(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物中の鋼材の腐食状態を予測する腐食状態予測方法であって、
鋼材に直接的または間接的に接触するように固定された光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鋼材の腐食による体積膨張に伴うひずみを検出するステップと、
前記検出したひずみが、コンクリートに腐食ひび割れが発生するときのひずみに対して一定の割合に到達したかどうかを判定するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする腐食状態予測方法。
【請求項２】
コンクリート構造物中の鋼材の腐食状態を予測する腐食状態予測方法であって、
鉄製の棒材および前記鉄製の棒材に直接的または間接的に接触するように固定された光ファイバセンサから構成された腐食センサを、検知対象とする鋼材と同一のかぶり深さに設置するステップと、
前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鉄製の棒材の腐食による体積膨張に伴うひずみを検出するステップと、
前記検出したひずみが、コンクリートに腐食ひび割れが発生するときのひずみに対して一定の割合に到達したかどうかを判定するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする腐食状態予測方法。
【請求項３】
前記光ファイバセンサは、前記鋼材又は前記鉄製の棒材の表面に巻回されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の腐食状態予測方法。
【請求項４】
コンクリート構造物中の鋼材の腐食状態を予測する腐食状態予測方法であって、
鋼材に直接的または間接的に接触するように固定された光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鋼材の腐食による体積膨張に伴うひずみを検出するステップと、
経過時間と前記検出したひずみとの関係を予測曲線にフィッティングすることによって、鋼材の腐食進展状態を予測することを特徴とする腐食状態予測方法。
【請求項５】
コンクリート構造物中の鋼材の腐食状態を予測する腐食状態予測方法であって、
鉄製の棒材および前記鉄製の棒材に直接的または間接的に接触するように固定された光ファイバセンサから構成された腐食センサを、検知対象とする鋼材と同一のかぶり深さに設置するステップと、
前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鉄製の棒材の腐食による体積膨張に伴うひずみを検出するステップと、
経過時間と前記検出したひずみとの関係を予測曲線にフィッティングすることによって、鋼材の腐食進展状態を予測することを特徴とする腐食状態予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の腐食進行状態を予測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート構造物における鉄筋腐食は、構造物の構造性能を大きく低下させると共に、腐食ひび割れが発生した場合、かぶりコンクリートの剥落につながり、第三者被害を発生させることになる。従って、腐食ひび割れ発生を予測することは、鉄筋コンクリート構造物の維持管理に極めて有用である。鉄筋の腐食に伴い発生する腐食生成物は、鉄と比べて体積が増加するため、腐食部付近は体積膨張し、それがコンクリートの腐食ひび割れ発生に繋がる。
【０００３】
従来から、腐食環境を検出する技術として、鉄等の細線が腐食することで変化する電気特性を検出する電気的腐食センサが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２）。また、鉄筋の腐食を検知する方法としては、コンクリート構造物中の鉄筋にひずみゲージを貼り付け、鉄筋が損傷した場合のひずみを検知している（特許文献３）。一方、従来から、構造物に生ずるひずみを検出する光ファイバセンサが提案されている。例えば、特許文献４では、計測対象となる構造物に、螺旋状に整形した光ファイバセンサを取り付け、この光ファイバセンサの光伝搬特性の変化を電気光学的測定装置により測定する。これにより、構造物に変位が生じた場合、構造物を破壊せずに変位を計測することを可能としている。
【０００４】
非特許文献１では、腐食生成物を採取し、Ｘ線回折結果から、腐食生成物の体積膨張率を推定し、モデルを作成して腐食ひび割れ発生の試算を行なうものがある。
【０００５】
また、特許文献５では、コンクリート構造物の内部において、スペーサ部材に掛け渡されて螺旋状に巻回されるテープ部材と、このテープ部材に沿って巻回される光ファイバとを用いる。これにより、コンクリート部材のせん断ひび割れを検出することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−０９４５５７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４５３３０号公報
