金属粉を含有するシリコーン樹脂防錆塗料を 防食下地に用いた防錆塗装工法の性能評価 ㈱シールドテクス ○砂田正明 小林和夫 三菱重工鉄構エンジニアリング㈱ 鈴木俊光 1． は じ め に 橋梁，鉄塔，プラント施設等の鋼構造物の高耐久化，長寿命化は，社会資本の維持 管 理 費 用 の 削 減 に つ な が り ， ひ い て は ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト （ 以 下 ， LCC と 略 記 ） の 低 減 に 直 結 す る こ と か ら ，今 後 も 我 が 国 に と っ て 喫 緊 の 課 題 で あ る こ と は 間 違 い な い ． 現在，こうした鋼構造物の防食，防錆工法には，塗装，溶融亜鉛メッキ，溶射等が 用いられており，中でも塗装は，特別な設備，器具を必要とせず，施工が簡便で，か つ現場において補修，塗替えが容易であるという特徴から多用されている． 上記の様な特長を有する塗装の中でも，第 1 層の防食下地にジンクリッチペイント を適用することが特徴の 1 つである重防食塗装は，新設塗装に対する耐久性（防食性 能 と 耐 候 性 能 ） が 厳 し い 腐 食 環 境 で 30 年 以 上 で あ り 3) ，鋼構造物の高耐久化，長寿命 化 に マ ッ チ し た 塗 装 工 法 と し て 多 く 用 い ら れ て い る ． 特 に 平 成 17 年 に 鋼 道 路 橋 塗 装 ・ 防 食 便 覧 に て 規 定 さ れ た 新 規 塗 装 仕 様 の 一 般 外 面 塗 装 系 C-5 塗 装 系（ 以 下 ，C-5 と 略 記 ） は ，塩 害 部 で の 耐 久 年 数 が 32 年 4) とあり，重防食塗装の代表的な工法として広く活用 さ れ て い る ．C-5 は ，第 1 層 の 防 食 下 地 の 無 機 ジ ン ク リ ッ チ ペ イ ン ト 塗 膜 の 空 隙 を ミ ス トコートと呼ばれる低粘度化したエポキシ樹脂系塗料で封孔し，これにエポキシ樹脂 系塗料，ふっ素樹脂系塗料を合計 3 層塗り重ねることで水分，塩分，酸素等の発錆要 因 の 鉄 基 材 へ の 侵 入 を 防 ぎ ，併 せ て 塗 膜 の 耐 紫 外 線 性 を 向 上 さ せ る 設 計 と な っ て い る ． 重防食塗装は，上記の様な施工上の利点を有し，高い耐久性を実現する一方で，例え ば C-5 で は ， 塗 装 層 数 が 合 計 5 層 に な り ， 塗 装 時 に は 主 剤 と 硬 化 剤 の 2 液 を 配 合 す る 上，シンナーを加えると 3 液配合となるので作業に手間と時間を要する． この他の代表的な防食，防錆工法としては，溶融亜鉛メッキと金属溶射があるが， 溶融亜鉛メッキは，溶融した亜鉛に鋼材を浸漬することで鋼材表面に亜鉛の皮膜を形 成する工程により施工するため，特定の工場のみでしか加工が出来ず，鋼材を浸漬す る槽は鋼材に適合した大きさのものが必要となり，加えて鋼材の製造地と加工地，施 工現場が遠く離れている場合には，運送に多大な手間とコストが必要となる場合があ る．また，金属溶射は，熱により軟化した金属を対象構造物に吹き付け，表面に皮膜 を形成する工法であるが，溶融亜鉛メッキと異なり施工する鋼材の大きさに制限はな いものの，小さな曲率半径や複雑な形状を持つ部材や狭隘部への施工，補修が難しい ケースがある． 大 阪 府 東 大 阪 市 長 田 西 5-5-21 株式会社シールドテクス 技術部 TEL： 06-6746-0003 Email： [email protected] 金属粉を含有する シリコーン樹脂防錆塗料 亜鉛，アルミニウム粉 シリコーン樹脂 図1 金属粉を含有するシリコーン樹脂防錆塗料の模式図 そこで筆者らは，既存の防食，防錆工法の内，最も一般的な塗装に着目し，その代 表 的 な 工 法 で あ る C-5 に つ い て 高 耐 久 化 ，長 寿 命 化 を 図 る こ と を 試 み た ．