(57)【要約】【課題】構造物のコンクリートおよびコンクリート内部の鋼材に悪影響を与えることなく、長期に渡り構造物のコンクリート内部の鋼材における電位の変化を精度よく、安定して測定することが可能な電位測定端子、電位測定センサ、電位測定装置、電位測定方法、電位分布測定方法および腐食判定方法を提供する。【解決手段】コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定装置であって、アルカリ性材料に内包された電極と、前記電極から前記アルカリ性材料外部へ連通するリード線とを有する電位測定端子と、外部のアクティベータから駆動電力を取り込むアンテナ、電位測定値を前記アクティベータへ送信する通信回路およびセンサを備える電位測定回路とを備える電位測定センサと、前記電位測定センサに駆動電力を送信し、前記電位測定値および前記電位測定端子固有の識別コードを受信するアクティベータとを備える、電位測定装置が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定端子であって、
アルカリ性材料に内包された電極を有する、電位測定端子。
【請求項２】
前記アルカリ性材料は、通電孔の設けられた電気的絶縁部材からなるケースに充填されている、請求項１に記載の電位測定端子。
【請求項３】
前記通電孔は、ガス透過抑制材またはイオン透過抑制材により覆われる、請求項１または２に記載の電位測定端子。
【請求項４】
前記電極は、前記アルカリ性材料中で安定な電位を示す金属である、請求項１〜３のいずれかに記載の電位測定端子。
【請求項５】
前記アルカリ性材料には、ガス透過抑制材、またはイオン透過抑制材が含有されている、請求項１〜４のいずれかに記載の電位測定端子。
【請求項６】
コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定センサであって、電位測定端子と、電位測定回路とを備え、
前記電位測定端子は、アルカリ性材料に内包された電極を有し、
前記電位測定回路は、外部のアクティベータから駆動電力を取り込むアンテナと、電位測定値を前記アクティベータへ送信する通信回路と、前記電極の電位と前記コンクリート中の金属の電位を測定するセンサとを備える、電位測定センサ。
【請求項７】
前記通信回路は、前記電位測定端子固有の識別コードを記憶するメモリを有し、前記通信回路は、前記識別コードを前記アクティベータへ送信する機能を有する、請求項６に記載の電位測定センサ。
【請求項８】
コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定装置であって、電位測定センサと、アクティベータとを備え、
前記電位測定センサは、アルカリ性材料に内包された電極を有する電位測定端子と、外部のアクティベータから駆動電力を取り込むアンテナ、電位測定値を前記アクティベータへ送信する通信回路および前記電極の電位と前記コンクリート中の金属の電位を測定するセンサを備える電位測定回路とを有し、
前記アクティベータは、前記電位測定センサに駆動電力を送信し、前記電位測定値および前記電位測定端子固有の識別コードを受信する、電位測定装置。
【請求項９】
コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定方法であって、
アルカリ性材料に内包された電極を前記コンクリート中の金属の近傍に配置し、
前記電極の電位と前記コンクリート中の金属の電位を前記コンクリートの外部から非接触で測定する、電位測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電位測定方法を用いて、コンクリート中の金属の腐食状態の判定を行う、腐食判定方法。
【請求項１１】
コンクリート中の金属の電位分布を求める電位分布測定方法であって、
