JP2014095148A - 橋梁の防錆被膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い防食性を有し、工程が少なく、短期間で工事が可能で、狭隘な現場での作業が可能な橋梁の防錆被膜形成方法を提供する。
【解決手段】亜鉛（Ｚｎ）粉末と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末を、質量比で５０％ずつ混合して材料粒子供給装置１１に充填する。スプレーガン１２内に供給された材料粒子及び所定温度に加熱された作動ガスを、末広状のスプレーノズル１４から橋梁（基材）２の表面に超音速で吹き付ける。腐食の進行が問題となる現場接合部（添接板や接合ボルト）に吹き付けられた材料粒子は、固相状態のまま塑性変形して、既設、新設の鋼製の橋梁（基材）２の表面に付着・積層して防錆被膜を形成する。
【選択図】図１
【解決手段】亜鉛（Ｚｎ）粉末と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末を、質量比で５０％ずつ混合して材料粒子供給装置１１に充填する。スプレーガン１２内に供給された材料粒子及び所定温度に加熱された作動ガスを、末広状のスプレーノズル１４から橋梁（基材）２の表面に超音速で吹き付ける。腐食の進行が問題となる現場接合部（添接板や接合ボルト）に吹き付けられた材料粒子は、固相状態のまま塑性変形して、既設、新設の鋼製の橋梁（基材）２の表面に付着・積層して防錆被膜を形成する。
【選択図】図１
Description
本発明は、橋梁の防錆被膜形成方法に関する。さらに詳しくは、既設の鋼製の橋梁又は新設の鋼製の橋梁に対する防錆処理を少ない工程と短い工期で行うことを可能にした橋梁の防錆被膜形成方法に関する。
近年、公共事業予算が抑制されている状況において、ライフラインである道路網の要となる橋梁の延命化が望まれている。特に、既設の鋼製の橋梁（鋼橋）では、塩害環境下にある橋梁において、現場接合部（添接板や接合ボルト）や桁端部構造の塗装劣化や腐食の進行が問題となっており、橋梁の定期的なメンテナンスの費用を削減することが必要とされている。
従来は、定期的に塗装塗り替え等のメンテナンスが行われているが、その効果が限定的で施工周期も短いため、道路管理者の経済的負担が大きくなる傾向にあった。また、比較的防錆効果が高いフレーム溶射やアーク溶射は、ノズル先端から基材表面までの距離が１００ｍｍから３００ｍｍ程度必要で、溶射装置本体も大きく重量があるため、狭隘な現場での作業が困難であり、多くの工程を必要とするため工期も長く、工事費が嵩む問題がある。さらに、既設の橋梁の防錆処理として、超防錆（５０年〜１００年の長期防錆）と呼ばれる防錆処理方法があるが、素地調整など多くの工程を必要とするため工期が長く、工事費が嵩む。そのため、橋梁の寿命に見合った耐食性を有するもので、工事が簡単な防錆処理方法の開発が望まれている。
例えば、鋼材表面にブラスト処理を施した後、Ｆｅ３Ｏ４等の錆粒子をブラスト処理された鋼材表面にコールドスプレー法で吹き付けて、耐食性に優れた錆被膜を形成する鋼材の表面処理方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１は、前処理としてのブラスト処理を行う必要があるため、工程数が多くなる問題がある。又、高炭素鋼又はそれに基づいた合金鋼からなる群から選択された金属材料の表面に、高炭素鋼粉末と軟鋼粉末との混合物をメカニカルアロイング処理により均一混合したものをコールドスプレー法で吹き付けて、基材の補修を行う金属材料の補修方法に関する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、特許文献２は、金属材料の補修方法であって、金属材料の防錆処理方法に関するものではない。
さらに、防食めっき鋼板の溶接部を防食する方法であって、原料粉末をコールドスプレー法により溶接部表面に噴射することで溶接部表面に防食被膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、この技術は、実際に、橋梁等の施工現場で採用するには、まだ、改良改善の余地が多く残されているものであった。
さらに、防食めっき鋼板の溶接部を防食する方法であって、原料粉末をコールドスプレー法により溶接部表面に噴射することで溶接部表面に防食被膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、この技術は、実際に、橋梁等の施工現場で採用するには、まだ、改良改善の余地が多く残されているものであった。
前述したように、コールドスプレー法を活用する技術は提案されている。しかしながら、橋梁等の施工現場において、コールドスプレー法を活用して容易に防錆被膜を形成するにはまだ不十分で改良改善する余地があり、狭隘な施工現場で作業が可能な防錆被膜形成方法の開発が要望されていた。
本発明の目的は、高い防食性を有し、工程が少なく、短期間で工事が可能で、狭隘な現場での作業が可能な橋梁の防錆被膜形成方法を提供することにある。
本発明の目的は、高い防食性を有し、工程が少なく、短期間で工事が可能で、狭隘な現場での作業が可能な橋梁の防錆被膜形成方法を提供することにある。
前記課題は以下の手段によって解決される。