具 体 的 に は ， 第 1 層の防食下地を無機ジンクリッチペイントからシリコーン樹脂と犠牲陽極作用を示 すことが知られている亜鉛粉，アルミニウム粉から成る金属粉を含有するシリコーン樹 脂防錆塗料（以下，本シリコーン樹脂防錆塗料と略記：図 1 参照）へ置き換えること により金属粉を含有するシリコーン樹脂防錆塗料を防食下地に用いた防錆塗装工法を 開発することである．本報では，その性能評価を行ったため，以下の様に報告する． 2． 防 錆 性 能 比 較 評 価 試 験 金属粉を含有するシリコーン樹 脂防錆塗料を防食下地に用いた防 本シリコーン 無機 有機 樹脂 ジンクリッチ ジンクリッチ 防錆塗料 ペイント ペイント 錆塗装工法の性能評価に先立ち， 本 シ リ コ ー ン 樹 脂 防 錆 塗 料 と C-5， そ し て C-5 の 塗 り 替 え 補 修 用 工 法 （ 以 下 ， Rc- 試 Ⅰと略記）の第 1 層の防食下地で 験 ある無機ジンクリッチペイント， 前 で あ る Rc-Ⅰ 塗 装 系 5) 有機ジンクリッチペイント，そし て塗装以外の防食，防錆工法の代 表として溶融亜鉛メッキ，溶射と の防錆性能の比較評価試験を複合 サイクル試験により行った．試験 は ，JIS K 5600-7-9 サ イ ク ル A に 準 拠し，試験装置内に静置した試験 試 片（ ISO-Sa2.5，t3×70×150）に 対 験 し て 塩 化 ナ ト リ ウ ム 5% 水 溶 液 を 後 35℃ で 2 時 間 噴 霧 し （ 塩 水 噴 霧 ）， こ れ を 60℃ ，25±5%RH で 4 時 間 乾 燥 さ せ （ 乾 燥 ）， さ ら に 50℃ ， 95%RH で 2 時 間 湿 潤 さ せ る（ 湿 潤 ） ことにより行い，塩水噴霧→乾燥 図2 複合サイクル試験結果 →湿潤を 1 サイクル（8 時間）として所定時 間実施した． 2.1 本 シリコーン 溶融亜鉛 樹脂防錆塗料 メッキ 無機，有機ジンクリッチペイントとの 防錆性能の比較 本シリコーン樹脂防錆塗料と無機，有機ジ ンクリッチペイントとの防錆性能の比較のた め 複 合 サ イ ク ル 試 験 を 315 サ イ ク ル （ 2,520 試 験 前 時間）行った．結果を図 2 に示す．試験仕様 は ，本 シ リ コ ー ン 樹 脂 防 錆 塗 料 は 厚 み 100μm， 無機ジンクリッチペイントと有機ジンクリッ チ ペ イ ン ト は 各 々 ，C-5， Rc-Ⅰ で 規 定 さ れ て い る 塗 布 量 600g/m 2 と し た ． 一般部では，本シリコーン樹脂防錆塗料， 試 無機ジンクリッチペイント，有機ジンクリッ 験 チペイントのいずれにおいても白化が認めら 後 れたものの，赤さびの発生は認められなかっ た． クロスカット部では，無機ジンクリッチペ 図3 複合サイクル試験結果 イントは，赤さびの発生及びクロスカットの 影響によると考えられるクロスカット部周辺 からの発錆が認められた．有機ジンクリッチ 本 シリコーン ペイントは，顕著な赤さびや膨れの発生が認 樹脂防錆塗料 溶 射 められた． 一方，本シリコーン樹脂防錆塗料は，赤さ びが認められたのみで，塗膜の膨れや剥がれ 試 は全く認められなかった． 験 2.2 溶融亜鉛メッキとの防錆性能の比較 前 本シリコーン樹脂防錆塗料と溶融亜鉛メッ キとの防錆性能の比較のため複合サイクル試 験 を 315 サ イ ク ル （ 2,520 時 間 ） 行 っ た ． 結 果を図 3 に示す．