(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋の試験片を試験溶液に浸漬して水素脆化試験を複数回行ったときに、水素脆化による前記鉄筋の試験片の破断の位置の分布に偏りが生じない、前記試験片が前記試験溶液と接触する第１の試験片面積を求めるステップと、
前記求めた第１の試験片面積の鉄筋の試験片が破断する破断確率を求めるステップと、
前記破断確率と前記第１の試験片面積から単位面積当たりの破断確率を算出するステップと、
前記算出した単位面積当たりの破断確率に基づき、前記試験片が前記試験溶液と接触する任意の試験片面積における破断確率を求め、破断確率が所望の値となる、前記試験片が前記試験溶液と接触する第２の試験片面積を算出するステップと、
を有することを特徴とする水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法。
【請求項２】
前記単位面積当たりの破断確率を算出するステップは、前記単位面積当たりの破断確率Ｘを、前記求めた第１の試験片面積の鉄筋の試験片が破断する破断確率ＸkからＸ＝１−（１−Ｘk）1/kとして算出することを特徴とする請求項１に記載の水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法。
【請求項３】
前記破断確率が所望の値となる第２の試験片面積を算出するステップは、前記任意の試験片面積における破断確率Ｘnを、前記単位面積当たりの破断確率ＸからＸn＝１−（１−Ｘ）nとして算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法。
【請求項４】
前記水素脆化試験は、前記水素脆化試験において用いる試験溶液に対して前記鉄筋に負電位を印加する陰極チャージによる水素脆化試験であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法。
【請求項５】
水素脆化特性評価試験の試験条件として、試験片、前記試験片を浸漬する試験溶液、前記試験溶液に浸漬した前記試験片に対する水素チャージ方法、前記水素チャージ中に前記試験片に与える負荷応力を決定する第１工程と、
前記水素チャージに用いる電極を決定する第２工程と、
前記試験片が前記試験溶液と接触する試験片面積を決定する第３工程と、
前記試験片に対する前記試験溶液の比液量を決定する第４工程と、
前記試験片と前記決定された電極とを互いに接触させずに挿入可能で、かつ前記試験片面積と前記比液量とを実現可能な試験セルサイズを算出する第５工程と、
を含むことを特徴とする水素脆化特性評価試験における試験セルサイズの算出方法。
【請求項６】
前記第３工程において決定した前記試験片面積は、請求項１乃至４のいずれかに記載の水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法によって算出された前記第２の試験片面積であることを特徴とする請求項５に記載の水素脆化特性評価試験における試験セルサイズの算出方法。
【請求項７】
前記第４工程において決定した前記比液量は、前記試験条件で水素脆化特性評価試験を所定の時間行った際の前記試験溶液の液性の変化量が所定の値より小さくなるように決定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の水素脆化特性評価試験における試験セルサイズの算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋の水素脆化特性を評価するための試験片面積および試験装置の試験セルの大きさを決定する水素脆化試験における試験片面積の算出方法および試験セルサイズの算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋はある使用環境において水素を吸収し、延性が失われ、強度が著しく低下することがある。この現象は水素脆化と呼ばれており（非特許文献１参照）、例えば、プレストレストコンクリート構造物中の鉄筋（ＰＣ鉄筋）で生じることが知られている（非特許文献２参照）。
