(57)【要約】      （修正有）【課題】樹脂シートによって防食被覆された鉄鋼構造物が、長期にわたりその防食機能を維持すること及びその被覆工法を提供する。【解決手段】樹脂シートによって防食被覆された鉄鋼構造物において、樹脂シート重なり部分に生じる隙間にポリマーセメントを充填してなる構造を有することを特徴とする防食被覆鉄鋼構造物、及び、ポリマーセメントの充填速度が毛細管現象による充填速度以下になるように、隙間内に圧力をかけないでポリマーセメントを供給することを特徴とする鉄骨構造物の被覆工法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂シートによって防食被覆された鉄鋼構造物において、樹脂シート重なり部分に生じる隙間にポリマーセメントを充填してなる構造を有することを特徴とする防食被覆鉄鋼構造物。
【請求項２】
前記ポリマーセメントが、アクリル系樹脂とセメントの混合物である請求項１記載の防食被覆鉄鋼構造物。
【請求項３】
鉄鋼構造物表面に樹脂シートをその端部を重ねて複数貼付する鉄鋼構造物の被覆工法であって、前記樹脂シートの重なり部分に生じる隙間をポリマーセメントで充填するにあたり、その充填速度が毛細管現象による充填速度以下になるように、隙間内に圧力をかけないでポリマーセメントを供給することを特徴とする鉄鋼構造物の被覆工法。
【請求項４】
前記充填方法において、毛細管現象だけでは充填が不可能な隙間に対して、ポンプにより３０ｃｍ毎分以下の線速度でポリマーセメントを供給し充填する請求項３記載の鉄鋼構造物の被覆工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防食被覆された鉄鋼構造物及びその被覆工法に関し、特に、樹脂シートによって防食被覆された鉄鋼構造物及びその被覆工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼板製の分電ボックス、鉄塔、鋼橋梁等、屋外に設置されている鉄鋼構造物は、鋼材の腐食防止のため、塗装、めっき、溶射等の処理がなされるのが一般的である。このような腐食防止方法の一つとして、また、長期使用後の防食皮膜の補修皮膜として、樹脂シートを鉄鋼構造物に貼付した鉄鋼構造物が種々開発されている（例えば、特許文献１〜３等）。また、吊橋等では、ケーブルとその被覆管の空隙部の充填材料としてポリマーセメントを用いる方法が開発されている（例えば、特許文献４〜６等）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−６０２９０号公報
【特許文献２】特開平８−２０７５１号公報
【特許文献３】特開平１０−３３７８０４号公報
【特許文献４】特開昭５９−４７４８９号公報
【特許文献５】特開昭５８−１１３２８４号公報
【特許文献６】特開昭５７−４６８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、鉄鋼構造物に樹脂シートを貼付する場合、作業性、また、樹脂シートの製造上の制限等から、樹脂シートの幅は、最大でも１ｍ程度に制限される。特に、防食皮膜の補修作業においては、殆ど全てを手作業で行う必要があるため、最大でも数十ｃｍ程度の幅の樹脂シートを貼付することになる。この場合、広い面積では、樹脂シートの端部を重ね合わせて貼付する必要が生じる。
【０００５】
長期の防食を意図した場合、樹脂シートにはある程度の厚さが必要なため、シートの重なり部分にはどうしても断面が直角三角形様の形状をした空間（以下、隙間と記述）が生じることになる。この隙間を放置した場合、毛細管現象によって隙間の深部まで、雨水等が侵入し、鋼材の腐食の原因となる。樹脂シート下で腐食が進むと、腐食生成物によってシートが押し上げられて剥離して、鋼材が剥き出しになり、さらに腐食が進むという悪循環に陥る。
【０００６】
