1

飛来塩環境下での大気腐食と腐食環境評価

土木学会西部支部沖縄会 2012/12/18

「橋梁長寿命化技術に関する技術研究交流会」

押川 渡

琉球大学工学部

大気腐食の特徴

海塩 相対湿度

水膜形成

・海塩粒子(Cl‐)

・NOx

・SOx

汚染因子

・気温

・相対湿度

・降雨

気象因子

海塩が付着してできる水膜濃度と厚さ

2

4

6

8

10

12

m [

Cl- ]

(mol

/kg)

m[Mg2+]/m[Na+]=0.11

Sea Salt

25 C(a)

Cl-Dew

Low Cl-

High RH

Low RH

High Cl-

Higher Cl-

海塩付着量Ws(g/m2)

地域、季節により異なる

水膜厚さが薄い

常時、変動している

0

10-3

10-2

10-1

100

101

102

0 20 40 60 80 100

Thi

ckne

ss o

f w

ater

fil

m,d

(

m)

RH (%)

0.01g/m2

0.1g/m2

1g/m2Ws

(b)

2

耐候性鋼と飛来塩分量

適用範囲飛来塩分量≦0.05mdd(mdd:mg/100cm2/day)

海側 山側

外側 内側 内側 外側

ウェブ軒下

軒裏

軒先

屋根

出典：耐候性鋼の橋梁への適用に関する共同研究報告書

部位別腐食環境の相違

フランジ構造シミュレート体

飛来量と付着量の相違

降雨の洗浄作用の有無

3

海塩粒子量の測定方法

130 20 20

ガーゼ 外枠 ガ ゼ

100

130

ガーゼ法

（JIS法）

外枠外枠

ガーゼ

ウェットキャンドル法（ISO法）

ある一定期間の飛来量を測定

土研法4

海塩粒子量の経時変化

月による変動が大きい年による変動が大きい

冬季、台風時期の海塩量が多い

0

0.5

1

1.5

2 4 6 8 10 12

NishiharaShelter

NaC

l (m

dd)

h

1994-2002

飛来塩分量 mg

7/30 8/2 8/12 8/14 9/5

海近くでは多い

Month

0

0.5

1

1.5

NaC

l (m

dd)

Nishihara ChoshiShelter East MiyakoWest

1998-2000

0.330.44

1.061.19

0.420.31

飛来塩分量 mg

7/30-9/5

7/30-8/2

8/12-8/14

8/14-9/5

西原 12.2 58.1 17.5 2.0

Shelter 15.0 19.3 13.1 26.6

屋上 16.5 66.7 7.61

西海岸 11.0 43.5 5.90

東海岸 27.9 104.7 17.7

台風時には10~20倍の海塩量

ガーゼ法では充分に反映されていない5

0 6

0.8

1

1.2

1.4

ShelterNishihara

NaC

l (m

dd)

0

0.2

0.4

0.6N

Month

73 51 9 11 73 51 9 112009 2010

6

2

0

10

20

30

40

50

60

Miyako

頻度

60

Choshi

0

10

20

30

40

50

0 0.5 1 1.5 2

Nishihara

頻度

NaCl (mdd)

0 0.5 1 1.5 2

Shelter

NaCl (mdd) 7

50

70809095

99

99.9

99.99

MiyakoNishiharaShelterChoshi

abil

ity

(%)

0.01 0.1 1 10.01

.1

1

5102030

NaCl (mdd)

Pro

ba

8

0

10

20

Rai

n (m

m)

0 1

0.2

Cl- (

g/m

2 )

Nishihara (a)

1day5day15day30day

海塩付着量（拭き取り法）

洗浄作用

0

0.1

0.2

0.3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Cl- (

g/m

2 )

Date in September

Nishihara-Shelter (b)

0

0.1C

蓄積作用

9

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

5月

6月

8月

9月

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

11月

12月

Nishiharaの海塩付着量

0.00

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

1day

5days15days30days

0.00

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

1day

5days15days30days

7月 10月

0.00

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

1day

5days15days30days

1月

10

Nishihara‐Shelterの海塩付着量

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

8月

9月

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

5月

6月

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

0 30

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

11月

12月

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

10月

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1day

5days15days30days

7月

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Cl-

(g/

m2 )