前記コンクリート中の金属の電位測定を行う複数の電位測定センサを用いて、前記コンクリート中の金属の電位測定を複数箇所行い、前記コンクリート中の金属の電位分布を求める、電位分布測定方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電位分布測定方法を用いて、コンクリート中の金属の腐食分布の判定を行う、腐食判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の腐食劣化に対する耐久性を評価するための電位測定端子と、該電位測定端子を用いた電位測定装置、電位測定方法、電位分布測定方法および腐食判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物等のコンクリート内部の鉄筋や鉄骨等の鋼材は、例えば、雨、海水、大気に含まれるＣｌイオンの侵入により、しばしば腐食された状態となってしまい、強度等の面で問題になっていた。そこで、従来よりコンクリート構造物等のコンクリート内部の鉄筋や鉄骨等の鋼材の電位を測定することによって、該鋼材の腐食状態を判定するための様々な電位測定方法等の技術が知られている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、絶縁ケース中に電極を配置し、そこへ電解液を充填し、絶縁ケース先端の開口部に多孔質プラグを設けた電位測定端部を有する電位測定装置によるコンクリート内部の鋼材の電位測定方法が記載されている。
【０００４】
また、特許文献１には、コンクリート構造物中の鉄筋より卑な電位を示すように塩分量を調整したコンクリート中に鋼材を収納したモニタリング鋼材を予め作製しておき、該コンクリート構造物の防食対象区画のコンクリートを鉄筋が完全に露出するまではつり、該モニタリング鋼材および照合電極を前記露出させた鉄筋の近傍に設置し、該コンクリート構造物とほぼ同じ塩分量に調整したコンクリートで埋め戻し、該鋼材と照合電極との電位差を測定して電気防食効果を評価する、鉄筋コンクリート構造物の電気防食方法が記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】コンクリート構造物の耐久性診断シリーズ３、鉄筋腐食の診断（森北出版、１９９３年）
【特許文献１】特開平７−７０７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記非特許文献１に記載のコンクリート内部の鋼材の電位測定方法においては、測定時に構造物を破壊して、鉄筋を露出させ、電位測定器と鉄筋を接続するために、その破壊により構造物を傷めてしまう。さらに、測定後には、破壊した構造物のコンクリートの埋め戻しを行なうこととなり、構造物の耐久性が下がってしまうことも考えられる。これにより、ひび割れ等が発生し、ひびからの浸水によってさらに鋼材の腐食が加速されてしまうといった問題点も考えられる。また、測定場所であるコンクリート表面と接続対象の鉄筋との距離により電位測定値に誤差が生じることも考えられる。さらに、コンクリート表面に長時間設置して鉄筋の電位を測定しようとする際に、この方法では電解液を用いているため、その内部の電解液が徐々にコンクリート中に浸透流失し、鉄筋の腐食環境に変化を与えてしまうことも考えられる。また、同じ理由により常時構造物に埋め込んでおく等の設置形態をとって、測定をするということも不可能であるという問題点もあった。
【０００７】
一方、上記特許文献１に記載の鉄筋コンクリート構造物の電気防食方法においては、コンクリート構造物中の鉄筋より卑な電位を示すように塩分量を調整したコンクリート中に鋼材を収納したモニタリング鋼材を、構造物のコンクリート中の鉄筋近傍に埋めて、電気防食評価を行うため、該モニタリング鋼材からの塩分が周囲に拡散し、構造物中の鉄筋に対して、悪影響を及ぼすといった問題点が考えられる。また、この方法は、基本的にモニタリング鋼材の電位を測定しようとするものであり、構造物の鉄筋そのものを測定しようとするものではないため、必ずしも正確な腐食評価が行われるとは限らない。
【０００８】
そこで、上記問題点を鑑み、本発明の目的は、構造物のコンクリートおよびコンクリート内部の鋼材に悪影響を与えることなく、長期に渡り構造物のコンクリート内部の鋼材における電位の変化を精度よく、安定して測定することが可能な電位測定端子、電位測定センサ、電位測定装置、電位測定方法、電位分布測定方法および腐食判定方法を提供することにある。さらには、構造物のコンクリート内部の鋼材の電位測定結果を、外部アクティベータに受信させることで、必要なときに電位測定結果を簡便に読み取り、構造物のコンクリート内部の腐食量を測定でき、構造物の補修や保全等に役立てることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定端子であって、アルカリ性材料に内包された電極を有する、電位測定端子が提供される。
