土木技術資料 59-4(2017)

土研センター

イオン透過抵抗法による耐候性鋼橋梁の異常さびの早期検出～定期点検における健全度判定の信頼性向上を目指して～西川和廣・中野正則・安波博道・落合盛人・五島孝行・中島和俊がかかるなどの問題があったが、最近、装置の改1．はじめに 1良が進み、鋼道路橋塗装・防食便覧資料集 3) にも

2000年 代 に 入 り 、 わ が 国 で は 道 路 イ ン フ ラ へ紹介されるなど、実用に供することができるようの投資が抑制されはじめるとともに、建設コストに な った 。そ こ で、（一財 ） 土木 研究 セ ンタ ーでの縮減が強く求められるようになり、鋼道路橋では、実橋でのデータ蓄積と計測の信頼性向上のたは耐候性鋼橋梁の採用が急増した。中には適用条めに、イオン透過抵抗法の実用化開発を行った日件を十分に考慮せずに使ったため、最近になって

鉄住金防蝕㈱との共同研究を開始した。

これらの橋の一部に異常さびがみられるように本稿は、イオン透過抵抗法の計測値からさびのなってきた。海からの飛来塩分のみならず、凍結状態の評価区分法、およびその区分法に従った耐防止剤を含む路面水の飛散や、排水装置の不備に候性鋼橋梁の維持管理法に関する提案を行なった

よ る 漏 水 等 が 原 因 で あ る と 考 え ら れ る （ 写 真 -1）。

ものである。

耐候性鋼橋梁は、塩分が影響して発生した異常さびの補修塗装には多大な労力がかかることが知られている 1) 。そのため、なるべく早期に異常さび

2． イ オ ン 透 過 抵 抗 法に よ る 耐 候性 鋼 橋 梁 のさび評価
2.1 イオン透過抵抗法とRSTを検知し、早期に補修することが重要である。

イオン透過抵抗法は、イオン透過抵抗値とさび厚を測定することで、耐候性鋼橋梁のさびの状態を診断区分する方法である。イオン透過抵抗値は鋼材表面を覆う物質のイオンの移動に対する抵抗値を示し、抵抗値が高いほど環境遮断性が高く、鋼材の腐食速度が遅い状態にあることを表す。
また、実構造物のイオン透過抵抗値をインピー
ダ ン ス 法 の 原 理 を 用 い て 計 測 す る 装 置 が RST
写真-1（ Rust Stability Tester） で あ る 。 RSTに よ る 計

排水装置の破損による異常さびの例

一 方 、 平 成 26年 度 よ り す べ て の 道 路 橋 に 対 し測状況を写真-2に示す。て 5年に一度の定期点検が義務付けられた。橋梁
定期点検要領 2) では、耐候性鋼橋梁はさびの外観によって健全度を判定することとなっている。これは板厚減少量とさび外観との相関性を利用したものではあるが、実際の点検業務においては、判定結果が点検員の熟練度に左右されやすい、異常さびの発生範囲の特定が難しいなどの課題がある。
これに対し、さびの状態を客観的に診断する手法の一つとしてイオン透過抵抗法がある。イオン透 過 抵 抗 法 を 用 い た 計 測 装 置 は 20年 以 上 前 に 開発されたものであり、計測の基本技術は確立して

写真-2

2.2 イオン透過抵抗法の評価区分図
紀平らは、イオン透過抵抗値を計測するRSTをいる。しかし、当時は装置が大きい、計測に時間
Early Detection of Anomalous Rust on Weathering Steel
Bridges by the Ion Transfer Resistance Method

RSTによる計測状況開発するとともに、図-1に示すさびの評価区分図（本稿では「紀平の評価区分図」と呼ぶ。）を作成－ 68 －

土木技術資料 59-4(2017)

