JP2017019193A - 鋼管 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管内面において高い防錆性能を得ることができ、鋼管の寿命をより確実に長期化することが可能な鋼管を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる鋼管１００の構成は、内部に樹脂発泡成形体１５２が充填された鋼管１００であって、開口近傍の樹脂発泡成形体１５２ａが過密状態となっていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管構造物等を構成する鋼管であって、内部に樹脂発泡成形体が充填された鋼管に関する。

送電鉄塔を構成する部材は、断面がＬ字型のアングル鋼材、または筒状の鋼管に大別される。一般に鋼管のほうがアングル鋼材よりも剛性が高いため、大型の鉄塔には鋼管が多く用いられる。鋼管構造物を構成する鋼管としては、例えば特許文献１に、内部に硬質ポリウレタンフォームを充填した円形鋼管が開示されている。特許文献１では、円形鋼管の内面に防錆塗料をコーティングした後に硬質ポリウレタンフォームを充填することにより、鋼管の内面において長期にわたり良好な防錆能を維持することができるとしている。

特許第５７０５１７４号

特許文献１の構成によれば、従来のように鋼管内部に何も充填されていない場合よりは高い防錆性能を得ることができると考えられる。しかしながら、鋼管の内部にポリウレタンフォーム等の充填材を充填する場合、充填材が不足すると鋼管の内部で隙間が生じる。この間隙に湿気が溜まったり結露が生じたりすると、そこから錆が生じてしまうおそれがある。したがって、特許文献１のように鋼管内部に単にポリウレタンフォームを充填しただけでは十分な防錆性能が得られる保障はなく、更なる改善の余地があった。

本発明は、このような課題に鑑み、鋼管内面において高い防錆性能を得ることができ、鋼管の寿命をより確実に長期化することが可能な鋼管を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる鋼管の代表的な構成は、内部に樹脂発泡成形体が充填された鋼管であって、開口近傍の樹脂発泡成形体が過密状態となっていることを特徴とする。かかる構成のように、開口近傍の樹脂発泡成形体が過密状態になっているということは、開口近傍に蓋が形成されているような状態となる。これにより、鋼管の内部への水分と空気の侵入を防止し、鋼管内面での錆の発生が好適に抑制される。したがって、鋼管内面において高い防錆性能を得ることができ、鋼管の寿命を長期化することが可能となる。

上記課題を解決するために、本発明にかかる鋼管の他の構成は、内部に樹脂発泡成形体が充填された鋼管であって、当該鋼管の両端のいずれか一方の開口から、樹脂発泡成形体の材料である２種類以上の液体を、発泡膨張後の樹脂発泡成形体の体積が鋼管内の体積よりも大きくなるように当該鋼管内に過剰に注入し、２種類以上の液体を注入後に当該鋼管の開口を封止し、当該鋼管の開口を封止した状態で２種類以上の液体を発泡膨張および硬化させることにより、一方の開口近傍の樹脂発泡成形体が過密状態となっていることを特徴とする。かかる構成によれば、鋼管の開口近傍において樹脂発泡成形体を容易に過密状態とすることができる。したがって、上述した効果を確実に得ることが可能である。

当該鋼管は、２種類以上の液体が充填される前に内面に酸処理が施されているとよい。これにより、鋼管内面と樹脂発泡成形体との密着性が高まるため、鋼管内面の防錆性能を更に高めることが可能となる。

本発明によれば、鋼管内面において高い防錆性能を得ることができ、鋼管の寿命をより確実に長期化することが可能な鋼管を提供することができる。

本実施形態にかかる鋼管の前処理を説明する図である。 本実施形態にかかる鋼管の製造工程の例について説明する図である。 図２（ｄ）に示す鋼管の上部の開口近傍の拡大図である。 本実施形態の鋼管の効果について説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる鋼管１００の前処理を説明する図である。図２は、本実施形態にかかる鋼管１００の製造工程の例について説明する図である。なお、図１および図２では、複数連結されることにより鉄塔等の鋼管構造物を構成する鋼管１００を例示するが、これに限定するものではなく、中空の筒状であれば他の鋼管であってもよい。

図１（ａ）に示す鋼管１００は、中空の筒状であり、その端部には連結用のフランジ１０２ａ・１０２ｂが形成されている。本実施形態では、鋼管１００の前処理として、図１（ｂ）に示すように鋼管１００を溶融亜鉛めっきの溶液に浸漬することにより、鋼管１００の表面に錆止め用の亜鉛めっき皮膜を形成する。なお、本実施形態では、錆止め用のめっき皮膜として亜鉛めっき皮膜を例示したが、これに限定するものではなく、クロムめっき等の他の錆止め用のめっき皮膜を形成してもよい。

次に本実施形態では、亜鉛めっき皮膜を形成した後、後述する２種類以上の液体（以下、液体１５０と称する）を充填する前に、図１（ｃ）に示すように鋼管１００に酸処理を施す。鋼管１００に錆止め用の亜鉛めっき皮膜を形成すると、亜鉛めっき皮膜に含まれる亜鉛が活性化した状態となる。この状態で後述する樹脂発泡成形体１５２（図２参照）を充填しても、亜鉛めっき皮膜と樹脂発泡成形体１５２の密着が不十分となる。

