(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート内の鉄筋の脆化状態を渦流探傷センサーを用いて予知する方法において、あらかじめ、一定の測定条件のもとに、鉄筋の表面に形成されるマグネタイト量を変化させた鉄筋の渦電流の電圧の大きさと位置とを渦流探傷センサーで測定してオシロスコープに表示させるとともに、オシロスコープに表示された、渦電流のオシロスコープ原点からのＹ軸方向の距離に相当する電圧であるＹ（Ｖ）値、および、渦電流のオシロスコープ原点からのＸ軸方向の距離に相当する電圧であるＸ（Ｖ）値のうち、Ｙ（Ｖ）値を測定して上記鉄筋のマグネタイト量とＹ（Ｖ）値の相関を求めておき、しかるのちに、渦流探傷センサーにより上記一定の測定条件下において実際に対象となる鉄筋コンクリート内の鉄筋の渦電流のＹ（Ｖ）値を測定し、このＹ（Ｖ）値から前記マグネタイト量とＹ（Ｖ）値の相関に基づいてコンクリート内の鉄筋のマグネタイト量を求め、このマグネタイト量により鉄筋の脆化状態を予知することを特徴とする鉄筋コンクリート内の鉄筋の脆化状態予知方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦流探傷センサーを用いた鉄筋コンクリート内の鉄筋の脆化状態を予知する新規な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄筋コンクリート内の鉄筋は腐食が起こり難く、破断し難いと考えられてきた。その理由として、コンクリート中の鉄筋の腐食は湿潤条件化でアルカリ性を示すコンクリート中においては鉄筋の表面に耐食性の優れた緻密なマグネタイトを主成分とする不働態皮膜を生成するため、実際の鉄筋の腐食量としては通常無視しできるレベルに留まるとされていた。
【０００３】
しかしながら、最近、一見健全とみえる鉄筋コンクリートであっても、コンクリート中の鉄筋が実際には脆化していることが分かってきた。現実に鉄筋コンクリート製構造物内部の鉄筋の腐食により脆性的に破断する事態も生じている。ところが、現状ではコンクリート中の鉄筋の状態、特に上記脆化の状態を非破壊で簡便に把握、検出する技術がなく、定期的にコンクリートを破壊し、分析試料をサンプリングして調査する方法が実施されている状況にある。
【０００４】
このコンクリート中の鉄筋の状態を非破壊で検出する方法として特許文献１〜３に開示の技術が提案されている。これらの方法はコンクリートポール内の鉄筋の状態を渦流探傷センサーにより検出するものではあるが、何れも鉄筋の破断の有無とその位置を把握するに留まり、鉄筋の脆化状態、つまり破断にいたる初期の進行状態を把握、予知するものではない。
【０００５】
また、ケーブルなどの錆発生検出する方法としてやはり渦流探傷センサーを用いる方法（特許文献４など）も知られているが、この方法は大気中の腐食によって生成する錆層の有無のみを検出するもので、同様にコンクリートで被覆された鉄筋の脆化状態を把握、予知するものではない。
【特許文献１】特開平１１−７２４８１号公報
【特許文献２】特開２００１−３４９９５６号公報
【特許文献３】特開２００５−１０６８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記従来の技術背景に鑑み、鉄筋コンクリート内の鉄筋の破断に至る前の脆化状態を非破壊の測定手段を用いて簡便に予知する方法を提供することをその重要な課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、鉄筋コンクリート内の鉄筋の脆化状態を渦流探傷センサーを用いて予知する方法において、あらかじめ、一定の測定条件のもとに、鉄筋の表面に形成されるマグネタイト量を変化させた鉄筋の渦電流の電圧の大きさと位置とを渦流探傷センサーで測定してオシロスコープに表示させるとともに、オシロスコープに表示された