(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定電極及び照合電極を測定対象コンクリート構造体中に埋設し、該構造体のコンクリートを介した該測定電極と該照合電極との間の電位差を計測してコンクリート構造体の中性化を検出する方法において、前記測定電極を、周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金で構成することを特徴とするコンクリート構造体の中性化検出方法。
【請求項２】
複数の電極を測定対象コンクリート構造体中に埋設し、該構造体のコンクリートを介した前記複数の電極間の電位差を計測してコンクリート構造体の中性化を検出する方法において、前記電極を、周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金で構成することを特徴とするコンクリート構造体の中性化検出方法。
【請求項３】
周期律表第５族に属する前記金属元素がビスマス又はアンチモンであることを特徴とする請求項１又は２記載のコンクリート構造体の中性化検出方法。
【請求項４】
周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金からなる前記電極が、前記金属元素の酸化皮膜又は水酸化皮膜を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート構造体の中性化検出方法。
【請求項５】
測定対象コンクリート構造体中に埋設するコンクリートの中性化検出センサにおいて、周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金からなる測定電極及び照合電極を、少なくともその一部が露出するように絶縁体に支持又は埋設し、前記電極を電位差測定計と電気的に接続する手段を設け、該構造体のコンクリートを介した該測定電極と該照合電極との間の電位差を計測可能にしたことを特徴とするコンクリート構造体の中性化検出センサ。
【請求項６】
測定対象コンクリート構造体中に埋設するコンクリートの中性化検出センサにおいて、周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金からなる電極を複数用意し、各電極の少なくともその一部が露出するように絶縁体に支持又は埋設し、前記複数の電極をそれぞれ電位差測定計と電気的に接続する手段を設け、該構造体のコンクリートを介し、前記電極間の電位差を計測可能にしたことを特徴とするコンクリート構造体の中性化検出センサ。
【請求項７】
周期律表第５族に属する前記金属元素がビスマス又はアンチモンであることを特徴とする請求項５又は６記載のコンクリート構造体の中性化検出センサ。
【請求項８】
周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金からなる前記電極が、前記金属元素の酸化皮膜又は水酸化皮膜を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のコンクリート構造体の中性化検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造体の中性化進行状況を検出する方法及び同検出に用いる中性化検出センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート製の建造物などのコンクリートは本来は強アルカリ性（ｐＨ＝１２．５程度）を示す。これらのコンクリートは大気中の弱酸性の炭酸ガスと反応して炭酸カルシウムを生成し、ｐＨが８．５〜１０程度になる。このような現象をコンクリートの中性化と呼んでいる。このコンクリートの中性化が進むとコンクリート中の鉄筋が発錆し、約２．５倍に体積膨張する。この膨張に伴いコンクリートにひび割れが発生し、かぶりコンクリートの剥離を招く。そこで、コンクリート構造物などの耐久性を考える上で、コンクリートの中性化進行状況を把握することが重要となる。
【０００３】
従来、このコンクリートの中性化を測定する方法として、フェノールフタレイン法、示差熱重量分析法、Ｘ線回析法などが一般的に知られている。
フェノールフタレイン法は、フェノールフタレインがｐＨ８．２〜１０．０以上のアルカリ側では紅色に発色し、中性では無色であることを利用し、フェノールフタレインの１％エタノール溶液をコンクリートに吹き付け、コンクリート表面から発色点までの長さで中性化の進行度を求めるものである。
【０００４】
この方法は、最も一般的に使用される方法であるが、試薬の噴霧量、コンクリートの表面状態又は試薬の吹き付け時期などにより誤差を生じやすく、またｐＨを直読できないという欠点がある。