すなわち、本発明１の橋梁の防錆被膜形成方法は、橋梁において防錆処理が必要な部位に、材料粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度の作動ガスの高速流と共に、材料粒子を固相状態のまま基材表面に吹き付けて被膜を形成するコールドスプレー法により防錆皮膜を形成する橋梁の防錆被膜形成方法であって、前記材料粒子を前記作動ガスで吹き付けるときの作動ガスの噴射圧力が１．０ＭＰａ以下で、温度が６００℃以下であり、前記材料粒子は、亜鉛粉末、亜鉛粉末とアルミニウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末、亜鉛粉末とアルミニウム粉末とマグネシウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末とマグネシウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末とマグネシウム合金粉末から選択される１種からなることを特徴とする。
すなわち、本発明１の橋梁の防錆被膜形成方法は、橋梁において防錆処理が必要な部位に、材料粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度の作動ガスの高速流と共に、材料粒子を固相状態のまま基材表面に吹き付けて被膜を形成するコールドスプレー法により防錆皮膜を形成する橋梁の防錆被膜形成方法であって、前記材料粒子を前記作動ガスで吹き付けるときの作動ガスの噴射圧力が１．０ＭＰａ以下で、温度が６００℃以下であり、前記材料粒子は、亜鉛粉末、亜鉛粉末とアルミニウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末、亜鉛粉末とアルミニウム粉末とマグネシウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末とマグネシウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末とマグネシウム合金粉末から選択される１種からなることを特徴とする。
本発明２の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明１において、前記基材表面の清掃のために前記材料粒子と共にセラミックス粉末を、前記材料粒子に対して、質量比で２５〜７５％を混合させて、前記基材表面に吹き付けることを特徴とする。
本発明３の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明２において、前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、酸化チタン、炭化ケイ素、ジルコニア、及び窒化ケイ素から選択される１種以上であることを特徴とする。
本発明４の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明３において、前記作動ガスは、空気であることを特徴とする。
本発明５の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明３又は４において、前記基材表面は、前記橋梁の凹凸部であることを特徴とする。
本発明５の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明３又は４において、前記基材表面は、前記橋梁の凹凸部であることを特徴とする。
本発明６の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明３又は４において、前記基材表面は、前記橋梁の施工現場において溶接作業を含む現場作業を行うために防錆処理が施されていない部位であることを特徴とする。
本発明７の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明１から６において、前記コールドスプレー法により防錆皮膜を形成する作業は、前記橋梁の施工現場で行われる作業であることを特徴とする。
本発明８の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明１から７において、前記材料粒子と前記セラミックス粉末とを前記基材表面に噴射するスプレーノズルの近傍に、前記基材表面に付着しなかった前記材料粒子と前記セラミックス粉末を回収するための吸引ノズルを着脱可能に設け、前記基材表面に付着しなかった前記材料粒子と前記セラミックス粉末を周囲に飛散させないようにしていることを特徴とする。
本発明９の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明８において、前記吸引ノズルには、前記材料粒子と前記セラミックス粉末を回収するため開口部の端部に、前記基材表面と接触する基材面接触部が形成されていることを特徴とする。
本発明１０の橋梁の防錆被膜形成方法は、本発明１から９において、前記材料粒子と前記セラミックス粉末とを前記基材表面に噴射するスプレーノズルは、所定の寸法の中間位置で、所定の角度に折り曲げた形状のノズルであることを特徴とする。
