JP2023083987A - コンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート中で動作可能な埋込み型のコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを提供する。【解決手段】鉄筋コンクリート内部に埋め込まれ、鉄筋コンクリート内部の鉄筋の腐食を検知するコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ１０であって、ＤＯセンサ２０と、ｐＨセンサ３０と、ＤＯセンサ２０およびｐＨセンサ３０を内包する筒状の基材４０と、を備え、ｐＨセンサ３０は、絶縁基板と、絶縁基板の一方の面に配置されたｐＨ測定用電極および絶縁基板の他方の面に配置された固体接触型参照電極と、を有する、コンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ１０。【選択図】図３

Description

本発明は、コンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサに関する。

鉄筋コンクリート構造物の劣化現象の１つとしては、内部鉄筋の腐食劣化が挙げられる。海洋あるいは沿岸に建設された鉄筋コンクリート構造物は、海水の影響を受けて腐食劣化が生じる。また、内陸部に建設された鉄筋コンクリート構造物は、凍結融解剤の使用によって塩害による腐食劣化が生じる。このように、鉄筋コンクリート構造物には、腐食劣化を生じる懸念がある。腐食劣化の度合いが重度である場合には、構造耐荷力の低下に加えて、コンクリート片の剥落を招くことがある。そのため、腐食劣化の懸念がある鉄筋コンクリート構造物に対しては、構造耐久力の低下を防ぐために鉄筋の腐食評価を適切に行う必要がある。

従来、鉄筋の腐食評価方法としては、自然電位法による腐食発生の有無を判定する方法や、分極抵抗法による腐食速度を判定する方法等が一般的に用いられている。しかしながら、これら方法は、計測のためにコンクリートに電解液を浸透させ、コンクリートを湿潤状態として電気化学測定を行うものであるため、電解液の浸透が不十分な場合には正確な計測結果が得られない。また、計測には計測者が計測位置にて、コンクリートへ電解液を浸透させる作業や、電極の設置する作業等が必要になる。

計測の手間を考慮すると、腐食評価方法としては、計測時に特別な作業を要さずモニタリングできる方法が望ましい。鉄筋の腐食反応は、コンクリート内の鉄筋まで水分が浸透してきた際に、鉄筋表面が濡れて電子のやり取りが可能となることで生じる。腐食反応の反応速度は、コンクリート中の溶存酸素（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ、以下「ＤＯ」と記す。）および水素イオン濃度指数（以下「ｐＨ」と記す。）の影響を受ける。すなわち、鉄筋の腐食評価には、コンクリート内への水の浸透の有無、コンクリート内へ水が浸透した際の反応系のＤＯおよびｐＨを把握することが重要となる。

一般的なＤＯおよびｐＨの検出機器は、液体試料を測定対象にしており、コンクリートのＤＯおよびｐＨの測定には適用できない。コンクリート用のｐＨセンサとしては、例えば、コンクリート中に埋設した電極と、外部からコンクリート表面に接触させた参照電極とを備え、前記の２つの電極間の電位差からｐＨを算出するものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
また、コンクリート内部のｐＨ評価方法としては、例えば、コンクリートへのドリル削孔やコア採取時に得られた試料を対象とする手法が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０２０－０３４５６３号公報 特開２０１９－０５６５９９号公報

特許文献１のｐＨセンサの計測系では、コンクリート表面に参照電極を設置する手間が必要であるばかりでなく、電極間のコンクリートの湿潤具合によって計測値に影響が生じる。すなわち、電極間のコンクリートが乾燥していれば、計測値に生じるノイズが大きくなる。
また、特許文献２のｐＨ評価方法は、コンクリートの破壊を伴う試験方法であり、鉄筋コンクリート構造物の腐食のモニタリングには適さない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、コンクリート中で動作可能な埋込み型のコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを提供することを目的とする。

