JP2016109215A - 内面防食鋳鉄管 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントモルタルライニング層を有する直管型鋳鉄管の内面防食を通水のｐＨ上昇を抑えながら簡便に行う製造方法と内面防食鋳鉄管を提供する。
【解決手段】鋳鉄管１ａの内面をセメントモルタル層２１で覆い、さらに珪砂を含有しない無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜２２で覆った内面防食鋳鉄管とする。無溶剤型エポキシ樹脂塗料は、混合輸送管７２を通じて噴射ノズル７３から噴射する。回転ローラ６１の回転とともに、走行装置６８を作動させて軸方向に進めながら、管内で下向きに噴射される無溶剤型エポキシ樹脂塗料がセメントモルタル層２１の表面を覆い、セメントモルタル層２１の全体を覆う塗膜２２を形成していく。
【選択図】図５

Description

この発明は、直管の鋳鉄管の防食に関する。

鋳鉄管は樹脂管よりも高い強度を有し、幹線水道管を含めた水道管に広く使われている。ただし鋳鉄製である以上鋳造したそのままの状態では腐食されるので、外面及び内面ともに、継手部分も含めて十分に防食処理を行った上で使用する。

このうち、直管は主に製造のし易さから遠心鋳造で製造することが多い。ただし、内面は完全な円筒形ではなく、細かい凹凸が生じることが避けられない。この凹凸が残ったままでは通過させる水に対して抵抗を生じて水圧を低下させてしまうため、できるだけ内面を平滑にすることが望ましい。

これに対し、直部の内面を研磨して平滑にしてからエポキシ樹脂粉体塗装を行う手法（例えば特許文献１、呼び径φ５０〜１５００管）が提案されている。水道管路に使用されるダクタイル鉄管についても、防食性及び衛生性に優れた特性を活用すべく、エポキシ樹脂粉体塗装の採用が主流になりつつある。

またこれとは別に、直部の内面にモルタルライニングにより防食と平滑化を行う手法（例えば特許文献２、特許文献３）がある。

特開２０１１−７２９６６号公報 特開平９−２７６７９４号公報 特許第４７２７６４０号公報

しかしながら、特許文献１のように粉体塗装を行うには大規模な加温炉が必要なため、製造上の負担が大きかった。一方で、特許文献２のようにモルタルライニングを行うと、表面にクラックが生じるおそれがあり、内面を覆うモルタルの影響で、通水のｐＨが上昇するおそれもあった。

そこでこの発明は、直管型の鋳鉄管の内面防食を通水のｐＨ上昇を抑えながらより簡便に行うことを目的とする。

この発明は、直管型の鋳鉄管の直部内面にモルタルライニングを行った上で、珪砂などの充填剤を含まない無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜を、セメントモルタル層の内周面上に形成した内面防食鋳鉄管とすることにより、上記の課題を解決したのである。

モルタルライニングを適切に行うと、セメントモルタル層の内面はそれだけで元の鋳鉄管よりも平滑性を大きく向上させることが出来る。その上に無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜を形成させるにあたっては、塗膜の厚さを大きく嵩上げするための充填剤を含ませるまでもなく、下地となるセメントモルタル層が平滑であることにより、薄い塗膜でも十分に表面を平滑にすることができる。このため、塗膜に珪砂などの充填剤を含ませて嵩高くする必要がない。そして、この塗膜がセメントモルタル層を覆うことで、モルタルの溶出を防ぐことができ、クラックの発生やｐＨの上昇を抑制することができる。

なお、塗膜の形成にあたっては、無溶剤型であるエポキシ樹脂塗料を用いることで、溶剤を蒸発させるための保管期間を省略することができ、防食加工した鋳鉄管を樹脂が固化した後に速やかに実用できる。

直管の概要を示す断面図 （ａ）セメントモルタル層を形成させる際の形態例の断面図、（ｂ）（ａ）の側面図、（ｃ）別の形態例の側面図 振動を加える際の断面図 （ａ）セメントモルタル層を研磨する際の形態例の断面図、（ｂ）（ａ）の側面図、（ｃ）別の形態例の側面図 （ａ）塗膜を形成させる際の形態例の断面図、（ｂ）（ａ）の側面図、（ｃ）別の形態例の側面図 無溶剤型エポキシ樹脂塗料の混合工程の概念図