試験仕様は，本シリコーン 樹 脂 防 錆 塗 料 は 厚 み 100μm， 溶 融 亜 鉛 メ ッ キ 試 は 溶 融 亜 鉛 メ ッ キ が 550g/m 2 以 上 施 さ れ た 鋼 験 板 HDZ-55 を 用 い た ． 本シリコーン樹脂防錆塗料は，一般部では 後 白化が認められたものの，赤さびの発生は認 められず，クロスカット部では，赤さびが認 められたのみで，塗膜の膨れや剥がれは全く 図4 複合サイクル試験結果 認められなかった．一方，比較対象の溶融亜鉛メッキは，一般部，クロスカット部共 に顕著な白さびや赤さび，膨れを生じた． 2.3 溶射との防錆性能の比較 本シリコーン樹脂防錆塗料と溶射との防錆性能の比較のため複合サイクル試験を 180 サ イ ク ル（ 1,440 時 間 ）行 っ た ．結 果 を 図 4 に 示 す ．試 験 仕 様 は ，本 シ リ コ ー ン 樹 脂 防 錆 塗 料 が 厚 み 100μm， 溶 射 は JIS H 8300 に 準 拠 し た ガ ス フ レ ー ム 式 で 施 工 し た厚 み 100μm の 亜 鉛 ア ル ミ ニ ウ ム 合 金 溶 射 に エ ポ キ シ 樹 脂 系 封 孔 材 を 40g/m 2 で 施 工 し た も のを用いた． 本シリコーン樹脂防錆塗料では，一般部で白化が認められたものの，赤さびの発生 は認められず，クロスカット部では，赤さびが認められたのみで，塗膜の膨れや剥が れは全く認められなかった． 一方，比較対象の亜鉛アルミニウム合金溶射では，一般部，クロスカット部共に顕 著な白さびを生じた． 3． 従 来 の 重 防 食 塗 装 の 耐 久 性 向 上 の た め の 防 食 下 地 の 検 討 3.1 本シリコーン樹脂防錆塗料の防食下地への適用 従来の重防食塗装を更に高耐久化させるためには，第 1 層の防食下地の防錆性能を 向上させることが重要であると考える．これは，従来の重防食塗装が発錆や紫外線等 に よ る 劣 化 を 起 こ し た 場 合 ， 例 え ば C-5 表1 で第 3 層から第 5 層より成る防食層が失 [ われた場合には，最終的に第 1 層無機ジ ] 内 は 使 用 量 ，（ ） 内 は 目 標 膜 厚 本塗装仕様 C-5 第 1層 本シリコーン 樹脂防錆塗料 [450g/m 2 ] (100μm) 無機 ジンクリッチ ペイント [600g/m 2 ] (75μm) 第 2層 エポキシ樹脂 塗料下塗 [540g/m 2 ] (120μm) エポキシ樹脂 塗料下塗 ミストコート [160g/m 2 ] (-) 第 3層 ふっ素樹脂 塗料中塗 [170g/m 2 ] (30μm) エポキシ樹脂 塗料下塗 [540g/m 2 ] (120μm) 第 4層 ふっ素樹脂 塗料上塗 [140g/m 2 ] (25μm) ふっ素樹脂 塗料中塗 [170g/m 2 ] (30μm) － ふっ素樹脂 塗料上塗 [140g/m 2 ] (25μm) ンクリッチペイントと第 2 層ミストコー トから成る防食下地が鉄基材を守る最後 の砦となるためであり，このため，防食 塗装仕様 下地の防錆性能の向上が塗装自体の耐久 性の向上において最も重要となると考え るからである． 表 1 に示した具体的な塗装仕様は，本 シリコーン樹脂防錆塗料を第 1 層に適用 し ，C-5 の 第 3 層 ～ 第 5 層 を 第 2 層 ～ 第 4 層として適用する仕様（以下，本塗装仕 様 と 略 記 ） で あ る ． な お ， C-5 で は ， 無 機ジンクリッチペイントに生じる空隙を 封孔するためのミストコート処理は必須 であるが，本塗装仕様では，本シリコー ン樹脂防錆塗料が封孔処理（ミストコー ト）の不要な連続塗膜を形成するためミ ストコートは不要となり，本塗装仕様の 層 数 は 合 計 4 層 塗 り と な る ． C-5 と 比 較 第 5層 表2 各種シリコーン樹脂系塗料の比較 