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

1day

5days15days30days

1月

11

飛来量と付着量の比較

海塩付着量は、降雨の影響を受けやすく、ガーゼ法の値とは

0

1

2

3

4

西原

5階

Cl- (

g/m

2 )

飛来量Nishihara

Shelter

短期間の付着量（拭取り法）の積算値は飛来量（ガーゼ法）よりも少ない

異なる0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

5 6 7 8 9 10 11 12 1

西原

5階

Cl- (

g/m

2 )

Month

付着量Nishihara

Shelter

12

3

海塩付着量（拭き取り法）

文献：中田潮雄, 森田 大, 辻川茂男：第47回材料と環境討論会, 腐食防食協会, p.17(2000).

13

炭素鋼

0

20

40

60

80

100

Cor

rosi

on r

ate

(mdd

) 1997-2002Nishihara

1month

60

80

100

e (m

dd) 1997-2002 110mdd 2month

Nishihara

0

20

40

60

80

100

Cor

rosi

on r

ate

(mdd

) 1997-2002 1month

Nishihara-Shelter

80

100

(m

dd) 1997-2002 2month

Nishihara-Shelter

1ヵ月

2ヵ月

西原 Shelter

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12

Cor

rosi

on r

ate

(mdd

)

Month

1997-2002 3month

Nishihara

0

20

40

60

Cor

rosi

on r

ate

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12

Cor

rosi

on r

ate

(mdd

)

Month

1997-2002Nishihara-Shelter

3month

0

20

40

60

Cor

rosi

on r

ate

3ヵ月

14

6ヶ月暴露・12ヶ月暴露

0 25

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Cor

rosi

on r

ate

(mm

/y)

Shelter

Nishihara

6Month

0.072

0.116

20305070809095

99

99.999.99

0 0.1 0.2

roba

bili

ty (

%)

1995-1998

Corrosion rate (mm/y)

612 6 12

Nishihara

Shelter

夏場開始が大きい降雨の影響の少ないShelterの腐食速度

が大きく、変動も大きいShelterはさびの抑制効果がない

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

9 3 9 3 9 3

Cor

rosi

on r

ate

(mm

/y)

暴露開始月

1995 1996 1997 1998

Shelter

Nishihara

12Month 0.141

0.058

0 10 20 30 40 50.01.1

1

510

Corrosion rate (mdd)

Pr

12Month6Month

0.0580.072Nishihara

0.1410.116Shelter

15

各地の腐食速度比較（1年暴露）

Carbon Steel

70809095

99

99.9

99.99

y (%

)

旭川 宮古西原銚子 宮古海岸5階

1年暴露

0.01

0.1

1

rosi

on r

ate

(mm

/y)

0.040 0.075

0.0180.038

0.0480.058 0.085

0.141

0.412

0.01 0.1 1.01

.1

1

51020305070

Corrosion Rate (mm/y)

Pro

babi

lity

0.001

Cor

r

旭川 宮古海岸銚子新宿 大井川 ５階北谷

西原 宮古

侵食速度は0.02～0.4mm/y

16

大気暴露試験（暴露期間：1ヶ月）

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

屋外

遮蔽

ion

rate

(m

m/y

)

沖縄

0.141mm/y

0

0.05

0.1

Cor

rosi

Month

122003 2004 2005 201020072006 2008 2009

6126 126 126 126 126 126 126

17

7 7 0 3 2 1 2 4 0.058mm/y

長期暴露試験

銚子 0.040mm/y西原 0.058mm/y宮古 0.085mm/y５階 0.141mm/y

1年暴露

0.4

0.6

0.8

1

osio

n L

oss

(mm

)

宮古,5階

宮古海岸

0.527mm/y

0.127mm/yshelter shelter

短期間で長期経過後の腐食量の予測

銚子 0.018mm/y西原 0.018mm/y宮古 0.127mm/y５階 0.127mm/y

長期暴露

0

0.2

0.4

0 2 4 6 8 10

Cor

ro

Exposure Period (y)

