(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となる構造物の所定の方向における腐食速度の分布を計測するための腐食センサにおいて、
前記所定の方向に配列され且つそれぞれ前記構造物の表面上に設置される複数の試料極と、
前記所定の方向における前記複数の試料極の配置位置を含むように前記複数の試料極に並んで前記所定の方向に延び且つ前記構造物の表面上に配置された共通の対極と、
前記複数の試料極および前記共通の対極に接続され且つ前記複数の試料極をそれぞれ前記共通の対極に接続することにより形成される複数の腐食回路を流れる複数の腐食電流に基づいて前記所定の方向における腐食速度の分布を計測する計測部と
を備え、
前記複数の試料極および前記共通の対極は、前記構造物の表面において同一面上に並んで配置されていることを特徴とする腐食センサ。
【請求項２】
前記複数の試料極は、前記構造物を構成する材料と同一の材料からなる請求項１に記載の腐食センサ。
【請求項３】
前記共通の対極は、前記複数の試料極と同一の材料からなる請求項２に記載の腐食センサ。
【請求項４】
前記共通の対極は、前記複数の試料極と同一の材料を主成分とし且つ前記複数の試料極より貴である材料からなる請求項２に記載の腐食センサ。
【請求項５】
前記複数の試料極は、絶縁性の熱伝導シートを介して前記構造物の表面上に貼り付けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項６】
前記共通の対極は、絶縁性の熱伝導シートを介して前記構造物の表面上に貼り付けられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項７】
前記共通の対極は、前記構造物により形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項８】
前記計測部は、前記複数の試料極のそれぞれに対して、前記試料極を前記共通の対極に接続することにより形成される腐食回路を流れる腐食電流を時間積分することにより前記試料極が設置された箇所における前記構造物の腐食速度を計測する請求項１〜７のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、腐食センサに係り、特に、水位の変動または水の飛沫の影響を受けやすい箇所に設置される構造物の腐食環境を評価する腐食センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
水門および桟橋等の河川、海洋に設置される鋼構造物は、厳しい腐食性環境に曝されている。特に、潮位の変動に伴う干満の影響を受ける部位(干満帯)および水しぶきを浴びる部位(飛沫帯)においては、乾湿が頻繁に繰り返されるため、構造材の腐食速度が大きくなる傾向にある。
このような腐食性環境に設置される鋼構造物の防食対策として、水中に没する部位には電気防食が適用されることが多い。しかし、気相部位では電気防食が有効に機能しないため、重防食塗装等のコーティングによって対応するのが一般的である。
【０００３】
電気防食は、適切に管理することでほぼ腐食を抑制でき、また電位や電流をモニタすることによって防食の状態を評価することが可能であるが、重防食塗装等のコーティングでは、錆の生成に伴う変色等の外観的な観察等により評価するしか手法はない。
また、特許文献１には、モニタリング用の複数種類の金属片が固定された腐食環境センサを鋼構造物と同じ環境下に配置して腐食させ、それぞれの金属片の表面における色変化を測色計で測定することで、鋼構造物の設置箇所の腐食環境を評価する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６４４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、複数種類の金属片の色変化を測定するため、経時的な腐食環境の変化を定量的に評価するのが難しく、また、潮位の変動等、水位が変動するような箇所に設置された構造物の水位変動方向における腐食環境の変化を評価することは困難であった。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、構造物の所定の方向における腐食環境の変化を定量的に評価することができる腐食センサ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】
