(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材の補修材であって、 
化学反応により液体から固体に固化する樹脂に、 
鋼材に対して卑な金属の粉末が分散して含まれる塗料が、導電性の繊維で構成される布状の担体に含浸され、 
前記布状の担体に用いられる導電性の繊維の直径は10〜50μmであること 
を特徴とする鋼材の補修材。 
【請求項２】
前記鋼材に対して卑な金属は、亜鉛または亜鉛合金であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の補修材。 
【請求項３】
前記樹脂は、ポリウレタン系、アクリルスチレン系、エポキシ系、アルキルシリケート系またはアルキド系の樹脂材料であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の補修材。
【請求項４】
前記導電性の繊維は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の補修材。 
【請求項５】
前記樹脂は、空気中の酸素または水分と反応、あるいは、前記樹脂の溶剤の乾燥により硬化する１液反応硬化型の樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の鋼材の補修材。 
【請求項６】
鋼材から腐食生成物を除去するステップと、 
化学反応により液体から固体に固化する樹脂に、前記鋼材に対して卑な金属の粉末が分散して含まれる塗料が、導電性の繊維で構成される布状の担体に含浸されている補修材を前記鋼材に貼り付けるステップと、 
前記補修材を硬化させるステップと、 
を含み、 
前記布状の担体に用いられる導電性の繊維の直径は10〜50μmであること 
を特徴とする鋼材の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の補修材および鋼材の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の耐食性を向上させるために、亜鉛めっき等により表面処理を行った鋼材が各種構造物に使用されている。このような表面処理により形成された皮膜は使用環境により経年的に減耗し部分的に消失することがあり、鋼材の錆を防止するために定期的な修復が必要となる。
【０００３】
従来の鋼材の修復方法としては、亜鉛粉末を樹脂に分散させた塗料を鋼材に塗布する方法（非特許文献１参照）や、溶射により鋼材の表面に亜鉛皮膜を形成する方法（非特許文献２参照）がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ローバルと一般塗料のさび止め原理の違い、ローバル株式会社、［平成27年10月16日検索］、インターネット＜URL：http：//www.roval.co.jp/＞
【非特許文献２】防食溶射の溶射法／防食溶射とは、防食溶射協同組合、［平成27年10月16日検索］、インターネット＜URL：http://www.tscpc.jp/method/index.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このうち、溶射による皮膜形成は、鋼材の素地調整（錆の除去等）が不十分な場合には付着力が低く、皮膜が剥離しやすくなるという問題がある。また、溶射による皮膜形成は、専用の大型装置や周辺の養生が必要であり、現場での施行には向かない。
【０００６】
また、亜鉛含有塗料を塗布する方法は、現場で実施しやすいというメリットがあるが、亜鉛含有塗料の塗布前の鋼材の素地調整が不十分な場合には付着力が低く、塗料が剥離しやすくなるという問題がある。また、亜鉛含有塗料を塗布する方法は、塗料内部で亜鉛粉末が樹脂により覆われてしまうため塗料の電気的な導電性が低くなってしまう。その結果、本来、亜鉛含有塗料に期待される犠牲防食の効果が低くなるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、鋼材の修復において、鋼材の素地調整が不十分な場合であっても塗料が剥がれにくく、防食の効果を低下させない補修材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するため、本発明は、化学反応により液体から固体に固化する樹脂に、鋼材に対して卑な金属の粉末が分散して含まれる塗料が、導電性の繊維で構成される布状の担体に含浸され、前記布状の担体に用いられる導電性の繊維の直径は10〜50μmであることを特徴とする鋼材の補修材とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋼材の修復において、鋼材の素地調整が不十分な場合であっても塗料が剥がれにくく、防食の効果を低下させない補修材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態の補修材のイメージ図である。
