鋼管杭の防食法に関する研究（波崎海洋研究施設における重防食被覆鋼管杭の30 年暴露試験結果の概要）
鋼管杭・鋼矢板技術協会

防食技術委員会

たポリエチレン被覆（有機被覆）工法

1. はじめに1）酷な条件にある。の 30 年経過時の調査結果 の概要を

桟橋は全長 427m、先端の水深は約

鋼管杭・鋼矢板技術協会では、1984報告するとともに調査結果を踏まえた－ 5m で、ポリエチレン被覆工法が施年度（昭和 59 年度）より、運輸省港湾防食性能低下評価手法について紹介すされている鋼管杭は桟橋の最突端とな技術研究所（現（独）港湾空港技術研るものである。

る No.31〜35 であり、桟橋の中でも最究所）および（財）沿岸開発技術センも過酷な環境下にある。

ター（現（一財）沿岸技術研究センター）と共同で、鋼構造物の防食技術の向上

2. 研究施設の概要

3．ポリエチレン被覆工法の概要を図るため、茨城県波崎にある波崎海長期暴露試験は、波砕帯の研究施設

洋研究施設波砕帯観測用桟橋の 47 本である「波崎海洋研究施設波砕帯観測の鋼管杭を利用して、有機被覆、ペト用桟橋（以下桟橋と呼ぶ）」を使用してポリエチレン被覆は、ウレタンエラロラタム被覆、無機被覆、電気防食、いる。本桟橋は図 1 に示すように茨城ストマー被覆と並んで「重防食被覆」

塗装系の 5 種類における防食技術の防県の鹿島と銚子の中間付近に位置し、と呼ばれ、鋼管杭の防食工法の中で最食効果や材料の耐久性に関する現地試海岸線に直角に突き出しているため、も広く普及している工法の一つであ験を開始している。各種防食工が施工防波堤に囲まれた一般的な港湾施設とる。工場で鋼材に被覆施工されるためされて以降、毎年現地調査を実施し、は異なり、年間を通じて太平洋の荒波一貫した管理が行われ、品質が安定し2014 年度には暴露開始から 30 年が経を受け、しかも砂浜海岸であるため漂ている。また、施工法および材料の特過した。本稿では、鋼管杭・鋼矢板技

砂による摩耗作用を無視することがで性から、耐久性、耐薬品性、耐海水性術協会が長年に渡り調査を実施してききない等、防食環境としては極めて過に優れ、カーボンブラックを配合することで耐候性を向上
さ せ て い る。図 2 にポリエチレン被覆工法の構造を示す。なお、現状ではポリエチレン被覆よりも様々な鋼材形状に対応できるウレタンエラストマー被覆が一般的に使用されている。

図1

14

波崎観測桟橋の概要図

さらには、疵部からの被膜の接着劣4. 調査内容て測定を行うなど、測定方法の改善を化を把握することを目的に、行ってきているものの一層の精度向上

ポリエチレン被覆工法の調査対象❶人工的に被膜を剥離して鋼面を露出を図る必要がある。

杭の概要を表 1 に、30 年経過時の調査させた人工疵部周辺の被膜と鋼面の項目を表 2 に示す。調査は 20 年経過時

（3）付着力試験（ピール強度試験）

接着劣化進展距離の測定からの 10 年間の経年変化の把握、及びJIS G 3469 に準拠したピール強度測❷人工疵部周辺の接着劣化を簡易に検性能低下予測に向けた基礎データの取出するための打音検査得を目的に、20 年経過時と同様の調査

定で各杭の付着力を測定した結果、30年経過時においても 294N/cm（計測器を実施した。の上限値）以上の高い値を示し、製品（付着力、被膜厚み、鋼材板厚、採取サ仕様の 35N/cm 以上を満たしていた。

