(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン電導性の材料であるコンクリートからなる構造部分（３６）内に埋め込まれた金属の腐食を検知するために構造部分（３６）内に埋め込まれる、腐食測定システム用電極構造群であって、
構造部分（３６）内で互いに間隔をおいて配置されかつ構造部分に埋め込まれた金属と同一の材料からなる多数の電極（２４）を有し、その電極（２４）が構造部分（３６）から導出された電気的な導線（３２）によって測定回路へ接続可能であるものにおいて、
棒状のベース体（４）を有し、
ベース体（４）における両フランジ状部分（６，１８）の間に多数のスペーサリング（２０）が支持されており、
隣り合うスペーサリング（２０）間にシールリング（２６）および電極を形成する電極リング（２４）が交互に配置されており、
電極リング（２４）と電気的に接続された導線がリング（２４）の半径方向内側を通って電極構造群の外部へ導出されており、
フランジ状部分（６、１８）間の距離を縮小する装置（１２、１４）を有し、
スペーサリング（２０）、シールリング（２６）および電極リング（２４）の側面が、隣り合うスペーサリング（２０）の間隔が小さくされた場合に、シールリング（２６）と電極リング（２４）が半径方向に押し広げられるような形状になされており、
シールリング（２６）と電極リング（２４）は、電極構造群を構造部分（３６）に形成された孔（３５）へ挿入した後に、フランジ状部分（６、１８）の間隔が小さくされると、孔（３５）の周壁に密に接するようになされていることを特徴とする電極構造群。
【請求項２】
隣り合うスペーサリング（２０）によって、シールリング（２６）の半径方向への押し広げが制限されるようになされていることを特徴とする請求項１に記載の電極構造群。
【請求項３】
フランジ状部分（６、１８）間の距離を縮小する装置が、ベース体（４）のねじ部（１２）にねじ合わされたナット（１４）を有し、そのナット（１４）を回転させることによって一方のフランジ状部分（１８）がベース体（４）に沿って摺動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の電極構造群。
【請求項４】
ベース体（４）が中空であって、電極リング（２４）に接続された導線（３２）をベース体（4）の内部に導入するための長手スリット（８）がベース（４）に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電極構造群。
【請求項５】
ベース体（４）とスペーサリング（２０）との間にベース体（4）とスペーサリング（２０）との回動を防止する回動防止装置（４０、４２）が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電極構造群。
【発明の詳細な説明】
本発明は、イオン電導材料からなる、特にコンクリートからなる構造部分に埋め込まれた金属の腐食を検知、測定する腐食測定システム用電極構造群に関する。
建築物などの構造部分を形成するイオン電導材料として、特にモルタル、セメント、コンクリートなどのような鉱物性の構造材料が用いられる。このような、構造材料は、圧縮に対しては大きな強度を有するが、引っ張りに対しては大きな強度を有しない。そこで、支持用または構造用の鋼などの適当な金属からなる、例えば鉄筋が、コンクリートなどの構造材料内に埋め込まれる。鉄筋は、規定通り加工されたコンクリートなどの構造材料により形成された構造部分内で十分な厚さの厚いコンクリートで被覆されることによって通常は永続的に腐食から保護される。この腐食保護は、コンクリートが液体を透過させないことに基づくのではなく、通常１２．５より大きいｐＨ−値を有するコンクリート間隙水のアルカリ性に基づいている。この条件の下では、薄い酸化物層が鉄筋表面に堅固に付着し、この酸化物層によって鉄筋表面の腐食が完全に阻止される。このようにして鉄筋コンクリートを、天候にさらされる外側構造部分に使用することができる。
しかしながら、建築工法の実施に誤りがあった場合など、好ましくない条件の元では、特に塩を含む環境条件においては、鉄筋に対するコンクリートの腐食保護は失われてしまうことがある。その原因は、空気中の二酸化炭素がセメントのアルカリ性成分と反応してコンクリートが炭酸化することが考えられる。この場合、結果としてｐＨ−値が低下するので、腐食に対する保護性が低下するのである。他の腐食原因は、コンクリートへの塩化物の浸透があげられる。それは構造部分が車道の表面に用いられた場合、あるいは車道の近傍にあって、車道上に溶けた塩が撒かれた場合に生じることがある。この種の溶けた塩は、多くは海水から得られた塩あるいは他の塩を含む塩化物から得られたものである。これらが原因となってコンクリート内部に埋め込まれている鉄筋部分へ塩化物が浸透して鉄筋表面の酸化物層が溶解する。これらの場合に鉄筋の腐食が進むという危機的な状態が生じるが、最初のうちはコンクリート表面、すなわち外部からは腐食の進行は認識できない。腐食は通常、鉄筋の腐食が進行して生じた錆の圧力によってコンクリート被覆が剥がれた場合に初めて認識される。