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し た 4),5) 。 本 図 は 、 耐 候 性 鋼 材 の さ び の 状 態 を 断
面顕微鏡観察により、A,B:初期さび、C:保護性さび 、 D:異 常 さ び に 分 類 し た 上 で 、 日 本 各 地 で 観察した多数の耐候性鋼橋梁および暴露試験片のさびの状態を、測定したイオン透過抵抗値とさび厚のグラフに表示したものである。
また、その後、紀平らは、図-2に示す耐候性鋼橋梁のさび外観の評点区分（日本橋梁建設協会と日 本 鉄鋼 連盟 と が提 案す る “外 観評 点”） を採り入 れた 評価区 分図 （図 -3） を 提案 した 6) 。 本 図ではさび外観評点法と同様にさびの状態を5段階に分類し、それぞれの領域区分を行っている。
I-5とI-3は「未成長さび」、I-4は「保護性さび」、
I-1は 板 厚 減 少 が 生 じ 対 処 が 必 要 な 「 異 常 を 示 す※ （さび（本稿では「異常さび」）」と称している。ま）内はさび厚を示す。

た I-2は 、 今 後 も 板 厚 減 少 が 進 行 す る か 進 行 が 留まるかの見極めが必要な状態であることから「要観察状態を示すさび（本稿では「要観察さび」）」と称している。

図-2

さび外観の評点区分

3．RSTを用いた実橋計測試行

イオン透過抵抗値

3.1 土研センターにおける実橋計測試行
建 設 か ら 約 29年 （ 建 設 後 に 増 設 さ れ た 桁 は 約

保護性さび
データ無し

22年）が経過した鈑桁橋のC橋においてRSTによる計測を試行した。試行者は耐候性鋼橋梁の健全度評価に精通した当センターの職員である。周辺環境が穏やかな本橋は全体としては健全な状態でΩあるが、添架される水道管が結露する影響により異常さび

横 構 の 一 部 に 異 常 さ び が 生 じ て い る （ 写 真 -3）。
本橋の代表的な計測点の外観状況を写真-4に示す。

初期さび

また、さび厚、イオン透過抵抗値、および図-2にさび厚μm※赤字は筆者加筆

図-1

耐候性鋼に生成した錆の分類（紀平の評価区分）4),5)

基づく外観評点を表-1に示す。また、計測結果の評価区分図を図-4に示す。図中の記号は外観評点ごとに色分けしている。計測結果から以下のことが考察される。

図-3

イオン透過抵抗法による評価区分 6)

写真-3－ 69 －異常さびの発生状況

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C橋の測定結果

表-1⑪(3)⑫(4)計測点
さび厚番号 （μm）

イオン透過抵抗（Ω）①126908

4②1351057

4③166

189

3④261327

3⑤156

175

3⑥152366

4⑦222393

3⑧182481

3⑨369

475

2⑩1611153

4⑪250903

3⑫140313

4⑬216

310

3⑭341508

2⑮2944632⑯116984⑰378760

1⑬(3)イオン透過抵抗値（kΩ）

100⑭(2)

外観評点

建設後経過年数

2922

外観評点

410Ⅰ-4321Ⅰ-2'Ⅰ-1

10.1

Ⅰ-5Ⅰ-2Ⅰ-30.010200⑮(2)図-4400600
800
さび厚（μm）

1000

C橋の測定結果(1) 計 測 点 17点 の う ち 、 15点 は 未 成 長 さ び の I-5またはI-3に属し、2点が保護性さびI-4の下限近くに位置し、建設から20年以上が経過したにもかかわらず、全体としてさびの進行が緩やかで⑯(4)あると判断できる。
(2) 外 観 評 点 で は 「 2」 と し た 3点 は 、 さ び 厚 が400μ m以下であることから未成長さび I-3に分類 さ れ る 。 た だ し 、 同 じ I-3に 分 類 さ れ た 他 の計 測 点 （ 外 観 評 点 「 3」 と 「 4」） に 比 べ 、 さ び
⑰(1)
写真-4

測定箇所の状況（( )内は外観評点を示す）

厚は厚い。
(3) 異常さびが生じた計測点⑰（写真-3）は、さびの脱落により測定時点のさび厚が薄いため、－ 70 －

土木技術資料 59-4(2017)