【０００３】
ＰＣ鉄筋について、水素脆化に対してある一定の耐性を有することを評価するため、水素脆化特性試験が行われている。水素脆化試験として、荷重を負荷した鉄筋に対して、外部から水素を吸収させ、破断の有無、破断時間を確認する方法がある。例えば、非特許文献３に記載の「２０％チオシアン酸アンモニウム溶液中でのＰＣ鋼材の水素脆化試験方法」（以下、ＰＣ鋼材用試験）や、非特許文献４の「高力ボルトの遅れ破壊特性評価ガイドブック」に記載の試験方法（以下、高力ボルト用試験）があり、（ａ）試料選定、（ｂ）試験セル、（ｃ）水素チャージに関する試験条件が表１のように規定されている。
【０００４】
【表１】
0006470716.tif 000002
【０００５】
これら従来の耐水素脆化試験は試験条件が異なり、表１に示すようにそれぞれに独特な特徴を有している。試験には試験セルが必須であり、試験溶液や水素チャージ条件に応じた最適化が必要である。例えばＰＣ鋼材用試験では、水素脆化試験の装置形状を決める試験片の接触面積（浸漬長さ）について、浸漬長さを２００ｍｍ以上にするとの規定がある（非特許文献３参照）。この規格において浸漬長さを短くすると、破断時間は長くなる傾向を実験的に示しているが、破断しうる十分な浸漬長さを規定しているわけではない。そのため、水素脆化特性試験において、同じ条件・装置を用いても、ＰＣ鉄筋の品質は厳密には均一ではないため、予め決めた試験時間内に必ず鉄筋が破断する、もしくは必ず破断しないとは限らない。
【０００６】
そこでＰＣ鉄筋の品質を評価するために、試験時間内に破断する鉄筋と破断しない鉄筋がある場合、水素が鉄筋に侵入できる面積を大きくすることで、鉄筋が破断しうる面積を十分に確保し、試験片の個体差による破断の有無を明確にする方法が考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】南雲道彦、「鋼の力学的挙動に及ぼす水素の影響」、鉄と鋼、２００４年、Ｖｏｌ．９０、Ｎｏ．１０、ｐ．７６６−７７５
【非特許文献２】白神哲夫、「鉄鋼材料における水素脆化」、材料と環境、２０１１年、６０、２３６−２４０
【非特許文献３】「２０％チオシアン酸アンモニウム溶液中でのＰＣ鋼材の水素脆化試験方法」、社団法人  腐食防食協会、２０１２年、ＪＳＣＥ  Ｓ  １２０１、ｐ．６−７
【非特許文献４】「高力ボルトの遅れ破壊特性評価ガイドブック」、社団法人  日本鋼構造協会、２０１０年、ＪＳＳＣテクニカルレポート  Ｎｏ．９１、ｐ．６−７、ｐ．１２６−１２７
【非特許文献５】小松篤史、西方篤、水流徹、「乾湿繰り返し腐食環境下の鋼材に蓄積した水素の電気化学的測定による定量」、材料と環境、２００９年、Ｖｏｌ．５８、Ｎｏ．７、ｐ．２６９−２７３
【非特許文献６】大村朋彦、櫛田隆弘、工藤赳夫、中里福和、渡部了、「鋼中への水素侵入に影響する環境因子」、材料と環境、２００５年、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．２、ｐ．６１−６７
【非特許文献７】佐藤周之、内田健一朗、横井克則、野中資博、「フェノールフタレイン法によるコンクリート中性化の詳細評価技術に関する基礎的研究」、コンクリート工学年次論文集、２００９年、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．１、ｐ．２０２３−２０２８
【非特許文献８】大村朋彦、鈴木啓史、岡村司、外１３名、「大気および高圧水素ガス環境を模擬した低合金鋼の水素チャージ法」、鉄と鋼、Ｖｏｌ．１００、Ｎｏ．１０、ｐ．１２８９−１２９７