【００１０】
前記アルカリ性材料は、通電孔の設けられた電気的絶縁部材からなるケースに充填されていてもよい。
【００１１】
前記通電孔は、ガス透過抑制材またはイオン透過抑制材により覆われていてもよい。
【００１２】
前記電極は、前記アルカリ性材料中で安定な電位を示す金属であってもよい。
【００１３】
前記アルカリ性材料には、ガス透過抑制材、またはイオン透過抑制材が含有されていてもよい。
【００１４】
また、別の観点からの本発明によれば、コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定センサであって、電位測定端子と、電位測定回路とを備え、前記電位測定端子は、アルカリ性材料に内包された電極と、前記電極から前記アルカリ性材料外部へ連通するリード線とを有し、前記電位測定回路は、外部のアクティベータから駆動電力を取り込むアンテナと、電位測定値を前記アクティベータへ送信する通信回路と、前記電極の電位と前記コンクリート中の金属の電位を測定するセンサとを備える、電位測定センサが提供される。
【００１５】
前記通信回路は、前記電位測定端子固有の識別コードを記憶するメモリを有し、前記通信回路は、前記識別コードを前記アクティベータへ送信する機能を有していてもよい。
【００１６】
さらに、別の観点からの本発明によれば、コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定装置であって、アルカリ性材料に内包された電極を有する電位測定端子と、外部のアクティベータから駆動電力を取り込むアンテナ、電位測定値を前記アクティベータへ送信する通信回路および前記電極の電位と前記コンクリート中の金属の電位を測定するセンサを備える電位測定回路とを備える電位測定センサと、前記電位測定センサに駆動電力を送信し、前記電位測定値および前記電位測定端子固有の識別コードを受信するアクティベータとを備える、電位測定装置が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、コンクリート中の金属の電位測定を行う電位測定方法であって、アルカリ性材料に内包された電極を前記コンクリート中の金属の近傍に配置し、前記電極の電位と前記コンクリート中の金属の電位を前記コンクリートの外部から非接触で測定する、電位測定方法が提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、上記記載の電位測定方法を用いて、コンクリート中の金属の腐食状態の判定を行う、腐食判定方法が提供される。
【００１９】
さらに、本発明によれば、コンクリート中の金属の電位分布を求める電位分布測定方法であって、前記コンクリート中の金属の電位測定を行う複数の電位測定センサを用いて、前記コンクリート中の金属の電位測定を複数箇所行い、前記コンクリート中の金属の電位分布を求める、電位分布測定方法が提供される。
【００２０】
また、本発明によれば、上記記載の電位分布測定方法を用いて、コンクリート中の金属の腐食分布の判定を行う、腐食判定方法が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、構造物のコンクリートおよびコンクリート内部の鋼材に悪影響を与えることなく、長期に渡り構造物のコンクリート内部の鋼材における電位の変化を精度よく、安定して測定することが可能となる。さらには、構造物のコンクリート内部の鋼材の電位測定結果を、外部アクティベータに受信させることで、必要なときに電位測定結果を簡便に読み取り、構造物のコンクリート内部の腐食量を測定でき、構造物の補修や保全等に役立てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態の一例を、図面を参照にして説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態における電位測定装置１の概略を表す説明図であり、図２は電位測定装置１が備える電位測定端子１０の説明図である。
【００２４】