この隙間対策としては、端部に防食処理を施しながら樹脂シートを貼付するか、生じた隙間を充填すればよい。しかし、端部に防食処理をしながら樹脂シートを貼付したのでは、施工が容易であると言う樹脂シート利用の価値がなくなってしまうことは言うまでもない。また、生じた隙間を充填する場合、隙間の両端だけを塞いだのでは、被覆の欠陥、疵等からの水の侵入を防ぐことができない。しかし、数ｍｍ以下の極狭い隙間を全面にわたって充填することは困難であった。
そこで、本発明は、樹脂シートの重ね貼り部に生じた隙間を充填した、新たな防食被覆鉄鋼構造物及びその被覆工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、樹脂シートの重ね貼り部に生じた隙間を充填するための条件に着目した。  その条件としては、
（ａ）溶剤（水、有機溶剤）の揮発を必要としないこと
（ｂ）低粘度であること
（ｃ）充填物が硬化した後にもある程度の柔軟性をもつこと
（ｄ）鋼材の防食機能を有すること
（ｅ）耐候性に優れること
（ｆ）その他（毒性がない、施工が容易である等）
等が必要とされる。
【０００８】
これらの条件から種々の材料を検討した結果、ポリマーセメントが充填剤として最適であることを見出し、本発明を完成させたものである。即ち、ポリマーセメントは水和することによって硬化するため、組成を適切に選ぶことによって溶剤の揮発を必要としない。微粒子セメントを用いたり、流動化剤を添加することにより、流動性を高めることが可能である。
【０００９】
また、セメントが水和して硬化した後も、ポリマーの効果によってある程度の柔軟性を有する。さらに、セメントコンクリートのアルカリ性によって鋼材の防食機能がある。無機物であり、基本的に耐候性に優れる。毒性は非常に低く、セメント粉末と樹脂エマルジョンと必要な添加剤を混合するだけですぐに使える、等、上記条件をすべて容易に満たすためである。
【００１０】
即ち、本発明の第１は、樹脂シートによって防食被覆された鉄鋼構造物において、樹脂シート重なり部分に生じる隙間にポリマーセメントを充填してなる構造を有することを特徴とする防食被覆鉄鋼構造物である。
第２は、前記ポリマーセメントが、アクリル系樹脂とセメントの混合物である前記第１に記載の防食被覆鉄鋼構造物である。
【００１１】
第３は、鉄鋼構造物表面に樹脂シートをその端部を重ねて複数貼付する鉄鋼構造物の被覆工法であって、前記樹脂シートの重なり部分に生じる隙間をポリマーセメントで充填するにあたり、その充填速度が毛細管現象による充填速度以下になるように、隙間内に圧力をかけないでポリマーセメントを供給することを特徴とする鉄鋼構造物の被覆工法である。
【００１２】
第４は、前記充填方法において、毛細管現象だけでは充填が不可能な隙間に対して、ポンプにより３０ｃｍ毎分以下の線速度でポリマーセメントを供給し充填する前記第３に記載の鉄鋼構造物の被覆工法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鉄鋼構造物の被覆構造、又は、被覆工法を用いることにより、屋外の鉄鋼構造物の補修、現地での防食被覆を容易に低コストで行うことができる。また、形成された皮膜は、長期にわたり構造物の防食皮膜として機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、樹脂シートによって防食被覆された鉄鋼構造物において、樹脂シート重なり部分に生じる隙間にポリマーセメントを充填してなる構造を有することを特徴とする防食被覆鉄鋼構造物である。
本発明に用いられる樹脂シートは、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等、又はその誘導体を主体とする樹脂シートである。
【００１５】
