(57)【要約】【課題】直線分極法により得られた分極抵抗は、その抵抗値に環境抵抗を含むことが多い。【解決手段】鉄筋の自然電位に対して±１０ｍＶ程度の電位のもとで、環境抵抗を示す速度（非常に速く電位を掃引）での電位掃引を行うとともに分極抵抗と環境抵抗の和を示す速度での電位掃引（非常に遅く電位を掃引）を行い、得られた分極抵抗と環境抵抗の和と環境抵抗との差から分極抵抗を求めて腐食電流密度を算出する。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋の自然電位に対して、±１０ｍＶ程度の電位のもとで環境抵抗が得られる非常に速い速度での電位掃引を行うとともに、分極抵抗と環境抵抗の和が得られる非常に遅い速度での電位掃引を行い、得られた環境抵抗、および分極抵抗と環境抵抗の和との差から分極抵抗を求めることを特徴とする鉄筋の腐食速度の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線分極抵抗法を用いたコンクリート中の鉄筋の腐食速度の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物の劣化問題が広く認識されるようになり、維持管理に対する関心も高まっている。一方、公共事業費の縮減が叫ばれる中、より効果的・経済的に維持管理を行う手段として、いわゆるＬＣＭ（ライフサイクルマネージメント）の考え方の確立が求められている。ＬＣＭを考慮する場合、構造物の将来的な劣化を予測し、それに応じた対策方法を選択する必要があるが、現段階で実際に劣化予測を行う手法は十分に確立されているとは言い難い。
【０００３】
劣化予測を行う際に最も重要な点として劣化速度の評価があり、特に塩害や中性化など、鉄筋腐食が問題となる劣化に対しては、鉄筋の腐食速度の評価が不可欠である。
【０００４】
鉄筋の腐食は電気化学的に進行するという事実から、その電気化学反応によって生じる腐食電流密度が鉄筋の腐食速度と直接的な関係を持つ。
【０００５】
腐食電流は鉄筋及び周辺のコンクリート内で収支するため、外部から腐食電流密度を直接計測することは非常に困難である。そこで、鉄筋を分極した時の電位・電流関係から腐食電流密度を推定する手法や、鉄筋を分極したときの分極抵抗から腐食電流密度を推定する方法が一般的である。
【０００６】
現在、コンクリート中にある鉄筋の腐食速度推定法として、分極曲線ターフェル外挿法、交流インピーダンス法、直線分極抵抗法が広く用いられているが、それぞれ一長一短があり、現時点で確実といえるものはない。したがって、より正確な鉄筋腐食速度評価法の確立が求められている。
【０００７】
本発明は、比較的簡易な計測である直線分極抵抗法によって環境抵抗、分極抵抗を個別に評価し、腐食速度を評価し得る測定方法である。
【０００８】
直線分極抵抗法は、鉄筋の自然電位から±１０ｍＶの範囲において、電位を掃引させたときに直線状に得られる電位・電流関係の傾きを分極抵抗とする方法であり、計測の簡易さと得られる値の取り扱いが簡易である利点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、得られる抵抗値に、分極抵抗以外のコンクリート抵抗、溶液抵抗などの環境抵抗を含み、これを分離できない課題がある。また、電位の掃引速度によって得られる抵抗値が大きく変化し、直線状の電位・電流関係が得られない場合もある。これらは、いずれもコンクリート中の鉄筋の特殊性によるものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの課題を、直線分極抵抗法において、電位掃引速度の違いによって変化する抵抗値の違いを利用し、分極抵抗、環境抵抗を分離評価することで解決しようとするものである。
【００１１】
直線分極抵抗法では、鉄筋と参照電極から得られる鉄筋の自然電位に対し、±１０ｍＶ程度の範囲で電位を掃引し、そのときに得られる鉄筋と参照電極間の電位差変化、および鉄筋と対極間に流れる電流変化の関係から、鉄筋の腐食速度と密接な関係がある分極抵抗を得るものである。
