(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートまたは鋼材の腐食環境を検出する静電容量型腐食センサであって、
腐食性を有する金属で板状、箔状または膜状に形成された検知部と、
耐腐食性を有する金属で板状、箔状または膜状に形成され、前記検知部と対向する位置に設けられた対向電極と、
前記検知部および前記対向電極の間に設けられた誘電体と、を備え、
腐食による前記検知部の面積の減少と静電容量の減少との相関性に基づいて腐食の進行状況を検出することを特徴とする静電容量型腐食センサ。
【請求項２】
前記検知部には、複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載の静電容量型腐食センサ。
【請求項３】
前記検知部は、メッシュ状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電容量型腐食センサ。
【請求項４】
前記検知部の中心を含む第１の領域を包囲する第２の領域に設けられた腐食防止膜と、
前記第２の領域に対応する検知部に電気的に接続された第１の通電部と、
前記対向電極に電気的に接続された第２の通電部と、を更に備えることを特徴とする請求項１記載の静電容量型腐食センサ。
【請求項５】
前記誘電体は、誘電率が３以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の静電容量型腐食センサ。
【請求項６】
コンクリート構造物中に埋設され、前記コンクリート構造物の腐食環境進行状況を検出する腐食検出方法であって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の静電容量型腐食センサを前記コンクリート構造物中に埋設し、
前記静電容量型腐食センサの検知部が腐食することによる静電容量値の変化に基づいて、静電容量型腐食センサの腐食進行状態を特定することを特徴とする腐食検出方法。
【請求項７】
コンクリート構造物中に埋設され、前記コンクリート構造物の腐食環境進行状況態を検出する腐食検出方法であって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の複数の静電容量型腐食センサを並列に接続して連設センサを構成し、
前記連設センサを前記コンクリート構造物中に埋設し、
いずれかの前記静電容量型腐食センサの検知部が腐食することによる前記連設センサの合成静電容量値の変化に基づいて、腐食した静電容量型腐食センサの位置を特定することを特徴とする腐食検出方法。
【請求項８】
測定対象である鋼構造物および鋼材の表面に貼付し、前記鋼構造物および鋼材の腐食環境進行状況を検出する腐食検出方法であって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の静電容量型腐食センサを前記鋼構造物および鋼材表面に貼付し、前記静電容量型腐食センサの検知部が腐食することによる静電容量値の変化に基づいて、静電容量型腐食センサの腐食進行状態を特定することを特徴とする腐食検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートまたは鋼材の腐食環境を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物中の鋼材は、コンクリートがアルカリ性環境を保持していることで鋼材表面に不動態皮膜を形成し、腐食から保護されている。しかしながら、例えば、空気中の二酸化炭素、下水道施設における硫酸、あるいは塩化物イオンなどの腐食因子がコンクリート中に侵入すると、この不動態皮膜が破壊され、コンクリート中にある水と酸素によって鋼材の腐食が開始する。また、鉄橋やプラントなどの鋼材を用いた構造物では、鋼材に錆が生じないように保護塗料が用いられている。
【０００３】
コンクリート構造物の鋼材が腐食すると、鋼材の体積膨張を生じ、その膨張圧でコンクリートにひび割れを生じ、ひび割れを通じてさらに腐食因子の侵入と外部からの水と酸素の供給によって鋼材の腐食は加速的に進行し、ついにはコンクリート構造物としての機能が保持できなくなる。
