土木技術資料 57-8(2015)

土研センター

ワッペン式暴露試験結果を用いた腐食予測の試算例
中野正則・安波博道・加納勇・中島和俊

設計上耐荷力性能に影響がない範囲に留まる性能

1．はじめに 1レ ベ ル と し て 耐 腐 食 性 能 レ ベ ル Ⅰ (文 献 2で 定 義 )長崎県が管理する瀬戸中央橋は、大村湾から外を 規 定 し 、 そ の 片 面 当 り 腐 食 減 耗 量 は海へ通じる早岐瀬戸に架橋された海上橋である

0.5mm/100年以下であることを 目標(しきい値 )と（2009年3月竣工）。主桁と海水面の離隔は満潮時している。に 最 小 2m程 度 に ま で 近 接 す る が 、 波 浪 に よ る 飛

瀬戸中央橋では、実橋の腐食が長期的に安定し、沫などはほとんど観測されない環境であるため 、100年間の腐食量が0.5mm以下となること を確認

維持管理費用削減の目的から ニッケル系高耐候性するため、図-1に示す箇所においてワッペン式暴鋼材が使用された。本橋への耐候性鋼材の適用に露試験を実施した。試験条件は以下の通りである。

あたって、橋梁環境を模擬した百葉箱内における・暴露期間：2009年1月～2019年1月

ワッペン式暴露試験を架橋に先立って実施し、・回収時期：暴露開始から1・3・6・10年目

ニッケル系高耐候性鋼の適用が可能であると判断

・ 使 用 鋼 種 ： ニ ッ ケ ル 系 高 耐 候 性 鋼 （ 3%ニ ッ ケした 1) 。

ル 鋼 、 以 下 Ni鋼 と 称 す ）、 JIS耐 候 性 鋼 （ 比 較 材 、本 稿で は 、 瀬戸 中央 橋 の 建 設か ら 6年が 経過 し以下SMAと称す）

た 2015年 時 点 に お け る 実 橋 梁 の 腐 食 状 況 、 な ら得られた複数年の暴露試験結果を鋼材の腐食挙びに建設とともに実橋梁へ設置したワッペン式暴

動 を 現 す 一 般 式 （ 式 (1)） の 関 係 に 当 て は め 、 長

露試験の結果から、同橋へのニッケル系高耐候性期腐食予測を行い、適用性の評価を行った。

鋼材の適用性評価の妥当性検証を行った結果を報告する。また、同時期に長崎県内の実橋に設置しY=A・XB ･･･････････････････式(1)たワッペン式暴露試験の結果から、橋梁の部位毎（ こ こ に 、 X： 経 過 年 数 ， Y： 腐 食 量 ， A・ B： 腐の腐食傾向に関して考察した結果を報告する。

食速度パラメータ）

2．瀬戸中央橋の実橋モニタリング調査

各年の暴露試験結果を表-1、長期腐食予測結果

2.1 ワッペン式暴露試験の結果

を図-2、図-3に示す。

耐候性鋼橋梁では、設計供用期間中の腐食量が←佐世保市有福町（西側）佐世保市広田→（東側）

図-1

ワッペン試験片設置位置（瀬戸中央橋）

Study of Corrosion Prediction of Weathering Steel for Steel
Bridge by Exposure Tests using Small Samples－ 54 －土木技術資料 57-8(2015)

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表-1

瀬戸中央橋のワッペン試験結果

Ni鋼① P3-G1-Wo② P3-G1-Fb③ P3-G1-Wi④ P3-G2-Wi⑤ A2-G1-Wo⑥ A2-G1-Fb⑦ A2-G1-Wi

1年
0.013
0.013
0.008
0.013
0.012
0.015
0.007

3年
0.027
0.030
0.017
0.025
0.028
0.033
0.015

(mm)