【図２】図２は、補修材を用いた鋼材の補修手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、従来技術における塗料のイメージ図である。
【図４】図４は、本実施形態の補修材の実験条件および実験結果をまとめた図である。
【図５】図５は、実験に用いた各鋼材のサイズ、傷の形状および位置を示す図である。
【図６】図６は、図４の実験により塗装した鋼材に発生した錆の状態のイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。本発明は以下に説明する実施形態に限定されない。
【００１２】
本実施形態の鋼材の補修材は、例えば、腐食した亜鉛めっき鋼材に用いられる補修材である。この補修材は、化学反応により液体から固体に固化する樹脂に、鋼材（鉄）に対して卑な金属（例えば、亜鉛、亜鉛合金等）の粉末が分散された塗料を、導電性の繊維（例えば、金属製不織布）で構成される布状の担体に含浸させたものである。
【００１３】
本実施形態の補修材１０１のイメージ図を、図１に示す。なお、図１において鋼材１０３は、腐食生成物が既に除去された状態であるものとする。例えば、補修材１０１は、樹脂に亜鉛（Ｚｎ）等の金属の粉末１０４が分散され、導電性の繊維（例えば、金属製不織布）で構成される布状の担体（導電性担体）１０２に含浸させた塗料である。ここで、金属の粉末１０４および導電性担体１０２の含有量はできるだけ多い方が望ましい。例えば、金属の粉末１０４および導電性担体１０２の含有量は合計で補修材１０１の重さの80wt％以上、さらに望ましくは90wt％以上とすることが望ましい。
【００１４】
このような補修材１０１を用いた鋼材の補修手順の例を、図２を用いて説明する。まず、鋼材の補修者は、鋼材から腐食生成物を除去する（Ｓ１）。そして、補修者は、補修材１０１を鋼材に貼り付け（Ｓ２）、その後、補修材１０１を硬化させる（Ｓ３）。
【００１５】
なお、一般に、亜鉛などの鋼よりも卑な金属粉末を高濃度含有する塗料は、犠牲防食の効果を発揮することが期待されている。この犠牲防食は塗膜に傷がついて、鋼材が一部露出した場合でも、塗料に含まれる亜鉛が鋼よりも卑な金属であるために、亜鉛が優先的に腐食し、その結果流れる電流により、鋼は腐食しないという効果を得る機能である。鋼材の塗料に犠牲防食の効果を発揮させるためには、鋼材と、塗料に含まれる金属（例えば、亜鉛（Ｚｎ））とが電気的に導通し、かつ、鋼材と亜鉛が連続した水に接触している必要がある。したがって、例えば、図３に示すように、従来技術においては、樹脂に亜鉛（Ｚｎ）を添加した塗料では、鋼材と亜鉛の粉末、および、亜鉛の粉末同士の導通は限定的である。つまり、図３において符号２０１に示す亜鉛（Ｚｎ）粒子以外は犠牲防食の効果を発揮しない。また、符号２０１に示す亜鉛（Ｚｎ）粒子が腐食の進行とともに失われてしまえば、犠牲防食性は完全に失われることになる。
【００１６】
一方、本実施形態の補修材１０１においては、導電性担体１０２により金属の粉末１０４同士、および、金属の粉末１０４と鋼材１０３との間の電気的な導通が確保されるので犠牲防食の効果が充分に発揮される。なお、従来技術においては、補修材における亜鉛（Ｚｎ）の粉末の含有量を全体（補修材）の90wt％以上としても十分な電気的な導通が確保できないことが多いが、亜鉛の粉末の含有量を電気的な導通ができるまでに高めると、鋼材との接着に寄与する樹脂の量が減るため、十分な付着力が得られない（剥がれやすくなる）ことが確認されている。一方、本実施形態の補修材１０１は、樹脂内に導電性担体１０２を含むので、金属の粉末１０４同士、および、金属の粉末１０４と鋼材１０３との間の電気的な導通が十分に確保され、かつ、補修材１０１の一部の付着力が低下したとしても他の部分が支えるので剥がれにくいという効果を持つ。
【００１７】
なお、以下の説明において、補修材１０１に用いる金属の粉末１０４は、亜鉛の粉末である場合を例に説明するが、これに限定されない。例えば、金属の粉末１０４は、鋼材（Ｆｅ）１０３に対して卑で、犠牲防食の効果を発揮する金属の粉末であれば、亜鉛アルミ合金や亜鉛アルミマグネシウム合金等の亜鉛合金や、アルミニウム、アルミニウム合金等の粉末であってもよい。また、金属の粉末１０４の平均粒径は1〜10μm等、できるだけ細かな粒子であることが望ましい。
【００１８】
