(57)【要約】【課題】コンクリートの劣化を高精度且つ迅速に測定可能にすること。【解決手段】コンクリート構造物（１０１）から取り出された試料（Ｓ）から脱離したガスの質量分析を行う質量分析計（１１）と、質量分析計（１１）で測定された水および二酸化炭素の脱離量（Ｖ１，Ｖ２）に基づいて、コンクリート構造物（１０１）の塩基性度の診断をする塩基性度の診断手段（２６ａ）と、質量分析計（１１）で測定された塩素の脱離量（Ｖ３）に基づいて、コンクリート構造物（１０１）の塩化物イオン濃度を診断する塩化物イオン濃度の診断手段（２６ｂ）と、を備えたコンクリートの劣化診断装置（１）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が真空状態に排気される真空室と、
前記真空室に配置され、コンクリート構造物から取り出された試料を昇温させる昇温装置と、
前記真空室に配置され、且つ、昇温された前記試料から脱離したガスの質量分析を行う質量分析計と、
前記質量分析計で測定された水および二酸化炭素の脱離量に基づいて、前記コンクリート構造物の塩基性度の診断をする塩基性度の診断手段と、
前記質量分析計で測定された塩素の脱離量に基づいて、前記コンクリート構造物の塩化物イオン濃度を診断する塩化物イオン濃度の診断手段と、
を備えたことを特徴とするコンクリートの劣化診断装置。
【請求項２】
内部が真空状態に排気される真空室において、コンクリート構造物から取り出された試料を昇温させて、前記試料から脱離したガスの質量分析を行う質量分析工程と、
前記質量分析計で測定された水および二酸化炭素の脱離量に基づいて、前記コンクリート構造物の塩基性度を診断すると共に、前記質量分析計で測定された塩素の脱離量に基づいて、前記コンクリート構造物の塩化物イオン濃度を診断する診断工程と、
を実行することを特徴とするコンクリートの劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの劣化の診断を行う劣化診断装置および劣化診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物やセメント硬化体（以下、単に「コンクリート」と呼ぶ）では、様々な環境下において、経年的に劣化が進む。コンクリートの劣化の原因としては、中性化や凍害、塩害等が知られている。ここで、中性化については、空気中の二酸化炭素（ＣＯ２）が原因で発生する。すなわち、コンクリート内部は、ｐＨ１２〜１３程度の強アルカリの状態となっており、コンクリート内部の鉄筋は、強アルカリ環境下では、表面に不動態皮膜で覆われており、鉄筋がさびることは無い。しかしながら、空気中の二酸化炭素（ＣＯ２）と、コンクリート中に含まれる成分である水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）とが反応して、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が生成されると、コンクリートが中性化していく。そして、経年的に中性化が内部に進行していき、表面から鉄筋の深さにおいて、ｐＨが１０程度以下に低下すると、不動態皮膜が破壊されやすくなり、鉄筋がさび始める（腐食し始める）ことが知られている。
【０００３】
また、塩害については、海水に触れる環境や、融雪剤等が触れる環境において、ハロゲン化物イオン（Ｃｌ−，Ｂｒ−，Ｉ−）、特に、塩化物イオン（Ｃｌ−）が原因で発生する。すなわち、塩化物イオンが内部に進入すると、鉄筋の不動態皮膜が破壊され、鉄筋がさび始めることが知られている。
さらに、雨水や海水等は、コンクリートに形成されているひび割れ等を通じて、内部に塩化物イオンを運搬するだけでなく、寒冷地では、凍結時の体積膨張によりひび割れを大きくして、二酸化炭素や塩化物イオンをさらに内部に進入しやすくすることも知られている。
【０００４】
前述のようなコンクリートの中性化の表面からの深さを診断する技術として、以下の特許文献１〜５に記載の技術が従来公知である。
特許文献１（特開２０１１−２５７２１２号公報）には、コンクリート構造物からコアを抜き取って、フェノールフタレイン法で中性化の深さを判断する技術が記載されている。なお、フェノールフタレイン法は、抜き取られたコアに対して、フェノールフタレイン液を塗布したり噴霧したりして、変色した部分（アルカリ性の部分）と変色しなかった部分（中性の部分）の境界の位置で、深さを判断する技術である。
また、特許文献２（特開２０１０−２３０３８３号公報）や特許文献３（特開２０１１−２２６９６１号公報）には、コンクリート構造物にドリル等であけた穴に対して、フェノールフタレイン液を噴霧して、穴をライト等でのぞき込んで、目視で中性化層（２１）と非中性化層（２２）との境界を視認する技術が記載されている。
【０００５】
特許文献４（特開２００８−２２４６４９号公報）には、採取されたコアに対して、ＴＧ−ＤＴＡ（熱重量−示差熱分析装置）を使用して、熱分析（熱天秤）により水酸化カルシウムの含有量を測定する技術が記載されている。特許文献４に記載の技術では、水酸化カルシウムの含有量が低下していれば、炭酸カルシウムの量が相対的に増加している、すなわち、中性化が進行していることが判断可能である。