【０００７】
この発明に係る腐食センサは、計測対象となる構造物の所定の方向における腐食速度の分布を計測するための腐食センサにおいて、所定の方向に配列され且つそれぞれ構造物の表面上に設置される複数の試料極と、所定の方向における複数の試料極の配置位置を含むように複数の試料極に並んで所定の方向に延び且つ構造物の表面上に配置された共通の対極と、複数の試料極および共通の対極に接続され且つ複数の試料極をそれぞれ共通の対極に接続することにより形成される複数の腐食回路を流れる複数の腐食電流に基づいて所定の方向における腐食速度の分布を計測する計測部とを備え、複数の試料極および共通の対極は、構造物の表面において同一面上に並んで配置されているものである。
【０００８】
複数の試料極は、構造物を構成する材料と同一の材料からなることが好ましい。
また、共通の対極は、複数の試料極と同一の材料から形成することができる。あるいは、共通の対極は、複数の試料極と同一の材料を主成分とし且つ複数の試料極より貴である材料からなることが好ましい。
また、複数の試料極は、絶縁性の熱伝導シートを介して構造物の表面上に貼り付けられることが好ましい。
一方、共通の対極は、絶縁性の熱伝導シートを介して構造物の表面上に貼り付けられることもでき、あるいは、共通の対極は、構造物により形成されていてもよい。
計測部は、複数の試料極のそれぞれに対して、試料極を共通の対極に接続することにより形成される腐食回路を流れる腐食電流を時間積分することにより試料極が設置された箇所における構造物の腐食速度を計測することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、所定の方向に配列され且つそれぞれ構造物の表面上に設置される複数の試料極と、所定の方向における複数の試料極の配置位置を含むように複数の試料極に並んで所定の方向に延び且つ構造物の表面上に配置された共通の対極とを備え、計測部が、複数の試料極および共通の対極に接続され且つ複数の試料極をそれぞれ共通の対極に接続することにより形成される複数の腐食回路を流れる複数の腐食電流に基づいて所定の方向における腐食速度の分布を計測するので、構造物の所定の方向における腐食環境の変化を定量的に評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る腐食センサの構成を示す図である。
【図２】構造物の表面上に配置された複数の試料極と共通の対極を示す断面図である。
【図３】試料極と共通の対極が水中に没した状態を示す断面図である。
【図４】水門を模式的に示す図である。
【図５】水門の扉体を示す斜視図である。
【図６】実施の形態１に係る腐食センサが設置された水門の扉体を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る腐食センサの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に実施の形態１に係る腐食センサの構成を示す。この腐食センサは、腐食環境の評価対象となる構造物１の表面上に設置される複数の試料極２と、構造物１の表面上で且つ複数の試料極２の近傍に配置された共通の対極３を有し、複数の試料極２のそれぞれと共通の対極３にケーブル４を介して計測部５が電気的に接続されている。
【００１２】
構造物１の表面上において、複数の試料極２は、腐食環境の変化を評価しようとする所定の方向Ｄに１列に配列されており、共通の対極３は、所定の方向Ｄにおける複数の試料極２の配置位置をすべて含むように複数の試料極２に並んで所定の方向Ｄに延びている。
ここで、所定の方向Ｄは、例えば、構造物１が、桟橋、水門等、水位が時間的に変動する海水、河川水に晒されるような箇所に設置されている構造物である場合に、水位変動方向である鉛直方向に設定することができる。
【００１３】