【特許文献３】特許第４９７５４２０号明細書
【特許文献４】特開２０００−０９７６４７号公報
【特許文献５】特許第４００８６２３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】須田久美子、他２名、「腐食ひびわれ発生限界腐食量に関する解析的検討」、コンクリート工学年次論文集、Vol.14、1992年、No.1、751-756
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来から知られている電気的腐食センサでは、伝送損失、電磁干渉の影響などがあり、さらに常時モニタリングとした場合は、計測時に電流が流れるのでセンサ自体の腐食を促進してしまうなどの欠点がある。また、これら鉄線や鉄箔の腐食断線等による検出では、電気的特性を経時的に捕らえることはできず、腐食環境になったことを検知するのみで、その後の進行度を評価するのは困難である。
【０００９】
また、腐食に伴う鋼材のひずみを計測するために、直接鋼材にひずみゲージを貼付したり、ひずみゲージを鋼材の近傍に設置したりする場合、その計測器や接着剤などが鋼材を覆ってしまうため、腐食の発生に影響を及ぼし、正確な腐食の検出ができない恐れがある。さらに、その部分に腐食が発生すると、ひずみゲージが剥がれてしまって、計測ができなくなったり、あるいは計測はできても正しい結果が得られなくなったりする場合もある。
【００１０】
また、厳密には、鉄筋の部位によって鉄からどのような腐食生成物に変わったか、鉄のどれくらいの厚さが腐食したかを把握するのは困難である。また、腐食生成物を採取してから分析にかけるまでに大気中に曝らされた腐食生成物は、高アルカリ下にあるコンクリート中の環境下での腐食生成物と状態が変わり、さらに様々な腐食生成物が混じっているために、正確な体積膨張を得るのは困難である。
【００１１】
一方、直接、構造物内の鉄筋に光ファイバを巻きつける手法は、構造物全体に光ファイバを配置し、構造物の損傷や変形を検知するものであり、腐食環境を検知するものでない。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバセンサを用いて鋼材の腐食環境を早期かつ正確に検出することができ、腐食進展状況を予測する方法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】
【００１３】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の腐食状態予測方法は、鋼材の腐食状態を予測する腐食状態予測方法であって、鋼材に直接的または間接的に接触するように固定された光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鋼材の腐食によるひずみを検出するステップと、経過時間と前記検出したひずみとの関係に基づいて、鋼材の腐食進展状態を予測するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１４】
このように、光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、鋼材の腐食によるひずみを検出し、経過時間と検出したひずみとの関係に基づいて、鋼材の腐食進展状態を予測するので、容易に鋼材の腐食の検知、腐食の進展状態、ひび割れの発生を予測することが可能となる。光ファイバは細線であるので腐食因子を遮ることもない。また、例えば、光ファイバセンサでコンクリート構造物の表面までひび割れが生ずる鉄筋膨張量を予め求めておくことによって、コンクリート構造物のセンサ測定結果と比較する手法を採ることもできる。
【００１５】
（２）また、本発明の腐食状態予測方法は、鋼材の腐食状態を予測する腐食状態予測方法であって、鉄製の棒材および前記鉄製の棒材に直接的または間接的に接触するように固定された光ファイバセンサから構成された腐食センサを、検知対象とする鋼材と同一のかぶり深さに設置するステップと、前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鉄製の棒材の腐食によるひずみを検出するステップと、経過時間と前記検出したひずみとの関係に基づいて、鋼材の腐食進展状態を予測するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１６】
このように、光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、鋼材の腐食によるひずみを検出し、経過時間と検出したひずみとの関係に基づいて、鋼材の腐食進展状態を予測するので、容易に鋼材の腐食の検知、腐食の進展状態、ひび割れの発生を予測することが可能となる。光ファイバは細線であるので腐食因子を遮ることもない。また、例えば、光ファイバセンサでコンクリート構造物の表面までひび割れが生ずる鉄筋膨張量を予め求めておくことによって、コンクリート構造物のセンサ測定結果と比較する手法を採ることもできる。