【００１２】
本発明では、直線分極抵抗法において、環境抵抗が得られる非常に速い速度での電位掃引、および環境抵抗と分極抵抗の和が得られる非常に遅い速度での電位掃引を行い、得られた環境抵抗、および環境抵抗と分極抵抗の和との差から分極抵抗を求めて鉄筋の腐食速度を評価する方法を提供するものである。
【００１３】
【実施の形態】
まず、上述の直線分極抵抗法による問題点を検証するため、値が既知である市販の抵抗、コンデンサを用いて、表１の実験要因で図１の回路を組み、直線分極抵抗法による計測を行った。図１は鉄筋コンクリートを模擬的に表した、最も単純な等価回路モデルであり、Ｒｓはコンクリート抵抗、Ｒｐは分極抵抗、Ｃｐは鉄筋表面の電気二重層によるコンデンサ成分を意味する。
【００１４】
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【００１５】
計測に際して、電位変化は、〔自然電位〕→〔−１０ｍＶ〕→〔＋１０ｍＶ〕→〔自然電位〕とした。なお、本測定システムは図１に示したように、作用極（Ｗ．Ｅ．）をＲｐ、Ｃｐ側に、参照電極（Ｒ．Ｅ．）と対極（Ｃ．Ｅ．）をＲｓ側に接続することで、回路の自然電位を０としている。
【００１６】
得られた電位・電流関係の一例を図２に示す。同図はＲｓ＝１ｋΩ、Ｒｐ＝２ｋΩ、Ｃｐ＝４７００μＦの場合の結果である。図２より、電位掃引速度が０．１ｍＶ／ｓのときの電位・電流関係は直線状であり、１ｍＶ／ｓのとき、膨らんだ形状となる。さらに掃引速度を１０ｍＶ／ｓとしたとき、０．１ｍＶ／ｓのときよりも傾きの小さい、直線状となる。このことより、電位掃引速度によって電位・電流関係が直線状にならない場合があること、ならびに電位掃引速度によって得られる抵抗値が変化することが再現できた。
【００１７】
つぎに、電位・電流関係において、要因を様々に変化させた時の、最も直線領域が得られやすい〔−１０ｍＶ〕→〔＋１０ｍＶ〕の範囲における直線領域の傾きと電位掃引速度との関係を調べた。その一例を図３に示す。同図より、得られる抵抗値は電位掃引速度が遅い時にはＲｓ＋Ｒｐとなり、掃引速度を速くするほどＲｓに近づく結果となった。さらに、同図より、Ｒｐが大きいほど、またＣｐが大きいほどＲｓが得られやすいことが判る。このことから直線分極抵抗法によってＲｓ、Ｒｐを分離評価できることが明かとなった。
【００１８】
また、直線分極抵抗法によって得られる抵抗値を理論的に解析した結果、直線分極抵抗法で得られる抵抗値は以下の式（１）で表されることを明らかにした。
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これにより、非常に速く電位を掃引し、計測時間ｔが０に近い時はＲｓが得られ（式（２））、非常にゆっくりと電位を掃引し、計測時間ｔが充分大きい時はＲｐが得られる（式（３））ことを証明した。
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【００１９】
以下、図４に示す鉄筋２が埋設されているモルタル試験体１について、分極抵抗を算出して腐食電流密度まで計算した実施例を説明する。ここでモルタル試験体１はφ５０×９６ｍｍ、鉄筋はφ９ｍｍである。
【００２０】
計測方法は、図５に示すように、鉄筋２を計測器３の作用極と接続し、コンクリート表面に参照電極４および対極５を設置し、これらを計測器３に接続する。計測器３は３電極方式のポテンシオスタットを用いた。
【００２１】
これらについて、直線分極抵抗法で計測を行った。
【００２２】
非常に速い電位掃引速度（環境抵抗を示す速度）として５０ｍＶ／ｓ、非常に遅い電位掃引速度（分極抵抗と環境抵抗の和を示す速度）として０．０５ｍＶ／ｓを選択した。電位の変化は、〔自然電位〕→〔−１０ｍＶ〕→〔＋１０ｍＶ〕→〔自然電位〕とした。
【００２３】
まずはじめに、鉄筋の自然電位を測定した。その結果は−０．８２４Ｖであった。
【００２４】
つぎに非常に速い電位掃引速度５０ｍＶ／ｓで、自然電位（−０．８２４Ｖ）→−１０ｍＶ（−０．８３４ｍＶ）→＋１０ｍＶ（０．８１４ｍＶ）→自然電位の範囲で計測を行った（図６の５０ｍＶ／ｓの図）。
