JPH0464583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、鋼構造物、特に、海中河川水等の腐
食環境中に設置された土木建築構造物の腐食劣化
診断等に用いられる腐食速度の検出法に関するも
のである。 （従来の技術） 海水河川水等の腐食環境中で使用される鋼構造
物は、素材の腐食による穴明きや断面の減少によ
つて構造体としての機能を失う可能性がある。一
方、安定成長経済の下では、設備寿命の延長が求
められており、現在の腐食状況を把握すると共
に、残存寿命を推定する腐食診断の必要性が高ま
つている。この腐食診断には、正確な腐食速度の
把握が不可欠である。 現在行われている腐食速度検出方法には、(1)腐
食モニタリング用の小試片を設備や構造体に予め
設置しておき、定期的にそれを調査し、重量の減
少を小試片設置期間で除して腐食速度を検出する
方法。(2)例えば、港湾技研資料No.413、P.5（1982
年）に記載されている、超音波厚み計によつて測
定した構造体の残存板厚と初期板厚との差を、使
用期間で除して腐食速度を検出する方法。(3)例え
ば、特開昭55−47433号公報に記載されている、
腐食速度測定対象と同一材料で作成した一対の試
料を腐食速度測定対象が置かれている環境中に設
置し、試料の間で電気化学的測定を行い、求めた
インピーダンスから腐食速度を検知する方法等が
ある。 上記(1)および(3)は、あくまで小試料に関する腐
食情報であり、設備や構造物そのものの状況を代
表できず、適切な腐食速度とは言い難い。(2)は、
構造体の初期板厚を予め測定していない場合が大
半であり、この場合はカタログデータを使用せざ
るを得ないが、JIS規格（JIS A5525）には、板
厚に公差が許容されており誤差の原因となる。 また、塗装等の一時的腐食措置および腐食鋼材
を超音波厚み計によつて測定することの誤差など
も、腐食速度算定時の誤差として影響する。ま
た、(3)については、腐食現象の周波数応答特性か
明らかになつていため、使用可能な全周波数域を
測定する必要があり能率が悪かつた。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、平均腐食速度ではなく、その場、そ
の時の腐食速度を直接検出する方法で、かつ、電
気化学的測定に要する所要時間を短縮し、腐食環
境中の鋼材の腐食速度検出の能率を上げるととも
に、測定条件を一定にすることによつて、測定精
度を向上させる手法を提供するものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らの検討の結果、腐食診断に適用する
腐食速度を把握する為には次のような条件が必要
であることが明らかとなつた。 すなわち(1)初期板厚の公差や、一時的防食措置
による誤差を避けるため、過去の平均腐食速度で
はなく現在の腐食速度を把握すること、(2)電気化
学的測定の能率を向上させるために、腐食現像の
周波数応答特性を検討し、最適な測定周波数域を
設定し、その他の領域の測定に要する時間を削減
する。(3)錆層の酸化還元反応が電気化学的測定に
与える影響を把握し、測定条件を一定にする条件
を設定する。以上の条件を満たすものとして本手
法を発明した。 本発明は、海水河川水等の腐食環境中の鉄鋼を
使用した土木建築構造物に、その場、その時の腐
食速度を現地で直接測定できる装置、例えば、金
属材料の腐食速度検出子等を用い、100Hz〜1000
Hzの周波数に対する応答が５〜50Ωcm²になるよう
測定面を予め調整した後、交流インピーダンス法
や矩形パルス法等の電気化学的手法によつて、特
定の周波数域（２ｍHz〜10ｍHzと100Hz〜1000Hz）
の２つの周波数を用いて測定を行い、得られたイ
ンピーダンスから能率良く腐食速度の検出を図る
ことを特徴とするものである。 ここで、金属材料の腐食速度検出子とは、測定
対象となる金属と分極用電極の間で、装置によつ
て限定された範囲を均一に分極することによつ
て、インピーダンスを測定する装置であり、例え
ば、第１図−２に示すごとく、一端に測定対象金
属例えば鋼管杭３に密着する開口部を有する電気
的絶縁物で作られた容器９と、該容器の中央部
で、開口部の先端より４〜30mm内側の位置に参照
極７を、さらに参照極の後方で、容器内径Ｂの
1.0倍以上の位置Ｌに対極８を設けた構造を有し
ており、分極装置１０によりインピーダンスを測
定する。 以下、具体例をもとに詳細に説明する。 第１図−１に、桟橋６を支持している鋼管杭の
腐食速度測定状況の例を示す。鋼管杭３に金属材
料の腐食速度検出子２を治具４によつて固定し、
測定システム１からのプログラム化された指令に
