(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食電流を制御することにより電気防食管理を行う方法において、
前記防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間の大きさをシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるように穴の径と長さを調整した穴を有する有底筒状部材であって、各有底筒状部材の穴径を異ならしめ、各穴の内部にそれぞれ電極及び参照電極を配設した複数の防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
各々の前記防食監視用電極の電極をそれぞれ電流計測回路に接続し、
各々の前記電流計測回路の電流計により防食被覆鋼材への流入電流量および流出電流量を測定し、
前記防食監視用電極のうち基準とする防食監視用電極について、その電流の流出が認められた場合には、防食電流出力を調節し、流出電流量を零にし、流入電流密度を多くとも１００μＡ／ｃｍ2にすることを特徴とする電気防食管理方法。
【請求項２】
前記防食監視用電極を上向きとなるように設置し、前記穴に連通する電極室に防食被覆鋼材の設置場所近傍の地下水あるいは土壌の比抵抗に合わせた電解液または電解液をゲル化もしくはゾル化したものを入れてなることを特徴とする請求項１記載の電気防食管理方法。
【請求項３】
少なくとも３個の穴径の異なる防食監視用電極を用い、穴径の最も小さい防食監視用電極を基準の防食監視用電極とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気防食管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間内部の欠陥に対する電気防食管理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気防食としては、金属構造物に陰極（カソード）電流を通じて防食する陰極防食が一般的であり、この陰極防食には、外部電源法（外電法ともいう）と、犠牲陽極法（流電陽極法ともいう）の２方式がある。
図５は陰極防食の２方式を説明する図であり、同図の（ａ）は外部電極法を、（ｂ）は犠牲陽極法を説明する図である。
【０００３】
外部電極法は、図５の（ａ）のように、例えば商用電源を整流して直流電源３ａとし、不溶性の電極（図示の対極２ａ）を正極として、被防食体１ａを負極（カソード）として、正極から負極に通電する。この場合、通電する電流値が適当な値となるように出力電圧値を調整する。
犠牲陽極法は、図５の（ｂ）のように、例えば亜鉛、アルミニウム、マグネシウム合金等の犠牲陽極２ｂの溶解に伴って発生する電流を被防食体１ａに通電する。この場合、出力調整用の可変抵抗器によりなる出力調整器３ｂの抵抗値を調整して通電する電流値を調整する。
【０００４】
図６は従来の防食電位測定法を説明する図である。図６において、１は地中に埋設された防食被覆鋼材、２は対極又は犠牲陽極、３は直流電源又は出力調整器、４は疑似部材、５は参照電極、７は常時閉で、動作時に開となるスイッチ、８は電流計、９は電圧計、１３は鋼材露出部である。
従来、地中に埋設され電気防食が施されている被防食体（この例では防食被覆鋼材１）の防食管理法として、地中に埋設されている被防食体と地表面に配設されている参照電極５との間の電位差を計測する防食電位を用いていた。
【０００５】
防食電位計測法としては、ＯＮ電位あるいはＯＦＦ電位による検出方法が一般的である。この方法は、防食被覆鋼材１と同一材質（この場合鋼）よりなる小片の疑似部材４を地中の防食被覆鋼材１の近傍に埋め、通常状態（非測定時）においては、この疑似部材４を、常時閉のスイッチ７と電流計８を介して防食被覆鋼材１に短絡させておき、測定時に、スイッチ７を開として短絡状態を切り、この瞬間（１００ｍｓ以内）における疑似部材４と参照電極５との間の電位差を測定し、これを防食被覆鋼材１の防食電位とするものである。
なお、参照電極５の電位をできるだけ防食被覆鋼材１が埋設された近傍の電位となるようにして、正確に防食電位を計測する発明として特開平６−２６５５１１号公報に示されたものがある。
【０００６】
図７は防食被覆鋼材に発生する欠陥の種類を説明する図である。同図の（ａ）は、鋼材１４の防食被覆１５の一部に破損した箇所があり、その破損した箇所の防食被覆１５が完全にとれた状態の鋼材露出部１３が存在する場合であり、（ｂ）は防食被覆の重なり部における隙間、例えば、防食被覆鋼管の溶接継手部に施された熱収縮チューブの端がめくれて隙間１６ができ、この隙間１６から地中の水が流入し、内部が腐食するような場合である。
