(57)【要約】【課題】高湿潤環境において構造物に使用される鋼材の耐食性を評価するに際して、実際の高湿潤環境で発生するさびと組成が一致するさびを生成させて、的確に当該鋼材の耐食性を評価することができる高湿潤環境における鋼材の腐食促進試験方法を提供する。【解決手段】下記（Ａ）工程、（Ｂ）工程、（Ｃ）工程からなる工程を１回以上行うことからなる鋼材の腐食促進試験方法である。  （Ａ）鋼材の表面に塩分を付着させる工程  （Ｂ）鋼材に対して、乾燥工程及び湿潤工程を繰り返すことを１サイクルとし、乾燥工程の相対湿度＝４０％超７０％以下、湿潤工程の相対湿度＝８０％以上、湿潤率＝９５％以上１００％以下で行われることとし、このサイクルを少なくとも１回行う工程  （Ｃ）鋼材の表面を、洗浄水により洗浄する工程【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（Ａ）工程と下記（Ｂ）工程と下記（Ｃ）工程とからなる工程を１回以上行うことからなる鋼材の腐食促進試験方法であって、
下記（Ａ）工程において、塩分付着量は０．１〜１０００００ｍｇ／ｍ２であり、さらに下記（Ｂ）工程において、乾燥工程及び湿潤工程は下記条件範囲内で行われることを特徴とする高湿潤環境における鋼材の腐食促進試験方法。
（Ａ）鋼材の表面に、塩化物イオンを含む塩分を付着させる工程
（Ｂ）鋼材に対して、温度と相対湿度を変化させて設定した乾燥工程及び湿潤工程を繰り返すことを１サイクルとし、乾燥工程と湿潤工程の相対湿度および下記式で示される湿潤率が下記の条件範囲内で行われることとし、このサイクルを少なくとも１回行う工程
乾燥工程  相対湿度：４０％超７０％以下
湿潤工程  相対湿度：８０％以上
湿潤率＝（湿潤工程保持時間／（乾燥工程保持時間＋湿潤工程保持時間））：９５％以上１００％以下
（Ｃ）鋼材の表面を、洗浄水により洗浄する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に漏水部や狭空間などの高湿潤環境において、橋梁などの構造物に使用される鋼材の腐食促進試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木分野における構造用鋼材、例えば、橋梁の漏水部、狭空間などの高湿潤環境で裸使用される鋼材は、実用に耐える耐食性を得難い事が知られている。
【０００３】
これまでに、鋼材の腐食促進試験方法は、数多く開発されてきている。従来の鋼材の腐食促進試験方法としては、塩分付着工程−乾燥工程−湿潤工程を組み合わせた腐食促進試験が行われている（例えば、特許文献１参照）。また、塩分付着工程−乾燥工程−湿潤工程に加え、さび層に蓄積した塩分を洗い流す洗浄工程を加えた腐食促進試験が行われている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−１３９４８４号公報
【特許文献２】特許第３６０５６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実環境における鋼材の耐食性は、さびの組成に起因することがわかっており、乾湿繰り返し環境においては、Ｆｅ３Ｏ４の生成量が少なく、塩分が多い環境ではβ−ＦｅＯＯＨが多く生成することがわかっている。乾湿繰り返し環境におけるさびの生成過程は以下のようになる。まず、
Ｆｅ  →  Ｆｅ２＋  ＋  ２ｅ―
の反応により、２価のＦｅイオンが生成し、γ−ＦｅＯＯＨが生成する。
【０００５】
