(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁枠と、
前記絶縁枠に取りつけられると共にそれぞれ試料極とこの試料極に近接配置された対極とを含む複数の単位電極が一列に配置された電極部と、
前記電極部の前記複数の単位電極にそれぞれ接続されると共に各単位電極における前記試料極と前記対極との間に流れる電流を測定する電流測定器と、
前記絶縁枠の内部に配置され、それぞれの前記単位電極の前記試料極と前記対極を前記電流測定器に接続する電線と
を備え、
前記試料極と前記対極はそれぞれ平板状の形状を有すると共に前記試料極が前記対極よりも横幅が広く且つ前記試料極の中央部分に前記対極が絶縁材を介して接合され、
前記電流測定器から前記試料極に延びる前記電線は、前記試料極の前記対極を挟んだ両側部に振り分けて接続されることを特徴とする腐食センサ。
【請求項２】
前記複数の単位電極に含まれる前記試料極は互いに同じ材料から構成されると共に、前記複数の単位電極に含まれる前記対極は互いに同じ材料から構成される請求項１に記載の腐食センサ。
【請求項３】
各単位電極において、前記試料極は金属材料から形成され、前記対極は前記試料極の金属材料より電位的に貴な金属材料から形成されている請求項１または２に記載の腐食センサ。
【請求項４】
前記試料極は鋼またはアルミから構成され、前記対極は銀、ニッケルまたは銅から構成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項５】
前記電流測定器は、無抵抗式の多チャンネル型電流計である請求項１〜４のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項６】
前記絶縁枠は一列に並ぶ複数の凹部を有し、
前記複数の単位電極は、前記絶縁枠から外部に突出しないように前記凹部内にそれぞれ配置されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項７】
前記複数の単位電極の一部が地中に入るように設置して使用される請求項１〜６のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項８】
前記複数の単位電極の配列方向が金属を含む構造物に沿うように設置して使用される請求項１〜７のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項９】
前記試料極は、前記構造物と同じ表面処理が施されている請求項８に記載の腐食センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周辺の腐食環境性を測定するための腐食センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁やプラント等の構造物では、長期間にわたって所定の耐久性を維持させるために、腐食状況を定期的に点検する必要がある。しかしながら、構造物の腐食は、その周辺に存在する酸素濃度、ｐＨおよび温湿度などの腐食環境性の違いに応じて局所的に進行するため、その腐食箇所によっては点検で見落とされるおそれがある。
点検が困難な腐食として、例えば、外観から確認し難い構造物の基部、すなわち大気と地中との境界付近で発生する地際腐食が知られている。これは、腐食環境性が大気中と地中とにおいてそれぞれ異なるため、大気中から地中に至る構造物に地際を隔てて電位差が生じ、さらに雨水などの水分がその地際部分に滞水することで構造物の地際部分が電気的に短絡されてマクロセル腐食電流が発生し、電池作用により構造物の地際部分が腐食されるものである。このような、外観からの確認が困難な箇所で発生する腐食に対応するために、構造物周辺の腐食環境性を測定することが求められている。
【０００３】
そこで、地中の腐食環境性を評価する技術として、例えば特許文献１に開示されているように、金属試験体を地中に挿入して金属試験体に生じるマクロセル腐食電流を測定することで、地中の腐食環境性を評価することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９８６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マクロセル腐食電流は、腐食環境性が互いに異なる部分において発生するものであるが、その環境の変化が微小な領域で発生した場合の腐食環境性を正確に測定するのは困難である。
【０００６】