特許文献５（特開２００１−２５５３２２号公報）には、抜き取られたコンクリートコア（５０）を破砕して、硝酸銀溶液に浸し煮沸して塩化物を抽出した後に、電位差滴定法により塩化物含有量を測定する方法が記載されている。また、特許文献５には、抜き取られたコアに、硝酸銀溶液を噴霧して、塩化物の浸透深さを目視で測定する硝酸銀法も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２５７２１２号公報（「００３８」）
【特許文献２】特開２０１０−２３０３８３号公報（「００２４」）
【特許文献３】特開２０１１−２２６９６１号公報（「００６１」）
【特許文献４】特開２００８−２２４６４９号公報（「００５３」）
【特許文献５】特開２００１−２５５３２２号公報（「０００５」〜「０００６」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているコアを抜き取る場合、従来の技術では、直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍのコアを抜き取っており、コンクリート構造物の強度が低下する問題がある。また、これほど大きく重いコアを抜き取る場合、高所や狭所からコアを抜き取ろうとすると、足場を組んだり、大がかりで重い抜き取り装置が必要となり、抜き取り作業の作業性が非常に悪く、時間もかかる問題がある。特許文献２，３に記載の技術では、開ける穴の大きさが小さすぎると、人が目視で確認することが困難となり、ある程度の大きさの穴が必要となる。また、穴を開ける位置によっては、人が目視しにくい場所となる場合もあり、やはり特許文献１と同様の作業性の悪さがある。
また、特許文献１〜３に記載のフェノールフタレイン法では、中性化の深さしか判定できず、定性的である。すなわち、どの位置までが、フェノールフタレインで着色されない程度（ｐＨ８程度）まで中性化されているかしかわからず、中性化されていない部分（ｐＨ９以上の部分）でも、どの程度アルカリ性が低下しているのかが判定できない問題がある。
【０００８】
特許文献４に記載の熱天秤法では、水や二酸化炭素は測定可能であるが、塩化物イオンは測定できない。また、熱天秤法において、水や二酸化炭素の放出によって、重量が減少する温度で、水や二酸化炭素以外の成分が放出されると、精度のよい診断ができない問題もある。
特許文献５に記載の硝酸銀法は、フェノールフタレイン法と同様に、呈色反応であり、定性的である問題がある。また、特許文献５に記載の電位差滴定法は、一定量以上の試料と、事前の試料調整（破砕等）が必要であり、コンクリートから塩化物イオンを抽出するのに膨大な時間がかかる問題がある。
なお、特許文献４，５においても、コアを抜き取る作業は、作業性が悪い問題がある。
この他にも、超音波を使用した非破壊検査法も知られているが、この方法では、さびた鉄筋は検出できるが、さびかけた鉄筋や中性化の程度等については、測定できない問題がある。
【０００９】
本発明は、コンクリートの劣化を高精度且つ迅速に測定可能にすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明のコンクリートの劣化診断装置は、
内部が真空状態に排気される真空室と、
前記真空室に配置され、コンクリート構造物から取り出された試料を昇温させる昇温装置と、
前記真空室に配置され、且つ、昇温された前記試料から脱離したガスの質量分析を行う質量分析計と、
前記質量分析計で測定された水および二酸化炭素の脱離量に基づいて、前記コンクリート構造物の塩基性度の診断をする塩基性度の診断手段と、
前記質量分析計で測定された塩素の脱離量に基づいて、前記コンクリート構造物の塩化物イオン濃度を診断する塩化物イオン濃度の診断手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記技術的課題を解決するために、請求項２に記載の発明のコンクリートの劣化診断方法は、
内部が真空状態に排気される真空室において、コンクリート構造物から取り出された試料を昇温させて、前記試料から脱離したガスの質量分析を行う質量分析工程と、
前記質量分析計で測定された水および二酸化炭素の脱離量に基づいて、前記コンクリート構造物の塩基性度を診断すると共に、前記質量分析計で測定された塩素の脱離量に基づいて、前記コンクリート構造物の塩化物イオン濃度を診断する診断工程と、
を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１，２に記載の発明によれば、本発明の構成を有しない場合に比べて、コンクリートの劣化を高精度且つ迅速に測定可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は実施例１のコンクリートの劣化診断装置の全体説明図である。
【図２】図２は実施例１のコンクリート構造物から試料を採取する作業の説明図である。
