JP2013249681A - 耐食性金属板の被覆方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物の表面を耐食性金属板で被覆することにより長期耐久性を高めるに際して、高い信頼性でかつ簡便に被覆することができる耐食性金属板の被覆方法を提供する。
【解決手段】吊り子２０を挟んで隣接させた二つの耐食性金属板（耐食性金属板１０Ａと耐食性金属板１０Ｂ）について、耐食性金属板１０Ａの立上り側部１２Ａと連結部１４Ａおよび耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂで吊り子２０を挟み込んで、それら立上り側部１２Ａ、連結部１４Ａ、立上り側部１３Ｂ、吊り子２０を両側から溶接し（溶接部２２）、さらに、耐食性金属板１０Ａの連結部１４Ａの先端部を耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂに接合する（接合部２３）。そして、耐食性金属板本体１１Ａ、１１Ｂの裏面に設けられた接着層２１Ａ、２１Ｂによって、構造物（基材）１と耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂを接着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、橋梁、鉄塔、水槽、タンク、桟橋等の鋼構造物や、コンクリート製貯水槽、塩害を受けるコンクリート製橋梁等のコンクリート構造物の被覆方法に関し、特に構造物（基材）の表面を耐食性金属板で被覆することにより長期耐久性を高めるための耐食性金属板の被覆方法に関するものである。

橋梁、鉄塔、水槽、タンク、桟橋等の鋼構造物は、腐食により赤錆や黄褐色の浮き錆、流れ錆を生じ、景観を損なうばかりではなく、腐食による肉厚減少に起因して構造物としての強度低下を来たすので、何らかの防食対策が必要とされる。これら鋼構造物の防食対策としては従来、塗装工法が一般的であり、長期耐久性を高めた重防食塗装も知られているものの、耐用年数に限りがある。しかも、定期的な塗り替えが必要であることからメンテナンスコストも高いという問題がある。

コンクリート製貯水槽は浄水に含まれる塩素や次亜塩素酸によってコンクリートが劣化することがある。また、海岸近傍のコンクリート製橋梁などのコンクリート構造物は、飛来する塩分によって塩害を受けてコンクリートが劣化することがある。これらコンクリート構造物の対策も、塗装工法が一般的であり、長期耐久性を高めた重防食塗装も知られているものの、耐用年数に限りがある。しかも、定期的な塗り替えが必要であることからメンテナンスコストも高いという問題がある。

これらの問題に対して、構造物の表面を耐食性のある金属（耐食性金属）の薄板で被覆する方法が知られている。耐食性金属としてはチタン、ステンレス鋼、ニッケル基合金等を用いる。これらの金属は耐腐食性が高く、構造物の表面をこれらの耐食性金属の薄板（耐食性金属板）で覆うことにより、理論的には半永久的な使用が可能となる。

耐食性金属板で構造物（基材）の表面を被覆する方法としては、耐食性金属板の下に有機樹脂接着層を設け、構造物に貼り付ける方法、耐食性金属板の周囲を隅肉溶接し、重なり合う耐食性金属板間は重ね溶接を行う方法、はぜ折による方法（特許文献１）や嵌め合いによる方法（特許文献２）がある。また、耐食性金属板をはぜ折で接合し、鋼構造物との接合は接着剤を用いる方法（特許文献３）がある。

特開２００３−２５３８２０号公報 特開２００５−２１３８１０号公報 特開平８−２３２２６１号公報

しかし、上記のいずれの被覆方法も以下のような問題点がある。

まず、社会インフラストラクチャーには５０〜１００年の耐用年数が要求されるようになっており、有機樹脂接着層による耐食性金属板の貼り付けだけでは、接合強度が低く、耐食性金属板の脱落が懸念される。

また、溶接によって被覆する方法は、プラグ溶接やストリップ溶接が用いられるが、これらの溶接を行うためには、通常１．５ｍｍ以上の板厚の耐食性金属板が必要であり、これ以下の板厚の耐食性金属板を用いる場合は、少しでも基材表面との間に隙間があると溶接が難しいため、基材表面との間に隙間が生じないように仮付溶接の間隔を短くしなければならならず、施工費が高額になる。