そこで、この発明は、このような従来の問題点を解消し、地際および地中の腐食環境性を高精度に測定す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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る腐食センサは、絶縁枠と、前記絶縁枠に取りつけられると共にそれぞれ試料極とこの試料極に近接配置された対極とを含む複数の単位電極が一列に配置された電極部と、前記電極部の前記複数の単位電極にそれぞれ接続されると共に各単位電極における前記試料極と前記対極との間に流れる電流を測定する電流測定器と、前記絶縁枠の内部に配置され、それぞれの前記単位電極の前記試料極と前記対極を前記電流測定器に接続する電線とを備え、前記試料極と前記対極はそれぞれ平板状の形状を有すると共に前記試料極が前記対極よりも横幅が広く且つ前記試料極の中央部分に前記対極が絶縁材を介して接合され、前記電流測定器から前記試料極に延びる前記電線は、前記試料極の前記対極を挟んだ両側部に振り分けて接続されるものである。
【０００８】
ここで、前記複数の単位電極に含まれる前記試料極は互いに同じ材料から構成されると共に、前記複数の単位電極に含まれる前記対極は互いに同じ材料から構成されることが好ましい。また、各単位電極において、前記試料極は金属材料から形成され、前記対極は前記試料極の金属材料より電位的に貴な金属材料から形成されるのが好ましい。また、前記試料極は鋼またはアルミ等から構成され、前記対極は銀、ニッケルまたは銅等から構成することもできる。
【０００９】
また、前記電流測定器は、無抵抗式の多チャンネル型電流計であるのが好ましい。
また、前記絶縁枠は一列に並ぶ複数の凹部を有し、前記複数の単位電極は、前記絶縁枠から外部に突出しないように前記凹部内にそれぞれ配置してもよい。
【００１０】
また、前記複数の単位電極の一部が地中に入るように設置して使用することができる。
また、前記複数の単位電極の配列方向が金属を含む構造物に沿うように設置して使用することもできる。また、前記試料極は、前記構造物と同じ表面処理が施されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、一列に配列された複数の単位電極にそれぞれ接続された電流測定器が各単位電極において近接配置された試料極と対極との間に流れる電流をそれぞれ測定するため、大気中、地際および地中の腐食環境性を高精度に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施の形態に係る腐食センサの構成を示し、（Ａ）は腐食センサの側面断面図、（Ｂ）は腐食センサの正面図である。
【図２】試料極と対極が水分により短絡された様子を示す図である。
【図３】複数の単位電極の一部が地中に入るように設置された腐食センサを示す図である。
【図４】本実施の形態に係る腐食センサの変形例を示す側面断面図である。
【図５】本実施の形態に係る腐食センサを用いて砂中における腐食電流を測定した実施例を示し、（Ａ）は水分添加率１００％における電流値、（Ｂ）は水分添加率８０％における電流値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）および（Ｂ）に、この発明の一実施の形態に係る腐食センサの構成を示す。この腐食センサは、絶縁性材料からなる絶縁枠１と、絶縁枠１に取り付けられた電極部２と、電極部２に電気的に接続された電流測定器３とを有する。
絶縁枠１は、細長い平板状の形状を有し、その表面上には複数の凹部４が長手方向に一列に並ぶように形成されている。また、絶縁枠１には、長手方向に延びる接続路５が形成されると共に凹部４の底面から接続路５にそれぞれ延びて両者を連通する連通路６が形成されている。
【００１４】
電極部２は、絶縁枠１の複数の凹部４に取り付けられることで絶縁枠１の長手方向に一列に配列した複数の単位電極７から構成される。単位電極７は、それぞれ絶縁枠１の長手方向に対して垂直方向に延びた平板状の形状を有すると共に金属材料からなる試料極８と対極９を、絶縁性の接着剤１０を介して互いに平行に接合して形成されている。試料極８は対極９よりも横幅が広く且つ中央に貫通孔１１が形成されており、対極９はこの貫通孔１１を塞ぐように試料極８の中央部分に接合されている。このような単位電極７が、試料極８側を凹部４の底面に当接するようにして絶縁枠１に取り付けられることで、試料極８が絶縁枠１に形成された連通路６に露出される。また、連通路６が貫通孔１１と連通し、対極９が連通路６に露出される。
このようにして、それぞれ試料極８と対極９を近接配置した単位電極７が絶縁枠１の表面上に取り付けられる。ここで、試料極８は鋼から構成され、対極９は試料極８よりも電位的に貴な金属材料から構成されているものとする。