本発明は以下の態様を有する。
［１］鉄筋コンクリート内部に埋め込まれ、鉄筋コンクリート内部の鉄筋の腐食を検知するコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサであって、ＤＯセンサと、ｐＨセンサと、前記ＤＯセンサおよび前記ｐＨセンサを内包する筒状の基材と、を備え、前記ｐＨセンサは、絶縁基板と、前記絶縁基板の一方の面に配置されたｐＨ測定用電極および前記絶縁基板の他方の面に配置された固体接触型参照電極と、を有する、コンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ。
［２］前記基材の内部において、前記ＤＯセンサと前記ｐＨセンサが離隔して配置された、［１］に記載のコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ。
［３］前記固体接触型参照電極は、多孔質体からなる固体参照膜を有する、［１］または［２］に記載のコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ。

本発明によれば、コンクリート中で動作可能な埋込み型のコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを提供することができる。

本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを示す平面図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを示す側面図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを示し、図２のＡ－Ａ線断面図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを構成するＤＯセンサを示し、長手方向に垂直な断面図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサを示し、長手方向に垂直な断面図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサを示し、ｐＨ測定用電極側を示す平面図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサを示し、固体接触型参照電極側を示す平面図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサを示し、長手方向に平行な断面図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサのｐＨ測定用電極を示し、長手方向に垂直な図である。 本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサの固体接触型参照電極を示し、長手方向に垂直な断面図である。 実施例１において、動電位カソード分極の結果を示す図である。 実施例１において、限界電流Ｉ_ｌｉｍを算出した結果を示す図である。 実施例２において、空気飽和環境下または酸素飽和環境下において、動電位カソード分極の結果を示す図である。 実施例３において、水溶液中の電位差測定を行った結果を示す図である。 実施例４において、セメントペースト中の電位測定を行った結果を示す図である。 実施例５において、セメントペーストの濡れ・渇き状態によるｐＨセンサの出力変動を検証した結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態によるコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ（以下、「ＤＯ／ｐＨ計測センサ」と言うこともある。）について、図１～図１０に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを示す平面図である。図２は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを示す側面図である。図３は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを示し、図２のＡ－Ａ線断面図である。図４は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを構成するＤＯセンサを示し、長手方向に垂直な断面図である。図５は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサを示し、長手方向に垂直な断面図である。図６は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサを示す平面図である。図７は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサを示す平面図である。図８は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサを示し、長手方向に平行な断面図である。図９は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサのｐＨ測定用電極を示し、長手方向に垂直な断面図である。図１０は、本発明の実施形態によるＤＯ／ｐＨ計測センサを構成するｐＨセンサの固体接触型参照電極を示し、長手方向に垂直な断面図である。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

［コンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ］
図１～図３に示すように、本実施形態のＤＯ／ｐＨ計測センサ１０は、ＤＯセンサ２０と、ｐＨセンサ３０と、筒状の基材４０とを備える。
図１および図３に示すように、基材４０は、ＤＯセンサ２０およびｐＨセンサ３０を内包する。言い換えれば、ＤＯセンサ２０およびｐＨセンサ３０は、基材４０の内面４０ａ上または基材４０の内面４０ａ近傍に配置されている。
また、基材４０の内部において、ＤＯセンサ２０とｐＨセンサ３０が離隔して配置されていることが好ましい。例えば、ＤＯセンサ２０とｐＨセンサ３０は、１０ｍｍ以上離隔していることが好ましく、２０ｍｍ以上離隔していることがより好ましい。このようにすれば、ＤＯセンサ２０とｐＨセンサ３０が互いに干渉することなく、ＤＯセンサ２０によるコンクリート中の溶存酸素（ＤＯ）の測定とｐＨセンサ３０によるコンクリート中の水素イオン濃度指数（ｐＨ）をより正確に測定することができる。
さらに、ＤＯセンサ２０およびｐＨセンサ３０の他方の端部（後端、計測部以外の部分）が、エポキシ樹脂５０によって、基材４０の内部に接着、固定されている。

