(57)【要約】【課題】土壌と評価対象の金属との接触状態を制御し、より実環境に近い土圧を模擬可能な土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法を提供する。【解決手段】土壌腐食試験装置１は、土壌中における金属の耐食性の評価に用いる。土壌腐食試験装置１は、試験槽２と、土圧制御装置１０と、を含む。試験槽２は、模擬土壌３を収容可能、かつ、評価対象の試験体４を模擬土壌３に接触した状態で収容可能である。土圧制御装置１０は、模擬土壌３の土圧を制御可能である。【選択図】図１
2020106449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中における金属の耐食性の評価に用いる土壌腐食試験装置であって、
模擬土壌を収容可能、かつ、評価対象の試験体を前記模擬土壌に接触した状態で収容可能な試験槽と、
前記模擬土壌の土圧を制御可能な土圧制御装置と、を備える土壌腐食試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の土壌腐食試験装置を用いる土壌腐食試験方法であって、
前記模擬土壌を前記試験槽に収容し、前記模擬土壌と前記試験体とを接触させる準備工程と、
前記準備工程後、前記土圧制御装置によって前記模擬土壌の土圧を制御する土圧制御工程と、を備える土壌腐食試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌腐食試験装置及びその装置を用いた土壌腐食試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外で長期間使用する鋼材等は、厳しい腐食環境に曝されることがある。例えば、鋼管杭や鋼矢板等は、土木建築用の基礎構造物として土壌中に埋設される。土壌中に埋設された鋼構造物は、土壌や地下水等の電解質と接しているため次第に腐食し、経過年数に伴い減肉していく。そのため、土壌中に埋設された鋼材の耐食性を精度よく評価することが重要となっている。
【０００３】
従来から、鋼材の耐食性の評価として、日本鉄鋼連盟、米国ＮＢＳ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｂｕｒｅａｕ  ｏｆ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）による暴露試験が行われていた。しかしながら、暴露試験では評価に時間がかかることや、土壌腐食環境が異なる場合には、別途長期にわたる検討が必要になる等の課題があった。そのため、暴露試験以外の方法による鋼材の耐食性の評価が求められていた。
【０００４】
暴露試験以外の方法による鋼材の耐食性の評価は例えば、特開２０１７−２１５３００号公報（特許文献１）、特許第６３４８４５４号公報（特許文献２）、特開２０１１−７５４７７号公報（特許文献３）及び特開２０１７−７２５９２号公報（特許文献４）に開示されている。
【０００５】
特許文献１〜３では、実土壌や模擬土壌を試験槽内に充填し、それらの土壌の水分含有量を調整し、温度や酸素分圧等を制御して土壌中の鋼の耐食性を評価している。特許文献４では、試験槽内に模擬土壌を複数層重ねて形成し、各層で土壌中の通気量を変えて酸素濃淡マクロセル腐食を再現し、土壌中の鋼の耐食性を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−２１５３００号公報
【特許文献２】特許第６３４８４５４号公報
【特許文献３】特開２０１１−７５４７７号公報
【特許文献４】特開２０１７−７２５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、土壌腐食環境は大気や海洋に代表されるような腐食環境に比べて不均一な環境であるため、土壌中の鋼の耐食性の評価には、土壌の締固め度合い（土壌充填度合い）や、土壌と鋼材との接触状態を精密に制御することが重要である。土壌の締固め度合いが変化することにより、土粒子間隙中の水分量（水分飽和度）も変化するところ、特許文献１〜４の耐食性の評価では、土壌の締固め度合いは考慮されていないため、より実環境に近い土壌腐食環境を再現することが求められている。特に、鋼管杭や鋼矢板など土中の奥深くまで埋設する鋼材は、土圧の影響を大きく受けることから腐食態様が深さ方向で大きく異なると考えられている。
【０００８】
本発明の目的は、土壌と評価対象の金属との接触状態（土圧）を制御し、より実環境に近い土壌腐食環境を模擬可能な土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の土壌中における金属の耐食性の評価に用いる土壌腐食試験装置は、試験槽と、土圧制御装置と、を含む。試験槽は、模擬土壌を収容可能、かつ、評価対象の試験体を模擬土壌に接触した状態で収容可能である。土圧制御装置は、模擬土壌の土圧を制御可能である。
【００１０】
