コンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋や金属配管等のようにコンクリート中に埋設された金属部材（以下、鉄筋等という）の腐食の診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンクリート中に埋設された鉄筋等は、その設置されている環境条件等によって腐食を生じることが知られている。
【０００３】例えば鉄筋にこのような腐食が生じると、鉄筋構造物の維持管理上できる限り早期にその腐食を発見し、補修等を行なうことが望まれる。そして、コンクリート中に埋設された鉄筋の腐食の検査においては、腐食の存在を検査するとともに、同時に腐食量や腐食速度を得てこれから余寿命を推定できることが好ましい。
【０００４】ところで、このような鉄筋の腐食を非破壊的に検査する技術として、従来から、鉄筋の自然電位を測定することが広く行なわれているが、この方法によれば定性的に腐食の存在を検出することはできるが、定量的な腐食量や腐食速度を得ることはできない。
【０００５】また、この他に交流インピーダンス法により分極抵抗を測定することも試みられており、この方法によれば、得られた分極抵抗から腐食速度に対応する腐食電流を得ることができ、鉄筋構造物の余寿命の推定が可能と考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この交流インピーダンス法による分極抵抗の測定においては、きわめて低い周波数から高い周波数までの広い周波数範囲で交流インピーダンスを得ることが必要であるので、とくに低い周波数領域での交流インピーダンスの測定に長時間を要し、広く実用に供されるには至っていないのが現状である。この発明は、このような背景に基づいてなされたもので、交流インピーダンスの測定精度を落とさず、余寿命推定の可能な分極抵抗を迅速に得ることにより、コンクリート中の鉄筋等の腐食診断を迅速かつ高品質なものとすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複素平面上に描かれた、鉄筋等を含むコンクリートの交流インピーダンス軌跡から算出した分極抵抗を用いて、鉄筋等の腐食の様子を診断するコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法において、あらかじめ測定した１つ以上の交流インピーダンス軌跡に基づいて、交流インピーダンス軌跡の虚数部にピーク点が現れる低周波数範囲と、ピーク点より高い周波数側で極小点が現れる高周波数範囲とをあらかじめ設定し、低周波数範囲から第１周波数をあらかじめ選択し、高周波数範囲から第２周波数をあらかじめ選択し、交流インピーダンス軌跡のピーク点と極小点とを通る仮想円の実数部の直径と、分極抵抗との対応関係をあらかじめ用意し、コンクリートに加えた第１周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第１交流インピーダンスを算出すると共に、コンクリートに加えた第２周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第２交流インピーダンスを算出し、これらの第１交流インピーダンスと第２交流インピーダンスとから、仮想円の実数部の直径を算出し、この直径に対応する分極抵抗を、あらかじめ用意した対応関係を用いて調べることを特徴とするコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法である。また、請求項２の発明は、複素平面上に描かれた、鉄筋等を含むコンクリートの交流インピーダンス軌跡から算出した分極抵抗を用いて、鉄筋等の腐食の様子を診断するコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法において、あらかじめ測定した１つ以上の交流インピーダンス軌跡に基づいて、交流インピーダンス軌跡の虚数部にピーク点が現れる低周波数範囲をあらかじめ設定し、低周波数範囲から第１周波数をあらかじめ選択し、交流インピーダンス軌跡の虚数部に現れるピーク点と、分極祇抗との対応関係をあらかじめ用意し、コンクリートに加えた第１周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第１交流インピーダンスを算出し、この第１交流インピーダンスの虚数部のピーク点を算出し、このピーク点に対応する分極抵抗を、あらかじめ用意した対応関係を用いて調べることを特徴とするコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法である。
【０００８】
【作用】請求項１記載の発明によれば、コンクリート中の鉄筋等についてコールコールプロットで表示した交流インピーダンス軌跡において、交流インピーダンスの虚数部がピーク値をとるピーク点の周波数の範囲は概ね１００ｍＨＺ〜５ｍＨＺであり、また、この周波数より高い周波数で交流インピーダンスが極小値となる周波数の範囲は概ね１００〜１ＨＺである。
【０００９】したがって、交流インピーダンスを測定すべき２点は、比較的高周波の部分であるのでそれぞれ短時間に測定することができ、また、測定点数が少ないので、測定が迅速に行なわれる。そして、このように迅速に得られた交流インピーダンスを用いて仮想円の直径を容易に算出することができる。
