(57)【要約】【課題】  本発明は、電気防食法の効き難い水面上の防食を確実に行い、水中部での電気防食用の電極を取り替えないで済ませられる効率的な電気防食方法及びそのための防食鋼材並びに防食構造物を提供する。【解決手段】  鋼材表面の一部に、１０9 Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する中間樹脂接着層を０．１ｍｍ以上の厚みで被覆し、該接着層の上に高耐食金属層を積層した防食鋼材を、高耐食金属積層部と非積層部が同時に淡水又は海水環境に接する状態で、高耐食金属層を陽極、鋼材を負極として直流電源を接続して鋼材を電気防食することを特徴とする効率的な電気防食方法、及び、これに用いる防食鋼材並びに防食構造物である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材表面の一部に、１０9 Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する中間樹脂接着層を０．１ｍｍ以上の厚みで被覆し、該接着層の上に高耐食金属層を積層した防食鋼材を、高耐食金属積層部と非積層部が同時に淡水又は海水環境に接する状態で、高耐食金属層を陽極、鋼材を陰極として直流電源を接続して鋼材を電気防食することを特徴とする効率的な電気防食方法。
【請求項２】
前記鋼材の表面の電位が飽和ＫＣｌ銀／塩化銀標準電極基準で−０．８Ｖ以下に維持することを特徴とする請求項１記載の電気防食方法。
【請求項３】
前記高耐食性金属層の全部又は一部が、チタニウム又はチタニウム合金からなる請求項１又は２に記載の電気防食方法。
【請求項４】
前記チタニウム又はチタニウム合金の表面が、低分極処理を施こされてなる請求項３記載の電気防食方法。
【請求項５】
淡水又は海水環境に敷設される防食鋼材であって、敷設時に水面に位置する部分の鋼材表面に、１０9 Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する中間樹脂接着層を０．１ｍｍ以上の厚み被覆し、その上に高耐食金属層を積層し、該高耐食金属層及び鋼材に外部電源との接続部を有してなることを特徴とした防食鋼材。
【請求項６】
前記高耐食性金属層の全部又は一部が、チタニウム又はチタニウム合金からなる請求項５記載の防食鋼材。
【請求項７】
前記チタニウム又はチタニウム合金の表面が、低分極処理を施されてなる請求項６記載の防食鋼材。
【請求項８】
少なくとも請求項５〜７のいずれかに記載の防食鋼材を淡水又は海水環境に敷設してなる防食構造物であって、前記高耐食金属層を陽極、鋼材を陰極として、各接続部を介して外部電源に接続してなる防食構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼構造物が港湾・河川の桟橋や護岸等、淡水もしくは海水環境の激しい腐食環境に曝される場合に、長期の防食性を確保する鋼材の防食方法と防食された構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
激しい腐食環境に使用されるジャケット構造物やその他の構造物の部材としての鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板等は、腐食による劣化が懸念され、防食方法が構造物の寿命を決定すると言っても過言ではない。一般的には、塗装が行われ、中でも厚みが数ｍｍに及ぶ重防食塗装が有効である。数十年に及ぶ長期耐久性が必要とされる場合、電気絶縁性、耐薬品性等の種々の防食性に優れ、安価な樹脂であるポリオレフィン、あるいはポリウレタンといった樹脂を被覆材として使用した重防食被覆鋼材が製造されている。重防食被覆では、特開平３−２３５２７号公報（特許文献１）に示されるような、特殊な鋼材の下地処理、プライマー処理に防食被覆を組み合わせることで、長期の接着耐久性を確保している。
【０００３】