そこで本実施形態では、亜鉛めっき皮膜を形成した後、液体１５０を充填する前に鋼管１００の内面を酸処理する。これにより、亜鉛めっき皮膜に含まれる亜鉛が不活性化されるため、鋼管１００の内面と樹脂発泡成形体１５２との密着性が高まる。したがって、鋼管１００の内面からの樹脂発泡成形体１５２の剥がれを抑制し、鋼管１００の防錆性能を高めることが可能となる。

続いて、本実施形態にかかる鋼管１００の製造工程では、図２（ａ）に示すように、まず鋼管１００の下部の開口（他方の開口）を下蓋１１０ａによって封止する。そして、鋼管１００の上部の開口（鋼管１００の両端のいずれか一方の開口）から、樹脂発泡成形体１５２の材料である液体１５０（２種類以上の液体）をノズル１４０内で混合しながら鋼管１００内に注入する。このとき特に本実施形態では、液体１５０を、発泡膨張後の樹脂発泡成形体１５２の体積が鋼管１００内の体積よりも大きくなるように過剰に注入する。

なお、液体１５０（２種類以上の液体）としては、例えばポリオールとイソシアネートを例示することができ、この場合、それらの液体が反応することにより樹脂発泡成形体１５２として発泡ポリウレタン樹脂が生成される。ただし、これに限定するものではなく、フェノール樹脂等、２種類以上の液体が反応した際に発泡膨張して硬化する樹脂発泡成形体であれば他の材料を用いることも可能である。また本実施形態では、２種類の液体を混合して注入する場合を例示して説明するがこれに限定するものではなく、３種類以上の液体を混合して注入することも可能である。

ただし本発明において充填される発泡材料としては、鋼管１００内で反応して発泡する材料であることが必要である。例えば１液式の発泡スチロール樹脂のように、発泡済みの材料を注入することでは本発明は実施できない。

鋼管１００内に液体１５０を注入したら、図２（ｂ）に示す上蓋１１０ｂによって鋼管の上部の開口を封止する。本実施形態では、上蓋１１０ｂには、かかる上蓋１１０ｂを高さ方向で貫通する通気孔１１２が形成されていて、上蓋１１０ｂの下面には通気テープ１１４が貼付される。これにより、液体の漏れを防ぎつつ、液体が発泡膨張する際に押し出される空気を通気孔１１２から鋼管１００の外に排出することができる。

鋼管１００内に注入された液体は、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように開口が封止された状態で上方に向かって発泡膨張して硬化し、樹脂発泡成形体１５２となる。これにより、鋼管１００内に樹脂発泡成形体１５２が充填された状態となる。そして、下蓋１１０ａおよび上蓋１１０ｂを取り外すことにより、図２（ｄ）に示すように本実施形態の鋼管１００が完成する。

なお、図２に示す製造工程は一例であって、図２に示すように鋼管１００の上方から注入してもよいし、下方の下蓋１１０ａから注入してもよいし、鋼管の側面に注入口を設けてもよい。ただし、いずれの場合も鋼管は立てた状態で、すなわち開口端を上下に向けた状態で液体１５０を発泡させることが重要である。

図３は、図２（ｄ）に示す鋼管１００の上部の開口近傍の拡大図である。上述したように、本実施形態では液体１５０は、発泡膨張後の樹脂発泡成形体１５２の体積が鋼管１００内の体積よりも大きくなるように過剰に注入されている。このため、図３に示すように、鋼管１００では、上部の開口近傍の（一方の開口近傍）の樹脂発泡成形体１５２ａが過密状態となる。

発泡の様子を観察したところ、図２（ａ）のように鋼管１００の下部に注入された液体１５０が反応を開始すると、発泡樹脂が上昇を開始する。図２（ｂ）のように上昇中の状態において、樹脂発泡成形体１５２の上方ほど反応が進んでいて、下端には反応前の液体１５０が残っている状態である。そして樹脂発泡成形体１５２の上端が上蓋１１０ｂに到達するころ、上端近傍はおおむね反応が完了して硬化が進行し、いわば生乾きの状態となる。この状態で樹脂発泡成形体１５２の上端が上蓋１１０ｂに突き当たることにより、上端近傍のみが圧縮されて過密状態となるのである。仮に発泡体が洗剤の泡のように流動的であった場合には、材料を過剰に注入しても圧力が分散し、全体的に密度が上がる（泡が小さくなる）現象となり、開口部近傍のみが過密状態になるという現象は生じない。

また図２（ｄ）に示すように、下部の開口近傍の樹脂発泡成形体１５２ｂは、重力によって過密状態となるため、上部の開口近傍と同様の効果が得られる。

そして、本実施形態のように鋼管の開口近傍の樹脂発泡成形体１５２ａ・１５２ｂが過密状態となっているということは、開口近傍に蓋が形成されているような状態となる。これにより、開口から鋼管内部への水分と空気の侵入を防止し、鋼管１００の内面に高い防錆効果を得ることができ、鋼管１００を長寿命化することが可能となる。