以下、この発明の実施形態について具体的に説明する。
この発明は、図１に示すような直管型の鋳鉄管１における、挿し口１１と受け口１２との間に形成された直部１３の内面１３ａに、セメントモルタルによってライニングしたセメントモルタル層２１を塗工し、さらにその内面に無溶剤型エポキシ樹脂塗料を塗布して塗膜２２を形成させて防食加工した内面防食鋳鉄管である。対象とする鋳鉄管１として遠心鋳造による鋳鉄管を好適に用いることができる。鋳鉄管の種類としては特に限定されるものではなく、一般的なダクタイル鋳鉄管などを用いることができる。

モルタルＭによるモルタルライニングを行う手順の例を、図２（ａ）の断面図及び図２（ｂ）の側面図とともに説明する。モルタルライニングを行う施工装置は、回転ローラ３１と、注入台車３２とからなる。注入台車３２には、モルタルＭを蓄えるタンク３３と、このモルタルＭを鋳鉄管１（表記上、挿し口１１と受け口１２を省略している。以下の図も同じ。）の内面へ輸送注入するための注入ランス３４とが備えられている。注入ランス３４の内部にはモルタルＭを輸送するためのコンベアが設けられ、コンベアにより送り込まれたモルタルＭは注入ランス３４の先端にある噴出口３６から鋳鉄管１の内面１３ａへ投入される。

鋳鉄管１は、高さを合わせて並列する対の回転ローラ３１，３１の間に載せられる。対の回転ローラ３１、３１は鋳鉄管１の軸方向両端にそれぞれ配置されている。いずれかの回転ローラ３１を駆動装置（図示せず）により回転させ、その回転を鋳鉄管１に伝達させることで鋳鉄管１を管軸周りに回転させる。噴出口３６から下方向へ投入されたモルタルＭは、この回転にともない、遠心力によって広がりながら、全周にわたって導入される。

また、注入台車３２は鋳鉄管１の管軸方向に走行可能な走行装置３８を有する。管軸方向に注入台車３２を動かしながら、かつ上記回転ローラ３１により周方向に鋳鉄管１を回転させながら、モルタルＭを導入することで、鋳鉄管１の内周全体に均一なセメントモルタル層２１を形成することが出来る。このセメントモルタル層２１の厚みは５〜１０ｍｍ程度となると好ましい。

なお、実施形態としては上記とは逆に、回転ローラ３１及び鋳鉄管１を、軸方向に移動可能な台車３９に載せ、タンク３３及び注入ランス３４を台上に固定してもよい。この実施形態を図２（ｃ）に示す。

セメントモルタル層２１を形成させた後、養生してセメントを硬化させる前に、セメントモルタル層２１を緻密に締め固めるために、鋳鉄管１ａを高速で回転させるとともに適度な微振動を与える加振工程を行うと好ましい。この工程の例を図３の断面図とともに説明する。セメントモルタル層２１を形成した鋳鉄管１ａは、上記の回転ローラ３１と同様の回転ローラ４１によって支えられている。また、鋳鉄管１ａの上部に、その外周面に当接する鉄製の加振ローラ４２が取り付けられている。回転ローラ４１が回転すると、鋳鉄管１ａの回転力が伝達されて、加振ローラ４２も回転する。加振ローラ４２の上方には周知のバイブレータなどからなる振動機４３が接続される。この振動機４３により加振ローラ４２は回転しながら微振動を続け、その振動が鋳鉄管１ａに伝達される。この微振動の伝達により、セメントモルタル層２１は締め固められて、モルタル内に残る空隙を押し出して、残存する空隙の発生を防止することができる。

形成させたセメントモルタル層２１、又はさらに締め固めたセメントモルタル層について、養生させてセメントの硬化反応を進め、強固なセメントによる層となる。養生させる手段としては、蒸気養生を行うと速やかに養生を進めることができ、形成させて締め固めたセメントモルタル層２１をそのままの状態で硬化させることができるので好ましい。

