(57)【要約】【課題】  本発明は、アルカリによる防食と言うセメントの優れた特性を生かした防錆防食被覆鋼材を提供する。【解決手段】  鋼材上に、ポリマーエマルジョンとセメントの混合皮膜、その上に易接着処理をしたポリマーシートを被覆した防錆防食被覆鋼材であって、前記混合皮膜の樹脂／セメント比が質量比で０．３以上１．０以下であることを特徴とする防錆防食被覆鋼材である。【効果】  本発明によると、ポリマーセメントの、アルカリによる防食と言う特性を活かして、長期に亘り鋼材を防食することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材上に、ポリマーエマルジョンとセメントの混合皮膜、その上に易接着処理をしたポリマーシートを少なくとも被覆した防錆防食被覆鋼材であって、前記混合皮膜の樹脂／セメント比が質量比で０．３以上１．０以下であることを特徴とする防錆防食被覆鋼材。
【請求項２】
鋼材上に、ポリマーエマルジョンとセメントの混合皮膜、その上にポリマー皮膜を形成した防錆防食被覆鋼材であって、前記混合皮膜の樹脂／セメント比が質量比で０．３以上１．０以下であることを特徴とする防錆防食被覆鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防錆防食被覆鋼材に関するものである。さらに詳しくは、ポリマーセメント皮膜を接着剤として、ポリオレフィンシートを鋼材に貼付する、防錆性、防食性、耐疵付性に優れた被覆鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼材の防食方法としては、数多くの方法があり、めっき、塗装、溶射、ライニング等が広く普及している。セメントを用いた方法としては、セメントと砂を混合したモルタルがよく使われている。また、モルタルの耐衝撃性、接着性、耐摩耗性等の諸性質を改善する方法として、モルタルにポリマーを混合した、ポリマーセメントモルタルも既に広く使われている。例えば、特公昭５７−５０７３９号公報（特許文献１）、特開昭６０−１０５７０９号公報（特許文献２）、および特公昭５７−３７１７６号公報（特許文献３）等に開示されている。                                                        
【０００３】
このセメント、あるいはモルタルは、皮膜のバリアーとしての効果に加え、その硬化体であるコンクリートが、内部に水酸化カルシウムを含みアルカリ性であることによって、鋼材を防食するものである。現在の鋼材の防食は、その多くが六価クロムや鉛等の有害物を主成分とする顔料に依存していることを考えると、このようなコンクリートの特性による防食は注目すべきものである。
【０００４】
【特許文献１】特公昭５７−５０７３９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１０５７０９号公報
【特許文献３】特公昭５７−３７１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、コンクリートは、空気中の炭酸ガスと反応することで徐々に中性化するため、鋼材の防食能は低下し、やがて失われてしまう。この中性化が進む速度は、通常は年間数十μｍ程度と言われている。また、コンクリートは、そのミクロ構造は不均一であるため、部位によって、その中性化反応速度は異なる。このため、一般的な防錆防食皮膜である数ｍｍ程度の薄い皮膜では、コンクリートのアルカリ性による防食機能は長期的には期待できない。同様に、薄いセメント皮膜では、水、酸素等の腐食因子のバリアーとしての機能も不十分である。ポリマーセメントの場合は、水、ガスの透過性は低くなり、また、中性化反応は若干遅くなると言われているが、やはり長期的な防食は困難である。また、ポリマーを加えることにより、皮膜の柔軟性は向上するが、通常の有機皮膜と比べると耐衝撃性等の機能は不十分である。
【０００６】
以上のように、セメント、あるいはポリマーセメントを使った防食は、土木・建材の長期的な重防食には、その基本的な防食性能からも、また耐衝撃性・耐疵付性からも決して十分なものではない。そこで、本発明は、上述の課題を解決するために、ポリマーセメントの優れた特性を損なわず、耐久性を向上させた防錆防食被覆鋼材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】