【００１０】この仮想円の直径と、コンクリート中の鉄筋等についての交流インピーダンスのコールコールプロットにおいて，前記ピーク点の両側の極小点間隔とは良好な対応関係にあるから、これらの極小点の間隔を正確に得ることができ、これを用いることによって正確な分極抵抗を算出することができる。したがって、この方法によれば、測定すべき交流インピーダンスの測定作業を短時間に行えるうえ、測定点数も少ないので、測定を迅速にすることができるとともに、良好な対応関係があるので、精度のよい分極抵抗を得ることができる。よって、余寿命の推定等の腐食診断が迅速かつ高品質となる。
【００１１】請求項２記載の発明によれば、コンクリート中の鉄筋等についてコールコールプロットで表示した交流インピーダンス軌跡において、交流インピーダンスの虚数部がピーク値をとるピーク点の周波数の範囲は概ね１００ｍＨＺ〜５ｍＨＺである。そして、ピーク点の周波数で得られた交流インピーダンスの、虚数部の値を用いて、分極抵抗を算出することができる。この虚数部の値と、分極抵抗とは良好な対応関係にあるから、測定で得られた交流インピーダンスの、虚数部の値を用いることによって正確な分極抵抗を算出することができる。したがって、この方法によれば、測定すべき交流インピーダンスの測定作業を短時間に行えるうえ、測定点数が１点と少ないので、測定を迅速にすることができるとともに、良好な対応関係があるので、精度のよい分極抵抗を得ることができる。よって、余寿命の推定等の腐食診断が迅速かつ高品質となる。
【００１２】
【実施例】先ず、本願にかかる測定原理を説明する。一般に、腐食反応の生じている電気系は第９図のような抵抗とコンデンサからなる電気的等価回路で表現できる。すなわち、Ｒｓｏｌは対極と試料極との間の溶液抵抗（コンクリート抵抗）であり、Ｃｄｌは金属／溶液の界面に形成される電気二重層容量と呼ばれるコンデンサ容量を示す。また、Ｒｃｔは電荷移動抵抗と呼ばれ、腐食反応に対する抵抗であり，分極抵抗に相当するものである。
【００１３】このような回路に種々の異なる周波数の微小な交流電圧を印加した場合、Ｃｄｌのインピーダンスにより、θだけ位相が進んだ同一周波数の電流が得られる。各周波数毎に測定された、かかる印加交流電圧と応答交流電流との比，即ち、交流インピーダンスは周波数をパラメータとし絶対値と位相差で表現され、位相差を偏角とし複素平面上にコールーコール（ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅ）プロットで一般に表示されている。
【００１４】このようにして得られた，前記第９図の等価回路に対応するコールーコールプロットによる交流インピーダンス軌跡は、第１０図に示すように高周波側の実軸との交点が（Ｒｓｏｌ）に、また低周波側の実軸との交点が（Ｒｃｔ＋Ｒｓｏｌ）になるので、分極抵抗Ｒｃｔは半円形の交流インピーダンス軌跡の直径，すなわち両交点間の間隔となる。
【００１５】したがって、この交流インピーダンス軌跡から分極抵抗を求め、その分極抵抗の逆数が腐食速度に比例するという関係から、腐食速度を推定することができる。ところで、コンクリート中の鉄筋についての実際の交流インピーダンス軌跡は、例えば第７図および第８図に示すようである。
【００１６】すなわち、これらの交流インピーダンス軌跡は本願発明者らの研究によるもので、従来から行なわれていると同様に高周波から低周波の広い範囲にわたって、交流インピーダンスを測定し、プロットすることにより得られたものであって、第７図は腐食を起こしていない鉄筋についてのコールーコールプロットであり、第８図は腐食の進行が認められる場合の例である。
【００１７】第７図に示す，鉄筋に腐食のない場合、交流インピーダンスの虚数部の値を見ると、１０ＫＨＺ〜１ＨＺの範囲で単調に減少し、１０〜１ＨＺの範囲で極小値をとり、それ以後、低周波側では急激に増大しており、その軌跡は大きな円の一部を示しているようである。
【００１８】すなわち、この第７図の交流インピーダンス軌跡においては、高周波側での実軸との交点（実際には交差せず極小点となっているので、この明細書では極小点という）は１０〜１ＨＺの周波数で現れ、低周波側での実軸との交点は認められない。他方、第８図に示す，鉄筋に腐食のある場合、１０ＫＨＺ〜１ＨＺにかけて単調に減少し、１００〜１ＨＺの範囲で極小値を取り、それ以後の低周波側では単調に増加し５ｍＨＺを境に再び減少している。そして、この場合、交流インピーダンス値は全般的にかなり小さく、その軌跡は虚数軸方向につぶれた半円状を呈している。
【００１９】第８図から明らかなように、コンクリート中の鉄筋の腐食に関して、このようなコールーコールプロットにおける交流インピーダンス軌跡の形状を明確に把握するには、１ｍＨＺ以下の低周波数までの広い周波数範囲に渡って交流インピーダンスを測定することが必要であり、その測定に大幅に時間を要するものであることがわかる。
【００２０】また、腐食を起こしている鉄筋の場合、鉄筋の腐食速度によっても影響されるが、一般に高周波側の極小点（以下、極小点Ａといい，実軸との交点である）は概ね１００〜１ＨＺの周波数で現れ、低周波側の極小点（実軸との交点）は１ｍＨＺ以下の周波数で現われるものと推定され、半円状の交流インピーダンス軌跡のピーク点は１００ｍＨＺ〜５ｍＨＺで現われると推定することができる。
【００２１】そこで、コンクリート中の鉄筋の腐食についてのかかる交流インピーダンス軌跡の特徴を踏まえた上で、本案の第１の方法（以下、２点測定による方法という）では、高周波側極小点Ａが現われると推測される１００〜１ＨＺの周波数の範囲内の１つの周波数と、半円状の交流インピーダンス軌跡のピーク値となる点（以下、ピーク点Ｂという）が現われると推測される１００ｍＨＺ〜５ｍＨＺの周波数の範囲の１つの周波数とについて、それぞれ測定装置を用いて交流インピーダンス値を測定することとする（測定の詳細については後述する）。
