(57)【要約】【課題】簡単な構成の土壌腐食性評価装置を提供する。【解決手段】土壌１００に埋設された２つの金属１１，１２の電位差から、土壌１００が金属１１，１２を腐食する程度を評価するための土壌腐食性評価装置２であって、土壌１００に埋設する２つの金属１１，１２と、２つの金属間に接続される回路２０とを備え、回路２０は、金属１１，１２間の電圧を測定する測定部２２を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌に埋設された２つの金属の電位差から、前記土壌が前記金属を腐食する程度を評価するための土壌腐食性評価装置であって、
前記土壌に埋設する２つの金属と、
前記２つの金属間に接続される回路と、
を備え、
前記回路は、前記金属間の電圧を測定する測定部を含む
ことを特徴とする土壌腐食性評価装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記金属間に接続した電圧計を備えることを特徴とする請求項１に記載の土壌腐食性評価装置。
【請求項３】
前記測定部は、発光ダイオードと直流電源の直列接続で構成されることを特徴とする請求項１に記載の土壌腐食性評価装置。
【請求項４】
前記金属と前記回路は切り離しが可能であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の土壌腐食性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌の腐食性を評価する土壌腐食性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管柱、支持アンカや配管などのインフラ設備に代表されるように、様々な金属構造物が、全体またはその一部を地中に埋設された状態で利用されている。金属構造物は土壌に接するために腐食し、経過年数とともに減肉、劣化していくのが普通である。
【０００３】
土壌に埋設した金属構造物の腐食の程度は、土壌の種類や性質、金属構造物の構造や埋設状態、および気象条件の差異で著しく異なる。金属構造物の腐食に影響を及ぼす因子として、土壌の種類、気温や土の温度、pH、比抵抗、含水量、可溶性塩類濃度、酸素濃度、ガス類、バクテリア活動などが挙げられる。土壌腐食はこれら諸因子が関係した複雑なメカニズムで進行する。
【０００４】
そのため，金属構造物が本来確保するべき機能を発揮できなくなるより前に、補修や交換など、なんらかの対策を講じる必要がある。しかし地中構造物は、地中にあるが故に、人または機械による直接的な点検が困難な場合が多い。そこで、土壌に埋設した金属構造物に対する土壌の腐食性を表す土壌腐食性を、ある基準に基づいて評価し、その土壌腐食性の評価結果によって設備の保守運用計画を立案する方法がある。
【０００５】
一般的に、例えば腐食土、泥炭土、粘土、さらに河川や海岸付近の土壌などが、地中の金属、特に鋼や鋳鉄材の腐食が大きいと言われている。しかし、非常に広範囲に大規模に設備が敷設される現在では、敷設環境も多様であり、こうした定性的かつ経験的な指標では対応できない。
【０００６】
そこで、電気化学的手法を用いて土壌腐食性を評価する考えが、例えば非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】宮田義一ほか１名、「電気化学的手法を中心とした土壌腐食計測（その２）」、材料と環境、46, 610〜619, 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の電気化学的手法は、例えば交流インピーダンス法で土壌の分極抵抗を求め、土壌腐食性を評価する方法である。その方法は、複雑であることから、もっぱら実験室等で行われる。したがって、実際に金属構造物が埋設される現場で用いるのが困難で有るという課題がある。
【０００９】