【００１７】
（３）また、本発明の腐食状態予測方法において、前記光ファイバセンサは、前記鋼材又は前記鉄製の棒材の表面に巻回されることを特徴とする。
【００１８】
この構成により、ひび割れの原因となる鉄筋の膨張による体積変化を正確かつ容易に光ファイバセンサによって検出することが可能となる。
【００１９】
（４）また、本発明の腐食状態予測方法は、経過時間と前記検出したひずみとの関係を予測曲線にフィッティングすることによって、鋼材の腐食進展状態を予測することを特徴とする。
【００２０】
このように、経過時間と前記検出したひずみとの関係を予測曲線にフィッティングするので、コンクリート構造物のひずみによるひび割れのタイミングや、ひずみの進展を予測することが可能となる。
【００２１】
（５）また、本発明の腐食状態予測方法は、コンクリート構造物の表面にひび割れを発生させる鋼材のひずみの予測量に基づいて閾値を設定し、前記検出されたひずみの量が、前記閾値を超えたかどうかを判定することを特徴とする。
【００２２】
このように、コンクリート構造物の表面にひび割れを発生させる鋼材のひずみの予測量に基づいて閾値を設定し、前記検出されたひずみの量が、前記閾値を超えたかどうかを判定するので、検出されたひずみの量が、前記閾値を超えた時点で、打音検査や非破壊検査などの点検を実施することが可能となる。これにより、コンクリート構造物の補修や補強を適切な時期に行なうことが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、容易に鋼材の腐食の検知、腐食の進展状態、ひび割れの発生を予測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施例１を示す図である。
【図２】本発明に係る実施例２を示す図である。
【図３Ａ】本発明に係る実施例３を示す図である。
【図３Ｂ】本発明に係る実施例３を示す図である。
【図４】本発明に係る実施例４を示す図である。
【図５】本発明に係る実施例５を示す図である。
【図６Ａ】本発明に係る実施例６を示す図である。
【図６Ｂ】本発明に係る実施例６を示す図である。
【図７】本発明に係る実施例７を示す図である。
【図８】本発明に係る実施例８を示す図である。
【図９】本検証例１に係る試験体の概略構成を示す図である。
【図１０Ａ】本検証例１に係る腐食センサの検出例を示す図である。
【図１０Ｂ】本検証例１に係る腐食センサの検出例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る腐食センサの概略構成を示す図である。
【図１２】本実施形態に係る腐食センサとダミーセンサを鉄筋コンクリート構造物内に設置した様子を模式的示す図である。
【図１３】みがき棒鋼に対する光ファイバセンサの巻き方を示す図である。
【図１４】検証例２に係る試験体の概略を示す図である。
【図１５】測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態に係る腐食状態予測方法は、構造物中の鉄筋等の鋼材に光ファイバセンサを直接巻き付けて、腐食の進行による膨張ひずみを計測する。また、別に準備した鉄筋やみがき棒鋼等の棒材に光ファイバセンサを巻き付けることによって腐食センサを構成し、測定対象となる鉄筋と同じかぶり深さに腐食センサを設置して、棒鋼の腐食の進行による膨張ひずみを計測する。
【００２６】
膨張ひずみを計測する場合、鉄筋と同じかぶりとなる位置に光ファイバセンサを取り付けた棒材の腐食センサを設置しても良いし、構造物の鋼材に直接光ファイバセンサを取り付けても良い。腐食センサを設置する場合は、鉄筋に近い直径、および材質となるような棒材を使用することによって、より実鉄筋に近い腐食膨張ひずみを計測することが可能となる。また、鉄製の棒材から構成される腐食センサを設置する場合は、結束線などで実鉄筋に固定し、施工中にセンサが移動したり脱落したりしないように固定する。
【００２７】
鉄筋腐食に伴う鉄筋周囲の膨張ひずみが得られると、鉄筋径、かぶり厚さ、コンクリートや鉄筋の物性などを入力した有限要素法（FEM）解析や有限被覆法（FCM）解析などの解析手法を用いて、鉄筋の腐食の状況、ひび割れの発生、進展などの予測が可能となる。この場合、有限要素法等の解析でコンクリート表面までひび割れが生じる鉄筋膨張量を求めておき、実構造物のセンサ測定結果と比較しても良い。
【００２８】
また、解析しなくても、一般的なかぶりの範囲としたいくつかの試験体の実験を行ない、腐食による膨張ひずみと腐食ひび割れ発生するまでの一般的な関係を把握し、おおよそどれくらいのひずみが発生したらかぶり部分にひび割れが発生するかを予測する。この場合、実構造物とは別に供試体を製造しておく。供試体は、できる限り、コンクリート組成、鉄筋かぶり等を同じにしたものとする。供試体を用いて、促進試験等を行なって、ひび割れが生じる鉄筋膨張量を、光ファイバセンサで求めておく。そして、事前に得られた膨張量と、実構造物のセンサ測定結果と比較する。以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２９】