防食被覆鋼材の欠陥が、図７の（ａ）に示した鋼材露出部１３の場合には、図６に示したようにこの鋼材露出部１３に防食電流が流入するので、防食効果がある。従って、この鋼材露出部１３がある欠陥に対しては、従来の防食電位測定法は、防食被覆鋼材の防食管理法としても、有効な方法と考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被防食体が防食被覆鋼材であり、さらにこの防食被覆鋼材の欠陥として、図７の（ｂ）に示したような防食被覆の隙間（一般に０．５〜２０ｍｍ程度の隙間）があると多くの場合、地下水が流入する。地下水があると電気的導通ができるが、この隙間の大小により、隙間の電気抵抗値が大きく変わる。すなわち、隙間が小さい場合には、電気抵抗が大きいので、防食電流はこの隙間にはあまり流入しない。さらに地中には、電気鉄道を起点とする迷走電流が存在し、防食被覆の隙間からこの迷走電流が流出する。このため、隙間に流入する防食電流は少ないうえ、迷走電流が流出するので、隙間内部の鋼が腐食することが多い。
しかし、これまで、この隙間内部の鋼の腐食状態を外部より計測する方法はなかった。言い換えると、従来の防食管理技術は、図７の（ａ）の鋼材露出部１３のような表面の防食被覆１５が完全にオープンとなっている欠陥だけにしか適用できなかった。従って、図７の（ｂ）に例示するような、防食重なり部の防食被覆１５が一部剥離し、しかもその剥離した箇所の防食被覆１５間の隙間１６を通じて鋼材面１７が外部に連通しているような欠陥に対しては、その箇所で電気防食が有効に作用しているか、また当該箇所から電流の流出が生じ、腐食発生の可能性があるのかが判定できなかった。
さらにまた、このような防食被覆重なり部の隙間内部には土壌の水が長期間にわたって停滞し、その欠陥の腐食を促進することになることも大きな問題点であった。
【０００８】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間内部の欠陥に対しても適用することができる電気防食管理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電気防食管理方法は、地中に埋設され陰極防食の施されている防食被覆鋼材の防食電流を制御することにより電気防食管理を行う方法において、
前記防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間の大きさをシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるように穴の径と長さを調整した穴を有する有底筒状部材であって、各有底筒状部材の穴径を異ならしめ、各穴の内部にそれぞれ電極及び参照電極を配設した複数の防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、
各々の前記防食監視用電極の電極をそれぞれ電流計測回路に接続し、
各々の前記電流計測回路の電流計により防食被覆鋼材への流入電流量および流出電流量を測定し、
前記防食監視用電極のうち基準とする防食監視用電極について、その電流の流出が認められた場合には、防食電流出力を調節し、流出電流量を零にし、流入電流密度を多くとも１００μＡ／ｃｍ2にすることを特徴とするものである。
【００１０】
まず第１に、本発明においては、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間の大きさをシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるように穴の径と長さを調整した穴を有する有底筒状部材であって、各穴の径を異ならしめ、各穴の内部にそれぞれ、防食被覆鋼材と同一材質からなる電極と、参照電極を配設した複数の防食監視用電極を用いることに特徴がある。有底筒状部材の穴は、あらかじめ防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間の大きさをシミュレートすることによって、この穴に流入する防食電流の抵抗を調整しておく。従って、この穴は防食電流の抵抗調整部となっている。すなわち、この穴径を防食被覆重なり部の隙間の大きさについて収集したデータの分布に基づき、ランク毎に分類し、例えば大、中、小のランクの少なくとも３種類の穴径に設定する。この場合、最も小さい穴径の防食監視用電極が安全サイドのものとみなされるので、これを基準の防食監視用電極として設定する。