本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡単な構成で、且つ便利に使える土壌腐食性評価装置とその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施形態の一態様に係る土壌腐食性評価装置は、土壌に埋設された２つの金属の電位差から、前記土壌が前記金属を腐食する程度を評価するための土壌腐食性評価装置であって、前記土壌に埋設する２つの金属と、前記２つの金属間に接続される回路と、前記回路を流れる電流を測定する測定部とを備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来よりも簡単な構成で、且つ便利に使える土壌腐食性評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る土壌腐食性評価装置の機能構成例を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る土壌腐食性評価装置の機能構成例を示す図である。
【図３】図２に示す土壌腐食性評価装置の測定部の具体例を示す図である。
【図４】評価時間と自然電位との関係を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る土壌腐食性評価装置の機能構成例を示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る土壌腐食性評価装置の機能構成例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る土壌腐食性評価装置を複数用いて評価する場合の一例を示す図である。
【図８】評価時間と自然電位との関係を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る土壌腐食性評価装置を複数用いて評価する場合の他の例を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る土壌腐食性評価装置の変形例の機能構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１に、第１実施形態に係る土壌腐食性評価装置１の機能構成例を示す。土壌腐食性評価装置１は、２つの金属１１，１２、回路２０、及び測定部２１を備える。
【００１５】
金属１１と金属１２は、互いに材質が異なり、土壌１００に埋設される。金属１２，１３は、土壌１００中に埋設した状態で回路２０を介して電気的に接続した際に起電力が生じる必要がある。そのために、金属１２，１３は、土壌中の自然電位（腐食電位）が異なる金属同士を組み合わせた異種金属対１０を構成する。
【００１６】
金属の組み合わせは、例えば、鉄と亜鉛、銀と鉄、銅と鉄、及び鉄とマグネシウム等の組み合わせが考えられる。なお、金属は単一組成を有するものである必要もなく、例えば溶融亜鉛メッキを施した金属を用いてもよい。つまり、異種金属対１０の組み合わせとして、例えば鋼材と溶融亜鉛メッキ鋼材でもよい。また、金属の大きさ、厚みを含む形状も特に制限はない。
【００１７】
回路２０は、異種金属対１０を成す金属１１，１２の間に接続される。測定部２１は、回路２０を流れる電流を測定する。
【００１８】
測定部２１は、例えば電流計である。なお、後述するように測定部２１は、金属１１，１２の間の電位差を測定する電圧計で有ってもよい。また、電荷量測定器で有ってもよい。
【００１９】
本実施形態では、異種金属対１０を土壌中に埋設し、金属１１，１２同士を電気的に接続すると発生する、いわゆるガルバニック腐食を利用して土壌１００の土壌の腐食性（土壌腐食性）を評価する。
【００２０】
図１に示すように、土壌１００に異種金属対１０を埋設し、金属１１，１２を電気的に接続するとガルバニック腐食電流が流れる。例えば、鉄と亜鉛の組み合わせで一般的な関東ローム土等に埋め込むと、土壌１００の水分量によっても異なるが、金属１１，１２の間に凡そ0.3〜0.4V程度の自然電位を生じる。このガルバニック腐食は、土壌１００中に独立して存在する金属の腐食とはそのメカニズムを異にしているが、土壌１００中での腐食速度と高い相関を示すことが知られている。
【００２１】