ＥＰ−０３６４８４１Ｂ１には、コンクリート構造部分に埋め込まれた鋼の腐食を検知する腐食測定システムが記載されている。このシステムはコンクリート構造部分内に互いに距離をおいて配置された、通常、一般的に用いられる構造用鋼からなる多数のアノードを有している。各アノードは、コンクリート構造部分内の異なる深さ位置に配置されている。これらのアノードは、耐腐食性の高い金属からなる少なくとも１つのカソードに、外部から接続や切断ができる測定回路を介して接続されている。アノードとカソードとを互いに接続することによって、それぞれのアノードの腐食状態を測定することができ、アノードの腐食状態からコンクリート構造部分内における鋼の腐食の進行を測定することができる。この公知の腐食測定システムにおいては、最初の段階で、個々のアノードとカソードをコンクリート構造部分へ内蔵することが必要であり、この種の腐食測定システムを有していないコンクリート構造部分の腐食を、コンクリート構造部分が形成された後に、検知することを可能にするものではない。
ＵＳ−ＰＳ２９４７６７９には、様々な材料の腐食率を測定する装置が記載されている。この装置は、パイプ形状の支持部分の外面に、測定すべき材料からなる複数の電極リングが互いに距離をおいて配置されているものである。絶縁性の材料からなるパイプ形状の支持部分における一方の端部に、基準電極が取り付けられている。すべての電極には導線が設けられており、その導線はパイプ形状の支持部分の内部を通って測定回路へ接続することができる。さらに、装置全体を、鋼の腐食を促す液体、たとえば酸性の水溶液を有する浴槽へ入れることができる。
様々な測定電極とを基準電極と互いに接続することによって、測定電極の腐食を求めることができる。しかしながら、このシステムを直接コンクリート構造部分へ挿入することはできない。
本発明の課題は、その腐食を測定しようとするコンクリート構造部分へ、簡単な方法で後から挿入することのできる、コンクリート構造部分に埋め込まれた鋼、すなわち金属の腐食を決定する腐食測定システム用電極構造群を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の電極構造群は、構造部分の穴または孔へ後から挿入することのできるものであり、この電極構造群は、コンクリートなどの構造部分にあけられた孔に入れられると、孔の内周面に電極リングが確実に接触するようになされている。電極リングの構造部分に対する接触面積は、大きくかつ永続的である。さらに、隣り合う電極リングの間において孔の内周面に密着するシールリングによって、それぞれシールリング間に位置する電極リングに対応する測定室が形成され、隣り合う電極リングが互いに対して明確に分離されるので、腐食の進行を正確に分析することが可能になる。
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
なお、図１は、電極構造群における第１の実施形態の縦断面図であり、図２は、図１に示す電極構造群の、ＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図であり、図３は、電極構造群における第２の実施形態の縦断面図である。
図１に示すように、電極構造群２は、棒状のベース体４を有している。ベース体４は装置全体の支持部分を形成し、左の端部には、他部に比して拡大された直径を有するフランジ状部分６が形成されている。ベース体４は、長手方向に伸びる凹部ないしスリット８を有し、そこからフランジ状部分６を貫通して通路１０が延びている。
ベース体４におけるフランジ状部分６の反対側には、ねじ部１２が設けられており、そのねじ部１２にナット１４がねじ合わされている。ベース体４の内部から、ベース体４を通って通路１６が図１における右端部まで達している。ナット１４は、場合によってはシムディスクを介在させて締付けフランジ状部分１８に接している。締付けフランジ状部分１８はベース体４上で長手方向に摺動することができ、かつフランジ状部分６に比べて拡大された外径を有する。
ベース体４における、フランジ状部分６とフランジ状部分１８との間には多数のスペーサリング２０が軸方向に互いに間隔を置いて配されている。スペーサリング２０の外周部には、斜面２２が形成されており、スペーサリング２０の外縁は、外方へ向かって細くなるようになっている。隣り合うスペーサリング２０の間には、交互に電極リング２４とシールリング２６が配置されており、その場合に好ましくはそれぞれ最も外側のスペーサリング２０とフランジ状部分６およびフランジ状部分１８とスペーサリング２０との間にはシールリング２６を配置する。