また、電気防食法も多用されている。電気防食方法に関しては、極めて一般的な方法で、例えば、木島茂著「防食工学」（日刊工業新聞社、昭和５７年）（非特許文献１）にも詳しく記載されている。さらに、特開平９−１４３７６６号公報（特許文献２）には、高効率で電気防食を行える方法に関して記載されている。この中では、鋼材と塗装、さらに電気防食を組み合わせて、効率よく防食する方法に関して記載されている。
【特許文献１】特開平３−２３５２７号公報
【特許文献２】特開平９−１４３７６６号公報
【非特許文献１】木島茂著「防食工学」（日刊工業新聞社、昭和５７年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したように、淡水又は海水環境に設置された鋼構造物を防食する方法として、塗装や有機樹脂による被覆防食と電気防食法が一般的である。
しかしながら、重防食塗装やポリオレフィン樹脂による被覆の場合では、構造物が海水又は淡水に接する部分全体を被覆しないと、鋼材の腐食を抑制することはできず、また、水中部では被覆部の劣化後の補修が難しい。
【０００５】
また、電気防食による防食では、イオンの伝導により電流が流れる水中部での防食は可能であるが、水面以上の部位では防食は行えない。海水域での構造物では、潮の干満により水面部の位置が変わり、河川域での構造物では、水の流入量の差により水面の高さが変わるために、防食ができない部位が存在してしまう。さらに、通常用いられている外部電源方式の電気防食法においては、不溶性の電極を、流電陽極方式では、アルミや亜鉛等の陽極を構造物の水中部に溶接等で接合して使用しており、さらに、時間が経過して陽極が劣化したり、消耗したりする場合には、これを取り替えなければならなかった。この作業は、水中部で行う潜水作業であるために、作業の手間もかかり、また、信頼性を確保する難しさもあった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するために、電気防食法の効き難い水面上の防食を確実に行い、水中部での電気防食用の電極を取り替えないで済ませられる、効率的な電気防食方法及びそのための防食鋼材並びに防食構造物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】
本発明は、電気防食の効き難い水面上の防食と水中部での電気防食用の電極を取り替えないで済ませる方法を鋭意検討した結果、以下のような手段を見出した。
（１）鋼材表面の一部に、１０9 Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する中間樹脂接着層を０．１ｍｍ以上の厚みで被覆し、該接着層の上に高耐食金属層を積層した防食鋼材を、高耐食金属積層部と非積層部が同時に淡水又は海水環境に接する状態で、高耐食金属層を陽極、鋼材を陰極として直流電源を接続して鋼材を電気防食することを特徴とする効率的な電気防食方法。
【０００８】
（２）前記鋼材の表面の電位が飽和ＫＣｌ銀／塩化銀標準電極基準で−０．８Ｖ以下に維持することを特徴とする請求項１記載の電気防食方法。
（３）前記高耐食性金属層の全部又は一部が、チタニウム又はチタニウム合金からなる（１）又は（２）に記載の電気防食方法。
（４）前記チタニウム又はチタニウム合金の表面が、低分極処理を施されてなる（３）記載の電気防食方法。
（５）淡水又は海水環境に敷設される防食鋼材であって、敷設時に水面に位置する部分の鋼材表面に、１０9 Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する中間樹脂接着層を０．１ｍｍ以上の厚み被覆し、その上に高耐食金属層を積層し、該高耐食金属層及び鋼材に外部電源との接続部を有してなることを特徴とした防食鋼材。
【０００９】
（６）前記高耐食性金属層の全部又は一部が、チタニウム又はチタニウム合金からなる（５）記載の防食鋼材。
（７）前記チタニウム又はチタニウム合金の表面が、低分極処理を施されてなる（６）記載の防食鋼材。