２つの金属１１，１２の間を、回路２０で接続することでガルバニック腐食が生じ、金属１１，１２の腐食が進行する。一定期間が経過すると異種金属対１０を構成する一方の金属である例えば亜鉛が消失し、他方の金属である例えば鉄の表面に腐食生成部が形成される。
【００２２】
腐食が進行し金属１１，１２の状態が変化すると、金属１１と１２との間に生じる電位差の大きさが変化する。この変化を測定部２１で可視化することで、土壌１００の金属１１，１２に対する土壌腐食性を評価することができる。
【００２３】
以上説明したように本実施形態の土壌腐食性評価装置１は、２つの金属１１，１２、回路２０、及び測定部２１の簡単な構成で、土壌１００の土壌腐食性を評価するための金属１１と１２との間に生じる電位差の大きさの変化を表示する。このように土壌腐食性評価装置１は、簡便な土壌腐食性の評価を可能にする。よって、実際に金属構造物が埋設される現場における土壌腐食性の評価も可能にする。
【００２４】
〔第２実施形態〕
図２に、第１実施形態に係る土壌腐食性評価装置２の機能構成例を示す。土壌腐食性評価装置２は、測定部２１に代えて、金属１１，１２間に接続される電圧計である測定部２２を備える。
【００２５】
このように測定部２２は、電圧計で構成してもよい。電圧計は一般的なものでよい。
【００２６】
なお、一般的な電圧計よりも簡単な構成で金属１１，１２間の電圧を測定することが可能である。図３に、その測定部２２の具体例を示す。
【００２７】
図３は、直流電源２３と発光ダイオード２４で測定部２２を構成した例である。
【００２８】
直流電源２３の負極は金属１１と接続され、直流電源２３の正極は発光ダイオード２４のアノード電極に接続され、発光ダイオード２４のカソード電極は金属１２に接続される。つまり、直流電源２３と発光ダイオード２４は、金属１１，１２の間に直列に接続される。
【００２９】
測定部２２を接続した状態で時間が経過すると、例えば金属１１（例えば鉄）の表面に錆が生じ、金属１２（例えば亜鉛）が減肉して行く。これによって、金属１１，１２の間の電位差は小さくなる。
【００３０】
図４に、自然電位が時間の経過に伴って小さくなる様子を模式的に示す。土壌腐食性の大小の境の電位差を、例えばＶ１と定めておくと、図４中のパターンαの変化をたどる土壌１００の土壌腐食性を小とし、パターンβの変化をたどる土壌１００の土壌腐食性を大として分類することができる。
【００３１】
この場合、発光ダイオード２４の順方向電圧をＶ３、直流電源２３の電圧をＶ２とすると、Ｖ２＝Ｖ３−Ｖ１となるように設定しておけば、発光ダイオード２４の点灯の有無によって土壌腐食性の大小を識別することができる。つまり、Ｖ３＝Ｖ２＋Ｖ１なので、金属１１と１２の間の自然電位がＶ１よりも小さくなると、発光ダイオード２４にかかる電圧は順方向電圧以下になり、発光ダイオード２４が消灯する。
【００３２】
本実施形態の測定部２２は、発光ダイオード２４と直流電源２３の直列接続で構成される。この構成によれば、腐食が進んで自然電位がＶ１より小さくなると発光ダイオード２４が消灯する。その結果、電位差がＶ１まで低下したこと（腐食が進んだこと）を知ることができる。つまり、消灯を確認したオペレータは、土壌腐食性が大きいと判定することができる。
【００３３】
以上説明したように本実施形態の土壌腐食性評価装置２は、直流電源２３と発光ダイオード２４の簡単な構成で、土壌腐食性の大小を表示することができる。
【００３４】
〔第３実施形態〕
図５に、第３実施形態に係る土壌腐食性評価装置３の機能構成例を示す。土壌腐食性評価装置３は、土壌腐食性評価装置１（図１）に対して支持部３０を備える点で異なる。
【００３５】
支持部３０は、例えば棒状の金属１１と１２を、当該棒状の一方の端部を、土壌１００の表面部分で支持するものである。支持部３０を備えることで、金属１１，１２の土壌１００への埋設を容易にすることができる。
【００３６】
また、支持部３０は、金属１１と１２の間隔を所定の間隔に固定するので、金属１１と１２の間隔を、評価する現場ごとに一定にする手間を省くことができる。また、金属１１
，１２の長さを固定にし、支持部３０を土壌１００の表面まで押し込むことで、金属１１と１２の深さ方向の条件も揃えることができる。
