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技術報文−1
人工ダイヤモンドを用いた高効率電動ケレン工具の開発と高耐久性有機ジンクリッチペイントの防食性評価

人工ダイヤモンドを用いた高効率電動ケレン工具の開発と高耐久性有機ジンクリッチペイントの防食性評価
技術開発部門 研究部
Technical Development Division
Research Development Department

Development of the Efficient Electric Tool
which Used the Artificial Diamond andCorrosion Behavior of High Durability
Organic Zinc Rich Paint

技術開発部門 開発部
Technical Development Division
Technology Development Department

松本 剛司

Tsuyoshi MATSUMOTO

要里 隆幸

Takayuki SATO

森田さやか
Sayaka MORITA

旨Abstract

橋梁等の大型鋼構造物は維持管理の時代を迎え、Large-sized steel structures, such as a bridge, haveentered the time of maintenance and management.
Various proposals for maintenance method have beenmade. Weathering steel is sensitive to salt-laden airenvironments, such as in seashore area, and as spreaded
calcium chloride for antifreezes.In such environments, it
is possible that the protective patina may not stabilize
but instead continue to corrode. Actually, a lot of such
examples have been found.
This time, we developed a novel organic zinc rich
paint and a novel surface preparation which could apply
to the repair method mentioned above. It reports on thecorrosion behavior when the development industrial
method was applied to the weathering steel preparationof unusual rust generated and new weathering steel
preparation.

補修に関する様々な手法が提案されている。近年、飛来塩分の多い海浜地域や塩化カルシウム等の凍結防止剤が散布される寒冷地域耐候性鋼で施工された橋梁において、本来特徴とする保護性を有するさびが形成されず、異常を示すさびが発生している事例が多く見いだされるようになってきている。そのような場合の補修方法として適用できる新規素地調整方法と、新規の有機ジンクリッチペイントを開発した。その報告ならびに、耐候性鋼に生じた異常さび部と新設部に開発工法を適用した場合の防食性について報告する。

3

1.

はじめに橋梁等の大型鋼構造物は維持管理の時代を迎え、補修に関する様々な提案がなされている。

2.

補修方法とその課題

耐候性鋼が海浜地域に適用された場合や、漏水あるいは凍結防止剤の影響により、保護性を持つさび層が耐候性鋼は無塗装で適用できる鋼材として注目を集め、形成されず腐食が進行した部位には補修を行う必要がLCC（ライフサイクルコスト）低減の観点から鋼橋への適ある。写真1に凍結防止剤の影響により層状の固着さび用割合が増加しており、最近では20%程度にまで達してが発生した例を示した。

1）

いる 。耐候性鋼は、銅、ニッケル、クロムなどを添加した低合金鋼であり、機械的には普通鋼と同様な性質を持ちながら、大気環境下において環境遮断性を持つ緻密で保護性を有したさび層を表面に2〜4年かけて形成する自己防食機能を発揮する鋼材である。周囲の景観との調和性を持たせる場合では、色彩が必要となり、新設時から耐候性鋼に塗装工法を適用した事例もある。耐候性鋼に塗装した場合、普通鋼と比較して塗膜下腐食の進行が遅くなり、結果的に塗膜の耐久性が長期間維持されLCC低減のメリットがあるという報告もある2）3）。
JIS-SMAで規定されている耐候性鋼（0.4Cu-0.6Cr添加系）は、飛来塩分の多い［0.05mdd（ mg/d㎡/day）以上］海浜地域等に不適切な環境で用いられた場合や、

写真１ 凍結防止剤の影響により生じた層状固着さび漏水あるいは凍結防止剤の影響により、保護性を持つさび層が形成されず腐食が進行し、層状のさび層が形耐候性鋼を橋梁に展開する最新の利用方法が記述成されるという事例があり4）、鋼材の板厚減少が進行しされた『鋼道路橋塗装・防食便覧 11）』や『現代の橋梁ている部位については補修が必要である。補修方法と工学12）』には、
このような層状の固着さびが発生した耐して塗装による研究が様々な機関にて行われており5〜7）、候性鋼部材の補修塗装は、軽度の素地調整では補修素地調整方法及び塗装方法による補修技術の確立が塗装を実施してもさび層に残る過度の塩分を除去でき望まれている。著者らは、過去に耐候性鋼に生じた層状ていないため素地調整の効果がなく、ブラスト工法によの固着さび発生部の効率的な素地調整方法の開発をって素地調整を十分に行わないと補修後の塗膜耐久行ってきた8〜10）。

性に問題が生じるとされている。
しかし、補修にブラスト

本報では、さび層が残存する補修部に適した新規素工法を適用する場合、粉塵や騒音等の環境への影響

地調整方法と新規開発した有機ジンクリッチペイントのや設備コストの問題が指摘されている。また、層状の固防食性、ならびに新設部に適用した場合の防食性につ着さびの除去工程は一般に、ハンマーケレン→電動工いて報告する。

具ケレン→ブラストといった3段階の工程を必要とし、労力および作業コスト面での改善すべき課題が残っている。

技術報文−1
人工ダイヤモンドを用いた高効率電動ケレン工具の開発と高耐久性有機ジンクリッチペイントの防食性評価

43.