【００２２】このようにして得られた高周波側の極小点Ａの交流インピーダンスの絶対値をＺＨ，位相角をθＨ（θＨ ０）とし、ピーク点Ｂの交流インピーダンスの絶対値をＺＬ，位相角をθＬとすれば、複素平面上でのこれらの点Ａ，Ｂの座標は、Ａ（ＺＨ・ｃｏｓθＨ，ＺＨ・ｓｉｎθＨ）
Ｂ（ＺＬ・ｃｏｓθＬ，ＺＬ・ｓｉｎｅＬ）
となる。
【００２３】これをそれぞれＡ（ＲＨ，Ｏ），Ｂ（ＲＬ，ＣＬ）とし、これらの２点を通る円（以下、仮想円という）の直径をＲＣ´とすると、このＲＣ´はこれらのＡ，Ｂの座標から、いわゆる三平方の定理により簡単に算出することができる（第１図）。
【００２４】一方、分極抵抗は先に第１０図で説明したように、理論的には半円形の交流インピーダンス軌跡の直径に該当するから、実際の交流インピーダンス軌跡においては、ピーク点Ｂの両側に位置する高周波側極小点Ａと低周波側極小点Ａ´との間の間隔が分極抵抗ＲＣを表わすものと考えることができる。そして、分極抵抗ＲＣを表わす，高周波側極小点Ａと低周波側極小点Ａ´との間の間隔と、前記ＲＣ´との関係は、本願発明者らの研究によれば第２図のようであり、実験により多数のサンプルから求めると、ＲＣ＝１．９ＲＣ´が良好に成立する。
【００２５】したがって、前記Ａ，Ｂの座標から、分極抵抗値ＲＣが得られ、電気化学的な腐食速度の式Ｉｃｏｒｒ＝ＲＴ／ｍＦＳＲＣ（Ａ／ｃｍ２）
＝１０４ＲＴ／ｍＦＳＲＣ（ｍｍ／ｙ）
により、腐食速度を求めることができる。
である。
【００２６】この２点測定による方法よりさらに簡便で，より迅速にコンクリート中の鉄筋の分極抵抗を求める方法（以下、１点測定による方法という）は、次のようである。すなわち、この場合には、前記交流インピーダンス軌跡のピーク点となると推測される周波数の範囲（１００〜５ｍＨＺ）中の１つの周波数で交流電圧Ｅを印加して、この時の鉄筋とセンサ間の電流応答から測定された印加交流電圧と応答交流電流Ｉとの比（Ｚ＝Ｅ／Ｉ）を絶対値とし、両者間の位相のずれθを偏角として交流インピーダンスを求める（第３図）。
【００２７】この場合、Ｚｓｉｎθ＝ＣＬとなり、ＣＬはその交流インピーダンス軌跡のピーク値の近似値となる。また、かかる交流インピーダンス軌跡の分極抵抗ＲＣと、前記ＣＬとの関係は、本願発明者らの研究によれば第４図のようであり、実験により多数のサンプルから求めると、ＲＣ＝４．０ＣＬが良好に成立する。
【００２８】したがって、このようにして得たＣＬをその交流インピーダンス軌跡のピーク値とみなせば、ピーク値の周波数に対応する１の交流インピーダンスのみを測定することによって、分極抵抗ＲＣを算出することができる。次に、本願方法の実施に用いるコンクリート中の鉄筋の交流インピーダンスの測定装置を説明する。
【００２９】第５図において、１はコンクリート、２は鉄筋である。３は、鉄筋２に結合させた端子、４は内部に固体電解質を有する対極、５は参照電極である。６は、鉄筋２と対極４との間の電位を測定すると共に、種々の異なる周波数の交流電圧をそれらの間に印加するための交流電圧印加装置、７は印加交流電圧と応答交流電流の位相のずれ振幅比を求めるための周波数応答解析装置、８は一連の測定作業を自動的に行なうための制御用のコンピュータである。
【００３０】このような測定装置を用いた交流インピーダンスの測定は次のように行なわれる。すなわち、まず、コンクリート１の表面に対極４を配置するとともに、コンクリート１から露出した鉄筋２に端子３を接続し、コンクリート１の表面と鉄筋２との間での電位を測定する。
【００３１】次に、コンクリート１中の鉄筋２の電位を、この電位に制御しつつ、交流電圧印加装置６から±１０ｍＶ程度の電圧で所要の周波数の交流電圧を印加する。これとともに、鉄筋２と対極４の間の電流応答を周波数応答解析装置７で解析し、交流インピーダンスの測定が行なわれ、これによって得られた交流インピーダンスの測定値はコンピュータ８に伝達され、このコンピュータ８で所要の演算が行なわれて分極抵抗や余寿命の推定が行なわれる。
【００３２】本願発明者らは、前記のような測定原理に基づく腐食速度の測定値が実測値とどの程度一致しているか、また、測定時間がどのようであるかを確認するため、前記測定装置を用いて次のような確認試験を行なった。この確認試験においては、第６図に示すサンプルＳを作成し、３５℃の３％Ｎａｃｌ溶液中で６時間毎の乾湿繰り返し腐食試験を１年間行なった後、前記のようにして交流インピーダンス測定を行なうとともに、コンクリートを破壊して鉄筋の腐食速度を実測した。
【００３３】その結果は、表．１に示すとおりであり、同表中試料１〜６は本願発明の２点測定の場合を示し、試料７〜９は本願発明の１点測定の場合を示す。また、同表中、試料１０〜１３は比較例の場合である。
【表１】
【００３４】試料１〜６に示した本願発明の２点測定の場合、得られた推定値は実測値との比でみると、誤差はほぼ５０％以内となっており、十分な信頼性を有しており、その測定時間も３分以内である。また、試料７〜９に示した本願発明の１点測定の場合、得られた推定値と実測値の比は、前記２点測定の場合とほぼ同様であり、十分な信頼性を有し、測定時間はさらに短縮されていることがわかる。
【００３５】一方、比較例の試料１０〜１２の場合、本願発明の周波数範囲から外れているので、測定時間は短いが測定誤差がきわめて大きく信頼性に欠けるものとなっている。また、比較例としての試料１３は、従来と同様に全周波数にわたって測定を行なったものであり、測定値の信頼性は本願発明の場合と同様であるが、測定に長時間を要するものであることがわかる。
【００３６】以上の比較から明らかなように、本願発明にかかる方法により得られる腐食速度の推定値は、十分な信頼性を有するものであるうえ、その測定時間が短く、鉄筋コンクリート構造物等の余寿命予測等の実用的用途に十分耐えるものである。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、測定すべき交流インピーダンスの測定作業を短時間に行えるうえ、測定点数も２点と少ないので、測定を迅速にすることができるともに、良好な対応関係があるので、精度のよい分極抵抗を得ることができる。