【０００５】
示差熱重量分析法は、コンクリートの温度を上げて熱変化に対応する重量変化を測定する方法と、温度変化に伴って起こる反応が吸熱か発熱かを調べる方法とを組み合わせた方法である。これらの方法は、測定精度は高いが、大がかりな装置を必要とするという欠点がある。
Ｘ線回析法は、コンクリート構造体にＸ線を照射して回析線の強度パターンを調べる方法であるが、半定量分析しか行えず、また大がかりな装置を必要とする欠点がある。
【０００６】
また、上記の方法のいずれも既存のコンクリートを局部的に破壊してサンプルを採らなければならず、またコンクリート中性化の経時変化をリアルタイムで測定することはできない。
【０００７】
一方、既設のコンクリートを局部的に破壊してサンプルを採取せずに、コンクリート中性化を測定する方法が、特開平９−１７１０１２号公報に開示されている。この方法は、コンクリート中に所定間隔を置いて埋設したニッケル又は亜鉛の同材質金属からなる二個の電極の電位差を計測してコンクリートの中性化を検知するものである。
【０００８】
この方法は、ニッケル又は亜鉛がｐＨ１０前後で不動態化する性質を利用したものであり、前記ｐＨから外れると中性化を感知することはできない。また、ｐＨの変化によるコンクリートの中性化の進行状況を連続的に検知することもできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における上記の問題点を解消し、コンクリート構造体を破壊してサンプルを採取することなく、リアルタイムでコンクリートのｐＨ変化を簡単に感知することができ、コンクリートの中性化進行状況を連続的に検知できるコンクリート構造体の中性化検出方法及びその検出に用いる中性化検出センサを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、周期律表第５族の金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金、特にビスマス、アンチモン又はそれらの合金がｐＨの変化に対応した電位変化を示すところから、これらの金属元素又は合金を測定電極とし、照合電極とともに測定対象コンクリート構造体中に埋設するか、又は、前記金属元素又は合金からなる電極を複数埋設し、前記構造体のコンクリートを介した測定電極と照合電極との間の電位差、又は、複数の電極間の電位差を計測することにより、コンクリート構造体のｐＨを検知して中性化の進行度を把握することに成功した。即ち、本発明の構成は、以下のとおりである。
【００１１】
(1) 測定電極及び照合電極を測定対象コンクリート構造体中に埋設し、該構造体のコンクリートを介した該測定電極と該照合電極との間の電位差を計測してコンクリート構造体の中性化を検出する方法において、前記測定電極を、周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金で構成することを特徴とするコンクリート構造体の中性化検出方法。
(2) 前記測定電極を複数用い、前記測定対象コンクリート構造体の深さ方向に前記測定電極を予め設定した間隔で埋設し、前記深さ方向の中性化の進行度を検出することを特徴とする前記(1) 記載のコンクリート構造体の中性化検出方法。
【００１２】
(3) 複数の電極を測定対象コンクリート構造体中に埋設し、該構造体のコンクリートを介した前記複数の電極間の電位差を計測してコンクリート構造体の中性化を検出する方法において、前記電極を、周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金で構成することを特徴とするコンクリート構造体の中性化検出方法。
(4) 前記測定対象コンクリート構造体の深さ方向に前記複数の電極を予め設定した間隔で埋設し、前記深さ方向の中性化の進行度を検出することを特徴とする前記(3) 記載のコンクリート構造体の中性化検出方法。
【００１３】
(5) 周期律表第５族に属する前記金属元素がビスマス又はアンチモンであることを特徴とする前記(1) 〜(4) のいずれか１つに記載のコンクリート構造体の中性化検出方法。
(6) 周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金からなる前記電極が、前記金属元素の酸化皮膜又は水酸化皮膜を有することを特徴とする前記(1) 〜(5) のいずれか１つに記載のコンクリート構造体の中性化検出方法。
【００１４】
