JPH0814550B2

JPH0814550B2 - コンクリートの抵抗率測定方法

Info

Publication number: JPH0814550B2
Application number: JP62297781A
Authority: JP
Inventors: 紀保望月; 伸人加納; 允黒川; 丈夫千葉
Original assignee: 株式会社ナカボーテック
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH01141346A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、強化コンクリート（RC）構造物の塩害等に
よる影響を把握するうえで重要なパラメータであるコン
クリートの抵抗率の測定方法に関する。

［従来の技術］コンクリートの抵抗率を知ることは、コンクリート中
の鉄筋の塩害等による腐食の予測・診断などを行なうう
えで極めて有益である。

ところで従来、土壌の抵抗率を測定する方法として
は、例えば「電食・土壌腐食ハンドブック」（電気学
会、コロナ社）に見られるように、土壌杖を用いて局部
的な土壌の抵抗率を測る方法や平均値的な土質の抵抗率
を測定する４電極法が知られている。

土壌杖を用いる方法とは、一方の電極である６角鉄柱
の先端にこれと絶縁された他方の鉄電極を取り付けた土
壌杖を土壌中に突きさして、両電極間の抵抗値を測定
し、突きさした部分の土壌の抵抗率を簡易に測定する方
法である。

また、４電極法には直流電源を用いる場合と交流電流
を用いる場合とがあるが、いずれの場合も４つの電極を
地表面の一直線上に等間隔で配置して両側の２電極間に
電流を流し、中間の２電極間の電位差を測定して抵抗率
を求めるものである。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、土壌杖法は被測定物質に突きさすこと
が必要であるため硬いコンクリートに適用することはで
きない。

また、４電極法は、被測定物質中の既設の埋設物の影
響を交流では特に強く受けるため、鉄筋を含むコンクリ
ート構造物のコンクリート等の測定には適さない。また
直流電源を用いた場合、コンクリートのような表面が乾
燥していることが多いものを測定するには電流を流すの
に高電圧を要するため危険である。例えば乾燥したコン
クリートの場合、最大200V印加可能な定電流装置を用い
ても安定した電流は得られない。このとき、電流を安定
させるため電極の先端が接触するコンクリート表面を湿
潤状態にすると、電極間隔が短い（２〜10cm）ため、今
度は逆に表面の水分によって電極間が短絡してしまい、
コンクリート内部の抵抗率を測定することができないと
いう問題を生ずる。さらにまた、電位検出用の電極は本
来電極電位が同じでなければならないが、実際は銅のよ
うな同一金属棒を用いているだけであるため、両電極間
の自然電位差の分だけ誤差が入るという問題もある。

このようにコンクリートの抵抗率の測定方法は従来得
られていない。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑
み、鉄筋やコンクリート表面の乾湿に影響されず安定し
てコンクリート内部の抵抗率が測定できる簡便な抵抗率
測定方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するため本発明では、コンクリート表
面に取り付けた１以上の電極と、コンクリート中の鉄筋
間に電流を流して該電極および鉄筋間の抵抗値を計測
し、該抵抗値に基づきコンクリートの抵抗率を求めるよ
うにしている。

前記電極および鉄筋間の抵抗値は、例えば、該電極お
よび鉄筋間に高周波の交流電流を定電流で流し、このと
きのコンクリート表面の照合電極と鉄筋間の電位応答に
基づき計測することができる。高周波交流電流の波形に
ついては、サイン波、矩形波、三角波、鋸歯状波など種
々あるが、規則性のある波形であればその形状は問わな
い。

また、前記１以上の電極は例えば鉄筋腐食モニタリン
グ手法において自然電位や分極抵抗を測定する際に用い
られる、電極および照合電極を備えたセンサの電極を利
用することができる。

［作用］この構成において、鉄筋は被測定物質内部にあること
からコンクリート表面の電極と鉄筋間に流れる電流はコ
ンクリート内部を流れるため、コンクリート表面が湿潤
していても従来例のような短絡の問題なく安定した測定
が行なわれる。また、例えば、塩害の影響を受けたRC構
造物のように塩分濃度が表層において大きく内部に入る
に従って減少するような場合は、表面を湿潤状態に保っ
たとき表層の抵抗は急激に減少し内部ほど抵抗率が高く
なる。この場合、等価回路的にはコンクリート表面から
内部に入るに従って増大する抵抗がシリーズにつながっ
ていると考えられ、鉄筋腐食に直接的に係る鉄筋近傍の
抵抗率が大きく反映された抵抗率が測定されることにな
る。一方、前記測定抵抗値から抵抗率を求める関係式の
定式化は、一般には境界条件が複雑なためほとんど行な
われていないが、本発明の方法においては、鉄筋を例え
ば平板状あるいは棒状の電極というように、比較的単純
なパターンにモデル化して考えることにより可能ならし
めている。さらに、前記測定される抵抗値として、電極
と照合電極とを含んで構成されるセンサを用いて自然電
位や分極抵抗を測定する鉄筋腐食モニタリング手段にお
いて測定される鉄筋とセンサ間の抵抗値を用いることが
でき、この場合は他の装置を追加する必要なく抵抗率の
測定が行われる。また、このように照合電極を基準とし
た場合、自然電位による誤差なく測定される。