そして、この基準の防食監視用電極に流れる電流の向きと電流値を測定すれば、当該隙間内部の欠陥に流れる防食電流が流入しているか、流出しているかがわかり、流出している場合にはその流出電流値が零となるように防食電流出力を調節することにより、当該隙間内部の欠陥に対する電気防食を適切に行うことができる。
【００１１】
第２に、本発明は、各防食監視用電極内に電解液等を入れておくことによって、防食被覆鋼材の設置場所の土壌の条件を再現し、当該隙間内部の腐食変化に対応した、より適切な電気防食管理ができることにある。そのため、各防食監視用電極は上向きとなるように設置され、前記有底筒状部材の穴又はこの穴に連通する電極室内に、防食被覆鋼材の設置場所近傍の地下水あるいは土壌の比抵抗に合わせた電解液又は電解液のゲル化もしくはゾル化したものを入れておく。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る電気防食管理方法の説明図である。
図１において、１は地中に埋設された防食被覆鋼材、２は対極又は犠牲陽極、３は直流電源又は出力調整器であり、２、３は図５で説明した外部電極法又は犠牲陽極法のいずれの電気防食でもよいことを示している。
【００１３】
６Ａ、６Ｂ、６Ｃはそれぞれ第１、第２、第３の防食監視用電極で、その個数は限定されないが、好ましくは３個以上あればよい。７Ａ、７Ｂ、７Ｃはそれぞれ第１、第２、第３の防食電流計測回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに設けられ、常時閉で、動作時に開となるスイッチ、８Ａ、８Ｂ、８Ｃはそれぞれ第１、第２、第３の防食電流計測回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに設けられた電流計、９Ａ、９Ｂ、９Ｃはそれぞれ第１、第２、第３の防食電位計測回路２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに設けられた電圧計、１６は図７の（ｂ）に示した防食被覆重なり部の隙間である。
【００１４】
符号６で代表される各防食監視用電極は、基本的には、図２に示すように有底筒状部材１０に穴１１を設け、その穴１１の底部又は近傍に電極６１と参照電極６２を配設したものである。有底筒状部材１０は、一般的な絶縁材料であるプラスチック材料（例えばアクリル樹脂）からなっている。また、電極６１は防食被覆鋼材１と同一材質の鋼からなっている。参照電極６２は、例えば鉛、亜鉛、白金、モリブデン、タングステン等で製作される。６３、６４はそれぞれ電極６１及び参照電極６２に接続された接続ケーブルである。
【００１５】
穴１１は、防食被覆鋼材１の防食被覆重なり部の隙間１６の電気抵抗値と同一の電気抵抗値となるように、その隙間１６の大きさをシミュレートした穴径Ｄ及び穴の長さＬに調整してある。
これは、古い防食被覆埋設管を掘り出した際に、防食被覆重なり部の隙間を実測し、この実測値を多数収集したデータに基づき、隙間の分布範囲を求め（通常は０．５〜２０ｍｍ程度となる）、この分布範囲を複数のランクに分類し、各ランク毎に穴径の代表値（例えばランク内の中央値、又はランク内で最も頻度の高い値を代表値として）を決める。ここでは、穴の長さＬはすべて同一とし、穴の直径Ｄのみを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍとした３種類の防食監視用電極６Ａ（穴径３０ｍｍ）、６Ｂ（穴径２０ｍｍ）、６Ｃ（穴径１０ｍｍ）を使用している。
【００１６】
図１の例では、防食被覆重なり部の隙間を大、中、小の３つのランクに分類し、各ランク毎に穴径を決めたものである。従って、土壌から各防食監視用電極内に流入または流出する電流密度も大、中、小の３ランクになると共に、この３つの防食監視用電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃによって、通常の隙間範囲をほぼカバーした防食電流及び防食電位の測定ができる。
なお、この実施の形態では、穴径が最も小さい、すなわち電気抵抗が大きく電流密度が最も小さい防食監視用電極６Ｃ（穴径１０ｍｍ）が、最も条件が悪い場合であるので、安全面を考慮し、この防食監視用電極６Ｃを防食管理の基準の防食監視用電極として、他の２つの防食監視用電極６Ａ、６Ｂは参考データを得るための参考用電極とした。
【００１７】
防食監視用電極６は、好ましくは図３に示すように構成されている。図４は図３の断面図である。図１にはこの構成例の防食監視用電極６を示してある。