【０００４】
従って、鋼材の腐食が開始する前に腐食因子の侵入や鋼材の腐食開始を検知し、例えば、表面被覆などの対策で腐食因子や水と酸素のさらなる侵入を阻止して鋼材を腐食から守り、構造物の予防的な保全を図ることが重要となる。この問題に対し、従来から種々の腐食診断方法が提案されている。例えば、コア抜きを行なって腐食因子を分析する方法や、非破壊的に鋼材の自然電位や分極抵抗を測定する手法、化学センサやガスセンサにより腐食因子を検出する手法、鉄製の細線を模擬腐食部材としてコンクリートに埋設し、細線が断線したときに腐食を検出する手法などが知られている。
【０００５】
これらの腐食診断手法のうち、細線の断線によって腐食を検知する方法は、（ａ）予めセンサを埋設することでコア抜きなどコンクリートを傷めることがない、（ｂ）コンクリート表面と鋼材の間に細線を深さに応じて数本設置することで表面からの腐食因子の侵入の時間依存性をモニタリングでき維持管理計画の立案を容易とする、（ｃ）直接的に鉄の腐食を捉えるので腐食因子だけでなく水や酸素の供給状態をも含めた腐食の可能性を検知できる、（ｄ）電気抵抗の変化を捉えるので極めて低消費電力での検出が可能で長期モニタリングに適する、というメリットがあり、細線切断を検出することによる腐食診断方法が、種々提案されている（例えば、特許文献１〜３）。また、感度が高く、設計自由度を大きくするために、鉄箔材を用いた腐食センサも提案されている（特許文献４）。
【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】特開平８−２３３８９６号公報
【特許文献３】特許第３２０５２９１号公報
【特許文献４】特開２０１２−１４５３３０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“コンクリート中の塩化物浸透過程非破壊モニタリングシステムの開発研究 コンクリート工学年次論文集，Vol.23 NO.1, 2001”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の腐食センサは、すべて電気抵抗を捉えるものである。導電率の高い鉄は、破断しなければ抵抗値に変化が現れにくく、センサの感度が線径や線幅等に依存しやすいという課題がある。また、腐食センサを単独で評価する場合は、腐食因子がコンクリート構造物内にどのくらい進展しているのかを把握することができない。さらに、検知部が破断すると、センサの機能が失われてしまう。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、腐食の危険性と共に腐食の進展状況を把握することができ、高精度で、小型化および低コスト化を図ることができる静電容量型腐食センサおよび腐食検出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】
【００１０】
（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、本発明の静電容量型腐食センサは、コンクリートまたは鋼材の腐食環境を検出する静電容量型腐食センサであって、腐食性を有する金属で板状、箔状または膜状に形成された検知部と、耐腐食性を有する金属で板状、箔状または膜状に形成され、前記検知部と対向する位置に設けられた対向電極と、前記検知部および前記対向電極の間に設けられた誘電体と、を備え、腐食による前記検知部の面積の減少に応じて、静電容量が変化することを特徴とする。
【００１１】
このように、検知部および対向電極の間に設けられた誘電体を備え、腐食による検知部の面積の減少に応じて、静電容量が変化するので、検知部の面積に応じて腐食環境進行状況を捉えることが可能となる。すなわち、鉄箔や細線の切断による抵抗変化を検出する方式と比較して、板状、箔状または膜状の検知部の面積で腐食の現状をより正確に把握することが可能となる。
