2018/10/10 第 15 回新都市社会技術セミナー 海岸近接部において耐候性鋼材 ( 無塗装仕様 ) を使用する橋梁の環境計測技術に関する研究 神戸大学大学院工学研究科市民工学専攻橋本国太郎

海岸近接部において耐候性鋼材

（無塗装仕様）を使用する橋梁の環

境計測技術に関する研究

2018/10/10

第

15回新都市社会技術セミナー

神戸大学大学院

工学研究科市民工学専攻 橋本国太郎

研究体制

• 神戸大学：橋本国太郎（

PL）

• 富山大学：鈴木康夫

• ㈱横河ブリッジホールディングス

荒川淳平，中辻亘，鈴木克弥，前田諭志

• ㈱セイコーウェーブ：新村稔，志田寛

研究統括（プロジェクトリーダー） 神戸大学：橋本国太郎 WG1：腐食環境計測チーム ・富山大学：鈴木康夫 ・横河ブリッジホールディングス WG2：モニタリング技術開発チーム ・神戸大学：橋本国太郎 ・横河ブリッジホールディングス ・セイコーウェーブ

研究目的

• 耐候性鋼橋梁の

濡れ時間および付着塩

分計測

による簡易な腐食環境計測技術の

開発（

WG1）

• 画像処理技術

および

犠牲腐食（鋼）材

を用

いた定期点検を補完するモニタリング技術

の開発（

WG2）

研究概要

1. ドライガーゼ法に代わる付着塩分計測および濡れ時

間予測による腐食環境計測技術の開発

具体的には

…

• 付着塩分量計測

• 濡れ時間計測

既設橋梁内の腐食減耗

予測法の開発

（1）塩分量調査の概要 i)直接桁を測る場合 ①測定前→塩分を洗い流す ②定期的に塩分を測定→測 定後洗い流す ii)間接的に測る場合 ワッペン試験のような試験 体を設置し，定期的に分析 （_{2）濡れ調査の概要：} i)温湿度測定による方法 計測結果を基に_Kuceraの 予測式を用いる →湿度センサーを用いて 直接濡れ時間を計測できな いか？ ii) ACMセンサーによる方法

研究の概要

2. 定期点検の点検間および点検精度を補完する簡易

で安価なモニタリング技術の開発

①画像処理とさび厚測定による方法

【目的】 耐候性鋼のさび外観を評価する 画像処理システムの構築 【検討】 •外観評価の判定基準となるさびサンプル （さび画像，さび厚，凹凸データ）の収集 •ワッペン試験による腐食環境調査 【成果】 定量的かつ客観的なさび外観評 価手法の確立 さび外観評点の事例