複数の試料極２および共通の対極３は、それぞれ、構造物１を構成する材料と同一組成の材料から形成されている。例えば、構造物１がある組成の鋼材からなる場合には、それぞれの試料極２および共通の対極３を構造物１と同一組成の鋼材で形成する。
複数の試料極２は、互いに分離し独立しており、図２に示されるように、それぞれ、絶縁性の熱伝導シート６を介して構造物１の表面上に貼り付けられている。共通の対極３も、複数の試料極２と同様に、絶縁性の熱伝導シート７を介して構造物１の表面上に貼り付けられている。
【００１４】
複数の試料極２および共通の対極３は、成膜により形成されたものではなく、バルク材料から形成されることが好ましい。
また、熱伝導シート６および７としては、両面に粘着材が付着された市販の熱伝導シートを使用することができる。熱伝導シートに付着されている粘着材を利用して、それぞれの試料極２および共通の対極３を構造物１の表面上に貼り付けることが可能となる。
【００１５】
計測部５は、ケーブル４を介して接続された複数の試料極２をそれぞれ共通の対極３に接続することにより形成される複数の腐食回路を流れる複数の腐食電流Ｉｃを測定する。具体的には、計測部５は、複数の試料極２のうちの１つの試料極２を共通の対極３に接続することで形成される１つの腐食回路を流れる腐食電流Ｉｃを測定した後、この試料極２を共通の対極３から遮断し、次の試料極２を共通の対極３に接続することで形成される次の腐食回路を流れる腐食電流Ｉｃを測定する。このようにして、複数の試料極２が順次共通の対極３に接続され、それぞれ形成された腐食回路を流れる腐食電流Ｉｃが測定される。
計測部５は、さらに、複数の腐食回路を流れる複数の腐食電流Ｉｃをそれぞれ時間積分することにより、複数の試料極２における腐食速度をそれぞれ算出し、これらの腐食速度に基づいて所定の方向Ｄにおける腐食速度の分布を計測する。
【００１６】
次に、実施の形態１に係る腐食センサの作用について説明する。
例えば、構造物１が、海水、河川水等に晒される箇所に設置された鋼構造物であり、所定の方向Ｄが水位変動方向である鉛直方向に設定されているものとする。共通の対極３は、所定の方向Ｄにおける複数の試料極２の配置位置をすべて含むように所定の方向Ｄに延びているので、構造物１の表面上に配置された複数の試料極２のうち最も下方に位置する試料極２が水中に没したときには、この試料極２の配置位置に対応する部分の共通の対極３も水中に没することとなる。
【００１７】
このとき、図３に示されるように、試料極２の表面と共通の対極３の表面とが水Ｗを介して電気的に接続され、計測部５がケーブル４を介して試料極２と共通の対極３とを接続することで、計測部５から試料極２、水Ｗおよび共通の対極３を経由して計測部５に戻る腐食回路が形成される。
ここで、試料極２に腐食反応（アノード反応）が生じ、試料極２の表面から鉄イオンＦｅ２＋が水Ｗに溶解して拡散すると、試料極２中に生成された電子ｅ−が計測部５を介して共通の対極３に供給され、共通の対極３の表面上に水Ｗを構成する水分子Ｈ２Ｏと水中に溶存している酸素分子Ｏ２と電子ｅ−が反応（カソード反応）して水酸化物イオンＯＨ−を生じる。
【００１８】
このように、アノード反応とカソード反応が試料極２と共通の対極３においてそれぞれ生じることで、共通の対極３から計測部５を通って試料極２へ腐食電流Ｉｃが流れる。この腐食電流Ｉｃは、アノード反応とカソード反応の反応速度に依存したもの、すなわち、これらの反応に関与した鉄原子Ｆｅおよび酸素分子Ｏ２等の成分の量に依存したものとなる。
【００１９】
同様にして、計測部５により複数の試料極２を順次共通の対極３に接続することで形成される複数の腐食回路を流れる腐食電流Ｉｃがそれぞれ測定される。
頻繁に水中に没したり、水の飛沫の影響を受けやすい位置に配置されている試料極２においては、アノード反応およびカソード反応の速度が速くなり、大きな腐食電流Ｉｃが流れる。一方、水位が上昇しても水中に没することがなく、また、水の飛沫の影響が及ばないような高い位置に配置されている試料極２においては、アノード反応およびカソード反応の速度が遅くなり、腐食電流Ｉｃは小さくなる。
このように、複数の試料極２には、それぞれ、配置位置の腐食環境性に応じた腐食電流Ｉｃが流れ、この腐食電流Ｉｃが計測部５により測定される。
【００２０】