【００１２】
（２）また、本発明の静電容量型腐食センサにおいて、前記検知部には、複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
このように、検知部には、複数の貫通孔が設けられているので、検知部の面積を小さくし、腐食され易くすることができる。その結果、検知部における腐食が、誘電体まで到達し、静電容量の変化を生じさせることが可能となる。これにより、腐食による検知部の面積の減少と実際の腐食状況とを正確に対応付けることが可能となり、測定感度を向上させることが可能となる。
【００１４】
（３）また、本発明の静電容量型腐食センサにおいて、前記検知部は、メッシュ状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように、検知部は、メッシュ状に形成されていることで、検知部の一部が限定的に腐食して欠損した場合においても、電気的な導通が確保され、検知部面積の減少量を静電容量の変化で正確に捉えることが可能となる。これにより、腐食による検知部の面積の減少と実際の腐食状況とを正確に対応付けることが可能となり、測定精度を高めることが可能となる。
【００１６】
（４）また、本発明の静電容量型腐食センサは、前記検知部の中心を含む第１の領域を包囲する第２の領域に設けられた腐食防止膜と、前記第２の領域に対応する検知部に電気的に接続された第１の通電部と、前記対向電極に電気的に接続された第２の通電部と、を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
このように、検知部の中心を含む第１の領域を包囲する第２の領域に設けられた腐食防止膜を有するため、腐食しない第２の領域が必ず残ることとなる。すなわち、通電部が接続された箇所の近傍が腐食することによって、腐食せずに残っている箇所と、通電部とが電気的に切断され、誤った検出結果が得られてしまう可能性があるが、腐食防止膜によって、第２の領域が残るため、残っている検知部の全面積と通電部とを常に電気的に接続した状態にすることができる。これにより、測定精度を維持することが可能となる。
【００１８】
（５）また、本発明の静電容量型腐食センサにおいて、前記誘電体は、誘電率が３以上であることを特徴とする。
【００１９】
このように、誘電体は、誘電率が３以上あるため、検知部の面積の減少が、静電容量の減少に大きく関与することが可能となる。これにより、センサの測定感度を向上させることが可能となる。
【００２０】
（６）また、本発明の腐食検出方法は、コンクリート構造物中に埋設され、前記コンクリート構造物の腐食環境進行状況を検出する腐食検出方法であって、上記（１）から（５）のいずれかに記載の静電容量型腐食センサを前記コンクリート構造物中に埋設し、前記静電容量型腐食センサの検知部が腐食することによる静電容量値の変化に基づいて、静電容量型腐食センサの腐食進行状態を特定することを特徴とする。
【００２１】
この構成により、検知部の面積に応じて腐食進行状況を捉えることが可能となる。すなわち、鉄箔や細線の切断による抵抗変化を検出する方式と比較して、板状、箔状または膜状の検知部の面積で腐食の現状と進展状態をより正確に把握することが可能となる。
【００２２】
（７）また、本発明の腐食検出方法は、コンクリート構造物中に埋設され、前記コンクリート構造物の腐食進行状態を検出する腐食検出方法であって、上記（１）から（５）のいずれかに記載の複数の静電容量型腐食センサを並列に接続して連設センサ を構成し、前記連設センサを前記コンクリート構造物中に埋設し、前記静電容量型腐食センサの検知部が腐食することによる前記連設センサの合成静電容量値の変化に基づいて、腐食した静電容量型腐食センサの位置を特定することを特徴とする。
【００２３】
このように、複数の静電容量型腐食センサを並列に接続して連設センサを構成するので、各静電容量型腐食センサの各静電容量の和によって、連設センサの合成静電容量を得ることが可能となる。その結果、検知部の腐食による面積の減少による合成静電容量の減少を簡単な計算で求めることができ、合成静電容量に応じて腐食した静電容量型腐食センサの位置を特定することが可能となる。さらに、並列接続であるため、静電容量型腐食センサを連接する数を容易に増減することが可能である。