発明者は、セメントコンクリートのアルカリによる防食性能を生かした鋼材の防食方法を検討した結果、一般に鋼材の防食に用いられるポリマーシートの接着剤としてポリマーセメントを用いることにより、セメントコンクリートの短所を補うことができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の第一は、鋼材上に、ポリマーエマルジョンとセメントの混合皮膜、その上に易接着処理をしたポリマーシートを少なくとも被覆した防錆防食被覆鋼材であって、前記混合皮膜の樹脂／セメント比が質量比で０．３以上１．０以下であることを特徴とする防錆防食被覆鋼材である。
第二は、前記混合皮膜の上に、ポリマー被覆層を形成した防錆防食被覆鋼材であって、前記混合皮膜の樹脂／セメント比が質量比で０．３以上１．０以下であることを特徴とする防錆防食被覆鋼材である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、ポリマーセメントの、アルカリによる防食と言う特性を活かして、長期に亘り鋼材を防食することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
ポリマーエマルジョンとしては、樹脂に対しての接着性に優れるもの、例えば、酢酸ビニルエステルを主剤としたエチレンとの共重合体等であり、さらに、これらとアクリル酸エステル等の共重合体、その混合物を用いる。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等を添加することもできる。ポリマーのガラス転移点（Ｔｇ）としては、５℃以下であれば、均一なポリマーセメント皮膜が形成される。
【００１０】
接着性以外の要素としては、製膜時の耐水性、耐アルカリ性に優れることが要求される。セメント自身がアルカリ性であることから、ポリマーがこれに侵されないこと、また、鋼材の電気防食時にしばしば発生する陰極剥離に耐性が必要なためである。また、セメントの防食性を低下させる可能性があるため、強い酸性を示すエマルジョンは望ましくはない。
【００１１】
なお、一般の塗料では、架橋剤を入れることはほぼ常識である。しかし、ポリマーセメントの場合は、通常、焼付工程はあり得ないため、ポリマーセメント用として開発された樹脂には、架橋剤は通常は含まれていない。ここで、架橋剤とは、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意味する。このため、防食皮膜の施工条件、樹脂としてのポリマーセメントのポットライフ等を勘案した上で、適切な架橋剤を添加しても良い。鋼材の防食の形態、例えば接着剤層をポリオレフィンシートよりも十分に広く鋼材に塗布するような場合には、架橋剤を添加することにより、セメントが完全に硬化しない時点での皮膜の硬度を高くすることができる。      
【００１２】
本発明に用いるセメントとしては、皮膜の緻密性、柔軟性、製膜時の平滑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。ただし、極端に粒径が小さい場合には、セメントの凝結が速過ぎるため、通常は凝集防止剤を添加するが、この場合には、接着剤の硬化に必要な時間がかかりすぎ、作業性が低下する。このため、用いるセメント粒子の好ましい粒径は、平均粒径が６〜２０μｍであり、かつ１００μｍ以上、望ましくは５０μｍ以上の粗大な粒子を除去したものが望ましい。
【００１３】
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が望ましい。その他の種類のセメントの場合、遊離の水酸化カルシウムが少ないことがあるため、防錆力を低下させる可能性があるためである。
ポリマー／セメント比は、０．３以上１．０以下の範囲で設定可能である。この比が小さ過ぎる場合は、皮膜が硬くなり、耐衝撃性等は低下し、また、接着性が低下する。また、大き過ぎる場合は、耐衝撃性が向上するが、セメント含有量が少なくなるため、防食能が低下し、また、水濡れ時の接着力が低下する可能性が生じる。このため、用途に応じて、０．３〜１．０の範囲で適切な値を決定する必要がある。
【００１４】
水／セメント比は、セメントの水和に必要な、０．２〜０．６を大きく外れることは望ましくない。水が過剰な場合は、本発明のように密閉系でポリマーセメントを接着剤として用いた場合、水は系外に除去され難いためにポリマーセメント硬化体の中に保持され、セメントの健全性、接着力を損ねる可能性がある。また、水分が少な過ぎる場合も同様に、接着力が低下する、セメントの硬化が不十分になる等の問題が生じる可能性がある。このため、水／セメント比は０．２〜０．６の範囲、より好ましくは０．２５〜０．４の範囲が適当である。
