JPS62162949A

JPS62162949A - 鋼材の腐食速度検出方法

Info

Publication number: JPS62162949A
Application number: JP61003905A
Authority: JP
Inventors: Sukeki Oka; 扶樹岡; Hiroshi Kihira; 寛紀平; Kazumi Matsuoka; 松岡　和己; Toru Ito; 叡伊藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-01-11
Filing date: 1986-01-11
Publication date: 1987-07-18
Also published as: JPH0464583B2; US4800165A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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って構造体とし
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。

残存寿命全推定する腐食診断の必要性が高まっている。

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Ａ４１３．　Ｐ、　５（１９８２年）に記載
されている、超音波厚み計によっ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
全検出する方法。（３ン例えば、特開昭５５−４７４３
３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全行い
、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（まで小試料に関する腐
食清報であり、設備や構造物そのものの状況全代表でき
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全使用せざる全組ないが、ＪＩＳ
規洛（ＪＩＳ　Ａ３５２５）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、塗装等の一時的防食措置および腐食鋼材全超音波
厚み計によっ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が明らかになっていないため
、使用可能な全周波数域全測定する必要があり能率が悪
かった。

（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
要する所要時間全短縮し、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、測定条件全一定にするこ
とによって、測定精度を向上させる手法全提供するもの
である。

（問題点全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
らかとなった。

すなわち１）初期板厚の公差や、一時的防食措置による
誤差全避けるため、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
全向上させるために、腐食現象の周波数応答特性を検討
し、最適な測定周波数域全設定し、その他の領域の測定
に要する時間全削減する。　３）錆層の酸化還元反応が
電気化学的測定に与える影響全把圃し、測定条件を一定
にする条件全設定する。以上の条件全満念すものとして
本手法全発明した。

本発明は、海水河川水等の腐食環境中の鉄＃４全使用し
定土木建築構造物に、その場、その時の腐食速度全現地
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、１００　Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数に
対する応答が５〜５０ΩｃＴｎ２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って、特定の周波数域（２ｍＨｚ
〜１０　ｍＨｚと１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ　）の２つ
の周波数を用いて測定全行い、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全特徴とするも
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、装置によって限定された範
囲を均一に分極することによって、インピーダンス全測
定する装置であり、例えば、第１図−２に示すごとく、
一端Ｋ　ｉ＄Ｉ１１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４〜３Ｑｍｍ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倍以上の位置りに対極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全測定スる。

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全治具４によって固定し、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によって処理されグ
ラフ化金行う。

電気化学的測定には、交換インピーダンス法など全応用
し、金属材料の腐食速度検出子２によって限定された鋼
管杭表面を、自然浸漬状態から実効値で約１０　ｍＶ電
位全強制的に変動させ、応答する電流と印加電圧の位相
差および電流値全測定しインピーダンス全算出する。

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　ｆ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
　〜２０　ｍＶ程度）とＩｃｏｒｒ＝に／Ｒなる関係か
ら腐食電流Ｉｃｏｒｒに換算し、さらに、４０μＡ／ｃ
ｒｎ２＝　０．４７　ｍｌ　／　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全明確にするため。

２ｍＨｚ〜１０００Ｈｚの連続周波数域で行い、１デイ
カツド（ｄｅｃａｄｅ　）あたり３点測定し之結果の例
全第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っており、周波
数応答特性も若干異なる。第２図中・と○はそれぞれ常
時海水中尾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、１０　Ｈｚ　＝　Ｉ
　Ｏ００Ｈｚの高周波域及び２ｍＨｚ〜１０　ｍＨｚ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ヲ表
わしており、後者はいわゆる腐食反応の抵抗ＲｐとＲｓ
の和？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ｔインピーダ
ンスが増加しているのは、数１ＯＦＦＩ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
てはじめてわかったものである。

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って、インピーダンスが漸増し
ており、２ｍＨ２までの測定では一定値とならない。し
かし、この場合でも、５　ｍＨｚ付近のインピーダンス
でもって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
がわかった。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　　１本発明の特徴とするところは、電気化学的測定によって
、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ｋ　２　ｍＨｚ〜１０　ｍＨｚと
１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの２領域と、後者の測定域の
インピーダンスが５〜５０Ωｃｒｎ２になるように、予
じめ測定面を調整してから測定全行ない、両者の領域の
インピーダンスの差から、腐食速度測定めることである
。

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全詳述する。

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。海水中の鋼材ては、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。

このようなことがらＲｐが得られるのは、実構造物では
１０　ｍＨｚ以下であり、かつまたたとえ得られなくと
も、前記表ＩＫ示したように、腐食速度と良い相関金も
つのが１０　ｍＨｚ以下のインピーダンス値であること
が、多（の実構造物実験かられかった。

しかし、現地で実構造物全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回１碓である。例えば５ｍ
Ｈｚ〜１０００Ｈｚの測定には約３分生必要であるが、
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４り宇
土許容できるのは２ｍＨｚ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との和音あられ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、２　ｍＨｚ　＝　１
０　ｍＨｚが歳適である。

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　ｆ検知する周波数としては、理論上１００
０Ｈｚ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ケ小型化することの回連さゆ
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。

従って、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Ｋ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っては、１０００Ｈ２よ
り低い周波数域て影響を与えることもあるが、１００Ｈ
２付近になると本来のＲｓの数チ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った。以上のことから
、高周波数域のインピーダンスの測定は、ｌ　ＯＯＨｚ
〜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１００　Ｈｚ〜１００
０Ｈｚ’で測定し之場合、５〜５０Ωｃｒｎ２となるよ
う測定面の調整（ケレン等）を行うのは１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、一定条件のもとて測定を実施するためである。

特に、干満の作用全うける領域の錆は、水中部の錆とは
構成が異なっており、鋼材表面への密着度も高く、除去
の程度全一定ド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ってみて、はじめてそれ
ら付着物、錆層が誤差として影ｖ全もっことがわかり交
のである。付着物はよく取除（のが望ましいが、その下
部にある錆層は完全に取除（必要はなく、研磨面のごと
き鋼材表面を露出させると、かえってその場、その時の
生きている腐食速度全測定することができない。

本発明者等の知見によれば、５〜５０Ωｔ７ｎ２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全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
る桟橋の鋼管杭全第１図−１に示すように、水深方向洗
い（つか（（わけて腐食速度全測定した。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１０００　Ｈｚでｉｎ＋１定
した。両者の値の差金Ｒｐとして腐食速度（図中実線）
全算出し、板厚からもとめた平均腐食速度（図中破線）
との関係全水深方向の腐食速度分布図として第３図に示
す。

両者全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って、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＝５０Ωｃｒｎ２以−
ヒの条件で測定し定ものであり、表面調整により、Ｒｓ
”ｊ５５〜５０Ωｃ１ｎ２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ｆ　２　ｍＨｚ〜１０ｍ
Ｈｚと１００Ｈｚ＝１０００Ｈｚに限定し、腐食速度と
の対応関係全明確にし、さらに、特定の２周波数に限り
測定することによって、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った。また、測
定条件を一定とする基準を設定することによって、実構
造物の腐食速度測定の精度を向上させ友。

（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って、海水中の鋼
材の腐食速度全検出するのに要する時間全短縮でき、か
つ、測定条件と一定にすることによって測定精度の向上
ができる。測定能率の向上は、測定箇所数の増加につな
がる之め、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は桟橋全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。 ■・・・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

【特許請求の範囲】

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５〜５０Ωｃｍ＾２
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。