【００２４】
（８）また、本発明の腐食検出方法は、測定対象である鋼構造物および鋼材の表面に貼付し、前記鋼構造物および鋼材の腐食進行状態を検出する腐食検出方法であって、上記（１）から（５）のいずれかに記載の静電容量型腐食センサを前記鋼構造物および鋼材表面に貼付し、前記静電容量型腐食センサの検知部が腐食することによる静電容量値の変化に基づいて、静電容量型腐食センサの腐食進行状態を特定することを特徴とする。
【００２５】
この構成により、検知部の面積に応じて腐食進行状況を捉えることが可能となる。すなわち、鉄箔や細線の切断による抵抗変化を検出する方式と比較して、板状、箔状または膜状の検知部の面積で腐食の現状と進展状態をより正確に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、検知部の面積に応じて腐食進行状況を捉えることが可能となる。すなわち、鉄箔や細線の切断による抵抗変化を検出する方式と比較して、板状、箔状または膜状の検知部の面積で腐食の現状と進展状態をより正確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る静電容量型腐食センサの概略構成を示す平面図である。
【図２】静電容量型センサの断面図である。
【図３】本実施形態に係る静電容量型腐食センサの概略構成を示す平面図である。
【図４Ａ】本実施形態に係る静電容量型腐食センサの第１の変形例の概略構成を示す平面図である。
【図４Ｂ】本実施形態に係る静電容量型腐食センサの第２の変形例の概略構成を示す平面図である。
【図５】目視による腐食面積率の評価結果のモデルを示す図である。
【図６】本実施形態に係る静電容量型腐食センサを塩水浸漬した際の測定周波数による各サイクルにおける静電容量値の違いを示す図である。
【図７】１サイクル経過後の静電容量値を腐食面積率０％の初期値として、面積減少率と静電容量との関係を理論値の実測値と併せて示した図である。
【図８】試験体の概要を示す図である。
【図９】モルタル試験体に埋設するセンサの概要を示す図である。
【図１０】各サイクルで計測した静電容量の結果を示す図である。
【図１１】静電容量型腐食センサを３つ並列に接続して連設センサ５０を構成した様子を示す図である。
【図１２】静電容量型腐食センサを３つ並列に接続して連設センサ５１を構成した様子を示す図である。
【図１３】３つの鉄箔部３を用いた連設センサ５２を示す図である。
【図１４】静電容量と静電容量型腐食センサの個数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［静電容量型腐食センサの測定原理］
平行平板導体（検知部）の静電容量Ｃは、平行平板導体の面積Ｓ、平行平板導体間の間隔ｄとの間に、以下の関係がある。
Ｃ＝Ｑ／Ｖ＝εＳ／ｄ[F]  ・・・（１）
ここで、εは、誘電率である。
【００２９】
本実施形態に係る静電容量型腐食センサは、この原理を用いる。すなわち、センサの検知部が腐食因子によって腐食していくと、対向する平行平板導体の面積が減少し、それに伴って静電容量が減少する。静電容量の減少度合いを捉えることによって、検知部の面積の減り具合、ひいては腐食環境の進行具合を把握することが可能となる。
【００３０】
［第１の実施形態］
［静電容量型腐食センサの構成］