銚子,西原 0.018mm/y

18

shelter

4

ステンレス鋼外観写真(西原)

9年目外観

SUS410 SUS444SUS430

SUS304 SUS316LSUS316SUS304L19

ステンレス鋼外観写真(shelter)

9年目外観

SUS304 SUS316SUS304L SUS316L

SUS410 SUS430 SUS444

20

亜鉛めっき暴露試験結果

西原 Shelter

21

これまでのまとめ

・大気腐食においては海塩が大きな影響を及ぼす

・飛来量よりは海塩付着量が重要

・炭素鋼，亜鉛めっき鋼，ステンレス鋼で確認

22

Fe‐Ag対ACM型腐食センサ(Atmospheric Corrosion Monitor)

濡れ時間

海塩付着量環境のモニタリング・評価

23

ACMセンサ出力例(西原,Shelter)

Shelter西原

0.1

1

10

100

1000

urre

nt (

A

)

Nishihara Shelter

昼間の出力小さく、結露時、降雨時に出力大きい

shelterでは大きなセンサ出力を維持

RHの変動に追従

0.0001

0.001

0.01 DRYDEWRAIN

0 5 10 15 20 25 30 35

Cu

Time (day)0 5 10 15 20 25 30 35

Time (day)

24

5

ACMセンサ出力解析

0 0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

Cur

rent

(

A)

Tdry Tdew

Train

Qdew Qrain

IH

log

I (

A)

1

2

3

4

0

-1

-2

log Ws (g/m2)

2

1

0

-1-2

-3

降雨・結露・乾燥の判別

・ 降雨：IH以上 (Train,  Qrain)変化率が2倍，1/2倍で開始と終了

・ 結露：IH以下 (Tdew,  Qdew)

・ 乾燥：0.1nA以下 (Tdry,  Qdry)

0.0001

Time

25

20 30 40 50 60 70 80 90 100

RH (%)

-3

-4 -4

海塩付着量Wsの推定

半日毎のセンサ出力Iと湿度RHをI‐RH較正曲線に照合

I，RH Ws

変化する腐食挙動の追跡可能

海塩付着量の推定（西原,shelter）

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

DRYDEWRAIN

0 5 10 15 20 25 30 35

Cur

rent

(

A)

Nishihara

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

0 20 40 60 80 100

1-56-1011-1516-2021-2526-30

Cur

rent

(

)

100

10

1

0.1

0.01

Ws(g/m2)Nishihara

0.0010.0001

Time (day)

0 5 10 15 20 25 30 350.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000Shelter

Time (day)

Cur

rent

(

A)

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

0 20 40 60 80 100

1-56-1011-1516-2021-2526-30

Cur

rent

(

)

RH (%)

100

10

1

0.1

0.010.001

0.0001

Shelter Ws(g/m2)

0 20 40 60 80 100RH (%)

26

ShelterNishihara

log

Ws

(g/m

2 )

1

0

-1

-2

-3

-4

海塩付着量の定常値

51020305070809095

99

99.999.99

西原清水

Prob

abili

ty (

%)

清水 西原銚子5階宮古 鉄塔40ｍ

0 5 10 15 20 25 30 35Time (day)

・数日後に定常値に達する

・Shelterの方が西原に比べて大きい

27

鉄塔＞Shelter､宮古＞銚子、西原＞清水

.01.1

1

5

宮古

銚子

５階鉄塔40m

log Ws (g/m2)-2 0-1

ACMセンサ出力から海塩付着量を推定し、環境評価が可能

試験橋梁（安謝）

那覇市安謝の高架橋G1

G2G3G4

海からの距離 約１km

G4

28

0.00010.001

0.010.1

110

1001000

Cur

rent

(

A)

G3S G3M G3U

10100A

) G3SF

Fe/Agセンサの出力

112119 10 5432 9876

0.00010.001

0.010.1

110

Cur

rent

(

0.00010.001

0.010.1

110

100

0 60 120 180 240 300 360

Cur

rent

(

A)

Time (day)