ここで、湿潤工程においてγ−ＦｅＯＯＨの還元反応が生じ、Ｘ線的に非晶質なさびが生成し、乾燥工程において空気中のＯ２により、Ｘ線的に非晶質なさびからγ−ＦｅＯＯＨへの酸化反応が生じる。さらに、湿潤工程において、Ｘ線的に非晶質なさびからＦｅ３Ｏ４への還元反応が生じる。また、２価のＦｅイオンから、塩分存在下、乾湿繰り返しの環境にて、β−ＦｅＯＯＨが生成する。β−ＦｅＯＯＨもγ−ＦｅＯＯＨと同様に、乾燥工程、湿潤工程にて、Ｘ線的に非晶質なさびとの酸化・還元サイクルが生じる。したがって、乾湿繰り返し環境では、乾燥工程の存在によりＦｅ３Ｏ４の生成量は少なくなる。また、十分な量の塩分が存在する場合、β−ＦｅＯＯＨの生成量が多くなる。
【０００６】
特許文献１、２では、乾燥工程と湿潤工程を繰り返すため、前記のさび生成過程により、Ｆｅ３Ｏ４の生成量は少なくなる。
【０００７】
一方、高湿潤環境においては、Ｆｅ３Ｏ４が多く生成し、β−ＦｅＯＯＨの生成量が少ないことがわかっている。
【０００８】
このように、特許文献１、２では、実際の高湿潤環境で発生するさびと組成が一致するさびは生成せず、実際の高湿潤環境を適切に模擬しているとはいえない。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、漏水部や狭空間などの高湿潤環境において橋梁などの構造物に使用される鋼材の耐食性を評価するに際して、実際の高湿潤環境で発生するさびと組成が一致するさびを生成させて、的確に当該鋼材の耐食性を評価することができる高湿潤環境における鋼材の腐食促進試験方法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】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、塩分付着工程−乾燥工程−湿潤工程−洗浄工程からなる複合サイクル試験を前提にして、高湿潤環境において鋼材に生成するさびの組成の観点から、鋭意検討をおこなった。
【００１１】
その結果、湿潤率＝（湿潤工程保持時間／（乾燥工程保持時間＋湿潤工程保持時間）とした時に、湿潤率９５％超１００％以下において、実際の高湿潤環境にて生成するさびの組成と一致するさびが生成することを見出した。すなわち、さび中においてＦｅ３Ｏ４が１０ｍａｓｓ％以上、β−ＦｅＯＯＨが１０ｍａｓｓ％未満という組成である。
【００１２】
高湿潤環境におけるさびの生成過程は以下のようになる。
【００１３】
湿潤率１００％では、乾燥工程が存在しないため、β−ＦｅＯＯＨはほとんど生成しない。また、乾燥工程がないために、Ｘ線的に非晶質なさびからγ−ＦｅＯＯＨへの酸化反応がほとんど起こらず、γ−ＦｅＯＯＨからＸ線的に非晶質なさび還元反応のみが進む。さらに、湿潤工程にて、Ｘ線的に非晶質なさびからＦｅ３Ｏ４が生成する。従って、Ｆｅ３Ｏ４の生成量は多く、β−ＦｅＯＯＨの生成量は少ない。
【００１４】
また、湿潤率９５％では、乾燥工程が存在するため、β−ＦｅＯＯＨは生成するが、乾燥時間が短いため、その生成量は少ない。また、γ−ＦｅＯＯＨおよびβ−ＦｅＯＯＨからＸ線的に非晶質なさびへの酸化・還元サイクルが生じるため、Ｆｅ３Ｏ４の生成量も少ない。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づき構成されたものであり、以下のような特徴を有している。
【００１６】
［１］下記（Ａ）工程と下記（Ｂ）工程と下記（Ｃ）工程とからなる工程を１回以上行うことからなる鋼材の腐食促進試験方法であって、
下記（Ａ）工程において、塩分付着量は０．１〜１０００００ｍｇ／ｍ２であり、さらに下記（Ｂ）工程において、乾燥工程及び湿潤工程は下記条件範囲内で行われることを特徴とする高湿潤環境における鋼材の腐食促進試験方法。
（Ａ）鋼材の表面に、塩化物イオンを含む塩分を付着させる工程
（Ｂ）鋼材に対して、温度と相対湿度を変化させて設定した乾燥工程及び湿潤工程を繰り返すことを１サイクルとし、乾燥工程と湿潤工程の相対湿度および下記式で示される湿潤率が下記の条件範囲内で行われることとし、このサイクルを少なくとも１回行う工程
乾燥工程  相対湿度：４０％超７０％以下