本実施形態の土壌腐食試験方法は、上記の土壌腐食試験装置を用いる。土壌腐食試験方法は、準備工程と、土圧制御工程と、を含む。準備工程では、模擬土壌を試験槽に収容し、模擬土壌と試験体とを接触させる。土圧制御工程では、準備工程後、土圧制御装置によって模擬土壌の土圧を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法によれば、土壌と評価対象の金属との接触状態を制御し、より実環境に近い土壌腐食環境を模擬可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態の土壌腐食試験装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態の土壌中における金属の耐食性の評価に用いる土壌腐食試験装置は、試験槽と、土圧制御装置と、を含む。試験槽は、模擬土壌を収容可能、かつ、評価対象の試験体を模擬土壌に接触した状態で収容可能である。土圧制御装置は、模擬土壌の土圧を制御可能である。
【００１４】
このような構成の土壌腐食試験装置によれば、土壌腐食試験中に土圧を制御することができる。土圧を制御することで、模擬土壌と試験体との接触状態を制御でき、様々な深度を想定した土壌腐食試験を試験槽内に再現することができる。したがって、より実環境に近い土壌腐食環境で土壌腐食試験を行うことができる。
【００１５】
本実施形態の土壌腐食試験方法は、上記の土壌腐食試験装置を用いる。土壌腐食試験方法は、準備工程と、土圧制御工程と、を含む。準備工程では、模擬土壌を試験槽に収容し、模擬土壌と試験体とを接触させる。土圧制御工程では、準備工程後、土圧制御装置によって模擬土壌の土圧を制御する。
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１７】
［土壌腐食試験装置］
図１は、本実施形態の土壌腐食試験装置を示す斜視図である。土壌腐食試験装置１は、試験槽２と、土圧制御装置１０と、を含む。
【００１８】
［試験槽］
試験槽２は、模擬土壌３を収容可能であり、土壌腐食試験の際には試験槽の所定の高さまで模擬土壌が収容される。試験槽２は、底面と、底面の外縁全域から鉛直方向に延びる側面とを含む。試験槽２の上面は開口しており、上面から模擬土壌を試験槽内に入れることができる。すなわち、試験槽２はいわゆる土槽を構成する。
【００１９】
鉛直方向を法線とする断面において、試験槽２の形状は四角形に限られず、四角形以外の多角形、円形等であってもよい。また、試験槽２の材質は特に限定されず、例えば塩化ビニルやアクリル等の樹脂が採用できる。
【００２０】
模擬土壌３は、耐食性を評価する環境を模擬して人工的に作られた土壌である。模擬土壌３は例えば、水道水を含水させた中性土、パイライトを添加した酸性土等である。また、模擬土壌３は腐食環境を調査する場所の実土を用いてもよい。
【００２１】
試験槽２は、模擬土壌に加えて土壌腐食試験の評価対象である試験体４を模擬土壌３に接触した状態で収容可能であり、土壌腐食試験の際には試験体４が模擬土壌３中に埋設される。試験体４は、耐食性を評価する金属であり、例えばＪＩＳ  Ｇ  ３１０１（２０１５）に準拠した土木建築用鋼材等である。土壌腐食試験の際、試験体４は任意の形状に成形され、模擬土壌３中に埋設される。
【００２２】
［土圧制御装置］
土圧制御装置１０は、載荷板５と、フォースゲージ６とを含む。
【００２３】
載荷板５は、試験槽２の内面に対応した形状の板である。載荷板５は、試験槽２内に収容された模擬土壌３の上面を覆う。載荷板５の材質は特に限定されず、例えば塩化ビニルやアクリル等の樹脂が採用できる。
【００２４】
フォースゲージ６は、載荷板５の上面に取り付けられ、鉛直上方から下方に向かって載荷板５に任意の荷重を加えることが可能である。フォースゲージ６は、周知の構成であるので詳細な説明は省略する。載荷板５に荷重を加えることで、模擬土壌３にも荷重が加えられる。荷重が加えられた模擬土壌３は、土圧が上昇し、締め固められる。つまり、土圧制御装置１０は、試験槽２に収容された模擬土壌３の土圧を制御可能である。
【００２５】
なお、土圧制御装置１０は、フォースゲージ６に代えて錘を含んでもよい。要するに、載荷板５に荷重を負荷する方法は特に限定されない。
【００２６】
［土圧の制御による効果］
本実施形態の土壌腐食試験装置によれば、土壌腐食試験中の土圧を制御することができ、模擬土壌と試験体との接触状態を制御できる。つまり、土壌の締固め度合いを任意に設定することができる。また、土圧を制御することで、様々な深度を想定した土壌腐食試験を試験槽内に再現することができる。したがって、本実施形態の土壌腐食試験装置によれば、より実環境に近い土壌腐食環境で土壌腐食試験を行うことができる。ひいては、より正確な耐食性評価を行うことができ、防食手法や腐食寿命推定、設計、材料開発等に寄与できる。
【００２７】
［土壌腐食試験方法］
続いて、本実施形態の土壌腐食試験方法について説明する。本実施形態の土壌腐食試験方法では、上述した本実施形態の土壌腐食試験装置を用いる。本実施形態の土壌腐食試験方法は、準備工程と、土圧制御工程と、を含む。
【００２８】
［準備工程］
準備工程では、模擬土壌３を試験槽２に収容し、模擬土壌３と試験体４とを接触させる。例えば、準備工程では、空の試験槽２に所定の高さずつ模擬土壌３を入れ、途中で試験体４を模擬土壌３に埋設し、その上から所定の高さまで更に模擬土壌３を試験槽２に入れる。これにより、試験体４が模擬土壌３中に埋没し、全方位で模擬土壌３と接触することができる。
