DNTコーティング技報 No.17
報文­4
水道用鋼管外面被覆材100年防食対応への塗膜物性面でのアプローチ

水道用鋼管外面被覆材100年防食対応への塗膜物性面でのアプローチ
100 Years Corrosion Protection Approach of Paint Film Properties
for Waterservice Pipes Steel Outer Materials

日塗化学株式会社
技術部 塗料技術グループ
NITTO CHEMICAL CO., LTD.
Technical Department,
Paint Technical Group

浦田 信也

Shinya URATA

要 旨

Abstract

近年、水道事業体の管路更新率は毎年１％程度でIn recent years, the pipeline renewal rate of推移している。
これにより水道管の内外面の防食材料

the water supply business is about 1% everyに100年以上の耐用が可能な防食仕様が求められ、規year. As a result, corrosion prevention materi-格の整備がすすめられた。
その結果、塗覆装鋼管の規

als capable of anticorrosive materials on the格として、2009年にISO 21809「ポリエチレン塗覆装」

inside and outside surfaces of water pipes forが制定され、このISO規格を参考にJIS Ｇ 3477「ポリmore than 100 years are required, and stan-エチレン被覆鋼管」が制定された。
「ポリウレタン被覆dards have been improved. ISO 21809,which

鋼管」
については、長寿命化への対応およびISO規格とwas established as a standard “Two layer poly-の整合性を図る目的で、2014年にJIS Ｇ 3443-３：ethylene coatings” in 2009, and JIS G 3477

2014「水輸送用塗覆装鋼管」が制定され、形式試験の"Polyethylene coated steel pipes" was estab-性能試験が必要になった。形式試験とは、鋼管メーカ

lished in relation to this ISO standard. Withーの製造ラインで塗装した被覆材の性能を評価する試

respect to "Polyurethane-coated steel pipes",験である。特に形式試験の耐曲げ性および耐陰極はくin accordance with JIS G 3443-3 : 2014,

離性については、施工環境や条件によって影響を受け

in order to ensure long life and consistencyる場合があり、益々鋼管メーカーの施工条件の管理がwith ISO standards, "Coated steel pipes for重要になった。

waterservice” was installed in 2014 and本報では、耐曲げ性および耐陰極はく離性に影響を及ぼす施工条件を検証した結果を報告する。

performance test Has been added.
The formal test is a test to evaluate theperformance of a coating material painted in asteel pipe manufacturer's production line. In
particular, the bending resistance and cathodepeeling resistance of form tests may be inﬂu-25

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enced by the construction environment and長寿命化

conditions, and it became increasingly impor-

国際規格化

tant to control the construction conditions ofsteel pipe manufacturers.
In this study, we report the results of veriﬁ-

100年防食ISO規格との整合化

cation of construction conditions which aﬀect
bending resistance and cathode peeling resis-JIS G 3443-3
水輸送用塗覆装鋼管
第３部：長寿命形外面プラスチック被覆

tance of formal test.

図１

１. はじめに２.

近年、老朽化した水道鋼管が社会問題となってい

JIS G 3443-3改正の流れ

JIS G 3443-3についてる。各自治体では適切な維持管理を行っているものの、各地で漏水事故が発生しており、将来に向けた水の安定供給のためには、長期間にわたり事故を未然に防ぐ鋼管の長寿命化の取り組みが必要である。現在、日本の水道鋼管は戦後の高度成長期に布設されたものが多く、これらは水道管の法定耐用年数である40年を超えて使用されている。水道事業体の管路更新率は毎年1％程度で推移しており、このままのペースの劣化更新
では、さらに各所での漏水事故を引き起こすおそれがある。
このような背景から水道管の内外面の防食材料に100年以上の耐用が可能な防食仕様が求められ、規改正されたJIS G 3443-3「水輸送用塗覆装鋼管」のポリウレタン被覆の防食被覆仕様を表1に示す。
ブラス
ト処理による素地調整が施された基材を用いて、1層目にプライマーを、2層目にポリウレタン材料を被覆する仕様である。
ここでのポリウレタン被覆の膜厚は2㎜仕様のⅠ形、3㎜仕様のⅡ形の2仕様あり、使用環境に応じて選定される。
表１ JIS G 3443-3「水輸送用塗覆装鋼管」の防食被覆仕様

格の整備がすすめられた。1）
塗覆装鋼管の規格として、2009年にISO 21809「ポリエチレン塗覆装」が制定され、国内においても、このISO規格を参考にJIS Ｇ 3477「ポリエチレン被覆鋼管」が制定された。
また、JIS Ｇ 3443-3「水輸送用塗覆装鋼管」の規格改訂時にも、ISO規格と整合化させる形で改正がすすめられ、2014年にJIS Ｇ 3443 - 3「水輸送用塗覆装鋼管­第３部：長寿命形外面プラスチッ
ク被覆」と改正された（図1）。
当社では、JIS Ｇ 3443-3に適合する鋼管外面用ウレタンエラストマーを開発したので、その概要を報告する。

