(57)【要約】【課題】  鋼構造物が腐食して劣化した場合に、原形状に復元させる補修を行う際、腐食箇所を溶断することなく迅速に、かつ、極力簡便に補修を行うことができる鋼構造物や鋼製品の形状補修方法を提供する。【解決手段】  補修箇所の表面に発生している錆をブラスト処理して適宜に除去した後、補正箇所に対して溶射施工を行って溶射材料による被覆層を形成して、被補修部材を原形状に復元する。溶射材料としては、母材と同等の成分を含む金属材料、即ち鋼材を用いることが好ましく、常温で施工できることから高周波アーク溶射による施工が好ましい。補修箇所に開口が穿たれた場合には、溶射施工側と反対側に板紙等を押し当てて高周波アーク溶射により開口に溶射材料を充填して原形状に復元させ、施工後は当て板を除去する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼構造物に生じた腐食等による劣化に対して、該鋼構造物の延命化のために行う鋼構造物や鋼製品の形状補修方法において、
補修箇所に、溶射施工により溶射材料の被覆層を形成して、補修箇所を原形状に復元させることを特徴とする鋼構造物や鋼製品の形状補修方法。
【請求項２】
前記溶射材料は、母材と同等の成分を含む金属であることを特徴とする請求項１に記載の鋼構造物や鋼製品の形状補修方法。
【請求項３】
前記被覆層を、高周波アーク溶射により形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼構造物や鋼製品の形状補修方法。
【請求項４】
前記補修箇所に開口が存している場合において、溶射面と反対側の面に当て板を押し当てた状態で溶射施工することを特徴とする請求項３に記載の鋼構造物や鋼製品の形状補修方法。
【請求項５】
前記当て板を板紙、段ボール紙等の紙製のものとして、溶射施工後に該当て板を撤去することを特徴とする請求項４に記載の鋼構造物や鋼製品の形状補修方法。
【請求項６】
前記補修箇所に開口が存している場合において、該開口内に母材と同等の材料による充填部材を配して溶射施工を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の鋼構造物や鋼製品の形状補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば橋梁、鉄塔、貯槽、水門、鉄骨などの建造物やクレーン、パワーショベルなどの建設機械等が腐食や摩耗等によってその部材が劣化した場合に、劣化した部位を原形状に復元させるための鋼構造物や鋼製品の形状補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の加工性や耐久性、経済性等の優位な点から、鋼構造物は公共の建造物をはじめとして各種の分野における建造物として存している。例えば、橋梁等の大型の建造物は勿論、公園や遊園地の遊具等にも鋼構造物が利用されている。これらの鋼構造物には塗装などによって表面保護が施されているが、経年変化による塗装の劣化現象が生じて、適切な維持管理を怠ると鋼材の腐食が進行し、鋼材の肉厚を減じ、構造物自体としての強度等が所期の値を維持できなくなってしまうおそれがある。例えば、鋼橋では、特に端部において伸縮装置の破損や排水装置からの漏水で端横桁の腐食が見受けられ、また箱桁の腹板では、添接板部での腐食が見受けられる。さらに、補修を怠ると断面欠損が生じて、構造物としての機能が損なわれてしまい、撤去、再構築の必要が生じるおそれがある。このため、劣化した部位を補修して、鋼構造物の強度等を所期の値に復元させて、構造物の延命化を図る必要がある。
【０００３】
この種の鋼構造物であって鋼橋についての補修は、例えば非特許文献１にあるように、腐食等により劣化していて補修を要する補修箇所を含んだ部分を切断し、この切断部分に合致する形状の補修用交換部材を製作して切断部分に嵌め込み、溶接により補修箇所が除去された被補修部材と連結し、あるいは補修用交換部材と被補修部材とに添接部材を掛け渡して高力ボルト等によって接合させるようにしている。図６は、鋼構造物の一例として、鋼ウェブ1aと鋼フランジ1bとからなる橋桁１の概略構造で、斜線を施した部分が腐食による劣化が進行して補修を必要としている補修箇所２を示している。この補修箇所２を含む被補修部材である橋桁１の一部を想像線で示すように切断部分３として、この切断部分３を溶断して除去する。他方、図７に示すように、この切断部分３とほぼ同一形状に補修用交換部材４を、工場等で製作する。この補修用交換部材４を前記切断部分３が除去された部分に、図８に示すように配し、突き合わせ溶接により橋桁１と接合させる。あるいは、図９に示すように、補修用交換部材４と橋桁１とに添接部材５を掛け渡した状態で、高力ボルト６によって締結させる。
【０００４】
他方、金属で形成された土木建築材料の表面にモース硬度７以上の粒状材料を吹き付けて梨地状に下地処理する工程と、該下地処理された表面にアルミニウムと亜鉛とを溶射してアルミリッチな疑似合金皮膜として常温乾燥型のセラミック皮膜を形成する工程となる土木建築材の防錆防食処理方法が開示されている（特許文献１）。また、鋼橋の塗り替え補修において、劣化進行度合いが他の部位より著しい鋼橋の両端部に、他の部位より耐候性（耐久性）の高い塗装を施すことで、鋼橋全体の劣化バランスを平均化させ、塗り替え補修サイクルを延ばし、メンテナンス費用を低減させる鋼橋の塗装方法が提案されている（特許文献２）。そして、この耐候性の高い塗装を常温金属溶射によるものとした方法が提案されている。