また、耐食性金属板と基材の周囲のみを溶接で接合した場合、耐食性金属板の中央部は凹凸が生じるため、耐食性金属板と基材の間に大きなせん断力が加わると応力が周囲にのみ集中し、溶接部が損傷することがある。

また、はぜ折は、施工が容易なものの隙間から水分が浸透し、基材（鋼材）が腐食したり、コンクリートが劣化したりすることがある。また、耐食性金属板の板厚が薄い場合、継手部（はぜ折部）の引張強度が弱いと言った欠点がある。

なお、特許文献１に記載のはぜ折による被覆方法は、耐食性金属板の上に合成樹脂フィルムを設けており、合成樹脂フィルムを融着させることで施工性や機密性を高めている。また、特許文献２に記載の嵌め合いによる被覆方法は、嵌め合い部にシール材を有することで機密性を高めている。

しかし、これらの方法では、基材と耐食性金属板との接合は、耐食性金属板の周囲のみ固定されており、耐食性金属板全体の付着強度が低い。また、耐食性金属板同士の接合は、耐食性金属板同士の溶接ではなく、耐食性金属板を折り曲げて樹脂でシールしたり、耐食性金属板を折り曲げて更に耐食性金属板の上の樹脂同士を接合したりしているが、長期耐久性は耐食性金属板同士の溶接ほど信頼性が高くない。

また、特許文献３に記載の被覆方法は、基材と耐食性金属板の接合は有機系接着材やモルタル、コンクリートが用いられており、これらは絶縁体であるためアーク溶接や抵抗溶接を用いて端縁接合部を溶接すると、基材に電気が流れる際に抵抗が大きいため、有機系接着材が焼損したり、モルタルやコンクリートは内部の水分が急速に蒸発して破裂する恐れがある。また、溶接を行わない場合、隙間構造があるため、乾湿を繰り返すことで隙間内部に入り込んだ腐食因子（例えば、塩化物イオン）が濃縮し、隙間腐食を生じる恐れがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、構造物（鋼構造物、コンクリート構造物）の表面を耐食性金属板で被覆することによって長期耐久性を高めるに際して、高い信頼性でかつ簡便に被覆することができる耐食性金属板の被覆方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］基材の表面を耐食性金属板で被覆する方法であって、耐食性金属板の幅方向両側に立上り側部を形成し、少なくとも一方の立上り側部の先端に連結部を形成し、基材に固定した吊り子を挟んで隣接させた耐食性金属板の立上り側部と連結部とで前記吊り子を挟み込んで溶接した後、一方の耐食性金属板の連結部の先端部を他方の耐食性金属板に接合し、さらに、耐食性金属板の立上り側部および連結部以外の裏面に接着層を設けて、基材と耐食性金属板を接着することを特徴とする耐食性金属板の被覆方法。

［２］隣接させた耐食性金属板の立上り側部と連結部とで前記吊り子を挟み込んで溶接する際には、抵抗シーム溶接またはレーザ溶接を用いることを特徴とする前記［１］に記載の耐食性金属板の被覆方法。

［３］一方の耐食性金属板の連結部の先端部を他方の耐食性金属板に接合する際には、溶融溶接またはろう付けを用いることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の耐食性金属板の被覆方法。

［４］前記接着層を形成する際には、熱溶融性接着剤を用いることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の耐食性金属板の被覆方法。

［５］耐食性金属板のそれぞれの立上り側部または連結部の先端にはぜ部を形成し、前記はぜ部をはぜ締することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の耐食性金属板の被覆方法。

［６］耐食性金属板の長手方向両側に立上り側部を形成し、少なくとも一方の立上り側部の先端に連結部を形成することを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載の耐食性金属板の被覆方法。

［７］前記［１］〜［６］のいずれかに記載の耐食性金属板の被覆方法を用いて被覆されたことを特徴とする構造物。

本発明においては、構造物（鋼構造物、コンクリート構造物）の表面を耐食性金属板で被覆することによって長期耐久性を高めるに際して、高い信頼性でかつ簡便に被覆を実施することができる。

