れの有無については実施例のすべてにおいてひび割れは確認されず、コンクリートに埋設されるまでに錆びることもない。強度については一部、基準コンクリートに比べ低くなるものも確認されるが、その値は小さく、かつ、躯体コンクリートに占める占有率も極小さいことから問題とはならないと考えられる。これらのことを勘案すると、Ｗ／Ｃにおいては、３０％～６０％、ＬＳＰ添加量としては５～２０％、ＭＣ添加量としては１％程度、有機繊維添加量としては、０．４％が最適と考えられ、各種セメントに対して適切な範囲で各材料を配合することで良好なセンサ被覆部モルタルを得ることが可能となる。
　実施例に比較し、比較例では、ＬＳＰやＭＣ、有機繊維の添加量が適切ではない場合は、ひび割れが発生したり、強度が過度に低下することとなり、目的とする性能を有するセンサ被覆部モルタルを得ることができない。
　［埋設物］
　腐食センサは、検出部、センサ外装部、センサ被覆部を一体としたセンサ（基板等を含めて良い）と、ケーブル（無線の場合は不要）をセンサ外装部に埋設することもできる。また、無線方式（ＲＦＩＤ方式）の場合は、ＲＦＩＤタグ部をセンサ外装部に埋設してもよく、図の通り、別途、設置することもできる。このとき共に、ワイヤレスのセンサとする。無線方式は、新設構造物、既設構造物の維持管理において、効率化だけでなくデータの保持や、長期耐久性の観点でも極めて有効な手段である。特に、既設構造物に埋設する場合、削孔部の躯体表面近傍は入念な補修が必要となり、無線であることのメリットは大きい。
　［製造方法］
　検出部１１を被覆するセメントモルタルは、直方体、立方体、プレート型、円筒状、階段状など、設置に不具合が無ければ任意の形状として良くが、平板状であって、楕円孤、円孤の輪郭を有するものが特に好ましい。前記形状となる型枠を使用してセンサ外装部を作製する。この際、検出部１１の位置精度は、型枠で決定するので、設置が簡便である。検出部１１は、モルタルを流し込む前にあらかじめセンサ外装部の所定位置に設置されることとなる。検出部１１をセンサ外装部１２に設置後、まだ固まらない所定空気量のモルタルを前記センサ外装部に流し込んで、センサ被覆部とし、硬化させて作製する。
　本実施形態に係る腐食センサは、以上のような手法を用いて工場で製造することができるため、品質および精度が確保され、コンクリート中での測定において、腐食センサの検知データのばらつきを抑えることができる。すなわち、不確実性の少ない腐食センサを提供することが可能となる。
　［構造物への設置］
　［新設構造物］
　図４は、新設構造物に腐食センサを取り付ける様子を示す図である。構造物に不具合の生じないように、腐食センサ１０を任意の位置に設置する。腐食センサの固定は、内部の鉄筋を活用する。有線の場合はケーブルを外に引き出すが、無線の場合は、ＲＦＩＤタグ２０等を一緒に構造物内に設置する。腐食センサとタグは有線で接続し、分割した場所でも、同一の箇所に設置しても良い。
　［既設構造物］
　図５は、既設構造物に腐食センサ１０を取り付けた様子を示す図である。既設構造物のかぶりコンクリートを一部はつり、鉄筋部を露出させたうえで、腐食センサ１０を設置し、補修モルタル等で、はつり部を充填する。これにより、有線・無線ともに活用できる。無線はＲＦＩＤだけではなく、特定小電力無線や、電池を積んだアクティブタイプＲＦＩＤを用いても良い。また、無線通信部は構造物に埋設することが好ましいが、構造物外に出して設置しても良い。
　以上説明したように、第１の実施形態に係る腐食センサによれば、検出部１１をセンサ外装部に設置した後、特に、所定モルタルで被覆すると、検出部１１の保護機能が飛躍的に向上し、検査対象のコンクリート中への設置が容易となる。コンクリート躯体の強度、耐久性、耐力に悪影響を及ぼすことがなく、検知感度の高い鉄筋腐食環境検知センサを実現し、鉄筋コンクリート内部の鉄筋に近接した位置に取り付け、鉄筋近傍に浸食する腐食因子が鉄筋に到達する前に捉えることのできる腐食環境検知センサを実現した。検出部１１が鉄部材である場合は、コンクリート内でアルカリ環境下におかれることから、不動態被膜で覆われる。その結果、コンクリート内部におかれていない検出部と比較すると錆びにくくなり、取扱いが容易となる。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明者は、一部の磁性薄膜や磁気デバイス等の特殊用途に用いられる鉄箔材に着目して、これをコンクリート構造物中の鋼材の腐食を診断するために用いることを見出し、本発明をするに至った。鉄箔材は、鉄を電気分解して純鉄にし、それから圧延するため、鉄を非常に薄くすることができる。この鉄箔材であれば、レジストを印刷してエッチングをすることができる。従って、鉄箔材を用いることにより、細線や鉄メッキではできなかった小型で複雑なセンサを構成することが可能となる。なお、本明細書では、鉄箔材と細線との相違を次のように定義する。すなわち、細線は、鉄に張力を与えて引っ張ることにより作製されるものであるのに対し、鉄箔材とは、鉄を圧延することにより作製されるものである。その結果、細線は、最も細くても径が０．１ｍｍ以上であるのに対し、鉄箔材は、厚さが０．１ｍｍ未満である。
　コンクリート構造物中の鋼材の腐食進行状況を検出するセンサとしてのより好適な鉄箔材の厚さは３μｍ以上、０．１ｍｍ未満である。鉄箔の厚さが０．１ｍｍ以上ある場合にはエッチングに時間を要し、この間に鉄が酸化されることで膨張を生じてレジスト膜を損傷させ、一様な線幅が確保できない場合がある。一方、鉄箔材の厚さは３μｍ以上であることが好ましい。３μｍより薄いとコンクリート打設時に物理的な強度が不足して断線することがある。物理的強度と腐食検知の感度を考慮すると、５μｍ以上２５μｍ以下とすることがより好ましい。