粘着剤としては、天然ゴム系、スチレン-ブタジエンゴム、ブチルゴム等の合成ゴム系や、アクリル系の粘着剤を使用することができる。粘着剤の種類に要求される特性としては、粘着力が強く、また、耐候性に優れることである。また、鋼材と樹脂シートとの熱膨張率の差を吸収する必要があるため、柔軟さも必要となる。粘着剤層の柔軟性を高めるための方法として、ゴム等の柔軟なシートの両側に粘着剤を塗布する等の多層構造にしても良い。
【００１６】
上記の材料を貼付して、鉄鋼構造物を被覆して行く場合、広い面積の被覆においては、どうしても樹脂シートの重ね張りが必要になり、被覆に隙間が生じる。この際、樹脂シートの厚さ、形状、粘着剤層の厚さ、柔軟性等の諸条件を工夫することにより、隙間を小さくすることは可能であるが、これをなくすことは不可能と言ってよい。また、生じた隙間は、小さいほど毛細管現象により深部まで水を引き込むと言う結果を生じる。本発明では、小さな隙間を充填する材料として、ポリマーセメントを用いることにより、この問題を解決した。
【００１７】
本発明では、ポリマーとして、アクリル系樹脂エマルジョンを主成分とするポリマーを用いることが好ましい。アクリル系樹脂を用いる理由は、安価であり、強度、伸び、耐候性等の特性に優れるためである。樹脂エマルジョンの主体となるポリアクリル酸エステルとしては、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル等、又は、その共重合物、混合物が使用できる。エマルジョンを形成する界面活性剤としては、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両イオン性界面活性剤、又は、これらの混合物が使用できる。また、エマルジョン内に、必要に応じ、メチルセルロース等の安定剤を添加することもできる。
【００１８】
ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）としては、５０℃以下であれば、問題はない。その他の特性としては、樹脂シート、粘着剤層、鋼材表面との接着性に優れる方が望ましい。このため、必要に応じ、エポキシ樹脂と硬化剤又は硬化触媒、あるいは、通常の高分子化合物用の架橋剤、又は、シランカップリング剤等の無機物と有機物を結合させる添加剤を適量添加することも有効である。
【００１９】
本発明に用いるセメントとしては、硬化前のペースト状態での流動性、浸透性を重視する立場から、粒子が大きいセメントを用いることは望ましくない。通常市販されているポルトランドセメントの平均粒径は２０μｍ程度であるが、その粒度分布は大きく、粒径が１００μｍを超える粒子も質量分率で数％含まれている。このような粗大な粒子が含まれていては、狭い隙間を緻密に充填することは困難であり、また、充填作業に支障が生じる可能性がある。
【００２０】
このため、最大粒径を５０μｍ以下に制限し、また、平均粒径は１０μｍ以下の微粒子セメントを用いることが望ましい。なお、粒径が小さい場合には、セメント粒子が凝集し、見かけ上の粒径が大きくなることもあるため、凝集防止剤、流動化剤等を添加するとよい。また、セメントの種類としては、通常のポルトランドセメント、又は、水砕スラグを混合した高炉セメント等、一般的なセメントであれば、問題なく用いることができる。
【００２１】
これらの材料を混合してセメントペーストとするに当り、ポリマー／セメント比（以下、Ｐ／Ｃ比）は、０．０５〜０．４の範囲で設定可能である。この比が小さい場合は、皮膜が硬くなり、接着性が劣る等の問題が生じる。大きい場合は、ペーストの粘度が高くなり、隙間への充填が難しくなる傾向がある。このため、用途に応じて、適切な値を設定する必要がある。Ｐ／Ｃ比を０．１〜０．３とすることで、バランスが良い充填材料となる。
【００２２】