図４は、本実施形態の鋼管１００の効果について説明する図である。図４に示す例では、鋼管１００として、外径１１５ｍｍ、内径１０５ｍｍ、高さ２５０ｍｍの炭素鋼鋼管を用いている。また液体１５０としてはポリオールおよびイソシアネートを用い、樹脂発泡成形体１５２として発泡ポリウレタン樹脂を鋼管１００の内部に充填している。ＯＰ率とは、オーバーパック率すなわち過充填率のことである。

図４において、実施例１は、発泡膨張後の樹脂発泡成形体１５２の体積が、鋼管１００の内部の体積よりも１０％多くなるように液体１５０を過剰に注入している。実施例２は、発泡膨張後の樹脂発泡成形体１５２の体積が、鋼管１００の内部の体積よりも２０％多くなるように液体１５０を過剰に注入している。実施例３は、発泡膨張後の樹脂発泡成形体１５２の体積が、鋼管１００の内部の体積よりも３０％多くなるように液体１５０を過剰に注入している。比較例は、発泡膨張後の樹脂発泡成形体１５２の体積が鋼管１００の内部の体積とほぼ等しくなるように液体１５０を注入し、液体１５０を注入後、アルミのモールドで蓋をすることにより、表面を平滑にした。

表面硬度および切断面硬度の測定には、表面硬度計ＧＳ−７０１Ｎ ＴＹＰＥＣを用いた。表面硬度は、鋼管１００の上部の開口近傍の樹脂発泡成形体１５２において表面にスキンが残存している箇所に表面硬度計を垂直に押し当てて測定を行った。なお、切断面硬度の測定については、実施例１〜３は鋼管を上端から４．５ｃｍおよび１２．５ｃｍ部分で切断し、比較例について鋼管１００を上端から２ｃｍおよび１２．５ｃｍ部分で切断することにより試験体を作成した。また切断面硬度２５ｃｍについては、鋼管１００の下部近傍の樹脂発泡成形体１５２の硬度である。

図４の表面硬度および切断面硬度を参照すると、比較例および実施例１〜３のいずれにおいても、硬度は、内部（４．５ｃｍおよび１２．５ｃｍ）よりも表面のほうが高い。またＯＰ率（過充填率）が上がるにしたがって、表面および内部の硬度が高くなる。このことから、過充填するほど開口近傍の樹脂発泡成形体１５２（樹脂発泡成形体１５２ａ）が過密状態になることが理解できる。

そして、表面硬度／切断面硬度の値はＯＰ率が上がるにしたがって上昇する。このことから、ＯＰ率が高くなるにしたがって、内部（切断面硬度）よりも表面（表面硬度）のほうが硬くなることがわかる。したがって、ＯＰ率を高めれば、内部よりも特に鋼管１００の上部近傍の樹脂発泡成形体１５２（樹脂発泡成形体１５２ａ）をより過密できることが理解できる。

また実施例１〜３では、ＯＰ率が上昇するにしたがって、上部に加えて下部（２５ｃｍ）の切断面硬度が上昇しているため、鋼管１００の下部においても樹脂発泡成形体１５２が過密状態なっていることがわかる。したがって、鋼管１００の上部および下部の両方の開口が過密状態になっている樹脂発泡成形体１５２が蓋のように機能するため、鋼管１００の内部への水の浸入を好適に防ぐことが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、鋼管構造物等を構成する鋼管であって、内部に樹脂発泡成形体が充填された鋼管として利用することができる。

１００…鋼管、１０２ａ…フランジ、１０２ｂ…フランジ、１１０ａ…下蓋、１１０ｂ…上蓋、１１２…通気孔、１１４…通気テープ、１４０…ノズル、１５０…液体、１５２…樹脂発泡成形体、１５２ａ…樹脂発泡成形体、１５２ｂ…樹脂発泡成形体

Claims (3)

1. 内部に樹脂発泡成形体が充填された鋼管であって、
   開口近傍の樹脂発泡成形体が過密状態となっていることを特徴とする鋼管。
2. 内部に樹脂発泡成形体が充填された鋼管であって、
   当該鋼管の両端のいずれか一方の開口から、前記樹脂発泡成形体の材料である２種類以上の液体を、発泡膨張後の該樹脂発泡成形体の体積が前記鋼管内の体積よりも大きくなるように当該鋼管内に過剰に注入し、
   前記２種類以上の液体を注入後に当該鋼管の開口を封止し、
   当該鋼管の開口を封止した状態で前記２種類以上の液体を発泡膨張および硬化させることにより、前記一方の開口近傍の樹脂発泡成形体が過密状態となっていることを特徴とする鋼管。
3. 当該鋼管は、前記２種類以上の液体が充填される前に内面に酸処理が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管。

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