［光ファイバセンサを直接鋼材に取り付ける態様］
本実施形態に係る腐食検出方法として、コンクリート中において、鋼材の外周に光ファイバセンサを巻き付ける場合を例示する。この腐食センサにおいては、鋼材そのものの鋼材の腐食環境を検出することが可能である。鋼材が腐食すると、腐食生成物の体積膨張によるひずみが生ずる。このひずみを、光ファイバセンサを介して、データロガー等の測定器で検出することによって、コンクリート内部が腐食環境にあるのか否か、腐食因子が侵入してきたのかどうかを診断することが可能となる。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明に係る実施例１を示す図である。実施例１では、丸鋼６０に光ファイバセンサ６２を直接巻き付ける態様を採る。これにより、鋼材を加工することなく、直接鋼材に光ファイバセンサ６２を設けることが可能となる。その結果、腐食環境の早期発見が可能となる。また、腐食によるひずみを正確に検出することが可能となる。
【００３１】
光ファイバセンサはＦＢＧセンサ等を用いることができる。丸鋼６０に光ファイバセンサ６２を巻き付ける際には、光ファイバセンサ６２を、直線状に配置したり、波状に曲折して配置したりしても良いが、好ましくは周回するようにらせん状、またはループ状に巻き付ける。周回数は多いほど腐食部分と光ファイバが重なるので早期に検知するが、周回数が多すぎると丸鋼６０への腐食因子の到達を妨げることになる。光ファイバセンサ６２を丸鋼６０に巻き付ける際には、密着するように、好ましくは引張力が加わるように巻き付け、接着剤で両端を固定する。これにより、膨張側・収縮側両方のひずみが計測できるようになる。その後、コンクリートを打設し、データロガーでひずみを測定することによって鉄筋の腐食による膨張を検知する。なお、ここでは丸鋼６０としたが、異形鉄筋６５に上記配置を行なうこともできる。
【実施例２】
【００３２】
図２は、本発明に係る実施例２を示す図である。実施例２では、異形鉄筋６５を用いる。異形鉄筋６５は、図２において、紙面に対して上と下の位置にリブ６６が設けられている。また、異形鉄筋６５は、表面から突出し所定の間隔をおいて設けられた複数の節６７が設けられている。実施例２では、この節６７の頂上部分に光ファイバセンサ６２を固定する。光ファイバセンサ６２を固定する際には、図２に示すように、２箇所の接着点６９で固定するものとする。また、光ファイバセンサ６２が固定された箇所をコンクリートの表面の方向に向けて設置する。このように、節６７の頂上部分に光ファイバセンサ６２を固定することから、劣化が懸念される箇所において、コンクリート表面に近付けることができる。これにより、比較的早い段階で腐食を検知することが可能となる。また、実施例２では、異形鉄筋６５に光ファイバセンサ６２をそのまま配置するため、異形鉄筋６５の加工が不要となる。なお、節６７の黒皮およびさびを落とすことによって、異形鉄筋６５のうち、光ファイバセンサ６２が固定された箇所を最も錆びやすくしても良い。
【実施例３】
【００３３】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明に係る実施例３を示す図である。図３Ａは、リブ６６が紙面に対して上下に位置する方向から異形鉄筋６５を表わした図であり、図３Ｂは、リブ６６のいずれか一方の方向から異形鉄筋６５を表わした図である。実施例３では、複数の節６７に対して連続的に光ファイバセンサ６２を配置する。図３Ａに示すように、各節６７では、それぞれ２箇所の接着点６９で光ファイバセンサ６２を接着する。このように、複数の節６７に光ファイバセンサ６２を配置することによって、腐食環境となった初期にはさびが発生する部分と発生しない部分が生じることになる。すると、腐食によるひずみと、そうでないひずみ、すなわち温度や外力によるひずみを識別することが可能となり、これにより、温度や外力によるひずみの影響を取り除くことが可能となる。その結果、高い精度で腐食によるひずみのみを検出することが可能となる。また、実施例３では、異形鉄筋６５に光ファイバセンサ６２をそのまま配置するため、加工が不要となる。なお、節６７の黒皮およびさびを落とすことによって、異形鉄筋６５のうち、光ファイバセンサ６２が固定された箇所を最も錆びやすくしても良い。
【実施例４】
【００３４】
図４は、本発明に係る実施例４を示す図である。実施例４では、リブ６６の一部を切削または研磨することによって、異形鉄筋６５に切削・研磨部７０を設けた。光ファイバセンサ６２を切削・研磨部７０に沿って配置して、切削・研磨部７０をコンクリートの表面の方向に向けて設置する。これにより、早期にコンクリート表面から侵入してきた腐食因子を検知することが可能となる。なお、切削・研磨部７０の黒皮およびさびを落とすことによって、異形鉄筋６５のうち、切削・研磨部７０を最も錆びやすくすることが可能となる。また、接着部６９について、防錆処理をすることによって、測定期間をより長期化させることが可能となる。