より電気化学的測定を自動的に行う。測定結果
は、計算処理機５によつて処理されグラフ化を行
う。 電気化学的測定には、交換インピーダンス法な
どを応用し、金属材料の腐食速度検出子２によつ
て限定された鋼管杭表面を、自然浸漬状態から実
効値で約10ｍＶ電位を強制的に変動させ、応答す
る電流と印加電圧の位相差および電流値を測定し
インピーダンスを算出する。 高周波数域のインピーダンスは、海水と鋼材表
面の薄い錆層の抵抗Rsを示し、低周波数域のイ
ンピーダンスは、鉄が鉄イオンとして溶出する時
（腐食する時）の抵抗RpとRsの和を示す。 こうして求められたインピーダンスRpは、別
途求められた定数Ｋ（環境と金属の材質により異
なるが、数ｍＶ〜20ｍＶ程度）とIcorr＝Ｋ／Ｒ
なる関係から腐食電流Icorrに換算し、さらに、
40μA／cm²＝0.47mm／yearの関係から腐食速度へ
と換算することができる。 周波数領域特定の意味を明確にするため、２ｍ
Hz〜1000Hzの連続周波数域で行い、１デイカツド
（decade）あたり３点測定した結果の例を第２図
に示す。図中、横軸は周波数の対数表示、縦軸は
インピーダンスの対数表示である。 海水中の鋼材の腐食状況は、常時海水に浸漬し
ている部分と、干満の作用を受ける部分とで異な
つており、周波数応答特性も若干異なる。第２図
中●と○はそれぞれ常時海水中に浸漬されている
部分と干満の作用を受ける部分の場合の１例であ
るが、●では、10Hz〜1000Hzの高周波域及び２ｍ
Hz〜10ｍHzの低周波数域で、平坦部で表わされる
一定のインピーダンス値が得られている。前者は
錆層や海水の抵抗Rsを表わしており、後者はい
わゆる腐食反応の抵抗RpとRsの和を表わしてい
る。 この低周波数域のインピーダンスと高周波数域
のインピーダンスの差から、いわゆる腐食反応の
抵抗Rpが得られるのである。なお1000Hz以上で
またインピーダンスが増加しているのは、数10ｍ
のケーブルによるインダクタンスであり、これは
実構造物を測定してみてはじめてわかつたもので
ある。 前述のように、●印では、５ｍHz付近で反応抵
抗Rpが明確に検知できている。一方、○印では、
測定周波数が低周波数側になるに従つて、インピ
ーダンスが漸増しており、２ｍHzまでの測定では
一定値とならない。しかし、この場合でも、５ｍ
Hz付近のインピーダンスでもつてRpに代替して
も、腐食速度との良い相関が得られており（表１
参照）、事実上、何ら問題のないことがわかつた。
表１は、Rp検出に使用した周波数と腐食速度の
相関係数である。

【表】 本発明の特徴とするところは、電気化学的測定
によつて、腐食環境中の鋼材のインピーダンスを
算定する方法において、測定周波数域を２ｍHz〜
10ｍHzと100Hz〜1000Hzの２領域と、後者の測定
域のインピーダンスが５〜50Ωcm²になるように、
予じめ測定面を調整してから測定を行ない、両者
の領域のインピーダンスの差から、腐食速度を求
めることである。 さらに、周波数領域の限度および表面調整によ
る高周波域インピーダンスの値の限定の理由を詳
述する。 低周波数域のインピーダンスは、前述の第２図
のごとく、腐食反応抵抗Rpと海水、錆、付着物
の抵抗Rsの和である。海水中の鋼材には、錆が
付着し、実構造物の場合には腐食による表面の凸
凹も著しい。このような場合、鋼材表面へのイオ
ン吸着等により容量成分が増大し、Rpが得られ
る周波数域が低周波数側へずれてくる。 このようなことからRpが得られるのは、実構
造物では10ｍHz以下であり、かつまたたとえ得ら
れなくとも、前記表１に示したように、腐食速度
と良い相関をもつのが10ｍHz以下のインピピーダ
ンス値であることが、多くの実構造物実験からわ
かつた。 しかし、現地で実構造物を対象とした腐食速度
測定を実施する場合には、測定能率を考慮する必
要があり、あまりにも低い周波数では実際上困難
である。例えば５ｍHz〜1000Hzの測定には約３分
半必要であるが、２ｍHz〜1000Hzの測定には約17
分も必要である。腐食速度と良い対応がつく範囲
で、かつ、測定所要時間も短いことが必要であ
る。これらの点から実測定上許容できるのは２ｍ
Hzまでである。 以上のことから腐食反応抵抗Rpと海水、錆、
付着物の抵抗Rsとの和をあらわす低周波数域の
インピーダンス値は、実構造物測定を考慮する
と、２ｍHz〜10ｍHzが最適である。 また、高周波数域のインピーダンスすなわち錆
層や海水の抵抗Rsを検知する周波数としては、
理論上1000Hz以上であれば良いが、実構造物の腐
食測定においては、その規模と測定装置を小型化
することの困難さゆえに、数10ｍの測定ケーブル