【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、試験溶液の温度を制御することを考慮すると、試験開始までの準備時間を短くするためには試験溶液の使用量が少なくなるように試験装置の試験セルは最小限の大きさであることが好ましいが、これまで試験装置の大きさを適切に設定する方法がなかった。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鉄筋の水素脆化特性試験において、試験装置を不要に大きくすることなく、予め決めた試験時間内に破断する確率を向上させることができる水素脆化試験における試験片面積の算出方法および試験セルサイズの算出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明は、水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法であって、鉄筋の試験片を試験溶液に浸漬して水素脆化試験を複数回行ったときに、水素脆化による前記鉄筋の試験片の破断の位置の分布に偏りが生じない、前記試験片が前記試験溶液と接触する第１の試験片面積を求めるステップと、前記求めた第１の試験片面積の鉄筋の試験片が破断する破断確率を求めるステップと、前記破断確率と前記第１の試験片面積から単位面積当たりの破断確率を算出するステップと、前記算出した単位面積当たりの破断確率に基づき、前記試験片が前記試験溶液と接触する任意の試験片面積における破断確率を求め、破断確率が所望の値となる、前記試験片が前記試験溶液と接触する第２の試験片面積を算出するステップと、前記試験片と前記試験溶液とを前記算出された試験片面積で接触させられる水素脆化特性評価試験装置の試験セルのサイズを算出するステップと、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法において、前記単位面積当たりの破断確率を算出するステップは、前記単位面積当たりの破断確率Ｘを、前記求めた第１の試験片面積の鉄筋の試験片が破断する破断確率ＸkからＸ＝１−（１−Ｘk）1/kとして算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法において、前記破断確率が所望の値となる第２の試験片面積を算出するステップは、前記任意の試験片面積における破断確率Ｘnを、前記単位面積当たりの破断確率ＸからＸn＝１−（１−Ｘ）nとして算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法において、前記水素脆化試験は、前記水素脆化試験において用いる試験溶液に対して前記鉄筋に負電位を印加する陰極チャージによる水素脆化試験であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、水素脆化特性評価試験における試験セルサイズの算出方法であって、水素脆化特性評価試験の試験条件として、試験片、前記試験片を浸漬する試験溶液、前記試験溶液に浸漬した前記試験片に対する水素チャージ方法、前記水素チャージ中に前記試験片に与える負荷応力を決定する第１工程と、前記水素チャージに用いる電極を決定する第２工程と、前記試験片が前記試験溶液と接触する試験片面積を決定する第３工程と、前記試験片に対する前記試験溶液の比液量を決定する第４工程と、前記試験片と前記決定された電極とを互いに接触させずに挿入可能で、かつ前記試験片面積と前記比液量とを実現可能な試験セルサイズを算出する第５工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の水素脆化特性評価試験における試験セルサイズの算出方法において、前記第３工程において決定した前記試験片面積は、請求項１乃至４のいずれかに記載の水素脆化特性評価試験における試験片面積の算出方法によって算出された前記第２の試験片面積であることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の水素脆化特性評価試験における試験セルサイズの算出方法において、前記第４工程において決定した前記比液量は、前記試験条件で水素脆化特性評価試験を所定の時間行った際の前記試験溶液の液性の変化量が所定の値より小さくなるように決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により決定した試験片面積に基づき、設計・製作した試験装置を用いれば、鉄筋の水素脆化特性試験において、試験装置を不要に大きくすることなく、予め決めた試験時間内に破断する確率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る水素脆化試験における試験片面積の算出方法のフローチャートである。