【００１５】
なお、通常のセメントには、骨材、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。本発明においても、樹脂との相性を確認の上、これらの混和剤の多くが使用可能である。発明者らの研究では、皮膜のピンホール防止に消泡剤添加が有効であった。消泡剤としては、セメント用として一般に使用されているポリオキシアルキレン誘導体等の市販の消泡剤以外に、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類も消泡剤として使用できる。なお、ポリマーの種類によっては、これらの混和剤を多量に使用すると、ポリマーセメントペーストが不安定になり、場合によっては凝集することがあるため、注意を要する。
【００１６】
骨材を添加する場合は、その添加量が多過ぎる場合には接着性を損ない、また、セメントの絶対量が低下し、アルカリの量も低下するため、注意が必要である。また、上述のように、適切なポリマー／セメント比、水／セメント比、製造時の粘度等を維持するために、減水剤を添加することもできる。製造上の必要性がある場合には、セメントの凝結・硬化を促進する混和剤を添加することもできる。
【００１７】
また、その他の添加剤としては、防錆剤、防錆顔料の添加が挙げられる。特に、高い耐食性が要求され、セメントのアルカリによる防食だけでは不十分な場合には、防錆顔料の添加もやむを得ない。また、前述のように、接着剤層をポリオレフィンシートよりも十分に広く鋼材に塗布するような場合には、ポリマーセメント層だけで高い防食性能を維持しなければならないため、必要に応じて防錆顔料を添加するとよい。
【００１８】
防錆顔料としては、鉄筋の防食用等に市販されている防食剤以外に、クロム酸ストロンチウム等のクロム酸塩、カルシウムシリケート、フェロシリコン、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛等のリン酸系防錆顔料、モリブデン酸アルミニウム、モリブデン酸バリウム等のモリブデン酸系防錆顔料、その他タンニン酸塩等、塗料で通常用いられる顔料であれば、単独で、又は複数を混合して使用可能である。
【００１９】
このようにして調整されたポリマーセメント接着剤を、表面をショットブラスト処理により清浄化した鋼材に塗布し、その後、速やかにポリマーシートを貼付する。ポリマーシートとしては、一般に鋼材の表面被覆に用いられるものであれば何でもよく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリ塩化ビニール、ポリエステル、ナイロン、ポリスチレン等が使用可能である。ただし、ポリオレフィン等、一部の樹脂は接着性が非常に悪いため、コロナ放電処理、紫外線処理、プライマー塗布等によって接着性を向上する方法が種々開発・確立されており、これを適用すればよい。
【００２０】
接着剤層、ポリマーシート層のいずれも、鋼材防食には厚いほどよいが、コスト、皮膜の応力等の点から、接着剤層は０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下、ポリマーシート層は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚さが望ましい。なお、接着面が曲面であったり、処理温度が低い場合には、ポリマーシートと接着剤の密着に問題が生じる可能性があるため、必要に応じて、貼付前にポリマーシートを暖め柔軟性を高めると良い。
【００２１】
このように、ポリマーセメントの上層に、バリアー層としてポリマーシートを追加することで、（１）ポリマーセメント層に炭酸ガスが供給される速度が遅くなるため、セメントの中性化が抑制され、セメント本来のアルカリによる防食機能が長時間維持される。
（２）ポリマーセメント層が工事中に、また使用時に衝撃によって疵付くことを防止する、ことができ、ポリマーセメント皮膜の防食性能を最大限に発揮することができる。
【００２２】