G4S

29

海塩付着量（長期）

1000G3SF

9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 80.04

2007.9月開始

9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9

腐食量（長期）

30

1

10

100

0 2 4 6 8 10 12暴露期間　[months]

G4S

G3S

G3U

G3M

海塩

付着

量 [

mg/

m2]

2007.9月開始 0

0.01

0.02

0.03

0 2 4 6 8 10 12

腐食量　[m

m]

暴露期間　[months]

G4S

G3S

G3UG3M

G3SF

月開始

0.017mm/y

0.024mm/y

内桁

0.025mm/y 外桁

6

0.05

0.10

0.15

0.20

Mea

n co

rros

ion

dept

h, d

mea

n / m

m 45o 90o

Skyward

Groundward

○ △ □

● ▲ ■

dmean = a・tb

a,b:Coefficient

百道45°

90°

45°

0°

0.1

1

10

Ws

(g/m

2 )

0.012 0.023 0.025 0.029

0.012 0.026 0.036 0.043

0.014 0.026 0.040 0.065

CR (mm/y) 360days

0 1 2 3 40.00

Exposed period, t / year

鋼材の腐食量（西原）

百道450.01

40 50 60 70 80 90 100RH (%)

恒湿試験の腐食速度

0° 45° 90°CR(mm/y) 0.023 0.024 0.024

31

WsとRHで水膜厚さ

鋼材の腐食量の予測

腐食量（Y）と時間（ｔ）の関係 Y=atn

a：1年間（ｔ=1 ）の腐食量

a,nは定数

n：腐食進展速度鋼材，環境に依存

105 3500

102

103

104

10

0.1 1 10

Wei

ght L

oss

(g/m

2 )

Exposure Period (y)

Y=atn1:川崎

6:高山

4:枕崎5:輪島

3:御前崎

2:東京

7:帯広

2

1

76543

宮古海岸

銚子,西原

宮古,5階

n=0.60

n=1.30

n=0.50

n=1.88 na

0.78405Miyako

0.45265Nishihara

0.51253Choshi

0.47205Maiami

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10 12

Wei

ght L

oss

(g/m

2 )

Exposure Period (y)

Y=atnSMA490BW

32

No. km mdd mdd a n R2沖縄 兼　　城　　橋 南風原町 41 45 0.009 0.023 0.0089 0.7235 94.02沖縄 石　　平　　橋 沖縄市 40 3.5 0.057 0.002 0.0213 0.4328 91.27沖縄 世富慶歩道橋 名護市 39 2.8 0.064 0.004 0.0198 0.7176 95.6沖縄 塩　屋　大　橋 大宜味村 38 0.3 0.181 0.056 0.0431 0.813 98.43九州 中央高架橋 北九州市 37 0 0.564 0.001 0.3439 0.882 92.31九州 十　郎　川　橋 福岡市 36 4.5 0.017 0.118 0.0093 0.8177 98.21九州 西　の　谷　橋 玖珠郡樫原 35 1.8 0.08 0.032 0.033 0.4511 97.56九州 木　崎　大　橋 宮崎市 34 24 0.012 0.013 0.0071 0.7857 83.69四国 肱　　川　　橋 大洲市 33 0.8 0.178 0.036 0.0355 0.8547 94.11四国 安　田　川　橋 安田町 32 13 0.016 0.015 0.0074 0.8853 97.59四国 小　野　川　橋 松山市 31 0.1 0.231 0.033 0.0521 0.7769 99.37四国 渓　　道　　橋 財田町 30 7.6 0.018 0.71 0.0104 0.7523 98.76中国 新　　霞　　橋 倉敷市 29 15 0.003 0.018 0.006 0.8605 93.62中国 泉田高架橋 岡山市 28 4 0.021 0.071 0.0105 0.7451 99.29中国 三　次　大　橋 三次市 27 4.7 0.053 0.242 0.0127 0.7971 96.92中国 江　の　川　橋 江津市 26 56 0.022 0.01 0.0097 0.8987 98.91中国 浜　　村　　橋 気高郡宝木 25 1 0.052 0.065 0.0196 0.8401 96.04近畿 西淀川高架橋 大阪市 24 0.1 0.856 0.028 0.0906 0.9326 97.07近畿 五　条　大　橋 京都市 23 2 0.076 0.245 0.0109 0.9192 99.87近畿 山 上 橋 大津市 22 48 0 02 0 036 0 0089 0 6754 98 83