ここで、図２に示すように、電位測定端子１０は、例えばモルタルである構造物のコンクリートとほぼ同じアルカリ度を持つアルカリ性材料１３と、アルカリ性材料１３が充填された、端部開口部である通電孔１４が設けられた電気的絶縁部材からなるケース１５と、アルカリ性材料１３の内部に内包される電極２０と、電極２０に接続され、電極２０からケース１５外部へ延伸するリード線２３によって構成される。なお、ここで電極２０の材質はアルカリ性環境において安定な電位を示すものを用いる必要がある。例えば、測定対象である鋼材の電位と健全で腐食の無いものとの相対比較する考え方ではイオン化傾向が同程度のものがよい。また、アルカリ性環境において分極量が少なく安定性の高いものとの考え方では、亜鉛や亜鉛合金、二酸化マンガン、二酸化鉛、酸化水銀も適当である。電極２０と通電孔１４の間には所定以上の距離Ｌがとられている必要がある。これは、通電孔１４から侵入する可能性の各種ガスや各種イオンにより電極２０が腐食して不安定な電位となることを確実に防止する必要があるためである。
【００２５】
図１には、図２に示した電位測定端子１０を用いた電位測定装置１を示し、その構成を以下に説明する。
構造物のコンクリートＡ中には、鉄筋や鉄骨等の鋼材６０が設けられており、鋼材６０が電位測定対象となる。鋼材６０の近傍には電位測定回路７０および電位測定端子１０を備える電位測定センサ８０が設けられている。電位測定センサ８０において、電位測定端子１０内の電極２０と電位測定回路７０はリード線２３によって連通しており、また、電位測定回路７０と鋼材６０も、リード線２３によって連通している。電位測定回路７０は、アンテナ７５、通信回路７６およびセンサ７７によって構成され、アンテナ７５、通信回路７６およびセンサ７７は直列に連通している。
【００２６】
一方、コンクリートＡの外部には、電位測定回路７０内に設けられたアンテナ７５および通信回路７６と無線で送受信を行うことができるアクティベータ９０が設けられている。なお、アクティベータ９０はコンクリートＡ外部であれば、アンテナ７５の送受信有効範囲内において、任意の位置に配置することが可能である。
【００２７】
以上のように構成される電位測定装置１において、鋼材６０の腐食性が評価される。以下にその方法について説明する。まず、アクティベータ９０からは駆動電力が電位測定回路７０内のアンテナ７５に送信されており、電位測定回路７０を含む電位測定センサ８０はこの駆動電力によって稼動させられる。そして電位測定端子１０内の電極２０の電位と、鋼材６０の電位をセンサ７７によってそれぞれ測定し、通信回路７６によってアクティベータ９０へ送信される。
【００２８】
電極２０はアルカリ性材料１３の内部に固定されており、腐食等は生じない。一方、鋼材６０については、長期間経過した構造物等においては腐食等の生じている可能性も考えられる。そこで、電極２０の電位と鋼材６０の電位をそれぞれ測定し、その比較を行うことで、鋼材６０の腐食状態の判定が可能となる。判定基準としては、鋼材６０の材質により異なるが、電極２０と鋼材６０の電位差の絶対値が所定の値を超えた場合に腐食が生じている可能性が極めて高く、電極２９と鋼材６０の電位差の絶対値が所定の値を下回った場合には腐食の可能性が低いと判定できる。（例えば、炭素鋼の場合、腐食電位Ｅｃの判断基準としては、−２００ｍＶ＜Ｅｃのときは９０％以上の確率で腐食なしと判定され、Ｅｃ＜−３５０ｍＶのときは９０％以上の確率で腐食ありと判定される。）
【００２９】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３０】
例えば、図２に示すように、電位測定端子１０には端部位開口部として通電孔１４が設けられていると上記述べたが、本発明においては、図３に示すように、通電孔１４はガス透過抑制材またはイオン透過抑制材といったイオン吸着材３０に覆われていることとしてもよい。
【００３１】
図３に示したイオン吸着材３０を用いた電位測定端子１０においては、電位測定端子１０外部からのイオンを吸着し、内部に浸透させないことにより、アルカリ性材１３による防食と共に、電極２０の腐食を防止することができる。
【００３２】
また、上記実施の形態においては、電位測定センサ８０を１つ設け、その電位測定センサ８０に対応するアクティベータ９０を外部に１つ設けて電位測定装置１を構成するとしたが、電位測定センサ８０の数は必ずしも１つである必要はなく、複数設けられることとしてもよい。そこで、電位測定センサ８０を複数設けた場合の実施の形態を図４に示す。
【００３３】