（８）少なくとも（５）〜（７）のいずれかに記載の防食鋼材を淡水又は海水環境に敷設してなる防食構造物であって、前記高耐食金属層及び鋼材の接続部を介して外部電源に接続してなる防食構造物にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電気防食法及び防食鋼材並びに防食構造物は、特定の体積抵抗率、厚みを有する中間樹脂接着層、高耐食金属層が積層され、鋼材を陰極として高耐食金属層との間に電圧を印加することで、これまでのような流電陽極方式等のように電極を取り付けたり、劣化後に付け替えたりすることが必要ない。さらに、従来の電気防食法では防食不可能であった水面上の気中部を高耐食金属で防食できるため、効率的な防食が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良な構成を図１に示す。本発明では、海水や淡水の水中に一部が没した鋼材の防食を行う。その際に、水中では鋼材と海水や淡水がそのまま接触する。ただし、水面部分には、図１に示したように、鋼材と中間樹脂層を介して高耐食金属層を積層した被覆材により接する。さらに、高耐食金属積層部と非積層部が同時に淡水又は海水環境に接する状態で、高耐食金属層を陽極、鋼材を陰極として直流電源を接続して鋼材を電気防食することを特徴とする。
【００１２】
本発明における防食鋼材は、上記電気防食方法を実現するための鋼材である。即ち、淡水又は海水環境に敷設される防食鋼材であって、敷設時に水面に位置する部分の鋼材表面に、１０9 Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する中間樹脂接着層を０．１ｍｍ以上の厚み被覆し、その上に高耐食金属層を積層し、該高耐食金属層及び鋼材に外部電源との接続部を有してなることを特徴とする。
【００１３】
本発明で用いる高耐食金属被覆層の長さは、特に規定するものではないが、下端は、海面や河川の水面が変動しても必ず水面下に接する位置まで被覆する必要があり、かつ防食電流を流せる位置として、海水域では、ＬＷＬ（平均干潮面）より、河川域では渇水期の水位より、それぞれ０．５ｍ下まで被覆することが望ましい。上端は、特に規定するものではないが、海水域ではＨＷＬ（平均満潮面）より、河川域では平均水位より、それぞれ０．５ｍ以上高いことが望ましい。かつ、高耐食金属層は、流入した流木やプレジャーボートなどからの耐衝撃にも優れているために、より広く被覆することが望ましい。
ここで、本発明で用いる鋼材は、特に限定するものではないが、淡水又は海水環境で構造物用の部材として使われる、熱延鋼板、厚板、鋼管、鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板、各種形鋼、棒鋼、棒線材等が適用できる。
【００１４】
本発明で用いる中間樹脂接着層は、１０9 Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率で、厚みを０．１ｍｍ以上有することが必要である。体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ未満であると、上層の高耐食金属層と鋼材との間で、漏洩電流が無視できなくなるため、電気防食の効率が低下することから、これ以上を必要とし、１０12Ω・ｃｍ以上が望ましい。体積抵抗率は、高いほど好ましいが、実用的に得られる高抵抗率の材料は１０14Ω・ｃｍ程度である。また、厚みが０．１ｍｍ未満であると、施工時に絶縁破壊を起こし、漏洩電流を発生し易いので、０．１ｍｍ以上の厚みが必要である。好ましくは、０．５ｍｍ以上である。厚くするほど絶縁破壊には耐えられるが、構造物としての強度が低下する恐れがあるので、１０ｍｍ以下とするのが実用的である。
【００１５】
中間樹脂層の材料としては、上記体積抵抗率、厚みを満足するものであれば、特に限定するものではなく、熱可塑性樹脂や熱硬化型樹脂、あるいは常温硬化型の樹脂等が用いられる。但し、鋼材や高耐食金属層との密着性を確保できることが必要である。そのために、中間樹脂層に接着剤や粘着材を積層する方法が適宜選択できる。
【００１６】