動力工具による効率的な固着さび除去方法の考案

命を低下させるため、StD-3の水準まで素地調整を行うのは好ましくない。従って、作業効率や工具寿命を考慮すると、実際の補修に際してStD-2の水準まで素地調整

JIS-SMA耐候性鋼材に5wt% NaCl水溶液を週1回の頻度で半年間散布し、層状の固着さびを有するさびを行うのが好ましいと判断し、次に述べる塗料の開発においては、素地調整の水準はStD-2を採用した。

鋼板を作製した。このさび鋼板に対して、ディスクグラインダー、ディスクサンダー、カップワイヤーブラシ、多針タガネ、

StD-3の定義

ジェットチゼル等の従来からある各種動力工具を用い素素地露出面積率97％以上であり、孔食の特に深い部分がピッティング状に残る以外は、全面的に金属光沢面となっている。特徴的な工具によるスクラッチ痕が全面に見られる。

地調整を実施したが、層状の固着さびを除去することはきわめて困難であり労力を要するものであった。
この層状の固着さびは非常に硬いため、除去する動力工具にはモース硬度10である工業用ダイヤモンドを応用したステンレス製電動式素地調整工具を開発した8〜10）。
開発工具および開発工具による層状の固着さびの除去StD-2の定義

試験結果を写真2に示した。開発工具を用いて前述の素地露出面積率70％以上。
孔食の深い部分や強く固着したさびは残っている。それ以外の部分はスクラッチ痕を有する金属光沢面となっている。

さび鋼板の素地調整を実施した結果、層状の固着さびを容易に除去できた。
また、作業効率について実験を行った結果、耐候性綱の層状固着さび面1㎡を70%のさびを除去するのに要した時間は30分であった。従来のペーパーグラインダーの場合、1時間以上を要したことから、開発工具は従来工具に比較して2倍以上の作業効率と考える。

StD-1の定義
素地露出面積率70％未満。
密着力のないさび、塗料、油、土等の付着物はないが、孔食部と固着さびは残っている。

図1 開発工具を用いた素地調整面の水準

写真2 開発工具と層状の固着さびの除去試験結果
図1に開発工具を用いた素地調整面の水準を定義した。金属素地が97%以上露出している水準をStD-3、70%以上の露出水準をStD-2、70%未満の水準をStD-1とした。ダイヤモンドはほとんどの無機物質を容易に研削できる反面、金属鉄とは結合反応を生じて、ダイヤモンド自体に熱疲労割れを発生しやすく、作業効率や工具寿55． 実験概要

4． さびが残留した補修塗装面用塗料の開発開発したダイヤモンド工具を用いて耐候性鋼上に発5.1 試験片の作製

生した異常さびをStD-2（図1に示したケレングレード）

5.1.1 異常さび発生耐候性鋼板作製水準まで素地調整を行った場合、基材表面には30%未JIS-SMA耐候性鋼材（150×75×30t㎜）を栃木県

満の固着さびが残っていることになる。この固着さび層

大田原市に暴露し、5wt% NaCl水溶液を週1回の頻度には多量の塩分が残留しており、超高圧水洗処理を実で半年間散布して作製した。

施しても塩 分を完 全には除 去できない。実 際に、約400mg/㎡の塩分が残存している耐候性綱異常さび発生鋼板を6MPaの超高圧水洗処理を10秒間実施しても、5.1.2 塗装試験片作製
1）新規補修工法を適用した試験片

残存塩分は約150mg/㎡であった。なお、残存塩分量は作製した異常さび発生耐候性鋼板に超高圧水洗にサンコウ電子研究所製表面塩分計SNA-3000（ 電気電よる付着塩分除去を実施し乾燥させた後、開発工具を導率法）により測定した。