また、導電性担体１０２は、導電性の高い金属材料が好適に用いられる。また、導電性担体１０２は、鋼材１０３よりも卑な金属材料であれば、鋼材１０３に対して犠牲防食の効果を発揮するので、より好適に用いられる。加えて、導電性担体１０２は、金属の粉末１４よりは貴な金属材料を用いることが望ましい。これは以下の理由による。すなわち、仮に導電性担体１０２に金属の粉末１０４よりも卑な金属材料を用いると、犠牲防食の効果の発揮時に、金属の粉末１０４よりも先に導電性担体１０２が消費され、その結果、導電性を確保しているパスが切断され、金属の粉末１０４が残っていても犠牲防食の効果が発揮できなくなるおそれがある。しかし、上記のように、導電性担体１０２に鋼材１０３よりも卑で、金属の粉末１０４よりは貴な金属材料を用いれば、まず金属の粉末１０４が腐食し、金属の粉末１０４による犠牲防食の効果がなくなってから導電性担体１０２の犠牲防食の効果が発揮されるからである。
【００１９】
例えば、導電性担体１０２は、アルミニウムやアルミニウム合金等、鋼材１０３よりも卑な金属であり、かつ、繊維状に加工しやすい金属が好適に用いられる。また、導電性担体１０２に用いられる金属繊維の直径は10〜50μm等、できるだけ直径が小さいものであることが望ましい。これは、できるだけ細い金属繊維を用いた方が、導電性担体１０２の単位体積あたりの表面積（比表面積）を大きくすることができるからである。
【００２０】
また、補修材１０１に用いる樹脂は、例えば、ポリウレタン系、アクリルスチレン系、エポキシ系、アルキルシリケート系、アルキド系の樹脂等、硬化後、水や空気を通しにくく接着性の高い樹脂が好適に用いられる。
【００２１】
また、これらの樹脂においては空気中の酸素や水分と反応して硬化したり、または溶剤の乾燥により硬化したりする１液硬化型の樹脂（例えば、１液硬化型エポキシ樹脂、１液硬化型ポリウレタン樹脂等）が好適に用いられる。補修材１０１にこのような１液硬化型の樹脂材料を用いることで、主剤と硬化剤の２液を混合して硬化させるタイプ（２液硬化型）の樹脂を用いるよりも、補修者が樹脂に導電性担体１０２に浸み込ませるときの手間を軽減することができ、また、施工品質も安定させることができる。
【００２２】
なお、補修材１０１の樹脂に１液硬化型の樹脂を用いる場合の補修者の作業手順は以下のようになる。例えば、補修者は、樹脂に亜鉛等の金属の粉末１０４を高濃度で含有させた後、窒素雰囲気下等の樹脂の硬化反応が生じにくい環境下で、樹脂に導電性担体１０２に浸み込ませる。そして、補修者は、樹脂に導電性担体１０２に浸み込ませた補修材１０１の樹脂が硬化しないよう、補修材１０１に酸素や水分が入らない状態で包装する。その後、補修者は、現場で補修材１０１の包装を開けて補修材１０１を補修対象の鋼材１０３に貼り付け（または巻きつけ）、補修材１０１を硬化させる。このようにすることで、補修者が鋼材１０３の補修の作業を行うときには、作業現場で包装を開けて補修材１０１を鋼材１０３に貼り付ければ（巻きつければ）よいため、補修の作業効率を向上させることができる。
【００２３】
なお、従来技術である、補修対象の鋼材に、亜鉛（Ｚｎ）の粉末を含有した塗料を塗布する方法の場合、鋼材の素地調整（腐食生成物の除去）としてはブラスト処理でISO8501-1のSa2  1/2以上の処理を行うことが推奨されている。このブラスト処理は大型の装置や周辺の養生が必要となるため、現場での施工が困難な場合も多く、その場合は電動工具によりISO8501-1のSt3以上のグレードで処理する必要がある。しかし、電動工具でISO8501-1のSt3レベルの素地調整を行うのは非常に時間とコストがかかり、それ以下のグレードの素地調整では充分な付着力が得られず、付着力が低下した部分では塗料が剥離してしまう。
【００２４】
一方、本実施形態の補修材１０１では、導電性担体１０２に樹脂および金属の粉末１０４が含浸されているため、一部付着力が低下した部分があっても周辺部に付着力が残存していれば補修対象の鋼材１０３から剥がれないので防食の効果を長期間維持できる。つまり、補修材１０１によれば、補修対象の鋼材１０３の素地調整（腐食生成物の除去）のグレードが低かった場合でも、防食の効果を長期間維持できる。また、補修者が、補修材１０１を、補修対象の鋼材１０３に１周以上巻きつけて補修すれば、付着力を失っても剥がれにくいので防食の効果をさらに長期間維持できる。つまり、本実施形態の補修材１０１によれば、従来技術と比較して補修材の防食の効果を高め、かつ、防食の効果を長時間維持できる。
【００２５】
（実験結果）