【００３７】
なお、本実施形態の金属１１，１２と回路２０は、切り離せるようにしても良い。金属１１，１２と回路２０の切り離しを可能にすることで、全ての土壌腐食性評価装置３に回路２０を設ける必要が無くなる。よって、土壌腐食性評価装置３のコストを下げることができる。
【００３８】
なお、回路２０を金属１１，１２から切り離すと、金属１１と１２は、土壌１００以外では絶縁された状態になる。その状態では、ガルバニック腐食が起きないので、腐食の進行速度が遅くなる課題がある。次に、この課題を解決した第４実施形態を説明する。
【００３９】
〔第４実施形態〕
図６に、第４実施形態に係る土壌腐食性評価装置４の機能構成例を示す。土壌腐食性評価装置４は、土壌腐食性評価装置３（図５）に対して短絡部３１を備える点で異なる。
【００４０】
短絡部３１は、金属１１，１２と回路２０を切り離した場合に、金属１１と１２の間を短絡させる。短絡部３１は、例えば回路２０に設けた凸部と、支持部３０に設けた接点とで容易に実現することができる。つまり、回路２０を切り離した場合に導通する接点の接点間に、回路２０の凸部が挿入されるように構成すればよい。なお、その構成（凸部と接点）の表記は省略する。
【００４１】
また、磁石を用いてもよい。回路２０に、支持部３０に設けられたリレーをＯＦＦする磁石を配置しておくことで短絡部３１を構成できる。回路２０を切り離した場合に、金属１１と１２の間を接続するリレーがＯＮし、ガルバニック腐食が生じる。
【００４２】
本実施形態の土壌腐食性評価装置４は、短絡部３１を備えることで、回路２０を切り離した場合でも金属１１と１２の間にガルバニック腐食を生じさせることができる。また、短絡部３１は、金属１１，１２間を電圧計で接続するよりも、金属１１，１２間に大きな電流（ガルバニック腐食電流）を流せる。したがって、本実施形態の土壌腐食性評価装置４は、電圧計（測定部２２）を常時接続した場合よりも評価時間を短縮できる。
【００４３】
（応用例Ｉ）
本実施形態の土壌腐食性評価装置を、複数用いて土壌腐食性評価を行ってもよい。図７に、土壌腐食性評価装置１を３個用いた応用例Ｉを示す。
【００４４】
図７において、３個の土壌腐食性評価装置１，７２，７３は並べて配置されている。一方の端の土壌腐食性評価装置１は、参照符号から明らかなように上記の土壌腐食性評価装置１と同じものである。
【００４５】
なお、本実施形態の土壌腐食性評価装置は、上記の通り金属１１，１２と回路２０を切り離しても良いことから、応用例Ｉにおいても異種金属対のみで構成してもよい。つまり、土壌１００に埋設する２つの金属１１，１２、２つの金属１４，１５、及び２つの金属１６，１７で構成される土壌腐食性評価装置としてもよい。
【００４６】
真ん中の土壌腐食性評価装置７２は、土壌腐食性評価装置１に対して直流電源７２３の電圧が異なる。また、土壌腐食性評価装置７２の一方の金属１４の材質は、金属１１と同じで且つ厚みが金属１１よりも薄い。また、真ん中の土壌腐食性評価装置７２の他方の金属１５の材質は、金属１２と同じで且つ厚みが金属１２よりも薄い。なお、金属１５の厚みは、金属１４と同じである。
【００４７】
他方の端の土壌腐食性評価装置７３は、土壌腐食性評価装置１，７２に対して直流電源７３３の電圧が異なる。また、土壌腐食性評価装置７３の一方の金属１６の材質は、金属１４と同じで且つ厚みが金属１４よりも薄い。また、他方の端の土壌腐食性評価装置７３の他方の金属１７の材質は、金属１５と同じで且つ厚みが金属１５よりも薄い。なお、金属１７の厚みは金属１６と同じである。
【００４８】
つまり応用例Ｉは、２つの金属から成る金属対を２組み以上備え、各金属対の金属は固有の厚みである。
【００４９】
このように、２つの金属の組み合わせを同じにして、厚みを異ならせることで、２つの金属間の電位差の経時変化を調整することができる。金属のそれぞれの厚みを厚くした場合と、薄くした場合とでは、薄くした場合の方が電位差が小さくなるまでの期間が短くなる。
【００５０】