シリコーン樹脂系 塗料の種類 上塗エポキシ 樹脂塗料との 付着力 （ N/mm 2 ） シリコーン 樹脂系塗料 塗 膜 表 面 の Ra 直径 深さ 本シリコーン樹脂 防錆塗料 1.1 6.121 1～ 27 4.2～ 12.6 一般的なシリコーン 樹脂系塗料 0.4 0.648 1～ 9 0.8～ 2.6 一般的なシリコーン エラストマー塗料 付着せず 測定不能 0.776 2～ 20 2.4～ 8.2 凹 凸 の 大 き さ （ μm） す る と 1 層 の 減 少 に な る が ，C-5 の 場 合 ，無 機 ジ ン ク リ ッ チ ペ イ ン ト は ミ ス ト コ ー ト に より封孔されて初めて 1 つの機能を持つため両者は機能的に一体と考えることが出来， 本 塗 装 仕 様 は C-5 と 比 較 し て 仕 様 変 更 は な い と み な す こ と が 出 来 る と 考 え る ． なお従来，シリコーン樹脂系塗料には，重防食塗装の様な有機系塗料は付着し難い ために，上記の様なシリコーン樹脂系塗料＋重防食塗装という防錆塗装システムの確 立は困難であると考えられているが，本塗装工法において防食下地として適用を考え た本シリコーン樹脂防錆塗料は，防錆性能に優れるだけではなく，こうした工法を可 能とすることが分かった．以下にその理由について検証し，考察を加える． 3.2 本シリコーン樹脂防錆塗料とエポキシ樹脂塗料との付着性 本シリコーン樹脂防錆塗料，一般的なシリコーン樹脂系塗料，シリコーンエラスト マ ー 塗 料 と エ ポ キ シ 樹 脂 塗 料 と の 付 着 力 を 測 定 す る た め ，本 シ リ コ ー ン 樹 脂 防 錆 塗 料 ， 一般的なシリコーン樹脂系塗料，シリコーンエラストマー塗料にエポキシ樹脂 塗料を 塗 布 し た 仕 様 に つ き ，JIS K 5600-5-7 付 着 性（ プ ル オ フ 法 ）に 準 拠 し て 付 着 力 の 測 定 を 行った．結果を表 2 に示す．その結果，本シリコーン樹脂防錆塗料は，他の 2 種類の シリコーン樹脂系塗料に比較してエポキシ樹脂塗料との付着力が大きいことが分かっ た． 3.3 付着性に関する考察 各種シリコーン樹脂系塗料とエポキシ樹脂塗料との付着性と付着面の粗さとの関係 について考察するため，共焦点顕微鏡を用いて各種シリコーン樹脂系塗料の塗膜表面 の 中 心 線 表 面 粗 さ （ 以 下 ， Ra と 略 記 ） の 測 定 （ JIS B 0601 準 拠 ） を 行 っ た ． 各 計 測 値 の 平 均 値 を 表 2 に 示 す ． 同 表 よ り ， Ra が 大 き い ほ ど 表 面 が 粗 く ， 小 さ い ほ ど 表 面 が 平 滑であることを表している．同じシリコーン樹脂系塗料にも関わらず，本シリコーン 樹 脂 防 錆 塗 料 の Ra は ，他 の そ れ と 比 べ て 約 7.9～ 9.4 倍 大 き い こ と が 分 か っ た ．こ の よ うな凹凸のある下地が良好な付着性を有する理由としては，アンカー効果が挙げられ る． 塗膜のアンカー効果による付着性についてさらに考察を深めるには，塗膜の凹凸の 具 合 を 具 体 的 に 知 る 必 要 が あ る た め ， Ra デ ー タ か ら 各 種 シ リ コ ー ン 樹 脂 系 塗 料 の 塗 膜 表面の凹凸の直径と深さを測定し，表 2 に加えて示した．付着力と凹凸の直径につい ては相関が低いと考えられるが，付着力と凹凸の深 本塗装仕様 さについては一定の相関があると考えられる．具体 C-5 的 に は 付 着 力 が 0.4N/mm 2 以 下 の 場 合 ， つ ま り 付 着 性 が 不 良 と 判 断 さ れ る 場 合 の 凹 凸 の 深 さ は 8.2μm 以 下であるという関係である．