本実施形態の補修材１０１の犠牲防食の効果を検証するため、以下の実験を行った。本実験では、補修材１０１に用いる金属の粉末１０４として、平均5μmφの亜鉛（Ｚｎ）の粉末を用いた。また、導電性担体１０２として平均20μmφのアルミ製繊維の不織布を用いた。さらに、補修材１０１に用いる樹脂として１液硬化型エポキシ樹脂を用いた。そして、上記の補修材１０１を鋼材に塗装し、犠牲防食の効果および付着力について従来技術（ジンクリッチペイント）で塗装した鋼材と比較した。実験条件および実験結果をまとめたものを図４に示す。また、本実験により、塗装した鋼材に発生した錆の状態のイメージ図を図６に示す。
【００２６】
図４に示すように、本実験では、補修材１０１の亜鉛粉末の割合（wt％）を60％〜70％、アルミ製繊維の不織布（アルミ製不織布）の割合（wt％）を10％〜30％、亜鉛粉末＋アルミ製不織布の割合（wt％）を80％〜90％、１液硬化型エポキシ樹脂（エポキシ樹脂）の割合（wt％）を10％〜20％として、Ａ〜Ｄに示す４つのパターンの補修材１０１について、従来技術の塗料と、犠牲防食の効果および付着力を比較した。従来技術の塗料における亜鉛（Ｚｎ）の粉末の割合（wt％）は90％とし、アルミ製繊維の不織布は用いなかった。また、従来技術の塗料の１液硬化型エポキシ樹脂の割合（wt％）は10％とした。
【００２７】
犠牲防食の効果の検証では、従来技術（ジンクリッチペイント）で塗装した鋼材、上記Ａ〜Ｄに示す補修材１０１で塗装した鋼材それぞれにカッター等で人工的な傷を入れて犠牲防食性能を検証した。塗料の厚さは80〜100μmである。なお、各鋼材のサイズは、図５に示すように、70×150ｍｍ、厚さ3.2ｍｍである。各塗装鋼材の傷の形状および位置は、図５に示す位置である。この傷（クロスカット）は、塗装した鋼材を常温で２週間乾燥させた後、9ｍｍのカッターにより入れた。このような傷を入れた後、塗装鋼材それぞれに対しJIS  K  5600-7-1の塗装試験片塩水噴霧試験（塩水を噴霧し、試料の防食性を評価する試験）を2000時間実施して、塗装鋼材それぞれの傷部分の錆の発生具合を評価した。
【００２８】
また、塗料の付着力については塗装鋼材それぞれを温度-30℃〜70℃、湿度90％の間を100往復する冷熱繰り返し試験に供し、試験後に塗料がはがれているか否かを評価した。
【００２９】
実験の結果、図４および図６に示すように、従来技術においては、犠牲防食性に関しては、塗装鋼材の傷部に鉄の赤い流れ錆が発生し、犠牲防食性が不十分であることが分かった。また、付着力についても冷熱の繰り返し試験で塗料の剥がれが有る（×）ことが分かった。
【００３０】
一方、パターンＡおよびパターンＢに示す補修材１０１の場合、図４および図６に示すように、犠牲防食の効果に関しては、塗装鋼材の傷部に亜鉛の白い錆が発生し、鉄の赤い錆は発生しなかった。つまり、犠牲防食の効果を十分に持つことが分かった。また、付着力についても冷熱の繰り返し試験で塗料の剥がれは無い（○）ことが分かった。
【００３１】
また、パターンＣおよびパターンＤに示す補修材１０１の場合、図４および図６に示すように、犠牲防食の効果に関しては、塗装鋼材の傷部に鉄の赤点錆が発生した。つまり、犠牲防食の効果はやや不十分であるが従来技術よりは良いことが分かった。また、付着力については冷熱の繰り返し試験で塗料の剥がれは無い（○）ことが分かった。
【００３２】
つまり、補修材１０１について亜鉛粉末＋アルミ製不織布の割合（wt％）を80％以上とすることで、従来技術よりも高い犠牲防食の効果および付着力を発揮し、特に90％程度とすることでより高い犠牲防食の効果を発揮することが分かった。
【００３３】
以上説明した本実施形態の補修材１０１は、導電性繊維よりなる布状担体（導電性担体１０２）を用いることで、犠牲防食性を向上させ、また、塗料の剥がれにくさを実現させた。つまり、導電性担体１０２に金属の粉末１０４および樹脂を担持させることで、導電性担体１０２を通じて金属の粉末１０４同士、および、金属の粉末１０４と鋼材１０３間の導通が確保される。その結果、金属の粉末１０４と導電性担体１０２が合計で全体の80wt％あれば従来技術より高い犠牲防食の効果を得ることができ、また、金属の粉末１０４と導電性担体１０２が合計で全体の90wt％以上あれば十分に高い犠牲防食性を得ることができる。また、経年劣化や素地調整不足で補修材１０１の一部に付着力の低下が生じたとしても、樹脂と金属の粉末１０４が導電性担体１０２に保持されているので、周辺部がサポートすることにより、剥がれが生じにくいというメリットもある。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  補修材
１０２  導電性担体
１０３  鋼材
１０４  金属の粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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