(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となる構造物の表面上に配置され且つ表面および裏面を有する平板形状の基板と、
前記基板の前記表面上で且つ所定の方向に配列された複数の試料極と、
前記基板の前記表面上に配置され且つ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る共通の対極と、
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、前記基板の前記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１に記載の腐食センサ。
【請求項３】
前記複数の試料極と前記共通の対極は、鉄めっきにより形成されている請求項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１に記載の腐食センサ。
【請求項５】
前記基板の前記裏面が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における腐食速度を計測する請求項１〜５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、所定の方向における腐食環境の変化を評価する腐食センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁、街灯、標識等、自然環境に晒される鋼構造物は、長期間にわたる耐久性を維持させるために、腐食状況を評価する必要がある。特に、点検が困難な腐食として、例えば、外観から確認し難い構造物の基部、すなわち、大気と地中との境界付近で発生する地際腐食が知られている。これは、腐食環境性が大気中と地中においてそれぞれ異なるため、大気中から地中に至る構造物に地際を隔てて電位差が生じ、さらに雨水などの水分がその地際部分に滞留することで構造物の地際部分が電気的に短絡されてマクロセル腐食電流が発生し、電池作用により構造物の地際部分が腐食されるものである。このような、外観からの確認が困難な箇所で発生する腐食に対応するために、構造物周辺の腐食環境性を測定することが求められている。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、土壌中の金属構造物の埋設位置近傍に土壌表面部から金属試験体を挿入することにより土壌中の金属構造物の腐食を評価する方法が開示されている。土壌中に挿入されている金属試験体に生じるマクロセル腐食電流を測定することで、土壌中の金属構造物の腐食の進行が評価され、挿入から所定期間後に引き抜いて金属試験体の腐食減肉を測定することで、土壌中の深さ方向に沿った金属構造物の腐食状況の変化が評価される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９８６８８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、構造物の腐食は、その周辺に存在する酸素濃度、水素イオン指数（ｐＨ）、温度および湿度などの腐食環境性の違いに応じて局所的に進行するため、特許文献１に開示された方法のように、土壌中の金属構造物の埋設位置の近傍に金属試験体を挿入しても、評価対象となる金属構造物を直接測定するわけではなく、金属構造物の腐食状況、特に、所定の方向における腐食環境の変化を正確に評価することができないという問題がある。
【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正確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表面上に配置され且つ表面および裏面を有する平板形状の基板と、基板の表面上で且つ所定の方向に配列された複数の試料極と、基板の表面上に配置され且つ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る共通の対極と、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、基板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】
共通の対極は、複数の試料極と同一の材料からなっていてもよい。特に、複数の試料極と共通の対極は、鉄めっき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。
基板の裏面が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。
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における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、計測対象となる構造物の表面上に配置される基板と、基板の表面上で且つ所定の方向に配列された複数の試料極と、基板の表面上に配置され且つ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る共通の対極とを備え、計測部が、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正確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に係る腐食センサの構成を示す平面図である。
【図２】腐食センサの電極部を示す平面図である。
【図３】複数の試料極における電極部の部分断面図である。
【図４】共通の対極における電極部の部分断面図である。
【図５】構造物の表面上に設置された電極部を示す部分断面図である。
【図６】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７】実施例１における測定結果を示すグラフである。
【図８】実施例２における測定結果を示すグラフである。
【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。
図１に実施の形態に係る腐食センサの構成を示す。この腐食センサは、電極部１と、ケーブル２を介して電極部１に接続された計測部３を有している。
電極部１は、腐食環境の評価対象となる構造物の表面上に設置されるもので、平板形状の基板４を有し、基板４の表面４Ａ上に複数の試料極５が形成されると共に複数の試料極５の近傍に共通の対極６が形成されている。
複数の試料極５は、所定の方向Ｄに１列に配列されており、共通の対極６は、所定の方向Ｄにおける複数の試料極５の配置位置をすべて含むように複数の試料極５に並んで所定の方向Ｄに延びている。
【００１２】
