土木技術資料 53-7(2011)

土研センター

さび安定化補助処理が施された耐候性鋼橋梁の外観評価と腐食実態
佐藤雅之 ＊ 中野正則 ＊＊ 安波博道 ＊＊＊ 市川和臣 ＊＊＊＊ 中島和俊 ＊＊＊＊＊
1．はじめに 

女川側(東)

海側(南)耐候性鋼材を用いた橋梁（耐候性鋼橋梁）は、
P9

塗替え塗装が原則不要であり、維持管理コストを低減することが可能であることから、既に多数供P8

山側(北)用されており、さび状態に関する様々な調査も実施されている。

仙台側(西)
写真-1

そうした調査に基づき、裸仕様の耐候性鋼橋梁

海側では、外観評価に基づく健全度評価や腐食の予測

箱桁断面

⑦

女川側(東)

技術が確立されつつある。一方、さび安定化補助

調査部位
山側ウェブ：
2 部位
下フランジ下面： 3 部位
海側ウェブ：
2 部位

山側①⑥日和大橋（中央径間部）②⑤④

仙台側(西)③海水面～路面約 21m

処理が施された耐候性鋼橋梁については、こぶ状P9さびが発生するなど、裸仕様の場合とは腐食の進行が異なるため、まだ十分に維持管理の方法が整備されているとはいえないのが実状である 1) 。
今 回 、 さ び 安 定 化 補 助 処 理 が 施 さ れ た 後 、 30

P6P7P8図-1

P7P6

調査部位と計測項目

3．調査の概要

年以上が経過してこぶ状さびが生じた橋梁につい

調 査 は 図 -1に 示 す 中 央径 間 部 の 4基 の 橋 脚 上 でて、現行提案されている評価法 2) によって劣化状

行 い 、 各 橋 脚 で 7部 位 （ 山 側 ウ ェ ブ 2、 下 フ ラ ン

況を評価するとともに、今後の腐食進行を予測す

ジ下面3、海側ウェブ2）を対象とした。
各部位において代表する1m×1mの範囲を選定る手法を試行した事例を紹介する。

して近接目視による外観評価をするとともに、さ2．橋梁の概要

び 厚（処理剤 被膜が残留 している部 分は被膜厚）、

写真-1に示す日和大橋（旧石巻河口橋）は昭和53年 （ 1978年 ） に 宮 城 県 石 巻 市 に 建 設 さ れ 、 全面にさび安定化補助処理（ウェザーコート処理）

残存板厚、付着塩分量の計測を行った。

4．外観評価と腐食実態
4.1 外観評価基準の整理が施された無塗装の耐候性鋼橋梁である。
本 橋 梁 は 、 旧 北 上 川 河 口 を 跨 ぐ 15径 間 、 全 長716.6ｍ の 道 路 橋 で あ り 、 1主 箱 桁 （ 鋼 床 版 ） の近接目視から、以下のような知見が得られた。
1)

外観からは均一な微細粒子のさびに見えるが、中央径間部とその両側につながる4主鈑桁（RC床

実際には表層部に処理剤が残留している（グ版）の側径間部とから成る。側径間部についてもラインダー等で表面をケレンした際に粘着す建設時にはさび安定化補助処理が施されていたが、る）箇所が多く見られた。また、処理剤が残過去に補修塗装を実施している。一方、中央径間

留 し て い な い 状 態 で は 微 細 な （ 粒 径 1mm程部 （ P6～ P9間 ） に つ い て は 、 建 設 時 の さ び 安 定度）均一さびは見られず、全ての部位で平均化補助処理のままとなっている。

粒径5mm程度のさび状態となっていた。
2)

うろこ状さび、層状さびは見られず、こぶ状さびが発生していた。また、こぶ状さびは径10mm～ 40mm程 度 ま で 様 々 な 大き さ の も のが混在していた。

────────────────────────Investigation of HIYORI OHASHI-bridge made of weathering
steel with rust stabilizing surface treatment3)