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I-3に 分 類 さ れ た 。 さ び の 脱 落 が 生 じ な け れ ば 、I-2またはI-1に分類される可能性が高い。
3.2 今井らの試行報告
佐 藤 、 岩 崎 、 今 井 ら の 研 究 報 告 7),8) に よ れ ば 、箱桁橋のウェブとフランジの5箇所においてイオン透過抵抗値の経過観察ならびにワッペン式暴露試験を行い、架設後10年から17年までの7年間の追跡調査から、経年によるイオン透過抵抗値とさび厚の動きを観察している。この橋は海からの飛来塩分の影響を受け、下フランジにはうろこ状の浮きさびが生じている。調査結果として、評価区分図（図-5）により以下のように報告されている。
(1) 架設から17年経過した時点で、ウェブはいず
れ も 保 護 性 さ び （ I-4） の 領 域 に 至 っ た 。 一 方 、トラス橋の測定結果 9)

下フランジはほとんどの測定点が要観察さび

図-6（I-2）の領域にあり、20年経過後にはさび厚は3.3 橋梁調査会の試行報告

異常さび（I-1）の区分に至る可能性がある。

藤原らの調査報告 9) によれば、内陸に建設され(2) 下フランジに設置したワッペン試験片のさびたトラス橋を対象に、下弦材の格点部と水漏れに厚とイオン透過抵抗値の関係から、経年とともより異常さびが生じた下横構に対して計測試行し、に抵抗値の上昇は減速するが、さび厚は増加し主にRSTの実用性を検討している。計測結果の評て お り 10年 経 過 時 点 で は 要 観 察 さ び （ I-2） の価区分図を図-6に示す。試行結果からRSTについ区分に入ることが推察される。て以下のように評価している。

(3) これらから、イオン透過抵抗法を使用して経(1) RSTは簡便で短時間に現場計測が可能である。

年調査することで、補修の必要性を判断する維(2) 評価区分図による等級分けは概ね外観からの直観的な評価と一致する。

持管理技術として適用できると考えられる。

(3) 評定のバラツキが無くなるとともに詳細のさび状態を把握することができる。
3.4 実橋での計測試行からの考察
3.1～3.3の実橋におけるRSTの計測試行より、以下のことが考察される。
(1) さび厚とイオン透過抵抗値による評価区分図に よ り 、 未 成 長 さ び （ I-5， I-3）、 保 護 性 さ び（ I-4）、 要 観 察 さ び （ I-2）、 異 常 さ び （ I-1） のいずれに入るかを定量的、客観的に評価することができる。
(2) RST 抵 抗 値 は 、 保 護 性 さ び （ I-4 ） で は 1 ～10kΩを呈するが、要観察さび（I-2）の多くは0.1～1kΩの範囲に分布している。
(3) 建設から既に20～30年以上が経過した時点で
図-5のさびの状態は、将来的に腐食環境が変化しな箱桁橋のイオン透過抵抗値の経過観察 7),8)い限りほぼ安定しているものと思われる。したが っ て 、 要 観 察 さ び （ I-2） に 属 す る 計 測 点 の
中 に は 、 将 来 さ び 厚 が 増 加 し 異 常 さ び （ I-1）の領域に移行するものが出現するかも知れない－ 71 －土木技術資料 59-4(2017)

土研センターが、急速に板厚減少を伴うような異常さびが生(2) 要 観 察 さ び （ I-2） と 診 断 さ れ た 場 合 、 こ れ

じるか否か現時点では不明である。

までは“次回の定期点検時に観察すればよい”(4) 外 観 目 視 で 評 点 2と 判 定 し た 状 態 で も 、 本 評と判断される場合が多いようである。しかし現価 区 分 図 に よ れ ば 未 成 長 さ び （ I-3） と 評 価 さ