SMA
6年
0.041
0.046
0.027
0.037
0.040
0.061
0.023

1年
0.0140.014
0.009
0.014
0.009
0.014
0.007

3年
0.030
0.036
0.018
0.028
0.032
0.040
0.016

6年
0.045
0.054
0.032
0.042
0.045
0.074
0.028

は 至 ら ず 、 本 橋 で の Ni鋼 の 適 用 は 妥 当 で あ っ たと評価できる。
2.2 ワッペン式暴露試験と実橋の相違
ワッペン式暴露試験が実橋梁での腐食傾向を精確に表現する試験であることを確認するため、ワッペン試験片と橋梁本体の外観観察ならびにさび厚測定を行った。さび厚測定結果を表-2に、外観観察の結果を写真-1～写真-3に示す。

1.00

予測腐食量（mm）

表-2⑥, 0.580mm
0.60

1年

腐食量しきい値0.500mm/100年

0.40

3年

②①⑤③④⑦0.20

6年0.000年

20年

図-240年

60年

80年

試験片
実橋梁比率
試験片
実橋梁比率
試験片
実橋梁比率

④ P3-G2-Wi ⑦ A2-G1-Wi
60
17772475%
72%
7253
113
5064%
105%
144114165
11387%
101%

写真-1⑦A2-G1-Wi

0年目（設置時）

100年⑥, 0.989mm

0.80
0.60

腐食量しきい値0.500mm/100年⑤②0.40①④③⑦0.20
0.00
0年

20年

図-340年

60年

80年

100年

長期腐食予測結果 (SMA)

上記の通り、本橋の環境においては海面との離隔 が 狭 い A2橋 台 の 下 フ ラ ン ジ 側 に 設 置 し た 試 験
片 （ ⑥ A2-G1-Fb） が 最 大 の 腐 食 量 を 示し 、 Ni鋼で 0.580mm/100年 、 SMAで 0.989mm/100年 の 腐

6年目

写真-2

⑦A2-G1-Wi

写真-3

試験片拡大（赤丸部）

食量であった。
SMAで は し き い 値 を 大 き く 超 過 し 、 本 橋 へ の
適 用 は 妥 当 で な い と 考 え ら れ る 。 一 方 、 Ni鋼 に
おいてはしきい値を上回るが、超過量が 小さいこと、下フランジ側は表面処理 剤が施され、現時点においても顕著な風化が見られず初期の腐食勾配がより 緩やかであると 考えられ ることから、 100
年間程度は構造安全性に問題が生じる腐食損傷に－ 55 －(μm)③ P3-G1-Wi
324966%557475%124121102%

長期腐食予測結果 (Ni鋼)

1.00

予測腐食量（mm）

実橋梁とワッペン試験片のさび厚推移

0.80土木技術資料 57-8(2015)土研センター
実橋梁は架設完了前から裸仕様で屋外に暴露されていたため、ワッペン試験片の設置時（写真-1）に は さび が生 じて いる 。建 設 から 6年 が経 過し た

3．実橋の各部位における腐食傾向
3.1 実橋ワッペン試験の概要

時点においては、遠目には実橋梁と試験片の区別

長崎県では、県内に建設された耐候性鋼橋梁のが出来ないほど腐食の外観性状が一致（写真-2）

健全性を評価することを目的として、離島や沿岸し、ウェブ面には結露による水みちが橋梁本体と部 、 内 陸 部 な ど 様 々 な 環 境 に あ る 5橋 (図 -4)を 選

試 験 片 の 両 者 に 共 通 し て 生 じ て い る （ 写 真 -3）。

定 し 、 平 成 23年 度 よ り ワ ッ ペ ン 式 暴 露 試 験 を 開

また、さび厚も建設初期には実橋梁が大きいが、始した。実橋の外観 評点 2) は2～ 5の範囲であり、経年と共に試験片との差が なくなる様子が見られいずれも腐食に対する補修・補強等は不要と評価る （ 表 -2）。 こ れ ら の 結 果 か ら 、 瀬 戸 中 央 橋 の 実している。主な試験条件を以下に示す。