こぶ状さびは、処理剤被膜とは混在せず、平均 粒 径 5mm程 度 の さ び の 中 に 分 布 し て い た 。

－ 58 －土木技術資料 53-7(2011)

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表 -1

耐 候 性 鋼 材 の さ び 外 観 評 価 基 準 2)

処理被膜部のさび状況（%：1m2程度のさび面積率）4
被膜にさびがxyZ見られない．
さび・被膜の外観（例）または，被膜の下や中に僅＜3%＜30%＞30%かなさびが見られる．
被膜のA あきらかな変・退色なし
A
正常
外観B あきらかな変・退色あり
B5 腐食が進まず，薄いさび5-x5-y5-z
正常 5 4 微細で外観平均粒径1mm 程度の均一なさび
4-x4-y4-z3 微細で外観平均粒径が5mm 程度のさび
3-x3-y3-z
さび部
外観粒径5～25mm 程度のうろこ状さび2-x2-y2-zの外観 要観察 2
外観直径25mm 程度以下の小さなこぶ状さび 12-x(b)2-y(b)
2-z(b)
層状さび
1-x
1-y
1-z
異常
1
外観直径25mm程度を超える大きなこぶ状さび11-x(b)1-y(b)
1-z(b)
注）
1．(b)はこぶ状さび（bumpy rust）であることを示す．
2．さび厚は目安としての参考値である．
3．被膜の残留も考慮して，裸仕様の目安に200μm を加算した．
4．被膜がなくなり全面がさびに置換した後には，裸仕様の基準にて評価し，1～5 の評点で記述する．
5．正常の判定は，さび発生後の経過期間が9 年以上であることを前提とする．

表-2評価

外観
処理剤被膜部

AB

543
さび発生部
21

さび厚目安
μm

さび状態

膜厚＜200程度

処理剤被覆が変色なく残留する

写真
10㎝×10㎝

膜厚＜200程度

処理剤被覆が変色して均一なさび色を呈す＜400

腐食進まず薄いさび

本橋梁では存在しない

微細均一さび

本橋梁では存在しない

＜600

＜600

微細で外観平均粒径が5㎜程度のさび

直径25mm程度＜1000 以下のこぶ状
さびを含む

直径25mm程度を超える大き＞1000
なこぶ状さびを含む

＜400
＜600
＜1000＞1000

上記を踏まえて、一般的に用いられているさび修正したさび外観評価基準

さび・処理剤被膜の外観（区分）

さび厚 2，3（μm）

外観が混在する
場合の表現
1m 2 範囲の面積率(%)
x:
y:
z:
3%
30% 30%以下 以下 以上
AとBの混在B-x
B-yB-z(B-xとはBがAの中に3%以下の割合で混在すること)
Bと3の混在3-x
3-y3-z(3-ｙとは3がBの中に30%以下の割合で混在すること)安定化補助処理が施された耐候性鋼材の外観評価
2) （ 表 -1参 照） を修 正して 、本 橋梁の 実態 に合わせた表-2を作成し、各部位の外観評価を行うこととした。
4.2 各部位における外観評価
本橋梁の中央径間部における外観評価をまとめたものを図-2に、代表的な部位を写真-2にそれぞれ示す。評価は近接目視に基づいて行い、電磁膜厚計によるさび厚の計測値を補助資料として用いた。なお、写真-3に示す橋脚間や鋼床版下面についても可能な範囲で遠望目視を行い、表-2に従って外観評価を行っている。

3と2の混在2-x
2-y2-z(2-zとは2が3の中に30%以上の割合で混在すること)
3と1の混在1-x
1-y1-z(1-yとは1が3の中に30%以下の割合で混在すること)－ 59 －