実には、数年で異常さびに移行した事例も見られる場合がある。

れるため、この時点で補修対策を施した方がよ(5) 現時点のさびの状態を表示したこの評価区分

い場合もある。これに対し、この領域を図は、補修の必要性を判断する技術として有用「 C1」とする ことにより 予防保全と して何らかであるが、いつ補修を行うかという具体的な維の行動を起こす動機が生まれる。少なくとも持管理行動との関連は明らかになっていない。

「観察」ではなく「監視」の意識に変わる。
(3) 一般に外観目視で評点付けの判定が難しい外4．RST実測値と定期点検診断との関係付け

観評点「3」と「2」のグレーゾーンについて、未 成 長さ び（ I-3） の 領域 を 「 A」と 「 B」に区4.1 西川の評価区分図
著者の西川は、耐候性鋼橋梁に対する維持管理分することにより、「B」に区分された場合にはの現場対応の実態と、図-1に示した紀平の評価区定期点検の要領にしたがって、必要に応じ補修分図を考慮して、RST評価区分図を修正した評価対象と判断することも可能となる。また、この区分図（本稿では「西川の評価区分図」と呼ぶ）

領域のさびの状態は、多数の実橋と試験から整図-7を提案してきた。本図ではさびの状態を表-2理した紀平の評価区分図と整合している。に 示 す 橋 梁 定 期 点 検 の 対 策 区 分 判 定 2) と 関 係 付(4) 異常さびは外観で識別できるためRSTの計測けを行ったものである。本図の特長を以下に示す。

は 不 要 で あ る 。 し か し 本 区 分 図 に よ っ て C2と定義することにより、補修の時期を次回の定期点検までとの期限を設けることとなり、手遅れA
Ⅰ-410に至るのを阻止できる。

Ⅰ-2'

4.2 西川の評価区分図を用いた診断の試行事例
Ⅰ-1

10.1

AB

C1

Ⅰ-5

Ⅰ-3

Ⅰ-2

4.2.1 C橋の診断
図-4に示した計測結果を、西川の評価区分図にC2プロットしたものを図-8に示す。図-4では「未成長さび（I-3）」と評価された領域の測定箇所は、図-8では「B」すなわち“状況に応じて補修を行0.010

図-7200400600800
さび厚（μm）

1000う”と判定される。これにより、実際に試行者が外観からの評価した評点（外観評点2）に近づく診断結果となり、熟練者の判定が反映されやすく

イオン透過抵抗法による評価区分（西川の評価区分）
表-2なっているものと思われる。

対策区分の判定区分 2)

判定区分

100

判定の内容

A

損傷が認められないか、損傷が軽微で補修を行う必要がない。

B

状況に応じて補修を行う必要がある。

C1

予防保全の観点から、速やかに補修等を行う必要がある。

C2

橋梁構造の安全性の観点から、速やかに補修等を行う必要がある。

E1

橋梁構造の安全性の観点から、緊急対応の必要がある。

E2

その他、緊急対応の必要がある。

M維持工事で対応する必要がある。

S1

詳細調査の必要がある。

S2

追跡調査の必要がある。

(1) 保護性さびも劣化の過程と見られたものが、対 策 区 分 判定 が 「 A」と い う 評 価を 付 け る こと

イオン透過抵抗値（kΩ）

イオン透過抵抗値（kΩ）

100

外観評点

A－ 72 －3211010.1ABC1C20200400600
さび厚（μm）

図-8

C橋の測定結果（西川の評価区分）

0.01

により、橋梁に生じる他の損傷と同様に「損傷ではない」との位置付けることができる。

48001000

土木技術資料 59-4(2017)

土研センター(2) 異常さびの周辺をRSTで探査することにより、4.2.2 橋梁調査会論文の診断同様に、図-6に示した計測結果を西川の評価区補修範囲を適切に判断することができる。