【００３８】したがって、余寿命の推定等の腐食診断が迅速かつ高品質となる。また、請求項２記載の発明によれば、測定すべき交流インピーダンスの測定作業を短時間に行えるうえ、測定点数も１点と少ないので、測定を迅速にすることができるとともに、良好な対応関係があるので、精度のよい分極抵抗を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本願発明による分極抵抗値の測定原理の説明図である。
【図２】図２はＲＣとＲＣ´との関係を示すグラフである。
【図３】図３は本願発明による分極抵抗値の簡便な測定法の原理説明図である。
【図４】図４はＲＣとＣＬとの関係を示すグラフである。
【図５】図５は本願方法の実施に用いる測定装置の全体概略説明図である。
【図６】図６は本願方法の効果を確認するための実験に用いたサンプル説明図である。
【図７】図７はコールコールプロットによる交流インピーダンス軌跡であってコンクリート中で腐食のない鉄筋についての具体例である。
【図８】図８はコールコールプロットによる交流インピーダンス軌跡であってコンクリート中で腐食の生じた鉄筋についての具体例である。
【図９】図９は腐食反応を生じている電極系の電気等価回路である。
【図１０】図１０はコールコールプロットの説明図である。
【符号の説明】
Ａ 高周波側極小点
Ａ´ 低周波側極小点
Ｂ ピーク点
ＲＣ 分極抵抗
ＲＣ´ 仮想円の直径
１ コンクリート
２ 鉄筋
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋や金属配管等のようにコンクリート中に埋設された金属部材（以下、鉄筋等という）の腐食の診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンクリート中に埋設された鉄筋等は、その設置されている環境条件等によって腐食を生じることが知られている。
【０００３】例えば鉄筋にこのような腐食が生じると、鉄筋構造物の維持管理上できる限り早期にその腐食を発見し、補修等を行なうことが望まれる。そして、コンクリート中に埋設された鉄筋の腐食の検査においては、腐食の存在を検査するとともに、同時に腐食量や腐食速度を得てこれから余寿命を推定できることが好ましい。
【０００４】ところで、このような鉄筋の腐食を非破壊的に検査する技術として、従来から、鉄筋の自然電位を測定することが広く行なわれているが、この方法によれば定性的に腐食の存在を検出することはできるが、定量的な腐食量や腐食速度を得ることはできない。
【０００５】また、この他に交流インピーダンス法により分極抵抗を測定することも試みられており、この方法によれば、得られた分極抵抗から腐食速度に対応する腐食電流を得ることができ、鉄筋構造物の余寿命の推定が可能と考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この交流インピーダンス法による分極抵抗の測定においては、きわめて低い周波数から高い周波数までの広い周波数範囲で交流インピーダンスを得ることが必要であるので、とくに低い周波数領域での交流インピーダンスの測定に長時間を要し、広く実用に供されるには至っていないのが現状である。この発明は、このような背景に基づいてなされたもので、交流インピーダンスの測定精度を落とさず、余寿命推定の可能な分極抵抗を迅速に得ることにより、コンクリート中の鉄筋等の腐食診断を迅速かつ高品質なものとすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複素平面上に描かれた、鉄筋等を含むコンクリートの交流インピーダンス軌跡から算出した分極抵抗を用いて、鉄筋等の腐食の様子を診断するコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法において、あらかじめ測定した１つ以上の交流インピーダンス軌跡に基づいて、交流インピーダンス軌跡の虚数部にピーク点が現れる低周波数範囲と、ピーク点より高い周波数側で極小点が現れる高周波数範囲とをあらかじめ設定し、低周波数範囲から第１周波数をあらかじめ選択し、高周波数範囲から第２周波数をあらかじめ選択し、交流インピーダンス軌跡のピーク点と極小点とを通る仮想円の実数部の直径と、分極抵抗との対応関係をあらかじめ用意し、コンクリートに加えた第１周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第１交流インピーダンスを算出すると共に、コンクリートに加えた第２周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第２交流インピーダンスを算出し、これらの第１交流インピーダンスと第２交流インピーダンスとから、仮想円の実数部の直径を算出し、この直径に対応する分極抵抗を、あらかじめ用意した対応関係を用いて調べることを特徴とするコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法である。また、請求項２の発明は、複素平面上に描かれた、鉄筋等を含むコンクリートの交流インピーダンス軌跡から算出した分極抵抗を用いて、鉄筋等の腐食の様子を診断するコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法において、あらかじめ測定した１つ以上の交流インピーダンス軌跡に基づいて、交流インピーダンス軌跡の虚数部にピーク点が現れる低周波数範囲をあらかじめ設定し、低周波数範囲から第１周波数をあらかじめ選択し、交流インピーダンス軌跡の虚数部に現れるピーク点と、分極祇抗との対応関係をあらかじめ用意し、コンクリートに加えた第１周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第１交流インピーダンスを算出し、この第１交流インピーダンスの虚数部のピーク点を算出し、このピーク点に対応する分極抵抗を、あらかじめ用意した対応関係を用いて調べることを特徴とするコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法である。