後述するように、コンクリート打込み時に、基材４０内にコンクリートのモルタル１００が充填される。言い換えれば、モルタル１００は、基材４０の内部において、ＤＯセンサ２０とｐＨセンサ３０が配置される空間（基材４０において内面４０ａより内側の空間）内に充填される。すなわち、ＤＯセンサ２０の計測部（後述する電極）とｐＨセンサ３０の計測部（後述する電極）は、基材４０内に充填されたモルタル１００に接している。

「ＤＯセンサ」
図４に示すように、ＤＯセンサ２０は、第１電極２１と、第２電極２２と、エポキシ樹脂２３と、管状体２４とを有する。ＤＯセンサ２０の一方の端部２０ａは、ＤＯセンサ２０の計測部であり、基材４０の一方の端面（基材４０の開口している側の端面）４０ｂよりも、基材４０の内側にある。ＤＯセンサ２０の一方の端面２０ｂには、計測部である第１電極２１と第２電極２２が露出している。

第１電極２１は、ＤＯセンサ２０の中心に配置され、ＤＯセンサ２０の長手方向に延在する。第１電極２１は、白金線と、その白金線を包埋するガラス毛細管とを有する。すなわち、第１電極２１では、白金線の外周がガラス毛細管で包囲されている。白金線とガラス毛細管は、同じ軸線方向に延びている。
第１電極２１の直径は、小さいほど好ましいが、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。第１電極２１の直径が前記下限値以上であると、第１電極２１を設置し易い。第１電極２１の直径が前記上限値以下であると、後述する原理にて動作する（段落００４５参照）。

第２電極２２は、第１電極２１の外周に巻き付けられる。すなわち、第２電極２２は、１電極２１のガラス毛細管の外周に巻き付けられる。第２電極２２は、白金線から構成される。
第２電極２２の面積は、第１電極２１より大きい。

エポキシ樹脂２３は、ガラス管２４と第２電極２２との間に充填されている。

管状体２４の材質は、絶縁性であり、コンクリート中で変形せず、難溶性・耐アルカリ性を有するものであれば、特に限定されない。管状体２４の材質としては、例えば、パイレックス（登録商標）ガラス等のガラス；エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル等の樹脂；シリコン樹脂；ゴム等が挙げられる。

図１および図３に示すように、ＤＯセンサ２０の他方の端部（後端）２０ｃにはリード線２５が接続されている。

ＤＯセンサ２０は、例えば、以下のように製造される。
第１電極２１、第１電極２１を包埋したガラス毛細管および第２電極２２をガラス管２４内に配置する。
次に、ガラス管２４と第２電極２２との間にエポキシ樹脂２３を充填する。
次に、エポキシ樹脂２３を硬化させて、第１電極２１、第２電極２２、エポキシ樹脂２３およびガラス管２４を一体化した複合体を得る。
次に、前記の複合体の端面を研磨し、一方の端面２０ｂに第１電極２１と第２電極２２を露出させる。
次に、他方の端部２０ｃにリード線２５を接続して、ＤＯセンサ２０を得る。

「ｐＨセンサ」
図５～図８に示すように、ｐＨセンサ３０は、絶縁基板３１と、絶縁基板３１の一方の面３１ａに配置されたｐＨ測定用電極６０および絶縁基板３１の他方の面３１ｂに配置された固体接触型参照電極７０とを有する。ｐＨ測定用電極６０と固体接触型参照電極７０は、絶縁基板３１を介して対向するように配置されている。ｐＨセンサ３０の一方の端面３０ａは、基材４０の一方の端面（基材４０の開口している側の端面）４０ｂと同一面上にある。