用いてStD-2水準まで素地調整を行った（付着塩分はそこで、塩分が存在するさび層が残存する基材にお100〜150mg/㎡）。その後、開発した有機ジンクリッチ

いても十分に防食機能を発揮する塗料の開発に着手しペイントを乾燥膜厚75μmとなるようにエアスプレー塗装し、た。開発する塗料の樹脂系の検討を行うにあたり、有機23℃にて2週間乾燥させた後、下半分の部位にクロスカ

ジンクリッチペイントをベースとした塗料が高い耐食性をットを鋼材素地に達するように施した。

示したため、開発塗料は有機ジンクリッチペイントをベー2）比較試験片スとして検討を行った。耐候性鋼の補修塗装仕様として作製した異常さび発生耐候性鋼板に超高圧水洗に『鋼道路橋塗装・防食便覧11）』では、有機ジンクリッチペよる付着塩分除去を実施し乾燥させた後、開発したダイ

イント（75μm）/変性エポキシ樹脂塗料下塗（60μm）/

ヤモンド工具を用いてStD-3水準まで素地調整を行い、変性エポキシ樹脂塗料下塗（60μm）/ポリウレタン樹脂発生さびをほぼ完全に除去した。その後、市販の有機ジ塗料用中塗（30μm）/ポリウレタン樹脂塗料上塗（25μm）

ンクリッチペイントを乾燥膜厚75μmとなるようにエアスプを推奨しており、現行の補修塗装にもプライマーには有レー塗装し、23℃にて2週間乾燥させた後、下半分の部機ジンクリッチペイントが適用されている事例が多い。

位にクロスカットを鋼材素地に達するように施した。

有機ジンクリッチペイントをベースとして配合検討を行った結果、腐食性イオン固定化剤を配合することにより、塩分残存さび層が存在する基材においても十分に防食性を発揮することを確認した。腐食性イオン固定化剤はアニオン性インヒビターを保持しており、塩化物イオンや硫酸イオン等の腐食性イオンとイオン交換し、腐食性イオンを不溶性の塩として固定化する。
また、同時にイオン交換時に放出されたアニオン性腐食抑制剤が鋼材を不動体化する機能を持っている13）。
本検討により、
有機ジンクリッチペイントの持つさび面への密着性、犠牲防食作用に加えて、腐食性イオン固3）新設部適用性評価試験片
平均表面粗さ30μmのアルミナブラスト処理したJISSM400相当の普通鋼を使用した。試験片は無機ジンクリッチペイント、有機ジンクリッチペイントおよび開発した有機ジンクリッチペイントを乾燥膜厚75μmとなるようにエアスプレー塗装し23℃にて2週間乾燥させた後、塩水噴霧試験用試験片には下半分の部位にクロスカットを鋼材素地に達するように施した。
5.2 評価定化剤の持つ腐食性イオン無害化の機能を合わせ持

5.2.1 開発補修工法適用性

つ塗料を開発した。

作製した試験片を用い複合サイクル腐食試験（以下CCTと称す）によって670サイクル評価した。サイクル試

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人工ダイヤモンドを用いた高効率電動ケレン工具の開発と高耐久性有機ジンクリッチペイントの防食性評価

験の条件はJIS K 5600-7-9（ 付属書1、サイクルD）によな防食性を示している。
また、
クロスカット部において白さって規 定されている塩 水 噴 霧 / 3 0℃：3 0 分 → 湿 潤びが発生していることから、犠牲防食作用が継続的に95%RH/30℃：1時間30分→乾燥/50℃：2時間→乾燥機能していると考えられる高い耐久性を保持している結/30℃：2時間の1サイクル6時間である。

果を得た。

5.2.2 新設部適用性
1）塩水噴霧試験（以下SSTと称す）
JIS K 5600-7-1に従い、670時間まで評価を継続した。

6.2 新設部適用性
SST 670時間後の外観写真を図5に示した。図3の評価結果より、全ての試験片で一般部は良好であるが、ク2）防食電位作製した試験片にアクリルリングを設置し、Ag/AgClロスカット部において各試験片に差が現れている。無機電極を参照電極、3wt%NaCl 水溶液を電解質として、ジンクリッチペイントはクロスカット部および一般部全体で経時的に防食電位を測定した。

白さびが発生しており、亜鉛の犠牲防食作用が有効に機能している。
しかし、
有機ジンクリッチペイントはクロスカット部全体で赤さびが発生しているため、亜鉛の犠牲6． 結果および考察防食作用は低減していると考えられる。開発塗料はクロスカット部の一部で赤さびが発生しているため、無機ジンクリッチペイントには及ばないが、有機ジンクリッチペイント