図８に、評価時間に対する傾きが異なる３個の２つの金属間の電位差の変化を模式的に示す。γは、金属１６，１７の厚みも一番薄くした土壌腐食性評価装置７３の２つの金属間の電位差の変化を表す。βは、金属１４，１５の厚みを中位にした土壌腐食性評価装置７２の２つの金属間の電位差の変化を表す。αは、金属１１，１２の厚みを一番厚くした土壌腐食性評価装置１の２つの金属間の電位差の変化を表す。
【００５１】
最も大きな電位差の変化を示す土壌腐食性評価装置７３の直流電源７３３の電圧をＶα、中位の電位差の変化を示す土壌腐食性評価装置７２の直流電源７２３の電圧をＶβ、及び最も小さな電位差の変化を示す土壌腐食性評価装置１の直流電源２３の電圧をＶγとする。このように直流電源２３，７２３，７３３のそれぞれの電圧を変えておくことで、土壌腐食性を多段階で表示することができる。
【００５２】
例えば、発光ダイオード２４，７２４，７３４の全てが点灯（腐食度Ａ）、発光ダイオード７３４のみが消灯（腐食度Ｂ）、発光ダイオード７３４と７２４が消灯（腐食度Ｃ）、発光ダイオード２４，７２４，７３４の全てが消灯（腐食度Ｄ）の４段階で土壌腐食性を表すことができる。
【００５３】
（応用例ＩＩ）
複数の土壌腐食性評価装置の異種金属対１０の金属の組み合わせの種類を異ならせてもよい。応用例Ｉと同様に３個の土壌腐食性評価装置１，７４，７５を用いる場合は、それぞれの異種金属対１０の材質の組み合わせを異ならせる。
【００５４】
図９に、土壌腐食性評価装置１を３個用いた応用例ＩＩを示す。応用例ＩＩは、２つの金属から成る金属対の金属の材質の組み合わせが固有で有る。応用例ＩＩは、応用例Ｉと同じ作用効果を奏する。
【００５５】
応用例ＩＩで、例えば異なる金属に対する土壌腐食性を評価したい場合は、その対象とする金属それぞれと、それよりも貴（高い）な自然電位を有する金属とをそれぞれ組み合わせる。そうすることで、異なる金属の同時評価を可能にする。
【００５６】
（変形例）
図１０に、土壌腐食性評価装置３の変形例の機能構成例を示す。土壌腐食性評価装置３の変形例は、金属４２，４３の形状が、土壌腐食性評価装置２（図４）と異なる。
【００５７】
金属４２，４３は、一方の端部から土壌１００側の先端に向けて断面積が小さくなるテーパ形状の棒である。
【００５８】
このように金属４２，４３を形成することで、金属４２，４３を土壌１００に埋設し易くできる。つまり、金属４２，４３を備えた支持部３０を土壌１００に押し入れる場合の抵抗を小さくできるので、金属４２，４３を土壌１００に埋設し易くできる。
【００５９】
以上説明したように本実施形態の土壌腐食性評価装置１，２，３，４は、簡便な土壌腐食性の評価を可能にする。よって、実際に金属構造物が埋設される現場における土壌腐食性の評価も可能にする。
【００６０】
なお、金属１１，１２等の形状は、棒状を例に説明を行ったが、棒状に限られない。金属１１，１２等の形状は、どのような形状で有っても構わない。また、第３実施形態の土壌腐食性評価装置３は、土壌腐食性評価装置１（図１）に支持部３０を追加する構成で説明を行ったが、この例に限定されない。第２実施形態の土壌腐食性評価装置２に、支持部３０を追加する構成で有ってもよい。
【００６１】
また、応用例Ｉ，ＩＩは、土壌腐食性評価装置１（図１）を３個用いる例で説明を行ったが、土壌腐食性評価装置２及び３を複数個用いてもよい。このように本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で変形が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１、２、３、７２、７３、７４、７５：土壌腐食性評価装置
１０：異種金属対
１１、１２、１４、１５、１６、１７、１８、１９、４０、４１、４２、４３：金属
２０：回路
２１、２２：測定部
２３、７２３、７３３：直流電源
２４、７２４，７３４：発光ダイオード
３０：支持部
３１：短絡部
１００：土壌
α、β、γ：自然電位の変化パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020046440.tif 000011
【図１０】
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