【０００５】
【非特許文献１】「鋼橋の補修工事」  三井造船鉄構工事技報  ２００４年３月発行  高山基樹  西谷秀雄  著
【特許文献１】特許第２９４５３８４号
【特許文献２】特開２００６−１４４２８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した補修方法では、補正箇所２の周囲をガス切断し、溶接する必要があるから、ガスや電気の設備を、補修を要する構造物が設置されている現場に搬入しなければならない。また、溶断面は凹凸状となってしまうため、そのままでは切断部分３に合致する補修用交換部材４を製作できないから、溶断面を円滑に加工して、切断部分３の形状を整える必要がある。形状が整えられた切断部分３の寸法を測定して、該切断部分３に合致する補修用交換部材４を製作するための図面を作成し、該図面に基づいて補修用交換部材４を製作する。製作された補修用交換部材４を現場に搬入し、溶接により、あるいは添接部材５を介して高力ボルト６の締め付けにより切断部分３に補修用交換部材４を接合させて、橋桁１を原形状に復元させることになる。このとき、補修用交換部材４を溶接によって接合するためには、溶接装置を現場に搬入しなければならない。すなわち、補修箇所２の周囲の溶断作業と、溶断後の切断部分３の成形作業、切断部分３の寸法測定、補修用交換部材４の製作、補修用交換部材４の切断部分３への接合作業等、多数の工程を要することになり、作業工程が煩雑となってしまうおそれがある。しかも、鋼橋では、補修を要する場所や規模等によっては、通行する交通を遮断して作業を行わなければならない場合が生じる可能性がある。
【０００７】
また、図10は、道路標識や道路灯の支柱７の基礎部の概略を示している斜視図で、支柱７は地面に設けられた基礎の上面の架台板８に起立させ、リブ９によって補強された構造とされている。この支柱７のパイプとリブ９との取り合い部分には、土砂や湿気が溜まりやすいので、たとえば図10に斜線で示すように、リブ９との接合部が劣化しやすい。この劣化部7aを補修する場合には、リブ９の周囲を補修箇所として切断しなければならず、補修用交換部材は支柱７に合致する円筒状の一部を有する形状としなけらばならず、補修交換部材の成形加工が煩雑となっている。
【０００８】
そこで、この発明は、金属材料を溶射して金属皮膜を形成する技術内容に着目して、各種の構造物、特に鋼構造物に生じた腐食等による劣化した部分を簡便に原形状に復元できるようにする鋼構造物や鋼製品の形状補修方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法は、鋼構造物に生じた腐食等による劣化に対して、該鋼構造物の延命化のために行う鋼構造物や鋼製品の形状補修方法において、補修箇所に、溶射施工により溶射材料の被覆層を形成して、補修箇所を原形状に復元させることを特徴としている。
【００１０】
すなわち、補修箇所に金属溶射による被覆層を形成することにより、補修箇所を原形状に復元するものである。補修箇所に対して、ブラスト処理等を施すことによって腐食により生じている錆等を適宜に処理すると共に、表面を粗にして、溶射を施工する。施工後には防錆塗装を行って、外観を被補修部材である鋼構造物と一致させるようにする。
【００１１】
また、請求項２の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法は、前記溶射材料は、母材と同等の成分を含む金属であることを特徴としている。
【００１２】
溶射材料として母材と同等の金属を用いるようにしたものであり、鋼構造物に対する補修を行うことから、鋼を主体として炭素等の組成成分が鋼構造物の材料とほぼ等しい金属材料を溶射する。
【００１３】
また、請求項３の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法は、前記被覆層を、高周波アーク溶射により形成することを特徴としている。
【００１４】
溶射方式には、ガス式や電気式があり、ガス方式としてはフレーム溶射等があり、電気式には、DCアーク溶射やプラズマ溶射、線爆溶射、高周波アーク溶射等があるが、特に高周波アーク溶射により被覆層を形成するようにしたものである。高周波アーク溶射は、擬似合金溶射またはガルバリウム組成溶射を可能とするものであることから、被覆層を母材と同等の成分を含む金属により形成するのに適した溶射方式である。
【００１５】
また、請求項４の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法は、前記補修箇所に開口が存している場合において、溶射面と反対側の面に当て板を押し当てた状態で溶射施工することを特徴としている。
【００１６】
腐食が進行すると構成構造物を構成する鋼板に孔が穿たれてしまって、開口が形成されてしまうことがある。開口が小径の場合には、当て板を押し当てて開口内に溶射材料を充填することにより、鋼板の断面形状と一致するように補修するようにしたものである。補修後には前記当て板は取り除いても構わず、破棄が容易なものを用いることができる。なお、当て板を破棄せずに残存させたままであっても構わない。