【０００８】
【作用】請求項１記載の発明によれば、コンクリート中の鉄筋等についてコールコールプロットで表示した交流インピーダンス軌跡において、交流インピーダンスの虚数部がピーク値をとるピーク点の周波数の範囲は概ね１００ｍＨＺ〜５ｍＨＺであり、また、この周波数より高い周波数で交流インピーダンスが極小値となる周波数の範囲は概ね１００〜１ＨＺである。
【０００９】したがって、交流インピーダンスを測定すべき２点は、比較的高周波の部分であるのでそれぞれ短時間に測定することができ、また、測定点数が少ないので、測定が迅速に行なわれる。そして、このように迅速に得られた交流インピーダンスを用いて仮想円の直径を容易に算出することができる。
【００１０】この仮想円の直径と、コンクリート中の鉄筋等についての交流インピーダンスのコールコールプロットにおいて，前記ピーク点の両側の極小点間隔とは良好な対応関係にあるから、これらの極小点の間隔を正確に得ることができ、これを用いることによって正確な分極抵抗を算出することができる。したがって、この方法によれば、測定すべき交流インピーダンスの測定作業を短時間に行えるうえ、測定点数も少ないので、測定を迅速にすることができるとともに、良好な対応関係があるので、精度のよい分極抵抗を得ることができる。よって、余寿命の推定等の腐食診断が迅速かつ高品質となる。
【００１１】請求項２記載の発明によれば、コンクリート中の鉄筋等についてコールコールプロットで表示した交流インピーダンス軌跡において、交流インピーダンスの虚数部がピーク値をとるピーク点の周波数の範囲は概ね１００ｍＨＺ〜５ｍＨＺである。そして、ピーク点の周波数で得られた交流インピーダンスの、虚数部の値を用いて、分極抵抗を算出することができる。この虚数部の値と、分極抵抗とは良好な対応関係にあるから、測定で得られた交流インピーダンスの、虚数部の値を用いることによって正確な分極抵抗を算出することができる。したがって、この方法によれば、測定すべき交流インピーダンスの測定作業を短時間に行えるうえ、測定点数が１点と少ないので、測定を迅速にすることができるとともに、良好な対応関係があるので、精度のよい分極抵抗を得ることができる。よって、余寿命の推定等の腐食診断が迅速かつ高品質となる。
【００１２】
【実施例】先ず、本願にかかる測定原理を説明する。一般に、腐食反応の生じている電気系は第９図のような抵抗とコンデンサからなる電気的等価回路で表現できる。すなわち、Ｒｓｏｌは対極と試料極との間の溶液抵抗（コンクリート抵抗）であり、Ｃｄｌは金属／溶液の界面に形成される電気二重層容量と呼ばれるコンデンサ容量を示す。また、Ｒｃｔは電荷移動抵抗と呼ばれ、腐食反応に対する抵抗であり，分極抵抗に相当するものである。
【００１３】このような回路に種々の異なる周波数の微小な交流電圧を印加した場合、Ｃｄｌのインピーダンスにより、θだけ位相が進んだ同一周波数の電流が得られる。各周波数毎に測定された、かかる印加交流電圧と応答交流電流との比，即ち、交流インピーダンスは周波数をパラメータとし絶対値と位相差で表現され、位相差を偏角とし複素平面上にコールーコール（ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅ）プロットで一般に表示されている。
【００１４】このようにして得られた，前記第９図の等価回路に対応するコールーコールプロットによる交流インピーダンス軌跡は、第１０図に示すように高周波側の実軸との交点が（Ｒｓｏｌ）に、また低周波側の実軸との交点が（Ｒｃｔ＋Ｒｓｏｌ）になるので、分極抵抗Ｒｃｔは半円形の交流インピーダンス軌跡の直径，すなわち両交点間の間隔となる。
【００１５】したがって、この交流インピーダンス軌跡から分極抵抗を求め、その分極抵抗の逆数が腐食速度に比例するという関係から、腐食速度を推定することができる。ところで、コンクリート中の鉄筋についての実際の交流インピーダンス軌跡は、例えば第７図および第８図に示すようである。
【００１６】すなわち、これらの交流インピーダンス軌跡は本願発明者らの研究によるもので、従来から行なわれていると同様に高周波から低周波の広い範囲にわたって、交流インピーダンスを測定し、プロットすることにより得られたものであって、第７図は腐食を起こしていない鉄筋についてのコールーコールプロットであり、第８図は腐食の進行が認められる場合の例である。
【００１７】第７図に示す，鉄筋に腐食のない場合、交流インピーダンスの虚数部の値を見ると、１０ＫＨＺ〜１ＨＺの範囲で単調に減少し、１０〜１ＨＺの範囲で極小値をとり、それ以後、低周波側では急激に増大しており、その軌跡は大きな円の一部を示しているようである。
【００１８】すなわち、この第７図の交流インピーダンス軌跡においては、高周波側での実軸との交点（実際には交差せず極小点となっているので、この明細書では極小点という）は１０〜１ＨＺの周波数で現れ、低周波側での実軸との交点は認められない。他方、第８図に示す，鉄筋に腐食のある場合、１０ＫＨＺ〜１ＨＺにかけて単調に減少し、１００〜１ＨＺの範囲で極小値を取り、それ以後の低周波側では単調に増加し５ｍＨＺを境に再び減少している。そして、この場合、交流インピーダンス値は全般的にかなり小さく、その軌跡は虚数軸方向につぶれた半円状を呈している。