海側ウェブ

B-yA
B-z

B-x

A2-x2-x

3
3B-x
B-x

B-yB-zB-y

鋼床版下面（海側）

B2-x

B

3B

32-x

B

B-y

B-x

2-x2-x3-yB

下フランジ下面

1-y

鋼床版下面（山側）

AB-z

A

B-x

B-x

B-y

B-y
B-z

B-y

3-y2-y331-y1-y3-y2-y

32-x

B-z

B

B-yB-z

B-x

P7

P6B-z

B-z
B-z

B-z

山側ウェブ

P9

P8
：近接目視評価：遠望目視評価図-2

外観評価まとめ土木技術資料 53-7(2011)

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安定するが、図-2の外観評価より、本橋梁において は (1)の 段 階 に ま で も 達 せ ず 処 理 剤 被 膜 の 変 色の な い 状 態 （ さ び 外 観 A） に 留 ま っ て い る 部 位（ウェブ）がある一方、(3)の段階に達してこぶ状さびが発生している部位（下フランジ下面）もあ
外観評価A(P8-①)

ることから、耐候性鋼材にとって適した環境と不外観評価B(P7-①)

適切な環境が混在していると考えられる。
また、各部位で電導度式付着塩分計を用いて計測した付着塩分量を表-3に示す。傾向としては、下フランジ下面、ウェブ上段が同程度に高く、ウェブ下段が低くなっているが、絶対値としては
外観評価3(P9-③)
写真-2

それほど大きくなく、過酷な環境という程ではな

外観評価2-y(P6-③)

い。また、外観評価とは一致しておらず（ウェブ代表的な部位（1m×1m）

上 段は 下フラ ンジ 下面よ り外 観評価 は良 い）、 付

P8橋脚上の鋼床版下面（海側）

着塩分量以外の環境も考慮する必要があることを示している。

P7橋 脚 →P8橋 脚 方 向

表-3→海側

写真-3

遠望目視部位の例

図-2より、下記のことが分かる。
1)

供 用 後 30年 以 上 が 経 過 し て い る が 、 ウ ェ ブ
では処理剤被膜が健全な部分が多い。また、山側と海側の差異は見られなかった。

2)

下フランジ下面も大部分は健全であるが、一図-3、表-4のようになると考えられる。の範囲に集中しており、直径は25mmを超えるものも見られた。この範囲は夏の海風（南東）が橋脚に当たり、鉛直に吹き上がって下フランジ下面に当たっていると考えられる。
鋼床版下面も若干のこぶ状さびが発生してい

環境(a)

1

厳しい

2環境(b)
3環境(c) ゆるやかB

環境(d)

時間

A

図-3た。

環境区分と外観評価の関係
表-44.3 本橋梁の劣化過程と環境の関係
さび安定化補助処理を施された耐候性鋼材の場
合には処理剤被膜の劣化過程（被膜の風化過程）は、一般的には次のように考えられる。
(1)処 理 剤 を 内 存 し て 表 層 さ び が 成 長 し 、 さ び 厚が増加する。
(2)表 面 の 凹 凸 を 起 点 と し て 付 着 塩 分 の 集 中 化 が起きる。
(3)こ の 点 が マ ク ロ セ ル 腐 食 の 極 と な っ て こ ぶ 状

P76733414476858713117(中段)

価と相当する部位の関係を模式的にまとめると、の東側（女川側）である。橋脚から10m程度

3)P65955925939222729296

上記を踏まえて、本橋梁における環境と外観評

さびの進行度（外観評価）

部こぶ状さびが発生しており、位置は各橋脚

付着塩分量まとめ（mg/m 2 ）

計測部位
山側ウェブ 上段
山側ウェブ 下段
下フランジ 山側
下フランジ 中央下フランジ 海側
海側ウェブ 下段
海側ウェブ 上段

環境(a)
環境(b)
環境(c)
環境(d)