【００２９】
［土圧制御工程］
土圧制御工程は、準備工程後に実施される。土圧制御工程では、上述した土圧制御装置１０によって模擬土壌３の土圧を制御する。例えば、土圧制御工程では、試験槽２に収容された模擬土壌３の上面に載荷板５を置き、フォースゲージ６と載荷板５とを接続する。その後、フォースゲージ６を操作し、模擬土壌３に任意の荷重を負荷する。
【００３０】
土圧制御工程後、任意の試験期間、土圧制御装置１０によって任意の荷重を模擬土壌３に負荷し続けた状態で土壌腐食試験装置を放置する。試験期間後に試験体を取り出し、腐食状態を調査する。
【００３１】
以上、本実施形態の土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法について説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【００３２】
例えば、上述の説明では試験体を土壌中に埋設し、放置して耐食性を評価したが、試験体を電気化学セルに接続し、電気化学インピーダンス法によって試験体の耐食性を評価してもよい。
【００３３】
また、例えば試験槽に複数の種類の模擬土壌を積層して試験体を複数土壌の境界をまたぐように埋設し、試験体の酸素濃淡マクロセル腐食に対する耐食性を評価してもよい。
【実施例】
【００３４】
本実施形態の土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法を用いて、土壌腐食試験を実施した。
【００３５】
［試験装置］
本実施例で用いた土壌腐食試験装置について説明する。試験槽２は、縦１２０ｍｍ、横１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍの直方体形状であり、材質は塩化ビニルであった。載荷板５は、試験槽２内を鉛直方向に移動できるように、試験槽２内面の断面形状よりも僅かに小さい形状とし、材質は塩化ビニルであった。フォースゲージ６は汎用のものを用い、上下昇降式のスタンドに取り付けた。
【００３６】
試験体は、縦２０ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５０ｍｍの直方体形状とし、材質はＪＩＳ  Ｇ  ３１０６（２０１５）に準拠したＳＭ４９０Ａであった。
【００３７】
模擬土壌３として、腐食性の厳しい酸性土を用意した。酸性土は、平均粒径０．２ｍｍの細砂にイオン交換水とパイライトを添加し、含水比１５％となるように作製した。パイライト添加量は細砂１ｇあたり１．０８ｍｇとした。
【００３８】
［試験方法］
本実施例での土壌腐食試験方法について説明する。本実施例では試験槽２に模擬土壌の酸性土を収容し、荷重を変更した試験１〜３の３種類の試験を行った。各試験での条件を以下の表１に示す。
【００３９】
【表１】
2020106449.tif 000003
【００４０】
試験１〜３全てにおいて、模擬土壌の収容方法は次の通りとした。
【００４１】
空の試験槽２を室温環境（気温２０℃）の平らな場所に設置し、試験槽２内に高さ１２．５ｍｍずつ模擬土壌３を高さ約７５ｍｍ（６層）積み重ねた。積み重ねの際には、模擬土壌３を１層積み重ねる毎に土圧制御装置１０によって模擬土壌に表１の通りの荷重を負荷した。模擬土壌を６層積み重ねた後、模擬土壌３内に試験体４を２つ埋設した。その後、模擬土壌を更に２５ｍｍ（２層）、初めの６層と同様の方法で積み重ね、全８層からなる模擬土壌３を試験槽２に収容した。
【００４２】
模擬土壌３の試験槽２への収容が完了した後、載荷板５を模擬土壌３の上面に置き、表１に示す通りの荷重を模擬土壌３に負荷した。この状態で４１日間放置した後、試験体４を模擬土壌３から取り出し、耐食性を評価した。
【００４３】
［評価方法］
耐食性の評価は、各試験における試験体の腐食速度を比較して行った。腐食速度は、除錆後の試験体の重量減少量と試験期間を用いて算出した。
【００４４】
［試験結果］
試験１〜３の結果を以下の表２に示す。
【００４５】
【表２】
2020106449.tif 000004
【００４６】
表２に示すように、模擬土壌３の土圧が変わることで試験体４の腐食速度が変わることが確認された。腐食速度が変わるということは、模擬土壌３と試験体４との接触状態が変わったということに他ならない。すなわち、本実施形態の土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法によれば、模擬土壌と試験体との接触状態を制御し、様々な土圧下での（実環境に近い）土壌腐食試験を再現することができた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本実施形態の土壌腐食試験装置及び土壌腐食試験方法は、土壌中における金属の耐食性の評価に用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：土壌腐食試験装置
２：試験槽
３：模擬土壌
４：試験体
５：載荷板
６：フォースゲージ
１０：土圧制御装置
【図１】
2020106449.tif 000005