橋梁に設置したワッペン試験片は 、実橋梁の腐食

・暴露期間：2011年1月～2021年1月（10年間）

環境を適切に評価した試験片であることが推察さ・回収時期：暴露開始から1・3・5・10年目れる。

・使用鋼種：JIS耐候性鋼（SMA）
こ の他 、建 設後 早期 に 異 常 さび が 生 じ、 7年 目

2.3 百葉箱による適用性評価との相違
既報 1) の 通り、本 橋では 架橋に先 だって 百葉箱に 塗 装 橋 へ 切 替 え ら れ た 橋 梁 （ Ko橋 ） と 、 前 述による暴露試験結果からニッケル系高耐候性鋼のの瀬戸中央橋（Se橋）の 計7橋の試験結果から、適用性を評価していた。このとき、百葉箱の暴露部位毎の腐食傾向について考察を行った。なお、試験はあくまでも実橋梁の模擬環境であることか

ここで用いた試験結果は、 Se橋のみ1、3、6年目

ら 、 その 精度 を考 慮し て 1年 間 のワ ッ ペン 試験 での デ ー タ を 用 い 、 そ の 他 は 1、 3年 目 ま で の デ ー

得 ら れ た 腐 食 量 の 計 測 値 を 1.5倍 し た 値 を 実 橋 梁タを使用した。の腐食パラメータA値とした。

対馬

壱岐

今 回、 実橋 梁に おけ る 6年 間 のワ ッ ペン 式暴 露(Ko； 参 考 )(Mi)

試験結果が得られたことから、百葉箱による同試(Cu) 佐 世 保 市
瀬 戸 中 央 橋 (Se)

験結果との比較を行った。表-3に比較結果を示す。

(Ku)

表-3の通り、百葉箱により橋梁の腐食環境を模擬した暴露試験の結果は、水面と比較的離隔があ(Tu)る ② P3-G1-Fbと ほ ぼ 同 等 の 結 果 が 得 ら れ て い る 。

福江島

長崎市

一方、海面との離隔が狭く、水面に直接曝される(Ka)⑥ A2-G1-Fb に 比 べ 、 概 ね 半 分 程 度 の 腐 食 量 と図-4 調査対象橋梁位置※( )内は橋梁名称の略称なっている。
以上より、一般部では百葉箱試験によって高い腐食予測の精度が得られた。一方、水面との離隔

3.2 ワッペン式暴露試験片の設置位置と腐食量が狭く、水蒸気などの影響を直接受けやすい部位

ワッペン式暴露試験片の設置位置は、桁端部等における腐食予測では、百葉箱試験結果を適切にの腐食が進行しやすい部位で補修塗装が必要に補正する必要があると言える。

なった際にも、支間部などその他 の大部分は無塗装のまま放置できる可能性が高いため、橋梁の全表-3

百葉箱ワッペン試験との比較

腐食パラメータAB
百葉箱 0.018 0.650
Ni鋼 実橋梁② 0.014 0.689
実橋梁⑥ 0.014 0.806
百葉箱 0.003 0606
SMA 実橋梁② 0.015 0.742
実橋梁⑥ 0.014 0.921

(mm)

予測腐食量
比率 (100年 )50年 100年 百葉箱/実橋－
0.288 0.359
0.200 0.323
111%
0.332 0.580
62%－0.667 0.489
0.267 0.447
109%
0.523 0.989
49%※ 上 表の 百 葉箱 試験 A値 は 、補 正 （ 1.5倍 ） を 行わ ない 値を示した。

体環境を代表すると考えられる部位（桁端部から数m離れた位置）に設置した。
また、ワッペン式暴露試験
片 は 、 図 -5 に 示 す 外 桁 5 箇所を基本に設置した。

図-5

設置部位と略称

得られた暴露試験結果から 、 式 -1の 腐 食 パ ラ メ ー タ A・ Bを ワ ッ ペ ン 試 験－ 56 －土木技術資料 57-8(2015)

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片を設置した部位毎に整理し、図-6に取りまとめの腐食量は大きくばらつくが、適度な乾湿の繰りた 。 図 中 の 赤 線 は 腐 食 量 の し き い 値 を返しが得られることから長期的には腐食進行速度0.5mm/100年とした場合の境界である。