【実施例５】
【００３５】
図５は、本発明に係る実施例５を示す図である。異形鉄筋６５の一部を切削または研磨することによって異形鉄筋６５の一部を丸鋼のように成形し、切削・研磨部７１を設けた。光ファイバセンサ６２を切削・研磨部７１に設置する。これにより、光ファイバセンサ６２が巻きやすくなり、配置の方法は実施例１と同様の方法をとることができる。切削・研磨部７１の黒皮およびさびを落とすことによって、異形鉄筋６５のうち、切削・研磨部７１が最も錆びやすくなるため、検知感度を高めることが可能となる。また、接着部６９について、防錆処理をすることによって、測定期間をより長期化させることが可能となる。
【実施例６】
【００３６】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明に係る実施例６を示す図である。実施例６では、図６Ｂに示すように、複数の節６７のうち、いずれか一部の節６７を連続的に切削または研磨することによって異形鉄筋６５の一部に切削・研磨部７３を設けた。図６Ｂでは、例えば、３つの節６７を連続的に切削した例を示している。切削・研磨部７３については、図６Ａに示すように、リブ６６に沿うように設けても良い。この切削・研磨部７３に沿って光ファイバセンサ６２を貼り付けて、切削・研磨部７３をコンクリートの表面の方向に向けて設置する。早期にコンクリート表面から侵入してきた腐食因子を検知することが可能となる。なお、切削・研磨部７３の黒皮およびさびを落とすことによって、異形鉄筋６５のうち、切削・研磨部７３を最も錆びやすくすることが可能となる。また、接着部６９について、防錆処理をすることによって、測定期間をより長期化させることが可能となる。
【実施例７】
【００３７】
図７は、本発明に係る実施例７を示す図である。実施例７では、異形鉄筋６５と光ファイバセンサ６２との間に被覆層７２を設けた。被覆層７２は、モルタル等のセメント硬化体から構成される。モルタルは、コンクリートと同程度の水セメント比の配合で作成しても良いし、より多孔質となる配合で作成しても良い。好ましくは、水セメント比が８０%以下である。これは、異形鉄筋６５と光ファイバセンサ６２との間に被覆層７２を設ける場合、セメント硬化体が柔らかいと光ファイバセンサ６２に腐食による異形鉄筋６５の膨張の伝達が遅くなるためである。
【００３８】
また、水セメント比は、コンクリート表面から鉄筋への腐食因子の通過を妨げることがないように鉄筋コンクリート構造物のコンクリートと同等かコンクリートよりも高い水セメント比とし、コンクリートと同等の水セメント比とすることが好ましい。コンクリートと同等の水セメント比とすると、鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋の状況を正確に捉えることができる。また、分離やブリーディングが生じないようにモルタル等に混和材や増粘剤、繊維を配合しても良い。被覆層７２は、異形鉄筋６５の表面の凹凸がなくなり、ひび割れることないよう、３〜１５ｍｍの厚さが好ましい。ただし、本発明はこれらに限定されるわけではない。
【００３９】
このように、被覆層７２を有し、異形鉄筋６５の場所を問わず凹凸をなくすことができるため、どのような場所でも光ファイバセンサ６２を配置することができる。また、異形鉄筋６５が腐食することによってモルタルを含めた部位全体が膨張するため、腐食した場所を含めて、腐食による変位を検出しやすくなる。
【実施例８】
【００４０】
図８は、本発明に係る実施例８を示す図である。図８において、紙面に対して左側は、異形鉄筋６５に被覆部７４を設けた構成を採るが、モルタルが硬化しない状態で光ファイバセンサ６２を巻くことに特徴を有する。この場合、光ファイバセンサ６２がモルタル中にめり込むことになる。これにより、モルタルを接着剤として機能させることも可能であり、接着点６９は設けなかったり、仮止めしたりする程度でも良い。
【００４１】
一方、図８において、紙面に対して右側は、光ファイバセンサ６２が固定された箇所をセメント硬化体で被覆部７４を形成した態様である。光ファイバセンサ６２の固定の仕方については、上記実施例１から７のどの態様でも構わない。モルタルが接着剤として機能させることも可能であり、接着点６９は設けなかったり、仮止めしたりする程度でも良い。
【００４２】
本実施例のセメント硬化体としては、アルカリ性であり固化後に多孔質となるセメントペーストまたはモルタルを使用することができる。セメント硬化体は、鉄筋コンクリート構造物のコンクリートと同等かコンクリートよりも高い水セメント比とし、コンクリートと同等の水セメント比とすることが好ましい。使用するセメント材料としては、普通セメントを使用しても良いし、速硬セメントを使用しても良い。セメント硬化体の配合およびセメント材料を適宜設計することによって、セメント硬化体を、塩化物イオン等の腐食因子を浸透させて通過させやすい性状とすることができる。また、分離やブリーディングが生じないようにモルタル等に混和材や増粘剤、繊維を配合しても良い。被覆層７４は、ひび割れることないよう、３〜１５ｍｍの厚さが好ましい。