　また、鉄箔の線幅に関しては、０．１ｍｍ未満の線幅の場合にはエッチング中に断線を生じる場合もあり、一方で、下地材との付着力が弱く、製造あるいはコンクリートの打設で損傷を受けやすくなる。エッチングやコンクリート打設、設置、フィルムによる保護の観点からは０．１ｍｍ以上が望ましく、さらに線幅が太い場合には腐食切断による感度が低下するため、線幅が２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
　図６は、本実施形態に係る腐食センサ装置の概略構成を示す図である。この腐食センサ装置１０１は、鉄箔材で形成された導体パターン部１１０ａが基板１１０ｂに保持されており、導体パターン部１１０ａが腐食検出部１０２に電気的に接続されている。導体パターン部１１０ａは、鉄箔材により形成されているため、厚さが０．１ｍｍ未満である。導体パターン部１１０ａおよび基板１１０ｂは、センサを構成する。
　図６において、導体パターン部１１０ａは、二次元的に複雑な形状を取ることが可能である。例えば、図７Ａは、二次元的な凹凸形状の導体パターン部１１０ａを示す図であり、図７Ｂは、二次元的な渦巻き形状の導体パターンを示す図である。このように、鉄箔材を用いるため、細線では不可能な複雑な形状の導体パターン部１１０ａを構成することが可能となる。
　基板上での二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路の形成は、線の長さを省スペースで実現可能とするものである。線の長さについて、厚さ５～２５μｍ、線幅１．０ｍｍでの鉄箔を用いた検討では、線の長さ２０ｍｍでは塩分含有コンクリートに対して切断しないセンサが約１割認められ、線の長さは５０ｍｍ以上とすることですべての線が断線した。線の長さは、用いる鉄箔の厚さ、線幅、設置可能スペースに依存するが、線長さとしては５０ｍｍ以上が望ましい。一方、線長さが１０００ｍｍを超えると、パターン部の面積が大きくなり、構造物中に埋設する上で好ましくない。本実施形態では、例えば、鉄箔の厚さ２０μｍを用い、導体パターン部の線幅１．０ｍｍ、線の長さは総計で２５０ｍｍである。
　上記センサにリード線１１６を接続し、コンクリート構造物に埋設し、センサに接続されたリード線１１６のもう一方をコンクリート構造物の外部に引き出して、インタフェース回路および検出回路から構成される腐食検出部と接続して、腐食センサ装置を構成することができる。この腐食検出部により、リード線１１６に接続されたセンサ部の電気的特性を把握することによって断線を検知することが可能となる。しかし、図６に示すように、腐食検出部をパッシブ型ＲＦＩＤに代表されるバッテリーレスの無線モジュールで構成し、腐食センサ装置全体をコンクリート構造物に埋設することにより長期間に渡り計測することが可能となる。無線モジュールを構成することによって、センサに接続されたリード線１１６を伝達して腐食因子がコンクリート内部に侵入する可能性を排除すると共に、リード線１１６自体が腐食により劣化することを回避することができる。さらに、本腐食センサ装置自体をもコンクリート中に埋設することによって、腐食検出部の腐食因子による劣化を防ぐ効果を有する。腐食センサ装置は、腐食環境にあるコンクリートの検知に使用される場合が多いため、無線モジュールで腐食センサ装置を構成してコンクリート構造物に埋設することは本装置自体の耐久性確保の観点から見ると効果が大きい。
　図６に示すインタフェース回路１１２は、導体パターン部１１０ａと、無線モジュール１１３とを接続する回路であり、電圧（電位差）、電気抵抗、インピーダンス、静電容量など導出パターン１０ａの電気的特性を、電圧値などを出力値として無線モジュールに受け渡すものである。例えば、一定の電圧を印加して導出パターン１０ａの電気的特性である抵抗値を取得して抵抗値に応じた値を電圧値として出力することで、腐食断線によって生じる抵抗値の低下を印加電圧に対する比率で断線を検知することを可能とする。無線モジュール１１３は、特定小型小電力無線、ＲＦＩＤ、無線ＬＡＮなど、無線による送受信で外部に検知情報を伝達するものであり、検出回路１１３ａおよび無線通信回路１１３ｂを有している。検出回路１１３ａは、インタフェース回路１１２からの信号を読取るもので、アナログ／デジタル変換回路などが相当する。本実施形態では、導体パターン部１１０ａの電圧を検出することとする。無線通信回路１１３ｂは、検出回路１１３ａの検出結果を、アンテナ１１４を介して、外部の読取装置に対して無線送信する。ここで、インタフェース回路１１２、無線モジュール１１３、およびアンテナ１１４は、腐食検出部を構成する。
　また、図６において、無線モジュール１１３の無線通信回路１１３ｂは、変調回路、充電／電源部、メモリなどから構成される。この電源部では、バッテリを搭載するタイプのものであっても良いし、いわゆるバッテリーレス、すなわち、蓄電機能を有し、外部から供給される電磁波による誘導電圧を一時的に蓄えるものであっても良い。無線通信回路１１３ｂに含まれるメモリは、全体の制御を行なうオペレーティングシステム、構造物の状態を検知するプログラム、検知した情報の記録などに用いるＲＯＭやＲＡＭなどで構成される。メモリにはセンサのＩＤ番号を搭載してもよく、また、読取装置から構造物の埋め込み位置に関する情報をＲＡＭに書き込み、これら情報をセンサで検知した情報と共に読み取り装置で読み取ってもよい。
　また、図６におけるアンテナ１１４は、金属類、カーボンファイバーやフェライトなどが用いられ、中空の巻き線、あるいは磁性体巻き線、あるいは基板上にプリント技術を利用して成形したものを用いることが望ましく、ＰＥＴなどのフィルム間にこれら材料を挟み込んで使用してもよく、またその形状はリング状、棒状、円盤状など適当な形に成型して用いてもよい。