本発明の橋梁の防錆被膜形成方法は、材料粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度の作動ガスの高速流と共に、材料粒子を固相状態のまま基材表面に吹き付けて被膜を形成するコールドスプレー法による橋梁の防錆被膜形成方法であって、材料粒子を作動ガスで吹き付けるときの作動ガスの噴射圧力が１．０ＭＰａ以下で、温度が６００℃以下であり、材料粒子は、亜鉛粉末、亜鉛粉末とアルミニウム粉末若しくはアルミニウム合金粉末、及び亜鉛粉末とアルミニウム粉末若しくはアルミニウム合金粉末とマグネシウム粉末若しくはマグネシウム合金粉末から選択される１種からなる。従って、亜鉛粉末で形成した防錆被膜は、溶融亜鉛メッキと同程度の耐食性を有し、複数の金属粉末を混合して吹き付ければ、合金メッキに近似した防錆被膜が形成されるため、耐食性の大きな防錆被膜を形成することが可能となる。
また、橋梁の防錆被膜形成装置の主要部を構成するコールドスプレー装置は、軽量で、付帯設備が少ないため、既設、新設の橋梁での現場作業に適している。さらに、このコールドスプレー装置は、スプレーノズル先端から基材表面までの距離が１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度と近接しているため、狭隘な現場での作業が容易となる。また、スプレーノズルの形状を、所定の形状（例えば、「く」の字状）にすることにより、この橋梁の防錆被膜形成方法は、作業現場の状態に合わせた作業が可能であり、作業性が向上する。例えば、凸部の裏側近傍など作業がしにくいとされている箇所に防錆皮膜を容易に形成することができる。さらに、この橋梁の防錆被膜形成方法は、スプレーノズルに吸引ノズルを取り付けているため、作業環境が悪化することを防止できるとともに、飛散物の吸引回収作業を行う補助作業者を不要にでき、作業性の向上が図れる。その上、吸引ノズルのノズル口先部に、基材表面と接触させるための基材面接触部が形成されており、スプレーノズル先端から基材表面までの距離の確保がたいへん容易であり、確実な防錆皮膜の形成を行うことができ、防錆皮膜形成作業が容易である。また、セラミックス粉末を混合すれば、混合したセラミックス粉末が、基材表面を最適な状態にする素材調整の役割を果たすため、ショットブラスト等の前処理が不要で工程数を減らすことができるため、工期が短縮され、工事費を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明でいう「橋梁」は、橋梁に類似する鋼製の構造物（例えば、陸橋、歩道橋、ペデストリアンデッキ、自由通路、鉄橋等）を含むものである。
図１は、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法に用いる橋梁の防錆被膜形成装置の主要部を構成するコールドスプレー装置の概略構成を示す説明図である。図２は、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法で防錆被膜を形成した橋梁の接合部及び接合ボルトを示す側面図である。
図１は、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法に用いる橋梁の防錆被膜形成装置の主要部を構成するコールドスプレー装置の概略構成を示す説明図である。図２は、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法で防錆被膜を形成した橋梁の接合部及び接合ボルトを示す側面図である。
この防錆被膜を形成する部位としては、既設の橋梁の場合、腐食の進行が問題となる箇所（例えば、添接板、接合ボルト、桁部材のコバ面、金属支承面を含む橋梁の凹凸部）である。また、新設の橋梁では、施工現場で、作業者が作業（例えば、溶接作業）を行い、その作業後に防錆被膜形成処理を施す必要が生じる部位である。
図１に示すように、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法に用いる橋梁の防錆被膜形成装置の主要部を構成するコールドスプレー装置１は、空気、窒素ガス、ヘリウムガス等の作動ガスの一部を、材料粒子供給装置１１に供給して、材料粒子供給装置１１内の材料粒子、セラミックス粉末をスプレーガン１２内に供給するものである。同時に、このコールドスプレー装置１は、材料粒子供給装置１１に供給した残りの作動ガスをヒーター１３に供給し、所定温度に加熱してスプレーガン１２内に供給する。
図１に示すように、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法に用いる橋梁の防錆被膜形成装置の主要部を構成するコールドスプレー装置１は、空気、窒素ガス、ヘリウムガス等の作動ガスの一部を、材料粒子供給装置１１に供給して、材料粒子供給装置１１内の材料粒子、セラミックス粉末をスプレーガン１２内に供給するものである。同時に、このコールドスプレー装置１は、材料粒子供給装置１１に供給した残りの作動ガスをヒーター１３に供給し、所定温度に加熱してスプレーガン１２内に供給する。
スプレーガン１２内に供給された材料粒子、セラミックス粉末、及び、所定温度に加熱された作動ガスは、末広状のスプレーノズル１４から橋梁（基材）２の表面に超音速で吹き付けられる。腐食の進行が問題となる箇所（例えば、添接板、接合ボルト、桁部材のコバ面、金属支承面等の橋梁の凹凸部）に吹き付けられた材料粒子は、固相状態のまま塑性変形して、既設の鋼製の橋梁（基材）２の表面に付着・積層して防錆被膜を形成する。スプレーガン１２内の作動ガスの温度は、６００℃（材料粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度）以下である。作動ガスの圧力は１．０ＭＰａ以下であればよく、例えば、０．６〜０．７ＭＰａであることが好ましい。すなわち、この圧力は、１．０ＭＰａに近いと装置を携帯可能な小型の装置とすることがむずかしく、０．５ＭＰａ以下では吹き付ける速度が不足するおそれが生じる。図２は、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法で防錆被膜を形成した橋梁２の接合部及び接合ボルト（例えば、トルシア型高力ボルトであり、以下、ボルトと記載する。）３を示す側面図である。図２に示すように、腐食の進行が問題となるボルト３の露出部表面に防錆被膜３１が形成される。
