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技術 土壌通気性評価方法および土壌通気性測定装置

出願人 日本防蝕工業株式会社北海道電力株式会社
発明者 山本悟阿部健橋田修吉
出願日 2016年1月20日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2016-008424
公開日 2017年7月27日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2017-129436
状態 特許登録済
技術分野 特有な方法による材料の調査、分析 電気化学的な材料の調査、分析
主要キーワード 含水能 簡易測定装置 評価基準表 空気注入管 冠水状態 飽和含水率 空気輸送管 空気流量調整弁
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この項目の情報は公開日時点(2017年7月27日)のものです。
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図面 (2)

課題

土壌通気性を迅速かつ簡易に評価することができる土壌通気性評価方法および土壌通気性測定装置を提供する。

解決手段

土壌埋設する杭状プローブの先端側に、それぞれ電気的に独立するように普通鋼および亜鉛めっき鋼を取り付け、普通鋼および亜鉛めっき鋼の土壌中におけるそれぞれの自然電位Eairを照合電極により測定し、測定したそれぞれの自然電位Eairの値を、予め実績値に基づいて作成した普通鋼および亜鉛めっき鋼の基準電位幅と対比し、測定した自然電位Eairと所定の基準電位幅との比較によって、測定対象である土壌の通気性を段階的に評価する。

概要

背景

土壌は一般にpH5〜pH8の範囲でほぼ中性である。中性環境における土壌にその全部または一部が埋設された鋼材腐食速度は、環境の通気性、すなわち酸素の供給性によって律速される。同一の土壌であっても、自然含水状態にあれば通気性が良いために鋼材の腐食速度が高く、冠水状態にあれば通気性が悪いために鋼材の腐食速度が低くなる。
このことから、鋼材が埋設された土壌の通気性を評価することは、埋設された鋼材の腐食速度を把握するために重要である。

土壌の通気性を評価するための従来技術としては、例えば、非特許文献1に示されるように、土壌試料採取して試験室試料含水率Wおよび飽和含水率Wsを測定し、その比率(Wp=W/Ws×100)を含水能Wpとして土壌の通気性を評価する技術が提案されたが、測定に時間を要するなどの問題があった。
また、例えば、非特許文献2に示されるように、古くは「コロージョンサウンド」のような器具を使用して異種金属間に流れる電流値から通気性を評価していたが装置が複雑なため現在は使用されていない。

また、特許文献1に示されるように、土壌中へ圧縮空気注入する圧縮空気の貯蔵容器と、該容器から流出する空気の流量を調整する空気流量調整弁と、流出した空気量を測定する空気流量計と、流出した空気を土壌中へ注入する空気注入管フレキシブルな細い空気輸送管で連結した土壌通気簡易測定装置が提案されており、空気の注入速度を測定することにより土壌の通気性を診断する技術も提案されている。

概要

土壌通気性を迅速かつ簡易に評価することができる土壌通気性評価方法および土壌通気性測定装置を提供する。土壌に埋設する杭状プローブの先端側に、それぞれ電気的に独立するように普通鋼および亜鉛めっき鋼を取り付け、普通鋼および亜鉛めっき鋼の土壌中におけるそれぞれの自然電位Eairを照合電極により測定し、測定したそれぞれの自然電位Eairの値を、予め実績値に基づいて作成した普通鋼および亜鉛めっき鋼の基準電位幅と対比し、測定した自然電位Eairと所定の基準電位幅との比較によって、測定対象である土壌の通気性を段階的に評価する。

目的

本発明は、これらの問題を解決するために、複数の金属を測定対象の土壌中に埋設し、それらの自然電位を測定することで、あらかじめ実績値から求めておいた基準電位幅と測定した自然電位との関係から、土壌の通気性を迅速にかつ簡易に評価する方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

土壌通気性評価方法において、測定対象土壌中に普通鋼および亜鉛めっき鋼を埋め込み、普通鋼および亜鉛めっき鋼の土壌中におけるそれぞれの自然電位Eairを測定し、測定したそれぞれの自然電位Eairの値を、予め実績値に基づいて作成した普通鋼および亜鉛めっき鋼の基準電位幅と対比し、測定した自然電位Eairが所定の基準電位幅に入るか否か、あるいは、基準電位幅より大きいか小さいかによって、測定対象である土壌の通気性を段階的に評価することを特徴とする土壌通気性評価方法。