　また、導体パターン部１１０ａは、例えば、腐食因子が進行する方向とほぼ直交する面上を設けると、腐食因子を捉える確率を上げることができる。さらに、複数の導体パターン部１１０ａを深さ方向に平行に設ける。これにより、コンクリート内部に浸透する腐食因子を経時的に捉えることが可能であり、これにより、鋼材に腐食因子が到達するまでの期間を拡散の理論に基づいて精度よく予測することができ、コンクリート構造物の維持管理では有用な情報となる。例えば、腐食因子が拡散によってコンクリート表面から内部へ浸透するとすれば、コンクリート表面から導体パターン部１１０ａまでの距離をＡ、コンクリート表面から鋼材までの距離をＢ、コンクリート構造物建設から腐食センサ装置が腐食因子を検知した時間をＴＡとすると、コンクリート構造物建設から鋼材の腐食が生じるまでの時間ＴＢは、ＴＢ＝ＴＡ・（Ｂ２／Ａ２）として予測することができ、腐食センサ装置で検知した情報に基づいて、コンクリート構造物を劣化から守る対策を劣化が生じる前に施すことが可能となる。
　本発明者は、鉄箔材によるセンサを製作し、検知確率の実験を行なった。図８は、本実施形態に係る腐食センサ装置の実験の様子を示す図である。センサ（導体パターン部）の形状は、上記のように、二次元的な凹凸形状や渦巻き形状とする。これは、コンクリートの外部から侵入した腐食因子を検知しやすくするためである。本実施形態では、基板１１０ｂを横４０ｍｍ、縦５０ｍｍのサイズとした。ただし、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、横を２０ｍｍ～１００ｍｍとすることもでき、縦を２０ｍｍ～１００ｍｍとすることもできる。図８において、腐食因子を塩化物イオンとしたときに、曝露面を塩化物イオンの進入方向とした。曝露面には被覆はせず、他の５面については樹脂による被覆を行なった。また、センサの設置位置は、曝露面からの深さが１５ｍｍの場合と３５ｍｍの場合とを行なった。この試験体を、１５％の塩化ナトリウム水溶液中に浸漬し、コンクリートへの塩分浸透試験を行なった。そして、腐食因子である塩化物イオンによって、導体パターン部の鉄箔の腐食による抵抗変化を検知した。
　図９は、実験結果を示す図である。図９に示すように、塩分の浸漬面（曝露表面）から近い、１５ｍｍの位置に設置したセンサから断線による抵抗変化が検知された。これにより、明確に腐食因子が浸透していることが把握できた。また、その後、塩分の浸漬面（曝露表面）から３５ｍｍの位置に設置したセンサからも断線による抵抗変化が検知された。その結果、鉄箔材によりセンサ（導体パターン部）を構成したときは、感度が高く、断線時差が他の種類と比較して小さく、設計自由度が大きく、そして、製造難易度が低いことを確認することができた。
　次に、本実施形態に係る腐食センサ装置の作製方法について説明する。図１０は、本実施形態に係る導体パターン部の作製方法の手順を示すフローチャートである。まず、鉄箔材と下地材とを一体化させて、鉄箔シートを作製する（ステップＳ１）。ここでは、下地材となる樹脂フィルム（例えば、ＰＥＴ、ポリイミド材等の樹脂フィルム）に、接着剤を塗布し、ローラ等を用いて、鉄箔材と下地材とを張り合わせる。これにより、鉄箔シートが作製される。
　次に、ステップＳ１で作製した鉄箔シートの鉄箔上に、導体パターンのレジスト膜を形成する（ステップＳ２）。すなわち、鉄箔シートの鉄箔上に、センサ（導体パターン部）および回路の形状のレジスト膜を、スクリーン印刷やフォト印刷等によって形成する。これに併せて、完成後にセンサを抜き型によって個々に切断・分離するためのガイド等も印刷する。
　次に、エッチングを行なう（ステップＳ３）。ここでは、レジスト印刷した鉄箔シートを、エッチング槽にてエッチングする。これにより、レジスト膜が施されていない露出した鉄箔は、エッチング液（例えば、塩化第２鉄溶液）によって溶解する。エッチング終了後、鉄箔シートをエッチング槽から取り出して、付着液を洗浄する。その後、レジスト被膜を溶剤等によって除去し、導体パターン部および回路の外形が完成する。
　次に、成形後の分割を行なう（ステップＳ４）。接続するための回路と一体成形したセンサ（導体パターン部）において、それ以外の回路の防水・保護のため、耐水塗料の印刷や、保護フィルムの貼付を行なう。その後、抜き型を用いて、保護処理を施したセンサを個々に切断・分離する。ここで、樹脂シートは耐熱性が小さいため、ハンダを用いることが難しい。このため、嵌合端子を用いて接続部を形成しても良い。端子は、回路の接続用グラウンド部に、嵌合端子を用いてかしめることにより設ける。そして、コネクタ・リード線により、腐食検出部と接続する。
　コンクリート構造物中の鋼材の腐食因子の浸透は、コンクリート表面から深さ方向に一様に進行する。腐食因子がコンクリートに埋設した検知部（センサ）に到達すると、センサの腐食が開始され同一環境下では腐食の進展も一様に進行する。つまり、腐食の進展により断線を検知するセンサの感度は、厚さまたは直径に依存する。すなわち、センサの厚さが小さく（薄く）なるほど、センサの感度は高くなる。鋼材の腐食検知を行なう場合、抵抗値の変化を検出する技術が知られているが、抵抗値の顕著な変化を捉え断線を検知するためには、腐食に要する時間を小さくする、つまりセンサの感度を高めることが非常に重要である。
　センサの感度を高めるために、直径０．１ｍｍが限度であった鉄の細線を否定し、ベース材に対して鉄メッキを施す手法用いることによって厚さを小さくしたものが特許文献４記載のセンサである。しかし、上記のように、特許文献４のようなベース材に金属をメッキする手法では、サイドエッチングやピンホールの問題が生ずる。このため、ベース材に対して鉄メッキを施す手法は、最善策ではない。
　本実施形態では、単独の材料である鉄箔でセンサを構成する。上記のように本明細書中に記載したように、本実施形態では、鉄箔材の厚さは５μｍ以上２５μｍ以下である。このように薄い腐食センサを単独の材料で構成した事例は従来には存在しない。上記のように、本願発明の属する技術分野において、センサを鉄の細線で構成した場合、最も細い細線で直径が０．１ｍｍである。従って、最も細い細線を用いた場合と比較して、本願発明では、センサの厚さを１／４以下とすることで高い感度のセンサを実現できる。