塗装工程

標準膜厚※1

ブラスト処理による素地調整（ISO Sa 2−12 以上の除錆度）

̶

1層目
2層目

25μm

プライマー
ポリウレタン被覆タイプ

Ⅰ形：2.0㎜
Ⅱ形：3.0㎜＋規定なし−0.5＋規定なし−0.5※1 ポリウレタン被覆の膜厚にはプライマーも含む長寿命形規格となったJIS G 3443-3 「水輸送用塗覆装鋼管」
では、従来品質に加えて、被覆の物理的および化学的性能をさらに厳しく評価する形式試験が設けられた。
この形式試験とは、塗料メーカーが通常行う試験（JIS G 3443-3 附属書Ａ「ポリウレタン被覆材料」）以外に、鋼管メーカーが実際に塗覆装を行う工場で作製

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４.

した被覆材の品質が、設計品質を満足するかどうかを判定するために実施する試験である。
試験項目としては、
プルオフ付着強度、耐衝撃性、押込み深さ、耐曲げ性、耐陰極はく離性、耐熱水浸せき性の6項目がある。
なお、
この形式試験は、初回製造時および性能に影響を及ぼすような製造条件の変更があった場合に鋼管メーカー各社が実施することとなっている。
表２ 形式試験性

項 目
プルオフ付着強度 MPa
耐衝撃性
押込み深さ㎜

能23℃

平均1以上

60℃

ピンホールを検出しない

Ⅰ形：23℃、11J

平均0.4以下

23℃、25N

平均0.6以下

60℃、25N

割れがない

耐曲げ性
耐陰極はく離性㎜

耐熱水浸せき性㎜

試験方法

塗装工場によっては、工場稼働時間帯は空調で適度な塗装環境であっても、空調が停止する夜間には氷点下となり、翌朝太陽光が差し込み始めると急な温度上昇により結露することもある。今回、耐曲げ性試験において不合格になったＣ社は、
このような環境で施工を行

試験条件

平均3以上

4.1

耐曲げ性

ったことから、層間密着において厳しいと思われる0℃低温環境、高湿度環境に加えて、現地での温度環境にあわせた温湿度でプライマー塗装を行ったうえで試験片作成を行った。

Ⅱ形：23℃、18J

試験体の基材にはSS400鋼板（150㎜ 250㎜

Ⅰ形：0℃、角度2度
Ⅱ形：0℃、角度2度

平均7以下

23℃ 28日

平均20以下40℃ 28日

平均2以下
最大3以下

80℃ 48時間t 3.2 ㎜）にISO Sa 2 −12以上の除錆度（NEAR-WHITE
BLAST CLEANING）となるようにブラスト処理を施したものを用い、エアレス塗装機を使用して膜厚が約25μmになるようにプライマーを塗装した。
プライマー塗装後の試験体は表4に示す4水準の環境にて養生させた。
その後、二液内部混合形塗装機を使用して膜厚が約3㎜になるようにポリウレタン材料を被覆した。被覆

３.

後の試験体は23℃2週間養生させ、被覆鋼板を作製し形式試験での問題点た。作製した被覆鋼板は耐曲げ性の評価に用いた。
表４ プライマーの養生条件

各鋼管メーカーにおいて、形式試験を実施したところ、耐曲げ性や耐陰極はく離性が不合格となるケースがあった。施工環境や施工方法が異なることが原因で

水準 1
養生条件

ろがあった。
本報では、鋼管メーカーの施工条件を検討した結果、品質に影響を及ぼす要因についての具体例を特定したので報告する。

水準 3 ※1

10℃ 85% 10℃ 50%
24時間あると思われるものの、技術者が立会のもとで試験片を作成していることから、不合格の原因が分からないとこ

水準 2

24時間

10℃ 50%→­3℃→10℃ 50%

水準 4
0℃ 20%
24時間※1 耐曲げ性で不合格となったC社の施工条件を参考に設定した条件。
10℃50%から­3℃までは16時間かけて、­3℃から10℃50%までは8時間かけて徐々に温度を変化させた。

曲げ試験では、評価時の試験片温度を0℃ 3℃以下とするために、あらかじめ試験片を-5℃以下に設定し表３ 同一塗料、同一塗装仕様での各鋼管メーカーによる形式試験結果
項 目
耐曲げ性（Ⅱ形）性