ンプルの被膜厚さ、引張強度、体積固（4）被覆厚み

5. 調査結果

有抵抗、吸水率）を実施した。
また、30 年経過時の調査では、新た＋ 3.5m、＋ 5.0m の各断面で円周方主要な調査結果を以下に示す。

向に 4 点の被膜厚みを電磁誘導方式膜（1）外観観察な調査を試みている。まず、被膜劣化の定量的な評価を目的に、厚計で測定した。各杭における平均

杭 No.33〜35 の外観写真を写真 1 に厚みを図 4 に示す。30 年経過時におい❶水分・塩分除去によって現地での計示す。すべての調査杭において、ポリても変動が少なく、製品仕様である測精度を向上させた体積固有抵抗のエチレン被覆の防食機能低下に繋がる2.5mm 以上を満たしていた。

現地測定

大きな変状（浮き、剥離等）は観察さ❷吸光度による劣化評価（FT-IR 分析）

れず、光沢の経時低下及び若干の変色を実施した。

が確認される程度であった。

（2）体積固有抵抗（絶縁抵抗）
10 年、20 年及び 30 年経過時に現地で測定した体積固有抵抗の結果を図 3に示す。経時とともに体積固有抵抗の鋼管杭増加傾向がみられるが、材料性能が向上したとは考えにくいので、現地での表面処理層測定精度の向上が要因と考えられる。

ポリエチレン接着層

ただし、室内試験結果と比較すると現ポリエチレン被覆層

地計測ではバラツキが大きい。20 年経過時の調査では環境遮断法により、30年経過時の調査では乾燥雰囲気とし図 2 ポリエチレン被覆工法の構造

写真 1

表 1 ポリエチレン被覆工法の調査対象杭の概要
防食工法

31

防食範囲（m）

施工時期−1.75 〜 ＋5.15

32
ポリエチレン被覆33
34

防食シート・防食テープ ＋ FRPカバー（1985 施工）
1984.6−1.77 〜 ＋5.25

35

表2項目

ペトロラタムテープ ＋ チタンカバー（2012 施工）
防食シート ＋ FRPカバー（1985 施工）

計測位置

No.31

No.32

No.33

No.34

No.35

1.E+12
1.E+11
1.E+10
1.E+09
1.E+081.E+07
1.E+06
1.E+05
1.E+04

図3－○

○

○○

○

絶縁抵抗測定＋5.0、陸側

○○

○

○

○

付着力試験（ピール強度）＋3.5、陸側○○○○○＋3.5、＋5.0（各 4 点）

○○

○

○

○

7＋2.5、陸側

○○

○

○

○

6−

○

○

○

○

○

被膜の厚さ

○○

○

○

○

被膜の機械的性質
（引張強度、伸び）

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

被膜厚み測定鋼管杭の板厚測定
打音検査
サンプル調査

被膜の体積固有抵抗
被膜の吸水率
被膜の吸光度＋2.5 陸側○

No.31

1.E+141.E+13

30 年経過時の調査項目

0No.32

10No.33

No.34

2030
暴露経過年数（年）

No.35

40

現地測定による体積固有抵抗の経時変化

No.318

塗膜厚（mm）

外観

現地補修仕様体積固有抵抗（Ω・cm）

No.

外観写真（杭 No.33、34、35）

No.32

No.33

製品仕様 2.5mm

No.34

No.35

543210010

図420
暴露経過年数（年）3040

被膜厚の経時変化15（5）鋼管杭の板厚測定
30 年経過時の調査では 20 年経過時の調査でサンプル採取した隣接の被膜を採取（30 年経過時のサンプル）し、持管理の上で重要な調査・点検項目に× 108 Ω ·cm（ ＝ 108 Ω ·cm2/0.7cm）以なるといえる。

上が劣化の限界値の目安となる。従っ（6）ポリエチレン被覆の
サンプル採取による評価て、30 年経過時において、ポリエチレン被覆の体積固有抵抗は、防食性能の鋼面を露出させた部分で板厚の測定を前述で採取したポリエチレン被覆実施した。その結果、各杭の平均板厚を試験室に持ち帰り、各種試験を行っ限界値までは低下していないと考えられる。