　次に、このような本願発明の効果を裏付けると共に、数値範囲の臨界的意義を、説明する。非特許文献１の「４．１　通電を行わないセンサーの感度」には、コンクリート中に埋設された鉄線の腐食破断の様子が記載されている。ここには「…鉄線が腐食破断を起こしたものと考えられた。しかし,この場合の塩化物イオン量は12kg/m3近くにも達しており,コンクリート中の鉄筋腐食発生限界量とされる1.2～2.4kg/ m3に比べて極めて大きな値であった。…また、他の供試体においても、深さ5mm位置の塩化物イオン量は8～10kg/ m3に達し、…その位置の抵抗測定結果には何の変状も認められなかった。」と示されている。これは、０．１ｍｍの鉄線は、塩化物イオン量が12kg/m3近くに達しなければ、破断しなかったことを意味する。
　これに対し、本願発明に係るセンサでは、実験の結果、塩化物イオン量が1.2～2.4kg/ m3の環境下において、抵抗値の顕著な変化が認められた。以下、実験の方法と結果を説明する。
　［実験概要１］
　本願明細書では、鉄箔センサの検知感度を示す試験として、センサを普通コンクリート中に埋設し、コンクリートが硬化したのち、塩水中に浸漬・乾燥を繰り返す促進試験を実施した結果を示している。さらに、これを補足し、本願発明に係る腐食センサの検知性能を確認するため、鉄箔センサおよび比較として鉄線センサについて試験を実施した。図１１は、この実験の様子を示す図である。この試験は、センサが腐食する環境を明確にするため、予め塩分を添加して練り混ぜたコンクリートを使用し、センサを埋設・設置して、性能確認を行った。
　［実験方法１］
　（i）腐食センサ
　試験に用いた腐食センサは、鉄箔センサ2種類（厚さ：10μm、20μm）、鉄線センサ1種類（φ0.1mm）の計３水準とした。
　（ii）コンクリート
　コンクリートに使用した材料は、普通セメント、水（上水道水）、JIS規定の細骨材（砂）、粗骨材（砂利）である。コンクリートの配合は一般的な普通コンクリートの配合とし、水および酸素の透過性を確保するため、水とセメントの質量比を0.65と設定した（水セメント比65％）。このコンクリートに、予め塩分（Cｌ換算）を添加し、腐食環境を変化させたコンクリートを作製した。塩分添加量は5水準とし、それぞれCl換算で0kg/m3、0.8 kg/m3、1.6 kg/m3、3.2 kg/m3、6.4 kg/m3となるようにコンクリートに添加した。これは、コンクリート中の鉄筋の腐食の開始・進行が、塩分条件によって変化するためであり、コンクリート中のCl量：1.2 kg/m3～2.4kg/m3が、鉄筋腐食開始のひとつの指標とされていることから設定した。
　（iii）試験体および計測方法
　試験体は、キュービック状として作製し、6面のうち5面を樹脂で被覆し、残りの1面を曝露面（開放面）として酸素および水の供給面として促進試験を実施した（添付の実験概略図参照）。
　センサの設置位置は、開放面から15mmの深さ位置とし、開放面と平行となるようセンサを設置した。なお、センサからは計測用のリード線をコンクリート試験体の外に出して作製した。促進試験は鉄筋の腐食が進行しやすい60℃環境で実施し、60℃水中浸漬－3日間、60℃・相対湿度60％－3日間を1サイクルとした水中浸漬・乾燥の繰り返し試験を実施した。なお、試験体を浸漬した水には蒸留水を使用した。センサの計測は、有線のリード線を試験体の外に予め出しておき、促進1サイクル毎に、デジタルマルチメーターを用いてセンサ検知部の電気抵抗を測定した。
　［実験結果１］
　図１２～図１４に塩分濃度1.6 kg/m3の環境下における各腐食センサの抵抗値変化を示した。直径0.1ｍｍの鉄線では全く抵抗値変化が認められなかったのに対し、鉄箔を用いたセンサでは、すべて抵抗値変化が認められた。グラフの上限を超えた抵抗値変化は、断線を意味している。
　図１３には、厚さ20μｍの鉄箔センサの場合に各塩分濃度で断線するセンサの割合を示し、図１４には、比較のために鉄線センサの場合を示した。厚さ20μｍの鉄箔センサでは、40サイクルまでに1.6 kg/m3で100％、0.8 kg/m3で50％以上のセンサの断線が確認されたが、鉄線センサでは、3.2 kg/m3でも50％に満たず、1.6 kg/m3、0.8 kg/m3では、断線が確認できなかった。
　以上により、鉄箔が25μｍ以下の厚さであれば、コンクリート中の鉄筋腐食発生限界量とされる1.2～2.4kg/ m3の塩化物イオン量を捕らえるセンサとして十分な感度であると判断できると考えられる。これは鉄線のセンサに対して顕著な効果であると言える。さらに、本願発明では、メッキではなく、鉄箔そのものを使うので、仮にピンホールがあっても問題はない。また、サイドエッチングの問題が生ずることもない。
　［実験概要２］
　本願発明に係る腐食センサの検知性能を確認するため、鉄箔センサの検知感度を示す試験として、センサを普通コンクリート中に埋設し、コンクリートが硬化したのち、水中に浸漬・乾燥を繰り返す促進試験を実施した。この試験は、センサが腐食する環境を明確にするため、予め塩分を添加して練り混ぜたコンクリートを使用し、センサを埋設・設置して、性能確認を行ったものである。
　［実験方法２］
　（i）腐食センサ
　試験に用いた腐食センサは、厚さ10μｍの鉄箔を素材とした鉄箔センサとし、形状因子として検知部の線幅、線の長さを変化させ、実験での各水準の鉄箔センサのｎ数は5とした。
　（ii）コンクリート
　コンクリートに使用した材料は、普通セメント、水（上水道水）、JIS規定の骨材とした。コンクリートの配合は一般的な普通コンクリートの配合とし、水および酸素の透過性を確保するため、水とセメントの質量比を0.65と設定した（水セメント比65％）。このコンクリートに、予め塩分（塩化ナトリウム）を添加し、コンクリートを作製した。塩分添加量は5水準とし、それぞれCl換算で3.6 kg/m3または4.8 kg/m3となるようにコンクリートに添加した。
　（iii）試験体および計測方法
　試験体は、キュービック状として作製し、6面のうち5面を樹脂で被覆し、残りの1面を曝露面（開放面）として酸素および水の供給面として促進試験を実施した（実験概略図参照）。
