Design

ー外壁固定部の耐食性向上による安全対策ー
萩原 裕久(東日本旅客鉄道株式会社 大宮支社)
岸元 孝之／久保 康弘 (東日本旅客鉄道株式会社 構造技術センター)
城倉 貴史 (日本製鉄株式会社 建材開発技術部)
中島 一浩 (株式会社ロブテックスファスニングシステム 企画開発部)

AcademicFabrication

ConstructionStructure

外壁下地鋼材とドリルねじ接合部の耐久性に関する研究

1．はじめにいう課題がある。

過し、老朽化が進んでいる。外壁の仕上材

いねじ周りに着目し、様々な下地材、ド懸念されるため、一部の駅で外壁仕上材の強度が保たれるような組み合わせを把

新幹線駅舎の多くは建設後約40年が経やその下地鋼材（以下、下地材）の劣化がを撤去し、下地材の腐食状況を調査した。
その結果、屋根のかかっていない範囲

っきの耐食性試験方法）により、図3の中そこで、本研究では腐食の進行しやす性塩水噴霧試験機で塩水噴霧 35℃（2時

リルねじの中から耐食性に優れ、接合部を1サイクルとする複合サイクル試験（以間）→乾燥60℃（4時間）→湿潤（2時間）

握すること目的とし、各種試験を行った。

下、CCT）とした。試験体は図4のように、下地材にドリルねじをねじの中間付近まで打ち込んだ。試験体は約70度傾斜させ、や、図1に示す屋根端部側から雨が吹き2．耐食性試験

ドリルねじの頭部が上面に向くように試た。特に外壁仕上材を接合する図2に示

2-1-1．複合サイクル試験

耐食性を確認するために、図5のように行していた｡

材に使用されることの多い鋼材（表1のA

み、同様に試験内に設置した。

への浸水を防ぐ必要があるが、仕上げ材ス鋼材を選定した。また、ドリルねじは、2-1-2．腐食減量測定方法

表面シーリング材の劣化等により浸水のe を選定した。

ねじの鋼素地の腐食量を比較するため、込む範囲では、下地材の腐食が認められすドリルねじの接触部において腐食が進
下地材の腐食を防ぐためには、壁内部を貫通して取り付けるドリルねじ部は、可能性があり完全な止水対策が難しいと

2-1．試験方法

験機内に設置した。その他、ねじ単体の耐食性を確認する試験体として、下地～C）と、比較材として同表Dのステンレ

現在流通している製品の中から同表a～
耐食性の試験方法は、JIS H 8502（め図2
図1

厚さ2mmの樹脂板にドリルねじを打ち込

CCT200サイクル後の鋼板及びドリル以下方法により腐食減量率を算出した。

ドリルねじと下地材の接触部腐食状況

駅舎立面図

図5
図3
表1

中性塩水噴霧サイクル試験機内部

樹脂板+ドリルねじ試験体

鋼材+ドリルねじ試験体試験に用いた下地材とドリルねじの仕様

下地材の鋼材材質

板厚（mm）

JIS規格番号JIS K 5674
JIS H 8641
JIS G 3323

表面処理または表面仕上げ
JIS規格名称
鉛・クロムフリーさび止めペイント
溶融亜鉛めっき（HDZ55）
溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき鋼板及び鋼帯（K27）

JIS G 4305

冷間圧延ステンレス鋼板（SUS304/仕上げ2B）

ABCSGMH400

DSUS304

2.0

ドリルねじ

材質

ねじ径（mm）

表面処理

6.0（JIS B 1124）

電気亜鉛めっき Ep-Fe/Zn5CM1
亜鉛・珪素系複合被膜/焼付塗装
亜鉛・エポキシ樹脂複合被膜/焼付塗装
亜鉛ニッケル合金めっき+合金コーティング+無機系コーティング
パシベート処理