、渦電流のオシロスコープ原点からのＹ軸方向の距離に相当する電圧であるＹ（Ｖ）値、および、渦電流のオシロスコープ原点からのＸ軸方向の距離に相当する電圧であるＸ（Ｖ）値のうち、Ｙ（Ｖ）値を測定して上記鉄筋のマグネタイト量とＹ（Ｖ）値の相関を求めておき、しかるのちに、渦流探傷センサーにより上記一定の測定条件下において実際に対象となる鉄筋コンクリート内の鉄筋の渦電流のＹ（Ｖ）値を測定し、このＹ（Ｖ）値から前記マグネタイト量とＹ（Ｖ）値の相関に基づいてコンクリート内の鉄筋のマグネタイト量を求め、このマグネタイト量により鉄筋の脆化状態を予知することを特徴とする鉄筋コンクリート内の鉄筋の脆化状態予知方法を提案するものである。 
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鉄筋コンクリート内の鉄筋の破断に至る前の脆化状態を非破壊の測定手段を用いて簡便に予知することが可能である。
【０００９】
従って、これにより、設置、使用中の各種鉄筋コンクリート製の構造体の実際の使用寿命を的確に把握、推定することができ、その安全性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者らは、前述のように健全とみえる鉄筋コンクリートであっても、コンクリート中の鉄筋が実際には脆化している状況が起きている事実を踏まえ、まずこの鉄筋の脆化のメカニズムを検討することにした。
【００１１】
鉄筋（Ｆｅ）は一般に大気下で２００℃以上の高温では下式（１）に示すように水分と反応して、マグネタイト（Fe3O4）を生成するとともに水素（Ｈ２）を発生する。しかし、この水素はガス（分子）であるため鉄筋の外部に放出され、その内部に侵入することはほとんどなく水素脆化を生じる原因になることはない。
【００１２】
３Ｆｅ  ＋  ４Ｈ２Ｏ  →  Ｆｅ３Ｏ４    ＋    ４Ｈ２    ・・・  （１）
一方、コンクリート内のアルカリ水溶液環境条件下においては、酸素の拡散が抑制された条件であるため（１）式とは異なり、鉄筋（Ｆｅ）はアルカリ（ＯＨ）と反応してマグネタイト（Fe3O4）を生成して不働態膜（マグネタイト系）を鉄筋表面に形成するとともに原子状の水素（Ｈ）を発生する下式（２）の反応が起こるものと推定される。
【００１３】
３Ｆｅ  ＋  ４ＯＨ  →  Ｆｅ３Ｏ４    ＋    ４Ｈ      ・・・  （２）
この（２）式の反応は反応速度が非常に小さく、鉄筋の腐食量すなわちマグネタイトの生成量及び原子状の水素の発生量も極めて少ない。このため、酸性水溶液環境条件下のように水素過電圧が小さく、発生した水素原子の大部分が隣の水素原子と反応して、水素ガスとなって鋼の外部に放出されることはなく、生成した水素原子が水素分子となるためには長時間を要し、この間に原子状水素が鋼（鉄筋）中に徐々に侵入、蓄積する現象が生じるものと想定される。こうして、鉄筋中に侵入した上記水素の一部がいわゆる拡散性水素として作用した際には、腐食量が極めて少ないにもかかわらず鉄筋が水素脆化を起こす原因となり、これがコンクリート内の鉄筋の脆化のメカニズムであると推察される。
【００１４】
従って、鉄筋中に侵入したこのトータルの水素量を測定すれば鉄筋の脆化状態を予測することが可能となるが、非破壊でこれを実現することは困難であるため、上記（２）によりこの水素と同時に生成するマグネタイト（Fe3O4）を非破壊で測定できれば水素の発生量もこれによって予測することができ、結果的に鉄筋の脆化状態を把握、予知し得るものと考え、マグネタイト（Fe3O4）を非破壊で測定する手段として渦流探傷センサーを用いることが有効であるとの判断から、本発明を完成するに至った。
（渦流探傷センサーによるマグネタイト量の測定）
まず、渦流探傷センサーを用いて鉄筋の表面に生成されるマグネタイト量を測定すべく以下の実験を行った。
【００１５】
実験１