　センサの設置位置は、開放面から15mmの深さ位置とし、開放面と平行となるようセンサを設置した。なお、センサからは計測用のリード線をコンクリート試験体の外に出して作製した。促進試験は鉄筋の腐食が進行しやすい60℃環境で実施し、60℃水中浸漬－1日間、60℃・相対湿度60％－1日間を1サイクルとした水中浸漬・乾燥の繰り返し試験を実施した。なお、試験体を浸漬した水には蒸留水を使用した。センサの計測は、有線のリード線を試験体の外に予め出しておき、促進1サイクル毎に、デジタルマルチメーターを用いてセンサ検知部の電気抵抗を測定した。
　［実験結果２］
　（その１：線幅について）
　図１５は、センサの線幅を変化させ、５０％の腐食切断が生じた様子を示す図である。導体パターン部が厚さ10μｍで、線幅を変化させたそれぞれ鉄箔センサ5つを4.8 kg/m3のコンクリートに埋設した時の、その半数が切断する時期、すなわち、腐食切断したと判断される抵抗値の上昇が認められた腐食センサの数が2つから3つになった時の水中浸漬・乾燥の繰り返しをサイクル数を、50%腐食切断として評価した。線幅は、0.25mm、0.5mm、1mm、および2mm であるが、0.25mmのセンサについては、コンクリート打設直後に抵抗値が上昇し、センサとして機能しないものがあった。これは線幅0.25mmと細い場合にはコンクリート打設による導体パターン部の強度確保が困難であり、図１５には示していない。
　腐食切断時期は、線幅の二乗に比例して切断された。コンクリート中の腐食速度は、一般的には、g/cm2・年として一定の面積および一定期間の間に一定の重量減として表されている。しかしながら、腐食初期における鉄材の腐食においてもこの関係が保持されることは不明であったが、鉄箔センサについてもこの関係が成り立つことが判る。従って、線幅が2mmの時のサイクル数は20であり、試験における厳しい塩害環境下でも40日に相当する。線幅が2mmより太くなると、例えば、3mmとなれば腐食切断時期は90日となり、構造物維持管理におけるコンクリート用腐食センサとしては実用的ではなくなる。
　（その２：線長について）
　図１６は、試験に用いた各鉄箔センサを線長さ別に50%腐食切断のサイクル数として整理して示した図である。線長さが長いほど、腐食を検知する感度が向上する。一方、線長さが50mmにおいては、塩分濃度が比較的高い4.8 kg/m3で安定した腐食開始の時期を検知できるが、塩分濃度が低い3.6 kg/m3では腐食開始を検知できるが感度が低下することが判る。4.8 kg/m3における試験では、線長さ50mmとした鉄箔センサが6サイクル以内に50%腐食切断し、また、15サイクル以内にすべて鉄箔センサで抵抗値の上昇が認められたのに対して、図には示していないが、同様に実施した4.8 kg/m3における線長さ20mm、線幅1.0mmとした鉄箔センサでは、80サイクルを超えても抵抗値の上昇が認められないセンサがあり、線長さ20mm以下では腐食センサ装置として望ましくない。
　一方で、線長さを長くすることは、結果として導体パターン部の面積を増大することとなり、コンクリートの粗骨材の最大寸法が25mmとすると、線間隔同士の接触危険性による誤作動を考慮した0.2mm線間隔においても、線長さは約1000mmとなり、これ以上の線長さとすると、骨材径より導体パターン部が大きくなりコンクリート充填時の問題や、導体パターン部へのブリーディングの影響も生じる可能性もあるためコンクリート構造物への埋設では好ましくない。
　以上のことから、本発明の鉄箔センサとしての線長さは20mmより長く1000mm以下、より望ましくは50mm以上、1000mm以下である。
　また、本願発明の検出検知部は、電気的特性の変化をもって腐食開始の判断を行うものであるが、より高感度で、安定した計測を可能とするための最適な回路について、コンクリート中における鉄箔センサの電気特性の挙動より検討を行った。
　電気的特性の変化の測定は特に限定されるものではないが、装置の複雑化による消費電力を抑制できることから、直流での導体パターン部への印加について検討を行った。
　［実験方法３］
　線幅1mm、線長50mm、鉄箔厚さ10μmとした導体パターン部を用い、前述と同様の塩分濃度1.2kg/m3（Cl換算）としたコンクリートに埋設し、42サイクル後経過後に導体パターン部を、図１７に示す回路で測定した。導体パターン部は、塩分濃度が比較的低いことから、腐食開始直後である。なお、導体パターン部のコンクリート埋設直後の抵抗値は、5.8Ωであった。
　検出部のインターフェース回路および検出回路は、図１７に示す回路とし、全印加電圧は0.1～18Vの範囲で、また導体パターン部との直列抵抗R1を180Ω～480kΩまで変化させることで、導体パターン部への印加電圧を変化させた。全印加電圧、R１の抵抗値、および導体パターン部で測定された電圧(導体パターン部への印加電圧)から、導体パターン部の理論的な抵抗値を求めた。なお、導体パターン部での電圧測定は、アンプ回路を介して電圧を増幅し、オシロスコープを用いて測定した。
　［実験結果３］
　測定の結果、計算された導体パターン部の抵抗値を図１８に示す。導体パターン部への印加電圧が0.1mV以上、2V以下で安定した測定が可能であった。導体パターン部への印加電圧が2Vを越える場合、測定開始直後から導体パターン部で測定される電圧は測定直後から急速に低下し、測定が不安定となった。この原因の詳細は不明であるが、導体パターン部への印加電圧が高いと、腐食で断線した導体パターン部においてコンクリート中の細孔溶液に含まれる各種イオンと腐食した導体パターン部が反応し、電流が流れやすくなったためと考えられる。一方で、印加電圧が0.1mVを下回ると、導体パターン部で測定される電圧が経時的に増加して測定が不安定となった。これは、詳細は不明であるが、腐食切断によって導体パターン部に容量成分を持つことによって、導体パターン部への印加電圧が低いと分極に時間を要し、測定が不安定になるばかりでなく、見かけ上、抵抗値が小さく測定されるためと考えられる。抵抗値が小さく測定された場合、導体パターン部で腐食切断が開始しているにも関わらず、電気的特性の変化として捉えられないということになる。