水／セメント比（以下、Ｗ／Ｃ比）としては、健全なセメントの目安とされる、0.２５〜０．４の範囲が望ましい。コンクリートは、一般的にＷ／Ｃ比が小さい方が高い強度が得られるが、本方法においては、硬化したセメントの強度は問題ではなく、ペースト状態での流動性、浸透性が重要である。このため、Ｗ／Ｃ比が小さいことは望ましくない。また、Ｗ／Ｃ比が０．４より大きい場合には、余剰な水が残ることになるが、これが樹脂シートを透過して失われるには長時間が必要である。
【００２３】
また、水分が失われた後には、微細な隙間が生じ、これが後に水を呼びこむことになり、望ましくない。また、隙間が大きい、高低差がある等の充填の状況によっては、ペーストに水圧が加わることもある。この場合には、ブリージング現象が生じ易くなるため、結果的に隙間が生じる可能性がある。このため、Ｗ／Ｃ比は０．２５〜０．３５の範囲にあることがより望ましい。
【００２４】
なお、通常のセメントあるいはポリマーセメントには、骨材、顔料、繊維等の多くの種類の材料が必要に応じて混和されている。しかし、本発明においては、セメントの凝集を防止する凝集防止剤、流動性を改善するための流動化剤、凝結時間を制御するための凝結遅延剤、気泡発生を防止するための消泡剤、鋼材の腐食を抑制させるための防錆顔料の添加以外には、あまり意味がない。
【００２５】
組成物の混錬は、通常のポリマーセメントペースト（以下、ペーストと略記）の混錬と同様に行えばよい。なお、混錬後、充填作業の前には、充填時の目詰まり防ぐために、メッシュが細かい金網等でペーストを濾過することが望ましい。
実際の被覆工事の場合では、殆どの場合、被覆に用いられる樹脂シートは不透明であるため、状況を直接確認しながらペーストを充填することはできない。また、ペーストを充填する場所（隙間の数）は膨大な数になる。このため、可能であれば、透明な材料で同等の隙間を持つダミーの試料を作成し、最適な充填条件、所要時間を確認しておくことが望ましい。
【００２６】
充填作業のために把握すべきことは、まず隙間の方向（垂直方向、水平方向、あるいは斜め）及び隙間の大きさである。これによって、ペーストの条件、充填する方法等を適切に選ばなければならない。隙間の方向としては、重力が利用できるため垂直方向が最も充填作業が容易であり、水平方向が最も難しくなる。隙間の大きさとしては、その形状、また充填するペーストの粘度等、他の要素の影響も大きいが、試験結果からは、隙間の断面の周長が１５ｍｍ程度になると、表面張力だけでは充填が困難であり、また、開口部からペーストが流出し易くなった。このため、周長が１５ｍｍ未満の以上によって、充填方法を選択することになる。
【００２７】
水平方向の場合、充填時に気泡が入り易く、また、入った気泡の除去は困難である。このため、まずペーストの調整にあたって消泡剤を添加して気泡発生を抑制し、また混練後の静置時間を取ることが必要である。充填作業にあたっては、極力低い圧力でペーストを注入しなければならない。必然的に長時間を要するため、凝結遅延剤の利用も必要である。反面、ペーストに水圧はかからないため、ブリージング現象は生じ難い。このため、ペースト調整においては、Ｗ／Ｃ比を大きめにすることも可能である。
【００２８】
（ａ）隙間の断面の周長が大きい場合
圧力をかけて充填する必要があり、また、ペーストの流出防止のために、充填口と反対面に何らかの処置が必要となる。一つの方法としては、充填側には極浅く注射針を差し込み、周囲を速硬化性のパテあるいはシーリング剤で埋める。注射針にはマイクロシリンジポンプによって一定速度でペーストを供給する。この場合には、ペーストの粘度が大きめの方が良い結果が得られる。なお、隙間の反対側の開口部にも、ペースト注入口と同様に、浅く注射針を差して周囲を埋めることにより、エア抜きと漏れ防止にすればよい。充填速度は大きい方が作業性は高いが、気泡発生等のトラブルが生じ易くなり、また、圧力も高くなるため、隙間を押し広げる可能性もある。充填速度としては、実験によってペースト組成を工夫しても気泡発生が防止できなかった毎分３０ｃｍが限界であり、望ましくは１５ｃｍ毎分以下である。