直径８ｍｍ、長さ４００ｍｍのアクリル棒を芯材にして、この表面にマグネタイト粉（４５μｍ＝３２５ｍｅｓｈ）の試薬（商品名：四三酸化鉄、キシダ化学社製）を０〜８０ｍｇ／ｃｍ２均一に散布、付着させた接着テープを巻きつけて作製した試験材を対象として渦流探傷センサーによりＥＣＴシグナル測定した。渦流探傷センサーとしては、試験材の外側で、相対移動が可能に配置されたコイルボビンとその表面に探傷用検査コイルを有し、非磁性材料で中空円筒状に構成された特開２００４−３３３３３０号公報に示される東京ガス社製のもので、センサーの中空部の径が２８ｍｍのものを使用し、試験材をこの中空部に挿入して測定を行った。ＥＣＴシグナルはレンツの法則により誘起される電圧の大きさと位置を表し、具体的にはオシロスコープに表示された渦電流のオシロスコープ原点からのＹ軸方向並びにＸ軸方向の距離に相当する電圧すなわちＹ（Ｖ）並びにＸ（Ｖ）の値を示すものである。
【００１６】
また、その際の測定条件としては、探傷周波数：１０ｋＨｚ、増幅度：４４ｄＢ、位相：０°、Ｌ．Ｐ．Ｆ：９０Ｈｚ  で行い、センサーのコイル表面と試験材の表面間の距離は１０ｍｍであった。
【００１７】
図２は本実験によるマグネタイト付着量の変化に伴うＹ（Ｖ）とＸ（Ｖ）の測定結果を示したグラフであるが、これによれば、マグネタイト付着量の増加に比例してＹ（Ｖ）の値も増加していることが分かる。
【００１８】
一方、Ｘ（Ｖ）の値はいずれのマグネタイト付着量においてもおおむねゼロで変化が見られないことが知れる。すなわち、非磁性体を芯材として、純粋にマグネタイト付着量の変化がシグナルに及ぼす影響を調べた結果、生成するマグネタイト量を決定する場合は、Ｙ（Ｖ）とＸ（Ｖ）のうちＹ（Ｖ）の測定値のみを利用して両者の相関をみれば足りると推測された。
【００１９】
しかしながら、実際にコンクリート中の補強材として使用される鉄筋は導電体、磁性体であるため、芯材を非磁性体として測定した上記シグナルに何らかの影響がでることが考えられた。そこで、磁性体でも同様にマグネタイト量が測定できるかどうかを確認するために以下の実験２を行うことにした。
【００２０】
実験２
芯材をアクリル棒と同一寸法（直径８ｍｍ、長さ４００ｍｍ）を有する鋼線（軟鋼線：  Ｃ  ０．１７  質量％、Ｓｉ  ０．０１  質量％、Ｍｎ  ０．５  質量％、Ｐ  ０．０２  質量％、Ｓ  ０．０１  質量％）に変えて、上記実験１と同一要領、同一条件化で同じ渦流探傷センサーによりＥＣＴシグナルの測定を実施した。
【００２１】
図１は、同様にマグネタイト付着量の変化に伴うＹ（Ｖ）とＸ（Ｖ）の測定結果を示したグラフであり、これにより、Ｙ（Ｖ）の値は実験１の図２とほぼ同一の傾向を示し、マグネタイト付着量の増加に比例して増加していることが判明する。一方、Ｘ（Ｖ）の値はマグネタイト付着量によって変化が見られるものの、その影響は僅かであることが知れる。
【００２２】
すなわち、導電体、磁性体である鉄筋を芯材とした場合の結果においても、マグネタイト付着量の変化に伴うＹ（Ｖ）及びＸ（Ｖ）の値は、非導電体、非磁性体であるアクリルを芯材とした場合と同様な傾向を示し、特にＹ（Ｖ）値はマグネタイト付着量の変化と明確な相関があることが判明した。
【００２３】
そこで、これらの実験結果をもとに、鋼線を芯材（鋼芯）およびアクリル棒を芯材とした場合についてマグネタイト付着量とＹ（Ｖ）の値の変化量（ΔＹ（Ｖ））との関係を整理したグラフを図３に示す。なお、Ｙ（Ｖ）の値の変化量（ΔＹ（Ｖ））は芯材にマグネタイトを付着させた場合のＹ（Ｖ）の値から芯材のみ（グネタイト付着量が０の場合）のＹ（Ｖ）の値を差し引いた値を示す。
【００２４】
この図３から、芯材が鋼であれ、アクリルであれ、マグネタイトの量の変化とＹ（Ｖ）の値の変化量（ΔＹ（Ｖ））は同様な相関（正比例）にあることが認められ、実際にコンクリート内の鉄筋を対象としてこの表面に生成したマグネタイト量を求めるに当たっても渦流探傷センサーによるＹ（Ｖ）の値の測定が有効であることを示している。