図１は、本実施形態に係る静電容量型腐食センサの概略構成を示す平面図である。図２は、図１に示した静電容量型腐食センサ１をＡ−Ａで切断した場合の断面図である。この静電容量型腐食センサ１は、鉄を圧延することにより作製され、３μｍ以上０．１ｍｍ以下の厚さを有する検知部としての鉄箔部３と、鉄箔部３にメッシュ状に設けられた複数の貫通孔５と、誘電体７と、リード線９と、対向電極１０とを備える。鉄箔部３は、蒸着やメッキにより形成される薄膜であっても良いし、板状に形成されていても良い。厚さを３μｍ以上０．１ｍｍ以下としたのは、薄すぎるとセンサの取り扱い時に検知部にひび割れが生じやすく、厚すぎるとセンサの感度が低下する恐れがあるためである。また、鉄箔部３の面積は、腐食進行状況を段階的に捉えることができるよう、大きい方が望ましいが、本明細書では３ｃｍ２であるとして説明する。また、鉄箔部３の形状は、円形としているが、本発明は、これに限定されるわけではない。検知部は鉄箔に変えて、腐食状態を測定したい材質と同じものに換えることができ、ステンレスやアルミニウム等の金属としても良い。
【００３１】
鉄箔部３は、複数の貫通孔５が設けられ、メッシュ状に形成されている。このような複数の貫通孔５が設けられているので、腐食が容易に進行し、一部が限定的に腐食して欠損した場合においても、鉄箔部が島状に取り残されることが少なく、電気的な導通が確保され、検知部面積の減少量を静電容量の変化で正確に捉えることが可能となる。なお、図１では、各貫通孔５の形状を矩形（正方形）としているが、本発明は、これに限定されるわけではなく、円形や他の形状とすることもできる。また、リード線９は、鉄箔部３に電気的に接続された第１の通電部と、対向電極１０に電気的に接続された第２の通電部とを構成する。
【００３２】
式（１）から明らかなように、誘電率の大きさと鉄箔部３面積の減少が、静電容量の減少に大きく関与するため、誘電体７は、誘電率が３以上の誘電体であることが望ましく、その厚さは０．０５ｍｍ〜２ｍｍが望ましく、温度による変化が少ない誘電体が望ましい。これにより、センサの測定感度を向上させることが可能となる。本実施形態では、誘電体７をポリイミドフィルムで構成し、その誘電率を３．３とする。図１では、直径２２ｍｍの鉄箔で鉄箔部３を形成し、０．１０５ｍｍ厚のポリイミドフィルム上に接着し、ケミカルエッチングで貫通孔５を形成した。また、誘電体７としてのポリイミドフィルムの鉄箔接着面の反対側の面に、金をスパッタリングで成膜した。
【００３３】
対向電極１０は、耐腐食性が高い性能を有した金属が望ましい。鉄箔部の腐食による減少を静電容量で捉えるためには、金属部の面積が変化しないことが前提である。金または白金、パラジウム等に代表される貴金属をはじめ、対象とする金属よりイオン化傾向の小さく導電性を有した金属とし、対象が鉄であればあるチタン、ニッケル等を用いることができる。また、圧延されたそれらの金属箔以外にもスパッタリングや蒸着、めっき等で成膜して形成する方法もある。
【００３４】
また、図３に示すように、リード線９を含む鉄箔部３の外縁部には、腐食しない材質で腐食防止膜３０を設けることが好ましく、例えば、樹脂や白金等の金属等を用いることができる。中でも、腐食進行状況を段階的に捉えるために樹脂等の絶縁体を用いることが好ましい。この樹脂は、塗布したりシールを張付けたりすれば良い。一方、金属とする場合は、金または白金の他、金、パラジウム、チタン、ニッケル、スズ、鉛、銅、ステンレス、またはこれらの合金等、被膜の材料である検知部より貴な金属を用いることが可能であり、湿式めっき法および乾式めっき法、あるいは蒸着により箔層を形成できる。金属を用いる場合は、検知部との電位差が生じて腐食が早く進展するので、早期の腐食検知を行ないたい場合に有用である。
【００３５】
図４Ａは、本実施形態に係る静電容量型腐食センサの第１の変形例の概略構成を示す平面図であり、図４Ｂは、本実施形態に係る静電容量型腐食センサの第２の変形例の概略構成を示す平面図である。図４Ａに示す静電容量型腐食センサ２は、鉄を圧延することにより作製され、３μｍ以上０．１ｍｍ以下の厚さを有する鉄箔部４と、鉄箔部４に設けられた複数のスリット６と、誘電体７と、リード線９とを備える。また、図４Ｂに示す静電容量型腐食センサ４０は、鉄を圧延することにより作製され、３μｍ以上０．１ｍｍ以下の厚さを有する鉄箔部４１と、誘電体７と、リード線９とを備える。貫通孔やスリットは設けられていない。このように、本発明は、図４Ａや図４Ｂに示す形態を採ることも可能である。なお、図３で腐食防止膜３０を示したように、図４Ａおよび４Ｂにおいても、リード線９を含む鉄箔部４または４１の外縁部に、腐食しない材質で腐食防止膜を設けても良い。