【００１９】第８図から明らかなように、コンクリート中の鉄筋の腐食に関して、このようなコールーコールプロットにおける交流インピーダンス軌跡の形状を明確に把握するには、１ｍＨＺ以下の低周波数までの広い周波数範囲に渡って交流インピーダンスを測定することが必要であり、その測定に大幅に時間を要するものであることがわかる。
【００２０】また、腐食を起こしている鉄筋の場合、鉄筋の腐食速度によっても影響されるが、一般に高周波側の極小点（以下、極小点Ａといい，実軸との交点である）は概ね１００〜１ＨＺの周波数で現れ、低周波側の極小点（実軸との交点）は１ｍＨＺ以下の周波数で現われるものと推定され、半円状の交流インピーダンス軌跡のピーク点は１００ｍＨＺ〜５ｍＨＺで現われると推定することができる。
【００２１】そこで、コンクリート中の鉄筋の腐食についてのかかる交流インピーダンス軌跡の特徴を踏まえた上で、本案の第１の方法（以下、２点測定による方法という）では、高周波側極小点Ａが現われると推測される１００〜１ＨＺの周波数の範囲内の１つの周波数と、半円状の交流インピーダンス軌跡のピーク値となる点（以下、ピーク点Ｂという）が現われると推測される１００ｍＨＺ〜５ｍＨＺの周波数の範囲の１つの周波数とについて、それぞれ測定装置を用いて交流インピーダンス値を測定することとする（測定の詳細については後述する）。
【００２２】このようにして得られた高周波側の極小点Ａの交流インピーダンスの絶対値をＺＨ，位相角をθＨ（θＨ ０）とし、ピーク点Ｂの交流インピーダンスの絶対値をＺＬ，位相角をθＬとすれば、複素平面上でのこれらの点Ａ，Ｂの座標は、Ａ（ＺＨ・ｃｏｓθＨ，ＺＨ・ｓｉｎθＨ）
Ｂ（ＺＬ・ｃｏｓθＬ，ＺＬ・ｓｉｎｅＬ）
となる。
【００２３】これをそれぞれＡ（ＲＨ，Ｏ），Ｂ（ＲＬ，ＣＬ）とし、これらの２点を通る円（以下、仮想円という）の直径をＲＣ´とすると、このＲＣ´はこれらのＡ，Ｂの座標から、いわゆる三平方の定理により簡単に算出することができる（第１図）。
【００２４】一方、分極抵抗は先に第１０図で説明したように、理論的には半円形の交流インピーダンス軌跡の直径に該当するから、実際の交流インピーダンス軌跡においては、ピーク点Ｂの両側に位置する高周波側極小点Ａと低周波側極小点Ａ´との間の間隔が分極抵抗ＲＣを表わすものと考えることができる。そして、分極抵抗ＲＣを表わす，高周波側極小点Ａと低周波側極小点Ａ´との間の間隔と、前記ＲＣ´との関係は、本願発明者らの研究によれば第２図のようであり、実験により多数のサンプルから求めると、ＲＣ＝１．９ＲＣ´が良好に成立する。
【００２５】したがって、前記Ａ，Ｂの座標から、分極抵抗値ＲＣが得られ、電気化学的な腐食速度の式Ｉｃｏｒｒ＝ＲＴ／ｍＦＳＲＣ（Ａ／ｃｍ２）
＝１０４ＲＴ／ｍＦＳＲＣ（ｍｍ／ｙ）
により、腐食速度を求めることができる。
である。
【００２６】この２点測定による方法よりさらに簡便で，より迅速にコンクリート中の鉄筋の分極抵抗を求める方法（以下、１点測定による方法という）は、次のようである。すなわち、この場合には、前記交流インピーダンス軌跡のピーク点となると推測される周波数の範囲（１００〜５ｍＨＺ）中の１つの周波数で交流電圧Ｅを印加して、この時の鉄筋とセンサ間の電流応答から測定された印加交流電圧と応答交流電流Ｉとの比（Ｚ＝Ｅ／Ｉ）を絶対値とし、両者間の位相のずれθを偏角として交流インピーダンスを求める（第３図）。
【００２７】この場合、Ｚｓｉｎθ＝ＣＬとなり、ＣＬはその交流インピーダンス軌跡のピーク値の近似値となる。また、かかる交流インピーダンス軌跡の分極抵抗ＲＣと、前記ＣＬとの関係は、本願発明者らの研究によれば第４図のようであり、実験により多数のサンプルから求めると、ＲＣ＝４．０ＣＬが良好に成立する。
【００２８】したがって、このようにして得たＣＬをその交流インピーダンス軌跡のピーク値とみなせば、ピーク値の周波数に対応する１の交流インピーダンスのみを測定することによって、分極抵抗ＲＣを算出することができる。次に、本願方法の実施に用いるコンクリート中の鉄筋の交流インピーダンスの測定装置を説明する。
【００２９】第５図において、１はコンクリート、２は鉄筋である。３は、鉄筋２に結合させた端子、４は内部に固体電解質を有する対極、５は参照電極である。６は、鉄筋２と対極４との間の電位を測定すると共に、種々の異なる周波数の交流電圧をそれらの間に印加するための交流電圧印加装置、７は印加交流電圧と応答交流電流の位相のずれ振幅比を求めるための周波数応答解析装置、８は一連の測定作業を自動的に行なうための制御用のコンピュータである。
【００３０】このような測定装置を用いた交流インピーダンスの測定は次のように行なわれる。すなわち、まず、コンクリート１の表面に対極４を配置するとともに、コンクリート１から露出した鉄筋２に端子３を接続し、コンクリート１の表面と鉄筋２との間での電位を測定する。
【００３１】次に、コンクリート１中の鉄筋２の電位を、この電位に制御しつつ、交流電圧印加装置６から±１０ｍＶ程度の電圧で所要の周波数の交流電圧を印加する。これとともに、鉄筋２と対極４の間の電流応答を周波数応答解析装置７で解析し、交流インピーダンスの測定が行なわれ、これによって得られた交流インピーダンスの測定値はコンピュータ８に伝達され、このコンピュータ８で所要の演算が行なわれて分極抵抗や余寿命の推定が行なわれる。