【図３】図３は実施例１のコンピュータ本体の機能を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は実施例１の表示画像の説明図であり、図４Ａはメイン画像の説明図、図４Ｂは表面の区画の試料をセットするように促す画像の説明図、図４Ｃは測定中であることを告知する画像の説明図、図４Ｄは次の区画の試料をセットするように促す画像の説明図である。
【図５】図５は実施例１の検量値の説明図であり、図５Ａは水素の標準試料の測定グラフの一例の説明図、図５Ｂは水、二酸化炭素、アンモニア、塩化水素の定量係数の説明図、図５Ｃは塩化アンモニウムの標準試料の測定グラフの一例の説明図、図５Ｄは塩素の定量係数の説明図、図５Ｅは検体の測定値と濃度の関係の説明図である。
【図６】図６は実施例１のコンクリートの劣化診断装置における制御処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（以下、実施例と記載する）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１５】
図１は実施例１のコンクリートの劣化診断装置の全体説明図である。
図２は実施例１のコンクリート構造物から試料を採取する作業の説明図である。
図１において、実施例１のコンクリートの劣化診断装置１は、質量分析装置の一例としての昇温脱離分析装置（ＴＤＳ：Thermal  Desorption  Spectrometer）２を有する。昇温脱離分析装置２は、真空室３を有する。真空室３の内部には、試料ステージ４が設置されている。試料ステージ４の上面には、試料Ｓを保持可能に構成されている。
図２において、実施例１の試料Ｓは、コンクリート構造物の一例としての橋脚１０１から取得される。橋脚１０１は、鉄筋１０２と、鉄筋１０２の周囲のコンクリート１０３とを有し、コンクリート１０３から、ドリル１０４を使用して試料Ｓを採取する。実施例１では、ドリルの一例として直径３ｍｍのドリル１０４を使用し、ドリル１０４使用時にコンクリート１０３から出るコンクリートの粉を採取する。一例として、実施例１では、橋脚１０１の表面から鉄筋の位置までを５区画に分割し、各区画において発生したコンクリートの粉を採取する。そして、採取したコンクリートの粉は、１日〜２日程度、１０−２［Ｐａ］程度の真空中で真空乾燥させる。なお、昇温脱離に影響がない程度の温度（１６０℃程度）まで加熱して乾燥させることも可能である。次に、真空乾燥後の各区画の粉を、それぞれ薄板状に圧縮成型して、試料ステージ４に保持される試料Ｓを５つ（５区画分）作成した。なお、実施例１では、試料Ｓは、直径３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、重量１ｍｇ程度の薄板状のものを使用した。
【００１６】
図１において、試料ステージ４上の試料Ｓには、昇温装置の一例としての赤外光源５から赤外光が照射可能に構成されている。なお、実施例１の試料ステージ４は、赤外光源５で試料Ｓが加熱できるように、合成石英の皿により構成されている。
真空室３には、排気系７が接続されている。排気系７の下流端には、排気装置の一例としてのターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo molecular pump）８と、ロータリポンプ（ＲＰ：Rotary Pump）９とが直列に接続されている。したがって、実施例１の昇温脱離分析装置２では、各ポンプ８，９により、真空室３は、高真空状態に排気可能に構成されている。なお、実施例１では、真空室３は、10-6［Pa］程度の超高真空に排気される。すなわち、実施例１では、超高真空内で、試料Ｓが加熱されることで、試料Ｓに含まれる水酸化カルシウムの熱分解温度を５８０℃から３６０℃に、炭酸カルシウムの熱分解温度を８２５℃から５６０℃に、塩化ナトリウムの気化温度を１４１３℃から９００〜１０５０℃程度にすることができ、大気中で加熱する場合に比べて低温化している。
【００１７】
また、真空室３には、測定部の一例としての質量分析計１１が配置されている。実施例１の質量分析計１１は、四重極質量分析計、いわゆるＱＭＳ（quadrupole mass spectrometer）により構成されている。
前記質量分析計１１には、情報処理装置の一例としてのパーソナルコンピュータ１３が電気的に接続されている。パーソナルコンピュータ１３は、コンピュータ本体１３ａと、表示部の一例としてのディスプレイ１３ｂと、入力部の一例としてのキーボード１３ｃおよびマウス１３ｄと、を有する。コンピュータ本体１３ａは、外部との信号の入出力、および、入出力信号レベルの調節等を行うＩ／Ｏ、必要な処理を実行するためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭやハードディスク等の記憶装置、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ、前記ＲＯＭやＲＡＭに記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ、ならびにクロック発振器等を有する。コンピュータ本体１３ａは、記憶装置に記憶されたプログラムをＲＡＭ上に移して実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００１８】