〔橋梁の防錆被膜形成方法の第１の実施の形態〕
第１の実施の形態では、亜鉛（Ｚｎ）粉末と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３；以下、アルミナと記載）粉末を、質量比で５０％ずつ混合して材料粒子供給装置１１に充填した。亜鉛粉末の粒子径は４５μｍ、アルミナ粉末の粒子径は７０μｍである。材料粒子供給量は２２．５ｇ／ｍｉｎである。作動ガスは空気で、作動ガスの温度は３１０℃である。スプレーノズル１４の移動速度は２０ｍｍ／ｓ、スプレーノズル１４の角度は９０度、スプレーノズル１４先端から基材表面までの距離が１５ｍｍである。第１の実施の形態では、同一材料粒子を二度塗りした。また、成膜箇所を限定するためのマスキング材料として、ゴム等の弾性体を使用した。
第１の実施の形態では、亜鉛（Ｚｎ）粉末と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３；以下、アルミナと記載）粉末を、質量比で５０％ずつ混合して材料粒子供給装置１１に充填した。亜鉛粉末の粒子径は４５μｍ、アルミナ粉末の粒子径は７０μｍである。材料粒子供給量は２２．５ｇ／ｍｉｎである。作動ガスは空気で、作動ガスの温度は３１０℃である。スプレーノズル１４の移動速度は２０ｍｍ／ｓ、スプレーノズル１４の角度は９０度、スプレーノズル１４先端から基材表面までの距離が１５ｍｍである。第１の実施の形態では、同一材料粒子を二度塗りした。また、成膜箇所を限定するためのマスキング材料として、ゴム等の弾性体を使用した。
上記条件で成膜した第１の実施の形態では、防錆被膜３１の平均膜厚が９２．５μｍで、防錆被膜３１の付着強度が１４．３Ｎ／ｍｍ２であった。溶融亜鉛メッキの付着強度が１０〜２０Ｎ／ｍｍ２であるため、溶融亜鉛メッキと同程度の付着強度が得られた。また、塩水噴霧試験〔ＪＩＳ Ｚ ２３７１による中性塩水噴霧試験（試験槽内温度：３５℃、噴霧溶液：５％ ＮａＣｌ（ｐＨ７）〕の結果、１５００時間を超え、１６８０時間の試験期間を通して錆は発生しなかった。
〔橋梁の防錆被膜形成方法の第２の実施の形態〕
第２の実施の形態では、亜鉛（Ｚｎ）粉末とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を、質量比で２５％と７５％の比率で混合して材料粒子供給装置１１に充填した。亜鉛粉末の粒子径は４５μｍ、アルミナ粉末の粒子径は７０μｍである。材料粒子供給量は、２２．５ｇ／ｍｉｎである。作動ガスは空気で、作動ガスの温度は３１０℃である。スプレーノズル１４の移動速度（基材表面と平行な方向の移動速度）は１０ｍｍ／ｓ、スプレーノズル１４の角度は９０度（基材表面とスプレーノズル１４の中心線とが成す角度）、スプレーノズル１４先端から基材表面までの距離が１５ｍｍである。第２の実施の形態では、同一材料粒子を二度塗りした。また、成膜箇所を限定するためのマスキング材料として、ゴム等の弾性体を使用した。
第２の実施の形態では、亜鉛（Ｚｎ）粉末とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を、質量比で２５％と７５％の比率で混合して材料粒子供給装置１１に充填した。亜鉛粉末の粒子径は４５μｍ、アルミナ粉末の粒子径は７０μｍである。材料粒子供給量は、２２．５ｇ／ｍｉｎである。作動ガスは空気で、作動ガスの温度は３１０℃である。スプレーノズル１４の移動速度（基材表面と平行な方向の移動速度）は１０ｍｍ／ｓ、スプレーノズル１４の角度は９０度（基材表面とスプレーノズル１４の中心線とが成す角度）、スプレーノズル１４先端から基材表面までの距離が１５ｍｍである。第２の実施の形態では、同一材料粒子を二度塗りした。また、成膜箇所を限定するためのマスキング材料として、ゴム等の弾性体を使用した。
上記条件で成膜した第２の実施の形態では、防錆被膜３１の平均膜厚が９２．０μｍで、防錆被膜３１の付着強度が１４．５Ｎ／ｍｍ２であった。溶融亜鉛メッキの付着強度が１０〜２０Ｎ／ｍｍ２であるため、溶融亜鉛メッキと同程度の付着強度が得られた。また、塩水噴霧試験〔ＪＩＳ Ｚ ２３７１による中性塩水噴霧試験（試験槽内温度：３５℃、噴霧溶液：５％ ＮａＣｌ（ｐＨ７）〕の結果、１５００時間まで錆は発生しなかったが、１６８０時間で錆の発生が確認された。
〔橋梁の防錆被膜形成方法の第３の実施の形態〕
第３の実施の形態では、亜鉛粉末（Ｚｎ）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を、質量比で７５％と２５％の比率で混合して材料粒子供給装置１１に充填した。亜鉛粉末の粒子径は４５μｍ、アルミナ粉末の粒子径は７０μｍである。材料粒子供給量は２２．５ｇ／ｍｉｎである。作動ガスは空気で、作動ガスの温度は３１０℃である。スプレーノズル１４の移動速度は４０ｍｍ／ｓ、スプレーノズル１４の角度は９０度、スプレーノズル１４先端から基材表面までの距離が１５ｍｍである。第３の実施の形態では、同一材料粒子を二度塗りした。また、成膜箇所を限定するためのマスキング材料として、ゴム等の弾性体を使用した。