を使用せざるを得ないのが現状である。 従つて、ケーブルのインダクタンスが高周波数
域の測定結果へ影響し、1000Hz付近より高周波数
域の測定結果には、これによる誤差が含まれてく
る。インダクタンスはケーブルの使用状況によつ
ては、1000Hzより低い周波数域に影響を与えるこ
ともあるが、100Hz付近になると本来のRsの数％
であり実用上問題とならない。 第２図の例では10Hz付近から高周波数域のイン
ピーダンスは平坦部を表わしている。しかし他の
多くの実構造物の測定によれば、通常100Hz以上
になるとどの場合でも平坦部を示すことがわかつ
た。以上のことから、高周波数域のインピーダン
スの測定は、100Hz〜1000Hzの間で実測すること
が良い。 さらに、電気化学的測定において100Hz〜1000
Hzで測定した場合、５〜50Ωcm²となるよう測定面
の調整（ケレン等）を行うのは、例えば付着錆層
の酸化還元反応が、電気化学的測定に与える影響
を極力さけ、一定条件のもとで測定を実施するた
めである。特に、干満の作用をうける領域の錆
は、水中部の錆とは構成が異なつており、鋼材表
面への密着度も高く、除去の程度を一定にしない
と測定誤差の原因となる。 これらも実構造物の測定を行なつてみて、はじ
めてそれら付着物、錆層が誤差として影響をもつ
ことがわかつたのである。付着物はよく取除くの
が望ましいが、その下部にある錆層は完全に取除
く必要はなく、研磨面のごとき鋼材表面を露出さ
せると、かえつてその場、その時の生きている腐
食速度を測定することができない。 本発明者等の知見によれば、５〜50Ωcm²となる
ように測定面の調整を行なえば充分である。表面
調整はケレン棒、スクレーパーなどで付着物を取
り除く。サンダーなどで鋼材表面を研磨すること
はさけた方が良いのは上述の理由による。 （実施例） 10年の間定期的に検査され、その腐食速度が既
知である桟橋の鋼管杭を第１図−１に示すよう
に、水深方向にいくつかにわけて腐食速度を測定
した。この時用いた腐食速度検出子は第１図−２
に示すものである。 低周波数域のインピーダンスは５ｍHzで測定し
高周波数域のインピーダンスは1000Hzで測定し
た。両者の値の差をRpとして腐食速度（図中実
線）を算出し、板厚からもとめた平均腐食速度
（図中破線）との関係を水深方向の腐食速度分布
図として第３図に示す。 両者を比較すると分布形状はよく一致してお
り、過去の環境変化が少ない場合、海水環境での
腐食速度は経年変化が少ないと言われていること
と合致している。すなわち、本発明による腐食速
度評価方法によつて、腐食速度を検知できること
がわかる。 第３図中、◎で示した点は、Rs＝50Ωcm²以上
の条件で測定したものであり、表面調整により、
Rsを５〜50Ωcm²にしないこと、その測定腐食速
度は異なる値を示すことがわかる。図中縦軸は
LWLからの水深を示した。 以上のことから、測定周波数域を２ｍHz〜10ｍ
Hzと100Hz〜1000Hzに限定し、腐食速度との対応
関係を明確にし、さらに、特定の２周波数に限り
測定することによつて、中間領域の測定時間を削
減できるため、測定所要時間の短縮が可能となつ
た。また、測定条件を一定とする基準を設定する
ことによつて、実構造物の腐食速度測定の精度を
向上させた。 （発明の効果） 本発明によると、金属材料の腐食速度検出子等
の腐食速度を、現地で直接測定できる装置によつ
て、海水中の鋼材の腐食速度を検出するのに要す
る時間を短縮でき、かつ、測定条件を一定にする
ことによつて測定精度の向上ができる。測定能率
の向上は、測定箇所数の増加につながるため、よ
り精度の高い腐食診断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図−１は桟橋を支持している鋼管杭の腐食
速度測定状況説明図、第１図−２は部分拡大説明
図、第２図は交流インピーダンス法による腐食現
象の周波数応答の代表例の図表、第３図は本発明
により検出した腐食速度の水深方向分布の図表で
ある。 １……測定システム、２……腐食速度検出子、
３……鋼管杭、４……治具、５……計算処理機、
７……参照極、８……対極、９……容器、１０…
分極装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気化学的測定によつて腐食環境中の鋼材の
   インピーダンスを算定する方法において、測定周
   波数域を２ｍHz〜10ｍHzと100Hz〜1000Hzの２領
   域とし、後者の測定域のインピーダンスが５〜50
   Ωcm²になるよう予め測定面を調整してから測定を
   行ない両者の領域のインピーダンスの差から腐食
   速度を求めることを特徴とする鋼材の腐食速度検
   出方法。