【図２】プレストレストコンクリート構造物から取り出したＰＣ鉄筋に対して水素脆化試験を１２回行った際の、破断回数と破断位置との関係を示す図である。
【図３】水素脆化試験装置の概要を示す図である。
【図４】浸漬長さｎと破断確率Ｘとの関係を示した概念図である。
【図５】浸漬長さｎのときの破断確率Ｘn＝１−（１−Ｘ）nにＸ＝０．３５６を代入して得られた関数に基づきプロットした図である。
【図６】耐水素脆化特性を評価する評価試験装置の模式図である。
【図７】各比液量における試験溶液の水素チャージした時間に対するｐＨの経時変化を示す図である。
【図８】ＰＣ鋼材の耐水素脆化特性評価法における試験セル形状の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明では、各種試験条件ごとに、下記の手順に従い決定した試験セルを用いることにより、鉄筋の水素脆化特性試験において、試験装置を不要に大きくすることなく、安定した結果を得られ、試験回数を抑えることができ、予め決めた試験時間内に破断する確率を向上させることができ、ＰＣ鋼材の耐水素脆化特性評価に要する総試験時間を短くすることができる。
【００２０】
（試験セル形状の決定手順）
［１］試験条件の決定
［２］試験セル内に挿入する電極の選定
［３］浸漬長さの決定
［４］比液量の決定
［５］試験セル形状の決定
【００２１】
［１］試験条件の決定
試料（試験片）選定は試験目的に応じて決めればよい。例えば、試験片として、切欠きを入れた新品ＰＣ鋼材や構造物中から取り出したＰＣ鋼材（取出ＰＣ鋼材）を用いることができる。試験溶液はｐＨ７．８〜ｐＨ８．３の緩衝溶液を用いればよく、その試験溶液に０〜１ｗ％チオシアン酸アンモニウムを添加してもよい。水素チャージは、腐食溶液に試験片を接触させるだけの浸漬法や試験片表面において電気化学制御する陰極チャージ法から選択することができる。陰極チャージ法では、印加電位や電流密度を制御する。耐水素脆化試験における試験片への負荷は、例えば試験片の引張強さの０．７倍の荷重とすることができる。
【００２２】
［２］試験セル内に挿入する電極の選定
陰極チャージ法を採用するときの参照極、対極は、例えば参照極として銀塩化銀電極、対極として白金黒電極を用いればよい。
【００２３】
［３］浸漬長さを決定する。
試験装置の形状パラメータ（接触面積、または浸漬長さ）を決定する。浸漬長さは、浸漬長さでの破断確率から最適な浸漬長さを求めればよい。以下、ＰＣ鉄筋の水素脆化試験において試験片が試験溶液と接触する試験片面積を算出する方法を示す。本発明の水素脆化試験における試験片面積の算出方法は、大きく下記３つの手順からなる。
【００２４】
＜１＞有効試験片面積の評価
＜２＞単位面積当たりの破断確率の算出
＜３＞試験片面積の決定
図１に、本発明の一実施形態に係る水素脆化試験における試験片面積の算出方法のフローチャートを示す。先ず、＜１＞有効試験片面積の評価として、水素脆化による破断が試験片の特定の領域に偏りなく起こる有効試験片面積を求める（ステップ１０１）。次に、＜２＞単位面積当たりの破断確率の算出として、複数回の実験結果から有効試験面積に対する破断確率Ｘkを算出し（ステップ１０２）、有効試験面積に対する破断確率Ｘkから単位浸漬長さあたりの破断確率Ｘ＝１−（１−Ｘk）1/kを算出する（ステップ１０３）。そして＜３＞試験片面積の決定として、浸漬長さｎのときの破断確率Ｘn＝１−（１−Ｘ）nに単位浸漬長さあたりの破断確率Ｘを代入して得られた関数から、所望の破断確率が得られる浸漬長さを算出する（ステップ１０４）。