第３の実施の形態では、亜鉛粉末（Ｚｎ）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を、質量比で７５％と２５％の比率で混合して材料粒子供給装置１１に充填した。亜鉛粉末の粒子径は４５μｍ、アルミナ粉末の粒子径は７０μｍである。材料粒子供給量は２２．５ｇ／ｍｉｎである。作動ガスは空気で、作動ガスの温度は３１０℃である。スプレーノズル１４の移動速度は４０ｍｍ／ｓ、スプレーノズル１４の角度は９０度、スプレーノズル１４先端から基材表面までの距離が１５ｍｍである。第３の実施の形態では、同一材料粒子を二度塗りした。また、成膜箇所を限定するためのマスキング材料として、ゴム等の弾性体を使用した。
上記条件で成膜した第３の実施の形態では、防錆被膜３１の平均膜厚が１０１．８μｍで、防錆被膜３１の付着強度が１４．０Ｎ／ｍｍ２であった。溶融亜鉛メッキの付着強度が１０〜２０Ｎ／ｍｍ２であるため、溶融亜鉛メッキと同程度の付着強度が得られた。また、塩水噴霧試験〔ＪＩＳ Ｚ ２３７１による中性塩水噴霧試験（試験槽内温度：３５℃、噴霧溶液：５％ ＮａＣｌ（ｐＨ７）〕の結果、１６８０時間で錆の発生が確認された。
上記第１の実施の形態から第３の実施の形態では、亜鉛（Ｚｎ）粉末とセラミックス粉末としてのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を、亜鉛粉末に対して質量比で２５〜７５％を混合している。従って、混合したアルミナ粉末が、基材表面を最適な状態にする素材調整の役割を果たすため、防錆被膜３１の付着強度が向上するとともに、ショットブラスト等の前処理が不要で工程数を減らすことができる。混合するセラミックス粉末としては、アルミナ粉末に限定されるものではなく、アルミナ、酸化チタン、炭化ケイ素、ジルコニア、及び窒化ケイ素から選択される１種以上でもよい。また、コールドスプレー法で形成した防錆被膜３１は緻密であるため、溶射では必要な封孔処理（溶射時に防錆被膜に形成された微細孔を塞ぐ処理）が不要となる。
亜鉛粉末で形成した防錆被膜３１は、溶融亜鉛メッキと同程度の耐食性を有するため、橋梁の寿命に見合った耐食性を備えることが可能となる。防錆被膜３１用の材料粒子としては、亜鉛粉末に限定されるものではなく、亜鉛粉末とアルミニウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末、亜鉛粉末とアルミニウム粉末とマグネシウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末とマグネシウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末とマグネシウム合金粉末から選択される１種でもよい。このように複数の金属粉末を混合して吹き付ければ、合金メッキに近似した防錆被膜３１が形成されるため、より耐食性を大きくすることが可能となる。
コールドスプレー装置１は軽量で、付帯設備が電源（２００Ｖ）と圧縮空気だけであり、通常の作業足場はもとより高所作業車上の作業が可能であるため、既設の橋梁での現場作業に適している。すなわち、２００Ｖ電源を発電するための発電機、圧縮空気を生成するためのコンプレッサー等の装置は、防錆被膜形成作業を行う施工現場に置かなくてもよく、施工現場の下方に設置すればよい。また、コールドスプレー装置１は、スプレーノズル１４先端から基材表面までの距離が１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度と近接しているため、狭隘な現場での作業が容易となる。コールドスプレー法は、防錆被膜３１を形成した後は短時間自然冷却するだけで済み、特別な養生期間を必要としないため、工期を短縮することが可能で、工事費を低減することができる。
本発明の実施の形態の橋梁の防錆被膜形成方法は、従来の塗装作業とは異なり、連続的な成膜作業が可能である。従って、下塗りと上塗りを速やかに異なる条件（例えば、亜鉛粉末とセラミックス粉末の混合比を変える）にすることが可能なため、素地状態に速やかに対応したり、防錆能力を向上させることが可能となる。
本発明の橋梁の防錆皮膜形成方法について、具体例に基づいて、さらに説明を行う。
〔例１：橋梁の凹凸部への防錆皮膜形成〕
この例１は、腐食の進行が問題となる箇所である既設の橋梁の凹凸部として、接合ボルトに防錆被膜を形成した例である。図２は、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法で防錆被膜を形成した橋梁２の接合部及びボルト３を示す側面図である。
〔例１：橋梁の凹凸部への防錆皮膜形成〕
この例１は、腐食の進行が問題となる箇所である既設の橋梁の凹凸部として、接合ボルトに防錆被膜を形成した例である。図２は、本発明の橋梁の防錆被膜形成方法で防錆被膜を形成した橋梁２の接合部及びボルト３を示す側面図である。