【００３２】本願発明者らは、前記のような測定原理に基づく腐食速度の測定値が実測値とどの程度一致しているか、また、測定時間がどのようであるかを確認するため、前記測定装置を用いて次のような確認試験を行なった。この確認試験においては、第６図に示すサンプルＳを作成し、３５℃の３％Ｎａｃｌ溶液中で６時間毎の乾湿繰り返し腐食試験を１年間行なった後、前記のようにして交流インピーダンス測定を行なうとともに、コンクリートを破壊して鉄筋の腐食速度を実測した。
【００３３】その結果は、表．１に示すとおりであり、同表中試料１〜６は本願発明の２点測定の場合を示し、試料７〜９は本願発明の１点測定の場合を示す。また、同表中、試料１０〜１３は比較例の場合である。
【表１】
【００３４】試料１〜６に示した本願発明の２点測定の場合、得られた推定値は実測値との比でみると、誤差はほぼ５０％以内となっており、十分な信頼性を有しており、その測定時間も３分以内である。また、試料７〜９に示した本願発明の１点測定の場合、得られた推定値と実測値の比は、前記２点測定の場合とほぼ同様であり、十分な信頼性を有し、測定時間はさらに短縮されていることがわかる。
【００３５】一方、比較例の試料１０〜１２の場合、本願発明の周波数範囲から外れているので、測定時間は短いが測定誤差がきわめて大きく信頼性に欠けるものとなっている。また、比較例としての試料１３は、従来と同様に全周波数にわたって測定を行なったものであり、測定値の信頼性は本願発明の場合と同様であるが、測定に長時間を要するものであることがわかる。
【００３６】以上の比較から明らかなように、本願発明にかかる方法により得られる腐食速度の推定値は、十分な信頼性を有するものであるうえ、その測定時間が短く、鉄筋コンクリート構造物等の余寿命予測等の実用的用途に十分耐えるものである。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、測定すべき交流インピーダンスの測定作業を短時間に行えるうえ、測定点数も２点と少ないので、測定を迅速にすることができるともに、良好な対応関係があるので、精度のよい分極抵抗を得ることができる。
【００３８】したがって、余寿命の推定等の腐食診断が迅速かつ高品質となる。また、請求項２記載の発明によれば、測定すべき交流インピーダンスの測定作業を短時間に行えるうえ、測定点数も１点と少ないので、測定を迅速にすることができるとともに、良好な対応関係があるので、精度のよい分極抵抗を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本願発明による分極抵抗値の測定原理の説明図である。
【図２】図２はＲＣとＲＣ´との関係を示すグラフである。
【図３】図３は本願発明による分極抵抗値の簡便な測定法の原理説明図である。
【図４】図４はＲＣとＣＬとの関係を示すグラフである。
【図５】図５は本願方法の実施に用いる測定装置の全体概略説明図である。
【図６】図６は本願方法の効果を確認するための実験に用いたサンプル説明図である。
【図７】図７はコールコールプロットによる交流インピーダンス軌跡であってコンクリート中で腐食のない鉄筋についての具体例である。
【図８】図８はコールコールプロットによる交流インピーダンス軌跡であってコンクリート中で腐食の生じた鉄筋についての具体例である。
【図９】図９は腐食反応を生じている電極系の電気等価回路である。
【図１０】図１０はコールコールプロットの説明図である。
【符号の説明】
Ａ 高周波側極小点
Ａ´ 低周波側極小点
Ｂ ピーク点
ＲＣ 分極抵抗
ＲＣ´ 仮想円の直径
１ コンクリート
２ 鉄筋
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複素平面上に描かれた、鉄筋等を含むコンクリートの交流インピーダンス軌跡から算出した分極抵抗を用いて、鉄筋等の腐食の様子を診断するコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法において、あらかじめ測定した１つ以上の交流インピーダンス軌跡に基づいて、交流インピーダンス軌跡の虚数部にピーク点が現れる低周波数範囲と、ピーク点より高い周波数側で極小点が現れる高周波数範囲とをあらかじめ設定し、低周波数範囲から第１周波数をあらかじめ選択し、高周波数範囲から第２周波数をあらかじめ選択し、交流インピーダンス軌跡のピーク点と極小点とを通る仮想円の実数部の直径と、分極抵抗との対応関係をあらかじめ用意し、コンクリートに加えた第１周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第１交流インピーダンスを算出すると共に、コンクリートに加えた第２周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第２交流インピーダンスを算出し、これらの第１交流インピーダンスと第２交流インピーダンスとから、仮想円の実数部の直径を算出し、この直径に対応する分極抵抗を、あらかじめ用意した対応関係を用いて調べることを特徴とするコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法。
【請求項２】 複素平面上に描かれた、鉄筋等を含むコンクリートの交流インピーダンス軌跡から算出した分極抵抗を用いて、鉄筋等の腐食の様子を診断するコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法において、あらかじめ測定した１つ以上の交流インピーダンス軌跡に基づいて、交流インピーダンス軌跡の虚数部にピーク点が現れる低周波数範囲をあらかじめ設定し、低周波数範囲から第１周波数をあらかじめ選択し、交流インピーダンス軌跡の虚数部に現れるピーク点と、分極抵抗との対応関係をあらかじめ用意し、コンクリートに加えた第１周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第１交流インピーダンスを算出し、この第１交流インピーダンスの虚数部のピーク点を算出し、このピーク点に対応する分極抵抗を、あらかじめ用意した対応関係を用いて調べることを特徴とするコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法。