が緩やかとなるためと考えられる 。

1.21.0・フ ランジ下 面（ Fb）では、 A・ B間に明確 な 相FbWiFoFiWiFb

関は見られなかった。地山や水面との離隔が様々であるために、設置部位だけでは整理できない 結果になったものと考えられる。この部位では腐食

Ko橋

Wo
0.8Fi
B値

Wo

パ ラ メ ー タ Aが 0.03mm以 下 で あ っ て も 直 線 的 に腐食が進行し、100年後に0.5mm以上の腐食に至0.6る 可 能性 が あ り、 少な くと も 5年程 度 の暴 露期 間0.4を経る必要があると考えられる。

Fo・ ウ ェ ブ 面 （ Wo， Wi） で は 、 い ず れ も A・ B間

0.2に弱い相関が見られたが、Fiに比べてバラツキが0.00.00

0.020.03

大 き い 。 ま た 、 Woは Wiに 比 べ て A値 は 大 き く B
0.040.06

0.080.10

値 が 小 さ い 傾 向 が 見 ら れ る 。 Woは 桁 外 側 に 位 置

A値

図-6

し、適度な乾湿の繰り返しにより腐食進行速度が緩やかとなるためと考えられる。

ワッペン式暴露試験 7橋のA・B相関

図-6中の赤範囲は、建設後早期に異常さびが生4．まとめじたKo橋であり、ワッペン 試験でも初期1年間に長崎県内で建設された耐候性鋼橋梁に関し、0.08mm程 度 の腐食が生じる など 、他 の橋梁と 比

ワッペン式暴露試験を用いた耐候性鋼材の適用性較して特に厳しい環境である ことが推察される。

評価、ならびに健全性診断を行った。この結果、

ま た 、 図 -6中 の 実 線 は 、 極 端 に 腐 食 量 が 大 き い

ワッペン式暴露試験は実橋の腐食性状とよく一致

Ko橋を除いた各部のA・ B値の分布傾向を示した

し、精確な腐食予測が可能であることがわかった。

線である。それぞれの傾向は以下の通りである。

また、フランジ・ウェブなどの部位毎の腐食傾向

・ フ ラ ン ジ 上 面 内 側 （ Fi） で は 、 A・ B間 に 相 関についても一定の相関が得られた。今後より多数が見られた。Fiは内桁側であり、他の部位に比べの橋梁での試験結果を整理し、より適切な腐食予て 橋 梁 毎 の 環 境 差 が 小 さ い た め 、 A・ B間 に 相 関

測技術の確立を図る予定である。

が得られたものと考えられる。また、腐食パラ
メ ー タ A（ 1年 目 腐 食 量 に 相 当 ） は 概 ね 0.03以 下

参考文献であり、100年後の腐食量も 0.5mm以下に留まる

1） 安波博道、金井浩一、中島和俊：「ワッペン式暴露試験によるニッケル系高耐候性鋼の適用性評価」、
土木技術資料、第50巻、第11号、pp.57～60、2008
2） 日 本 鋼 構 造 協 会 ：「 耐 候 性 鋼 橋 梁 の 可 能 性 と 新 しい技術」、テクニカルレポート No.73、2006.10と推察される。
・ フラ ンジ 上面 外側 （ Fo） では 、 A・ B間に 明 確な相関は見られなかった。床版の張出量や隣接橋
梁 の 近接 度合 いに 影響 を受 け る た め、 初期 1年 間
中野正則(一財)土木研究センター
専務理事
Masanori NAKANO

安波博道(一財)土木研究センター
材料・構造研究部長、
工博
Dr.Hiromichi YASUNAMI

加納勇(一財)土木研究センター
材料・構造研究部 主幹
研究員
Isamu KANOU－ 57 －

中島和俊(一財)土木研究センター
材料・構造研究部 主任
研究員
Kazutoshi NAKASHIMA