（鉄筋の水素量と脆化）
次に、鉄筋コンクリート内の鉄筋の水素の脆化への影響を以下の実験を行った。
【００２５】
実験３
直径８０ｍｍ、長さ６００ｍｍの円柱状のコンクリートの中央部に直径１７ｍｍ、長さ１０００ｍｍの鉄筋を埋設した鉄筋コンクリートを、１２時間毎に人工海水浸漬と大気開放を交互に行う交互浸漬試験（促進試験）を行い、これを１８ヶ月後並びに４８ヶ月後に取り出し、以下のように試験片を作製した。
【００２６】
コンクリートから抜き出した鉄筋の芯部（直径２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ）を切り出し、この芯部の長手方向の中心部分の２０ｍｍを湿式で切断し、さらにこの２０ｍｍの中心部分を長手方向に３分割に湿式切断して、厚みが約１．５ｍｍの３種類の試験片（中央部とその表層部２種）とし、錆がついたものはこれを金やすりで除去し、液体窒素にて保管した。
【００２７】
これら３種類の試験片をアセトンで解凍し、埋設前の清浄な鉄筋に試験片と一緒に不活性ガス融解−ガスクロマトグラフ法より水素量の分析を行った。
【００２８】
この結果を、図４のグラフに示す。図４より、鉄筋中の水素量は埋設前の０．２ｐｐｍから埋設後４８ヶ月では１．１５ｐｍとその期間に比例して直線的に増加していることが分かる。そして、４８ヶ月の鉄筋はその長手方向の一箇所で破断していることが確認された。この結果からも、コンクリート中の鉄筋は水素がその中心部に多量に侵入することにより脆化（水素脆化）が進行して行くことが分かる。
【００２９】
実験４
上記実験３にて調製された３種類の試験片のうち中央部の試験片（０．７ｇ）を大気圧イオン化質量分析計（ＡＰＩ−ＭＳ）により室温から９００℃間の放出水素量の分析を行った。この間における放出水素量の積算値は１．４４ｐｐｍであった。
【００３０】
図５は各温度における放出水素量をプロットしたグラフであるが、この図から７０℃前後をスタートとして１２０℃前後をピーク（Ａ）とする領域と、２００℃前後をスタートとして２５０℃前後をピーク（Ｂ）とする領域において放出水素が急激に増加しており、これらの二つの低温領域での増加は水素脆化をきたす主因となる拡散性水素の挙動によるものと推定される。
【００３１】
さて、これら一連の実験結果を踏まえて改めて本発明について説明する。
【００３２】
まず、本発明の実施に当たっては、実際に鉄筋コンクリート内の鉄筋の脆化状態を予知するに先立ち、あらかじめ予知対象となる鉄筋コンクリートを想定、模擬した渦流探傷センサーによる測定、すなわち予備測定（予備実験）を行う。この予備測定は実際に予知すべき鉄筋コンクリートと同一または同種の鉄筋構造を有するものを対象とすることが好ましい。特に、コンクリート中の鉄筋の種類、組成、径、長さ、形状、配列状態などは予知対象と同じにすることが予知の精度を高める意味で望ましい。現物のコンクリート形態のものを予備測定の対象とすることがもっとも良いといえるが、試験材の作製、準備に多くの時間、コストを要することになるためコンクリート内の鉄筋構造と同じ構造にくみ上げた鉄筋構造体を対象としても良い。さらに、簡易な方法として、鉄筋構造を構成している鉄筋と同じ鉄筋（単体）を選定してこれらを個別に測定対象とすることも可能である。
【００３３】
そこで、これらを対象とした渦流探傷センサーによる予備測定においては、鉄筋の表面に形成されるマグネタイト量を変化させた場合つまり、表面のマグネタイト量がゼロから異なる量で増加（または減少）させた複数の試験材について渦電流のシグナル（ＥＣＴシグナル）を測定する。シグナルの強度にはＹ（Ｖ）とＸ（Ｖ）があるが前述した図１および図２で明らかなように、Ｘ（Ｖ）値はマグネタイト量の影響が非常に小さいためＹ（Ｖ）値のみを測定あるいはデータとして取り出せば良い。鉄筋表面へのマグネタイトの形成は実際に鉄筋を腐食させその錆として生成したものを対象とすることが好ましいが、実験１および２に示すような人工的にマグネタイト層を形成しても勿論かまわないものである。