　図１９に、LCRメーターを用い、線幅0.5～2.0mm、線長5～50mm、鉄箔厚さ10～20μmとした導体パターン部を用い、塩分濃度1.2～4.8 kg/m3（Cl換算）としたコンクリートに埋設した導体パターン部について、静電容量と抵抗を測定した結果を示す。なお、図からは腐食切断していないと考えられる抵抗値10Ω以下のデータは省いている。測定時の等価論理回路は容量成分と抵抗との並列回路であり、測定周波数は100kHzとしたものである。実際のコンクリート中で形成される腐食切断後の等価回路は複雑と考えられるため、LCRメータでの測定値は必ずしも真値とは限らないが、コンクリート中での腐食切断によって、見かけ上の静電容量と抵抗とはおおよそ反比例の関係にあった。腐食が初期段階である例えば、抵抗値が10kΩより低い値を示す場合には、静電容量が大きくなる。
　上記現象は、腐食の進展状況によって容量成分が増減することを示しており、交流での測定は静電容量の変化によって消費電流が変化してしまうため検知できにくくなることが判る。また、特に腐食切断開始としての判定基準を"100Ω以上、10KΩ以下の任意の抵抗"とした場合には、直流で0.1mV以上、2V以下の印加電圧で容量成分の影響を抑えて安定した測定が可能となる。
　次に、［断線を判断する抵抗値の適正値の検討］を行った。非特許文献１で検討された鉄線センサと本発明である鉄箔センサのそれぞれについて腐食現象の進展に伴う抵抗値変化を、2種類の腐食進展モデルから検討し、断線現象を判断するに適正な抵抗値を導き出した。
　モデル検討を行う上で、鉄箔センサおよび鉄線センサに対して腐食因子が表面から浸食する可能性を同一とするため両端部を除く表面積とセンサ長さを同一とした。鉄線センサは直径0.1mmとし長さを50mmに設定し、鉄箔センサは、厚み10μm、長さ50mmとし、基材のPETフィルムに面している面は腐食因子の浸食を受けないため、それ以外の表面積が鉄線センサの表面積と同等になる幅を算出した。それらの形状条件と鉄の抵抗率より理論抵抗値を計算し、各腐食モデルで抵抗値の変化を図示した。腐食モデルは、腐食因子がセンサ両端部を除く表面積全体に浸食し、全ての長さ方向に対し一様に腐食が進み、センサ断面積が減少していくモデル１とセンサの一部が腐食因子により浸食されその部分のみ断面積が減少していくモデル２で理論抵抗値がセンサ形状の違いによって、どのように変化するか検討を行った。図２０は、モデル１を示す図であり、図２１は、モデル２を示す図である。尚、モデル２においては、腐食部の長さを0.1～10mmで検討した。
　図２２は、モデル１による抵抗値の変化を示す図である。図２０からわかるように、モデル１の腐食現象の場合、鉄線センサと鉄箔センサの抵抗変化傾向はほぼ同等となる。この腐食モデルでは非特許文献１「４．１　通電を行わないセンサーの感度」の腐食破断の判断基準である４Ω程度の抵抗値変化は、断面積残存率がおよそ60%もあり、断線状態とは判断できないといえる。但し、腐食現象は一般的にも偏在して発生することや一部の腐食部が進展していくことが知られており、更に対象とするコンクリート中での利用を想定するとコンクリートの不均一性も影響しモデル１のように均等に腐食するとは限らない。
　そこで、より現実的なモデルとして２のように一部の腐食が進展し断面積が減少していく場合の検討を行い、その現象が複数箇所でおこる場合を対象とするため、腐食部の長さを変え検討した。
　図２３、図２４、図２５、図２６は、モデル２において腐食部長さがそれぞれ、0.1、1、5、10mmとなることを想定した時の結果を示す図である。このモデルでは、断線が近づくにつれ鉄箔と鉄線の違いが明らかとなっている。鉄線では抵抗値の変化が顕著に現れる時点の断面積残存率が腐食部の長さが長くなるにつれ、大きくなる傾向となる。鉄箔では腐食部長さによらず断面積残存率が１０％以下の時点で抵抗値が急激に変化することがわかった。
　モデル２で検討した結果の腐食部長さ0.1mmと10mmを重ねたグラフが図２７である。鉄線センサは非特許文献１「４．１　通電を行わないセンサーの感度」に示す４Ωの抵抗値変化で断線を判断すると、腐食部の断面積残存率は30～50％の時点で断線を判断していることとなり腐食の進展状況によって断線判断範囲が広くなる。
　一方、鉄箔センサは抵抗値が数Ω～数百Ωの範囲に変化した時点を捉えることにより断面積残存率5％以下の状態を検知でき、鉄線に比べ断線に近い状態の検知ができる。また、鉄線に比べ、鉄箔では断線付近で急激な抵抗値変化を生じるため、断線判断を行う範囲が狭く確実な検知を可能とする。コンクリート中の腐食現象は必ずしも本検討によるモデルのみで表されるのではなく、モデル１とモデル２の複合的な腐食モデルも考えられる。その場合、図２２のプロット値よりブロードになり、鉄線センサを用い4Ωの抵抗値変化を断線として捉えると断線判断範囲が広くなり不確実性が高まる。
　次に、［抵抗値の変化現象の把握による塩分量の推定］について説明する。
　［実験方法４］
　（i）腐食センサ
　試験に用いた腐食センサは、厚さ10μｍの鉄箔を素材とした鉄箔センサとし、形状因子として検知部の線幅、線の長さ、線間隔を変化させ、実験での各水準の鉄箔センサのｎ数は5とした。
　（ii）コンクリート
　コンクリートに使用した材料は、普通セメント、水（上水道水）、JIS規定の骨材とした。コンクリートの配合は一般的な普通コンクリートの配合とし、水および酸素の透過性を確保するため、水とセメントの質量比を0.65と設定した（水セメント比65％）。このコンクリートに、予め塩分（Cｌ換算塩化ナトリウム）を添加し、腐食環境を変化させたコンクリートを作製した。塩分添加量は5水準とし、それぞれCl換算で0 kg/m3～9.6 kg/m3となるようにコンクリートに添加した。
　（iii）試験体および計測方法