絶縁基板３１の材質は、特に限定されないが、例えば、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
ｐＨ測定用電極６０と固体接触型参照電極７０との距離（電極間距離）は、電極間のコンクリートによる液間電位差の影響を避けるという観点から短いことが好ましい。従って、絶縁基板３１の厚さは、小さいことが好ましく、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることがより好ましい。絶縁基板３１の厚さが前記下限値以上であると、センサの耐久性を担保することができる。絶縁基板３１の厚さが前記上限値以下であると、液間電位差の影響が小さく、より精確に電位差を測定できる。

ｐＨ測定用電極６０は、絶縁基板３１の一方の面３１ａに配置され、絶縁基板３１の長手方向に延在する。
図５、図６および図８に示すように、ｐＨ測定用電極５６０は、プロトン選択電極６１と、絶縁膜６２とを有する。

プロトン選択電極６１は、プロトン選択機能を有する電極であれば特に限定されず、例えば、酸化タングステン電極、酸化イリジウム電極等が挙げられる。

プロトン選択電極６１が酸化タングステン電極である場合、図９に示すように、プロトン選択電極６１は、芯部となるタングステン６３と、タングステン６３の外周を覆う酸化タングステン５４とを有する。

プロトン選択電極６１の長手方向と垂直方向の断面形状は、特に限定されず、例えば、正方形状、長方形状、円形状等であってもよい。
プロトン選択電極６１の長手方向と垂直方向の断面形状が円形である場合、その直径は、１０μｍ以上５０００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上２０００μｍ以下であることがより好ましい。プロトン選択電極６１の直径が前記下限値以上であると、電極の耐久性を担保できる。プロトン選択電極６１の直径が前記上限値以下であると、多数のセンサを設置する場合の空間占有に適している。

絶縁膜６２は、図６および図８に示すように、絶縁基板３１の一方の面３１ａにおいて、プロトン選択電極６１の計測部（ｐＨを計測する部分）以外の部分を覆う。すなわち、絶縁膜６２は、互いに離隔した第１絶縁膜６２Ａと第２絶縁膜６２Ｂから構成される。第１絶縁膜６２Ａと第２絶縁膜６２Ｂとが離隔している部分（絶縁膜６２が設けられていない部分）にて、プロトン選択電極６１が露出して計測部６１Ａとなっている。
プロトン選択電極６１の計測部６１Ａの絶縁基板３１の長手方向に沿う長さは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることがより好ましい。プロトン選択電極６１の計測部の長さが前記下限値以上であると、センサの作製が容易である。プロトン選択電極６１の計測部の長さが前記上限値以下であると、電極の作製に必要な金属線使用量を少なくできる。

絶縁膜６２の材質としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、シリコーン等が挙げられる。

固体接触型参照電極７０は、絶縁基板３１の他方の面３１ｂに配置され、絶縁基板３１の長手方向に延在する。
図５、図７、図８および図１０に示すように、固体接触型参照電極７０は、銀線７１と、固体参照膜７２と、絶縁膜７３とを有する。

銀線７１の長手方向と垂直方向の断面形状は、特に限定されず、正方形状、長方形状、円形状等であってもよい。
銀線７１の長手方向と垂直方向の断面形状が円形である場合、その直径は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。銀線７１の直径が前記下限値以上であると、電極の作製が容易である他、電極の耐久性を担保できる。銀線７１の直径が前記上限値以下であると、材料費が安価である。

固体参照膜７２は、絶縁基板３１の他方の面３１ｂにおいて、銀線７１を覆うように設けられる。
固体参照膜７２は、多孔質体から構成されることが好ましい。固体参照膜７２が多孔質体から構成されることにより、モルタル１００内に浸透した水分のｐＨをより正確に計測することができる。

固体参照膜７２の多孔度は、多孔質体から構成される固体参照膜７２の空洞部分（細孔７２Ｂ）が、固体参照膜７２の総体積に対して占める割合のことである。

絶縁基板３１の他方の面３１ｂを基準とする固体参照膜７２の厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。固体参照膜７２の厚さが前記下限値以上であると、銀線７１上に十分に固体参照膜を形成させることができる。固体参照膜７２の厚さが前記上限値以下であると、測定時に、出力値が安定化するのにかかる時間が短く済む。