能

割れがないこと

耐陰極はく離性（23℃ 28日） 平均7㎜以下

鋼管メーカー
A社

B社

C社

D社

E社

合格

合格

不合格

合格

合格

合格

合格

合格

不合格
平均7.8㎜

合格

27

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表６ 密着性試験後のはく離界面状況

た冷凍庫中に24時間以上保持し、冷凍庫から取り出した試験片を、被覆面を曲げの外側となるよう曲げ試験機に装着し、曲げ角度2度となるよう半径90.08㎜のマ

標準的な試験体割れが発生した試験体

23℃ 50%
24時間10℃ 50%（16時間かけて）→ −3℃（8時間かけて）→ 10℃ 50%

プライマー
養生条件

ンドレルに沿って試験片を曲げた（写真１）。曲げ終了
後、23℃ 3℃で2時間以上保持したのち、被覆膜の割れの有無を調べた。

破壊箇所

写真１ 曲げ試験状況
試験開始

ドーリー

試験終了

付着力13.7 MPa

破壊箇所

ポリウレタン被覆

5.0 MPa

プライマーとポリウレタン被覆の界面昇温されるため、プライマー表面に硬化完了前に結露が発生した可能性がある。
プライマー表面が結露すると、表層にイソシアネートと水の反応物である炭酸塩が形成され、ポリウレタン膜との密着性は弱くなる。
この脆※ 曲げ開始から曲げ終了までの時間：60秒

4.2

弱層の形成が曲げ応力に耐え切れず、割れが発生した

試験結果および考察と推定される。

水準1、水準2、水準4の被覆鋼板は合格することがわかった。一方、C社の施工環境を参考にした水準3のポリウレタン被覆鋼板には割れが発生し、不合格となった。

プライマーとポリウレタンの密着低下

プライマー割れが発生した試験体の密着性について、
アドヒー鋼

ジョンテスターを用いて評価したところ、付着力は標準板

密着性が悪い脆弱層
プライマー的な試験体と比べて低く、破壊箇所はプライマーとポリウレタン被覆の界面となり、ポリウレタン膜の密着性が低下していることがわかった。

図2

水準3は、塗装後氷点下まで気温が低下し、その後
表5

プライマー養生条件
結果割れが発生した試験体イメージ

耐曲げ性Ⅱ形の試験結果

水準 1

水準 2

水準 3※1

水準 4

10℃ 85%
24時間

10℃ 50%
24時間

10℃ 50%→ ­3℃→ 10℃ 50%

0℃ 20%
24時間

合格

合格

不合格

試験体

※1 10℃50%から­3℃までは16時間かけて、­3℃から10℃50%までは8時間かけて徐々に温度を変化させた。

合格

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５.
5.1

耐陰極はく離性査した。
試験体の基材にはSS400鋼板（70㎜ 150㎜ t3.2㎜）に、表7に示す研削材を使用してISO Sa 2−12 以上の除試験方法

錆度（NEAR-WHITE BLAST CLEANING）となるよ

陰極はく離試験では、
Ｄ社のみが研削材にスチールうにブラスト処理を施したものを用いた。次に、エアレスグリットではなくスチールショットを使用していたことか塗装機を使用して膜厚が約25μmになるようにプライら、研削材の種類に着目して陰極はく離性への影響調マーを塗装し、23℃24時間養生させた。
その後、二液査を実施した。鋼管メーカーでは、ブラスト研削材として内部混合形塗装機を使用して膜厚が約3㎜になるよう一般に粒径の大きいスチールグリットやスチールショッにポリウレタンを塗装し、23℃2週間養生させ、被覆鋼

トが使用される。耐陰極はく離性に影響を及ぼすと考え板を作製した。作製した被覆鋼板は耐陰極はく離性のられる素地と塗膜の密着性は、素地の表面粗さや形状評価に用いた。にも関係し、研削材の種類によってもそれらは異なって試験装置を図3に示す。
はじめに、試験片にドリルをくる。粒径が大きい研削材では表面粗さが大きくなり、用いて、鋼面に達する直径6㎜の人工欠陥を試験片のスチールグリットでは形状が鋭角的に、スチールショッ中央部に導入した。次に円筒状の試験片セルを人工欠トでは比較的滑らかになる傾向がある。本報告では表7