【００４３】
これにより、被覆部７４を構成するセメント硬化体は、腐食因子が到達するまでは鉄筋の腐食を防止し、製造後の光ファイバセンサ６２の位置を固定し、打設時に光ファイバセンサ６２を保護する機能を果たす。さらに、セメント硬化体は、鉄筋コンクリート構造物のコンクリート同等かそれ以上に多孔質となるので、コンクリート表面から鉄筋への腐食因子の通過を妨げることがない。なお、上記実施例における切削または研磨では、異形鉄筋６５を例にしているが、本発明はこれに限定されず、丸鋼６０の一部を切削または研磨しても良い。また、セメント硬化体の被覆層７２および被覆部７４は、異形鉄筋６５を例にしているが、本発明はこれに限定されず、丸鋼６０と光ファイバセンサ６２との間に被覆層７２または被覆部７４を設けても良い。
【００４４】
また、上記の実施例全てにおいて、ダミーセンサを用いることもできる。すなわち、上記の実施例と同様に光ファイバセンサを製造するが、全表面に防錆処理を施したダミーセンサとする。そして、ダミーセンサを用いて腐食以外の要因で生じたひずみを検出し、光ファイバセンサで検出したひずみを補正するようにしても良い。これにより、例えば、温度ひずみなどの影響を除去することが可能となる。ダミーセンサは、光ファイバセンサを配置した鉄筋や被覆部にエポキシ樹脂などで被覆し、中性化や劣化因子の侵入を防いで内部の炭素鋼の腐食を防ぐなど方法がある。また、実施例３のように複数の検出部を設けた場合は、その一部に防錆処理を施しても良い。
【００４５】
［光ファイバセンサをみがき棒鋼に取り付けてセンサを構成する態様］
図１１は、本実施形態に係る腐食センサの概略構成を示す図である。前述の鉄筋や加工した鉄筋を棒材として用いることもできるが、ここではみがき棒鋼を例に説明する。この腐食センサ１１は、鉄製の棒材としてのみがき棒鋼１２と、みがき棒鋼１２の表面に巻回され、ひずみを検出する検知部１３を有する光ファイバセンサ１４と、を備えている。これにより、長距離伝送が可能な光信号を用いることができ、多点計測を行なうことが可能となる。また、腐食センサ１１は、みがき棒鋼１２と光ファイバセンサ１４を被覆する被覆部１５を備えている。被覆部１５は、例えば、かぶりが１０ｍｍのモルタルで構成することができる。被覆部１５を備えるので、鉄筋コンクリート構造物内に設置する前にみがき棒鋼１２が錆びてしまうことを回避することが可能となる。
【００４６】
鋼材が腐食すると腐食生成物が生じ、体積膨張が生じる。鋼材に腐食が生じた場合には、温度や外力などの影響以外に、何らかのひずみ挙動が生じることから、鋼材のひずみを計測すれば腐食が検知可能となる。その挙動は、環境条件やコンクリートによって異なるため、光ファイバセンサ１４をみがき棒鋼１２に巻き付ける際には、密着するように、好ましくは引張力が加わるように巻き付ける。これにより、膨張側・収縮側両方のひずみが計測できるようになる。また、みがき棒鋼１２に光ファイバセンサ１４を巻き付ける際には、光ファイバセンサ１４を、直線状に貼付したり、波状に曲折して貼付したりしても良いが、好ましくは周回するようにらせん状、またはループ状に巻き付ける。周回数は多いほど腐食部分と光ファイバが重なるので早期に検知するが、周回数が多すぎるとみがき棒鋼１２への腐食因子の到達を妨げることになる。周回数は、目安としてファイバ長（ｍｍ）／棒鋼表面積（ｍｍ２）が０．０１〜２である。とにかく、みがき棒鋼１２に生ずる腐食の変化をひずみとして検出できれば良い。なお、みがき棒鋼１２に光ファイバセンサ１４を巻き付ける場合には、みがき棒鋼１２は、円柱状で表面が平滑なほど均一に巻き付けられ、光ファイバセンサが破損しにくいため好ましい。また、検知部１３はＦＢＧセンサ等を用いることができ、検知部１３が長いほど、あるいは多いほど好ましい。
【００４７】
被覆部１５を構成するモルタルは、腐食因子の侵入を妨げないように、水セメント比を構造体コンクリートと同等かコンクリートよりも高い水セメント比とする。なかでも、鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋の状況を正確に捉えることができるよう、コンクリートと同等の水セメント比とすることが好ましい。被覆部１５は、ひび割れることなくみがき棒鋼１２を保護できるよう、３〜１５ｍｍの厚さが好ましい。また、分離やブリーディングが生じないように混和材を使用するのが好ましい。
【００４８】
図１３は、みがき棒鋼に対する光ファイバセンサの巻き方を示す図である。みがき棒鋼に対する光ファイバの巻き方は、一定の張力下、例えば、巻き付け時に多少の引張ひずみが出ていることを確認した上で、巻き付け作業を行ない、端部を接着剤で固定する。
【００４９】
ここで、すでに腐食劣化した鉄筋コンクリート構造物を補修する際には、鉄筋裏側（内部）に内在塩分が含まれているが、腐食センサ１１を鉄筋コンクリート構造物内にそのまま設置することにより、かぶり（表面）側からの劣化因子侵入と内在塩分の影響が含まれるように全周囲方向からの劣化因子による腐食を検知する。また、補修部をモルタルで修復する場合、腐食センサを設置まで錆びないように保管しておけば、モルタルの修復で腐食センサが損傷することはないので、被覆部はなくても良い。