［実施例］以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

コンクリートの分極抵抗測定の際、コンクリート表面
上に置いたセンサの電極と鉄筋間の１次電流分布はマク
ロ的には、鉄筋間隔ｌとかぶり厚さｈとの関係が l/h≦４のときは電極と平板間における分布、 l/h＞４のときは電極と１本の鉄筋間における分布として考えられる。したがって、この，の場合にお
ける極間抵抗の式を抵抗率ρの関数として求めておけ
ば、極間抵抗R_sの測定値から抵抗率ρを算出することが
できる。

第１図は、上記の場合を示す模式図である。

同図のように、平板とみなされた鉄筋群（以下、平板
という）１上のコンクリート２のかぶり厚さをｈ、コン
クリート２表面上の円盤電極（センサ）３の直径をａ、
コンクリート２の抵抗率をρとし、円盤電極３と平板１
間の抵抗（極間抵抗）R_sが R_s＝Ｃρⁱa^jh^k （１）（C,i,j,k:定数）で表わせるとすれば、この（１）式の各量の基本単位で
ある（Ω）を〔Ｒ〕、（cm）を〔Ｌ〕で表わして次元式
をつくると、R_s＝〔Ｒ〕，ρ＝〔Ｒ〕〔Ｌ〕,a＝
〔Ｌ〕,h＝〔Ｌ〕であるから、（１）式から、〔Ｒ〕＝Ｃ（〔Ｒ〕〔Ｌ〕）^ｉ〔Ｌ〕^ｊ〔Ｌ〕^ｋ（２）となる。この（２）式において各基本単位について両辺
の次元は一致しなければならないので、ｉ＝１（３）ｊ＝−ｋ−１（４）が成り立つ。この（３），（４）式を（１）式に代入し
両辺の対数をとれば、 log（Rs・a/ρ）＝logC＋klog（h/a）（５）となる。したがって、種々のa,hにおいてR_sを求め、log
（h/a）とlog（R_s・a/ρ）との関係をプロットすれば、
その直線の傾きよりｋ、切片よりＣ、（４）式よりｊが
求まり式（１）が完成する。

なお、ここでは照合電極を用いずに、円盤電極３と鉄
筋との間の極間抵抗値を得ているが、実構造物における
測定では、ゲル化された飽和塩化カリウム水溶液中（低
抵抗率環境）に対極と照合電極を配置して構成したセン
サをコンクリート表面に配置し、この対極と鉄筋との間
に高周波の交流電流を定電流で流し、照合電極と鉄筋と
の間の電位応答に基づいて極間抵抗が計測される。この
ようにして計測される抵抗値は、定抵抗率環境において
対極と照合電極とが近接しているため、対極・鉄筋間に
おける極間抵抗とほぼ等しく、計測によるセンサ内にお
ける電圧降下は無視できるほどに小さい。すなわち、こ
こでは、センサの先端（コンクリート接触部）の円形形
状部分を模擬した円盤電極３を用い、これと鉄筋間の極
間抵抗を計測しており、照合電極を無視した計測を行っ
ている。

一方、前記の場合は第２図に示すように、コンクリ
ート２中の鉄筋４の直径をＤとし、かぶり厚さ、円盤電
極３の直径およびコンクリート２の抵抗率を上記と同じ
くh,aおよびρとし、円盤電極３と１本の鉄筋４間の抵
抗R_sが R_s＝Ｃρⁱa^jh^kDⁿ （６）（C,i,j,k,n:定数）で表わせるとすれば、上述同様にして、ｉ＝１（７）ｎ＝−ｊ−ｋ−１（８）が得られ、この（７），（８）式を（６）式に代入し両
辺の対数をとると、 log（R_sD/ρ）＝logC＋jlog（a/D）＋klog（h/D）（９）となる。したがって、a/D＝一定の条件下におけるlog
（h/D）とlog（R_sD/ρ）との関係を示す直線の傾きより
ｋが求まり、h/D＝一定の条件下におけるlog（a/D）
と、log（R_sD/ρ）間の関係を示す直線の傾きよりｊが
求まる。