養生工程の後、次の塗膜２２を形成させる前に、セメントモルタル層２１の表面を研磨する。この研磨工程の例を図４（ａ）の断面図、図４（ｂ）の側面図とともに説明する。研磨を行う研磨装置は、上記と同じ回転ローラ５１と、研磨台車５２とからなる。研磨台車５２には、リフター式の回転軸昇降装置５３と、回転軸５４とが備えられ、回転軸５４の先端には研磨ホイル５５が取り付けられている。研磨ホイル５５としては、サンドペーパーを放射状に多数束ねたものなどを用いることができる。研磨台車５２は鋳鉄管１ａの管軸方向に走行可能な走行装置５６を備えている。この走行装置５６により、鋳鉄管１ａの管軸方向において任意の位置に研磨ホイル５５をセットすることができる。

回転ローラ５１により回転している鋳鉄管１ａ内に研磨ホイル５５を挿入するよう研磨台車５２を前進させ、回転軸５４を回転させながら回転軸昇降装置５３により研磨ホイル５５を下げて、先に形成されたセメントモルタル層２１の表面に研磨ホイル５５を押し付ける。この研磨ホイル５５の回転により、回転している鋳鉄管１ａのセメントモルタル層２１の表面を研磨する。研磨台車５２を軸方向に動かしていくことで、回転している鋳鉄管１ａの内周全体を研磨して、さらに平滑度を高めていくことができる。

この工程も、図４（ｂ）とは逆に、鋳鉄管１ａ側を走行装置５７により軸方向に動かし、回転軸昇降装置５３側を固定する図４（ｃ）のような形態で実施してもよい。

上記のいずれかの手順を採用するに拘わらず、平滑性を確保したセメントモルタル層２１の表面に、さらに無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜２２を形成させて、セメントモルタル層２１の内周面全体を被覆する。無溶剤型エポキシ樹脂塗料を鋳鉄管１ａに塗工する手法は、平滑性が確保できるのであれば特に限定されない。その手順の例を図５（ａ）の断面図、図５（ｂ）の側面図とともに説明する。

セメントモルタル層２１を有する鋳鉄管１ａは、上記と同様の回転ローラ６１、６１上に乗せられ回転する。一方、軸方向に動く走行装置６８を有する配管台車６９に、無溶剤型エポキシ樹脂塗料を構成する材料を供給するための配管をセットする。具体的には、エポキシ樹脂６２を導入する樹脂輸送管６３、硬化剤６６を導入する硬化剤輸送管６７を、鋳鉄管１ａの全長を越える長さでそれぞれ別個並列に配して管外のタンク（図示せず）から導入する。また、洗浄用溶剤６４を導入する洗浄配管６５も別個並列に設けられている。これらの配管を、軸方向に動かすことができる配管台車６９によりまとめて位置調整する。この構成の拡大概念図を図６に示す。この配管を束ねた先端には噴射ノズル７３が下向きに設けてあり、噴射ノズル７３の直前にはエポキシ樹脂６２と硬化剤６６を混合するスタティックミキサ７１が設けられ、混合により無溶剤型エポキシ樹脂塗料を調製できる。この調製した無溶剤型エポキシ樹脂塗料は、混合輸送管７２を通じて噴射ノズル７３から噴射する。硬化剤６６と混合することで硬化が始まるため、できるだけ噴射の直前に混ぜる必要があるためである。回転ローラ６１の回転とともに、走行装置６８を作動させて軸方向に進めながら、管内で下向きに噴射される無溶剤型エポキシ樹脂塗料がセメントモルタル層２１の表面を覆い、セメントモルタル層２１の全体を覆う塗膜２２を形成していく。

この工程も、図５（ｂ）とは逆に、鋳鉄管１ａ側を走行装置７５により軸方向に動かし、配管側を固定する図５（ｃ）のような形態で実施してもよい。

上記の無溶剤型エポキシ樹脂塗料を塗工した塗膜２２の厚みは３００μｍ以上であると、十分にセメントモルタル層２１が通水と接触することを防止できる。内面１３ａを防食保護できるとともに、遠心鋳造により生じる凹凸を十分に均すことが出来る。