ここで、上述したように、複数の試料極２と共通の対極３は、互いに同一組成の材料から形成されており、電位差に起因した電子の加速が生じないように構成されている。
このため、それぞれの試料極２に対応して測定された腐食電流Ｉｃは、生成された電子の量に対応する。そこで、腐食電流Ｉｃから電子量を求め、腐食の反応式
Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−
に入力することで、消費したＦｅのモル数すなわち重量を演算することができる。さらに、消費したＦｅの重量を時間で割れば、腐食速度を得ることができる。
【００２１】
このようにして、計測部５により、複数の試料極２のそれぞれにおける腐食速度が算出され、所定の方向Ｄにおける腐食速度の分布が計測される。
複数の試料極２は、それぞれ、構造物１を構成する材料と同一組成の材料から形成されているため、それぞれの試料極２に対して算出される腐食速度は、その試料極２と同じ高さに位置する部位の構造物１の腐食速度とみなすことができる。
従って、構造物１における腐食速度の分布が得られ、構造物１の所定の方向Ｄにおける腐食環境の変化を定量的に評価することが可能となる。
【００２２】
一般に、腐食速度は、対象物の温度により大きく変化することが知られている。しかし、実施の形態１に係る腐食センサでは、複数の試料極２は熱伝導シート６を介して構造物１の表面上に貼り付けられ、共通の対極３も熱伝導シート７を介して構造物１の表面上に貼り付けられるため、複数の試料極２および共通の対極３と構造物１の間に大きな温度差が発生することが抑制され、腐食速度を高精度に得ることができる。
【００２３】
計測部５は、例えば、降雨時における腐食速度、１週間または１ケ月の腐食速度の平均等、種々の条件での腐食速度の分布を得ることができ、それらを比較・評価することにより、構造物１の腐食寿命の評価、メンテナンス計画の策定等に活用することが可能となる。
【００２４】
なお、上記の実施の形態１においては、複数の試料極２と共通の対極３とが互いに同一組成の材料から形成されていたが、計測部５で算出される腐食速度の値に影響を与えない程度の電位差を、複数の試料極２と共通の対極３との間に形成することもできる。このようにすれば、共通の対極３が単独で腐食する、試料極２と共通の対極３とでアノード反応とカソード反応が逆転する、等のおそれを回避することができる。
この場合、試料極２に対して共通の対極３を貴な材料で構成することが好ましい。具体的には、共通の対極３は、複数の試料極２と同一の材料を主成分とし且つ複数の試料極２より貴である材料から形成することができる。
【００２５】
例えば、鉄にクロムまたはニッケルを添加した合金鋼は、クロムまたはニッケルの添加量を増加するほど自然電位が貴になるため、構造物１が普通鋼からなる場合に、複数の試料極２を普通鋼から形成すると共に、共通の対極３をクロムまたはニッケルが添加された合金鋼から形成することで、試料極２に対して共通の対極３を貴な材料とすることができる。
【００２６】
日本工業規格（ＪＩＳ）には、機械構造用合金鋼として、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）のクロムの最大添加量は１．５％、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ）のクロムの最大添加量は３．５％、ニッケルの最大添加量も３．５％と記載されている。そこで、最大添加量３．５％の範囲内でクロムまたはニッケルが添加された合金鋼あるいは最大添加量３．５％の範囲内でクロムが添加されると共に最大添加量３．５％の範囲内でニッケルが添加された合金鋼を用いて共通の対極３を形成すれば、計測部５で算出される腐食速度の値に影響を与えない程度の電位差を、複数の試料極２と共通の対極３との間に形成することが可能になる。
【００２７】
構造物１としては、桟橋等の海洋構造物、水門または樋門等の河川構造物、橋梁等、水位が時間的に変動する海水、河川水に晒されたり、水の飛沫の影響を受けやすい構造物を好適に挙げることができる。
例えば、図４に示されるような水門施設１１の扉体１２を構造物１として、扉体１２に実施の形態１に係る腐食センサを設置することができる。