図３は実施例１のコンピュータ本体の機能を示す機能ブロック図である。
図３において、実施例１のコンピュータ本体１３ａには、キーボード１３ｃやマウス１３ｄ、質量分析計１１やその他の図示しない信号出力要素から、出力信号が入力されている。
また、実施例１のコンピュータ本体１３ａは、被制御要素の一例としてのディスプレイ１３ｂ等へ制御信号を出力している。
【００１９】
（コンピュータ本体１３ａの機能）
コンピュータ本体１３ａは、信号出力要素からの入力信号に応じた処理を実行して、前記各制御要素に制御信号を出力する機能を有している。
コンピュータ本体１３ａには、図示しないオペレーティングシステム（ＯＳ）や文書作成ソフトウェア等のアプリケーションソフトに加え、コンクリートの劣化診断プログラムＡＰ１が記憶されている。実施例１のコンクリートの劣化診断プログラムＡＰ１は、次の機能２１〜２６を有している。
【００２０】
図４は実施例１の表示画像の説明図であり、図４Ａはメイン画像の説明図、図４Ｂは表面の区画の試料をセットするように促す画像の説明図、図４Ｃは測定中であることを告知する画像の説明図、図４Ｄは次の区画の試料をセットするように促す画像の説明図である。
２１：画像表示手段
画像表示手段２１は、ディスプレイ１３ｂに画像３１〜３４を表示する。図４Ａにおいて、実施例１の画像表示手段２１は、コンクリートの劣化診断を開始する前と診断完了時にメイン画像を表示する。実施例１のメイン画像３１は、鉄筋の表面からの深さを入力する鉄筋位置の入力ウィンドウ３１ａと、構造物の築年数を入力する築年数の入力ウィンドウ３１ｂと、アルカリ度の結果に基づく寿命を表示する中性化寿命ウィンドウ３１ｃと、塩化物イオン濃度の結果に基づく寿命を表示する塩害寿命ウィンドウ３１ｄと、アルカリ度の結果のグラフを表示するアルカリ度のグラフ表示部３１ｅと、アルカリ度に基づく寿命のグラフを表示するアルカリ度の寿命グラフ表示部３１ｆと、塩化物イオン濃度の結果のグラフを表示する塩化物イオン濃度のグラフ表示部３１ｇと、塩化物イオン濃度に基づく寿命のグラフを表示する塩化物イオン濃度の寿命グラフ表示部３１ｈと、分析を開始する入力を行うための分析開始ボタン３１ｊと、を有する。
【００２１】
実施例１では、鉄筋位置の入力ウィンドウ３１ａと、築年数の入力ウィンドウ３１ｂには、ユーザがキーボード１３ｃ等で、数値を入力可能に構成されている。また、実施例１の画像表示手段２１は、診断が開始された場合には、図４Ｂに示す表面の区画の試料のセットを促す画像３２を表示する。また、昇温脱離分析装置２で分析中には、図４Ｃに示す測定中であることを告知する画像３３を表示する。さらに、実施例１の画像表示手段２１は、１つの試料Ｓの分析が完了した場合に、図４Ｄに示す次の区画の試料のセットを促す画像３４を表示する。
【００２２】
２２：鉄筋位置の記憶手段
鉄筋位置の記憶手段２２は、鉄筋位置の入力ウィンドウ３１ａに入力された鉄筋位置（表面からの深さ）ｄを記憶する。
２３：築年数の記憶手段
築年数の記憶手段２３は、築年数の入力ウィンドウ３１ｂに入力された築年数ｔを記憶する。
【００２３】
図５は実施例１の検量値の説明図であり、図５Ａは水素の標準試料の測定グラフの一例の説明図、図５Ｂは水、二酸化炭素、アンモニア、塩化水素の定量係数の説明図、図５Ｃは塩化アンモニウムの標準試料の測定グラフの一例の説明図、図５Ｄは塩素の定量係数の説明図、図５Ｅは検体の測定値と濃度の関係の説明図である。
２４：検量値の記憶手段
検量値の記憶手段２４は、水素の検量値の記憶手段２４ａと、定量係数の記憶手段２４ｂと、塩化物イオン濃度の検量線の記憶手段２４ｃと、を有し、昇温脱離分析装置２で検出される各成分の検量を行うための値を記憶する。
２４ａ：水素の検量値の記憶手段
水素の検量値の記憶手段２４ａは、水素（Ｈ２）の検量値ａを記憶する。なお、水素の検量値ａは、昇温脱離分析装置２による測定前に、構成部品の劣化や感度の変動に応じて校正する際に、測定され、更新される。具体的には、図５Ａにおいて、予め水素の含有量（ＡH2[mol]）が既知の標準試料（H2-std）を昇温脱離分析装置２にセットして、分析を行い、そのときの測定値（測定されたグラフの積分面積）Ｓ0H2と含有量ＡH2とから、以下の式（１）に基づいて、検量値KH2を演算して、更新することで校正を行う。
ＫH2  ＝  Ｓ0H2  ／  ＡH2  …式（１）
【００２４】
２４ｂ：定量係数の記憶手段
定量係数の記憶手段２４ｂは、昇温脱離分析装置２で分析を行う際の各成分の水素に対する比率である定量係数を記憶する。実施例１の定量係数の記憶手段２４ｂは、一例として、水（H2O：分子量18）の定量係数α１と、二酸化炭素（CO2：分子量44）の定量係数α２と、アンモニア（NH3：分子量17）の定量係数α３と、塩化水素（HCl：分子量36）の定量係数α４と、塩素物イオン（Cl-：質量35）の定量係数α５と、を記憶する。なお、水、二酸化炭素、アンモニア、塩化水素の定量係数α１〜α４は、実験および計算により予め測定され、記憶されている。すなわち、水素の標準試料（H2-std）に含有された水素の含有量ＡH2と同一のモル量Ａ［mol］における昇温脱離分析装置２の測定値（積分面積）との関係は、水の場合は、ＡH2O＝ＳH2O×ＫH2O＝ＳH2O×（ＫH2×α１）となり、二酸化炭素の場合はＡCO2＝ＳCO2×（ＫH2×α２）、アンモニアの場合はＡNH3＝ＳNH3×（ＫH2×α３）、塩化水素の場合はＡHCl＝ＳHCl×（ＫH2×α４）となる。
