特許 7593489 腐食推定装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】腐食推定装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20241126BHJP

【ＦＩ】

G01N17/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023522152

(86)(22)【出願日】2021-05-21

(86)【国際出願番号】 JP2021019333

(87)【国際公開番号】W WO2022244225

(87)【国際公開日】2022-11-24

【審査請求日】2023-11-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153006

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 勇三

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100121669

【弁理士】

【氏名又は名称】本山 泰

(72)【発明者】

【氏名】峯田 真悟

(72)【発明者】

【氏名】大木 翔太

(72)【発明者】

【氏名】水沼 守

(72)【発明者】

【氏名】岡 宗一

【審査官】福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２０３７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２９４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１３８２２４５（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】HIRATA Ryo et al.，Influence of Soil Particle Size, Covering Thickness, and pH on Soil Corrosion of Carbon Steel，ISIJ International，日本，2020年07月02日，Vol.60, No.11，pp.2533-2540

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象となる土地の土壌の粒子径に基づいて前記土地の地中深さと土中の酸素濃度との関係を推定する第１ステップと、
前記土地の地表付近における対象となる金属の腐食速度または腐食量と、前記第１ステップで推定した関係とに基づいて、酸素濃度と前記腐食速度または前記腐食量との関係から、前記土地における地中深さと前記腐食速度または前記腐食量との関係を推定する第２ステップと
を備える腐食推定方法。

【請求項2】

請求項１記載の腐食推定方法において、
前記第２ステップで推定した関係から、前記土地における目的の地中に埋設されている前記金属から構成された構造体の腐食状態を推定する第３ステップをさらに備えることを特徴とする腐食推定方法。

【請求項3】

対象となる土地の土壌の粒子径に基づいて前記土地の地中深さと土中の酸素濃度との関係を推定する第１推定機能部と、
前記土地の地表付近における対象となる金属の腐食速度または腐食量と、前記第１推定機能部が推定した関係とに基づいて、酸素濃度と前記腐食速度または前記腐食量との関係から、前記土地における地中深さと前記腐食速度または前記腐食量との関係を推定する第２推定機能部と
を備える腐食推定装置。

【請求項4】

請求項３記載の腐食推定装置において、
前記第２推定機能部が推定した関係から、前記土地における目的の地中に埋設されている前記金属から構成された構造体の腐食状態を推定する第３推定機能部をさらに備えることを特徴とする腐食推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土中に埋設されている構造体の腐食を推定する腐食推定装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

我々の生活を支えるインフラ設備は種類も多く、数も膨大である。また、インフラ設備は、市街地だけでなく、山岳地や海岸付近、温泉地や寒冷地、さらに海中や地中に至るまで多様な環境に晒されており、劣化の形態や進行速度も様々である。こうした特徴を持つインフラ設備の保全には、目視等の点検による劣化の現状把握が必要である。

【0003】

インフラ設備として、例えば、鋼管柱、支持アンカ、鋼配管などに代表される金属製の地中設備は、土壌に接するために腐食し、外部環境に応じて異なる速さで劣化が進行する（非特許文献１，非特許文献２，非特許文献３) 。しかしながら、地際付近の劣化状態であれば、目視や直接計測する点検が可能であるが、土壌に隠れた部分の劣化状態は目視点検で確認することができない。このため地中設備は、劣化状態に応じた効率的なメンテナンスを行うことが困難となっている。

【0004】

地中設備の劣化状態を把握する方法として次のことが考えられる。例えば、対象設備を敷設する前にセンサなどを取り付けることで劣化状態をモニタリングする方法が考えられる。また、対象とする深さまでセンサや金属などを埋設し、劣化状態に関わる情報を取得する方法などが考えられる。