提案手法と従来手法

提案手法

・凹凸データ

・さび厚

従来手法

目視

・さび平均深さ

・凹凸の標準偏差

・粗さ

・さび厚

熟練技術者の判定

外観評点1～5

比較・検証

調査

分析

評価

外観評点1～5

研究の概要

②犠牲腐食材による簡易腐食モニタリング

異常腐食時（腐食量が大きいとき）のみ作動する原理を

用いる

原理のイメージ 変位計やひずみ ゲージに置き換 えられないか？ 簡単なデータロ ガー？ 鋼材 おもり スイッチ ランプ

1 ドライガーゼ法に代わる付着塩分計

測および濡れ時間予測による腐食環境

計測技術の開発

室内実験概要

• 恒温恒湿槽内に温湿度ロ

ガー，濡れセンサ，ＡＣＭセ

ンサなどを設置

• 試験パラメータとして温度，

湿度，風の有無（小型扇風

機を設置）など

• 温湿度ロガーから濡れ時間

を予測できるようにする

• 温度や風の影響も考慮

恒温恒湿槽 葉面濡れセンサ →昨年度用いたが閾 値を決めるのが難し かった ＡＣＭセンサ 温湿度ロガー 櫛型濡れセンサ を新たに設置

昨年度実施した複合サイクル試験機で

は試験機内で風が循環するためその影

響が入ったことや葉面濡れセンサの測定

精度があまりよくなかった．

試験結果の一例

恒温恒湿槽内でのセンサの

設置状況

センサは鉛直方向と水平方向に

それぞれ設置

0.25 0.3 0.35 0.4 0 200 400 600 800 1000 1200 電 圧 （V ） 時間（分） 葉濡れ水平(T20) 葉濡れ鉛直(T20) 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0 200 400 600 800 1000 1200 電 圧 （V ） 時間（分） 櫛型濡れ水平(T20) 櫛型濡れ鉛直(T20) 0 50 100 150 0 200 400 600 800 1000 1200 相 対 湿 度 （％ ） 時間（分） 温度（鉛直）(T20) 湿度（鉛直）(T20) 葉濡れセンサより櫛型センサのほうがより 湿度との相関が良い 櫛型センサのほうが閾値がわかりやすい 葉面濡れセンサ 櫛型濡れセンサ 湿度

y = 0.5942x + 59.286 R² = 0.772 y = 0.6329x - 38.539R² = 0.8637 y = 0.6278x + 240.1 R² = 0.5614 0 200 400 600 800 1000 1200 0 500 1000 1500 2000 濡 れ 時 間 （U SB ） 濡れ時間（各種センサ） 櫛型濡れ ACM-Zn ACM-Fe 線形_{(櫛型濡れ)} 線形_(ACM-Zn) 線形_(ACM-Fe) y = 0.92x - 81.051 R² = 0.7821 y = 1.0076x - 259.04 R² = 0.9252 y = 1.1809x + 90.081 R² = 0.8395 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 500 1000 1500 2000 濡 れ 時 間 （U SB ） 濡れ時間（各種センサ） 櫛型濡れ ACM-Zn ACM-Fe 線形(櫛型濡れ) 線形(ACM-Zn) 線形(ACM-Fe) USB温湿度ロガーの湿度 を80％以上のときを濡れ 時間として計算した場合 USB温湿度ロガーの湿度 を70％以上のときを濡れ 時間として計算した場合 →こちらのほうが全体的 に相関が強く傾きも1.0に 近くなっている

稲成川橋 平田高架橋 峠橋 新高瀬川橋 田ノ口高架橋 日置川橋 日置小橋 和深川橋 材木谷橋 近畿自動車道 松原那智勝浦線 曝露試験片設置橋梁 ※日置小橋のみ塗装橋，他は耐候性鋼橋梁

ワッペン試験概要

JIS耐候性鋼（無塗装） 膜厚計 表面塩分計 温湿度ロガー 【各種計測機器】 付着塩分量と濡れ時間から腐食減耗量を 予測できないか？ ※濡れ時間：気温0℃以上かつ相対湿度80%以上の時間 ⇒ ワッペン試験から，腐食減耗量，付着塩 分量，濡れ時間の関係を確認 既設橋に設置 3回回収し分析 （1, 3, 5年など） 腐食環境調査

1年目ワッペン試験結果（一例）

外観評点5 曝露期間1年では，さびの 成長はほとんど見られず 42.8 _39.5 48.7 56.8 74.8 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 ウェブ内側 ウェブ外側 下フランジ 内側上面 下フランジ 外側上面 下フランジ 下面 さ び 厚 (μ m ) 1年曝露後基準値 0.009 0.010 0.011 0.018 0.018 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 ウェブ内側 ウェブ外側 下フランジ 内側上面 下フランジ 外側上面 下フランジ 下面 腐 食 減 耗 量 (m m ) 1年曝露後基準値 稲成川橋 稲成川橋 さび厚と腐食減耗量 ⇒ ほとんどの試験結果が 1年目基準値未満 部位別の腐食環境 ⇒ ウェブに比べ下フランジ の腐食環境が悪い 【さび厚と腐食減耗量】 【外観評点】