【００１５】
電流測定器３は、絶縁枠１の接続路５を通して連通路６内に引き出された電線を介して単位電極７にそれぞれ接続されている。具体的には、電流測定器３は、図２に示すように、各単位電極７の試料極８と対極９とを電線を介して接続しており、周辺環境中の水分Ｗが互いに近接配置された試料極８と対極９を短絡することにより対極９から試料極８に流れる腐食電流Ａの測定を行う。なお、電流測定器３は、無抵抗式の多チャンネル型無抵抗電流計を用いるのが好ましい。また、電流測定器３と各単位電極７の試料極８との接続は、図１（Ｂ）に示すように、複数の単位電極７の配列方向に向かって、対極９を挟んだ試料極８の両側部に交互に接続することで、電流測定器３と各試料極８とを接続する電線を左右に振り分け、電線が限られた空間に密に配置されるのを抑制するのが好ましい。
【００１６】
次に、図１に示した腐食センサを使用して周辺環境の腐食性を測定する一例について説明する。
まず、複数の単位電極７の一部が地中に入るように腐食センサを設置することで、図３に示すように、一列に配列された複数の単位電極７は、大気中に位置する大気部１２と、地際に位置する地際部１３と、地中に位置する地中部１４とに区分される。すなわち、大気部１２は大気中の腐食環境に、地際部１３は地際の腐食環境に、地中部１４は地中の腐食環境にそれぞれ曝されることになる。それぞれの腐食環境に曝された各単位電極７では、図２に示されるように、腐食環境中の水分Ｗが互いに絶縁された試料極８と対極９に付着することで両者が短絡される。
【００１７】
その結果、電位的に卑な試料極８側では、例えば次式（１）のようなアノード反応（酸化反応）がおこり、鉄原子Ｆｅは、試料極８に電子ｅ−を放出し、第一鉄イオンＦｅ２＋の形で溶解し、水分Ｗ中に拡散する。
Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−     （１）
一方、電位的に貴な対極９側では、試料極８で発生した電子ｅ−が供給されることで次式（２）のようなカソード反応（還元反応）がおこり、水Ｈ２Ｏ、酸素Ｏ２及び試料極８から供給された電子ｅ−が反応し水酸化物イオンＯＨ−を生じる。
Ｈ２Ｏ＋Ｏ２／２＋２ｅ−→２ＯＨ−     （２）
【００１８】
上記のように、アノード反応とカソード反応が試料極８と対極９においてそれぞれ生じることで、試料極８から対極９へ順次電子ｅ−が供給されると共に対極９から試料極８へ腐食電流Ａが流れる。そして、この腐食電流は、アノード反応とカソード反応の反応速度に依存したものとなる。
【００１９】
このため、各単位電極７ではそれぞれ周辺の酸素濃度および湿度などの腐食環境性に応じた腐食電流Ａが流れ、例えば、酸素濃度が高く且つ湿度が低い大気中に曝された大気部１２、および酸素濃度が低く且つ湿度が高い地中に曝された地中部１４では、腐食電流Ａは小さくなる。一方、酸素濃度および湿度が共に高い地際に曝された地際部１３では、腐食電流Ａは大きくなる。
このように、各単位電極７には、それぞれ周辺の腐食環境性に応じた腐食電流Ａが流れ、この腐食電流Ａが電流測定器３によりそれぞれ測定される。そして、大気部１２の電流値に基づいて大気中の腐食環境性が、地際部１３の電流値に基づいて地際の腐食環境性が、地中部１４の電流値に基づいて地中の腐食環境性がそれぞれ評価されると共に大気、地際および地中にわたる腐食環境性の分布が評価される。
【００２０】
本実施の形態によれば、それぞれ周辺の腐食環境性を検出可能な複数の単位電極７が一列に配列されているため、その配列方向における腐食環境性の分布を評価することができる。また、各単位電極７には、周辺の腐食環境性により電位差が生じなくとも、互いに自然電位の異なる試料極８と対極９を用いることで両者の間が水分で短絡されると腐食電流Ａが流れるため、一様な腐食環境性からなる場合においても高い分解能でその腐食環境性を評価することが可能となる。さらに、自然電位が互いに異なる試料極８と対極９を用いることで、より大きな腐食電流Ａが各単位電極７に流れ、腐食環境性を高感度に評価することができる。
【００２１】
なお、上記の実施の形態では、試料極８は鋼から構成されたが、対極９よりも電位的に卑な金属材料であればこれに限るものではなく、例えば、試料極８をアルミなどから構成することもできる。また、対極９は、銀、ニッケルまたは銅などから構成することもできる。
また、各単位電極７の試料極８と対極９は、接着剤１０により互いに平行に接合されたが、試料極８と対極９とが近接配置されて水分Ｗにより短絡できればこれに限るものではない。
【００２２】