【００２９】
（ｂ）隙間の断面の周長が小さい場合
ペーストの流出防止処置の必要はない。基本的に、毛細管現象によって自然に充填されていくが、圧力をかけるなどして充填速度を大きくすると、気泡が発生し易くなる。このため、ダミーの試料による事前検討をすることが望ましい。また、ペースト供給は、シリンジポンプ等により制御する等、極力圧力がかからない形で供給することが必要である。  隙間が垂直方向の場合、気泡は発生し難いが、ブリージング現象は生じ易くなる。このため、Ｗ／Ｃ比は、最大で０．３５又はそれ以下にする必要がある。また、断面の周長によって、充填方法が限定される。
【００３０】
（ｃ）隙間の断面の周長が大きい場合
ペーストの流出防止、気泡発生防止のために、隙間の下の開口部からペーストを充填しなければならない。上の開口部は、特に処置は必要ない。それ以外は、（ａ）と同等の方法で充填することができる。
【００３１】
（ｄ）隙間の断面の周長が小さい場合
ペーストの流出防止処置の必要はないため、下の開口部からでも、上の開口部からでも、充填作業が可能である。これ以外は、（ｂ）と同等の方法で充填することができる。但し、下からの充填の場合、毛細管現象による自然充填側速度は徐々に低下するため、ペースト供給の制御は難しくなる。このため、特に充填する長さが長い場合には、上からの充填が望ましい。また、（ｂ）の場合に比べ、ブリージング現象は生じ易くなるため、Ｗ／Ｃ比は、最大で０．３５又はそれ以下であることが要求される。なお、隙間が斜め方向の場合、その角度に応じて、水平あるいは垂直と同等の方法で充填作業を行う。
【００３２】
基本的には、充填作業は上記のように４つに分類される。問題が生じ易いのは、隙間の断面の周長が小さい場合であり、充填が進まない場合には、部分的な隙間の閉塞等が考えられる。このような場合には、適当な間隔で隙間部に注射針を差し込む等して、空気抜きを確保すれば良い。当然、この空気穴は、充填が完了した時点で補修して塞がなければならない。また、超音波探傷等によって長い未充填部が確認された場合、空洞の両端に同様に注射針を差して、一方からペーストを注入し、また、一方を空気抜きにすることにより、充填の補修をすることは可能である。
【００３３】
このように、充填作業には手間と時間が必要である。このため、上述したような凝結遅延剤を用いて、ポリマーセメントペーストの凝結を抑制することは重要である。
なお、このポリマーセメントを用いた隙間の充填方法は、隙間に限らず、鋼材と樹脂シートとが接触する端部に線状に塗布することで、鋼材の腐食から樹脂シートの剥離を抑制することが可能である。もちろん、この場合には、流動性をあえて低くするような組成でペーストを調整することが必要なことは言うまでもない。
【実施例】
【００３４】
以下に、実施例を挙げて、本発明を詳細に説明する。
（本発明例Ｎｏ．１、２  比較例Ｎｏ．３、４）
厚さ０．５ｍｍのアモルファスＰＥＴ樹脂（以下、Ａ−ＰＥＴ）シートに、市販の接着剤転写テーブ（商品名Ｆ−９４６０ＰＣ、３Ｍ製）を用いて、０．０５ｍｍ厚のアクリル系粘着剤層を貼付し、防食被覆シートとした。この防食シートを３００ｍｍ×１１０ｍｍに切り出し、４．５ｍｍ×３００ｍｍ×２００ｍｍ角のショットブラスト処理をした熱延鋼材に、樹脂シートの端部２０ｍｍを重ねて貼付した。この試験片を４枚作製し、各々以下の処理を行った。
【００３５】
（試験片１）
本発明により、ポリマーセメントにより隙間を充填した。平均粒径１０μｍの微粒子ポルトランドセメントと、ポリアクリル酸メチル樹脂と非イオン性界面活性剤を主成分とするアクリル樹脂エマルジョンを用いて、Ｐ／Ｃ比が０．１５、Ｗ／Ｃ比が０．４０のポリマーセメントペーストを作製した。ペーストの充填は、隙間を水平方向にして、上記の（ｂ）の方法で行った。なお、ダミー試料の試験で、毛細管現象による自然充填では約４分間でペーストが隙間に浸透したため、試験片作成ではペーストを６分間かけて供給した。７日間静置してポリマーセメントを硬化させ、隙間の無い継ぎ目を得た。