固体参照膜７２は、主材となる樹脂と、可塑剤と、塩化銀（ＡｇＣｌ）および塩化カリウム（ＫＣｌ）、または臭化銀（ＡｇＢｒ）および臭化カリウム（ＫＢｒ）とを含む。

樹脂の材質としては、特に限定されないが、例えば、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
可塑剤の材質としては、特に限定されないが、例えば、セバシン酸ビス(２－エチルヘキシル)等が挙げられる。

絶縁膜７３は、図７および図８に示すように、絶縁基板３１の他方の面３１ｂにおいて、固体参照膜７２の計測部以外の部分を覆う。すなわち、絶縁膜７３は、互いに離隔した第３絶縁膜７３Ａと第４絶縁膜７３Ｂから構成される。第３絶縁膜７３Ａと第４絶縁膜７３Ｂとが離隔している部分（絶縁膜７３が設けられていない部分）は、銀線７１が固体参照膜７２で覆われた計測部７２Ａとなっている。
計測部７１Ａの絶縁基板３１の長手方向に沿う長さは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることがより好ましい。固体参照膜７２の計測部の長さが前記下限値以上であると、センサの作製が容易である。固体参照膜７２の計測部の長さがが前記上限値以下であると、固体参照膜の作製に必要な原料が少なくて済む。

絶縁膜７３の材質は、特に限定されないが、例えば、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、シリコーン等が挙げられる。

図１および図３に示すように、ｐＨセンサ３０の他方の端部３０ｂにはリード線３２が接続されている。

ｐＨセンサ３０は、例えば、以下のように製造される。
絶縁基板３１の一方の面３１ａ上に、絶縁基板３１の長手方向に沿ってプロトン選択電極６１を配置する。
次に、絶縁基板３１の一方の面３１ａ上において、所定の間隔を置いて、プロトン選択電極６１を覆うように、互いに離隔した第１絶縁膜６２Ａと第２絶縁膜６２Ｂを形成し、絶縁基板３１の一方の面３１ａ上にプロトン選択電極６１を固定する。
次に、絶縁基板３１の他方の面３１ｂ上に、絶縁基板３１の長手方向に沿って銀線７１を配置する。
次に、絶縁基板３１の他方の面３１ｂ上において、銀線７１を覆うように、樹脂と、可塑剤と、塩化銀（ＡｇＣｌ）および塩化カリウム（ＫＣｌ）、または臭化銀（ＡｇＢｒ）および臭化カリウム（ＫＢｒ）と、溶媒とを含む固体参照膜形成用ペーストを塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥させて、固体参照膜７２を形成する。
次に、絶縁基板３１の他方の面３１ｂ上において、固体参照膜７２が形成されていない部分にて、銀線７１を覆うように、互いに離隔した第３絶縁膜７３Ａと第４絶縁膜７３Ｂを形成し、絶縁基板３１の他方の面３１ｂ上に銀線６１を固定する。
次に、他方の端部３０ｂにリード線３２を接続して、ｐＨセンサ３０を得る。

「コンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサの使用方法」
本実施形態のＤＯ／ｐＨ計測センサ１０の使用方法を説明する。
ＤＯ／ｐＨ計測センサ１０は、鉄筋コンクリート内部に埋め込まれ、鉄筋コンクリート内部の鉄筋の腐食を検知するためのものである。具体的には、コンクリート打込み前に、腐食が問題になると予想される鉄筋位置（通常は最外縁の鉄筋位置）に、ＤＯ／ｐＨ計測センサ１０を設置しておく。
コンクリート打込み時に、基材４０内にコンクリートのモルタル１００が充填される。コンクリートに含まれる水分がＤＯ／ｐＨ計測センサ１０まで浸透した際、基材４０内に充填されたモルタル１００が水で満たされて、ＤＯセンサ２０およびｐＨセンサ３０に電池が形成される。その際に、ＤＯセンサ２０の第１電極２１と第２電極２２との間の電流値Ｉから、コンクリート中の溶存酸素（ＤＯ）を得ることができる。また、ｐＨセンサ３０のｐＨ測定用電極５０と固体接触型参照電極６０との間の電位差Ｅから、コンクリート中の水素イオン濃度指数（ｐＨ）を得ることができる。