さびを形成する。
このような過程は、環境に応じどこかの段階で－ 60 －

環境の要因

耐候性鋼材に影響を与える要因
面の向き
雨洗い
海風(湿 潤 性 )海風を強く受け、雨洗いがなく、湿潤な環境（下向きの面）
強く下向き面受けない受ける(乾 き 難 い )雨洗いがなく、湿潤な環境（下向きの面）
下向き面
受ける
受けない(乾 き 難 い )雨洗いはないが、乾いた環境（鉛直の面）
鉛直面
受ける
受けない(乾 き 易 い )雨洗いがあり、乾いた環境（鉛直の面）
鉛直面
受ける
受ける(乾 き 易 い )■：耐候性鋼材にとって不適切な条件■：耐候性鋼材にとって適した条件

日和大橋での相当部位
下フランジ下面(橋脚東側の一部)
下フランジ下面全般、鋼床版下面全般
ウェブ面の上段部全般
ウェブ面の下段部（雨の当たる部分）

土木技術資料 53-7(2011)

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4.4 板厚減少量と外観評価の関係測定した石膏レプリカを図-4に、測定の結果得構造安全性を確認するため、超音波板厚計を用られた腐食形状の例を図-5にそれぞれ示す。なお、

い て 各 部 位 の 板 厚 測 定 を 行 っ た 。 外 観 評 価 A～ 3

図-5内には読み取った直径、深さに合わせたsineの部位では、板厚減少は全く見られなかった。一カーブも記載した。こぶ状さびはsineカーブに比方、こぶ状さびが発生している部分（外観評価 2

較的近い形状をしていると考えられる。

～ 1）については、こぶ状さび部分の凹凸の詳細

Y

第５クボミ

第１クボミを計測するため、下記の手順に従って、板厚減少Y量を測定した。

10mm

第２クボミ

(1)対 象 部 （ こ ぶ 状 さ び ） を ケ レ ン し 、 電 動 ワ イ ヤ ブ ラシによってさびを落とす。

第３クボミ

10

さび除去後

さび除去前

第４クボミ

第１クボミ

mm
第３クボミ

XX

10mm

第２クボミ

10mm
Ｐ６橋脚

Ｐ７橋脚

図-40.4(2)シリコンゴムをさび面に押し付け、型取りをする。

石膏レプリカ

直径33.6mm

0.2

凹凸量(mm)0-0.2-0.4

深さ1.22mm-0.6-0.8

シリコンゴム-1

Y=11mm

Y=13mm

Y=15mm

Y=17mm

Y=18mm
Y=21mm

Y=20mm
Y=22mm

Y=23mm
Y=26mm

Y=24mm
Y=28mm

Y=30mm
Y=34mm

Y=32mm
Y=36mm

Y=38mm

Y=40mm

Y=42mm-1.20sineカーブ

102030405060

X軸(mm)(3)シ リ コ ン ゴ ム 硬 化 後 、 石 膏 に よ っ て レ プ リ カ を 作 成する。

図-5

シリコンゴム

2個 の レ プ リ カ か ら 得 ら れ た 計 8個 の こ ぶ 状 さ

石膏レプリカ

こぶ状さびの形状測定結果(P7-第1クボミ）びの直径と深さの関係を図-6に示す。図内には、最大値の包絡線（指数関数）も併せて示した。
1.4
データ
最大深さの推定曲線(4) 石 膏 レ プ リ カ か ら こ ぶ 状 さ び の 腐 食 形 状 を 計 測 する 。 具 体 的 に はX-Yス テ ー ジ上 に 石膏 レ プリ カ を 置 き 、ダイヤルゲージにて各位置の深さを計測する。なお、測定する面の傾斜を考慮してデータを補正する。

クボミの最大深さd(mm)1.2

d=0.224a0.482

10.80.60.40.2

ダイヤルゲージ

00510152025
クボミの直径a(mm)303540

石膏レプリカ

図-6

こぶ状さびの直径と深さの関係

包 絡 線 関 数 と 、 こ ぶ 状 さ び の 形 状 仮 定 （ sineX-Yステージ

カ ー ブ ） か ら 、 こ ぶ 状 さ び の 直 径 a (mm)、 深 さd (mm)と 腐 食 の 容 積 V(mm 3 )の 関 係 を 整 理 す る と 、下記のようになる。