【００３６】
（試験片２）
試験片１と同様に本発明により、ポリマーセメントにより隙間を充填した。ただし、Ｗ／Ｃ比は０．４５とした。硬化後は、ポリマーセメントの未充填部が観察された。
（試験片３）
市販の２液型エポキシ接着剤を用いて、隙間の両端を塞いだ。隙間からは約２ｍｍ内部までエポキシ接着剤が充填された。なお、エポキシ接着剤は粘度が高いため、深く充填できない。
【００３７】
（試験片４）
シートの隙間に対して、何も処理を施さない（無処理）。
これらの試験片を、塩水噴霧試験機によって腐食試験を行い、隙間内部の腐食状況を観察した。なお、ＰＥＴ樹脂、粘着剤いずれも透明であり、非破壊で内部の観察が可能である。評価結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2006289890.tif 000002
【００３９】
表１より明らかなように、本発明例では、ポリマーセメントにより完全に隙間部の腐食が抑制されている。本発明例Ｎｏ．２では、ポリマーセメントの充填は、本発明例Ｎｏ．１に比較して不十分ではあったが、この試験期間内では腐食は観察されなかった。これに対し、市販のエポキシ接着剤で隙間部の端部のみをシールした比較例Ｎｏ．３では、水の侵入を防止する効果が小さい。無処理の比較例Ｎｏ．４では、すぐに隙間部全長にわたって赤錆が発生しており、試験を続けた場合、腐食生成物がＰＥＴ樹脂シートを押し上げて剥離が始まることが予想される。
【００４０】
（本発明例Ｎｏ．５、比較例Ｎｏ．６、７）
厚さ１．０ｍｍのポリエチレン樹脂（以下、ＰＥ）シートに、市販の接合テーブ（商品名Ｙ−４９５２、３Ｍ製）を貼付し、防食被覆シートとした。この防食シートを３００ｍｍ×１１０ｍｍに切り出し、４．５ｍｍ×３００ｍｍ×２００ｍｍ角のショットブラスト処理をした熱延鋼材に、樹脂シートの端部２０ｍｍを重ねて貼付した。この試験片を３枚作製し、各々以下の処理を行った。
【００４１】
（試験片５）
本発明により、ポリマーセメントにより隙間を充填した。平均粒径４μｍの微粒子高炉セメント、ポリマーセメント用市販アクリルエマルジョン（商品名アクリル６０、ポゾリス物産販売）、市販凝結遅延剤（商品名パリックＴ、（株）サンフローパリック製）を用いて、Ｐ／Ｃ比が０．２０、Ｗ／Ｃ比が０．３５となるポリマーセメントペーストを作製した。開口部の目視観察では、隙間の周長は１３〜１４ｍｍであったため、隙間を垂直にして、上記（ｃ）の方法でペースト充填を行った。ダミー試料で予備実験を行い、充填速度としては、約６ｃｍ毎分となるように調整した。充填後、１０日間静置してポリマーセメントを硬化させた。
【００４２】
（試験片６）
市販の２液型エポキシ接着剤を用いて、隙間の両端を塞いだ。なお、隙間からは約４ｍｍ内部までエポキシ接着剤が充填された（試験後の観察結果）。
（試験片７）
シートの隙間に対して、何も処理を施さない（無処理）。
これらの試験片を、屋外にて暴露試験を行った。なお、継ぎ目が鉛直になるように設置した。１年間の暴露試験後、約１００℃に加熱しながら樹脂シートと粘着シートを剥離し、継ぎ目部の腐食状況を観察した。評価結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
2006289890.tif 000003
【００４４】
表２より明らかなように、本発明例Ｎｏ．５では、ポリマーセメントにより完全に隙間部の腐食が抑制されている。これに対し、市販のエポキシ接着剤で隙間部の端部のみをシールした比較例Ｎｏ．６では、水の侵入を防止する効果が小さい。無処理の比較例Ｎｏ．７では、赤錆が発生しており、数年後には錆が全長に広がることが予想される。
特許出願人  新日本製鐵株式会社
代理人    弁理士  椎  名    彊  他１