ボルト３、及び、ボルト３近傍の接合部に吹き付けられた材料粒子は、固相状態のまま塑性変形して、既設の鋼製の橋梁（基材）２の表面に付着・積層して防錆被膜を形成する。図２に示すように、腐食の進行が問題となるボルト３の露出部表面に防錆被膜３１が形成される。この説明でいうボルト３の露出部とは、例えば、ボルト３の頭部３ｈ、ボルト３のねじ部３ｓ、ボルト３にねじ込まれるナット部３ｎ、ボルト３の軸部に挿通されるワッシャー部３ｗ等であり、防錆被膜３１は、これらの各部位の表面に形成される。
この防錆皮膜３１を形成する施工手順について、説明を行う。
作業者が、ボルト３の頭部３ｈ、ナット部３ｎ、ワッシャー部３ｗ、及び、ボルト３近傍の接合面の浮き錆等を、エアーチッパー等の工具により除去する。さらに、作業者は、エア工具、電動工具に取り付けたカップブラシ等により素地面を調整する。その後、コールドスプレー装置１により、防錆皮膜３１を形成する。なお、防錆被膜３１を形成する施工手順はこのように行うことが一般的であるが、本発明の防錆皮膜３１の形成は、浮き錆等の除去、素地面調整等の下地処理を行わない手順で行ってもよい。すなわち、このコールドスプレー装置１による防錆被膜形成方法（コールドスプレー法）では、セラミックス粉末等がコールドスプレー装置１から各部位の表面に吹き付けられたときブラスト処理による効果に近い作用をして錆を除去するため、下地処理を省略して防錆皮膜３１を形成することができるのである。
作業者が、ボルト３の頭部３ｈ、ナット部３ｎ、ワッシャー部３ｗ、及び、ボルト３近傍の接合面の浮き錆等を、エアーチッパー等の工具により除去する。さらに、作業者は、エア工具、電動工具に取り付けたカップブラシ等により素地面を調整する。その後、コールドスプレー装置１により、防錆皮膜３１を形成する。なお、防錆被膜３１を形成する施工手順はこのように行うことが一般的であるが、本発明の防錆皮膜３１の形成は、浮き錆等の除去、素地面調整等の下地処理を行わない手順で行ってもよい。すなわち、このコールドスプレー装置１による防錆被膜形成方法（コールドスプレー法）では、セラミックス粉末等がコールドスプレー装置１から各部位の表面に吹き付けられたときブラスト処理による効果に近い作用をして錆を除去するため、下地処理を省略して防錆皮膜３１を形成することができるのである。
図３は、コールドスプレー装置１のスプレーガン１２の先端に設けられるスプレーノズルの他の例を示す部品図である。図４は、図３のスプレーノズルの使用状態を説明するための説明図である。
ボルト３の設置位置によっては、スプレーガン１２、スプレーノズル１４等が橋梁２のウェブ、フランジ等の面と干渉したり、作業姿勢が悪かったりして防錆皮膜形成の施工が困難な場合が生じることがある。その場合、スプレーノズルの形状をストレートな管状のもの、中間の所定の位置で「く」の字状に折り曲げた形状のスプレーノズル１４ａ、１４ｂ、１４ｃ（図３参照）等にするとよい。スプレーノズル１４ａは、直径がφｄ（例えば５ｍｍ）、一方の長さがｌ１（例えば９０ｍｍ）、他方の長さがｌ２（例えば３０ｍｍ）、曲げ角度がθ（例えば１６０°）のものである。スプレーノズル１４ｂは、直径がφｄ、一方の長さ、他方の長さがｌ３（例えば６０ｍｍ）、曲げ角度がθのものである。スプレーノズル１４ｃは、直径がφｄ、一方の長さがｌ３、他方の長さがｌ２、曲げ角度がθのものである。スプレーノズル１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、スプレーガン１２に着脱可能に取り付けられている。なお、このスプレーノズルの形状は、防錆皮膜形成位置、施工位置の状況に応じて長さ寸法、曲げ角度等が適宜選択されるものであり、他の形状のものであってもよいことはいうまでもない。
ボルト３の設置位置によっては、スプレーガン１２、スプレーノズル１４等が橋梁２のウェブ、フランジ等の面と干渉したり、作業姿勢が悪かったりして防錆皮膜形成の施工が困難な場合が生じることがある。その場合、スプレーノズルの形状をストレートな管状のもの、中間の所定の位置で「く」の字状に折り曲げた形状のスプレーノズル１４ａ、１４ｂ、１４ｃ（図３参照）等にするとよい。スプレーノズル１４ａは、直径がφｄ（例えば５ｍｍ）、一方の長さがｌ１（例えば９０ｍｍ）、他方の長さがｌ２（例えば３０ｍｍ）、曲げ角度がθ（例えば１６０°）のものである。スプレーノズル１４ｂは、直径がφｄ、一方の長さ、他方の長さがｌ３（例えば６０ｍｍ）、曲げ角度がθのものである。スプレーノズル１４ｃは、直径がφｄ、一方の長さがｌ３、他方の長さがｌ２、曲げ角度がθのものである。スプレーノズル１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、スプレーガン１２に着脱可能に取り付けられている。なお、このスプレーノズルの形状は、防錆皮膜形成位置、施工位置の状況に応じて長さ寸法、曲げ角度等が適宜選択されるものであり、他の形状のものであってもよいことはいうまでもない。
作業者は、例えば、スプレーノズル１４ａ、１４ｂ、１４ｃ等を使用し、橋梁２のウェブ、フランジ等の面等との干渉をさけながら、防錆皮膜形成の施工を行うことができる。図４には、スプレーノズル１４ｃを使用して、ねじ部３ｓ、ナット部３ｎ、ワッシャー部３ｗ等に防錆皮膜形成の作業を行っている状態を示している。このようにすると、凸部（例えば、ねじ部３ｓ、ナット部３ｎ、頭部３ｈ等）の裏側、裏側近傍など作業がしにくいとされている箇所に防錆皮膜３１を容易に形成することができる。なお、スプレーノズル１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、中間で所定の角度折り曲げた形状等にしているため、寿命に影響を与えるが、スプレーノズル交換を容易にすることで作業に遅れが生じないようにすることができる。