【００２５】
以下で各手順についてより詳細に説明する。
【００２６】
＜１＞有効試験片面積の評価
有効試験片面積とは、ここでは水素脆化特性評価を行ったときに、実際に水素脆化による破断が試験片の特定の領域に偏りなく起こる試験片面積と定義する。有効試験片面積は、予め決めた条件において複数回水素脆化試験を行い、試験毎に試験片が破断した領域を記録して破断領域の分布を評価する。
【００２７】
図２に、プレストレストコンクリート構造物から取り出したＰＣ鉄筋に対して水素脆化試験を１２回行った際の、破断回数と破断位置との関係を示す。また図３に、水素脆化試験に用いた水素脆化試験装置における試験片と電気化学セル（試験セル）の概要を示す。図３に示すように、水素脆化試験は電気化学セルを取り付けたＰＣ鉄筋に対して行うことから、表記を単純化するため、図２にはＰＣ鉄筋の破断位置をＰＣ鉄筋と水溶液を接触させた下端からの距離で示した。
【００２８】
図２に示す結果から、破断位置は中心部、端部問わず破断しており、今回の実験では、ＰＣ鉄筋と試験溶液との単位長さ当たりの接触面積を有効試験片面積と見なすことができることを確認した。
【００２９】
なお、水素脆化試験の実験条件は、ＪＩＳ規格上の引張強さ（１４２０ＭＰａ）に対して０．７倍の荷重を負荷したＰＣ鉄筋を、１Ｍ（モル）の炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）に１ｗｔ％のチオシアン酸アンモニウム（ＮＨ4ＳＣＮ）を添加した水溶液中に浸漬させ、ＰＣ鉄筋と水溶液の接触面積４２．４ｃｍ2（異形丸棒、直径０．９ｃｍ、浸漬長さ１５ｃｍ）に対して、−１０００ｍＶｖｓ．ＳＳＥの電位を印加することで水素を吸収させ、試験時間を最大６時間として実施した。
【００３０】
＜２＞有効試験片面積に対する破断確率の算出
有効試験片面積に対する破断確率は、破断する鉄筋と破断しない鉄筋がある水素脆化試験の条件における破断確率をもとに算出する。以下の実験結果を用い、有効試験面積に対する破断確率を算出する方法を記す。なお、計算簡略化のため、単位を面積ではなく、浸漬長さで計算した。
【００３１】
（実験結果）
ＰＣ鉄筋と試験溶液との接触面積８．４８ｍｍ2（直径０．９ｃｍ、浸漬長さ３ｃｍ）として、上記有効試験片面積の評価で用いた水素脆化試験条件で試験したところ、試験回数３０回のうち２２回は破断した。
【００３２】
（算出方法）
単位浸漬長さ当たりの破断確率をＸとして、浸漬長さｎのときの破断確率を考えるために、図４に浸漬長さｎと破断確率Ｘとの関係を示した概念図を示す。例えば浸漬長さ２のときの破断確率Ｘ2は、浸漬長さが０〜１、１〜２のいずれかの領域で破断が生じる確率であるので、浸漬長さが０〜１、１〜２のいずれの領域においても破断しない確率を１から差し引いた値になる。そのため、単位長さ当たりの接触面積が有効試験片面積である場合においては、破断が特定の領域に偏ることなく起こるので、破断確率は全ての領域で等しいことから、以下のように表すことができる。
【００３３】
浸漬長さ２のときの破断確率Ｘ2＝１−（１−Ｘ）2
同様に浸漬長さ３以降を記述すると、
浸漬長さ３のときの破断確率Ｘ3＝１−（１−Ｘ）3
浸漬長さｋのときの破断確率Ｘk＝１−（１−Ｘ）k  ・・・（１）
したがって、任意の浸漬長さｋの破断確率のとき、単位浸漬長さあたりの破断確率は以下の式で表すことができると考えることができる。
【００３４】
単位浸漬長さあたりの破断確率Ｘ＝１−（１−Ｘk）1/k  ・・・（２）
この式（２）に基づき、上記実験結果において得られた浸漬長さ３ｃｍにおける破断確率７３．３％（＝２２／３０）から単位浸漬長さ（１ｃｍ）あたりの破断確率Ｘを求めると３５．６％になる。この値を式（１）に代入して得られた関数、すなわち浸漬長さｎのときの破断確率Ｘn＝１−（１−Ｘ）nにＸ＝０．３５６を代入して得られた関数から、図５に示すプロットを得る。