第３図（ａ），（ｂ）は前記論理に基づき前記の場
合における（１）式の各定数を決めるため極間抵抗を実
験的に測定する様子を示す平面図および正面図である。

同図に示すように460×500mmの軟鋼平板（裏面シー
ル）５上に高さhcm、抵抗率ρ（＝4237Ω・cm（23.5
℃））の水かぶり６を設け、平板５の中央部直上に側面
をシールした直径acmの円盤電極７をセットし、そして
軟鋼平板５と円盤電極７との間に1kHzのサイン波を印加
してこの両極間のインピーダンスＺをインピーダンスメ
ータ８で測定し、その実数部（Re（Ｚ））を極間抵抗R_s
とする。なお、本系の測定においては電流分布は電解液
抵抗率に依存しない一次分布であるため電解液は水道水
を用いた。

ａおよびｈの値をａ＝1,2,3,4,5〔cm〕ｈ＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10〔cm〕としたすべてのa,hの組合せ（50通り）について測定
し、（５）式に基づいてプロットしたところ、第４図に
示すグラフが得られた。同図中の直線ＡおよびＢは全デ
ータをh/a＜１のグループとh/a≧１のグループとに分類
し、それぞれのグループにおいて最小二乗法により１次
回帰した結果を示す。各データはほぼ直線ＡまたはＢ上
に乗っており、h/a＝１を境にして２つのグループに分
けるならば、R_sとρとの関係は（１）式で表わせること
がわかる。

一方、前記の場合については、第５図に示すよう
に、560×800×500mmの水槽９の底面より30cmの高さの
位置に鉄筋として10φ×800mmの丸鋼10をセットし、こ
の丸鋼10の上端部を基準としてhcmの高さで抵抗率が454
5Ω・cm（23.2℃）の水かぶり６を設定して、上記と同
様にして、丸鋼10中央部直上の水面に位置する直径acm
の円盤電極７と丸鋼10との間の極間抵抗R_sを1kHzのサイ
ン波を印加したときのRe（Ｚ）として計測する。

ａ＝1,2,3,3.5,4,4.5,5〔cm〕ｈ＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10〔cm〕としたすべてのa,hおよびＤ（＝10mm）の組合せ（70通
り）について測定し、（９）式に従い、h/D＝一定のも
とでlog（a/D）とlog（R_sD/ρ）との関係をプロットし
たところ第６図に示すグラフが得られた。また、a/D＝
一定のもとでlog（h/D）とlog（R_sD/ρ）との関係をプ
ロットしたところ第７図に示すグラフが得られた。

両図ともそれぞれのパラメータh/D,a/Dを一定の値に
固定した場合において良い直線近似が可能であるが、こ
れらのパラメータの変化にともない傾きj,kが若干変化
する。j,kの取り扱い方法として、第６および７図に示
すようにｊの場合h/Dを、ｋの場合a/Dをそれぞれ３つの
領域に区分けし、各領域の平均値をその領域における値
とした。j,kの値が求まったことによりｎの値はh/Dとa/
Dの２次元領域において（８）式より求められる。得ら
れるべき数をもとにすれば、Ｃ値については第６図およ
び第７図の各直線の切片より各パラメータにおけるＣ値
が求まる。第１表に示すように、求められたＣ値を先の
h/D,a/Dの２次元領域に書き出し、各領域で平均したも
のをその領域のＣ値とした。

以上の結果をもとに各パラメータを整理して求めた極
間抵抗値R_sより抵抗率ρを算出する式を第２表に示す。
この式は一見複雑そうにみえるが、パソコン等を用い、
測定されたR_sおよび各種境界条件をインプットすること
によってρを容易に算出することができる。