湿潤工程  相対湿度：８０％以上
湿潤率＝（湿潤工程保持時間／（乾燥工程保持時間＋湿潤工程保持時間））：９５％以上１００％以下
（Ｃ）鋼材の表面を、洗浄水により洗浄する工程
【００１７】
なお、上記［１］の（Ｂ）工程において、湿潤率１００％は、乾燥工程保持時間＝０の場合であり、乾燥工程は行わない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、高湿潤環境において構造物に使用される鋼材の耐食性を評価するに際して、実際の高湿潤環境で発生するさびと組成が一致するさびを生成させて、的確に当該鋼材の耐食性を評価することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る高湿潤環境における鋼材の腐食促進試験方法を示すものである。この実施形態においては、高湿潤環境における鋼材の耐食性評価を行うために、図１に示すような工程を有する腐食促進試験を行う。
【００２０】
すなわち、この腐食促進試験は、実際の環境を模擬するために、種々の環境因子を組み合わせた、下記（Ａ）工程と下記（Ｂ）工程と下記（Ｃ）工程とからなっており、この（Ａ）工程と（Ｂ）工程と（Ｃ）工程とからなる工程を１回以上行う。より好ましくは、（Ａ）工程と（Ｂ）工程と（Ｃ）工程とからなる工程を複数回行う。複数回行うことで、腐食が促進され、生成するさびの重量が増加し、より精度の高い定量X線回折を行うことができる。工程順は（Ａ）工程、（Ｂ）工程、（Ｃ）工程の順とし、（Ａ）工程より開始し、（Ｂ）工程あるいは（Ｃ）工程で終了する。腐食促進試験後に試験片を保管する場合は、腐食の進行を抑制するという観点から、（Ｂ）工程で終了するよりも（Ｃ）工程で終了したほうが好ましい。
【００２１】
（Ａ）鋼材の表面に塩化物イオンを含む塩分を付着させる工程：塩分付着工程
（Ｂ）鋼材に対して、温度と相対湿度を変化させて設定した乾燥工程及び湿潤工程を繰り返すことを１サイクルとし、かつ湿潤率が９５％超１００％以下であり、このサイクルを少なくとも１回行う工程：乾燥・湿潤工程
（Ｃ）鋼材の表面を、洗浄水により洗浄する工程：洗浄工程
【００２２】
まず、（Ａ）工程：塩分付着工程について説明する。
【００２３】
（Ａ）の塩分付着工程において、鋼材の表面に付着した塩化物イオンを含む塩分の付着量は、０．１〜１０００００ｍｇ／ｍ２とする。この範囲とすることにより田園地域や山間部などの飛来塩分量の少ない地域、並びに凍結防止剤を散布する地域などの付着塩分量の多い地域をカバーできる。
【００２４】
特に、田園地域や山間部など比較的飛来塩分量の少ない地域を想定する場合、塩分付着量は１〜１００ｍｇ／ｍ２の範囲とし、凍結防止剤を散布する地域などの付着塩分量の多い地域を想定する場合、塩分付着量は１００〜１０００００ｍｇ／ｍ２の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
なお、この実施形態においては、鋼材の表面に塩分を付着させる方法は特に限定しないが、塩水滴下が望ましい。塩水の濃度と滴下量を制御することで、付着塩分量を容易に制御することが可能である。
【００２６】
また、鋼材の表面に塩分を付着させるために使用する塩水としては、海塩または人工海塩、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム−塩化マグネシウム混合物、塩化ナトリウム−塩化カルシウム混合物、岩塩等の水溶液を用いることができる。なお、橋梁が建設される環境では飛来海塩および凍結防止剤が鋼材の腐食に影響を及ぼすことから、使用する塩水としては海塩または人工海塩、塩化ナトリウム−塩化マグネシウム混合物、塩化ナトリウムの水溶液を用いることが好ましい。
【００２７】
次いで、（Ｂ）工程：乾燥・湿潤工程について説明する。
【００２８】