分図にプロットしたものを図-9に示す。図-6では(3) 定期点検時に、RSTを用いた計測と西川の評「 I-2 」 と 評 価 し た 橋 梁 部 位 の さ び の 状 態 を価区分図による健全度診断を行うことにより、「C1」と判定することにより、その部位について定期点検のシステムに従って診断結果から維持は“要観察状態を示すさび”から“予防保全とし管理の対策行動に直結できる。て早期に対処すべし”と診断される。これにより、(4) 定期点検等による経年変化のデータを蓄積し定期点検のシステムにしたがって診断結果を実際ていくことにより、RSTによる健全度診断の信の行動を認識することが可能となり、耐候性鋼橋頼性向上に努めたい。
(5) ま た 、 デ ー タ 蓄 積 に よ り 、 C1（ 要 観 察 さ びが生まれる。

（ I-2）） に 属 す る 計 測 点 が 、 そ の 状 態 を 将 来 的100に も 維 持 し 続 け る か 、 あ る い は C2（ 異 常 さ び

イオン透過抵抗値（kΩ）

梁では異常さびの早期対策実施の行動に移す動機（I-1））に移行するかについて見極めたい。
A10

参考文献
10.1

ABC1C2200400
600800
さび厚（μm）

0.010
図-91000

トラス橋の測定結果（西川の評価区分）

5．まとめ実橋梁におけるRSTを用いた計測の試行、既往文献の検討成果の分析、ならびに新たに提案した評価区分図による健全度診断を試行した結果から、イオン透過抵抗法の実用性と、今後の改良目標を以下にまとめる。
(1) 耐候性鋼橋梁の健全度評価において、従来のさび外観評価とさび厚による評価に加え、イオ

1） 日本道路協会：鋼道路橋防食便覧、平成26年3月
2） 国土交通省：橋梁定期点検要領、平成26年6月
3） 日 本 道 路 協 会 ： 鋼 道 路 橋 塗 装 ・ 防 食 便 覧 資 料 集 、
平成22年10月
4） 紀平寛：腐食計測法による耐候性鋼さび安定度診断、溶 接 学 会 誌 、 第 63 巻 (1994) 第 6 号 、 pp.19 ～ 24 、
19945） 紀 平 寛、 宇 佐 見 明 ： 安 定 さ び の 工 学 的 定 義 と 耐候性鋼橋超長期耐久化への展開、材料と環境、 49、
No.1、pp.10～14、20006） 紀平 寛 、 塩谷 和彦 、 幸 英昭 、中 山 武 典、 竹村 議 洋、
渡 辺 祐 一 ： 耐 候 性 鋼 さ び 安 定 化 評 価 技 術 の体 系 化、
土 木 学 会 諭 文 集 、 No.745 、 I-65 、 pp.77 ～ 87 、
20037） 佐藤恒明他：耐候性鋼橋の腐食減耗量の継続調査、
土 木 学 会 第 69回 年 次 学 術 講 演 会 、 I-593、 pp.1185～1186、2014.98） 今井篤実他：イオン透過抵抗法を用いた耐候性鋼橋梁の維持管 理 技術 、土木 学 会第 70回年次 学術講演会、I-432、pp.861～862、2015.99） 藤原英之、諸隈成幸：イオン透過抵抗法による耐候性鋼材のさび評価の試行、J-BECレポート、Vol.11、
pp.12～16、2015

ン 透 過 抵 抗 法 (RST)を 実 用 す る こ と に よ り 、 定
量的、客観的な評価、診断が行えるようになる。

西川和廣

中野正則

安波博道

落合盛人

五島孝行

中島和俊

(一財)土木研究セン
ター理事長
Kazuhiro NISHIKAWA(一財)土木研究セン
ター専務理事
Masanori NAKANO(一財)土木研究セン
ター材料・構造研究部長、博(工)Dr.Hiromichi YASUNAMI(一財)土木研究セン
ター材料・構造研究部 主幹研究員
Morito OCHIAI(一財)土木研究セン
ター材料・構造研究部 主幹研究員
Takayuki GOTO

(一財)土木研究セン
ター材料・構造研究部 主任研究員
Kazutoshi NAKASHIMA－ 73 －