図４には、電位測定センサ８０を複数設けた場合の電位測定装置１を示す。ここで、電位測定センサ８０内の電位測定回路７０および電位測定端子１０の構成については上述したため省略する。図４に示すように構造物のコンクリートＡ中には鋼材６０が設けられており、鋼材６０近傍には電位測定センサ８０が３つ設けられている。また、コンクリートＡ外部には電位測定センサ８０内の電位測定回路７０に設けられたアンテナ７５および通信回路７６と無線で送受信を行うことができるアクティベータ９０が１つ設けられている。なお、上述した実施の形態と同様に、アクティベータ９０はコンクリートＡ外部であれば、アンテナ７５および通信回路７６の送受信有効範囲内において、任意の位置に配置することが可能である。
【００３４】
電位測定装置１においては、各電位測定センサ８０によって鋼材６０の各箇所での電位が測定される。そして、各電位測定センサ８０内の電位測定端子１０における電位も測定される。
【００３５】
ここで、鋼材６０の各箇所での電位測定結果および各電位測定端子１０での電位測定結果は、各電位測定センサ８０内の通信回路７６によってアクティベータ９０へと送信される。このとき、アクティベータ９０には、複数の電位測定センサ８０からの測定結果が送信されることとなる。そこで、各電位測定センサ８０内の通信回路７６には、複数の各電位測定端子１０固有の識別コードを記憶するメモリが備えられる。また、その各電位測定端子１０固有の識別コードは通信回路によってアクティベータ９０へ送信されることとなる。
【００３６】
電位測定センサ８０を複数設けることによって、鋼材６０の複数個所における腐食状態の判定が可能となり、構造物内の鋼材の腐食状態が正確に判定できることとなる。さらに、鋼材６０の複数個所における腐食状態の判定において、電極２０と鋼材６０の電位差の絶対値が得られ、その電位差の絶対値の分布により鋼材６０の腐食分布についても判定が可能となる。なお、図４に示したように電位測定センサ８０の数は３つとしたが、これに限られるものではなく、鋼材６０の腐食分布についての判定が十分に行える程度の数とすることが好ましい。
【００３７】
また、上述した実施の形態においては、電位測定センサ８０はコンクリートＡ中の鋼材６０近傍に設けられることとしたが、本発明において、電位測定対象である電位測定端子１０のみが鋼材６０近傍に設置されていればよく、電位測定回路７０は、コンクリートＡの外部に設けられることとしてもよい。また電位測定端子１０から延伸するリード線２３のみがコンクリートＡ外部に突出しており、電位測定を行う場合にのみ電位測定回路７０を取り付ける構成をとってもよい。
【００３８】
図５には電位測定回路７０をコンクリートＡ外部表面に設置した場合の電位測定装置１の説明図を示す。図５に示すように、電位測定回路７０をコンクリートＡ外部表面に設置することにより、無線式であるアクティベータ９０を用いずに、簡便に電位測定値の受信や駆動電力の送信等を行うことが可能となる。
【実施例】
【００３９】
以下に図面を参照して、実施例を説明する。図６は本発明にかかる電位測定端子１０を使用した鋼材６０（棒鋼）の電位測定実験装置２００の様子を示す説明図である。
【００４０】
コンクリートＡの内部には鋼材６０が設けられており、鋼材６０の一方の端部をコンクリートＡ外部に露出させた。また、コンクリートＡ内の鋼材６０近傍に電位測定端子１０を設け、その電位測定端子１０は、上記実施の形態に述べたように電極２０、アルカリ性材料１３、ケース１５およびイオン吸着剤３０によって構成されることとした。ここで、電極２０には外部に延伸するリード線２３を取り付け、また、コンクリートＡの表面に参照電極１００を設け、参照電極１００にもリード線２３を取り付けた。
【００４１】
一方、コンクリートＡの外部に電位測定回路７０を用意し、上記電極２０から延伸するリード線２３および参照電極１００から延伸するリード線２３を接続するスイッチ１１０を電位測定回路７０に設けた。また、電位測定回路７０と鋼材６０の露出させた一方の端部をリード線２３で接続した。
【００４２】
本実施例においては、コンクリートＡは水分６０％の寸法１０ｃｍ×１０ｃｍ×２０ｃｍであるコンクリート塊を使用し、電極２０としてみがき丸鋼、アルカリ性材料１３としてセメント：砂＝１：２としたモルタル、イオン吸着剤としてモルタル＋亜硝酸リチウム２５％水を用意し、ケース１５には塩化ビニールを用いた。また、参照電極１００としてＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極を用いた。