弾性を有する絶縁性材料からなるシールリング２６は、好ましくは丸い横断面を有する。好ましくはコンクリート構造部分３６内に埋め込まれた鉄筋と同じ材料からなる電極リング２４は、台形状の横断面を有し、その場合にその側面の傾斜が斜面２２の傾斜に対応する。
スペーサリング２０、電極リング２４およびシールリング２６の寸法は、ベース体４、スペーサリング２０，電極リング２４およびシールリング２６が同軸状にあり、かつ装置がコンクリート構造部分３６の孔３５に挿入されていない状態においてその外周面がフランジ状部分６の外周面から突出しないように定められている。
ベース体４のフランジ状部分６が設けられた端部と反対側の端部には、接続ブッシュ３０が設けられており、そのブッシュ３０内において、それぞれ１つの電極リング２４に接続され、かつ長手スリット８を通してベース体４の内部へ導かれた導線３２が、図示されていない接点に接続されている。
ベース体４はナット１４の外側、すなわち図１における右側に、工具、たとえばレンチをあてがうための扁平部分３３を有する。さらに半径方向に伸びる通路１６に連通する開口部３４が形成されている。このような構成を有する装置が、コンクリート構造部分３６に形成された孔３５へ挿入される。この場合、その孔３５の内径はフランジ状部分６の外径にほぼ一致する。
上述した装置の組立ては、次のように行われる。
ベース体４上に、まずシールリング２６、スペーサリング２０および電極リング２４が図示の順序で取り付けられる。電極リング２４と、たとえばはんだ付けにより結合された導線３２が、長手スリット８から通路１６に挿通されて図１中の右側へのばされる。この後、締付けフランジ状部分１８がベース体４上に取り付けられて、ナット１４がベース体４とねじ合わされるので、リング２４がベース体４上におけるフランジ状部分６とフランジ状部分１８との間に保持される。導線３２はブッシュ３０に接続され、そのブッシュ３０がベース体４に固定される。これで装置を、コンクリート構造部分３６の孔３５へ組み込む用意が完了する。以下、装置を孔３５に組み込む手順について説明する。装置のフランジ状部分６をまず孔３５へ挿入して、締付けフランジ状部分１８をコンクリート構造部分３６の外側に当接させる。その場合に好ましくは締付けフランジ状部分１８とコンクリート構造部分３６との間には、図１には示されていないシールリングが配置される。次に、ベース体４の扁平部分３３をレンチで押さえた状態でナット１４を回動させる。フランジ状部分６はベース体４と一体に図１中右へ移動させられるので、フランジ状部分６と締付けフランジ状部分１８との間の距離が減少する。その場合に隣り合うスペーサリング２０間の距離が減少するので、シールリング２６と電極リング２４が外側へ押し広げられるとともに両者が離される。この際のスペーサリング２０における斜面２２のシールリング２６に対する寸法は、シールリング２６が許容できないほど外側へ押し広げられて孔３５の内周に強く押しつけられて損傷する前に、隣り合うスペーサリング２０が互いに接するように定められている。このようにしてシールリング２６は孔３５の内壁に密に接触して、孔３５内における隣り合うシールリング２６により囲まれた部分を互いに密封する。さらにナット１４を締め付けると、シールリング２６よりも大きな力で初めて押し広げられる電極リング２４が押し広げられ、ないしはその外径が増大するので、これも孔３５の内壁に密に接する。電極リング２４を、容易に押し広げることができるようにするために、たとえばスリット３８を形成するとよい（図２）。電極リング２４の外周面と孔３５内周との間の接触を強固にするために、電極リング２４の外周面を波形に加工する、または外周面にローレット加工を施すことが好ましい。ナット１４を十分に締め付けると、装置全体が確実にかつ強く孔３５内周に接触して孔３５内に保持される。次に開口部３４から適当なグリースがベース体４の内部へ圧入され、そのグリースがリングの間の空間を満たしながら通路１０を通って孔３５の奥へ達する。ブッシュ３０とベース体４との接続部分と開口部３４には適当な樹脂が注がれるので、装置全体が外部に対して気密にシールされる。