　試験体は、キュービック状として作製し、6面のうち5面を樹脂で被覆し、残りの1面を曝露面（開放面）として酸素および水の供給面として促進試験を実施した（添付の実験概略図参照）。
　センサの設置位置は、開放面から15mmの深さ位置とし、開放面と平行となるようセンサを設置した。なお、センサからは計測用のリード線をコンクリート試験体の外に出して作製した。促進試験は鉄筋の腐食が進行しやすい60℃環境で実施し、60℃水中浸漬－1日間、60℃・相対湿度60％－1日間を1サイクルとした水中浸漬・乾燥の繰り返し試験を実施した。なお、試験体を浸漬した水には蒸留水を使用した。センサの計測は、有線のリード線を試験体の外に予め出しておき、促進1サイクル毎に、デジタルマルチメーターを用いてセンサ検知部の電気抵抗を測定した。
　図２８は、促進試験による経時的な抵抗値の変化を示す図である。添加する塩分の練り込み量毎に各５個用意し、促進サイクルにあわせ各試料の抵抗値をデジタルマルチメータにて測定し、５個の試料の平均抵抗値をプロットした。尚、塩分添加量0 kg/m3の水準は抵抗値の変化が表れなかったため除外した。
　図２８からわかるように、練り込んだ塩分添加量の違いにより抵抗値の変化傾向が異なり、塩分量が多くなるほど傾きが大きくなる。特に、腐食初期と考えられる、数Ω～数百Ωの範囲ではなく、1KΩ～MΩオーダーまでの上昇傾向に顕著な違いが認められる。
　この結果より、抵抗値が1KΩ以上になった後において、ある時点の抵抗値と一定期間経過後の抵抗値の傾きにより、コンクリート中の塩分量が想定できる。つまり、鉄箔センサを用いた場合、数Ω～数百Ωの範囲では腐食による断線を検知することが可能であり、更に1KΩ以上になった後に抵抗値の変化を測定することによりで塩分量を推定することができる。本発明のセンサでは腐食初期の数Ω～1KΩを測定すると共にMΩオーダーまでの測定を行うことが有効である。
　以上説明したように、本実施形態によれば、導体パターン部の基板からの厚さが０．１ｍｍ未満であるため、細線よりも断線するまでの時間を短くすることができ、その結果、センサとしての感度を高めることが可能となる。また、基板上で、二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路を構成するので、センサ全体をできるだけ小さいものにすると共に、導体パターン部の面積を大きくすることができる。その結果、腐食因子を接触する確率を高め、センサの感度を向上させることが可能となる。
　また、本発明は、次のような形態を採ることも可能である。すなわち、本実施形態に係る腐食センサ装置は、コンクリート構造物中の鋼材の腐食進行状況を検出する腐食センサ装置であって、鉄を圧延することにより作製した鉄箔材で形成された導体パターン部と、前記導体パターン部を保持する基板と、前記導体パターン部の電気的特性を測定し、前記測定した導体パターン部の電気的特性に基づいて、コンクリート構造物中の鋼材腐食因子を検出する腐食検出部と、を備えることを特徴としている。
　このように、鉄を圧延することにより作製した鉄箔材によって、導体パターン部を形成するので、従来の細線を用いた場合よりも、設計の自由度が高くなり、製造が容易となる。その結果、複雑な形状を容易に構成することが可能となる。また、鉄箔材の厚さは、非常に薄いため、細線よりも断線するまでの時間を短くすることができ、その結果、センサとしての感度を高めるとともに、導体パターン部が基板で保持されるのでコンクリート打設時の強度を確保することが可能となる。
　また、本実施形態に係る腐食センサ装置において、前記導体パターン部は、前記基板からの厚さが０．１ｍｍ未満であって、前記基板上で、二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路を構成することを特徴としている。
　このように、導体パターン部の基板からの厚さが０．１ｍｍ未満であるため、細線よりも断線するまでの時間を短くすることができ、その結果、センサとしての感度を高めることが可能となる。また、基板上で、二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路を構成するので、センサ全体をできるだけ小さいものにすると共に、導体パターン部の面積を大きくすることができる。その結果、腐食因子を接触する確率を高めてセンサの感度を向上させ、小型化によってコンクリート表面と鋼材との間に設置が可能となり、これにより鋼材に腐食因子が到達する前に腐食因子の検知が可能となる。腐食が確率的に生じるため線は長いことが必要であり、基板上での二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路の形成は、
線の長さを伸長するのと同じ効果を少ないスペースで実現可能である。
　また、本実施形態に係る腐食センサ装置の製造方法は、コンクリート構造物中に埋設される鋼材腐食因子を検出する腐食センサ装置の製造方法であって、鉄を圧延することにより作製した鉄箔材と基板とを一体化させて鉄箔シートを作製する工程と、前記鉄箔シートの鉄箔上に、凹凸形状または渦巻き形状の回路パターンのレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜が形成された鉄箔シートをエッチングする工程と、前記エッチング後の鉄箔シートのレジスト膜を除去する工程と、前記鉄箔シートの回路パターンに導線を接続する工程と、前記導線と、前記回路パターンの電気的特性を測定して前記回路パターン部の腐食を検出する腐食検出部とを接続する工程と、を少なくとも含むことを特徴としている。
　このように、鉄箔材と基板とを一体化させて鉄箔シートを作製し、鉄箔シートの鉄箔上に、凹凸形状または渦巻き形状の回路パターンのレジスト膜を形成して、エッチングするので、二次元的に複雑な形状のパターンを形成することができる。これにより、センサ全体をできるだけ小さいものにすると共に、導体パターン部の面積を大きくすることができる。その結果、腐食因子を接触する確率を高め、センサの感度を向上させることが可能となる。また、エッチングにより、導体パターン部と共に回路部分も同時に作ることができるので、製造工程を簡略化することが可能となる。