SS400abcde026

図4SWCH18A
SUS410

May 20212.3

膜厚（実測）µm
6111927―
膜厚（製品規格）µm
58129―

（1）鋼板素地の腐食減量率

1）CCT200サイクル後の各鋼板（試験体鋼板及びすべてのドリルねじで赤錆が確認された。

く、異種金属接触腐食の発生を抑制する絶縁性が保たれていた可能性がある。

3体）の腐食状態を目視で確認し、3体の（3）鋼板Bと各ドリルねじ

2-2-2. 鋼板素地の腐食減量率選定する。

じも鋼板Aのドリルねじに比べ赤錆の発の腐食減量率の測定結果を図6に示す。

鋼板表面のめっきや塗膜及び錆を除去し（4）鋼板Cと各ドリルねじ

うち腐食状態が中間レベルの鋼板を1枚

2）その鋼板を中性除錆剤に15時間浸漬し、た後、電子天秤で「CCT後の鋼板素地重鋼板の赤錆の発生は少なく、ドリルね生が少なかった。

（1）鋼板A

表2の赤枠に示すように、各ドリルねじ量」を測定する。……①の腐食が少なく、特にドリルねじb、cは法でめっき及び塗膜を除去した後、｢CCTされたような著しい赤錆の発生はなかっ

3）CCT前の各鋼板を上記2）と同様の方前の鋼板素地重量」を測定する。……②
4）以下の式により、鋼板素地の腐食減量

CCT200サイクル後の鋼板の鋼板素地ドリルねじ単体及び鋼板A、B、Dで確認た。また青丸で示すドリルねじdと鋼板の鋼板Aの鋼板素地の腐食減量率は約30%に達していた。一般に、鋼材板厚の10%が腐食した時点で鋼材が耐用限界に達したとされている1）。

単純に鋼板素地の腐食減量率が板厚減少量と同じであると考えた場合、鋼板Aの接触部は、鋼板Bのドリルねじよりも鋼板

鋼板素地の腐食減量率は耐用限界である（5）鋼板Dと各ドリルねじの中では最も耐食性が劣る結果となった。

（2）ドリルねじの鋼素地腐食減量率

赤錆が発生し、また鋼板表面にドリルね

クロムフリーさび止めペイント2回塗り（膜～4）と同様の方法でドリルねじの鋼素地

このうちドリルねじdのみが発錆が少な率（%）を求めた。

鋼板素地の腐食減量率（%）＝（②－①）/②} ×100{すべてのドリルねじについて、上記 2）腐食減量率を求めた。

Cのドリルねじの方が赤錆が少なかった｡

ドリルねじa、b、c、eにおいて著しいじからの流れ錆による赤錆が確認された。

10%を大幅に超えており、今回の試験体

鋼板Aの防錆仕様は、JIS K 5674の鉛・厚60μm以上）であるが、この防錆仕様では十分な防錆効果はなく、この上に中塗り、2-2．試験結果
2-2-1．外観観察結果

CCT200サイクル後の外観（ねじ先端側）を表2に示す。各試験体の腐食状況は以下の通りとなった。
（1）ドリルねじ単体

ドリルねじ d 以外は著しい赤錆が確認された。

（2）鋼板Aと各ドリルねじ
図6
表2

CCT200サイクル後の各鋼板の鋼板素地の腐食減量率

CCT200サイクル後の試験体外観写真

May 2021027

上塗り用塗料を組み合わせて初めて十分な（1）鋼板A、Dのドリルねじの試験結果はそれを裏付けるものとなった。

量率は、鋼板B、Cよりも多くなった。特機能を発揮されると言われている2）。今回

鋼板A、Dのドリルねじの鋼素地腐食減ち込まれた各ドリルねじの鋼素地腐食減

量率は、すべての鋼板の中で最小であった。
図8にCCT200サイクル後のドリルね（2）鋼板B、Cに、ドリルねじa、b、cの鋼素地腐食減量

じbのねじ先端側の外観写真を示す。鋼～2%であり、鋼板素地の腐食はほとんど部以外はほとんど消失していた。一方、発生していたが、鋼板Cのドリルねじに鋼板B、Cの鋼板素地の腐食減量率は1進行していなかった。これは、めっきの犠牲防食が働き、鋼板素地を保護したためであると考えられる。特に、鋼板 C のめっき層は亜鉛-アルミニウム-マグネシ率は20％を超え、ねじ山も鋼板との接触
ドリルねじdの鋼素地腐食減量率は5%未満であり、ねじ山の多くが残存していた。
また、ドリルねじeの鋼素地腐食減量率は6～7%であった。