【００２５】
なお、塩化物イオンについては、塩化アンモニウム（NH4Cl）が含有された標準試料（NH4Cl-std）を使用して、定量係数α５を導出する。具体的には、塩化アンモニウムは、昇温脱離分析装置２により、アンモニア（NH3）と、塩化水素（HCl）と、塩化物イオン（Cl-）と、微量の成分（水素（H2）等）が観測される。このとき、発生する塩化物イオンの量は、塩化水素の量に比べて相当多いが、真空室４の壁面等に吸着しやすく、ＱＭＳで観測しにくい。また、微量の成分については無視可能な程度に極めて少ない。ここで、塩化物イオンに関しては、mを０より大きく１未満の数値とすると、主として、以下の式（２）が成立する。
NH4Cl  →  NH3  ＋  mHCl  ＋  (1-m)Cl-  ＋…    …式（２）
【００２６】
したがって、化学量論的に、アンモニアの量［NH3］は、塩化水素の量［HCl］と塩化物イオンの量［Cl-］の合計値に一致する。
よって、塩化物イオンの量［Cl-］は、以下の式（３）で表される。
［Cl-］＝［NH3］−［HCl］  …式（３）
したがって、塩化アンモニウムの標準試料（NH4Cl-std）を使用した場合に、アンモニア（分子量17）の測定値がS１NH3、塩化水素（分子量36）の測定値がS１HCl、塩化物イオン（質量35）の測定値がS1Clであったの場合、塩化物イオンの量［Cl-］の定量係数α５は、以下の式（４）で表される。
α５＝（S１NH3×α３−S１HCl×α４）／S1Cl  …式（４）
よって、塩化アンモニウムの標準試料の測定結果に基づいて、塩素の定量係数α５が導出され、更新、記憶される。
【００２７】
２５：脱離量測定手段
脱離量測定手段２５は、昇温脱離分析装置２により、試料Ｓから脱離した各成分を測定する。実施例１の脱離量測定手段２５は、水と、二酸化炭素と、塩化物イオンの脱離量を測定する。実施例１の脱離量測定手段Ｃ２５は、試料Ｓを昇温脱離分析装置２で測定した際の分子量１８の測定値（積分面積）ＳH2Oと、定量係数α１、検量値ＫH2とに基づいて、以下の式（５）に基づいて水の脱離量Ｖ１を測定する。
Ｖ１＝［H2O］＝ＳH2O×ＫH2×α１  …式（５）
同様にして、分子量４４の測定値ＳCO2と、分子量３５の測定値SClとに基づいて、以下の式（６）、（７）に基づいて、二酸化炭素の脱離量Ｖ２と、塩化物イオンの脱離量Ｖ３とを測定する。
Ｖ２＝［CO2］＝ＳCO2×ＫH2×α２  …式（６）
Ｖ３＝［Cl-］＝ＳCl×ＫH2×α５  …式（７）
【００２８】
２６：診断手段
診断手段２６は、  塩基性度の診断手段２６ａと、塩化物イオン濃度の診断手段２６ｂと、を有し、コンクリート構造物の診断を行う。実施例１の診断手段２６は、コンクリートの劣化診断項目の「中性化度合い」を塩基性度（アルカリ度）に基づいて判定し、劣化診断項目の「塩化物イオン濃度」を塩化物イオンの量に基づいて判定する。なお、実施例１の診断手段２６は、５区画分の試料Ｓと、試料Ｓが採取された表面からの距離（深さ）と、築年数と、に基づいて、鉄筋１０２が中性化したり、塩化物イオン濃度が所定の値よりも高くなって鉄筋が腐食する（錆びる）までの残りの期間、すなわち、寿命を診断する。
【００２９】
２６ａ：塩基性度の診断手段
塩基性度の診断手段２６ａは、水の脱離量Ｖ１と二酸化炭素の脱離量Ｖ２とに基づいて、アルカリ度（塩基性度）の診断を行う。実施例１の塩基性度の診断手段２６ａは、コンクリートに含まれる水酸化カルシウム（Ca(OH)2）に由来する水の脱離量Ｖ１と、炭酸カルシウム（CaCO3）に由来する二酸化炭素の脱離量Ｖ２とに基づいて、アルカリ度（裏を返せば中性化度）によるコンクリートの寿命診断を行う。
ここで、鉄筋１０２に対するコンクリート１０３のかぶり厚さ（表面から鉄筋までの距離）をｄとし、コンクリートの表面の空気層には、常に濃度C01でCO2が含有されているとする。コンクリート中にCO2が移動してくると、反応により水酸化カルシウムが消費され、炭酸カルシウムが生成されることから、材料内部へのCO2の拡散移動が進めば、√t則に代表される中性化速度式において示されるように、（炭酸カルシウム由来のCaモル濃度）／（炭酸カルシウム由来＋水酸化カルシウム由来のCaモル濃度）の比率も大まかに拡散的な挙動を示し、見かけの拡散係数Ｄを導入することによって、簡易的には単純拡散挙動と見ることができる。
【００３０】
ここで、TDSの測定データでは、炭酸カルシウム由来のCaモル濃度は、炭酸カルシウムから脱離したCO2のモル濃度（脱離量Ｖ２）であり、水酸化カルシウム由来のCaモル濃度は、水酸化カルシウムから脱離したH2Oのモル濃度（脱離量Ｖ１）である。このように考えた場合、築年数を時間tとし、コンクリート中の深さxの位置を拡散する（炭酸カルシウム由来のCaモル濃度）／（炭酸カルシウム由来＋水酸化カルシウム由来のCaモル濃度）の比率をC1(x,t)（＝V2/(V1+V2)）とし、誤差関数をerfとし、拡散係数をD1、炭酸カルシウムの生成に伴うパラメータ係数をK1とすると、一次元の拡散現象として、以下の式（８）が成立すると考えられる。