6.1 開発補修工法
CCT 670サイクル後の外観写真を図2に示した。
塩分および、さびをほぼ完全に除去した素地調整グレード（StD-3）に従来の有機ジンクリッチペイントを塗装した

より良好な防食性を示していた。
無機ジンクリッチペイント

開発塗料

有機ジンクリッチペイント

比較試験片は、全面にさびが発生しており、塗膜割れの発生が著しい状態である。これに対して、水洗後に開発したダイヤモンド工具でStD-2水準までケレンし、開発した有機ジンクリッチペイントを塗装した試験片（開発補修工法）は、一般部においてさび発生はほとんどなく良好
開発補修工法

比較補修工法図3 SST 670時間試験結果防食電位測定結果を図4に示した。図4の結果より、
3wt% NaCl水溶液浸漬1500時間後も、全ての試験片で亜鉛の電位を示しており、犠牲防食作用が継続的に機能していることがわかる。無機ジンクリッチペイントおよび有機ジンクリッチペイントは初期から亜鉛の電位を示している。
しかし、開発塗料は初期では亜鉛の電位より
図2 開発下地補修工法試験片と比較試験片のCCT 670サイクル試験結果も貴な電位を示した後、時間の経過と共に電位は卑な方向に推移し、500時間後あたりから亜鉛の電位を示し

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謝辞ている。これは、開発塗料において亜鉛末の過大な溶出をコントロールしているためであると考えられる。
SSTおよび防食電位測定の評価結果から、開発塗料は初期では皮膜防食機能を示し、時間の経過と共に亜鉛の犠牲防食機能を示すと考えることができる。従って、通常の有機ジンクリッチペイントよりも長期にわたる防食

本研究は新日本製鐵株式会社殿、新日鉄マテリアルズ株式会社殿、日鉄防食株式会社殿との4社共同研究成果である。実験に御協力頂いた関係者の方々に謝意を表します。

性を有していると考えられる。
参考文献

0
有機ジンクリッチペイント-200

無機ジンクリッチペイント

1）（ 社）
日本橋梁建設協会：耐候性鋼橋梁実績資料集

-400

開発塗料

（2009）
2）渡辺常安、
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-800

3）
松本剛司、
永井昌憲：防錆管理No.9 p459-462（2007）-1000-12004）守屋進 ： Structure Painting, Vol.33, No3, p8
0400800

12001600

時間（Hr）

図4 防食電位測定結果（2005）
5）福島稔、
伊藤貴広 ： 第21回鉄構塗装技術討論会発
表予稿集 p63 - 68（ 1998）
6）江成孝文、田中誠、町田洋人：第21回防錆防食技術発表大会予稿集 p119 -122（ 2001）

7． まとめ7）後藤宏明、後藤正承、岩見勉、齋藤誠、
藤城正樹、
守屋進：防錆管理No.10 p504-512（ 2007）8）平松幹次郎、三塚喜彦、今井篤美、相賀武英、耐候性鋼の層状固着さび発生部の効果的な補修工

松本剛司、永井昌憲、里隆幸、木下俊哉、紀平寛：

法および開発塗料の新設部適用性について検討した

第29回鉄構塗装技術討論会発表予稿集 p7-10（2006）

結果、以下の知見を得た。

9）今井篤実：第160回腐食防食シンポジウム（2007）

1）有機ジンクリッチペイントに腐食性イオン固定化剤を配10）松本剛司、永井昌憲、里隆幸、平松幹次郎、合した開発塗料は、100〜150mg/㎡の塩分残存さ

三塚喜彦、今井篤美、相賀武英、木下俊哉、紀平寛：び層が存在する基材においても、十分に防食性を発

第30回鉄構塗装技術討論会発表予稿集揮する。

p67-70（ 2007）

2）開発工具によるStD-2水準の素地調整による付着塩11）（社）
日本道路協会：鋼道路橋塗装・防食便覧（2005）

分除去/開発塗料の補修塗装工法は、従来法と比12）三木千壽、
市川篤司：現代の橋梁工学、塗装しない較して、異常固着さびを効率的に除去でき、防食性についても数段優れる。この補修工法は層状の固着さびが発生した耐候性鋼部材の効率的かつ効果的な補修工法となりうる。
3）開発塗料は新設部を想定したブラスト鋼板においても従来有機ジンクリッチペイントよりも長期に亘る防食性を発揮すると考えられる。

鋼と橋の技術最前線 理数工学社（2004）
13）里隆幸、野村僚一、山崎曜：第24回鉄構塗装技術討論会発表予稿集 p104（ 2001）