【請求項１】 複素平面上に描かれた、鉄筋等を含むコンクリートの交流インピーダンス軌跡から算出した分極抵抗を用いて、鉄筋等の腐食の様子を診断するコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法において、あらかじめ測定した１つ以上の交流インピーダンス軌跡に基づいて、交流インピーダンス軌跡の虚数部にピーク点が現れる低周波数範囲と、ピーク点より高い周波数側で極小点が現れる高周波数範囲とをあらかじめ設定し、低周波数範囲から第１周波数をあらかじめ選択し、高周波数範囲から第２周波数をあらかじめ選択し、交流インピーダンス軌跡のピーク点と極小点とを通る仮想円の実数部の直径と、分極抵抗との対応関係をあらかじめ用意し、コンクリートに加えた第１周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第１交流インピーダンスを算出すると共に、コンクリートに加えた第２周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第２交流インピーダンスを算出し、これらの第１交流インピーダンスと第２交流インピーダンスとから、仮想円の実数部の直径を算出し、この直径に対応する分極抵抗を、あらかじめ用意した対応関係を用いて調べることを特徴とするコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法。
【請求項２】 複素平面上に描かれた、鉄筋等を含むコンクリートの交流インピーダンス軌跡から算出した分極抵抗を用いて、鉄筋等の腐食の様子を診断するコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法において、あらかじめ測定した１つ以上の交流インピーダンス軌跡に基づいて、交流インピーダンス軌跡の虚数部にピーク点が現れる低周波数範囲をあらかじめ設定し、低周波数範囲から第１周波数をあらかじめ選択し、交流インピーダンス軌跡の虚数部に現れるピーク点と、分極抵抗との対応関係をあらかじめ用意し、コンクリートに加えた第１周波数の交流電圧と、この電圧に対応する交流電流とから第１交流インピーダンスを算出し、この第１交流インピーダンスの虚数部のピーク点を算出し、このピーク点に対応する分極抵抗を、あらかじめ用意した対応関係を用いて調べることを特徴とするコンクリート中の鉄筋等の腐食診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図８】
【特許番号】第２６８５３５８号
【登録日】平成９年（１９９７）８月１５日
【発行日】平成９年（１９９７）１２月３日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平２−４０２４８４
【出願日】平成２年（１９９０）１２月１４日
【公開番号】特開平５−３４０９０７
【公開日】平成５年（１９９３）１２月２４日
【出願人】（０００１４４９９１）株式会社四国総合研究所 (116)
【出願人】（０００１８０３６８）四国電力株式会社 (95)
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【参考文献】
【文献】特開 昭６３−１４９５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−２５９４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平２−８７３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６１−１１１４０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６０−２００１５３（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成９年（１９９７）８月１５日
【発行日】平成９年（１９９７）１２月３日
【国際特許分類】
【出願日】平成２年（１９９０）１２月１４日
【公開番号】特開平５−３４０９０７
【公開日】平成５年（１９９３）１２月２４日
【出願人】（０００１４４９９１）株式会社四国総合研究所 (116)
【出願人】（０００１８０３６８）四国電力株式会社 (95)
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【参考文献】
【文献】特開 昭６３−１４９５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−２５９４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平２−８７３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６１−１１１４０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６０−２００１５３（ＪＰ，Ａ）
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