本発明で用いる高耐食金属層は、淡水又は海水環境で腐食し難い金属であればその材質は問わないが、具体的には、ステンレス鋼、チタニウム又はチタニウム合金、銅又は銅合金、金、白金、等を好適に用いることができる。ステンレス鋼を用いる場合には、その中でも、海水中で隙間腐食を起こし難い高Ｃｒ系、高Ｍｏ系が望ましい。特に、チタニウム又はチタニウム合金は、耐隙間腐食性に優れており、本発明に用いる高耐食金属層に好適である。さらに、チタニウム又はチタニウム合金の表面に低分極処理を施したものは、長期間の電気防食による分極現象が起き難く、最適である。
【００１７】
ここで、低分極処理とは、本発明において長期間電圧を印加し続けると、陽極である高耐食金属層表面に皮膜が形成され、電流が流れ難くなる分極現象が生じてくる場合があるが、それを防止するための方法であり、チタニウム又はチタニウム合金の表面を、弗酸処理又はブラスト処理により粗度を上げ、表面積を大きくする方法、チタニウム又はチタニウム合金の表面にニッケル又は白金をめっきする方法のいずれか、又は、これら２種の組み合わせにより処理する方法が挙げられる。
【００１８】
また、本発明の電気防食方法では、高耐食金属積層部と非積層部が同時に淡水又は海水環境に接する状態で、高耐食金属層を陽極に、鋼材を陰極にして直流電源と接続して鋼材を電気防食することが必須である。高耐食金属を陽極に用いることにより、流電陽極方式で用いられるアルミニウムや亜鉛等の陽極のように劣化・消耗してしまうことなく、恒久的に使用することができ、陽極の交換作業を不要とすることができる。
【００１９】
さらに、前記鋼材の表面の電位が飽和ＫＣｌ銀／塩化銀標準電極基準で−０．８Ｖ以下に維持することが好ましい。この電位が−０．８Ｖより貴であると、鋼材表面を防食できる状態に到達せずに、鋼材の腐食が生じる場合がある。これより卑であると鋼材は防食できるが、電位を下げすぎると、高耐食金属表面より水素の発生が起こり始める。よって、この水素の発生を防ぐことが望ましく、その際の電位は、高耐食金属の種類により多少異なるが、鋼材の表面電位として、−１．１Ｖ以上に設定することで、防ぐことができる。      
【００２０】
以上の説明した防食鋼材及びこれを用いた電気防食方法により、電気防食法の効き難い水面上の防食を確実に行い、水中部での電気防食用の電極を取り替えないで済ませられる効率的な電気防食方法を提供できる。さらに、本発明の防食構造物は、少なくとも上述の防食鋼材を淡水又は海水環境に敷設してなる防食構造物であって、前記高耐食金属層を陽極、鋼材を陰極として、各接続部を介して外部電源に接続してなる防食構造物である。
【００２１】
ここで、防食構造物とは、本発明の防食鋼材を用いて淡水又は海水環境に設置された鋼構造物であるが、具体的には、鋼矢板、鋼管矢板を用いた岸壁、土留め壁、堤防、鋼管杭を用いた桟橋や橋脚等の基礎構造、さらに鋼材を用いた浮体構造物等が例示できる。本発明の防食構造物を防食構造物では、通常の電気防食構造物では必須となる。建設後に電気防食用の電極を設置する必要もなく、かつ電極が消耗した際の際取り付け作業も必要でなくなるため、トータルでコストを最小限にすることができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
９ｍｍ厚み×１００ｍｍ幅×２００ｍｍ長さの鋼板にグリッドブラスト処理を施し、スケール等を除去した後、表１に示す水準の中間樹脂層と高耐食金属層を片側に鉄面を露出させる形で１００ｍｍ×１００ｍｍの面積で被覆し、試験材とした。試験番号Ａ〜Ｄは、市販のポリオール樹脂とイソシアネート硬化剤を混合するタイプのウレタン樹脂製プライマーを１５〜５０μｍの厚みでスプレー塗装し、その上にカリオンクレー微粉末を含有する２液硬化ウレタンエラストマーをミキサーで混合し、目的の膜厚までスプレー塗装した。その上に、２液硬化型のウレタン樹脂製接着剤を１００μｍ〜５００μｍ塗布し、高耐食金属をロールにより圧着しながら貼り付けた。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
試験番号Ｅは、ウレタンエラストマーまでは上記と同じで、総膜厚を２．５ｍｍにした。試験番号Ｆは市販の熱硬化型粉体エポキシ樹脂を１００μｍ塗布後、鋼材表面を１８０℃まで加熱し、マレイン酸変性ポリエチレン層を４００μｍ、低密度ポリエチレン層を２ｍｍ貼り付けた。その上に、ブチルゴムの表面に粘着材を塗布した２ｍｍ厚みのシートを貼り付け、さらに高耐食金属板を貼り付けた。試験番号Ｆの純チタン板には、あらかじめ、常温で５％弗酸＋２０％硝酸溶液中に１０分間浸漬し、その後、１０％塩酸＋２％塩化白金酸溶液中でＰｔを対極にし、Ｐｔめっきを行った。