　また、本実施形態に係る腐食検出方法は、上記いずれかに記載の腐食センサ装置をコンクリート構造物中に埋設して、前記導体パターン部の電気的特性を測定し、前記測定した導体パターン部の電気的特性に基づいて、コンクリート構造物中の鋼材腐食因子を検出することを特徴としている。
　このように、導体パターン部を鉄箔材で形成するため、厚さを非常に薄くすることができ、細線よりも断線するまでの時間を短くすることができる。その結果、センサとしての感度を高めることが可能となるだけでなく、省電力での検出を可能とする。さらに形成した導体パターン部は、細線と比較して平坦となるため、糊付きのプラスチックフィルムなどで製造後に保護フィルムで保護しておくことが可能で、細線がコンクリートへの設置前に腐食することがあったのに対し、設置まで腐食することなく運搬やコンクリート型枠内に設置でき、打設前に保護フィルムを除去することで、品質確保を容易とすることができる。また、鉄メッキの手法でも母材であるアルミの機械的強度が不足するために保護フィルムの使用は困難であった。
　また、本実施形態に係るセンサは、コンクリート構造物中の鋼材の腐食進行状況を検出する腐食センサ装置に用いられるセンサであって、鉄を圧延することにより作製した鉄箔材で形成された導体パターン部と、前記導体パターン部を保持する基板と、を備え、コンクリート構造物中の鋼材腐食因子によって、前記導体パターン部の電気的特性が変化することを特徴としている。
　このように、鉄を圧延することにより作製した鉄箔材によって、導体パターン部を形成するので、従来の細線を用いた場合よりも、設計の自由度が高くなり、製造が容易となる。その結果、複雑な形状を容易に構成することが可能となる。また、鉄箔材の厚さは、非常に薄いため、細線よりも断線するまでの時間を短くすることができ、その結果、センサとしての感度を高めるとともに、パターン部の保持によってコンクリート打設時の強度を確保することが可能となる。
　また、本実施形態に係るセンサの製造方法は、コンクリート構造物中に埋設される鋼材腐食因子を検出する腐食センサ装置に用いられるセンサの製造方法であって、鉄を圧延することにより作製した鉄箔材と基板とを一体化させて鉄箔シートを作製する工程と、前記鉄箔シートの鉄箔上に、凹凸形状または渦巻き形状の回路パターンのレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜が形成された鉄箔シートをエッチングする工程と、前記エッチング後の鉄箔シートのレジスト膜を除去する工程と、を少なくとも含むことを特徴としている。
　このように、鉄箔材と基板とを一体化させて鉄箔シートを作製し、鉄箔シートの鉄箔上に、凹凸形状または渦巻き形状の回路パターンのレジスト膜を形成して、エッチングするので、二次元的に複雑な形状のパターンを形成することができる。これにより、センサ全体をできるだけ小さいものにすると共に、導体パターン部の面積を大きくすることができる。その結果、腐食因子を接触する確率を高め、センサの感度を向上させることが可能となる。
１０　腐食センサ
１１　検出部
１２　センサ外装部
１３　凹部
１４　センサ被覆部
２０　ＲＦＩＤタグ
１００　鉄筋
１０１　腐食センサ装置
１０２　腐食検出部
１１０ａ　導体パターン部
１１０ｂ　基板
１１２　インタフェース回路
１１３　無線モジュール
１１３ａ　検出回路
１１３ｂ　無線通信回路
１１４　アンテナ

Claims (6)

  1. 　鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の腐食環境を検出するセンサであって、
    　鉄筋を腐食させる腐食因子のコンクリートへの浸透状態を検出し、前記腐食因子の浸透状態を示すデータを出力する検出部と、
    　前記検出部を被覆する腐食因子の浸透を妨げないセンサ被覆部と、
    　埋設対象である構造物の耐力を低下させない強度をもつセンサ外装部と、を備えることを特徴とする腐食センサ。
  2. 　前記センサ外装部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有する材料で成形されており、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素に代表されるファインセラミックス材料、或いは、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の強度を有するコンクリート、モルタル若しくはペーストであり、
    　前記センサ被覆部は、検査対象の構造物のコンクリートと同等以上の腐食因子の浸透性状を有する材料であるコンクリート、モルタル若しくはペーストで成形されていることを特徴とする請求項１記載の腐食センサ。
  3. 　前記検出部は、
    　鉄を圧延することにより作製され、厚さが５μｍ以上２５μｍ以下である鉄箔材で形成された導体パターン部と、
    　前記導体パターン部を保持する基板と、を備え、
    　前記腐食因子によって、前記導体パターン部が断線し、前記導体パターン部の抵抗値の変化が生ずることを特徴とする請求項１記載の腐食センサ。
  4. 　前記導体パターン部は、前記基板上で、二次元的な凹凸形状または渦巻き形状の回路を構成することを特徴とする請求項３記載の腐食センサ。
  5. 　前記センサ外装部は、少なくとも、その一部に円孤、又は楕円孤の輪郭を有することを特徴とする請求項１記載の腐食センサ。
  6. 　前記検出部は、前記データを無線信号で出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の腐食センサ。
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