は 11.8mm と設計値 12mm に対して微た。なお、サンプルは各杭とも＋ 2.5m

3）吸光度分析（FT-IR 分析）量の減肉傾向が見られた。これは 20 年付近の陸側から採取している。

経過時にサンプルを採取した箇所に施

1）引張強度ポリエチレンの分子レベルでの酸化進展度から被覆材の劣化進行度を把した部分補修（ペトロラタム＋ FRP カ

JIS K 7113 に準拠し引張試験を行っバー）が、早期の段階で変状し最終的た結果、引張破断強度は 30 年経過時に握する目的で、今回はじめて吸光度分析 5）を実施した。

2には FRP カバーが破損脱落したこと

おいても製品仕様の 12.0N/mm 以上

試験は、採取したサンプルを透明エによるものと考えられる。つまり、20を満たしていた。また、引張破断時のポキシ樹脂に埋め込み研磨後に表面か年経過時のサンプル採取部が鋼面まで伸びについても製品仕様の 300% 以上

ら 400µm 深 さ ま で と、表 面 か ら 2000露出した人工的な疵部となり、その疵を満たしていた。

〜2400µm 深 さ ま で の 2 点 に つ い て、部の端部から接着劣化が進行し、鋼材

2）室内試験による体積固有抵抗

微 小 領 域 FT-IR 分 析（CH2 1450cm−1、れる。

印加電圧を 100V として絶縁抵抗計C ＝ O 1740cm−1）を行い、ポリエチレにより測定した結果、図 5 に示すようン被膜の厚み方向での紫外線劣化有無

12

次に、接着劣化進展距離の測定状況に 30 年経過時において製品仕様の 10と測定結果の最大値を写真 2 および表Ω ・cm（図中の破線）に近似するまで3 に示す。接着劣化が 20 年経過以降の減少していた。

10 年間で進展したと仮定すると、最大一 方 で、被 覆 の 絶 縁 抵 抗 は 10 Ω
2·cm 以上の場合には被覆下の鋼は腐能性があることが示唆された。既往の

4）

研究

No.32

食していないと報告されていること 、によれば接着劣化進展距離は及び絶縁抵抗は体積固有抵抗と被覆0.3〜1.5cm/ 年であることから、今回の厚みの積であって試験杭のポリエチの結果は既往の研究と同等ないしはそレン被覆の厚みは図 4 より 0.3～0.7cmれ以上となり、過酷な環境が影響したであることから、体積固有抵抗は 1.4

1.E+15
1.E+14
1.E+13
1.E+12

製品仕様：1012Ω･cm

1.E+11
1.E+10
1.E+09図50102030
暴露経過年数（年）

室内測定による体積固有抵抗の経時変化

FT-IR 分析場所

CH2 1450cm −1

CH2 1450cm −1/ C＝O 1740cm −1

C＝O 1740cm −1の検出と疵部周囲の劣化の進展は、維接着劣化進展距離測定状況（No.31）

表316

接着劣化進展距離の最大値

No.

接着劣化進展
距離の最大値

備考

3115cm20 年目採取部に積層錆

327cm

3315cm3412cm3518cmNo.35

1.E+16

わけではないが、鋼面が露出した疵部

写真 2No.34

1.E+17可能性がある。なお、接着劣化によって直ちに鋼材の減肉が大きく進展する

No.33

1.E+188で 0.7〜1.8cm/ 年の割合で進行する可2,3）

No.31

1.E+19
体積固有抵抗（Ω・cm）

板厚の減少につながったものと推察さ

図6

表面から400µm 深さまでのFT-IR 分析

40

を確認した（図 6、図 7）。その結果、2

図 8 に示す。ここで、図 5 に示したようめ、防食機能が低下することも注意が点の断面とも CH2/C ＝ O の吸光度比に 5 年、7 年、20 年、30 年経過時の調査必要である。

は酸化劣化の指標とされる 2 以上で、対象杭本数（杭 No.）は、それぞれ 1 本ほぼ同等の値であったことから表層の（No.35）、1 本（No.35）、3 本（No.31 〜