また、絶縁枠１の凹部４は、電極部３の各単位電極７が絶縁枠１から外部に突出しないような深さで形成することができ、これにより対極９の表面まで凹部４内に収まるようにして各単位電極７をそれぞれ絶縁枠１に取り付けることができる。例えば、図４に示すように、絶縁枠１に取り付けられた各単位電極７の対極９の表面が絶縁枠１の表面と同じ高さ位置となるように凹部４を形成することができる。また、対極９の表面が絶縁枠１の表面より下がるように凹部４を形成し、各単位電極７を絶縁枠１に埋設することもできる。
これにより、腐食センサを地中に挿入して設置する際に、各単位電極７が摩擦により損傷するのを抑制することができる。
【００２３】
また、腐食センサは、単位電極７の配列方向が金属を含む構造物に沿うように設置して使用することもできる。例えば、構造物の大気部分、地際部分および地中部分の近傍に複数の単位電極７の大気部１２、地際部１３および地中部１４がそれぞれ存在するように腐食センサを設置する。各単位電極７では周辺の腐食環境性に応じた腐食電流Ａがそれぞれ流れ、この腐食電流Ａが電流測定器３によりそれぞれ測定される。
【００２４】
このようにして得られた複数の単位電極７からの電流値は構造物の各部分が曝された腐食環境性を表しており、大気部１２からの電流値と地際部１３からの電流値に基づいて、構造物の大気部分の腐食状態から地際部分の腐食状態を相対的に評価することができる。さらに、地中部１４からの電流値を加えて比較することで、構造物の地際部分の腐食状態をさらに精度よく評価することができる。
このように、外観からは腐食の進行を確認することが困難な構造物の地際部分の腐食状態を精度よく評価することができる。また、構造物周辺の腐食環境性に基づいて、構造物の余寿命を推定することもできる。
なお、各単位電極７の試料極８に、構造物と同じ表面処理を施すことにより、構造物の腐食状態をさらに精度よく評価することができる。
また、腐食センサは、土壌に設置された構造物に限られず、例えばコンクリートに設置された標識支柱、照明用ポールおよび橋脚などの構造物に沿うように設置することができる。また、腐食センサは、各電極列が大気中から液体中に延びるように設置することもできる。例えば、海水中から大気中にかけて設置された海洋構造物、淡水中から大気中にかけて設置された河川構造物、または薬液などを収容したプラントタンクなどの構造物に沿うように設置することができる。さらに、腐食センサは、各電極列がコンクリートなどの固体中から液体中に延びるように設置することもできる。例えば、海水中に設置された海洋構造物の基礎部および淡水中に設置された河川構造物の基礎部などのコンクリート部分に設置し、コンクリート中から液体中に延びる鋼材の腐食状況を評価することができる。
【００２５】
次に、腐食センサを用いて実際に腐食環境性の分布を評価した実施例について説明する。所定量の砂を入れた容器に、複数の単位電極７の一部が砂の中に入るように腐食センサを設置すると共に０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液を添加した。そして、水面が砂と大気の界面に到達した状態を水分添加率１００％とした時に、水分添加率１００％の状態で各単位電極７に流れた腐食電流Ａを測定したものを図４（Ａ）に示し、水分添加率８０％の状態で各単位電極７に流れた腐食電流Ａを測定したものを図４（Ｂ）に示した。
その結果、図４（Ａ）では、センサ高さが砂と大気の界面付近、すなわち容器に添加した水分の上面位置において最も電流値が大きくなり、そこからセンサ高さが高くなる程またはセンサ高さが低くなる程電流値は小さくなった。また、図４（Ｂ）においても、センサ高さが砂の厚さに対して下から８０％の位置付近、すなわち容器に添加した水分の上面位置で最も電流値が大きくなり、そこからセンサ高さが高くなる程またはセンサ高さが低くなる程電流値が小さくなった。
このように、水分と共に酸素が豊富な水分の上面位置において腐食電流Ａが最も大きくなり、水分が少ない大気環境および酸素が少ない砂中環境では腐食電流Ａがそれぞれ小さくなった。このことから、これらの測定値は、各単位電極７周辺の腐食環境性、すなわち大気中から砂中にわたる腐食環境性の分布を表していることが分かる。
【符号の説明】
【００２６】
１  絶縁枠、２  電極部、３  電流測定器、４  凹部、５  接続路、６  連通路、７  単位電極、８  試料極、９  対極、１０  接着剤、１１  貫通孔、１２  大気部、１３  地際部、１４  地中部、Ｗ  水分、Ａ  腐食電流。
【図１】
0005571711.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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