【００３５】
＜３＞試験片面積の決定
図５のプロットから今回の鉄筋と試験条件では浸漬長さが１０ｃｍ以上であれば、１０回程度の試験回数では全ての試験片が破断すると期待できる。実際、浸漬長さを１０ｃｍで試験可能なセルを用い、１２回試験したところ、１１回破断した。
【００３６】
［４］比液量を決定する。
比液量は、比液量の異なる試験セルを準備し、決定した試験条件で試験片に水素チャージを行い、試験時間中の液性変化を確認し、変化量が所定の値以下となるように決定する。判断基準は、例えば、試験溶液を用い、実環境を模擬するのであれば、コンクリートの中性化が進行し、鉄筋腐食が進行するｐＨ１１以下を基準とする（非特許文献７参照）。
【００３７】
［５］試験セル形状を決定する。
試験セル形状は、［１］で決定した試験条件ごとに決めればよい。例えば、試験溶液に０〜１ｗｔ％のチオシアン酸アンモニウムを添加したｐＨ７．８から８．３の緩衝溶液とし、制御電位を−７００〜−１０００ｍＶｖｓ．ＳＳＥ以上の電位とし、試験溶液の温度を３５〜５０℃であることを特徴とするＰＣ鋼材の耐水素脆化特性評価法においては、浸漬長さを１５ｃｍ以上、かつ比液量３ｍｌ／ｃｍ2以上を確保できる試験セル形状であればよい。試験セルの材質は試験溶液の液性に影響しなければよく、例えばアクリルを選定すればよい。
【００３８】
（試験実施例）
以下、試験片の耐水素脆化特性を評価する実施例を示す。図６に、耐水素脆化特性を評価する評価試験装置の模式図を示す。実験には図６に模式図を示した評価試験装置を用い、表２に示す試験条件で実施した。
【００３９】
【表２】
0006470716.tif 000003
【００４０】
試験片には、取出ＰＣ鋼材を用いた。試験片長さは全長４５ｃｍ、試験片のうち溶液に浸漬される部位の長さ（浸漬長さ）は１５ｃｍとした。
【００４１】
ここでは試験温度を室温（約２０℃）としたが、試験の目的に応じて（加速試験を行う場合等）試験溶液の温度制御により３５〜５０℃程度と高温に設定しても良い。
【００４２】
図６に示す評価試験装置により、試験片５に対しておもり６等により引張方向に負荷をかけ、試験片５を容器１内の溶液に浸漬させ、試験片５を作用極とし、ポテンショスタット２、参照極３および対極４を用いて水素チャージを行った。すなわち、試験片５に応力を負荷した状態で水素をチャージした。
【００４３】
容器１内の溶液は、１ｗｔ％ＮＨ4ＳＣＮを添加した１Ｍ  ＮａＨＣＯ3水溶液（初期ｐＨ＝７．８〜８．３）を用いた。また、参照極３として銀塩化銀電極（ＳＳＥ）を用い、対極４として白金線を用いた。電位は、ポテンショスタット２により、−１０００ｍＶｖｓ．ＳＳＥに制御した。このような環境下で試験片５に水素をチャージした。
【００４４】
なお、従来の技術であるチオシアン酸アンモニウム水溶液を添加した試験溶液中での陰極チャージ法では、チオシアン酸アンモニウムを原因とする液性変化が指摘されている。そのため、チオシアン酸アンモニウムの添加量が少ないほどその影響は小さいことが推測できる。したがって、本実施例で挙げた１％より添加量が少なければ、チオシアン酸アンモニウムを原因とする液性変化の影響を抑える効果が得られることは明らかである。
【００４５】
また、電位についても、本実施例で挙げた−１０００ｍＶｖｓ．ＳＳＥより高ければ、電気化学反応により流れる電流が小さく、試験溶液のｐＨへの影響は小さいことから液性変化の影響を抑える効果が得られることは明らかである。
【００４６】
（比液量）
比液量の異なる試験セルを用い、水素チャージを行い、試験溶液のｐＨが予め決めた判断基準内に収まることが確認できた範囲から比液量を定めることで、必要以上に試験セルを大きくすることなく、安定した試験結果を得られるようになる。本実施例で用いた試験溶液は実環境を模擬することを特徴とすることから、判断基準をコンクリートの中性化が進行し、鉄筋腐食が進行するｐＨ１１以下を基準とする。
【００４７】