【００３４】
また、渦流探傷センサーを用いた予備測定に際して、配慮すべき測定条件として周波数は０．５〜５００ｋＨｚが良く、１〜５０ｋＨｚが好ましく、１０ｋＨｚ前後が特に好ましい。また、Ｌ．Ｐ．Ｆは１０〜５００Ｈｚが良好である。測定時の渦流探傷センサーとコンクリートの距離は、表層に鉄筋がある場合を除き、コンンクリートの表面近傍に一定の間隔を置いた状態で良く、これを適当な支持、ガイド機構により鉄筋の埋設位置に沿って移動しながら測定する。コンクリート表層に鉄筋がある場合には鉄筋の直径を２Ｒとしたときセンサーのコイルと鉄筋間の距離をＲ／π以上となるようにコンクリート表層から離して測定することが良い。これにより、ノイズが排除され、安定したシグナルを得ることができる。
【００３５】
次に、この予備測定の結果に基づいて、鉄筋表面のマグネタイト量とＹ（Ｖ）値との相関を求める。相関に用いるＹ（Ｖ）値はその絶対値に代えて図３に表したマグネタイト量がＯの場合を基準とした相対的な変化量（ΔＹ（Ｖ））としても同効である。これらの相関は検量線、テーブルあるいは相関式として整理しておく。
【００３６】
こうして、予備測定を通じて上記両者の相関を把握できた後において、実際にその脆化状態を予知すべき鉄筋コンクリート内の鉄筋を対象として渦流探傷センサーを用いて渦電流のＹ（Ｖ）値の測定、すなわち本測定を行う。この本測定においては予備測定で実施した測定条件と同一の条件で行うことが肝要である。
【００３７】
この本測定によるＹ（Ｖ）値から、前記の予備測定で得られた鉄筋表面のマグネタイト量とＹ（Ｖ）値との相関に基づき、鉄筋コンクリート内の鉄筋表面に形成されたマグネタイト量を決定する。
【００３８】
そして、このマグネタイト量の多少により鉄筋の脆化状態の予知を行うのである。この鉄筋の脆化状態の判定に当たり、具体的には前述の（２）式により、マグネタイト量から化学量論的に発生した水素量を算出し、この量をもとに鉄筋中に侵入、蓄積された水素量を予測する。鉄筋中の水素量は発明者らの経験によれば発生水素量の１０％以上であることが分かっている。
【００３９】
さらに、前述の実験３の結果を示した図４などから鉄筋中の水素量が０．８ｐｐｍを超えると脆化が開始する注意領域と判定し、さらに水素量が１ｐｐｍを超えると脆化が著しく進行し、破断の可能性がある危険領域と判定する。
【００４０】
この判定に基づいて鉄筋コンクリート内の鉄筋の脆化状態を予知し、注意領域に相当する鉄筋コンクリートからなる構造体については定期的に渦流探傷センサーによる測定、監視を継続し、また、危険領域に相当する鉄筋コンクリートからなる構造体については、その使用を中止し、解体して新たな鉄筋コンクリートで構築するなど安全対策をとる必要があるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実験１による鋼線のマグネタイト付着量の変化に伴うＹ（Ｖ）とＸ（Ｖ）の測定結果を示したグラフ。
【図２】実験２によるアクリル棒のマグネタイト付着量の変化に伴うＹ（Ｖ）とＸ（Ｖ）の測定結果を示したグラフ。
【図３】実験１、２によるマグネタイト付着量とＹ（Ｖ）の値の変化量（ΔＹ（Ｖ））との関係を整理したグラフ。
【図４】実験３による鉄筋のコンクリート中への埋設期間と鉄筋の水素量の分析結果を示すグラフ。
【図５】実験４による鉄筋の各温度における放出水素量の分析結果を示すグラフ。
【図１】
0005198007.tif 000002
【図２】
0005198007.tif 000003
【図３】
0005198007.tif 000004
【図４】
0005198007.tif 000005
【図５】
0005198007.tif 000006