〔例２：支承溶接部位の防錆皮膜形成〕
この例２は、新設橋梁の支承溶接部位に防錆皮膜を形成した例である。新設橋梁において、鋼製橋脚上に支承を設置する場合、支承ベースプレートと鋼製橋脚との間に、高さを調整するための高さ調整板を施工現場にて溶接して固定する方法が一般的である。このとき、支承のベースプレートの溶接部は、確実な溶接を行うために溶融亜鉛めっき処理を施さない不めっき処理がなされている。従来、溶接後、溶接箇所を含む不めっき部は、溶接後、ジンクリッチペイント、ローバル（商品名：ローバル株式会社製）等である高濃度亜鉛末塗料で防錆処理される。しかしながら、この防錆処理は、溶融亜鉛めっきによる防錆処理に比べて防錆の耐久性が脆弱である。そこで、従来の処理方法に変わる防錆方法として、コールドスプレー装置１による防錆皮膜形成方法による防錆皮膜形成を行っている。
この例２は、新設橋梁の支承溶接部位に防錆皮膜を形成した例である。新設橋梁において、鋼製橋脚上に支承を設置する場合、支承ベースプレートと鋼製橋脚との間に、高さを調整するための高さ調整板を施工現場にて溶接して固定する方法が一般的である。このとき、支承のベースプレートの溶接部は、確実な溶接を行うために溶融亜鉛めっき処理を施さない不めっき処理がなされている。従来、溶接後、溶接箇所を含む不めっき部は、溶接後、ジンクリッチペイント、ローバル（商品名：ローバル株式会社製）等である高濃度亜鉛末塗料で防錆処理される。しかしながら、この防錆処理は、溶融亜鉛めっきによる防錆処理に比べて防錆の耐久性が脆弱である。そこで、従来の処理方法に変わる防錆方法として、コールドスプレー装置１による防錆皮膜形成方法による防錆皮膜形成を行っている。
図５は、本発明の防錆皮膜形成方法で防錆皮膜形成処理を施す鋼製の橋梁の支承及びその近傍を示す側面図であり、図６は、図５のＡ部を拡大した断面図である。図７は、コールドスプレー装置１において、吸引ノズル６６を取り付けた構成のスプレーノズル６４を示す部分図である。
図５に示すように、鋼製の橋脚５２の上部に、鋼桁５６が設置される。鋼桁５６の下面と橋脚５２の上面との間には、鋼桁５６を支承するための支承５５と、高さ調整板５３が設けられている。高さ調整板５３は、橋梁を新設する際、施工現場において、鋼桁５６が所定の姿勢の状態に設置されるように、支承５５のベースプレート５４下面と橋脚５２上面との間に設置される。高さ調整板５３は、ベースプレート５４下面と橋脚５２上面との間の寸法（図５における上下方向寸法）に合う厚さ寸法のものが選択される。選択された高さ調整板５３は、支承５５のベースプレート５４下面と橋脚５２上面との間に差し込まれ、ベースプレート５４と高さ調整板５３とが溶接され、溶接部５８で固定される。べースプレート５４の大部分は、溶融亜鉛めっき処理によるめっき層５７が形成されている。
溶接部５８を含む不めっき部５４ａには、コールドスプレー装置１により防錆皮膜５９が形成される。このコールドスプレー装置１のスプレーノズル６４には、取付部材６５の本体部が一体に固定された吸引ノズル６６が設けられている。取付部材６５の本体部には、スプレーノズル６４が挿通される穴部６４ｂと、この穴部６４ｂの中心に対して直交するようにねじ穴６４ｃが形成されている。このねじ穴６４ｃには、ねじ部材６５ａのねじ部６５ｂがねじ込まれる。吸引ノズル６６は、取付部材６５を介してスプレーノズル６４に一体に固定される。すなわち、スプレーノズル６４の外周部に取付部材６５の穴部６４ｂが挿通された後、ねじ部材６５ａを締め付けることで、スプレーノズル６４に吸引ノズル６６が取り付けられる。言い換えると、吸引ノズル６６は、スプレーノズル６４に、着脱可能に、一体に取り付けられ固定される。吸引ノズル６６は、一方の側にスプレーノズル６４側の先端が斜めに切断された開口部６６ａが形成されている。吸引ノズル６６は、スプレーノズル６４側に開口部６６ａの開口が向くように取り付けられている（図７参照）。
吸引ノズル６６の他方の側は、回収ホース６８を介して吸引式回収装置（例えば、バキュームクリナー）６７に接続されている。開口部６６ａの下端６６ｂは被防錆皮膜形成面（基材表面）に接触する基材面接触部であり、下端（基材面接触部）６６ｂを被防錆皮膜形成面に接触させながらスプレーガン１２を移動させることができる。このようにすることで、スプレーガン１２を所定の速度で移動させるだけで、スプレーノズル６４の噴出口６４ａと被防錆皮膜形成面（基材表面）との間隔を所定の寸法ｈに維持しながら、材料粒子、セラミックス粉末を吹き付けることができるため、確実な防錆皮膜の形成を行うことができ、防錆皮膜形成作業がたいへん容易である。吸引ノズル６６は、下端（基材面接触部）６６ｂがスプレーノズル６４の噴出口６４ａより、所定の寸法ｈ（例えば、１０〜２０ｍｍ）分、下方に位置するように、かつ、開口部６６ａの開口がスプレーノズル６４側を向くように、調整後、取付装置６５のねじ穴６４ｃにねじ部材６５ａをねじ込んでスプレーノズル６４に取り付け、固定する。