C1(x,t)＝K1C01（1-erf（x/｛2(D1・t)1/2｝））  …式（８）
ここで、誤差関数erfに関しては、式（９）に示すWilliamsの近似式が成り立つとすると、式の展開により、時間t、深さx、比率C1(x,t)の関係は、以下の式（１０）のようになる。
【数１】
2015165223.tif 000003
【数２】
2015165223.tif 000004
【００３１】
ここで、築年数ｔが既知の場合、深さｘ毎の比率C1(x,t)が測定されれば、未知数である拡散係数D1と、係数K1C01が導出可能である。そして、x=dの時に、比率C1(d,t1)=1になる時刻ｔ1を求めれば、寿命が推定可能である。よって、実施例１の塩基性度の診断手段２６ａは、実務上有益に簡易化された方法としてコンクリートの寿命診断を行うことが可能である。
なお、築年数ｔが未知であっても、例えば、ある時期t0における深さx毎の比率C1(x,t)と、それから所定時間経過した時期ｔ0＋Δｔにおける深さx毎の比率C1(x,t)が得られれば、同様に、時刻ｔ0と、拡散係数D1、K1C01が導出可能である。
したがって、実施例１の塩基性度の診断手段２６ａは、各試料Ｓで測定された脱離量Ｖ１，Ｖ２と深さとに基づいて、横軸に深さx、縦軸に比率C1(x,t)のグラフを作成し、アルカリ度のグラフ表示部３１ｅに表示する。そして、メイン画像３１で入力された鉄筋位置と築年数と、測定された脱離量Ｖ１，Ｖ２と、式（１１）に基づいて、未知数D1,K1C01を導出する。そして、導出された未知数D1,K1C0を使用して、鉄筋位置dにおいて、横軸をｔとし、縦軸を比率C1(d,t)とするグラフを作成し、アルカリ度の寿命グラフ表示部３１ｆに表示する。そして、グラフにおいて、比率C1(d,t)＝１となる時期t1を演算する。そして、時期t1から築年数ｔを引いた値を、残り寿命ｔａ（＝t1−ｔ）として、中性化度寿命ウィンドウ３１ｃに表示する。
【００３２】
２６ｂ：塩化物イオン濃度の診断手段
塩化物イオン濃度の診断手段２６ｂは、塩化物イオンの脱離量V３に基づいて、塩化物イオン濃度の診断を行う。実施例１の塩化物イオン濃度の診断手段２６ｂは、塩害等によりコンクリートに含まれる塩化物イオンに由来する塩化物イオンの脱離量Ｖ３に基づいて、塩害によるコンクリートの寿命診断を行う。
なお、塩化物イオン濃度による寿命推定については、深さｘ、築年数ｔにおける塩化物イオン濃度をC2(x,t)（＝Ｖ３）とし、表面における塩化物イオン濃度をC02とし、塩化物イオンの見かけの拡散係数をD2とすると、式（８）と同様にして、以下の式（８′）が成立すると考えられる。なお、コンクリートに初期に混入する塩化物イオン濃度はゼロとみなした。
C2(x,t)＝C02（1-erf（x/｛2(D2・t)1/2｝））  …式（８′）
ここで、前述のように、式（１０）が成立するとして、式（８′）、式（９）より、以下の式（１０′）が導出される。
【数３】
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【００３３】
よって、塩化物イオン濃度の診断手段２６ｂは、各試料Ｓで測定された脱離量Ｖ３と深さとに基づいて、横軸に深さx、縦軸に濃度C2(x,t)のグラフを作成し、塩化物イオン濃度のグラフ表示部３１ｇに表示する。そして、メイン画像３１で入力された鉄筋位置と築年数と、測定された脱離量Ｖ３と、式（１０′）に基づいて、未知数D2,C02を導出する。そして、導出された未知数D2,K2C02を使用して、鉄筋位置dにおいて、横軸をｔとし、縦軸を濃度C2(d,t)とするグラフを作成し、塩化物イオン濃度の寿命グラフ表示部３１ｈに表示する。そして、グラフにおいて、濃度C2(d,t)が、予め設定された閾値Ｖ３ａとなる時期t2を演算する。なお、閾値Ｖ３ａは、実験等により予め設定されており、一例として、Ｖ３ａ＝1.2[kg/m3]を使用可能である。そして、時期t2から築年数ｔを引いた値を、残り寿命ｔｂ（＝t2−ｔ）として、塩害寿命ウィンドウ３１ｄに表示する。よって、実施例１の塩化物イオン濃度の診断手段２６ｂは、実務上有益に簡易化された方法としてコンクリートの寿命診断を行うことが可能である。
【００３４】
（実施例１の流れ図の説明）
図６は実施例１のコンクリートの劣化診断装置における制御処理のフローチャートである。
次に、本発明の実施例１の昇温脱離分析装置１の各処理の流れを流れ図、いわゆる、フローチャートを使用して説明する。
図６のフローチャートの各ＳＴ：ステップの処理は、コンピュータ本体１３ａの記憶装置等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理はパーソナルコンピュータ１３の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
図６に示すフローチャートは、コンクリートの劣化診断プログラムが起動されると開始される。
【００３５】
図６のＳＴ１において、メイン画像３１をディスプレイ１３ｂに表示する。そして、ＳＴ２に進む。