【００２５】
理論式の検証から、時間が０に近い時、得られる抵抗は環境抵抗Ｒｓとなることがわかっているため、図６の▲１▼部分の傾き（△Ｅ／△Ｉ）を環境抵抗Ｒｓとした。そのときの結果は、Ｒｓ＝２７８Ω・・・（４）である。
【００２６】
それから非常に遅い電位掃引速度０．０５ｍＶ／ｓで、自然電位（−０．８２４Ｖ）→−１０ｍＶ（−０．８３４ｍＶ）→＋１０ｍＶ（０．８１４ｍＶ）→自然電位の範囲で計測を行った（図６の０．０５ｍＶ／ｓの図）。
【００２７】
理論式の検証から、時間が０が非常に大きい時、得られる抵抗は環境抵抗Ｒｓ＋分極抵抗Ｒｐとなることがわかっているため、図６の▲２▼部分の傾きをＲｓ＋Ｒｐとした。そのときの結果は、Ｒｓ＋Ｒｐ＝８８７２Ω・・・（５）である。
【００２８】
（５）−（４）より、
（Ｒｓ＋Ｒｐ）−Ｒｓ＝Ｒｐ＝８８７２Ω−２７８Ω＝８５９４Ω・・・（６）
であり、（６）式より分極抵抗Ｒｐは８５９４Ωとなる。
【００２９】
ここで、鉄筋の表面積Ａは、２８．１１３ｃｍ２であったので、単位面積あたりの分極抵抗は、Ｒｐ’＝８５９４×２８．１１３＝２４１６０３Ω・ｃｍ２・・・（３）
となる（抵抗は面積に反比例するため、単位面積あたりの抵抗値は、得られた抵抗と面積の積となる）。
【００３０】
腐食電流密度Ｉｃｏｒｒは、一般的に以下の式で表される。
Ｉｃｏｒｒ＝Ｋ／Ｒｐ’・・・（４）（ここでＫは定数０．０２６Ｖ）
【００３１】
（４）式に（３）を代入すると、
Ｉｃｏｒｒ＝０．０２６Ｖ／２４１６０３Ωｃｍ２＝１．０７×１０‐７Ａ／ｃｍ２＝０．１０７μＡ
が得られ、これが鉄筋の腐食速度と密接な関係がある腐食電流密度になる。
【００３２】
なお、本手法を実構造物に適用する場合、図７に示すように、構造物の一部で鉄筋を露出させて作用極を接続し、コンクリート表面から参照電極４と対極５を押し当てる形となり、計測の方法は前述のように、まず鉄筋の自然電位を測定した後、自然電位から±１０ｍＶ程度の範囲で非常に速く、次いで非常に遅く電位を掃引することで、環境抵抗、および環境抵抗と分極抵抗の和を測定し、分極抵抗を算出する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、上述のようにしてなるので、つぎの効果を有する。
【００３４】
すなわち、非常に速く電位を掃引したとき、電位・電流関係は直線状となり、このときの電位・電流の傾きが環境抵抗を示し、非常にゆっくりと電位を掃引したとき、電位・電流関係は曲線状となり、このときの電位・電流関係の直線部分の傾きは、分極抵抗と環境抵抗の和を示すので、この２回の計測値の差から容易に分極抵抗を単独で得ることができる。
【００３５】
したがって、既述したような、直接分極抵抗の利点を維持しつつ、その欠点を排除して、分極抵抗を求めることができ、腐食電流密度が算出でき、これをもとに鉄筋の腐食速度を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄筋コンクリートを模擬的に表した等価回路図である。
【図２】電位掃引速度の変化に伴う電位・電流関係の変化を示す図で、（Ａ）は電位掃引速度が０．１ｍＶ／ｓ、（Ｂ）は電位掃引速度が１ｍＶ／ｓ、（Ｃ）は電位掃引速度が１０ｍＶ／ｓのときの図である。
【図３】抵抗値と電位掃引速度の関係図で、（Ａ）はＣｐ＝１０００μＦ、（Ｂ）はＣｐ＝４７００μＦ、（Ｃ）はＣｐ＝９４００μＦのときの図である。
【図４】実施例に使用したモルタル試験体を示す斜視図である。
【図５】実施例の計測方法の概略図である。
【図６】実施例において、速度の変化に伴う電位・電流関係の変化を示す図である。
【図７】実構造物に本発明を適用した概略図である。
【符号の説明】
１  モルタル試験体
２  鉄筋
３  計測器
４  参照電極
５  対極
【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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