請求項2

杭状プローブ照合電極電圧計を備えた土壌通気性測定装置において、該杭状プローブの先端側の土壌に埋設する側には、普通鋼および亜鉛めっき鋼をそれぞれ電気的に独立するように取り付け、一方、杭状プローブの後端側の地表に出る側には、該杭状プローブの先端側に取り付けた普通鋼と亜鉛めっき鋼のそれぞれの自然電位Eairを検出するための普通鋼測定端子及び亜鉛めっき鋼測定端子を取り付け、該普通鋼測定端子及び亜鉛めっき鋼測定端子を電圧計のプラス端子と接続し、該電圧計のマイナス端子を照合電極へと接続したことを特徴とする土壌通気性測定装置。

技術分野

0001

本発明は、土壌通気性非破壊でかつ精度よく簡易に評価するための土壌通気性評価方法ならびに土壌通気性測定装置に関するものである。

背景技術

0002

土壌は一般にpH5〜pH8の範囲でほぼ中性である。中性環境における土壌にその全部または一部が埋設された鋼材腐食速度は、環境の通気性、すなわち酸素の供給性によって律速される。同一の土壌であっても、自然含水状態にあれば通気性が良いために鋼材の腐食速度が高く、冠水状態にあれば通気性が悪いために鋼材の腐食速度が低くなる。
このことから、鋼材が埋設された土壌の通気性を評価することは、埋設された鋼材の腐食速度を把握するために重要である。

0003

土壌の通気性を評価するための従来技術としては、例えば、非特許文献1に示されるように、土壌試料採取して試験室試料含水率Wおよび飽和含水率Wsを測定し、その比率(Wp=W/Ws×100)を含水能Wpとして土壌の通気性を評価する技術が提案されたが、測定に時間を要するなどの問題があった。
また、例えば、非特許文献2に示されるように、古くは「コロージョンサウンド」のような器具を使用して異種金属間に流れる電流値から通気性を評価していたが装置が複雑なため現在は使用されていない。

0004

また、特許文献1に示されるように、土壌中へ圧縮空気注入する圧縮空気の貯蔵容器と、該容器から流出する空気の流量を調整する空気流量調整弁と、流出した空気量を測定する空気流量計と、流出した空気を土壌中へ注入する空気注入管フレキシブルな細い空気輸送管で連結した土壌通気性簡易測定装置が提案されており、空気の注入速度を測定することにより土壌の通気性を診断する技術も提案されている。

0005

特開2000−28513号公報

先行技術

0006

防錆管理」2015−3.p.85−90「テクカルレポート普通鋼及びステンレス鋼の土壌中における腐食特性の研究」
五郎著「改訂腐食科学と防食技術」コロナ社(1979)p.212−214

発明が解決しようとする課題

0007

しかし、前記従来技術における含水能Wpによる通気性評価では、土壌試料を採取して試験室で試料の含水率Wおよび飽和含水率Wsを測定し、その比率(Wp=W/Ws×100)を求めるものであるから、測定に時間を要するなどの問題があった。
また、前記従来技術における「コロージョンサウンド」法によれば、異種金属間に流れるマクロセル電流値から通気性を評価するもので、金属マグネシウムおよび炭素鋼を土壌中に埋設し、それらの異種金属間に流れる電流の大小によって土壌の通気性を評価していたが、電流測定回路が複雑なために費用が高いことや故障しやすいこと、電流の測定値が安定しないなどの問題があった。
さらに、前記特許文献1で提案される方法では、簡易測定装置といいながらも、圧縮空気の貯蔵容器と、空気流量調整弁と、空気流量計、空気注入管等の大掛かりな装置を必要とし、測定位置が変わるたびに該装置を移動させる必要があるため、実際上の利便性欠けていた。

0008

そこで、本発明は、これらの問題を解決するために、複数の金属を測定対象の土壌中に埋設し、それらの自然電位を測定することで、あらかじめ実績値から求めておいた基準電位幅と測定した自然電位との関係から、土壌の通気性を迅速にかつ簡易に評価する方法を提供すること、さらに、土壌の通気性を測定する装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、前記課題を解決し、土壌の通気性を迅速にかつ簡易に評価するための方法であって、土壌中に埋設した普通鋼および金属亜鉛について測定したそれぞれの自然電位を、それぞれの金属の基準電位幅と比較すること、また、その組合せに基づいて、土壌の通気性の良否を評価することを特徴としている。