全国41橋データ

Y=atna,nは定数

腐食量（Y）と時間（ｔ）の関係

a：1年間（ｔ=1 ）の腐食量 近畿 山　　上　　橋 大津市 22 48 0.02 0.036 0.0089 0.6754 98.83

近畿 有　田　大　橋 有田市 21 52 0.011 0.027 0.0101 0.8714 98.05中部 四日市高架橋 四日市市 20 1.8 0.078 0.099 0.0102 0.9913 99.77中部 呼　続　大　橋 名古屋市 19 1.6 0.041 0.109 0.0081 1.1391 97.06中部 新　　緑　　橋 御浜町 18 4 0.016 0.268 0.0141 0.7571 98.55中部 蛤　　　　橋 古川町 17 0.2 0.148 0.019 0.0601 0.8985 97.96北陸 常　　浪　　橋 津川市 16 57 0.013 0.03 0.0056 1.2093 99.08北陸 千　保　川　橋 高岡市 15 43 0.012 0.003 0.0134 0.5174 75.83北陸 米　山　大　橋 柏崎市 14 6 0.042 0.063 0.0139 0.8606 95.84北陸 新組跨線橋 長岡市 13 0.3 0.341 0.023 0.0586 0.7492 98.2関東 尾　張　屋　橋 横浜市 12 22 0.09 0.05 0.0302 0.6115 98.29関東 海老川大橋 船橋市 11 2 0.014 0.067 0.0118 0.7245 91.85関東 土研南横断橋 つくば市 10 0 0.093 0.014 0.0275 0.6671 98.73関東 新　上　江　橋 大宮市 9 35 0.04 0.052 0.0174 0.8485 96.64関東 大　峰　沢　橋 利根郡新治 8 155 0.005 0.001 0.0065 0.6316 83.6東北 名取川歩道橋 仙台市 7 8 0.029 0.026 0.0133 0.8113 98.56東北 大　　洞　　橋 東根市 6 45 0.007 0.002 0.0065 0.7205 77.23東北 高　城　大　橋 松島町 5 1.4 0.084 0.005 0.0138 0.8938 98.49

北海道 母恋高架橋 室蘭市 4 1.5 0.074 0.036 0.0201 0.7312 98.03北海道 滝　　苗　　橋 千歳市 3 40 0.021 0 0.007 0.9399 92.07北海道 豊　　平　　橋 札幌市 2 15 0.015 0.079 0.0057 0.8374 98.1北海道 石狩河口橋 石狩町 1 1.5 0.198 0.067 0.0365 0.7099 99.2

の腐食量

n：腐食進展速度

鋼材，環境に依存

33

0.001

0.01

0.1

1

0.01 0.1 1 10 100 1000

y = 0.089 * x^(-0.54) R= 0.81

NaC

l (m

dd)

Distance from coast (km)

0.001

0.01

0.1

1

0.001 0.01 0.1 1

SO

2(m

dd)

NaCl(mdd)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0.001 0.01 0.1 1

n

NaCl (mdd)

Y=atn

10

100

1000

0.001 0.01 0.1 1

a (g

/m2 )

NaCl (mdd)

Y=atn

34

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

n

0.03 0.1 0.50.01Y=atn

Miyako

Miyako 0.5mddNishihara, Choshi 0.4mdd

Cl( dd)

0

0.2

10 100 1000a (g/m2)

<0.01Nishihara Choshi

NaCl(mdd)

35

大気環境のデータベース化

W=atn a，n Ws, RH

まとめ

• 大気腐食には海塩が大きな影響を及ぼす。

• 飛来海塩量および海塩付着量の関係を把握する。

• 大気腐食においては 海塩付着量を中心とし• 大気腐食においては，海塩付着量を中心とした環境評価が重要である。

• Y=atnにおけるaおよびnとWs，RHの関係を検討する。

36