なお、無溶剤型エポキシ樹脂塗料を塗布する前に、セメントモルタル層２１の表面に、必要に応じて、無溶剤型エポキシ樹脂塗料よりも粘度が低いプライマを塗布しておいてもよい。プライマにより無溶剤型エポキシ樹脂塗料のセメントモルタル層２１への親和性が高くなり、セメントモルタル層２１の表面に現れるヒビを埋めて美観を向上させる効果が得られる。このプライマの塗工厚みは５０μｍ以上であると好ましい。

上記の無溶剤型エポキシ樹脂塗料は、少なくとも主剤であるエポキシ樹脂と、硬化剤とを含む。また、顔料その他の添加物を含んでいてもよい。ただし、主剤を分散させる溶剤の含有量は１質量％以下であり、観測限界以下であると好ましい。

ただしこの発明においては、鋳鉄管の内面防食のために塗膜を形成させるにあたり、一般的に樹脂に混合される珪砂などの充填剤を混合する必要がない。すでにセメントモルタル層２１を十分に平滑化させた上に塗工するため、珪砂によって嵩高くして下地の凹凸を吸収する必要がなく、薄い塗膜だけで平滑性を確保しながら、セメントモルタル層２１が通水に接触することを防止できるからである。

上記のエポキシ樹脂は、液状であるとよい。具体的な化合物としては、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ノボラック型、脂環型、グリシジルアミン型、水添ビスフェノールＡ型などのエポキシ樹脂を主剤として用いることができる。また、それに加えて必要に応じて、Ｃ１２又はＣ１３のアルキル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパンなどのグリシジルエーテル、キシレン樹脂、石油樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂類、モノグリシジルエーテル類、ジオクチルフタレート、ベンジルアルコール等の反応性又は非反応性の希釈剤を、単独又は複数選んで、上記主剤と混合して用いることができる。

上記硬化剤は、上記エポキシ樹脂に硬化反応を起こさせる化合物である。具体的な化合物としては、ポリアミドアミン類、エポキシ樹脂アミンアダクト、脂肪族ポリアミン、変性ポリアミン、芳香族アミン、第三アミン、ヒドラジド、ジシアンジアミド、イミダゾール、酸無水物、ケチミン、酸末端ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、レゾール樹脂、アミノ樹脂、イソシアネート、ブロックイソシアネートなどを、単独又は複数で用いることができる。

上記顔料は、色彩付与のために添加される材料である。具体的な化合物としては、アルミナ、硫酸バリウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化チタン、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、酸化鉄、酸化硫黄、シリカ、タルク、マイカ、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウムなどを単独または混合して用いることができる。

上記のその他の添加剤としては、増粘剤、チキソトロビック剤、着色剤、流れ調整剤、触媒、硬化促進剤、消泡剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などを用いることができる。

以下、この発明の条件を検証する実施例を挙げてこの発明を具体的に示す。
まず、使用した材料について説明する。

＜無溶剤型エポキシ樹脂塗料＞
・「ＮＴ−ＪＷ ＮＳ」：（株）ニチカ製
＜プライマ＞
・クリモトシールＳＤ：大日本塗料（株）製

＜温度勾配試験＞
（実施例１）
１５０ｍｍ×７０ｍｍ×１．６ｍｍの試験鋼板を管の代わりに用意した。セメントモルタル層の上に、次に、無溶剤型エポキシ樹脂塗料を、それぞれの目標膜厚が３００μｍ（実施例１ａ）、６００μｍ（実施例１ｂ）、１０００μｍ（実施例１ｃ）となるように塗工した。

試験槽水中において、塗装面の試験温度を５０℃、無塗装面を２０℃として、温度勾配試験を行った。このときの試験面を観測し、塗膜の内面側に水分が入り込んだ膨れ（JIS K 5600-8-2）の発生までの時間と、膨れが面の５０％（発生率）を覆うまでの時間、あるいは、５０％に到達しない場合は１６８時間経過時点での発生率を観測した。その結果を表１に示す。膨れの発生が遅く、少ないほど耐久性が高い結果である。