【００５０】
図１２は、本実施形態に係る腐食センサとダミーセンサを鉄筋コンクリート構造物内に設置した様子を模式的示す図である。図１２に示すように、この鉄筋コンクリート構造物２１は、横方向や縦方向に鉄筋２３を備えている。そして、鉄筋２３と同じかぶりとなる位置にダミーセンサ２５、腐食センサ２６、２７が設けられている。また、データロガー３３が設けられている。このように、腐食センサ１１を鉄筋コンクリート構造物内に設置する際には、鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋と同じかぶりとなるに設置することが望ましい。同じ深さに設置することによって、鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋の状況を正確に捉えることができる。
【００５１】
腐食センサ１１を鉄筋コンクリート構造物内に設置して、腐食を検出する場合、ダミーセンサを併せて用いることが望ましい。ダミーセンサは、腐食センサ１１の全表面に防錆処理を施したダミーセンサを用いても良いし、または、みがき棒鋼１２と線膨張係数が実質的に同等でかつ鉄筋より腐食しにくい第２の棒材と、第２の棒材の表面に設けられ、ひずみを検出する光ファイバセンサとを備えるダミーセンサを用いても良い。
【００５２】
そして、腐食センサ１１およびダミーセンサを鉄筋コンクリート構造物内に設置し、ダミーセンサによって腐食以外の要因で生じたひずみを検出し、ダミーセンサで検出したひずみを用いて、腐食センサ１１によって検出したひずみを補正しても良い。これにより、例えば、温度ひずみなどの腐食以外の要因で生じたひずみの影響を除去することが可能となる。
【００５３】
すなわち、鉄筋コンクリート構造物には、温度・湿度やコンクリートの収縮、外力によって様々なひずみが生じる。従って、少なくとも腐食センサ１１よりも腐食しにくいダミーセンサを使用し、そのひずみ挙動と比較して腐食を判定する。ダミーセンサは、被覆モルタルにエポキシ樹脂などで被覆し、中性化や劣化因子の侵入を防いで内部の炭素鋼の腐食を防ぐ方法がある。または、炭素鋼と線膨張係数が同等のステンレス（例えば、SUS410など）を使用する。
【００５４】
［検証例］
図９は、本実施形態に係る腐食検出方法の概念を、試験体を用いて示す図である。図９に示すように、試験体４０は、棒鋼５０に光ファイバセンサ５１を巻き付けて、モルタル等のセメント硬化体５２で被覆することにより構成されている。試験体４０に対して、上下方向のかぶりが２０ｍｍであり、左右方向のかぶりが１０ｍｍである。図９では、棒鋼５０に対して光ファイバセンサ５１を１巻とした例を示したが、以下、３巻とする場合も併せて検証する。次に、試験体４０の具体的検証例を示す。
【００５５】
みがき棒鋼は、ＪＩＳ  Ｇ  ３１０８  ＳＧＤ３Ｍを使用した。みがき棒鋼に対する光ファイバの巻き方は、一定の張力下、例えば、巻き付け時に多少の引張ひずみが出ていることを確認した上で、巻き付け作業を行ない、端部をＣＮ（東京測器製）で固定した。光ファイバセンサ（ＦＢＧセンサ）は、表２に示す仕様のものを用いた。また、ダミーセンサによるひずみ挙動の差異で腐食検知を行なうのが好ましく、被覆モルタルの体積変化や含水率の影響がひずみに表れることが予想されるため、試験体の仕様に応じて、ダミーの試験体を作製した。
【００５６】
【表１】
0006626285.tif 000002
【表２】
0006626285.tif 000003
次に、被覆モルタルについて説明する。モルタルの使用材料は、次の表に示す通りである。
【００５７】
【表３】
0006626285.tif 000004
次に、モルタルの配合は、次の表に示す通りである。
【００５８】
【表４】
0006626285.tif 000005
なお、上記の表中、「Ｂ」とは、「Ｃ」と「Ｌ」とを混合したものである。
【００５９】
［モルタルの練混ぜ方法］
試験体に用いるモルタルは、“株式会社丸東製作所社製のモルタルミキサ（2L練）”を用いて練混ぜを行なった。練混ぜ手順は、以下の通りである。なお、モルタルの練混ぜは、２０±２℃、湿度５０％以上の恒温恒湿室にて行なった。
【００６０】
塩ビ製型枠（内径φ40 mm×高さ50mm、または内径φ40 mm×高さ65mm）にモルタルを打込み、その中に光ファイバを巻いた棒鋼を中央部に入れ、その後、同じ恒温恒湿室で３時間養生後、２０℃湿度９５％以上で７日間養生し、脱型した。
【００６１】
試験体４０を腐食環境下（温度４０℃下で、ＮａＣｌ：１０％水溶液に浸漬１日、湿度６０％乾燥３日、再度ＮａＣｌ：１０％水溶液に浸漬１日、以降は湿度６０％乾燥）におき、計測機器（株式会社渡辺製作所製）により波長の変化を計測した。ＮａＣｌ：１０％水溶液の浸漬は、光ファイバ引き出し部からＮａＣｌ水溶液の侵入がないように、試験体の下端から３０ｍｍ（３巻きの場合は、試験体の下端から４５ｍｍ）の部分までを浸漬させた。また、ダミー試験体は、ここでは実験上腐食しない棒鋼を用いずに腐食センサと同じ試験体を用いており、ＮａＣｌ水溶液を用いる代わりに腐食することのない純水に浸漬した。
