コンクリート中の鉄筋腐食の検出方法及び技術応用の検討

一、鉄筋腐食メカニズム

鉄筋コンクリートにおける鉄筋の腐食は主に電気化学反応の結果である。コンクリート注入後、セメントの水化反応により強アルカリ環境が発生し、鉄筋はその環境で酸化反応（不動態化反応とも呼ばれる）を発生し、それにより鉄筋の外面に緻密な酸化層、いわゆる不動態化膜が発生する。完全な不動態化膜は鉄筋と外部環境を隔離し、鉄筋のさびを防ぐことができる。

コンクリートが外力によって破壊されたり、化学的な浸食によって不動態化膜が局所的に消失したりすると、保護されていない鉄筋は酸素と水を持つ環境で徐々に腐食していく。主に次のような一般的な要因があります。

1、塩化物

塩化物が鉄筋表面に浸透した後、C 1-の局所酸性化作用により鉄筋表面のPH値が低下し、不動態化膜の破壊を招いた。

2、酸性環境

コンクリートが酸性環境にあると、イオン浸透作用により鉄筋周囲のPH環境が徐々に変化し、PH値が10未満になると、パッシベーション膜が加速破壊され、サビが発生する。

3、炭化

コンクリートの炭化反映は環境ガス中の二酸化炭素がコンクリート内部に拡散し、コンクリートに水分が含まれると酸性環境が発生し、錆が発生する可能性がある。

4、応力

一般的にコンクリート部材は圧力、引張力、せん断力などの力を受けるための作用である。応力作用により鉄筋表面に亀裂が発生すると、不動態化膜の破壊を招き、また鉄筋周囲に新たに不動態化膜が発生する強アルカリ環境がない場合、鉄筋は保護を失い、鉄筋の腐食を加速させる。

二、鉄筋腐食検査技術

長い間、国内外で鉄筋腐食の検出方法を研究してきたが、現在は主に以下のようなものがある：

1、電気化学法

電気化学法は鉄筋腐食の電気化学特性に基づいて、一定の検出方法を通じて電気パラメータを測定し、異なる腐食状況下の対応する規則を総括し、それによって鉄筋の腐食の程度あるいは速度を確定する。現在、この種類の方法は主に自然電位法、交流インピーダンス法、線形分極法、コンクリート表面抵抗率法、定電量法、電気化学ノイズ法などがある。

1.1自然電位法

自然電位法は現在広く応用されている鉄筋腐食検出方法である。鉄筋コンクリートを電極とし、鉄筋電極と参照電極の相当電位を測定することで鉄筋の腐食状況を判断した。

自然電位法の利点は、設備が簡単で、操作が便利であることである。欠点は鉄筋腐食の可能性の程度を定性的に判定することしかできず、鉄筋腐食の割合を定量的に測定することができない、コンクリート表面に絶縁体が被覆されているか、水で浸潤できない場合は、この方法を使用してテストすることはできません。

1.2交流インピーダンス法

交流インピーダンス法はコンクリート部材に小さな交流信号を印加し、入力と出力信号の振幅と位相の関係を測定し、比較することによってコンクリート電極系の性質を判断する。それは電極の様々な電気化学パラメータを決定することができるだけでなく、電気化学反映の制御ステップを決定することができる。交流インピーダンススペクトルの時間的進展によって電極過程の変化規則を研究することもできる。この方法の欠点は、測定時間が長く、計器設備も比較的に高価であり、低レート腐食システムに対して低周波交流信号が必要であり、測定にも一定の困難がある、分析方法は複雑で、測定したインピーダンススペクトルは部材の幾何寸法と関係があり、現場試験には適していない。

1.3線形分極法

線形分極法は過電位が非常に小さい（<10 mV）過電位と分極電流が線形関係にあることを理論的根拠としている。測定領域に小さな電流を印加することにより、この電流による電位変化を測定し、電位変化量と電流の比を分極抵抗と呼び、分極抵抗と錆食電流は反比例する。そこで分極抵抗を測定することで分極電流を求めることができ、ファラデーの法則に基づいて分極電流を鉄筋の損失量に変換することができる。この方法は測定が便利で迅速で、テスト精度が高い。欠点は：現場部材の計算係数は正確に測定しにくい、線形分極測定は既知の測定範囲に基づいて構築され、測定時に入力信号が横方向拡散するため、測定範囲の大きさを正確に定義することは困難である、計器の精度は非常に高い。

1.4コンクリート表面抵抗率法

鉄筋腐食が発生すると、電子の移動が発生し、それによってコンクリート表面に電子分布の差が発生し、コンクリート表面の抵抗率分布状況を測定することによって鉄筋の腐食可能性を判断する。この方法はコンクリート表面の水分含有量と化学成分の影響を受ける。

2、物理法

主に鉄筋の腐食に関する抵抗、電磁、熱伝導、音波伝播などの物理特性の変化を測定することで鉄筋の腐食状況を反映している。一般的な方法としては、抵抗棒法、渦電流検出法、放射線法、音響放射検出法などがある。このような方法の利点は、操作が便利で、環境の影響を受けにくいことです。欠点はコンクリート中の他の損傷要素の干渉を受けやすいことである、また、物理測定指標と鉄筋腐食量との対応関係を確立することは困難である。物理法は現在、主に理論研究段階にあり、現場検査には使用されていない。

三、半電池自然電位法による検出の利点

イオン環境中にある鉄筋は電極と見なすことができ、腐食反応が発生すると鉄筋電極の電位が変化し、電位の大きさは鉄筋腐食状況を直接反映する。*、電池は陰極と陽極で構成され、鉄筋電極は電池の半分の特徴しか持っていないので、半電池と呼ばれています。コンクリート表面に一定電位の基準電極（硫酸銅電極または塩化銀電極）を置き、鉄筋電極と電池体を構成すると、鉄筋電極と基準電極の間の相対電位差を測定することで鉄筋電極の電位分布を得ることができる。電位分布と鉄筋腐食間の統計法則をまとめ、電位測定結果により鉄筋腐食状況を判定することができる。

この方法は操作が簡単で、テスト速度が速く、連続測定と長時間追跡に便利で、各国で応用が広く、現在国内で使用されているテスト方法でもある。

四、半電池自然電位法の応用

GB/T 50344-2004「建築構造検出技術基準」における電気化学測定方法（自然電位法）、北京盛世偉業が開発した鉄筋腐食検出設備「SW-3 D鉄筋腐食検出器」に基づき、分極電極原理を用いて、銅/硫酸銅基準電極を通じてコンクリート表面電位を測定し、通用する自然電位法を用いて鉄筋腐食の程度を判定する。

この製品はグラフィカルなテストインタフェースを持ち、直感的で便利な測定ができる；測定結果を自動的に統計し、ユーザーの判定を支援するなどの特徴がある。技術指標は海外の同類機器と相当：測定範囲±1000 mv、解像度1 mV。

その主な性能特徴は以下の通りである：

1.操作が簡単で、テスト結果は数字または図形で表示される、

2.測定点の読数は迅速かつ安定で、電位の読数の変動は2 mvを超えない、

3.鉄筋腐食の程度を9段階の階調または色で表示する、

4.電位等値線図を描き、等値線差分値は設定可能（50 mv〜100 mv）、

5.強力な専門分析処理ソフトウェアで、自動的に検査報告書の初稿を生成することができる。