0010

すなわち、普通鋼および金属亜鉛を測定対象である土壌中に埋設し、電圧計デジタルマルチメータ)のマイナス端子照合電極に、プラス端子対象金属に接続して、普通鋼と金属亜鉛のそれぞれの自然電位を測定し、一方、予め実績値から求めておいた、通気性の異なる土壌中において各金属が示す自然電位幅の組合せを基準とし、測定した普通鋼と金属亜鉛のそれぞれの自然電位を前記基準電位幅と照合し、測定した自然電位が評価基準を示す基準電位幅のいずれに該当するかによって、埋設土壌の通気性の良否を、複数段階(例えば、「高い」、「中程度」および「低い」という三段階)で評価するものである。
なお、本発明でいう金属亜鉛とは、土壌中に埋設した金属亜鉛の電位を測定するために用いるものであって、金属亜鉛の電位を測定できればよいのであるから、具体的な材料としては、鋼表面亜鉛メッキした亜鉛メッキ鋼を使用することができる。
また、本発明でいう「実績値」とは、室内実験結果得られた値および実地測定値に基づいた過去からの蓄積データをいう。

0011

また、本発明は、前記通気性評価方法において好適に使用される土壌通気性測定装置に関するものである。
本発明の土壌通気性測定装置は、主として以下の機器(1)〜(3)によって構成される。
(1)杭状プローブ
杭状プローブは、複数の金属、即ち、普通鋼と金属亜鉛、がそれぞれ電気的に独立しており、それぞれの金属からの測定端子を備えており、土壌中に差し込み埋設することで、土壌中における普通鋼と金属亜鉛の自然電位を測定するものである。
(2)照合電極
普通鋼と金属亜鉛の自然電位を測定するための照合電極で、例えば、飽和硫酸銅照合電極、飽和銀塩化銀照合電極などを使用することができる。
(3)電圧計
電圧計は市販のデジタルマルチメータを使用することができ、「直流電圧」を測定する。電圧計のマイナス端子を照合電極へ、プラス端子を埋設金属である普通鋼と金属亜鉛にそれぞれ接続することによって、土壌中に埋設された普通鋼と金属亜鉛の自然電位を測定することができる。

発明の効果

0012

本発明の前記評価方法及び装置によれば、土壌中に埋設した杭状プローブの普通鋼及び金属亜鉛の自然電位を測定するという簡単な操作のみで、土壌通気性を迅速かつ簡易に評価することができ、また、杭状プローブであるため土壌中に容易に埋設できることから、非破壊でかつ精度よく簡易に土壌通気性の評価を行うことができるという効果が得られる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の土壌通気性測定装置における杭状プローブの概略説明図を示す。

0014

本発明について、図面とともに以下に説明する。
なお、本発明では、電位は全て飽和硫酸銅照合電極基準(CSE)で示した。

0015

土壌通気性評価基準表の策定:
土壌通気性の高低を評価するに当たり、その基準となる評価基準表を予め策定しておく必要がある。
本発明では、例えば、以下に示す方法で評価基準表を予め策定しておくことができる。
まず、普通鋼および亜鉛めっき鋼を種々の性状に調製した土壌に埋設して自然電位を測定することによって、土壌通気性が鋼材電位に及ぼす影響を調べた。
なお、自然電位の測定は、例えば、図1に示す長さ1.13mの杭状プローブを用い、後記実施例に具体的に示すと同様な方法で測定した。
試験土壌は、例えば、市販の川砂および屋外で採取した黒ボク土を水道水で含水率が40%程度とした自然含水状態および地表面に水面が現れるまで含水した冠水状態の2種類の含水条件に調製した。
表1に各土壌での鋼材の自然電位を示す。

0016

表1から分かるように、自然含水状態では、普通鋼の自然電位は−665から−715mV、亜鉛めっき鋼は−1020から−1061mVの貴な値を示した。
一方で、土壌の空隙に水分が充填し、通気性が低い冠水状態では、普通鋼は−812から−840mV、亜鉛めっき鋼は−1176から−1187mVの卑な値を示した。
したがって、土壌通気性評価用電極の自然電位が普通鋼で−750mVおよび亜鉛めっき鋼で−1100mVを基準値とし、基準値より卑な場合は「通気性:低い」、基準値より貴な場合は、「通気性:中程度」とした。また、土壌が乾燥している場合では土壌中に空隙が多く存在し、水分が少ないため通気性が高く、通気性が中程度の土壌より電位値が貴な値を示すことが考えられる。そこで、普通鋼の自然電位が−600mV、亜鉛めっき鋼は−1000mVより貴な値を示す場合は「通気性:高い」とした。
鋼材の腐食が進行するためには酸素と水が必要であるが、「通気性:低い」の土壌では、酸素の供給性が悪く、腐食は発生しにくいため、安全側の評点1とした。一方で、「通気性:高い」の土壌では酸素の供給性が良いが、水分が少ないため評点2とした。「通気性:中程度」の土壌では酸素の供給性が良く、水分が含まれているため腐食しやすいと考え、危険側の評点3とした。
上記の観点から、表2に示す土壌通気性評価基準表を策定した。