【0005】

しかしながら、前者の方法は、対象設備の数が多い場合に特にコスト高を招く要因になるうえ、埋設後のセンサの故障や更新作業が困難である。また後者の方法は、対象の埋設位置が深いときには、掘削等で地中深くに埋設する必要があるため、コストや技術面で困難を伴う場合が多い。このように、従来方法では地中設備の劣化状態を簡便かつ安価に把握実施することが難しい。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【文献】門井 守夫 他、「金属材料の土壌腐食についての研究（第１報）－土壌に関する基礎的実験－」、防蝕技術、第１６巻、第６号、２３８－２４６頁、１９６７年。

【文献】宮田 義一、朝倉 祝治、「電気化学的手法を中心とした土壌腐食計測(その2)－複数の情報の組み合わせによる腐食速度の推定と今後の計測に対する提案－」、材料と環境、第４６巻、第１０号、６１０－６１９頁、１９９７年。

【文献】角田 知巳、秋庭 徹郎、「土壌の腐食性を評価するための視点」、防蝕技術、第３６巻、第３号、１６８－１７７頁、１９８７年。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

前述したように、従来、金属製の地中設備の劣化状態を簡便かつ安価に点検することが難しいという課題があった。

【0008】

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、金属製の地中設備の劣化状態を簡便かつ安価に点検できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る腐食推定方法は、対象となる土地の土壌の粒子径に基づいて土地の地中深さと土中の酸素濃度との関係を推定する第１ステップと、土地の地表付近における対象となる金属の腐食速度または腐食量と、第１ステップで推定した関係とに基づいて、酸素濃度と腐食速度または腐食量との関係から、土地における地中深さと腐食速度または腐食量との関係を推定する第２ステップとを備える。

【0010】

また、本発明に係る腐食推定装置は、対象となる土地の土壌の粒子径に基づいて土地の地中深さと土中の酸素濃度との関係を推定する第１推定機能部と、土地の地表付近における対象となる金属の腐食速度または腐食量と、第１推定機能部が推定した関係とに基づいて、酸素濃度と腐食速度または腐食量との関係から、土地における地中深さと腐食速度または腐食量との関係を推定する第２推定機能部とを備える。

【発明の効果】

【0011】

以上説明したことにより、本発明によれば、土地における地中深さと腐食速度または腐食量との関係を推定するので、金属製の地中設備の劣化状態を簡便かつ安価に点検できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る腐食推定装置の構成を示す構成図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る腐食推定方法を説明するフローチャートである。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る腐食推定装置のハードウエア構成を示す構成図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態に係る腐食推定装置１００を用いた推定のイメージを示す説明図である。

【図5】図５は、土壌の粒子径の分布を示す分布図である。

【図6】図６は、地中深さと土中の酸素濃度との関係を示す特性図である。

【図7】図７は、酸素濃度と腐食速度もしくは腐食量の関係を示す特性図である。

【図8】図８は、地中深さと腐食速度もしくは腐食量の関係を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態に係る腐食推定装置について図１を参照して説明する。この腐食推定装置は、第１推定機能部１０１、第２推定機能部１０２、記憶部１０４、表示部１０５を備える。

【0014】

第１推定機能部１０１は、対象となる土地の土壌の粒子径に基づいて土地の地中深さと土中の酸素濃度との関係を推定する。第２推定機能部１０２は、土地の地表付近における対象となる金属の腐食速度または腐食量と、第１推定機能部１０１が推定した関係とに基づいて、酸素濃度と腐食速度または腐食量との関係から、土地における地中深さと腐食速度または腐食量との関係を推定する。

【0015】

例えば、対象となる土地の地表付近における対象となる金属の腐食速度または腐食量、および土地の土壌の粒子径は、予め取得して、記憶部１０４に記憶しておくことができる。また、酸素濃度と腐食速度または腐食量との関係も、記憶部１０４に記憶しておくことができる。

【0016】

また、実施の形態に係る腐食推定装置は、第２推定機能部１０２が推定した関係から、土地における目的の地中に埋設されている金属から構成された構造体の腐食状態を推定する第３推定機能部１０３を備える。推定した腐食状態は、例えば、表示部１０５に表示される。