（Ｂ）の乾燥工程及び湿潤工程は下記条件範囲内で行われる。
【００２９】
乾燥工程  相対湿度：４０％超７０％以下
湿潤工程  相対湿度：８０％以上
湿潤率  ９５％以上１００％以下
ここで、湿潤率＝（湿潤工程保持時間／（乾燥工程保持時間＋湿潤工程保持時間））
なお、湿潤率１００％は、乾燥工程保持時間＝０の場合であり、乾燥工程は行わない。
【００３０】
上記のように、乾燥工程の相対湿度は４０％超７０％以下とする。橋梁の建設される環境では飛来海塩および凍結防止剤が鋼材の腐食に影響を及ぼし、その主成分は塩化ナトリウムあるいは塩化ナトリウムおよび塩化マグネシウムである。塩化ナトリウムの臨海湿度は相対湿度で約７５〜７８％であり７５％以下で乾燥するが、塩化マグネシウムの臨海湿度は相対湿度で約３０〜３５％であり海塩に含まれる化学物質では最も低く乾燥しにくい。そのため、橋梁における高湿潤環境（漏水部など）を想定した場合、実環境における腐食形態を再現するためには乾燥工程の相対湿度を４０％超７０％以下に設定する。
【００３１】
また、湿潤工程の相対湿度は８０％以上とする。塩化ナトリウムの臨海湿度は相対湿度で約７５〜７８％である。したがって、相対湿度を８０％以上にしておくと、鋼材表面に付着した飛来海塩および凍結防止剤が吸水することによって水膜が形成し、鋼材表面は湿潤状態を保つことができる。
【００３２】
実際の高湿潤環境にて生成したさびでは、Ｆｅ３Ｏ４、γ−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨ、α−ＦｅＯＯＨ、非晶質さびが観測される。特に、Ｆｅ３Ｏ４は１０ｍａｓｓ％以上含まれており、かつ、β−ＦｅＯＯＨは１０ｍａｓｓ％未満である。
【００３３】
この実施形態における腐食促進試験において、湿潤率９５％以上の場合、生成するさびの組成は、Ｆｅ３Ｏ４が１０ｍａｓｓ％以上、β−ＦｅＯＯＨが１０ｍａｓｓ％未満となる。従って、この実施形態においては、湿潤率が９５％以上１００％以下となるようにした。
【００３４】
なお、乾燥工程および湿潤工程の保持時間は、特に規定しないが、乾燥工程の保持時間が１２時間以上あるいは湿潤工程の保持時間が２４時間未満の場合、非晶質のさびが多く生成するため、乾燥工程の保持時間は０〜１２時間、湿潤時間は２４時間以上とすることが好ましい。
【００３５】
乾燥工程、湿潤工程は、互いに異なる温度、相対湿度に設定される。乾燥工程から湿潤工程へ移行（又は逆方向に移行）すると、温度と相対湿度が変化する。乾燥工程から湿潤工程までの移行時間、湿潤工程から乾燥工程までの移行時間をあらかじめ設定してもよい。これは、移行時間を設定しない場合、試験装置によって乾燥工程から湿潤工程までの移行時間や、湿潤工程から乾燥工程までの移行時間に差が生じ、試験結果のばらつきが生じることがあるためである。
【００３６】
また、実環境の環境調査を行い、その結果に基づいて腐食促進試験を行う場合などは、乾燥工程と湿潤工程は複数回繰り返しても良い。実環境の環境調査結果に基づくことで、より実環境に近い腐食促進試験を行うことが可能である。
【００３７】
次いで、（Ｃ）工程：洗浄工程について説明する。
【００３８】
（Ｃ）の洗浄工程は、洗浄水を鋼材表面にかけることで塩分のさび層内への蓄積を防止し、以下の範囲で行われる。
【００３９】
流量：０．０１ｌ／ｍｉｎ以上１００ｌ／ｍｉｎ未満
時間：５秒以上６００秒未満
流量が０．０１ｌ／ｍｉｎ未満であると、十分な洗浄効果が得られない。一方、１００ｌ／ｍｉｎ以上であると、さび層の剥離が生じる。
【００４０】
また、時間が５秒未満であると、十分な洗浄効果が得られない。一方、６００秒以上となると、さび層内部の鋼材イオンの溶出が生じ、かつ洗浄効果は飽和する。
【００４１】