1年目ワッペン試験結果（一例）

1年目腐食減耗量の結果を既往 文献の経年予測式に適用 ほとんどの結果が100年後基準 値を下回る（マイルドな環境） 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 0 20 40 60 80 100 腐 食 減 耗 量 予 測 値 (m m ) 期間（年） 上限値 平均値 下限値 100年後基準値 稲成川橋 （下フランジ内側上面） 【腐食減耗量予測】 【腐食減耗量と付着塩分量・濡れ時間の関係】 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 50 100 150 200 250 300 腐 食 減 耗 量 (m m ) 付着塩分量(mg/m2₎ 桁内側 桁外側 桁下側 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 1000 2000 3000 4000 腐 食 減 耗 量 (m m ) 濡れ時間(h) 桁内側 桁外側 桁下側 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 200000 400000 600000 800000 腐 食 減 耗 量 (m m ) 付着塩分量×濡れ時間 (mg・h/m2₎ 桁内側 桁外側 桁下側 桁内側：飛来塩分や水分を含んだ空気 桁内側：が滞留しやすい 桁外側：降雨により付着塩分が洗い流さ 桁外側：れ，空気が滞留しにくい ⇒ 付着塩分量・濡れ時間とも桁内側の ほうが多い 腐食減耗量と付着塩分量・濡れ時 間の関係 ⇒ ばらつきが大きい

2-1 画像処理とさび厚測定を用いた

腐食状態の計測・評価技術の開発（進

捗状況）

3D計測の概要

項目 仕様 製品名称 3DSL-Rhino-02 3次元計測方式の分類 構造化光法 計測対象範囲 80×130mm 対物距離 160～240mm XY方向（平面）分解能 200μm Z方向（奥行き）分解能 30μm以下 データ取得所要時間 0.08秒 （300fps） 3次元座標数 最大300,000 3次元座標計算時間 約1～3秒 寸法 300×158×155mm 重量 2.4kg （ケーブル込） さび評点 基準面からの 凹凸差分布 （ヒストグラム） ① 凹凸分布の出力 ② さび評点の判定 凹凸コンター図 構造化光（パター ン光）を投影 PC接続して操作

3D計測の成果

【提案手法】 3Dスキャン標準偏差 200μmを閾値とする 【従来手法】 外観目視による判断 耐候性鋼材の今後の処置 の要否判定 （外観評点2と3の線引き） 200μm以上 200μm未満 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 3 D ス キ ャ ン 標 準 偏 差 (μ m ) 平均さび厚 (μm) 評点5 評点4 評点3 評点2 評点1 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 3 D ス キ ャ ン 標 準 偏 差 (μ m ) さび厚標準偏差 (μm) 評点5 評点4 評点3 評点2 評点1 表面凹凸 のばらつき

2-2 定期点検の点検間および点検精

度を補完する簡易で安価なモニタリン

グ技術の開発

犠牲腐食材の検討

• ワイヤー＋変位計＋ロガー（一昨年度考案）

• 金属抵抗素子＋ロガー（昨年度考案）

・金属が腐食し断面が減少すると抵抗値が変化（大きくなる）する ・この原理を用いて腐食をモニタリング ・鋼製の抵抗素子とすると_{250μm程度の厚さ} ・様々な金属で抵抗素子は製作できるが，まずは鋼を使用

腐食促進試験の実施

• 昨年度使用した複合サイクル試験機

を使用

•

ISO基準のS6サイクル*の腐食促進試

験を実施

•

5％塩水噴霧（0.5h）→湿潤（1.5h）→熱風

乾燥（

2h）→温風乾燥（2h）

•

_{100，500，1000サイクルで回収}

• 昨年度末から今年度

にかけて試験を実施す

る予定

今後の工程

• ワッペン試験・室内試験の結果を用いて腐食環境計測技術の

具体的な検討

• ワッペン試験の継続

⇒ 曝露試験片の回収時期（残り2回分）を

3年目，5年目

として継続

• 3D計測システムの無線化

⇒ 3Dスキャナと計測用PCを無線接続し，作業性を確認する。

• 近接が困難な箇所の3D計測手法の検討

例）

桁下/橋面上から伸縮アームを取付けた3Dスキャナを上げ/降ろし，

例）

桁表面を3D計測する（マグネット固定？）。

• 犠牲腐食材の腐食促進試験の継続

以上，ご清聴ありがとうございました