ＳＴ２において、入力ウィンドウ３１ａ，３１ｂへの入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ３に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ４に進む。
ＳＴ３において、入力に応じてメイン画像３１を更新する。そして、ＳＴ２に戻る。
ＳＴ４において、開始ボタン３１ｊの入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ５に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１４に進む。
ＳＴ５において、メイン画像３１に入力された鉄筋位置ｄおよび築年数ｔを取得する。そしてＳＴ６に進む。
ＳＴ６において、次の処理（１）、（２）を実行して、ＳＴ７に進む。
（１）表面の区間の試料Ｓのセットを促す表示３２を行う。
（２）深さｘ＝ｄ／５に設定する。
【００３６】
ＳＴ７において、表示画像３２，３４において「ＯＫ」の入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ８に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ７を繰り返す。
ＳＴ８において、次の処理（１）、（２）を実行して、ＳＴ９に進む。
（１）深さｘにおけるＴＤＳによる脱離量Ｖ１〜Ｖ３の測定を行い、測定結果を記憶する。
（２）測定中の画像３３をディスプレイ１３ｂに表示する。
ＳＴ９において、昇温脱離分析装置２における測定が終了したか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１０に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ９を繰り返す。
ＳＴ１０において、深さｘが鉄筋位置ｄ以上であるか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１１に進み、イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１２に進む。
【００３７】
ＳＴ１１において、次の処理（１）、（２）を実行して、ＳＴ７に戻る。
（１）次の区画の試料のセットを促す画像３４をディスプレイ１３ｂに表示する。
（２）深さｘをｘ＋ｄ／５に更新する。すなわち、次の区画に設定する。
ＳＴ１２において、次の処理（１）〜（４）を実行して、ＳＴ１３に進む。
（１）各深さｘにおける水と二酸化炭素の脱離量Ｖ１，Ｖ２から、比率C1(x,t)と深さｘのグラフを作成して、メイン画像３１のアルカリ度のグラフ表示部３１ｅに表示する。
（２）係数D1、K1C01を演算する。
（３）鉄筋位置ｄにおける比率C1(d,t)と時間ｔのグラフを作成して、アルカリ度の寿命グラフ表示部３１ｆに表示する。
（４）比率C1(d,t)=1となる寿命t1と、残り寿命taを演算して、中性化度寿命ウィンドウ３１ｃに表示する。
【００３８】
ＳＴ１３において、次の処理（１）〜（４）を実行して、ＳＴ２に戻る。
（１）各深さｘにおける塩化物イオンの脱離量Ｖ３から、濃度C2(x,t)と深さｘのグラフを作成して、メイン画像３１の塩化物イオン濃度のグラフ表示部３１ｇに表示する。
（２）係数D2、K2C02を演算する。
（３）鉄筋位置ｄにおける濃度C2(d,t)と時間ｔのグラフを作成して、塩化物イオン濃度の寿命グラフ表示部３１ｈに表示する。
（４）濃度C2(d,t)=V3aとなる寿命t2と、残り寿命tbを演算して、塩害寿命ウィンドウ３１ｄに表示する。
ＳＴ１４において、劣化診断プログラムを終了する入力がされたか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２に戻り、イエス（Ｙ）の場合は劣化診断プログラムを終了する。
【００３９】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１のコンクリートの劣化診断装置１では、コンクリート構造物から採取した試料Ｓを昇温脱離分析装置２で測定して、寿命を推定することができる。特に、実施例１のコンクリート劣化診断装置１では、採取する試料Ｓは少量で十分であり、直径３ｍｍのドリル１０４で孔を開けて採取することで、十分に診断が可能である。よって、直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍ程度のコアを抜き取って測定を行う従来の診断方法に比べて、コンクリート構造物の強度に与える悪影響を低減できる。特に、従来のような大きなコアを採取する場合、コアの抜き取り作業のために足場を組んだりする必要があり、作業が大がかりになり、時間がかかると共に、コア抜き取り後の補修にも時間がかかる。よって、従来では、コアを抜き取れる場所が限られてしまい、コアが抜き取りやすいコンクリート構造物の一部分しか診断ができなかった。これに対して、実施例１のコンクリート劣化診断装置１では、小型のドリルで採取可能であり、足場を組まなくても、はしごやロープ等の軽装備で試料Ｓが採取可能である。よって、コンクリート構造物の任意の位置からサンプルを採取可能であり、橋梁の裏側とか、海水に近い位置等でも、軽装備で短時間に試料Ｓを採取可能である。