【００３６】
［静電容量型腐食センサの性能評価］
本発明者は、本実施形態に係る静電容量型腐食センサの鉄箔部３の腐食による面積減少と静電容量との相関を確認した。本発明者は、３％のＮａＣｌ水溶液に本実施形態に係る図１の静電容量型腐食センサを浸漬させ、７日を１サイクルとして、１サイクル毎に腐食状態の目視観察を行なった。そして、腐食面積率と静電容量の変化を計測した。静電容量の計測は、浸漬液から静電容量型腐食センサを一旦取り出し、表面に付着した水分を取り除いた後、ピンセット状のプローブにて鉄箔部３の端部と貴金属１０との間の静電容量を計測した。計測条件は、ＬＣＲメーターを用いて、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚまでの１Ｖの交流電界下にて実施した。実験で使用した装置は、以下の表の通りである。
【表１】
0006574356.tif 000002
【００３７】
図５は、目視による腐食面積率の評価結果のモデルを示す図である。目視による腐食評価方法は、腐食により鉄箔が欠損している箇所を腐食面積として評価した。図５（ａ）は、１サイクル目の鉄箔部の腐食状態を示し、目視による腐食面積率の評価結果は０％である。図５（ｂ）は、２サイクル目の鉄箔部の腐食状態を示し、目視による腐食面積率の評価結果は２０％である。図５（ｃ）は、３サイクル目の鉄箔部の腐食状態を示し、目視による腐食面積率の評価結果は６０％である。図５（ｄ）は、４サイクル目の鉄箔部の腐食状態を示し、目視による腐食面積率の評価結果は８０％である。このように、サイクルの経過に伴い、鉄箔部の腐食が進み、腐食面積率が増加していくことが確認された。
【００３８】
図６は、本実施形態に係る静電容量型腐食センサを塩水浸漬した際の測定周波数による各サイクルにおける静電容量値の違いを示す図である。図６において、いずれの周波数においても、試験実施前から１サイクル目で静電容量が上昇し、その後、静電容量が低下していくことが分かる。また、測定周波数が高くなるほど、各サイクルの差は若干小さくなる傾向があった。また、いずれのサイクルにおいても、測定周波数が高くなるに従って、静電容量が低下する傾向があった。従って、腐食面積と静電容量との相関性が高くなり、腐食進行状況が良く把握できるようになるため、または、塩分に代表される電解質の腐食因子による変動要因を排除できるため、測定周波数は５０ｋＨｚ以上、さらには１００ｋＨｚ以上として測定するのが好ましい。
【００３９】
図７は、１サイクル経過後の静電容量値を腐食面積率０％の初期値として、面積減少率と静電容量との関係を理論値の実測値と併せて示した図である。図７には、本実施形態に係る静電容量型腐食センサのうち、複数の貫通孔を有するタイプ（メッシュタイプ）と、複数のスリットを有するタイプ（ラインタイプ）の両方が示されている。２つの実線は、それぞれ、メッシュタイプとラインタイプの理論値を示す。四角形のプロットがメッシュタイプの実測値を示し、三角形のプロットがラインタイプの実測値を示す。図７に示すように、本実施形態に係る静電容量型腐食センサの静電容量の計測値は、理論値とはずれがあるものの、腐食面積率と静電容量の相関は高い。特に、６０％以上の腐食面積率は、理論的な腐食面積率と静電容量の関係に良く近似しており、静電容量の計測によって、精度良く把握することができると言える。
【００４０】
なお、図３に示すライン型センサよりも、図１に示すメッシュ型センサの方が腐食の進展を捉えやすいと考えられる。ライン型センサの場合、腐食の発生部位によっては、腐食による電極面積の減少と静電容量から逆算した電極面積の減少とが対応しない場合があり得るためである。
【００４１】
［第２の実施形態］
［モルタル試験体を用いた促進試験による静電容量型腐食センサの性能評価］
モルタル中における本実施形態に係る静電容量型腐食センサの性能を確認することを目的に、塩分を練り込んだ試験体を用いて促進試験で評価した。
【００４２】