本発明の一実施形態で用いる耐食性金属板を示す図である。 本発明の一実施形態において、耐食性金属板で基材を被覆した状態を示す図である。 本発明の一実施形態における接着層の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における接着層の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態で用いる他の耐食性金属板を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明の一実施形態で用いる耐食性金属板について述べる。

図１に示すように、本発明の一実施形態で用いる耐食性金属板１０は、長手方向において長尺である耐食性金属板本体１１の幅方向両側に立上り側部１２、１３が形成され、少なくとも一方の立上り側部（ここでは、立上り側部１２）の先端に連結部１４が形成されている。そして、耐食性金属板本体１１の裏面には接着層２１が設けられる。

ここで、耐食性金属板１０（耐食性金属板本体１１、立上り側部１２、１３、連結部１４）としては、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、ステンレス、ニッケル基合金等の薄板を用い、その板厚は、０．１６ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であり、さらに好ましくは０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ程度である。

次に、図２は、上記の耐食性金属板１０を用いて構造物（基材）１の表面を被覆した状態を示すものである。

予め、フラットバーもしくは断面がＬ型や逆Ｔ型の吊り子２０を基材１の表面に取り付ける。この吊り子２０は、基材１が鋼構造物の場合は溶接で取り付ける。一方、基材１がコンクリート構造物の場合は、予めコンクリートに吊り子２０の下部を埋めこんでおいたり、釘、ネジ、アンカーボルトなどで取り付ける。

そして、吊り子２０を挟んで隣接させた二つの耐食性金属板（耐食性金属板１０Ａと耐食性金属板１０Ｂ）について、耐食性金属板１０Ａの立上り側部１２Ａと連結部１４Ａおよび耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂで吊り子２０を挟み込んで、それら立上り側部１２Ａ、連結部１４Ａ、立上り側部１３Ｂ、吊り子２０を両側から溶接し（溶接部２２）、さらに、耐食性金属板１０Ａの連結部１４Ａの先端部を耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂに接合する（接合部２３）。そして、耐食性金属板本体１１Ａ、１１Ｂの裏面に設けられている接着層２１Ａ、２１Ｂによって、基材１と耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂを接着する。

これによって、隣接する耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂと吊り子２０が溶接で接続されるため、信頼性が高くなる。また、耐食性金属板１０Ａの連結部１４Ａの先端部を耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂに接合することで隙間構造がなく、耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂが腐食する心配がなくなる。さらに、耐食性金属板本体１１Ａ、１１Ｂを基材１と接着することで、耐食性金属板本体１１Ａ、１１Ｂの中央部の凹凸を無くすことができる。これによって、耐食性金属板本体１１Ａ、１１Ｂと基材１との付着力が高くなる。

ここで、図２において、耐食性金属板１０Ａの立上り側部１２Ａと連結部１４Ａ、および耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂで吊り子２０を挟み込んで、それら立上り側部１２Ａ、連結部１４Ａ、立上り側部１３Ｂ、吊り子２０を両側から溶接する際には、抵抗シーム溶接やレーザ溶接を用いる。

抵抗シーム溶接は、一対の電極輪で挟みながら回転させて連続的に溶接を行う。この溶接方法は機械で自動的に行うことができるため、溶接技術者の技量に依存せず、溶接速度が速く、熱変形が少ない効率の良い溶接を簡便に行うことができる。

一方、レーザ溶接は、従来のアーク溶接と比較して熱密度が高く、高速溶接が可能であり、熱変形が少なく、溶接効率が高い。なお、レーザ溶接機は出力が高い程高額であるため、小出力で溶接が可能な耐食性金属板１０の溶接に向いている。ただし、レーザ溶接を行う場合、吊り子２０と耐食性金属板１０の間に隙間があると、耐食性金属板１０に穴が開いてしまうため、予めスポット溶接で固定したり、一対の車輪で吊り子２０と耐食性金属板１０を挟み、その直後をレーザ溶接する必要がある。