(7) 測定対象コンクリート構造体中に埋設するコンクリートの中性化検出センサにおいて、周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金からなる測定電極及び照合電極を、少なくともその一部が露出するように絶縁体に支持又は埋設し、前記電極を電位差測定計と電気的に接続する手段を設け、該構造体のコンクリートを介した該測定電極と該照合電極との間の電位差を計測可能にしたことを特徴とするコンクリート構造体の中性化検出センサ。
(8) 前記測定電極を複数用い、前記測定対象コンクリート構造体の深さ方向に前記測定電極を予め設定した間隔で埋設し、前記深さ方向の中性化の進行度の検出を可能にしたことを特徴とする前記(7) 記載のコンクリート構造体の中性化検出センサ。
【００１５】
(9) 測定対象コンクリート構造体中に埋設するコンクリートの中性化検出センサにおいて、周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金からなる電極を複数用意し、各電極の少なくともその一部が露出するように絶縁体に支持又は埋設し、前記複数の電極をそれぞれ電位差測定計と電気的に接続する手段を設け、該構造体のコンクリートを介し、前記電極間の電位差を計測可能にしたことを特徴とするコンクリート構造体の中性化検出センサ。
(10)前記測定対象コンクリート構造体の深さ方向に前記複数の電極を予め設定した間隔で埋設し、前記深さ方向の中性化の進行度の検出を可能にしたことを特徴とする前記(9) 記載のコンクリート構造体の中性化検出センサ。
【００１６】
(11)周期律表第５族に属する前記金属元素がビスマス又はアンチモンであることを特徴とする前記(7) 〜(10)のいずれか１つに記載のコンクリート構造体の中性化検出センサ。
(12)周期律表第５族に属する金属元素又は該金属元素の１種以上を基体とする合金からなる前記電極が、前記金属元素の酸化皮膜又は水酸化皮膜を有することを特徴とする前記(7) 〜(11)のいずれか１つに記載のコンクリート構造体の中性化検出センサ。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明のコンクリート中性化検知方法の一実施例を示す概略断面図である。図において、１は測定対象となるコンクリート構造体、２はコンクリート中性化検知センサである。このセンサ２は、長尺の絶縁性筒体３と、ビスマス、アンチモン等の周期律表第５族の金属元素のいずれか１種からなる複数の測定電極５と、照合電極６とからなり、前記筒体３の高さ方向に予め設定した間隔で穴を開け、それぞれの穴から前記測定電極５を外部に露出させ、前記筒体３の底部から前記照合電極６を露出させ、測定電極５からのリード線７及び照合電極６からのリード線８をスリーブ９を介して前記筒体３の上部から引き出した状態で絶縁性樹脂４を充填して構成したものである。
【００１８】
前記センサ２は、前記スリーブ９の一端を外部に露出するように、コンクリート構造体１に埋設する。前記スリーブ９を介して引き出された測定電極５のリード線７は接続切り換え器１１に接続し、照合電極のリード線８は電位差測定計１０に接続し、かつ、接続切り換え器１１と電位差測定計１０をリード線で接続する。
【００１９】
前記筒体３の外部に露出した測定電極５及び照合電極６は、互いに直接電気回路が形成されることはなく、測定対象のコンクリート構造体のコンクリートと電気的に導通性を保持する必要がある。この電気的導通性を保持するために、電極を前記筒体３から突出させるか、水を含ませた親水性プラスチック多孔質材やスポンジなどの電気導通性を有する部材を前記電極の先端に張り付けることが好ましい。
【００２０】
測定対象コンクリート構造体１に設置されたセンサ２は、測定電極５を接続切り換え器１１で順次切り換え、測定電極５と照合電極６との間の電位差を電位差測定計１０で計測して、コンクリート構造体のｐＨを検知して中性化の進行度を把握する。
【００２１】
なお、測定電極５は１つでもよいし、照合電極６を省略して、測定電極の１つを照合電極として使用してもよい。また、前記絶縁性筒体３を省略してもよい。さらに、測定対象コンクリート構造体にセンサを埋設する穴を開けて、前記測定電極及び照合電極の先端が前記のコンクリートに導通するように保持し、前記電極からリード線を引き出した状態で絶縁性樹脂などを充填してセンサを構成してもよい。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（１）予備試験
ビスマス（Ｂｉ）、酸化処理したビスマス（Ｂｉ2 Ｏ3 ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）及びアンチモン（Ｓｂ）を２５℃飽和水酸化カルシウム溶液に浸漬してこれらの金属の自然電位の経時変化を測定し、結果を図２に示した。
【００２３】