換言すれば，凹凸が深 試 いほど塗膜の深部まで塗料が浸透し，アンカー効果 験 が効果的に働き付着性が向上するものと考察される． 前 こ の 点 ，本 シ リ コ ー ン 樹 脂 防 錆 塗 料 の 凹 凸 の 深 さ は ， 他のシリコーン樹脂系塗料に比べて深く，最大で 12.6μm で あ る ．こ の こ と か ら ，本 シ リ コ ー ン 樹 脂 防 錆塗料に対する付着性の良さが凹凸の深さでも裏付 けられたこととなる． 試 3.4 防錆性能の評価 本 塗 装 仕 様 と C-5 の 防 錆 性 能 に 付 き 比 較 評 価 す る 験 後 ため，表 1 に示した塗装仕様につき，複合サイクル 試 験 を 315 サ イ ク ル （ 2， 520 時 間 ） 行 っ た ． 試 験 結 果 を 図 5 に 示 す ．試 験 条 件 は 2．項 と 同 様 と し た ． 本 塗 装 仕 様 と C-5 と で は ， 一 般 部 で は 差 が 認 め ら れなかったものの，クロスカット部では本塗装仕様 で赤さび，白さび，膨れの発生が殆ど無かったのに 図 5 複合サイクル試験結果 ＊：試験後の試験片表面に見られる白色物は 塩水噴霧時の塩の残分である． 対 し て ，C-5 は 赤 さ び と 赤 さ び が ク ロ ス カ ッ ト 部 の 塗 膜 と 鉄 基 材 と の 界 面 を 塗 膜 方 向 に 成 長 し ，塗 膜 を 持 ち 上 げ る こ と に よ り 発 生 す る と 考 え ら れ る 膨 れ や 剥 が れ が 発 生 し た ． 4． 結 論 C-5 の 第 1 層 防 食 下 地 を 無 機 ジ ン ク リ ッ チ ペ イ ン ト か ら 本 シ リ コ ー ン 樹 脂 防 錆 塗 料 に置き換えることから成る防錆塗装工法は，優れた防錆性能を持つことが分かった． こ の 工 法 を 活 用 す る こ と で 従 来 の 重 防 食 塗 装 C-5 の 仕 様 を 変 更 す る こ と な く ， C-5 の防錆性能の長寿命化を図ることが期待され，ひいては鋼構造物の高耐久化や長寿命 化 ， LCC 削 減 に 対 し て 役 割 を 担 う こ と が 期 待 さ れ る ． 5． 引 用 文 献 1) 砂 田 正 明 ， 小 林 和 夫 ， 鈴 木 俊 光 ： 金 属 粉 を 含 有 す る シ リ コ ー ン 樹 脂 防 錆 塗 料 を 下 塗 層 に 適 用 し た 重 防 食 塗 装 の 性 能 評 価 ， 土 木 学 会 年 次 学 術 講 演 会 ， Vol.68, No.1, p. 587-588 (2013) 2) 砂 田 正 明 ， 小 林 和 夫 ， 鈴 木 俊 光 ： 金 属 粉 を 含 有 す る シ リ コ ー ン 樹 脂 塗 料 を 用 い た 重 防 食 塗 装 シ ス テ ム の 性 能 評 価 ， 土 木 学 会 西 部 支 部 平 成 25 年 度 技 術 発 表 会 論 文 集 , p. 37-42 (2013) 3) 重 防 食 塗 装 防 食 原 理 か ら 設 計 ・ 施 工 ・ 維 持 管 理 ま で ，社 団 法 人 日 本 鋼 構 造 協 会 ，技 報 堂 出 版 株 式 会 社 , p. 33 (2012) 4) 鋼 橋 の Q&A ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト 編 ， 社 団 法 人 日 本 橋 梁 建 設 協 会 , p. 9 (2006) 5) 鋼 道 路 橋 塗 装・防 食 便 覧 ，社 団 法 人 日 本 道 路 協 会 ，丸 善 株 式 会 社 出 版 事 業 部 , p. Ⅱ -95 (2005)
© Copyright 2024 ExpyDoc