また、スプレーノズル６４の噴出口６４ａから吹き付けられるものは、材料粒子、セラミックス（例えば、アルミナ）粉末の混合物であり、セラミックス粉末の大部分は被防錆皮膜形成面（基材表面）に付着しないで周囲に飛散する。吸引ノズル６６は、このセラミックス粉末等を吸引して周囲に飛散させないためのものである。吸引式回収装置（例えば、バキュームクリナー）６７で吸引され、開口部６６ａから吸引、回収されたセラミックス粉末等は、吸引ノズル６６、吸引ホース６８内を矢印Ｓ方向に吸引され、吸引式回収装置６７の粉末回収部内に回収される。このことにより、橋梁工事を施工している周囲の環境が悪化するのを防止し、作業者の安全、健康被害の発生を防止することができる。また、従来、飛散物の吸引回収を行う場合、スプレーガンを操作する作業者と、飛散物を吸引回収等の作業を行うための補助作業者との共同作業で行っていた。しかし、吸引ノズルをスプレーノズルに取り付けることにより、スプレーガンを操作する作業者の単独作業が可能になり、作業効率を格段に向上させることができるようになった。また、狭隘な場所での作業も容易になった。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはない。本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。
１…コールドスプレー装置
２…橋梁（基材）
３…ボルト（トルシア型高力ボルト）
１１…材料粒子供給装置
１２…スプレーガン
１３…ヒーター
１４…スプレーノズル
３１、５９…防錆被膜
５１…橋梁
５２…鋼製橋脚
５３…高さ調整板
５４…ベースプレート
５５…支承
５６…鋼桁
５７…防錆めっき層
５８…溶接部
６４…スプレーノズル
６５…取付部材
６６…吸引ノズル
６７…吸引式回収装置
６８…回収ホース
２…橋梁（基材）
３…ボルト（トルシア型高力ボルト）
１１…材料粒子供給装置
１２…スプレーガン
１３…ヒーター
１４…スプレーノズル
３１、５９…防錆被膜
５１…橋梁
５２…鋼製橋脚
５３…高さ調整板
５４…ベースプレート
５５…支承
５６…鋼桁
５７…防錆めっき層
５８…溶接部
６４…スプレーノズル
６５…取付部材
６６…吸引ノズル
６７…吸引式回収装置
６８…回収ホース
Claims (10)
- 橋梁において防錆処理が必要な部位に、材料粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度の作動ガスの高速流と共に、材料粒子を固相状態のまま基材表面に吹き付けて被膜を形成するコールドスプレー法により防錆皮膜を形成する橋梁の防錆被膜形成方法であって、
前記材料粒子を前記作動ガスで吹き付けるときの作動ガスの噴射圧力が１．０ＭＰａ以下で、温度が６００℃以下であり、
前記材料粒子は、
亜鉛粉末、亜鉛粉末とアルミニウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末、亜鉛粉末とアルミニウム粉末とマグネシウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末とマグネシウム粉末、亜鉛粉末とアルミニウム合金粉末とマグネシウム合金粉末から選択される１種からなる
ことを特徴とする橋梁の防錆被膜形成方法。 - 請求項１に記載の橋梁の防錆被膜形成方法において、
前記基材表面の清掃のために前記材料粒子と共にセラミックス粉末を、前記材料粒子に対して、質量比で２５〜７５％を混合させて、前記基材表面に吹き付ける
ことを特徴とする橋梁の防錆被膜形成方法。 - 請求項２に記載の橋梁の防錆被膜形成方法において、
前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、酸化チタン、炭化ケイ素、ジルコニア、及び窒化ケイ素から選択される１種以上である
ことを特徴とする橋梁の防錆被膜形成方法。 - 請求項３に記載の橋梁の防錆被膜形成方法において、
前記作動ガスは、空気である
ことを特徴とする橋梁の防錆被膜形成方法。 - 請求項３又は４に記載の橋梁の防錆被膜形成方法において、
前記基材表面は、前記橋梁の凹凸部である
ことを特徴とする橋梁の防錆被膜形成方法。 - 請求項３又は４に記載の橋梁の防錆被膜形成方法において、
前記基材表面は、前記橋梁の施工現場において溶接作業を含む現場作業を行うために防錆処理が施されていない部位である
ことを特徴とする橋梁の防錆皮膜形成方法。 - 請求項１から６のいずれか１項に記載の橋梁の防錆皮膜形成方法において、
前記コールドスプレー法により防錆皮膜を形成する作業は、前記橋梁の施工現場で行われる作業である
ことを特徴とする橋梁の防錆皮膜形成方法。 - 請求項１から７のいずれか１項に記載の橋梁の防錆皮膜形成方法において、
前記材料粒子と前記セラミックス粉末とを前記基材表面に噴射するスプレーノズルの近傍に、前記基材表面に付着しなかった前記材料粒子と前記セラミックス粉末を回収するための吸引ノズルを着脱可能に設け、
前記基材表面に付着しなかった前記材料粒子と前記セラミックス粉末を周囲に飛散させないようにしている
ことを特徴とする橋梁の防錆皮膜形成方法。 - 請求項８に記載の橋梁の防錆被膜形成方法において、
前記吸引ノズルには、前記材料粒子と前記セラミックス粉末を回収するため開口部の端部に、前記基材表面と接触する基材面接触部が形成されている
ことを特徴とする橋梁の防錆被膜形成方法。 - 請求項１から９のいずれか１項に記載の橋梁の防錆皮膜形成方法において、
前記材料粒子と前記セラミックス粉末とを前記基材表面に噴射するスプレーノズルは、所定の寸法の位置で、所定の角度に折り曲げた形状のノズルである
ことを特徴とする橋梁の防錆皮膜形成方法。
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