本試験実施例として、比液量が３，６，１２，１８ｍｌ／ｃｍ2となる試験セルを用意し、表２に示した試験条件（応力負荷なし）で、水素チャージを行い、水素チャージを開始してから４２ｈ後までの試験溶液のｐＨ変化を調べた。
【００４８】
図７に、各比液量における試験溶液の水素チャージした時間に対するｐＨの経時変化を示す。いずれの比液量においてもｐＨは鉄筋腐食が進行するｐＨ１１以下である。また、ｐＨは時間と共に増加しているが、その変化量は０．７であり、従来研究におけるｐＨの変動量２（４８ｈ後）（非特許文献８参照）を超えることはなく、３ｍｌ／ｃｍ2以上であればｐＨの変動量を１以下に抑えることができる。
【００４９】
なお、比液量が大きくなるほど電気化学反応による試験溶液のｐＨへの影響は小さいことから、検証を実施した１８ｍｌ／ｃｍ2以上の比液量があれば、同様の効果が得られることは明らかである。
【００５０】
（試験セル形状）
試験セルは、［１］で決定した試験条件ごとに決定し、［３］で決定した浸漬長さ、および［４］で決定した比液量が確保できる形状とする。図８に、ＰＣ鋼材の耐水素脆化特性評価法における試験セル形状の一例を示す。ここでは、例えば、試験溶液に０〜１ｗｔ％チオシアン酸アンモニウムを添加したｐＨ７．８から８．３の緩衝溶液とし、制御電位を−７００〜−１０００ｍＶｖｓ．ＳＳＥ以上の電位とし、試験溶液の温度を３５〜５０℃とする。
【００５１】
浸漬長さは１５ｃｍ以上とすることから試験セル高さを２０ｃｍとする。比液量３ｍｌ／ｃｍ2以上とすればよいが、参照極３として直径１０．３ｍｍ、高さ１４８ｍｍの銀塩化銀電極を用い、対極４として直径７ｃｍ、高さ２０ｃｍの白金黒電極を用いる場合、内径は８ｃｍ必要となることから、比液量を１８ｍｌ／ｃｍ2とする。対極４は、白金黒のメッシュシートを筒状に丸めたものであり、容器１の内側壁面に沿った形で配置し、参照極３、対極４、試験片５が互いに接触しないよう配置する。例えば、対極４と試験片５との距離は３ｃｍ程度、参照極３と対極４の距離は１〜２ｃｍ程度に設定することができる。
【００５２】
試験セルの容器１の材質は、試験溶液の液性に影響しないアクリルとし、容器１は外槽と内槽の間に温度調整した水等を循環させて試験溶液の温度を一定に保つよう制御可能な恒温槽とする。外槽の厚みは強度を確保するため５ｍｍとし、内槽の厚みは温度制御を速やかに行うため、３ｍｍとする。外槽と内槽との間隔は１〜２ｃｍとする。
【００５３】
本発明の手順に従い決定した試験セルを用いることにより、従来の技術と対比して、必要以上に大きな試験セルを用いなくても試験結果が安定し、さらに温度制御に必要な試験時間を抑えることができる。構造物に用いるＰＣ鋼材にふさわしい材料をより精度よく、かつ短時間に選定することができ、構造物の長期信頼性の向上に貢献することができる。
【００５４】
なお、本発明は以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、鉄筋に水素を吸収させるため、鉄筋の電位を制御したが、ＮＨ4ＳＣＮ水溶液など鉄筋を腐食させたり、高圧水素ガス環境にさらしたりする試験でも適用できる。
【００５５】
このように本発明では、水素脆化試験において、破断する鉄筋としない鉄筋がある場合に、単位試験片面積当たりの破断確率を算出し、予め決めた試験回数から試験片面積を決定する。その試験片面積に基づき試験セルを設計・製作した試験装置を用いることで、試験装置を不要に大きくすることなく、予め決めた試験時間内に破断する確率を向上させることができる。試験セルは、決定した試験片面積を確実に試験溶液と接触させられる容積、形状であれば良く、温度変化等による液面レベルの変動を考慮して設計されても良い。
【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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【図８】
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