【００４０】
また、フェノールフタレイン法や硝酸銀法のような呈色反応に比べて、実施例１では、比率C1(x,t)や濃度C2(x,t)と深さのグラフを見ることで、どの程度の深さｘにおいて、どの程度中性化が進んでいたり、塩化物イオンが進入しているかがわかる。すなわち、単にどの深さまで中性になっているかしかわからない従来の方法に比べて、より高精度でより詳細に中性化の状況を観測可能である。よって、コンクリート構造物の所有者、管理者が、コンクリートの劣化の進み具合の理解がしやすく、対応の計画等をたてやすくなる。
さらに、熱天秤法のような精度が低下しやすい測定法や、電位差滴定法のような一定量以上の試料が必要だったり事前の試料調製が必要な技術に比べて、高精度で迅速な測定が可能である。特に、従来の技術では、アルカリ性の中性化度は、フェノールフタレイン法や熱天秤法で診断し、塩化物イオン濃度については硝酸銀法や電位差滴定法で診断するため、中性化度と塩化物イオン濃度の診断のために、２つのコアが必要になり、別々に診断を行う必要があった。よって、従来技術では、２つのコアを採取する作業も大がかりとなり、診断にも時間がかかっていた。これに対して、実施例１では、１つの試料Ｓから、脱離量Ｖ１〜Ｖ３が同時に測定可能であり、試料Ｓの採取作業も大幅に軽減されるとともに、診断に必要な時間も大幅に短縮可能である。よって、実施例１では、従来技術に比べて、迅速にコンクリートの中性化を測定、診断することが可能である。
【００４１】
また、実施例１の劣化診断装置１では、昇温脱離分析装置２において、真空室３に対して、質量分析計１１がパイプを介さずに直結されている。パイプ等を介して質量分析計が接続されていると、脱離した水や塩素が、質量分析計に到達する前にパイプ等に付着しやすく、測定が難しくなる場合がある。実施例１では、真空室３に直結された質量分析計１１で脱離量Ｖ１〜Ｖ３が観測されており、パイプを使用する場合に比べて、精度を向上させることが可能である。
また、実施例１では、真空室３が超高真空に排気されており、各成分が脱離する温度を低温化されている。よって、加熱に必要なエネルギーを低減して、省エネルギー化できると共に、高温になった場合に、ノイズ源となる真空室３の壁面からの脱離も低減することができ、分析の精度を向上させることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、水、二酸化炭素、塩素に基づいた分析を行う場合を例示したが、これ以外に測定したい成分があれば、同様に測定することが可能である。
また、実施例において例示した具体的な数値については、設計や仕様、要求される精度等に応じて、適宜変更可能である。例えば、各部材の大きさや重さ、区画の数を４以下または６以上とする等、変更が可能である。
さらに、実施例において例示した画像３１〜３４も、設計変更等に応じて任意に変更可能である。
【００４３】
また、実施例において、式を説明する際に適宜近似等を行ったが、例示した式に限定されず、仕様に応じて任意の式に変更可能である。
さらに、前記実施例において、築年数ｔが入力されている前提の実施例を例示したが、実施例中でも説明したように、築年数ｔが未知の場合も診断が可能であるため、例えば、５年ごとの観測データの履歴を記憶しておき、履歴データに基づいて、寿命を予測する校正とすることも可能である。
【００４４】
また、前記実施例において、鉄筋位置ｄを基準とした診断を行う構成を例示したが、これに限定されず、鉄筋を有しないコンクリート構造物や、鉄筋位置まで到達せずに鉄筋よりも表面側の位置における診断等に適用することも可能である。
さらに、前記実施例において、試料Ｓは、１つの区画に対して１つ準備したが、これに限定されず、１つの区画から複数の試料Ｓを準備、測定して、測定結果の平均値を使用する等も可能である。
また、前記実施例において、標準試料として例示したものに限定されず、使用可能な任意の標準試料を使用可能である。例えば、塩化アンモニウム（NH4Cl）が含有された標準試料（NH4Cl-std）に替えて、塩化ナトリウム（NaCl）が含有された標準試料（NaCl-std）を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…コンクリートの劣化診断装置、
３…真空室、
５…昇温装置、
１１…質量分析計、
２６ａ…塩基性度の診断手段、
２６ｂ…塩化物イオン濃度の診断手段、
１０１…コンクリート構造物、
Ｓ…試料、
Ｖ１…水の脱離量、
Ｖ２…二酸化炭素の脱離量、
Ｖ３…塩素の脱離量。
【図１】
2015165223.tif 000006
【図２】
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【図３】
2015165223.tif 000008
【図４】
2015165223.tif 000009
【図５】
2015165223.tif 000010
【図６】
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