板C以外の鋼板のドリルねじには赤錆がは赤錆はほとんど確認されなかった。これは亜鉛めっきより高い耐食性を有する
亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっきの成分が犠牲防食作用によりドリルウム合金めっきから成り、表面に形成さ（2）鋼板B、Cのドリルねじねじを覆い、ドリルねじの腐食を抑制しを果たすことにより、亜鉛めっきの約4倍率は鋼板A、Dや後述のドリルねじ単体と比ルねじが打ち込まれる際にドリルねじ表（3）鋼板D

これはめっきの犠牲防食がドリルねじにれる緻密な腐食生成物が保護皮膜の役割の耐食性を有している3）。

鋼板Dの鋼板素地の腐食減量率は1％以下であった。これは、ステンレス鋼板表鋼板B、Cのドリルねじの鋼素地腐食減量べ少なく、ねじ山の多くが残存していた。
も働いたためと思われる。特に鋼板Cに打たと考えられる。このことは、仮にドリ面に損傷があっても、鋼板Cでは犠牲防食作用によりねじ山が保護されることを示唆している。

面の不動態皮膜による防錆効果と言える。
なお、SUS304は耐食性に優れるが、ドリルねじの締結時に発生する摩擦熱によってドリルねじの先端が軟化して打込みが難しいなど、導入には課題がある。
以上の結果より、耐食性の高い下地材としては、今回の試験条件では鋼板Bまたは鋼板Cとするのが良いと言える。ただし、鋼板Bの溶融亜鉛めっきを厚くするには母材も厚くする必要がある。

図7

CCT200サイクル後のドリルねじの鋼素地腐食減量率2-2-3. ドリルねじの鋼素地腐食減量率

ドリルねじの鋼素地腐食減量率の測定

結果を図7に、除錆後のドリルねじの外観写真を表3に示す。
表3028

ドリルねじの外観写真 (％の数値はドリルねじの鋼素地腐食減量率を示す)

May 2021

図8

各鋼板におけるドリルねじbの外観写真

（3）ドリルねじ単体

ドリルねじ単体の鋼素地腐食減量率は、鋼板A、D のドリルねじと同様の傾向を示した。

CCT200サイクル後には、短期許容引張（株）のZAMRを、またドリルねじdの表一方、図11、図12の鋼板B、Cは、著しシステムのカエラーRLBFSを用いた。

耐力よりも小さくなるケースがあった。

面処理は（株）ロブテックスファスニング

い引張耐力の低下は認められなかった。

本研究では、外壁下地鋼材とドリルねじ接合部の耐久性向上について実験的に

図13の鋼板Dも同様に引張耐力の低下
以上の結果より、ドリルねじdの鋼素地腐食減量率はいずれの鋼板に対しても5%未満であり、優れた耐食性を有していることが分かった。
3．引張耐力試験
3-1．試験方法

CCT100・200サイクル終了後、除錆せずに万能試験機で引張耐力を測定した。実験は図9のように、治具にドリルねじ試験片を設置し、ドリルねじ頭部を万能試験機（SHIMADZU製UH-200kNXR）で引張載荷を行った。載荷速度は10mm/minとした。
3-2．引張試験結果

引張試験後の試験片は、ドリルねじが鋼板から引抜ける破壊性状であったが、は認められなかった。なお、鋼板Dは規検討を行い、その特性を明らかにしたが、格により板厚が2.0mmのためその他の鋼外壁の耐用年数やコスト及び施工条件な板より引張耐力が小さい。