【0017】

次に、本発明の実施の形態に係る腐食推定方法について、図２を参照して説明する。

【0018】

まず、第１ステップＳ１０１で、第１推定機能部１０１が、対象となる土地の土壌の粒子径に基づいて土地の地中深さと土中の酸素濃度との関係を推定する。

【0019】

次に、第２ステップＳ１０２で、第２推定機能部１０２が、土地の地表付近における対象となる金属の腐食速度または腐食量と、第１ステップＳ１０１で推定した関係とに基づいて、酸素濃度と腐食速度または腐食量との関係から、土地における地中深さと腐食速度または腐食量との関係を推定する。

【0020】

次に、第３ステップＳ１０３で、第２ステップＳ１０２で推定した関係から、土地における目的の地中に埋設されている金属から構成された構造体の腐食状態を推定する。

【0021】

なお、上述した実施の形態に係る腐食推定装置は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）３０１と主記憶装置３０２と外部記憶装置３０３とネットワーク接続装置３０４となどを備えたコンピュータ機器とし、主記憶装置３０２に展開されたプログラムによりＣＰＵ３０１が動作する（プログラムを実行する）ことで、上述した各機能（腐食推定方法）が実現されるようにすることもできる。上記プログラムは、上述した実施の形態で示した腐食推定方法をコンピュータが実行するためのプログラムである。ネットワーク接続装置３０４は、ネットワーク３０５に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。

【0022】

ここで、前述した腐食速度または腐食量は、図４に示すように、推定の対象となる金属から構成された構造体である設備４０１もしくはこの設備近くの地表４０２付近に設置する、センサや金属などから構成した測定部４０３により得ることができる。例えば、測定部４０３を用いて、設備４０１の地際部分の腐食量を実測することで取得することができる。また、腐食速度は、実測した地際の腐食量を設備の経過年数で除して求めることで取得することができる。対象設備近くの地際付近に設置するセンサや金属から腐食速度を取得することもできる。

【0023】

測定部４０３は、設備４０１もしくは設備４０１近くの地表４０２付近に設置するセンサや金属から構成することができる。例えば、設備４０１そのものの地際（地表４０２）付近の腐食量を計測する場合はこれが測定部４０３となる。また、設備４０１の地際付近に、測定部４０３としてセンサや金属等を設置することができる。また、対象地の地表４０２の付近に設備４０１から離して測定部４０３を設置することもできる。ただしこの場合は、設備４０１の設置環境になるべく近い環境に、測定部４０３を設置することが好ましく、設備４０１になるべく近くに測定部４０３を設置するほうが精度は高まる。

【0024】

測定部４０３は、腐食速度もしくは腐食量に関係する情報を取得できるものであり、一般的には設備を構成する推定対象の金属と同種の材料で構成されるものを用いることが好ましい。簡単には、同種の金属を地表付近に埋設し、一定期間経過後を重量変化もしくは減肉量を計測することでの腐食量を測定することができる。また、例えば同種の金属を備える交流インピーダンス用の電極をセンサとした測定部４０３を用いることができる。

【0025】

簡単には、設備４０１の構成金属と同じ金属を地表付近に埋設し、一定期間経過後に、埋設した金属の腐食量を測定部４０３で測定することで、腐食量や腐食速度を取得することができる。また、例えば電気化学測定用の電極をセンサとして地表に埋めることで、腐食量や腐食速度を取得することができる。電気化学測定としては、交流インピーダンス法が好ましい。設備の構成金属と同じ金属を電極に使用し、交流に対する応答を測定することで、腐食速度に関する情報を得ることができる。また、腐食による減肉量をノギスなどの計測器で測ることで、腐食速度や腐食量を取得することができる。