本発明は、上記のように、ポリマーセメント層の中性化防止と耐衝撃性の向上をかねて、ポリマーセメント上にポリマー皮膜を設けたことである。よって、ポリマー皮膜の形成方法は、必ずしもポリマーセメントを接着剤としてシートを接着するだけではない。ポリマーセメント皮膜上に、別の接着剤を用いてポリマーシートを接着しても良い。この場合は、結果的に三層の皮膜構成となるため、接着剤には炭酸ガス透過性が低い樹脂を選択することにより、ポリマーセメント層の中性化をさらに効果的に抑制することが可能になる。また、ポリマー皮膜の形成においては、塗装、吹き付けによるライニング等、シートの接着以外の方法によっても良い。
【００２３】
この場合、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の吹きつけによるライニングは、多方面で確立されており、これを応用すればよい。この場合は、ポリマーセメント皮膜が凝結後に行う必要がある。このため、早強セメントを用いる、又は、亜硝酸塩、アルミン酸塩等の市販されているセメントの急結剤を用いる、混和するポリマーにセメントの凝結遅延効果が低いもの、あるいはエポキシ樹脂と硬化剤を用いる等、種々の方法によりセメント皮膜を急速硬化させることが可能である。
【００２４】
これらのように、ポリマーセメント皮膜を接着剤としない場合には、ポリマーセメント皮膜とその保護皮膜の間に、第３の層を容易に形成することができる。例えば、上述のように、接着剤に機能を持たせることも可能であり、また、市販のセメント、モルタル用の表面処理剤を用いて防水性等を高めることも可能である。本発明のポリマーセメント組成物の混錬・塗装方法しては、通常のポリマーセメントと同様に各種ミキサー等で行うこともできるし、また、スブレーガンで混錬と塗装を同時に行うことも可能である。
【実施例】
【００２５】
以下に、実施例を挙げて、本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
平均粒径１０μｍの普通ポルトランドセメント１質量部に対し、酢酸ビニル−エチレン共重合樹脂と非イオン性界面活性剤を主成分とするエマルジョン（Ｔｇ：０℃）を固形分として０．２〜１．２質量部混合し、十分に攪拌して得られたポリマーセメントペーストを、ショットブラスト処理をした熱延鋼材に乾燥時の膜厚で１〜１．１ｍｍとなるように塗布し、さらに、片面をコロナ放電処理によって易接着化処理した２ｍｍ厚ポリエチレンシート（カーボンブラック含有）を貼付した。この鋼材を１０日間静置した後、
（ａ）ピール強度試験（６０℃−３％食塩水３０日間浸漬後）
（ｂ）陰極剥離試験（ＡＳＴＭＧ−８準拠  初期穴直径：５ｍｍ、陰極電圧：−１．５                      Ｖ（ｖｓ  ＣｕＳＯ4 ）、
使用電極：Ｐｔ、３％食塩水溶液、６０℃及び８０℃で促進試験）を行った。結果を表１に示す。表１に見られるように、ポリマーセメント皮膜の樹脂／セメント比を０．５〜１．０にすることにより、高いピール強度、耐陰極剥離性能を示すことがわかる。
【００２６】
【表１】
2005248285.tif 000002
【００２７】
（実施例２）
平均粒径６μｍの微粒子セメント１質量部に対し、酢酸ビニル−エチレン共重合樹脂と非イオン性界面活性剤を主成分とするエマルジョン（Ｔｇ：０℃）を固形分として０．５質量部、市販の凝結促進剤（亜硝酸塩）を０．０２質量部混合し、十分に攪拌して得られたポリマーセメントペーストを、ショットブラスト処理をした熱延鋼材に乾燥時の膜厚で１〜１．１ｍｍとなるように塗布した。ポリマーセメント皮膜が凝結後、ビスフェノールＡ型エポキシ系接着剤を用いて、片面をコロナ放電処理によって易接着化処理した２ｍｍ厚ポリエチレンシート（カーボンブラック含有）を貼付した。また、別の例として、ノズルミックススプレーにより、２．０〜２．５ｍｍ厚のウレタンエラストマー皮膜をポリマーセメント皮膜上に形成した。この鋼材を１０日間静置した後、陰極剥離試験（ＡＳＴＭＧ−８準拠  初期穴直径：５ｍｍ、陰極電圧：−１．５Ｖ（ｖｓ  ＣｕＳＯ4 ）、使用電極：Ｐｔ、３％食塩水溶液、６０℃及び８０℃で促進試験）を行った。比較例として、保護のためのポリマー皮膜を持たない、ポリマーセメント皮膜のみで同じ試験を行った。結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
2005248285.tif 000003
【００２９】
表２に見られるように、エポキシ接着剤を用いて三層の皮膜を形成することにより、ポリマーセメント皮膜に直接ポリエチレンシートを接着した場合に比べて、高い耐陰極剥離性能を示した。また、ウレタンエラストマー皮膜も、ポリエチレンシートの直接接着例と同等以上の耐陰極剥離性を示した。