－ 61 －土木技術資料 53-7(2011)

土研センターd=0.224･a 0.482

外観評価 「1-z」の平均板厚減少量 ；対象表面の面積 A ＝40000 mm2
面積比40 %
こぶ状さびの面積 =15944 mm22.482.4822a mm
NaΣaπ/4･aΣπ/4･a40
59400
46998
1257
6283
30104605
46053
7077069207168511794
3142199105302
1510
79393
合計
10635515944（直径と深さの関係）

V=0.234･d･a 2（sineカーブの容積と直径・深さの関係）
より、

Δｔ＝

Σa2.48
A×0.052

これを用いてこぶ状さびが分布するエリアにお＝10635540000×0.052

ける平均板厚減少量 ⊿t (mm)を計算すると、以下＝0.138V≒0.052･a 2.48のようになる。

同様の手法で、仮想的にこぶの数量・大きさを調 整 し て 外 観 評 価 「 1-y」（ こ ぶ 状 さ び の 面 積 比V 0.052a 2.48
t AA30%）、「 1-x」（ こ ぶ 状 さ び の 面 積 比 3%）、「 2-y」
（ こ ぶ 状 さ び の 面 積 比 30%）、「 2-x」（ こ ぶ 状 さ びの 面 積 比 3%） の 平 均 板 厚 減 少 量 を 計 算 し 、 外 観

ここで、

評 価 Ａ ～ 3の 結 果 と 合 わ せ て 整 理 した も の を 表 -5Δt ；対象エリアの平均板厚減少量(mm)Amm；対象エリアの面積(mm 2 )に示す。外観評価において、「1-y」でも、腐食量a ；対象エリア内各こぶ状さびの直径(mm)は 0.11mm程度に留まっており、経年数にもよる

V ；対象エリア内各こぶ状さびの容積（mm 3 )が 、 裸 仕 様 の 外 観 評 価 換 算 で 「 3 」（ 正 常 ） ～である。

「 2」（要観察）に相当しており、裸仕様の外観評

この式を用いて、図-7に示す実際のこぶ状さび

価 「 1」（ 早 期 の 対 策 が 必 要 ） と は 異 な る と 考 えの分布から平均板厚減少量を算出する。破線でら れ る 。 ま た 、「 2-y」 と 「 1-y」 の 板 厚 減 少 量 の囲ったエリア（200mm×200mm）の中でのこぶ差はそれほど大きくなく、こぶ状さびの評価を外状さびの面積比は40％程度であり、直径が25mm観直径25mmで分ける意味は小さいと考えられる。

を 超 え る も の を 含 む の で 、 外 観 評 価 は 「 1-z」 に

表-5

外観評価と平均板厚減少量の関係

外観評 平均板厚減少量価(mm)Ａ0Ｂ0相当する。

3≒02-x0.008

2-y0.080

1-x0.012

1-y0.108

備考
処理剤被膜残留
処理剤被膜残留表層さびの平均粒径が5mm程 度
直径が25mm程 度以下のこぶ状さびが3%以下発生している
直径が25mm程 度以下のこぶ状さびが30%以下発生している
直径が25mm程 度を超えるこぶ状さびが3%以下発生している
直径が25mm程 度を超えるこぶ状さびが30%以下発生している

5．ワッペン式暴露試験による腐食進行予測
下 フ ラ ン ジ 下 面 に は 外 観 評 価 1、 2と な っ た 部
位が部分的に存在しており、今後の腐食進行について経過観察が必要である。
さび安定化処理が施された耐候性鋼材は、暴露される時間の経過に伴い、表面処理剤の風化とともに鋼材の腐食が進行するものであり、長期的将来の腐食進行を予測するためには、当該部位の現図-7

状が腐食進行のどのポジションにあるかを知るこ

こぶ状さび分布例

このエリアの平均板厚減少量 ⊿t (mm)は、以下のとが重要である。
このポジションを探査するには過去の追跡調査計算から0.14mm程度となる。
－ 62 －土木技術資料 53-7(2011)