なお、抵抗シーム溶接やレーザ溶接は、その後に行う連結部１４Ａの先端部と耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂとの接合に影響の無い範囲で不連続に行っても良い。

そして、この実施形態において、吊り子２０を設置しているのは、吊り子２０があることで、接着層２１Ａ、２１Ｂから溶接部２２までの距離が遠くなることや、溶接部２２を抵抗シーム溶接する際に吊り子２０が電気の通り道となり、接着層２１Ａ、２１Ｂの焼損を防止する作用があるからである。

また、図２において、耐食性金属板１０Ａの連結部１４Ａの先端部を耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂに接合する際には、溶融溶接やろう付けを用いる。

溶融溶接は、プラズマ溶接、ＴＩＧ、ＭＡＧ、被覆アーク溶接、レーザ溶接などの溶接方法である。溶加棒としては、母材（耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂ）と同じ組成の金属を用いたり、母材（耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂ）より耐食性の高い金属を選択する必要がある。

ちなみに、上記のように、耐食性金属板１０Ａの立上り側部１２Ａと連結部１４Ａ、および耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂで吊り子２０を挟み込んで、それらの両側から溶接することで、吊り子２０と耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂが密着し、耐食性金属板１０Ａの連結部１４Ａの先端部を耐食性金属板１０Ｂの立上り側部１３Ｂに溶融溶接で接合する際に溶接欠陥が発生し難くなる。

一方、ろう付けは、母材（耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂ）より低い融点を持つ金属や合金を接合部の外側から添加し、濡れと毛管現象によって接合部のすき間に侵入させて接合する。ろう材としては、アルミニウムろう、銅ろう、黄銅ろう、リン銅ろう、銀ろう、金ろう、パラジウムろう、ニッケルろう、チタンろう、ジルコニウムろうなどがある。

このように、ろう付けで接合することによって、溶接による熱変形を回避することができ、変形の無い綺麗な仕上がりになる。

また、図１、図２において、耐食性金属板本体１１（１１Ａ、１１Ｂ）の裏面に設けられてた接着層２１（２１Ａ、２１Ｂ）によって、基材１と耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂを接着する際に、接着層２１として熱溶融性接着剤（熱可塑性樹脂）を用いる。接着層２１に用いる熱溶融性接着剤（熱可塑性樹脂）は、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等オレフィン系熱可塑性エラストマー等の熱溶融性（熱可塑性）を有する樹脂を主成分とした合成樹脂からなるものである。その厚さは、０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲であり、さらに０．５〜１．８ｍｍ程度が好ましい。

なお、接着層２１は、図３に示すように、耐食性金属板本体１１の裏面全体に設ける場合や、図４に示すように、耐食性金属板本体１１の裏面の一部に設ける場合がある。

耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂを溶接等で接続した後、耐食性金属板本体１１Ａ、１１Ｂ側から接着層（熱溶融性接着剤）２１Ａ、２１Ｂを加熱して、耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂを基材１に接着させる。外部から加熱して接着する熱溶融性接着剤（熱可塑性樹脂）は、加熱した部分のみが基材１と接着する。

このように、接着層２１として熱溶融性接着剤（熱可塑性樹脂）を用いることで、常温では接着性が無いため、耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂを溶接等で接続した後に、熱を加えて熱溶融性接着剤で耐食性金属板１０Ａ、１０Ｂを基材１に接着させることができるので、現地での施工性が良くなる。

なお、熱溶融性接着剤がある部分を溶接すると、熱溶融性接着剤が燃えることでガスが発生し、溶接欠陥の原因になるため、立上り側部１２、１３や連結部１４には接着層２１を設けない。

また、耐食性金属板１０（耐食性金属板本体１１、立上り側部１２、１３、連結部１４）として、チタンやチタン合金を用いる場合、そのチタンやチタン合金製の薄板（耐食性金属板）１０と炭素鋼の吊り子２０を溶接すると金属間化合物を形成し、溶接部２２が脆くなる。そのため、吊り子２０自体をクラッド鋼で製作したり、吊り子２０の裏側にクラッド鋼を溶接しておく。