【0026】

また、腐食推定装置１００は、前述したようにコンピュータ機器とすることができ、例えば、一般的なパーソナルコンピュータやタブレット等の電子デバイスで実現することができる。例えば、測定部４０３に、測定した情報を送信する送信機能４０４をもたせ、通信ネットワーク４０５を介して、腐食推定装置１００と通信可能とする構成とすることができる。また、複数の測定部４０３に対して、一つの腐食推定装置１００で対応させることも可能である。表示部１０５は、パーソナルコンピュータのモニタや無線デバイス等で実現できる。

【0027】

土壌の粒子径は、対象となる土地で採取した土壌について、公知の粒子径測定装置を用いて測定することで取得できる。土壌の粒子径は、図５のような分布として取得することができる。また、土壌の粒子径は、簡単には平均粒子径を用いることもできる。

【0028】

地中深さと土中の酸素濃度との関係の一例について、図６に示す。地表付近の大気から土中へ酸素拡散するという考えのもと、土中の酸素濃度が地中深さに対してどのように変化するのかを推定することで上述した関係が得られる。例えば、地表の酸素濃度を大気中の酸素濃度と同じ値とし、また十分に深い位置の酸素濃度がゼロであるとして、深さに対して濃度が直線的に変化するモデルで推定することで、上述した関係を得ることができる。直線の傾きは、土壌粒子径と関係する。例えば、予め土壌粒子径と深さに対する濃度変化の傾きの関係を実験等で求めておくことができる。

【0029】

また、次のような考え方により、地中深さと土中の酸素濃度との関係を定める（取得する）ことができる。土中における酸素は、土中の空隙を拡散する。従って、拡散のし易さは、土中のある平面内における空隙の割合および空隙を通ることによる拡散距離の疑似的な延伸度合いに関係すると考えられる。このことにより、例えば、土壌粒子径から、粒子が最密充填で配置していると仮定して、土中の平面内における空隙の割合や拡散距離の延伸度合いを算出する。算出した度合いから、大気中の拡散を基準にして、地中深さに対する酸素濃度の傾きの関係を算出することができる。このようにして、土壌粒子径と地中深さに対する酸素濃度との関係を予めモデル化しておけば、得られている粒子径から、対象地の地中深さに対する酸素濃度の状態を算出（取得）することができる。

【0030】

次に、酸素濃度と腐食速度もしくは腐食量の関係について、図７を参照して説明する。図７は、酸素濃度と腐食速度もしくは腐食量の関係の一例を示している。この関係は、予め実験などにより求めておくことができる。黒土や赤土のような一般的な土壌であれば、土中酸素濃度に対して、１０～１８％程度に極大をもつ曲線関係にあることが分かっている。土壌の種類や温度などの影響も考慮して、前述の関係を求めておくとより推定精度が高くなる。

【0031】

次に、地中深さと腐食速度もしくは腐食量の関係について、図８を参照して説明する。図８は、地中深さと腐食速度もしくは腐食量の関係の一例を示している。図８の中に示す「ｄ」は、土地の地表付近における対象となる金属（構造体）の腐食速度または腐食量である。このｄの値と、地中深さと土中酸素濃度との関係、および酸素濃度と腐食速度もしくは腐食量との関係から、地中深さと腐食速度もしくは腐食量との関係を求めることができる。従って、地表付近の腐食速度もしくは腐食量を取得するだけで、地中深さに対する腐食速度もしくは腐食量が分かるため、地表面から深い部分の腐食状態を推定することが可能となる。

【0032】

以上に説明したように、本発明によれば、土地の地中深さと土中の酸素濃度との関係と、土地の地表付近における対象となる金属の腐食速度または腐食量とに基づいて、酸素濃度と腐食速度または腐食量との関係から、土地における地中深さと腐食速度または腐食量との関係を推定するので、金属製の地中設備の劣化状態を簡便かつ安価に点検できるようになる。

【0033】

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

【符号の説明】

【0034】

１０１…第１推定機能部、１０２…第２推定機能部、１０３…第３推定機能部、１０４…記憶部、１０５…表示部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】