いずれも膨れが発生するまでは十分な時間を確保できた。その中でも、塗膜３００μｍである実施例１ａはやや短く、９６時間で膨れの発生率が５０％に達してしまった。一方、実施例１ｂ、１ｃでは膨れが５０％に達することはなく、１６８時間経過後でも膨れの発生は抑えられたものとなった。特に、塗膜を１０００μｍとした実施例１ｃは好適な値を示した。

（実施例２）
実施例１ａにおいて、セメントモルタル層の上に、プライマを平均塗工量が１００ｇ／ｍ^２となるように刷毛塗りした後、実施例１ａと同様の厚さを目標として塗膜を形成させる以外は同様の手順により試験片を得た。これについての温度勾配試験の結果を表１に示す。同じ塗膜厚さでも、プライマを介在させた方が、より好適に膨れの発生を安定して抑制することが出来ることが確かめられた。

＜通水ｐＨ測定試験＞
φ７５×２００ｍｍの鋳鉄管の内面側をセメントモルタルで覆ったモルタル管（比較例１）と、モルタル管にアクリル樹脂からなるシールコート（１００ｇ／ｍ^２）を施したＳＣ管（比較例２）と、モルタル管に無溶剤エポキシ樹脂塗料であるＮＴ−ＪＷ ＮＳ（温度勾配試験で使用したものと同じ）による平均厚さ３００μｍとなる塗膜を刷毛塗りにて形成させた塗装管（実施例３）の三本の試験管を用意した。なお、実施例３では塗装後に２３℃で７日間養生したものを用いた。

それぞれの試験管に、水道水を４〜６Ｌ／分の勢いで一時間に亘って通水させ、それから水道水で洗浄した。ここまでの工程を３回繰り返し行った。水道水のカルシウム硬度は３３ｍｇ／Ｌ、残留塩素は０．５４６ｍｇ／Ｌであった。それから、管内に水道水を充水し、この管内の水のｐＨを１４日間に亘って計測した。その結果を表２に示す。

モルタルが表面に露出している比較例１はｐＨが大きく上昇してしまい、使用困難なものとなった。シールコートを施した比較例２は比較例１に比べるとｐＨの上昇は比較的抑えることができたが、それでも弱塩基性を示した。これに対して、モルタル層の上に無溶剤エポキシ樹脂塗料による塗膜を形成した実施例３では、ほぼ中性に通水を保つことが出来、ｐＨの上昇を十分に抑制することが出来た。

１，１ａ 鋳鉄管
１１ 挿し口
１２ 受け口
１３ 直部
１３ａ 内面
２１ セメントモルタル層
２２ 塗膜
３１，４１，５１，６１ 回転ローラ
３２ 注入台車
３３ タンク
３４ 注入ランス
３６ 噴出口
３８、５６，５７、６８、７５ 走行装置
３９ 台車
４２ 加振ローラ
４３ 振動機
５２ 研磨台車
５３ 回転軸昇降装置
５４ 回転軸
５５ 研磨ホイル
６２ エポキシ樹脂
６３ 樹脂輸送管
６４ 洗浄溶剤
６５ 洗浄配管
６６ 硬化剤
６７ 硬化剤輸送管
６９ 配管台車
７１ スタティックミキサ
７２ 混合輸送管
７３ 噴射ノズル
Ｍ モルタル

Claims (3)

1. 直管型の鋳鉄管の直部内面側を覆うセメントモルタル層を有し、上記セメントモルタル層の内周面側を覆う、珪砂を含有しない無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜を有する内面防食鋳鉄管。
2. 直管型の鋳鉄管の直部内面側をセメントモルタル層で覆い、上記セメントモルタル層の内周面側に珪砂を含有しない無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜を形成させる、内面防食鋳鉄管の製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法において、
   さらに、上記セメントモルタル層の内周面側にプライマを塗布した後、上記プライマ上に上記無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜を形成させる、内面防食鋳鉄管の製造方法。

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