ども考慮し、本研究で得られた知見を参考に、下地材とドリルねじの最適な選定

図14に示すCCT200サイクル後の引張{耐力保持率（200サイクル／試験前）×100}を検討したい。

は、鋼板Aの場合、62%から74%であり､参 考 文 献
1）（財）国土開発技術研究センター：鉄骨造建築物の耐久性向上技術,技報堂出版，P75，1986年6月
2）日本建築学会：鉄骨工事技術指針・工事現場施工編，P307，2018年1月
3）清水剛，吉崎布貴男，三吉泰史，安藤敦司：日新製鋼技報，No85，P15，2004年
4）日本建築学会：鋼構造許容応力度設計規準，
P48，2019年
5）一般社団法人日本鉄鋼連盟：薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き第2版，P189，2014年3月

他の鋼板と比べて著しく引張耐力が低下している。

鋼板及びドリルねじの耐食性は、ドリルねじ接合部の引張耐力に影響を及ぼすことが分かった。
4．まとめ

本研究で明らかになった耐食性試験結

「ZAM」は、日本製鉄（株）の登録商標です。
「カエラー」は（株）日本ラスパートの登録商標です。

果及び引張耐力試験結果のマトリックスを表4に示す。鋼板素地の腐食減量率及びド鋼板が面外方向に変形し明確な降伏点がリルねじの鋼素地腐食減量率は、それぞ合部の降伏引張耐力を試験における最大は95％、90％を閾値として判定を行った。

また、ドリルねじ接合部の短期許容引無による評価とした。その結果、下地材現れないため、本稿では、ドリルねじ接荷重の70%と定義した4）。

張耐力は、鋼板の板厚が2.3mm、ドリルねじ径が6.0mmの場合は2.32kNである5）。
図10から図13に、CCT前、100サイクル後、200サイクル後の降伏引張耐力（3体の平均値）と短期許容引張耐力2.32kNを示す。
図10に示す鋼板Aの場合、すべてのドリルねじで引張耐力の低下が認められ、

図10

鋼板Aの引張試験結果

れ5％、10％を閾値とし、引張耐力保持率

また鋼板とドリルねじの外観は、赤錆の有には鋼板 C（JIS G 3323/溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき鋼板）を、ドリルねじはd（亜鉛ニッケル合金めっき＋合金コーティング＋無機系コーティング）を用いた組み合わせが、今回の試験条件の中では最適と考えられる。な

図9

引張試験方法お、今回の試験では、鋼板Cは日本製鉄

図11

鋼板Bの引張試験結果

図12
表4鋼板Cの引張試験結果

外壁接合部の耐食性と耐力

ドリルねじ
abc
d
鋼板
×××
×
耐食性
ドリルねじ＊＊××
×
●
鋼板
××××
A
外観＊＊＊ドリルねじ×××△
引張耐力＊＊＊＊××××
鋼板
●
●
●
●
耐食性
ドリルねじ×△×
●
鋼板
●
●
●
●
B
外観
ドリルねじ×××
△
引張耐力△
●
△
●
鋼板
●
●
●
●
耐食性
ドリルねじ×△
△
●
鋼板
●
●
●
●
C
外観
ドリルねじ×●
△
●
引張耐力△
●
●
●
鋼板
●
●
●
●
耐食性
ドリルねじ×××
●
鋼板
△△
△
●
D外観ドリルねじ×××△
引張耐力△△×●＊鋼板素地の腐食減量率 ●5%未満 △5%以上10%未満 ×10%以上＊＊ドリルねじの鋼素地腐食減量率 ●5%未満 △5%以上10%未満 ×10%以上＊＊＊外観 ●白錆または軽微な赤錆 △赤錆あり ×激しい赤錆＊＊＊＊引張耐力保持率 ●95%以上 △95%未満90%以上 ×90%未満
鋼板

評価項目

＊

図13

鋼板Dの引張試験結果

図14

引張耐力保持率May 2021

e×△×××
●
●
●×●
●
●
●×●
●
△△××029