［試験体の概要］
モルタル試験体は、水セメント比６５％の１：３モルタルとし、塩化物イオン量で４．８ｋｇ／ｍ３となるようにＮａＣｌを添加した。図８は、試験体の概要を示す図である。ここでは、試験体を１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズとした。かぶり１５ｍｍの位置に静電容量型腐食センサを埋設した水準（図８（ｂ））と、腐食面積計測用にφ２０ｍｍ×１３０ｍｍの磨き棒鋼を埋設した水準（図８（ａ））を用意した。なお、試験体の表面は塩水浸透を行なう１面だけ残し、他の面をエポキシ樹脂で被覆した。
【００４３】
［モルタル試験体に埋設するセンサ］
図９は、モルタル試験体に埋設するセンサの概要を示す図である。図９に示すように、静電容量型腐食センサ１は、Ｏリング１５でアクリルケース１３との間隔が設けられ、エポキシ樹脂１７でアクリルケース１３に接着されている。この静電容量型腐食センサ１は、試験体外部より静電容量の計測を行なうため、リード線９を半田付けし、リード線９の接続部が腐食しないよう、鉄箔部３のみが表面に露出するように、アクリルケース１３で外装され、ケース内部が樹脂２１で充填されている。このように構成したのは、リード線の錆防止を図るためと、周りに充填されるコンクリート自体が誘電体で含水状態により誘電率が変動することから、その影響を回避するためである。また、センサをコンクリート充填時の衝撃から保護する意味もある。本実施形態では、アクリルケース１３を用いたが、必ずしもこれを必要とするわけではなく、上記の目的を達成することができるのであれば、アクリルケース１３を使用せずに、例えば、樹脂だけでも構わない。
【００４４】
［モルタル試験体の促進試験条件］
促進試験の条件は、４０℃で１０％ＮａＣｌ水溶液に２日間浸漬−６０％ＲＨ環境下で５日間乾燥させる条件を１サイクルとし、合計１０サイクルの促進試験を行なった。図１０は、Ｍ−１、Ｍ−２の２個の同一のセンサについて各サイクルで計測した静電容量の結果を示す図である。初期値は、試験体を脱型後、塩水に浸漬する前に計測した結果とした。それぞれ３サイクルまでは、初期値から若干の低下傾向があるが、その後、Ｍ−１は４サイクルまで微増している。また、Ｍ−２に関しては、６サイクルまで、ほとんど変化が見られない。
【００４５】
Ｍ−１は、６サイクルから、Ｍ−２は５サイクルから静電容量の低下が見られ、Ｍ−１は段階的に低下していることが分かる。Ｍ−２は７サイクル、Ｍ−１は８サイクルで静電容量が２０ｐＦ以下になると、その後の変化は見られない。図９で示したセンサは、図１に示した状態と比べ、リード線接続部を樹脂で保護しており、鉄箔部３の２割程度の面積は検知部として作用しない。検知部として作用する面積から求めた静電容量で評価すると、２０ｐＦに到達した時点で、露出している鉄箔部３のほぼ全体が欠損している状態である。このため、これ以上の腐食進展は把握できないと考えられる。すなわち、６〜８サイクルですべてのセンサの検知部が欠損したと言える。
【００４６】
本実施形態に係る静電容量型腐食センサは、検知部としての鉄箔部３の腐食面積率と静電容量とに高い相関性が見られ、腐食の進展を把握できる基本性能を有している。また、塩分を含んだモルタル中における促進試験においては、本実施形態に係る静電容量型腐食センサの静電容量の低下が、腐食の発生を捉える機能を有していると評価できた。また、静電容量の変化は、検知部がすべて欠損する前に、段階的な変化を示すことから、本実施形態に係る静電容量型腐食センサで腐食の進展度合いを評価できる。
【実施例１】
【００４７】
図１１は、上記の静電容量型腐食センサを３つ並列に接続して連設センサ５０を構成した様子を示す図である。連設センサ５０は、３つの静電容量型腐食センサ１，２を、かぶり深さ方向に階段状に配置されている。
【実施例２】
【００４８】
図１２は、上記の静電容量型腐食センサを３つ並列に接続して連設センサ５１を構成した様子を示す図である。連設センサ５１は、３つの静電容量型腐食センサ１，２を、斜面上に置かれるように斜めに配置されている。