第８図は、第２表の式を用いて抵抗率を実験的に測定
する方法を説明するための説明図である。ここでは水層
11中に鉄筋として16φの丸鋼12を格子状に配置し、コン
クリートを模擬した水道水13を、上部鉄筋12aの上端部
を基準としてhcmの水かぶりの状態に設定してある。そ
して、鉄筋直上の水面にセンサの電極を模擬した直径ac
mの円盤電極14をセットし、鉄筋12と円盤電極14間の極
間抵抗を1kHzのサイン波に対するRe（Ｚ）として測定し
た。ただし、このとき、各丸鋼12間の電気的導通を確実
にするために、それぞれの丸鋼からリード線を立ち上げ
てターミナルにて短絡させて測定した。また、前記鉄筋
直上としては、鉄筋交差部、上部鉄筋12aに沿って下部
鉄筋間隔l₁の1/4および1/2の位置、さらに下部鉄筋12b
に沿って上部鉄筋間隔l₂の1/4および1/2の位置の計５カ
所を選定した。従って試験に供された幾何学的条件は、ａ＝1,2,3,4,5〔cm〕ｈ＝2,4,6,8,10〔cm〕 l₁＝l₂＝10,20,30〔cm〕のすべての組合せに、センサ設置位置の５ケ所を加えた
375通りである。

このようにして計測されたR_sを第２表の式によって抵
抗率（ρ_cal）に換算し別途電導度計にて求められた槽
中の水の抵抗率（ρ_obs）と比較した結果を両者の比
（ρ_cal/ρ_obs）として第９図に示す。

同図に示すように、l/h＞４においては境界条件によ
って値に若干のばらつきが認められるが、使用用途がコ
ンクリートの抵抗率の評価という目的から考えるなら
ば、おおむね良好な結果を示したと判断することができ
る。

なお、本発明の方法はコンクリートに限らず土壌、海
水、淡水などの電解質等の抵抗率測定にも用いることが
できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、鉄筋自身を他
方の電極として用いるため、鉄筋の影響なくかつコンク
リート表面の乾湿にも関係なく安定した測定が簡単に行
なえる。また、鉄筋近傍の抵抗率すなわち鉄筋の腐食に
直接係り従来測定容易でなかったコンクリート内部の抵
抗率が反映された抵抗率を測定することができる。さら
に、コンクリート構造物の鉄筋等の分極抵抗法による腐
食モニタリング等に際して他の装置を追加する必要なく
同時に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の抵抗率測定方法においてパターン化
された１つのモデルにおける幾何学的パラメータを示す
模式図、第２図は、本発明の抵抗率測定方法においてパターン化
された他のモデルにおける幾何学的パラメータを示す模
式図、第３図（ａ），（ｂ）は、第１図に示したパラメータを
有する極間抵抗と抵抗率の関係式（極間抵抗式）を求め
るため抵抗率が既知の物質の極間抵抗を測定する実験を
示す平面図および正面図、第４図は、第３図に示した方法で測定した結果を示すと
ともにこれに基づき極間抵抗式の考察を行なうための両
対数グラフ、第５図（ａ），（ｂ）は、第２図に示したパラメータを
有する極間抵抗と抵抗率の関係式（極間抵抗式）を求め
るため抵抗率が既知の物質の極間抵抗を測定する実験を
示す平面図および正面図、第６および７図は、第５図に示した方法で測定した結果
を示すとともにこれに基づき極間抵抗式の考察を行なう
ための両対数グラフ、第８図は、求められた極間抵抗式を用いて抵抗率を実験
的に測定する方法を説明するための説明図、そして第９図は、第８図を用いて説明した方法により抵抗率を
測定した結果を示すグラフである。 1:平板、 2:コンクリート、 3,7,14:円盤電極、 4:1本の鉄筋、 5:軟鋼平板、 6:水かぶり、 8:インピーダンスメータ、 9,11:水槽、 10,12:丸鋼（鉄筋）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンクリート表面に取り付けた１以上の電
極とコンクリート中の鉄筋間に電流を流して該電極およ
び鉄筋間の抵抗値を計測し、該抵抗値に基づきコンクリ
ートの抵抗率を求めることを特徴とするコンクリートの
抵抗率測定方法。
【請求項２】前記抵抗率は、前記コンクリート表面の電
極と鉄筋との距離、該電極の大きさおよび鉄筋間隔また
はこれに加えて鉄筋の太さをパラメータとして含む前記
抵抗値と抵抗率との関係より求める、特許請求の範囲第
１項記載のコンクリートの抵抗率測定方法。
【請求項３】前記１以上の電極は電極および照合電極を
備えたセンサの電極である、特許請求の範囲第２項記載
のコンクリートの抵抗率測定方法。
【請求項４】前記抵抗値は、前記コンクリート表面の電
極および鉄筋間に高周波の交流電流を定電流で流し、こ
のときの前記照合電極と鉄筋間の電位応答に基づき計測
する、特許請求の範囲第３項記載のコンクリートの抵抗
率測定方法。