紫外線劣化は、ほとんど進行していな33）、5 本（No.31〜35）であり、各杭でいことが確認された。

測定値のバラツキが少ないことから、30 年経過時の調査によって、ポリエ調査杭本数が複数ある年は全杭の平均チレン被覆工法の長期耐久性が確認値を示すこととした。

されるとともに、鋼面まで達する疵部

6．防食性能低下予測手法に関する検討
ポリエチレン被覆の劣化変状は紫

7. まとめ図 8 に示すように体積固有抵抗の経の影響が確認され、疵部に対する補修時変化を直線近似して、被膜性能の限対策が維持管理上重要であることがわ界値の目安となる体積固有抵抗の値かった。

8

外線による表層外観劣化と水分の吸1.4 × 10 Ω ·cm に到達する時間を求め劣化指標の適用可能性として体積固湿による体積固有抵抗の低下が挙げると、約 610,000hour（約 70 年）となっ有抵抗を提案したが、現地での測定はられる。30 年経過時の調査結果に基づた。ただし、この試算結果は一例に過容易なものではなく、より簡易でかつき、被膜の劣化度評価について考察す

ぎず、体積固有抵抗の初期値が低けれ高精度な測定手法の確立が今後の課題

ると、FT-IR 分析結果から、紫外線劣ば限界値の目安に到達する予測時間はである。

化はほとんど進行していなかったこと短くなることに注意しなければならな

また、簡易な補修方法としての部分が判明している。このため、図 5 の体い。一般的に、体積固有抵抗の初期値補修の試験も開始しており、今後の追12

積固有抵抗の減少は水分の浸透の影

は製品仕様である 10 Ω ·cm に対して跡調査を通じて適正な評価と工法を確響と考えられる。微細チョーキングを余裕を持った値となっているが、定期立する必要がある。

伴った水分浸透を Fick の拡散浸透モ的な計測を実施して初期値からの経時デルを用いて時間の平方根に比例して変化を把握することが重要である。

水分浸透が進む 6）と仮定し，さらに水また、被膜の疵等によって被膜厚が分浸透と体積固有抵抗の対数値が比例小さくなった場合、体積固有抵抗が同関係にあると仮定した場合の関係をじ値であっても絶縁抵抗は低下するた

FT-IR 分析場所

CH2 1450cm −1

CH2 1450cm −1/ C＝O 1740cm −1

C＝O 1740cm −1【参考文献】
1）鋼 管杭の防食法に関する研究グループ：鋼管杭の防食法に関する研究（2014 年度（平成26 年度）調査）報告書、2015 年 3 月
2）原 田佳幸・阿部正美・福手勤・濱田秀則・
是永正・江田和彦・岩倉肇・元木卓也・佐藤 一 昌： 重 防 食 鋼 矢 板 に お け る 被 覆 材 の接 着 耐 久 性 に 関 す る 研 究、港 湾 技 研 資 料
No.984、2001 年 3 月
3）審 良善和・山路徹・岩波光保・原田典佳・
吉崎信樹・村瀬正次・斎藤勲・上村隆之・
北村卓也：重防食被覆を適用したハット形
鋼矢板の耐久性に関する基礎的研究、港湾空港技術研究所資料 No.1230、2011 年 3 月
4）R.CHARLES BACON, JOSEPH J.SMITH,
AND FRANK M.RUGG: ElectrolyticResistance in Evaluating Protective Meritof Coatings on Metals, INDUSTRIAL AND
ENGINEERING CHEMISTRY, Vol.40, No.1,January 1948.
5）森 北浩通・田中伸幸・畑千登・高木光司：カルボニル基分布によるポリエチレンの寿命予測、パナソニック電工技報、Vol.58、No.1、2010 年 3 月
6）久 保内昌敏：耐食用有機材料の腐食劣化とその機構、第 26 回防錆防食技術発表大会 特別講演、2006 年 7 月

体積固有抵抗（Ω・cm）

1.0E+20
1.0E+17
1.0E+14

表面から2000〜2400µmのFT-IR 分析

1.4E＋81.0E+08
1.0E+05

図7y ＝ 6E＋21e‒0.04√t

1.0E+110200400600800
経過時間 √t（時間 0.5）1000

図 8 体積固有抵抗経時変化
（片対数グラフ：Fickの拡散モデル）

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