クラッド鋼は、チタンやチタン合金製の薄板（耐食性金属板）１０と同じ材質もしくはチタンやチタン合金製の薄板（耐食性金属板）１０と溶接しても防食や強度の面で問題の無い材質の金属と、炭素鋼でできており、その炭素鋼と基材１とを溶接する。

無垢材の吊り子２０を使用する場合は、チタンやチタン合金製の薄板（耐食性金属板）１０と同じ材質もしくはチタンやチタン合金製の薄板（耐食性金属板）１０と溶接しても防食や強度の面で問題の無い材質で製作し、クラッド鋼の合わせ材の上に溶接する。

上記のようにすることによって、チタンのように炭素鋼と溶接すると金属間化合物を生成するような耐食性金属板によっても、基材１を被覆することができる。

そして、上記の実施形態において、図５に示すように、耐食性金属板１０の連結部１４の先端と立上り側部１３の先端にそれぞれはぜ部１６、１７を形成し、そのはぜ部１６、１７をはぜ締するようにした上で、図２に示した方法によって、そのはぜ部１６、１７を備えた耐食性金属板１０で基材１を被覆してもよい。

また、基材１の長さに比べて耐食性金属板１０の長さが短い場合は、耐食性金属板１０の長手方向両側に立上り側部を形成し、少なくとも一方の立上り側部の先端に連結部を形成し、図２に示したと同様の方法によって、耐食性金属板１０を長手方向に接続することで、基材１を被覆すればよい。

１ 構造物（基材）
１０ 耐食性金属板
１０Ａ 耐食性金属板
１０Ｂ 耐食性金属板
１１ 耐食性金属板本体
１１Ａ 耐食性金属板１０Ａの耐食性金属板本体
１１Ｂ 耐食性金属板１０Ｂの耐食性金属板本体
１２ 立上り側部
１２Ａ 耐食性金属板１０Ａの立上り側部
１３ 立上り側部
１３Ｂ 耐食性金属板１０Ｂの立上り側部
１４ 連結部
１４Ａ 耐食性金属板１０Ａの連結部
１６ はぜ部
１７ はぜ部
２０ 吊り子
２１ 接着層
２１Ａ 耐食性金属板１０Ａの接着層
２１Ｂ 耐食性金属板１０Ｂの接着層
２２ 溶接部
２３ 接合部

Claims (7)

1. 基材の表面を耐食性金属板で被覆する方法であって、耐食性金属板の幅方向両側に立上り側部を形成し、少なくとも一方の立上り側部の先端に連結部を形成し、基材に固定した吊り子を挟んで隣接させた耐食性金属板の立上り側部と連結部とで前記吊り子を挟み込んで溶接した後、一方の耐食性金属板の連結部の先端部を他方の耐食性金属板に接合し、さらに、耐食性金属板の立上り側部および連結部以外の裏面に接着層を設けて、基材と耐食性金属板を接着することを特徴とする耐食性金属板の被覆方法。
2. 隣接させた耐食性金属板の立上り側部と連結部とで前記吊り子を挟み込んで溶接する際には、抵抗シーム溶接またはレーザ溶接を用いることを特徴とする請求項１に記載の耐食性金属板の被覆方法。
3. 一方の耐食性金属板の連結部の先端部を他方の耐食性金属板に接合する際には、溶融溶接またはろう付けを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の耐食性金属板の被覆方法。
4. 前記接着層を形成する際には、熱溶融性接着剤を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐食性金属板の被覆方法。
5. 耐食性金属板のそれぞれの立上り側部または連結部の先端にはぜ部を形成し、前記はぜ部をはぜ締することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐食性金属板の被覆方法。
6. 耐食性金属板の長手方向両側に立上り側部を形成し、少なくとも一方の立上り側部の先端に連結部を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の耐食性金属板の被覆方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の耐食性金属板の被覆方法を用いて被覆されたことを特徴とする構造物。

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