陥が円筒の中心となるように試験片の上に立て、耐水に示す研削材を用いて耐陰極はく離性への影響を調性シーラントでシーリングした。試験片セルに70㎜以上

表7使用した研削材

G100

G170

S170※1状

スチールグリット

スチールグリット

スチールショット

主要粒度0.71㎜ 〜 1.18㎜

1.40㎜ 〜 2.00㎜

1.40㎜ 〜 2.00㎜

粒度番号

外観（20倍）形

耐陰極はく離性で不合格となったD社で使用していた研削材。

試験片断面図

陰極はく離試験状況
定電圧発生装置
通電電極

照電電極

定電圧発生装置
通電電極

ー ＋

被覆鋼板

図3電流電圧測定装置

照電電極

はく離範囲 人工欠陥

試験セル

電解液

電流電圧測定装置

耐陰極はく離幅の算出方法

dx
人工欠陥

耐陰極はく離性の試験方法2）

被覆鋼板

y

※129

30

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水道用鋼管外面被覆材100年防食対応への塗膜物性面でのアプローチの深さになるよう電解液（30g/L塩化ナトリウム水溶表８ 耐陰極はく離性の試験結果液）を満たした。通電電極を電解質中に入れ、定電圧発使用した研削材生装置と通電電極を接続した。試験片の円筒外部分の鋼面と電圧電流測定装置とを同線で接続した。照合電G100

S1703.1㎜

4.0 ㎜

人工欠陥

はく離箇所

極である飽和カロメル電極に対し、­1.5Vとなるよう定G170

電圧発生装置を設定し、23℃で28日間試験を行った。
試験終了後、1時間以内に、人工欠陥部から被覆下にはく離幅たがねを挿入し、掘り起し、人工欠陥端部の被覆のはくブラスト後の鋼材表面や断面曲線から、G100が最も離距離（L）を算出した
（式1）。

L＝
5.2

1.5 ㎜

凹凸間の距離（Sm：粗さ曲線要素の平均長さ）
は小さ

x+y­2d4

く、粗さは細かくなり、鋼材の表面積は大きいことがわか……（式1）る。鋼材の表面積が大きいほど、基材とプライマーの密着性は良くなるものと推定される。
また、鋼材の表面積と試験結果および考察の関係が大きいSm/Rz JIS比率を使用して、今回の結果素地調整で使用した研削材と耐陰極はく離性（23℃をプロットすると、図4のようになっており、
G100、G170、28日）の関係を調査した結果、G100、G170、S170のS170の順にはく離幅が小さくなった。
これまで塗装前の順に耐陰極はく離性は良好になり、Ｄ社が使用していた素地状態を判断するためにRzJISを重視することが多か

スチールショットのS170は最も悪かった。
表9使用した研削材ったが、Sm/RzJISも重要であることがわかった。

素地調整方法と耐陰極はく離性の関係
G100

G170

S170

十点平均粗さRzJIS※242μm

51μm

46μm

粗さ曲線要素の平均長さSm※2360μm

615μm

778μm

Sm/RzJIS※38.6

12.1

16.9

素地とプライマーの密着性◎○△

ブラスト後の鋼材表面断面曲線※1

表面粗さパラメーター

耐陰極はく離性の理由

密着性
概念図

水、酸素の浸透 小塗膜
鋼板

高密着性 中水、酸素の浸透 中塗膜

鋼板※1 断面曲線：試料の実表面上を指定された垂直平面で切断したとき、その切り口に現れる曲線※2 JIS Ｂ 0601：1994「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語，定義および表面性状パラメーター」※3 Sm/ RzJIS：密着性に影響する表面粗さパラメーター3）

密着性
水、酸素の浸透 大

塗膜
鋼板

低DNTコーティング技報 No.17
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謝辞

耐陰極はく離性（㎜）876

本研究にご協力いただいた関係各社様に感謝の意

54320G100が最も良好な結果

G100

10246を表します。

S170

G170810Sm/RzJIS 比率

12141618

図４ Sm/RzJIS 比率に対する耐陰極はく離性のプロット図

6. まとめウレタンエラストマーは、同じ材料であっても施工環境や条件によって試験結果への影響が大きく、これらの管理が重要であるということが明らかになった。施工面で大切な点は以下のとおりである。
①耐曲げ性について
プライマーの施工環境において、硬化前に結露が発生しやすい環境では耐曲げ性の試験結果に影響があることが判明した。
②耐陰極はく離性について
素地調整で使用する研削材の種類が耐陰極はく離性に影響することがわかった。形状はスチールショットよりスチールグリットが良く、粒径が小さいG100が最も良好であった。鋼材の表面積を表すSm/RzJISも施工管理において重要な因子であることが判明した。
以上の結果をふまえ、JIS G 3443 - 3：2014形式試
験に合格できる要領を把握することができた。

参考文献
1）佐々木徹：水道用塗覆装鋼管の長寿命化への動向,
DNTコーティング技報No.13 技術解説­32）鋼構造物常温溶射研究会：
鋼橋の常温金属溶射設計・施工・補修マニュアル
（案）
（改訂版）
（2009年4月）

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