電位測定回路７０に設けられたスイッチ１１０においては電位測定端子１０あるいは参照電極１００のいずれかに接続するリード線２３との接続を切り替えることができ、どちらか一方の電位を測定することが可能であることとした。
【００４３】
ここで、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極は、安定な電極として一般的に理解されているものであり、室内の溶液中電位測定や、コンクリート表面での電位測定に用いられている。しかし、コンクリート中に埋め込んで用いると、構造物等に悪影響を与え、また、電極自身の寿命が短くなってしまうため、コンクリート中では用いることができず、参照電極として用いることとした。コンクリート表面で用いられるＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極は安定かつ正確な自然電位を測定するものであり、電位測定端子１０の電位には、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極（参照電極１００）と対比するため、事前に両者の対応関係を実験的に求めておき、補正をおこなった。
【００４４】
以上のように構成された電位測定実験装置２００を用いて、電位測定端子１０および参照電極１００における電位の測定を電位測定回路７０により行った。この電位の測定結果を示すグラフを図７および図８に示す。
図７は電位測定端子１０および参照電極１００における自然電位を測定し、その値の変動と時間の関係をグラフに表したものである。また、図８は同一時における電位測定端子１０の自然電位と参照電極１００の自然電位の関係をグラフに表したものである。
【００４５】
図７および図８のグラフに示されるように、同一時における電位測定端子１０の自然電位と、参照電極１００の自然電位はほぼ同じ値となった。本実施例にかかる電位測定実験装置２００においては、電位測定端子１０によって測定される自然電位と、参照電極１００によって測定される自然電位はほぼ同じになるはずであることから、本実施例において、電位測定端子１０による測定はほぼ正確に行われていることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、コンクリート構造物の腐食劣化に対する耐久性を評価するための電位測定端子と、該電位測定端子を用いた電位測定装置、電位測定方法、電位分布測定方法および腐食判定方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電位測定装置１の概略を表す説明図である。
【図２】電位測定端子１０の説明図である。
【図３】イオン吸着材３０を用いた電位測定端子１０の説明図である。
【図４】電位測定センサ８０を複数設けた場合の電位測定装置１’の概略を表す説明図である。
【図５】電位測定回路７０をコンクリートＡ外部表面に設置した場合の電位測定装置１の説明図である。
【図６】電位測定端子１０を使用した鋼材６０（棒鋼）の電位測定実験装置２００の様子を示す説明図である。
【図７】電位測定端子１０および参照電極１００における自然電位を測定し、その値の変動と時間の関係をグラフに表したものである。
【図８】同一時における電位測定端子１０の自然電位と参照電極１００の自然電位の関係をグラフに表したものである。
【符号の説明】
【００４８】
１…電位測定装置
１０…電位測定端子
１３…アルカリ性材料
１４…通電孔
１５…ケース
２０…電極
２３…リード線
３０…イオン吸着材
６０…鋼材
７０…電位測定回路
７５…アンテナ
７６…通信回路
７７…センサ
８０…電位測定センサ
９０…アクティベータ
１００…参照電極
１１０…スイッチ
２００…電位測定実験装置
【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】
2010151483.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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