扉体１２は、図５に示されるように、一対のワイヤ１３で吊り下げられて昇降するが、昇降に伴って水中または水上に位置するため、乾湿が繰り返されることが多く、水門施設１１の他の部位に比較して腐食速度が大きくなる傾向にある。
【００２８】
そこで、図６に示されるように、所定の方向Ｄを鉛直方向に設定して、扉体１２の表面上に複数の試料極２と共通の対極３を貼り付け、これら複数の試料極２および共通の対極３にケーブル４を介して計測部５を電気的に接続することで腐食センサを形成する。
このように、実施の形態１に係る腐食センサを扉体１２に設置し、計測部５で複数の試料極２に対応する腐食電流Ｉｃを測定して、それぞれの試料極２における腐食速度を算出することにより、鉛直方向の腐食速度の分布を得ることができる。
【００２９】
実施の形態１に係る腐食センサでは、複数の試料極２が、互いに分離し独立し、それぞれ、絶縁性の熱伝導シート６を介して構造物１の表面上に貼り付けられ、共通の対極３も、複数の試料極２から独立し、絶縁性の熱伝導シート７を介して構造物１の表面上に貼り付けられるため、構造物１の構造および形状に関わらずに、複数の試料極２および共通の対極３を容易に構造物１の表面上に配置することができる。
【００３０】
例えば、図５に示したように、水門施設１１の扉体１２は、一般に、複数の桁または梁により複数部分に区切られた裏面構造を有しているので、桁または梁の上に水が残り、腐食しやすい環境になるおそれがあるが、実施の形態１に係る腐食センサを用いれば、区切られた部分に個別に試料極２を配置して、腐食速度の分布を評価することが可能となる。ただし、共通の対極３は、所定の方向Ｄにおける複数の試料極２の配置位置をすべて含むように所定の方向Ｄに延びている必要がある。
【００３１】
実施の形態２
上記の実施の形態１においては、所定の方向Ｄに配列された複数の試料極２の配置位置をすべて含むように所定の方向Ｄに延びる共通の対極３が構造物１の表面上に貼り付けられていたが、これに限るものではなく、共通の対極を構造物によって形成することもできる。
図７に示される実施の形態２の腐食センサは、実施の形態１の腐食センサにおいて、構造物１の表面上に配置されていた共通の対極３を省略し、計測部５にケーブル４を介して構造物１を電気的に接続したものである。
【００３２】
このような構成としても、計測部５が、複数の試料極２を順次共通の対極としての構造物１に接続することにより形成される腐食回路を流れる腐食電流Ｉｃを測定することで、実施の形態１と同様にして、それぞれの試料極２における腐食速度を算出し、所定の方向Ｄの腐食速度の分布を得ることが可能となる。
この実施の形態２では、構造物１の表面上に共通の対極を貼り付ける必要がなくなり、構造物１への腐食センサの設置がさらに容易となる。
【００３３】
例えば、構造物１が、図５に示した扉体１２のように、複数の桁または梁により複数部分に区切られた構造を有していても、複数の試料極２を互いに分離して構造物１の表面上に貼り付け、これら複数の試料極２と構造物１を計測部５に電気的に接続するだけで、腐食センサを設置することができ、容易に構造物１における腐食速度の分布を評価することが可能となる。
【００３４】
なお、図１、図６および図７では、５個の試料極２が所定の方向Ｄに配列されていたが、試料極２の個数は５個に限るものではなく、複数の任意の個数の試料極２を所定の方向Ｄに沿って配列し、これらの試料極２を計測部５に接続して腐食速度の分布を計測することができる。
また、複数の試料極２が配列される所定の方向Ｄは、鉛直方向に限らず、腐食環境の変化を評価しようとする任意の方向に設定することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  構造物、２  試料極、３  共通の対極、４  ケーブル、５  計測部、６，７  熱伝導シート、１１  水門施設、１２  扉体、１３  ワイヤ、Ｄ  所定の方向、Ｗ  水、Ｉｃ  腐食電流。
【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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