【００１７】
また、請求項５の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法は、前記当て板を板紙、段ボール紙等の紙製のものとして、溶射施工後に該当て板を撤去することを特徴としている。
【００１８】
高周波アーク溶射のうち、高周波を用いて減圧内溶射ガンと組み合わせた減圧内アーク溶射機による低温溶射法では、アーク部分よりも母材側に圧搾空気を吹き込むことにより、溶融された材料を吸引して母材に吹き付けるようにしている。このため、アーク部分は局部的に減圧されることになり、溶融材料は過冷却状態で吹き付けられる。したがって、吹き付け温度が常温に近くなり(50〜60℃)、紙やプラスチック等の可燃性材料にも溶射施工することができる特徴がある。そこで、当て板に板紙や段ボール紙等の紙製のものを使用するようにしたものであり、溶射施工によっても当て板が燃焼することがない。
【００１９】
また、請求項６の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法は、前記補修箇所に開口が存している場合において、該開口内に母材と同等の材料による充填部材を配して溶射施工を行うことを特徴としている。
【００２０】
腐食が進行して開口された部分が広い範囲となってしまった場合には、鋼板を構成する材料と同一の鋼材によって該開口内に充填部材を遊挿して、この充填部材と鋼板との間の間隙に溶射材料を充填するように溶射施工するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法によれば、補修箇所を溶断や溶断後の溶断面の成形加工、切断部分の寸法測定、切断部分に組み入れる補修用交換部材の製作を必要としないから、補修作業を簡便化することができ、補修コストが低減される効果を有する。
【００２２】
また、請求項２の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法によれば、母材と同等の成分を含む金属を溶射するため、補修により原形状に復元した場合に、鋼構造物としての所期の強度等を備えさせることができる。
【００２３】
また、請求項３の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法によれば、高周波アーク溶射により常温で施工を行うことができるから、溶射施工時に母材や被覆層を加熱することがなく、入熱による影響を受けることがないから、この入熱による影響を排除して所期の強度を確保させることができる。
【００２４】
また、請求項４の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法によれば、当て板を押し当てることにより開口部に溶射材料を充填させることができるから、開口が存している場合であっても容易に補修作業を行うことができる。
【００２５】
また、請求項５の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法によれば、溶射による補修施工後に当て板を容易に除去できるから、補修作業の簡便化を図ることができる。また、安価な材料による当て板であるから、補修コストの低減を図ることができる。
【００２６】
また、請求項６の発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法によれば、充填部材を介在させることにより溶射の施工範囲を極力小さくできるので、施工の良好性を十分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法を具体的に説明する。
【００２８】
図１は、鋼構造物としての橋桁10の概略構造を示しており、鋼ウェブ10aと構フランジ10bとから形成されている。鋼ウェブ10bの一部であって斜線を施した部分を、腐食が生じて劣化した補正箇所11とする。この補正箇所11にブラスト処理等を行って表面の錆を落として母材を適宜に露呈させると共に、表面を粗に調製する。この補正箇所11に、橋桁10の材料とほぼ等しい成分を含む金属、すなわち橋桁10を構成する鋼材と同等の鋼材を組成する金属を溶射によって吹き付けて、図２上想像線で示すように、補修箇所11にこの溶射材料による被覆層10cを形成する。なお、後述するように溶射施工によって圧搾空気が吹き付けられることにより、補修箇所11に生じている錆が吹き飛ばされるから、前記ブラスト処理によって補正箇所11の表面処理を完全に行う必要がない。
【００２９】
前記溶射は、高周波アーク溶射によることが好ましい。図１は高周波アーク溶射による被覆層10cの形成作業を行っている状態を示している。高周波アーク溶射では、圧搾空気を一対の空気管12から噴射させて交点Ｃで交差させ、溶射材料の線材13の先端からアークを放出させるもので、アークは前記交点Ｃよりも線材13側で収束させるようにしたものである。このため、アークは圧縮空気の流れによる吸引力を受けて交点Ｃ側に吸引され加速されて、補修箇所11に吹き付けられることになる。このため、アーク部分が局部減圧されることにより、過冷却状態で吹き付けられる。このため、吹き付け温度が50〜60℃と常温に近く、紙やプラスチック等の可燃性材料に対しても溶射施工することができるものである。