孔３５内へ挿入されて固定された電極構造群２の各電極リング２４は、隣り合うシールリング２６間に形成された各測定室内におけるセンサを形成することになる。すなわち、各測定室内に一つの電極リング２４が位置し、個々の電極リング２４がそれ自体公知の方法で測定回路に接続されることによって、電極リング２４を介してコンクリートへの有害物質の侵入を段階的に検知することができる。その場合に対向電極として、コンクリート構造部分３６内へ別に挿入された特殊鋼または酸化白金でコーティングされたチタンからなるカソードを使用することができる。個々の電極リング２４は互いに接続することができるので、様々な腐食状態における電流を測定することができる。あるいは、電極リング２４の１つを対腐食性の高い金属から形成して、カソードとして使用することも可能である。なお、電極リング２４は好ましくは、その腐食状態を検査しようとするコンクリート構造部分３６に埋め込まれた鉄筋と同一の材料からなるものとする。電極２４とコンクリートとの結合は、電極リング２４間の交流抵抗を直接測定することによって行うことができる。すでに説明したように、リング２０，２６によって予め定められた位置に測定室が形成されるので、たとえば塩化物は外部から電極リングの側方にしか達することができず、孔３５の壁に沿って塩化物が移動することは不可能である。
装置全体が構造部分３６の外部に対してシールされているので、その金属部分の腐食の保護を保証される。ブッシュ３０内には電気的に絶縁性でかつ堅固な樹脂が充填される。孔３５内におけるリング２０，２６が位置する領域には、グリースが圧入される。
なお、電極リング２４はスペーサリング２０およびベース体４を介して互いに電気的に接触してはならないので、たとえばベース体４またはスペーサリング２０はプラスチックから形成することが、あるいはベース体４またはスペーサリング２０を形成する種々の材料に絶縁コーティングを施すことが必要になる。さらに、シールリング２６に大きな圧力がかかるのを防止するために、スペーサリング２０に、シールリング２６間に適切な間隔を保証するための適当な側方突出部を設けてもよい。
図２は、図１に示す装置の横断面図である。電極リング２４には、リング２４を容易に押し広げることができるようにスリット３８が図示されているが、電極リング２４が十分な可撓性を有する場合には、必ずしもスリット３８を設ける必要はない。導線３２と電極リング２４とははんだ付けによって接続されている。図２中には符号４０でそのはんだ付け部分が示されている。ベース体４には長手方向に伸びる溝４０が設けられており、その中へたとえば塩化ビニルからなるバー４２が挿入されている。バー４２は、スペーサリング２０の対応する切欠きへ嵌入されており、スペーサリング２０がベース体４に対して回動しないように固定する（図１には図示されていない）。スペーサリング２０がベース体４に対して回転しないようにするには、スペーサリング２０の対応する凹部、場合によっては締付けフランジ状部分１８の対応する凹部へ嵌入される突出部をベース体４に形成することによっても実現できる。
図３には本発明における他の実施形態の電極構造群が示されている。
この電極構造群においては、フランジ状部分１８は、全体としてフード状（ハット状）に形成されており、孔３５内における内側に位置する底部４４と孔３５の外側縁に位置するフランジ４６とを有し、両者が円筒状領域４８を介して互いに接続されている。リング２０、２４、２６のうち、円筒状領域４８より孔３５内における内側に位置するものはベース体４によって、そして円筒状領域４８より孔３５内における外側に位置するものは円筒状領域４８によって支持されるようになされている。ベース体４の一方の端部に設けられたブッシュ３０は、フード形状の締付けフランジ状部分１８の内部に収容されている。フランジ状部分１８の内部空間はキャップ５０によって閉じることができる。フランジ４６は、コンクリート構造部分３６の孔３５の外縁に形成された拡径部へシールリング５２を介在させて挿入されるようになされ、フランジ４６の外面とコンクリート構造部分３６の外面とは面一になる。このようにして構成された電極構造群２を使用する場合には、キャップ５０を取り外して、接続ブッシュ３０にそれ自体公知の測定回路を接続すればよい。その測定回路は場合によっては電極構造群２とは別にコンクリート構造部分３６へ挿入されたカソードを有する。
図１は、本発明の電極構造群における第１の実施形態の縦断面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。図３は、本発明の電極構造群における第２の実施形態の縦断面図である。
符号の説明
２  電極構造群
４  ベース体
６  フランジ状部分
８  長手スリット
１０  通路
１２  ねじ部
１４  ナット
１６  通路
１８  フランジ状部分
２０  スペーサリング
２２  斜面
２４  電極リング
２６  シールリング
３０  接続ブッシュ
３２  導線
３３  扁平部分
３４  開口部
３５  孔
３６  コンクリート構造部分
３８  スリット
４０  溝
４２  バー
４４  底
４６  フランジ
４８  円筒状領域
５０  キャップ
５２  シール
【図１】
0003742934.tif 000002
【図２】
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【図３】
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