なお、上記（Ａ）工程、（Ｂ）工程、（Ｃ）工程からなる工程および（Ｂ）工程の乾燥工程と湿潤工程は、それぞれ複数回繰り返しても良い。これは、実環境を想定した場合、塩分は鋼材表面に一定の間隔で供給されるわけではなく、その量は経時的にある程度ばらつくと考えられ、また、乾燥、湿潤過程も環境によって大きく異なると考えられるためである。より好ましくは、実環境において温湿度、付着塩分量などの調査を行い、本腐食促進試験に反映させ、より実環境に近い条件で腐食促進試験を行うことである。
【実施例１】
【００４２】
本発明の実施例１を示す。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】
まず、Ｃ：０．０９２ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．７０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１７ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００３４ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．３１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．５２ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．１７ｍａｓｓ％のＪＩＳ−ＳＭＡ相当の鋼材を溶製し、熱間圧延を施して厚さ６ｍｍの鋼板を試作した。得られた鋼板から３５ｍｍ×３５ｍｍ×５ｍｍの試験片を採取した。試験片は表面△△△仕上げに加工した。試験片は試験面が２５ｍｍ×２５ｍｍとなるよう端面、裏面および表面の端から５ｍｍの位置をテープシールした。
【００４４】
腐食促進試験は表１に示す条件にて行った。すなわち、前記の本発明の一実施形態に基づいて行った場合を本発明例（試験Ｎｏ．１〜２０）とし、それを外れて行った場合を比較例（試験Ｎｏ．２１〜２７）とした。
【００４５】
なお、塩分付着工程では、塩水滴下および塩水噴霧を行った。塩水滴下は、人工海水溶液を週に一回試験片の表面に水膜厚さ５ｍｍとなるよう塗布することで行った。この際、付着する塩分量は、人工海水溶液の濃度を変化させることで制御した。塩水噴霧は、塩水濃度、噴霧時間を制御することで、付着塩分量の制御を行った。
【００４６】
また、洗浄工程は、洗浄水として水道水を用い、試験片を水平面から４５度の角度に保持し、試験片表面のテープシールしていない部分へ流量を調節した洗浄水をあてた。また、試験期間は１２週間とした。
【００４７】
そして、試験終了後、試験片表面に生成したさびを採取し、定量Ｘ線回折を行い、さび中のＦｅ３Ｏ４量が１０ｍａｓｓ％以上の場合を○、１０ｍａｓｓ％未満の場合を×、β−ＦｅＯＯＨ量が１０ｍａｓｓ％未満の場合を○、１０ｍａｓｓ％以上の場合を×として評価した。その評価結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１に示すように、本発明例（試験Ｎｏ．１〜２０）の試験条件では、試験片表面に生成するさび中のＦｅ３Ｏ４量が１０ｍａｓｓ％以上（○）、β−ＦｅＯＯＨ量が１０ｍａｓｓ％未満（○）となることから、実際の高湿潤環境を再現していると考えられる。
【００５０】
一方、比較例（試験Ｎｏ．２１〜２７）の試験条件では、Ｆｅ３Ｏ４量が１０ｍａｓｓ％未満（×）、β−ＦｅＯＯＨ量が１０ｍａｓｓ％以上（×）となり、実際の高湿潤環境を再現していないことがわかる。
【００５１】
以上のことから、本発明の有効性を確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態における耐食性評価試験の工程図である。
【図１】
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