【実施例３】
【００４９】
図１３は、３つの鉄箔部３を用いた連設センサ５２を示す図である。連設センサ５２では、誘電体７と対向電極１０を共通として、３つの鉄箔部３が斜めに配置されている。
【００５０】
上記実施例１〜３において、各静電容量型腐食センサの静電容量をＱとすると、初期状態では、連設センサ５０〜５２の合成静電容量は、Ｑ＋Ｑ＋Ｑ＝３Ｑである。
【００５１】
連設センサ５０〜５２をコンクリート構造物中に埋設する。その後、腐食因子の進行方向の側から、静電容量型腐食センサの検知部が腐食し、鉄箔部の面積が減少する。それに伴って、連設センサ５０〜５２の合成静電容量値も減少する。図１４は、静電容量と静電容量型腐食センサの個数との関係を示す図である。初期状態では、並列に接続された静電容量型腐食センサの合成静電容量値は、３Ｑである。その後、順次各静電容量型腐食センサの検知部が腐食し、面積が減少していくと、連接センサ５０〜５２の合成静電容量値も減少していく。図１４では、実線部分がモデルとして示す合成静電容量値である。
【００５２】
コンクリート構造物中に埋設された連設センサ５０〜５２のいずれかの静電容量型腐食センサの検知部が腐食することによる連設センサ５０〜５２の合成静電容量値の変化を、例えば、図１４に示す実線で把握する。合成静電容量値に応じて、現時点でどの静電容量型腐食センサまで腐食しているかを把握することが可能となる。
【００５３】
［鋼構造物への適用］
測定対象となる金属構造物、例えば、鋼橋やプラント設備、街路灯、土中埋設管、タンク、船舶などに保護塗料を塗布する場合、塗布前の金属材料の表面に、本実施形態に係るセンサを接着剤等で貼付する。貼付する際は、構造物の電気状態の影響を受ける場合があるので、樹脂のテープ、シール、あるいは接着剤自体で絶縁することが好ましい。センサの検知部は、腐食状態を測定したい材質と同じものに換えることができ、鉄箔に変えてステンレスやアルミニウム等の金属とすれば良い。その後、金属構造物と同様に保護塗料を塗布する。ケーブルは保護塗膜の外部に出しても出さなくても良い。ケーブルを出さない場合は、そのまま塗膜の下にセンサを埋設し、測定する際は、センサを被覆している塗膜を剥離し、直接計測器を接続して、腐食に伴う電気信号を計測する。また、無線方式を用いて、電磁的に測定を行なっても良い。これにより、ケーブルを引き出した場合に生じる塗膜の欠陥を生じることなく、センサを設置することができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、検知部および対向電極の間に設けられた誘電体を備え、腐食による前記検知部の面積の減少に応じて、静電容量が変化するので、検知部の面積で腐食進行状況を捉えることが可能となる。すなわち、鉄箔や細線の切断による抵抗変化を検出する方式と比較して、板状体の面積で腐食の現状をより正確に把握することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１、２、４０  静電容量型腐食センサ
３、４、４１  鉄箔部
５  貫通孔
６  スリット
７  誘電体
９  リード線
１０  対向電極
１３  アクリルケース
１５  Ｏリング
１７  エポキシ樹脂
２１  樹脂
３０  腐食防止膜
３２、３４  リード線
５０、５１、５２  連設センサ
【図１】
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【図２】
0006574356.tif 000004
【図３】
0006574356.tif 000005
【図４Ａ】
0006574356.tif 000006
【図４Ｂ】
0006574356.tif 000007
【図５】
0006574356.tif 000008
【図６】
0006574356.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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