本実施形態のＤＯ／ｐＨ計測センサ１０は、コンクリート中に埋め込んで、コンクリート中の溶存酸素（ＤＯ）およびコンクリート中の水素イオン濃度指数（ｐＨ）を計測することができる。コンクリート中の溶存酸素（ＤＯ）およびコンクリート中の水素イオン濃度指数（ｐＨ）を計測することにより、コンクリート内への水の浸透の有無を評価することができる。結果として、鉄筋の腐食評価をすることができる。

以上、本発明について、実施形態を示して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。上記実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
ＤＯセンサにより、水溶液中の溶存酸素（ＤＯ）を計測した。
ＤＯセンサとしては、白金円盤電極（直径１００μｍ）を試料電極（第１電極）とし、白金線を対極（かつ擬似参照電極：第２電極）としたものを用いた。
アルゴン、空気および酸素を吹き込んだ水溶液中に、試料電極と対極を浸漬し、動電位カソード分極した。結果を図１１に示す。
図１１に示すように、ＤＯセンサには、－０．４Ｖ以下の電位領域でカソード電流が流れた。このカソード電流は、下記式（１）で示される水溶液中の溶存酸素（ＤＯ）の還元反応に由来する。
Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－→４ＯＨ^－ （１）
－０．５Ｖ以下の電位領域では、上記式（１）の反応は物質輸送律速となることから、この電位領域内の電位で白金円盤電極を定電位分極した際のカソード電流（限界電流）は、溶存酸素（ＤＯ）に比例する。なお、微小円盤電極の限界電流Ｉ_ｌｉｍは、下記式（２）で表される。
Ｉ_ｌｉｍ＝４ｎＦＤＣ_ｂａ （２）
上記式（２）において、ｎは反応に伴う移動電子数、ＦはＦａｒａｄａｙ定数、ＤとＣ_ｂは反応種の拡散係数とバルク溶液での濃度、ａは電極半径である。
上記式（２）に基づいて、限界電流Ｉ_ｌｉｍを算出した結果を図１２に示す。図１２に示すように、－０．６Ｖにおける限界電流と溶存酸素濃度との間には、良好な直線関係が成り立つことが分かった。

［実施例２］
ＤＯセンサにより、セメントペースト（ｗ／ｃ＝４０％）中の溶存酸素（ＤＯ）を計測した。
ＤＯセンサとしては、白金円盤電極（直径１００μｍ）を試料電極（第１電極）とし、白金線を対極（かつ擬似参照電極：第２電極）としたものを用いた。
セメントペースト（ｗ／ｃ＝４０％）中に、試料電極と対極を浸漬し、空気飽和環境下にて、動電位カソード分極した。結果を図１３に示す。
また、空気飽和環境下にて動電位カソード分極した後、１２時間の酸素曝気を行い、動電位カソード分極した。結果を図１３に示す。
図１３に示す結果から、－０．６Ｖにおける限界電流値を比較すると、空気飽和環境に比べて酸素飽和環境では、限界電流値が大きく増加しており、ＤＯセンサは酸素濃度の増加をとらえられていることが分かった。