図２から明らかなように、Ｂｉ2 Ｏ3 の自然電位は浸漬後約５０分で、Ｂｉの自然電位が浸漬後約１２時間で、Ｓｂが浸漬後約２２時間で安定したが、Ｍｇ、Ｎｉ及びＳＵＳは浸漬開始後、１６８時間経過して試験を終了するまで自然電位の安定は見られなかった。
【００２４】
次に、上記試験で自然電位の安定性が良かったＢｉ及びＳｂと、比較用ガラス電極を２５℃飽和水酸化カルシウム溶液に浸漬した後、該飽和水酸化カルシウム溶液を順次希釈してｐＨを順次降下させるときの、Ｂｉ、Ｓｂ及びガラス電極の電位変化を飽和甘こう電極を基準にして測定し、結果を図３に示した。図３から明らかなように、それらは非常に良い相関性が得られ、Ｂｉ及びＳｂがコンクリート中性化検出センサとして適していることが確認できた。
【００２５】
（２）実施例
直径２．６ｃｍ、高さ７ｃｍ、肉厚０．３ｃｍの塩化ビニル管を用い、その上端から１ｃｍ、さらに１ｃｍ間隔で長手方向に５か所の穴を開け、表面を酸化処理した直径０．２ｃｍ、長さ１．２ｃｍのビスマス製の測定電極を５個用意し、それぞれの先端を塩化ビニル管の穴に挿入して外部に０．３ｃｍ突出させ、それぞれの測定電極の後端に接続したリード線を塩化ビニル管の上部から引き出し、また直径１ｃｍ、長さ２ｃｍの鉛照合電極を、塩化ビニル管の底部から０．３ｃｍ突出させ、鉛照合電極の後端に接続したリード線も塩化ビニル管の上部から引き出した状態で、塩化ビニル管内部にエポキシ樹脂を充填して硬化させて図１に示すコンクリート中性化検知センサ２を製作した。
【００２６】
そして、図１に示すように、縦横各３０ｃｍ、厚さ１０ｃｍの直方体のモルタル供試体中に、塩化ビニル管の先端の深さが７．５ｃｍとなるようにコンクリート中性化検知センサ２を埋設した。
前記モルタル供試体を炭酸ガス雰囲気中に暴露して測定電極と照合電極の間の電位差を３５０日間測定し、結果を図４に示した。図４から明らかなように、試験開始当初は各測定電極（上段からＥ１〜Ｅ５と呼ぶ）とも飽和甘こう電極換算値で約−４５５ｍＶの電位を示していたが、最上段の測定電極（Ｅ１）の電位は、試験開始約２２日目から貴（プラス側）方向に以降し始め、約１６０日目以降は約−２４０ｍＶで安定した。
【００２７】
２段目の測定電極（Ｅ２）の電位は、試験開始後約５０日目から貴方向に以降し始め、試験終了時（３５０日目）には−２４４ｍＶを示した。
３段目の測定電極（Ｅ３）の電位は、試験開始後約１２０日目から貴方向に以降し始め、試験終了時（３５０日目）には−２４３ｍＶを示した。
なお、４段目と５段目の測定電極（Ｅ４とＥ５）の電位は、本試験期間（３５０日間）中殆ど電位の変動は見られなかった。
【００２８】
試験終了後、前記モルタル供試体を割裂し、フェノールフタレイン１％指示薬を散布して中性化の進行深さを調査したところ、フェノールフタレイン１％指示薬によるモルタル供試体の変色域は、表面から深さ約３．５ｃｍの範囲に及んでおり、各測定電極が示す電位から想定される中性化深さと非常に良い相関性を示した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、前記の構成を採用することにより、測定対象コンクリート構造体を局部的破壊してサンプルを採取することなく、簡単にかつ確実にコンクリートの中性化の経時変化を測定することができるようになった。
また、複数の測定電極を、コンクリート構造体に予め設定した間隔で埋設深さを変えることにより、コンクリート構造体の中性化の進行度を簡単に把握できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリート中性化検知方法の一実施例を説明するための概略断面図である。
【図２】各種金属の２５℃飽和水酸化カルシウム溶液中の自然電位の変化を表したグラフである。
【図３】水酸化カルシウム溶液に浸漬したビスマス、アンチモンとガラス電極の電位−ｐＨ相関を示したグラフである。
【図４】炭酸ガス雰囲気中に暴露したモルタル供試体中の酸化処理したビスマス製測定電極の電位の経時変化を示したグラフである。
【符号の説明】
１  コンクリート構造体、  ２  コンクリート中性化検知センサ、  ３  筒体、  ４  絶縁性樹脂、  ５  測定電極、  ６  照合電極、  ７  測定電極用リード線、  ８  照合電極用リード線、  ９  スリーブ、  １０  電位差測定計、  １１  接続切り換え器。
【図１】
0003911092.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003911092.tif 000004
【図４】
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