【００６２】
以下の式により、波長からひずみに変換し、腐食によるひずみの変化を確認した。
【００６３】
【数１】
0006626285.tif 000006
ここで、ε：ひずみ（μ）、λ：測定時の波長（ｎｍ）、λ*：初期波長（ｎｍ）である。
【００６４】
図１０Ａは、腐食環境下における経過時間とひずみとの関係を示すグラフである。図１０Ａに示す１巻きとした検証例では、１日と４日に塩水や水に浸漬したため、温度変化やモルタルの吸水などで一時的にひずみが変化したが、ダミー試験体も同じ様に変化したため、腐食によるものではない。１６日に試験体とダミー試験体のひずみ量が乖離した。そこで、試験体の被覆モルタルを除去したところ、棒鋼が腐食していることが確認された。
【００６５】
図１０Ｂに示す３巻きとした検証例では、温度が一定になった後に計測を開始し、腐食後も計測を継続した例である。測定日数４５日に腐食ひび割れが発生した。ひび割れが発生するまで、継続的に腐食による膨張を捉えることが可能であることが証明された。
【００６６】
［検知後の腐食進展モニタリング］
以上のように、構造物中の鋼材に光ファイバセンサを直接巻き付けて、腐食の進行による膨張ひずみを計測し、また、棒材に光ファイバセンサを巻き付けることによって腐食センサを構成し、測定対象となる鉄筋と同じかぶり深さに腐食センサを設置して、棒材の腐食の進行による膨張ひずみを計測した後、腐食進展状態をモニタリングする。
【００６７】
モニタリングの方法として、例えば、解析や供試体試験により、腐食ひびわれが発生すると予測される光ファイバのひずみ値の３０％が測定された場合、打音検査や非破壊検査など公知の方法で点検を実施する。３０％としたのは、図１０Ｂで示したように、３０％到達後に急速に腐食膨張が進展しているからである。すなわち、そこに至るまでは、いちいち大きな人手や装置を要せずに状態把握ができる。その後の点検で、劣化が進展しており、危険と判断されれば公知の方法で補修や補強を実施する。
【００６８】
また、図１０Ｂで示したように、２５日目から曲線の傾きが急激に上昇することから、これを「ｙ＝ａｘ（直線）」や「ｙ＝ａｘ２（二次曲線）」で近似することも可能である。すなわち、図１０Ｂにおいて、ひずみが０から２０００（×１０−６）の間で、予測曲線を選定し、フィッティングすることによって、経過日数に対応したひずみ量を予測することが可能となる。すると解析や供試体試験により腐食ひびわれが発生するとひずみ量と比較して、その後の耐用年数の目安を得ることもできる。
【００６９】
［検証例２］
腐食の状況に応じてひずみが増加するかどうかを確認するため、鋼材に光ファイバを巻き付けた大気中の場合について、腐食状況の確認と光ファイバによるひずみ計測を行なった。図１４に示すように、試験体はΦ２０ｍｍ棒鋼に、中心部の測定領域高さ２５ｍｍの範囲で光ファイバセンサを１巻とした。図１５は、測定結果を示す図である。測定２日目までは20℃大気中であるため、丸１に示すように、腐食はほとんどなく、その直後にファイバ１巻の試験体中央部に塩水を塗布した。その後急激にひずみが増大し、丸２において目視による判定で腐食範囲が１０％であり、丸３において目視による判定で腐食範囲が３５％となった。以上の結果より、腐食の程度に対応してひずみは増大していることが分かる。
【符号の説明】
【００７０】
１１  腐食センサ
１２  みがき棒鋼
１３  検知部
１４  光ファイバセンサ
１５  被覆部
２１  鉄筋コンクリート構造物
２３  鉄筋
２５  ダミーセンサ
２６  腐食センサ
４０  試験体
５０  棒鋼
５１  光ファイバセンサ
５２  モルタル
６０  丸鋼
６２  光ファイバセンサ
６５  異形鉄筋
６６  リブ
６７  節
６９  接着点
７０、７１、７３  切削・研磨部
７２  被覆層
７４  被覆部
【図１】
0006626285.tif 000007
【図２】
0006626285.tif 000008
【図３Ａ】
0006626285.tif 000009
【図３Ｂ】
0006626285.tif 000010
【図４】
0006626285.tif 000011
【図５】
0006626285.tif 000012
【図６Ａ】
0006626285.tif 000013
【図６Ｂ】
0006626285.tif 000014
【図７】
0006626285.tif 000015
【図８】
0006626285.tif 000016
【図９】
0006626285.tif 000017
【図１０Ａ】
0006626285.tif 000018
【図１０Ｂ】
0006626285.tif 000019
【図１１】
0006626285.tif 000020
【図１２】
0006626285.tif 000021
【図１３】
0006626285.tif 000022
【図１４】
0006626285.tif 000023
【図１５】
0006626285.tif 000024