［実施例３］
ｐＨセンサとして、酸化タングステン（直径１００μｍ）試料電極（第１電極）および、銀・塩化銀・塩化カリウムからなる固体参照膜を表面に形成させた銀（直径１００μｍ）参照電極（第２電極）を用いた。
ｐＨセンサについて、水溶液中およびセメントペースト中での動作を確認した。
ホウ酸緩衝液（ｐＨ７．１５、ｐＨ８．４２）、炭酸緩衝液（ｐＨ１０．６）および水酸化ナトリウム水溶液（ｐＨ１２、ｐＨ１３）を用いて、水溶液中にて電位差測定を行った。結果を図１４に示す。
図１４に示す結果から、センサ毎にばらつきはあるものの、酸化タングステン電極の自然電位はｐＨと良好な直線関係を示しており、中性＝アルカリ性の幅広いｐＨ域で正常に動作することが確認された。

［実施例４］
ｐＨセンサとして、酸化タングステン（直径１００μｍ）試料電極（第１電極）および、銀・塩化銀・塩化カリウムからなる固体参照膜を表面に形成させた銀（直径１００μｍ）参照電極（第２電極）を用いた。
ｐＨセンサにより、セメントペースト（ｗ／ｃ＝４０％）中の電位測定（エレクトロメトリ）を行った。結果を図１５に示す。
図１５に示す結果から、計測開始から、ｐＨはアルカリ性を示しており、セメントペーストのアルカリ環境を計測できていることが分かった。なお、使用したｐＨセンサについて、検量線を予め取得し、これを用いてｐＨを算出した。

［実施例５］
ｐＨセンサとして、酸化タングステン（直径１００μｍ）試料電極（第１電極）および、銀・塩化銀・塩化カリウムからなる固体参照膜を表面に形成させた銀（直径１００μｍ）参照電極（第２電極）を用いた。
温度２０℃、湿度約３０％ＲＨの室内にセメントペーストを設置し、１週間おきに給水することで、セメントペーストの濡れ・渇き状態によるｐＨセンサの出力変動を検証した。結果を図１６に示す。
図１６に示す結果から、水の気化によってセメントペーストが乾燥状態となると、ｐＨセンサの電位は卑化するが、給水によって再び数日間、元の電位を示すことが確認された。すなわち、乾燥状態となって一時的にｐＨ計測が出来なくなったとしても、再度湿潤状態となれば、ｐＨが測定可能であることが確認された。同時に、センサ位置への水の浸透も把握できる。

１０ コンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ（ＤＯ／ｐＨ計測センサ）
２０ ＤＯセンサ
２１ 第１電極
２２ 第２電極
２３ エポキシ樹脂
２４ ガラス管
２５ リード線
３０ ｐＨセンサ
３１ 絶縁基板
３２ リード線
４０ 基材
５０ エポキシ樹脂
６０ ｐＨ測定用電極
６１ プロトン選択電極
６２ 絶縁膜
６２Ａ 第１絶縁膜
６２Ｂ 第２絶縁膜
６３ タングステン
６４ 酸化タングステン
７０ 固体接触型参照電極
７１ 銀線
７２ 固体参照膜
７３ 絶縁膜
７３Ａ 第３絶縁膜
７３Ｂ 第４絶縁膜
１００ モルタル

Claims (3)

1. 鉄筋コンクリート内部に埋め込まれ、鉄筋コンクリート内部の鉄筋の腐食を検知するコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサであって、
   ＤＯセンサと、ｐＨセンサと、前記ＤＯセンサおよび前記ｐＨセンサを内包する筒状の基材と、を備え、
   前記ｐＨセンサは、絶縁基板と、前記絶縁基板の両面にそれぞれ配置されたｐＨ測定用電極および固体接触型参照電極と、を有する、コンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ。
2. 前記基材の内部において、前記ＤＯセンサと前記ｐＨセンサが離隔して配置された、請求項１に記載のコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ。
3. 前記固体接触型参照電極は、多孔質体からなる固体参照膜を有する、請求項１または２に記載のコンクリート中のＤＯおよびｐＨ計測センサ。

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