【００２５】
さらに、試験番号Ｇ〜Ｋは、ブロックイソシアネート硬化剤とエポキシ樹脂とキシレンの混合物を接着剤として所定の膜厚に塗布し、高耐食金属層を積層後、２００℃に加熱して重合硬化させたものを試験材とした。Ｇ、Ｈ、Ｊ、Ｋは、体質顔料としてタルクを３０質量％含むが、Ｉは、その替わりにＺｎ粉末を７０質量％含んでいる。なお、Ｋは、比較として、高耐食金属層を積層していない。
【００２６】
この試験片の、裏面、側面を、タールエポキシ塗料で３００μｍ塗装し、シールした。試験材の高耐食金属面と鋼材面にそれぞれリード線を取り付け、２５℃の人工海水に浸漬した。表２には、浸漬した鋼材と高耐食金属間に設置したリード線に電圧を印加して、１週間放置した後の鋼材表面の変化を示したものである。電圧の印加は、Ｎｏ．１〜８までは、鋼材表面の電位を飽和ＫＣｌ銀／塩化銀電極で測定し、その電位を−０．８５Ｖに設定し、１日毎に電位を測定し、変動があれば、極間電圧を変化させた。それ以外の試験は、初期に電位を設定し、そのまま実験を続けた。表２に示した電位は、１週間後の値である。
【００２７】
Ｎｏ．６、９、１０は、試料番号Ｆについて、電位を変えて実験した例で、何れも本発明例である。Ｎｏ．１２は、試料番号Ａの試験材を、陽極、陰極を逆にした比較例、Ｎｏ．１３は、高耐食金属と鋼材を短絡した比較例である。
本発明例では、鋼材表面がエレクトロコーティングと呼ばれる白色の皮膜に覆われ、腐食は発生していない。これは、電気防食が効率よく効いている証拠である。比較例では、いずれも腐食していて、激しく腐食している場合もある。鋼材の表面電位では、より好ましい条件として本発明に規定する−０．８Ｖ以下のものが、腐食発生が見られず良好であった。特に、チタン表面に低分極処理をした試料番号Ｆでは、１週間の経過で印加電圧の変化もなく、良好な電気防食特性が得られている。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
（実施例２）
鋼管に適用した場合の実施例として、外径６００ｍｍ、厚さ９ｍｍ、長さ９ｍの鋼管外面の上端部３ｍにグリッドブラスト処理を施し、スケール等を除去した後、プライマーとして市販のイソシアネート末端プレポリマーによる湿気硬化型ウレタン樹脂塗料を１５〜６０μｍ膜厚となるようにスプレー塗布して硬化させた。次いで、その表面に市販のカオリンクレー微粉末を含有する２液硬化ウレタンエラストマーをミキサーで混合してスプレー塗装を行い全周に渡り、２．４ｍ幅でロールで圧着しながら巻き付け、チタン板の下端には、幅５０ｃｍに渡り、弗酸処理＋Ｐｔめっきにより低分極処理を施した本発明の金属重防食被覆鋼管を作製した。一方、同一サイズでチタン板を巻きつけていないウレタン被覆のみの鋼管を比較とした。
【００３０】
２本の鋼管を東京湾の海中部に建てこみ、チタン被覆した鋼管はチタン側を陽極に鋼材を陰極側にし、定電圧電源で電圧を印加した。その際の低分極処理を施した部位が平均干潮面より−０．５ｍの水深に位置させた。設定電圧は、銀塩化銀電極基準で−０．８５Ｖになるように設定し、１週間後毎に電圧を設定し直した。最初の１ヶ月間は電圧の変化が起こったが、それ以降は、両極の電圧は、２．８Ｖで一定していた。１年後、海中部をダイバーにより検査したが、比較の鋼管では、付着生物の下で鋼材の腐食が起こり、錆が厚く堆積していたが、本発明例では、白色のエレクトロコーティングが形成され、錆の発生は認められず、本発明の効果が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  鋼材
２  中間樹脂層
３  高耐食金属
４  水面
５  陽極
６  陰極
７  定電圧電源
代理人  弁理士    椎  名    彊  他１
【図１】
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