図３、図４に示す防食監視用電極６の有底筒状部材１０は、図２のものと同様に、穴径Ｄ及び穴の長さＬを調整された第１の穴１１と、この穴１１に連通する拡径された第２の穴１２を有する。電極６１及び参照電極６２は、第２の穴１２を塞ぐ底板１３に取り付けられ、両電極６１、６２間は、例えばエポキシ樹脂で絶縁されている。
【００１８】
この第１の穴１１は前述したように防食電流の抵抗調整部を構成し、第２の穴１２は電極室となっており、この電極室１２には防食被覆鋼材の設置場所近傍の地下水あるいは土壌の比抵抗に合わせて、ほぼ中性の電解液（例えば、ＮａＣｌもしくはＮａ２ＳＯ４水溶液、ＮａＣｌ＋Ｎａ２ＳＯ４水溶液）又はこの電解液をゲル化もしくはゾル化したものが入れてある。
これは、普通の土壌の条件を半永久的に再現する目的で、各防食監視用電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃに前記のような電解液又はその電解液をゲル化もしくはゾル化したものを充填しておくものであり、これにより防食被覆重なり部の隙間内部の水質変化等に基づく腐食状態の変化を良好に検知することが可能となる。
そして、各防食監視用電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、地中の防食被覆鋼材１の近傍位置に、先端の開口部１１ａが鉛直方向の上側となる姿勢で設置される。
【００１９】
また、各防食監視用電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃに地中の砂等が上部の開口部１１ａより入らないように、埋設時には、絶縁材よりなる網や海綿（水分は自由に通過できるように）でカバーや栓をすることが望ましい。
【００２０】
次に、図１を参照し、防食電流の測定及び管理について説明する。
第１、第２、第３の防食監視用電極内の各電極６１は、それぞれ対応するスイッチ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び電流計８Ａ、８Ｂ、８Ｃを介して防食被覆鋼材１に短絡されている。そして防食被覆鋼材１の被覆重なり部の隙間１６をシミュレートした第１、第２、第３の防食監視用電極内の各電極６１には、対極又は犠牲陽極２から防食電流が流入したり、又は迷走電流等が流出したりする。また各電流計８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、双方向の電流値を計測できるので、各防食監視用電極内の電極６１に電流が流入する場合の電流値と流出する場合の電流値を測定することができる。
【００２１】
いま、第３の防食監視用電極６Ｃを基準の防食監視用電極としたので、第３の電流計８Ｃにより、この防食監視用電極６Ｃ内の電極６１に流れる電流の向きと電流値を計測し、流出電流が認められる場合、直流電源又は出力調整器３により防食電流を調整し、流出電流を零にする。流出電流が存在すると隙間１６内部の欠陥の腐食を進行させるため、この流出電流を零にすることによって、電気防食の効果を上げることができる。さらに直流電源又は出力調整器３により、防食電流を調整し、流入電流密度を多くとも１００μＡ／ｃｍ２にする。１００μＡ／ｃｍ２以上の流入電流密度で防食電流を流入しても防食効果は飽和しているので、過剰に流入させる必要はない。
前記の流出電流の零調整が終わった後に、第１、第２の電流計８Ａ、８Ｂにより防食監視用電極６Ａ、６Ｂ内の各電極６１に流れる電流の向きと電流値を計測し、この値を参照データとして保存する。
【００２２】
次に、防食電位の測定について説明する。
第１、第２、第３のスイッチ７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、それぞれ個別に操作されるスイッチであり、各スイッチは常時閉で、動作時に開となる。また第１、第２、第３のスイッチ７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、第１、第２、第３の防食監視用電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃを用いて、防食監視用電極毎に防食電位を測定する際に順次操作されるものである。
同様に、第１、第２、第３の電圧計９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、第１、第２、第３の防食監視用電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃを用いて、防食電位を測定する際に用いられる。
【００２３】