図２に示されるように、基板４の表面４Ａ上で且つ基板４の端部には、複数の試料極５に対応する複数の第１の端子７が配列形成されており、互いに対応する試料極５と第１の端子７が基板４の表面４Ａ上に形成された配線８を介して電気的に接続されている。
同様に、基板４の表面４Ａ上で且つ基板４の端部には、複数の第１の端子７に隣接して１つの第２の端子９が形成され、共通の対極６と第２の端子９が基板４の表面４Ａ上に形成された配線１０を介して電気的に接続されている。
図１に示した計測部３は、複数の第１の端子７を介して複数の試料極５に接続されると共に、第２の端子９を介して共通の対極６に接続されている。
【００１３】
基板４は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂から形成されており、図３および図４に示されるように、基板４の表面４Ａ上に複数の試料極５および共通の対極６が直接配置されている。
試料極５は、評価対象となる構造物を構成する材料と同一組成の材料から形成されることが好ましく、鋼構造物の腐食環境の変化を評価する場合には、例えば、鉄めっきを形成材料として使用することができる。
また、共通の対極６は、試料極５と同一組成の材料から形成することができ、試料極５を鉄めっきから形成する場合には、共通の対極６も鉄めっきから形成することができる。
【００１４】
複数の試料極５および共通の対極６は、各種の薄膜形成方法を使用して、複数の第１の端子７、複数の配線８、第２の端子９および配線１０と共に同一工程で基板４の表面４Ａ上に成膜し形成することができる。
なお、複数の試料極５、共通の対極６、複数の第１の端子７、第２の端子９、配線８および１０は、いずれも基板４の表面４Ａ上に配置されており、図３および図４に示されるように、基板４の裏面４Ｂ側には、電極、端子、配線等の部品が一切配置されていない。
【００１５】
計測部３は、ケーブル２を介して接続された電極部１の複数の試料極５をそれぞれ共通の対極６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３は、複数の試料極５のうちの１つの試料極５を共通の対極６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５を共通の対極６から遮断し、次の試料極５を共通の対極６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５が順次共通の対極６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３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５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、実施の形態に係る腐食センサの作用について説明する。
まず、図５に示されるように、腐食環境の変化を評価しようとする構造物１１に電極部１が設置される。このとき、熱伝導シート１２を介して基板４の裏面４Ｂを構造物１１の表面上に貼り付けることにより、電極部１の設置が行われる。
熱伝導シート１２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、基板４の裏面４Ｂを構造物１１の表面上に貼り付けることが可能となる。
【００１７】
なお、電極部１は、複数の試料極５の配列方向である所定の方向Ｄが、腐食環境の変化を評価しようとする方向と一致するような向きで構造物１１の表面上に設置されているものとする。
例えば、水上から水中にまで至る構造物１１に対して水面の上下における腐食環境の変化を評価しようとする場合には、所定の方向Ｄを鉛直方向に向けて電極部１が設置される。
ここで、共通の対極６は、所定の方向Ｄにおける複数の試料極５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、複数の試料極５のうち最も下方に位置する試料極５が水中に没したときには、この試料極５の配置位置に対応する部分の共通の対極６も水中に没することとなる。
【００１８】
このとき、図６に示されるように、試料極５の表面と共通の対極６の表面とが水Ｗを介して電気的に接続され、計測部３がケーブル２を介して試料極５と共通の対極６とを接続することで、計測部３から試料極５、水Ｗおよび共通の対極６を経由して計測部３に戻る腐食回路が形成される。
ここで、試料極５に腐食反応（アノード反応）が生じ、試料極５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５中に生成された電子ｅ−が計測部３を介して共通の対極６に供給され、共通の対極６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。
【００１９】
このように、アノード反応とカソード反応が試料極５と共通の対極６においてそれぞれ生じることで、共通の対極６から計測部３を通って試料極５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。
【００２０】
同様にして、計測部３により複数の試料極５を順次共通の対極６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。
水中に没したり、湿度の高い位置に配置されている試料極５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、水中に没することがなく、また、乾燥した高い位置に配置されている試料極５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５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３により測定される。
【００２１】
ここで、上述したように、複数の試料極５と共通の対極６は、互いに同一組成の材料から形成されており、電位差に起因した反応の加速が生じないように構成されている。
それぞれの試料極５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。
【００２２】
このようにして、計測部３により、複数の試料極５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５は、それぞれ、構造物１１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５に対して算出される腐食速度は、その試料極５が配置された部位の構造物１１の腐食速度とみなすことができる。
従って、構造物１１における腐食速度の分布が得られ、構造物１１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。