土研センター
データが必要であるが、記録は存在していないた
め判定は困難である。一方、表面処理剤が風化した後の超長期の腐食減耗量として、表面処理剤を施していない耐候性鋼材の長期の腐食進行が把握できれば、現在のポジションと将来の腐食予測が可 能 と な り 、 例 え ば 外 観 評 価 「 1-y」 が 放 置 可 能なレベルなのか、早急な対策が必要なのかを判断することができる。

写真-4

ワッペン式暴露試験片(P6-②

山側ウェブ）

6．まとめ

ここでは、図-8に示すように表面処理剤が風化

日和大橋については、現時点の板厚減少量は、した後から板厚減少が始まるというモデル化を行

最 大 で も 0.1mm強 に 留 ま っ て お り 、 現 時 点 で はい、いつの時点から板厚減少が始まったのかを

構造安全性に問題ないことを確認できた。また、「 ワ ッ ペ ン 式 暴 露 試 験 」 2) に よ り 確 認 す る こ と と今後の腐食進行については、ワッペン式暴露試験した（図-9参照）。

で予測可能である。

調 査 に 併 せ て P6、 P7橋 脚 上 に 設 置 し た ワ ッ ペ

今回の調査ではさび安定化補助処理された耐候

ン式暴露試験片（写真-4参照）は、1年後、3年後、性鋼橋梁の腐食について、調査結果に基づき外観5年後、10年後に回収を行う予定としており、回評価と板厚減少量について定量的な関係を提案し収したワッペン式暴露試験片の重量測定により、たが、現行の外観評価基準と一致しない点も多数

本環境下において、過去どのように腐食が進行し見られた。今後は、様々な環境下におけるこぶ状たかの確認と、今後どのように腐食が進行するかさびの状況を調査して外観評価基準の見直しを行を予測することが可能となる。

うとともに、表面処理を施したワッペン試験片を板厚減少量用いて、さらに精確な腐食状況の推定ができない

いつから板厚減少がスタートしたか不明なため、現時点のデータのみでは判断不可かについて検討していきたいと考えている。

①腐食進行中②腐食進行がほぼ完了

最後に、2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震で被害に遭われました皆さま、ならびに関係の経過年数
現時点（架設後 33 年）

何 年 で現 在 の板
厚 減 少量 に 到達
したかが不明図-80.5mm
板厚減
少量0.108mm
外観評価(皆さまに、心よりお見舞い申し上げます。
参考文献

板厚減少モデル1)

裸仕様耐候性鋼が適用可能な腐食量(0.5mm/100 年）

2)
経過年数
5 10 15

松 崎 靖 彦 他 ：「 さ び 安 定 化 補 助 処 理 さ れ た 耐 候 性
鋼 橋 梁 の 腐 食 実 態 と 評 価 法 に 関 す る 一 考 察 」、 土木 学 会 論 文 集 F 、 Vol.62 、 No.4 、 pp581 ～ 591 、
2006.10（社）日本鋼構造協会:耐候性鋼橋梁の可能性と新しい技術、JSSCテクニカルレポートNo.73、2006.1033100
裸仕様のワッペン式暴露試験により、板厚減少が始まってから何年で現在の板厚減少量に到達するかが分かり、今後の腐食進行を予測することができる。

図-9佐藤雅之 *宮城県東部土木事務所
道路管理班 主任主査
Masayuki SATO

腐食状況の推定中野正則 **

財団法人土木研究センター
審議役
Masanori NAKANO

安波博道 ***

財団法人土木研究センター
材料･構造研究部長、工博Dr.Hiromichi YASUNAMI－ 63 －市川和臣 ****

中島和俊 *****

財団法人土木研究センター 財団法人土木研究センター
材料･構造研究部 主任研究員 材料･構造研究部 研究員
Kazutoshi NAKASHIMA
Kazuomi ICHIKAWA