図１において、通常状態（非測定時）においては、第１、第２、第３の防食監視用電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃ内の各電極６１は、それぞれ対応するスイッチ７Ａ、７Ｂ、７Ｃの常時閉回路及び電流計８Ａ、８Ｂ、８Ｃを介して防食被覆鋼材１に短絡されている。また耐食性の高い材料で製作された参照電極６２は、防食被覆鋼材１の近傍に設置されている。
この状態から計測時に、まず基準電極である第３の防食監視用電極６Ｃの防食電位を計測する。このため第３のスイッチ７Ｃの回路を開として短絡状態を切り、この開放状態になった瞬間（１００ｍｓ以内）における第３の防食監視用電極６Ｃ内の電極６１と参照電極６２との間の電位差を第３の電圧計９Ｃにより測定し、これを防食被覆重なり部にランク「小」の隙間がある場合をシミュレートした防食被覆鋼材１の防食電位として求める。この防食電位測定の終了後に、第３のスイッチ７Ｃを再び閉回路にしておく。
【００２４】
次に、参照用電極である、第１、第２の防食監視用電極６Ａ、６Ｂの防食電位を順番に測定する。すなわち第１のスイッチ７Ａの回路を開として短絡状態を切った瞬間に、第１の電圧計９Ａにより測定した電圧値を求め、これを防食被覆重なり部にランク「大」の隙間がある場合をシミュレートした防食被覆鋼材１の防食電位とする。同様に、第２のスイッチ７Ｂと、第２の電圧計９Ｂによりランク「中」の隙間をシミュレートした防食電位を求める。なお、各防食電位測定後に、対応するスイッチ７Ａ、７Ｂはそれぞれ閉回路にしておく。
【００２５】
以上のように複数の防食監視用電極を設置する場合には、そのうちの１つを基準の防食監視用電極として、この基準の防食監視用電極を用いて防食電流の管理を行えると共に、その他の参照用の防食監視用電極を用いて通常の隙間範囲をカバーした参照データが得られるから、これらの管理データ及び参照データを分析することにより今後の防食管理を適切に行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、防食被覆鋼材の防食被覆重なり部の隙間の大きさをシミュレートし、電気抵抗値が前記隙間の電気抵抗値と同一になるように穴の径と長さを調整した穴を有する有底筒状部材であって、各有底筒状部材の穴径を異ならしめ、各穴の内部にそれぞれ電極及び参照電極を配設した複数の防食監視用電極を前記防食被覆鋼材の近傍に埋設し、各防食監視用電極の電極をそれぞれ電流計測回路に接続し、各電流計測回路の電流計により防食被覆鋼材への流入電流量および流出電流量を測定し、基準の防食監視用電極について、その電流の流出が認められた場合には、防食電流出力を調節し、流出電流量を零にし、流入電流密度を多くとも１００μＡ／ｃｍ2にするようにしたので、防食被覆重なり部の隙間内部の欠陥に対しても適切な電気防食管理を行うことができる。
【００２７】
また、各防食監視用電極は上向きとなるように設置され、有底筒状部材の穴内部に防食被覆鋼材の設置場所近傍の地下水あるいは土壌の比抵抗に合わせた電解液又は電解液のゲル化もしくはゾル化したものを入れておくことによって、普通の土壌の条件を防食監視用電極によって半永久的に再現できるため、土壌の水質変化等に基づく当該隙間内部の腐食状態の変化を良好に検知することができ、より適切な電気防食管理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気防食管理方法の説明図である。
【図２】防食監視用電極の一構成例を示す図である。
【図３】防食監視用電極の他の構成例を示す図である。
【図４】図３の断面図である。
【図５】陰極防食の２方式を説明する図である。
【図６】従来の防食電位測定法の説明図である。
【図７】防食被覆鋼材に発生する欠陥の種類を示す説明図である。
【符号の説明】
１  防食被覆鋼材
２  対極又は犠牲陽極
３  直流電源又は出力調整器
４  疑似部材
５  参照電極
６Ａ  第１の防食監視用電極
６Ｂ  第２の防食監視用電極
６Ｃ  第３の防食監視用電極
７  スイッチ
８  電流計
９  電圧計
１０  有底筒状部材
１１  穴（防食電流抵抗調整部）
１２  電極室
１６  防食被覆重なり部の隙間
２０Ａ  第１の防食電流計測回路
２０Ｂ  第２の防食電流計測回路
２０Ｃ  第３の防食電流計測回路
６１  電極
６２  参照電極
【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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