【００２３】
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、基板４の裏面４Ｂが熱伝導シート１２を介して構造物１１の表面上に貼り付けられているため、複数の試料極５および共通の対極６と構造物１１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。
【００２４】
計測部３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１１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。
【００２５】
なお、上記の実施の形態においては、複数の試料極５と共通の対極６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３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５と共通の対極６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６が単独で腐食する、試料極５と共通の対極６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５に対して共通の対極６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６は、複数の試料極５と同一の材料を主成分とし且つ複数の試料極５より貴である材料から形成することができる。
【００２６】
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１１が溶接構造用圧延鋼材からなる場合に、複数の試料極５を鉄めっきから形成すると共に、共通の対極６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５に対して共通の対極６を貴な材料とすることができる。
【００２７】
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６を形成すれば、計測部３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５と共通の対極６との間に形成することが可能になる。
【００２８】
なお、基板４が、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂から形成されているが、これに限るものではなく、例えば金属材料からなる基板を用いることもできる。ただし、この場合には、電気的短絡を防止するため、基板の表面上に絶縁層を形成し、絶縁層の上に複数の試料極５、共通の対極６、複数の第１の端子７、第２の端子９、配線８および１０を形成する必要がある。
基板を構成する金属材料は、錆などの腐食生成物が基板の表面に堆積しにくい材料、例えばステンレス鋼等を用いるのが好ましい。
【実施例】
【００２９】
実施例１
ガラスエポキシ樹脂からなる長さ１６０ｍｍ、幅７０ｍｍの基板４を使用し、図２に示されるように、基板４の長さ方向を所定の方向Ｄとして、基板４の表面４Ａ上に３２個の試料極５を配列形成すると共に、所定の方向Ｄにおける試料極５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６を形成した。３２個の試料極５は、それぞれ、所定の方向Ｄにおける幅１ｍｍ、互いに隣接する試料極５の間隔を１ｍｍとして、所定の方向Ｄに沿って６３ｍｍの長さにわたっている。さらに、基板４の表面４Ａ上に３２個の第１の端子７、１個の第２の端子９、３２本の配線８および１本の配線１０を配置して電極部１を形成し、３２本のケーブル２を介して計測部３に３２個の第１の端子７を接続すると共に１本のケーブル２を介して計測部３に第２の端子９を接続することにより、図１に示される腐食センサを形成した。
【００３０】
鋼材（ＳＭ４９０Ａ）の表面上に熱伝導シートを介して腐食センサの電極部１を貼り付け、所定の方向Ｄを鉛直方向に向けて、０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液を含ませた砂からなる土壌中に鋼材を差し込んで腐食の実験を行った。なお、電極部１の３２個の試料極５の一部が土壌の表面から大気中に露出し、残部が土壌中に位置するように、鋼材を差し込んだ。
鋼材を土壌中に差し込まれた状態に保持し、約６か月後に取り出した。取り出した鋼材に対して脱スケールを行い、所定の方向Ｄすなわち鉛直方向のそれぞれの高さにおいて実測された平均腐食深さを図７に曲線Ｃ１で示す。また、腐食センサの計測部３で計測された複数の試料極５における腐食速度から推定されるそれぞれの高さの腐食深さを図７に棒グラフで示す。
【００３１】
腐食センサの出力から推定された腐食深さは、実測された平均腐食深さと比較して、所定の方向Ｄに沿った全体のプロファイルが類似する傾向を示しており、腐食センサを用いることで、鋼材の所定の方向Ｄにおける腐食環境の変化を定量的に評価し得ることが確認された。
【００３２】
実施例２
２６．４ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液を含ませた砂からなる土壌中に鋼材を差し込んだ他は、実施例１と同様にして鋼材の腐食の実験を行った。
土壌中に差し込んでから約６か月後に取り出した鋼材に対して脱スケールを行い、所定の方向Ｄのそれぞれの高さにおいて実測された平均腐食深さを図８に曲線Ｃ２で示す。また、腐食センサの計測部３で計測された複数の試料極５における腐食速度から推定されるそれぞれの高さの腐食深さを図８に棒グラフで示す。
【００３３】
実施例１の実験結果と同様に、腐食センサの出力から推定された腐食深さは、実測された平均腐食深さと比較して、所定の方向Ｄに沿った全体のプロファイルが類似する傾向を示し、腐食センサを用いることで、鋼材の所定の方向Ｄにおける腐食環境の変化を定量的に評価し得ることが確認された。
【符号の説明】
【００３４】
１  電極部、２  ケーブル、３  計測部、４  基板、４Ａ  表面、５  試料極、６  共通の対極、７  第１の端子、８，１０  配線、９  第２の端子、１０  絶縁部、１１  熱伝導シート、１２  構造物、Ｄ  所定の方向、Ｗ  水、Ｉｃ  腐食電流。
【図１】
0006623329.tif 000002
【図２】
0006623329.tif 000003
【図３】
0006623329.tif 000004
【図４】
0006623329.tif 000005
【図５】
0006623329.tif 000006
【図６】
0006623329.tif 000007
【図７】
0006623329.tif 000008
【図８】
0006623329.tif 000009