【００３０】
溶射により被覆層10cが形成された状態では、橋桁10がほぼ原形状に復元した状態となり、被覆層10cに防錆塗装を施すことになる。
【００３１】
図３は他の溶射方式による溶射施工を示す図で、ジェットエア式溶射の概念を示している。ジェットエア式溶射では、線材14の先端からアークを放出させ、その後方から空気管15を通して圧搾空気を吹き付け、この圧搾空気の噴流によって溶射材料を吹き付ける。本発明による補修方法では、高周波アーク溶射以外の溶射方式を採用することもできる。例えば、高周波アーク溶射では減圧内溶射のため、図１に示すように、圧搾空気の噴射範囲が噴射距離と共に大きく拡大するのに対して、ジェットエア式溶射では噴射範囲は拡大は小さい。このため、局部的に集中して溶射による補修を行う場合にはジェットエア式溶射が適しており、補修箇所11の範囲が大きい場合には高周波アーク溶射が適しているといえる。
【００３２】
図４は、補修箇所21に腐食等の進行によって小径の開口21aが穿たれた状態を示している。このような状態となった補修箇所21に補修施工を行う場合には、開口21aを覆う状態で、溶射側と反対側に当て板22を押し当てて溶射施工を行う。溶射により、前記開口21aに溶射材料が充填されると共に、補修箇所21に被覆層10cが形成されることになり、補修箇所21が橋桁10の一部となる原形状に復元される。
【００３３】
溶射施工後には前記当て板22は残存させた状態であっても構わないが、除去することもできる。当て板22を鋼板等で構成して残存させる場合には、鋼フランジ10bにボルト等によって固定する必要がある。他方、高周波アーク溶射により溶射施工する場合には、過冷却状態により溶射材料が吹き付けられるから、常温での施工を行えるため、当て板22に板紙や段ボール紙、プラスチック等の可燃性材料を用いることもできる。この種の可燃性材料では、補修施工後には除去することも容易となるので好ましい。
【００３４】
また、図５に示すように、補修箇所31に穿たれた開口31aが比較的大きい場合には、開口31a内に充填部材であるフィラー32を遊挿させて位置させる。また、開口31aを覆う状態で、溶射側と反対側に当て板33を押し当てて、溶射施工を行う。溶射によりフィラー32と補修箇所31が存している要補修部材との間隙に溶射材料が充填されて、フィラー32が橋桁10と接合されると共に、溶射材料による被覆層10cが形成されて補修箇所31が原形状に復元される。前記当て板33は残存させてもよいが、高周波アーク溶射により施工を行う場合には、前述したように紙製のものを使用することができて、補修施工後に容易に除去できるので好ましい。
【００３５】
溶射施工が完了したならば、防錆塗装を施して補修施工を完了させる。
【００３６】
以上説明した実施形態では、鋼構造物としての橋桁10を例示して説明したが、図９に示す道路灯の支柱７や公園等の遊具等、鋼構造物であれば、屋内外を問わずこの発明の形状補修方法を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明に係る鋼構造物や鋼製品の形状補修方法によれば、補正箇所を溶断する作業や補修用交換部材の製作等を要することなく、溶射装置を補修現場に搬入することで補修作業を行えるから、迅速な補修を行うことができ、補修コストを低減することにより適時の補修を容易に行うことができ、鋼構造物の延命化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す図であり、鋼橋の鋼桁の補修を行う場合を説明する概略の斜視図で、高周波アーク溶射による場合を示している。
【図２】図１に示す補修箇所の正面図であり、溶射施工による被覆層を想像線で示してある。
【図３】高周波アーク溶射以外の溶射方式を説明する図で、ジェットエア式溶射により補修する場合の概略を示している。
【図４】この発明の第２の実施形態を示す図で、補修箇所に小径の開口が形成された場合を示す。
【図５】この発明に係る第３の実施形態を示す図で、補修箇所に大きい開口が形成された場合を示す。
【図６】従来の補修方法を説明する図で、橋桁の一部が劣化した状態を示す概略の斜視図である。
【図７】従来の補修方法を説明する図で、補修箇所を交換するための補修用交換部材を示す斜視図である。
【図８】従来の補修方法を説明する図で、補修箇所に補修用交換部材を溶接によって接合した場合を示す斜視図である。
【図９】従来の補修方法を説明する図で、補修箇所に補修用交換部材を、添接部材を介して接合する場合を示す斜視図である。
【図１０】鋼構造物としての照明柱が劣化した状態を説明する図で、支柱の下端部を示す概略の斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
10  橋桁（鋼構造物）
10a  鋼ウェブ
10b  鋼フランジ
10c  被覆層
11  補修箇所
12  空気管
13  線材
14  線材
15  空気菅
21  補修箇所
21a  開口
22  当て板
31  補修箇所
31a  開口
32  充填部材（フィラー）
33  当て板
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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