0017

0018

0019

土壌通気性の評価:
本発明の実施例として、土壌通気性を、以下の方法で評価した。
まず、評価する対象土壌A、対象土壌Bに、図1に示す、例えば、長さ1.13mの杭状プローブを深さ0.5mまで差し込んだ。
杭状プローブの先端側(土壌に埋設する側の端部)には、普通鋼(SS400)および亜鉛めっき鋼(SGP白管)をそれぞれ電気的に独立するように取り付け、一方、杭状プローブの後端側(地表に出る側の端部)には、杭状プローブを土壌に差し込むための操作ハンドル(SS400)を取り付け、また、同じく後端側には、土壌中の普通鋼と亜鉛めっき鋼のそれぞれの自然電位Eairを測定検出するための普通鋼測定端子及び亜鉛めっき鋼測定端子を取り付けた。
そして、杭状プローブの先端側を土壌に埋設した状態で、電圧計(図示せず)のマイナス端子を照合電極(図示せず)へ接続し、また、プラス端子を杭状プローブの後端側に設けられた普通鋼と亜鉛めっき鋼のそれぞれの測定端子に接続して、普通鋼と亜鉛めっき鋼のそれぞれの自然電位Eairを測定した。
なお、本発明では、電位は全て飽和硫酸銅照合電極基準(CSE)で示したが、飽和銀塩化銀照合電極等の他の照合電極を使用することも勿論可能である。

0020

対象土壌Aについては、普通鋼の自然電位Eairとして「−721mV」、また、亜鉛めっき鋼の自然電位Eairとして「−1020mV」という測定値が得られた。

0021

一方、対象土壌Bについは、普通鋼の自然電位Eairとして「−813mV」、また、亜鉛めっき鋼の自然電位Eairとして「−1176mV」という測定値が得られた。

0022

対象土壌A、対象土壌Bについて得られた普通鋼と亜鉛めっき鋼のそれぞれの自然電位Eairを、予め作成しておいた表2に示す土壌通気性評価基準表に示される基準電位幅と対比し、自然電位Eairが所定の基準電位幅に入るか否か、あるいは、基準電位幅より大きいか小さいかによって、測定対象である土壌の通気性の良否を三段階で評価した。

0023

例えば、対象土壌Aについて測定した普通鋼の自然電位Eair「−721mV」は、表2における普通鋼の自然電位Eair「—600mV≧Eair≧−750mV」の範囲にあり、また、対象土壌Aについて測定した亜鉛めっき鋼の自然電位Eair「−1020mV」は、表2における亜鉛めっき鋼の自然電位Eair「—1000mV≧Eair≧−1100mV」の範囲であるから、表2の通気性評価基準表によれば、対象土壌Aについての土壌通気性評価は「中程度」(評点3)と評価される。

0024

また、例えば、対象土壌Bについて測定した普通鋼の自然電位Eair「−813mV」は、表2における普通鋼の自然電位Eair「Eair<−750mV」の範囲にあり、また、対象土壌Bについて測定した亜鉛めっき鋼の自然電位Eair「−1176mV」は、表2における亜鉛めっき鋼の自然電位Eair「Eair<−1100mV」の範囲であるから、表2の通気性評価基準表によれば、対象土壌Bについての土壌通気性評価は「低い」(評点1)と評価される。

0025

前記の対象土壌A、対象土壌Bの評価結果において、対象土壌Aに関する土壌通気性評価は「中程度」(評点3)であって、土壌Aには酸素の供給性が良く、水分が含まれているため腐食を発生しやすい土壌であるといえる。
一方、対象土壌Bに関する土壌通気性評価は「低い」(評点1)であるから、鋼材の腐食が進行するために必要とされる酸素の供給性が悪いため、腐食を発生しにくい土壌であるといえる。

実施例

0026

前記実施例の記載からも明らかなように、評価対象となる土壌中における普通鋼と亜鉛めっき鋼のそれぞれの自然電位Eairを本発明の通気性測定装置によって測定し、この値を土壌通気性評価基準表に示される基準電位幅と照合・比較することによって、土壌の通気性の良否を迅速かつ簡易に評価することができる。

0027

鋼材が埋設された土壌の通気性の良否は、例えば、埋設された鋼材の腐食の有無・進展状態等に影響するから、土壌の通気性を把握することは重要であるが、本発明による土壌通気性評価方法および土壌通気性測定装置によれば、土壌の通気性の良否を迅速かつ簡易に評価し得るから、埋設された鋼材の腐食状態を把握するための技術としての利用が期待される。

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