JP2020037801A

JP2020037801A - 表面処理方法

Info

Publication number: JP2020037801A
Application number: JP2018165046A
Authority: JP
Inventors: 中村　善彦; Yoshihiko Nakamura; 善彦中村; 耕一北村; Koichi Kitamura; 哲武川; Satoru Takegawa
Original assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-03-12

Abstract

【課題】鋼材表面の目荒らしの確度を高めることを可能とした表面処理方法を提供する。【解決手段】鋼材表面に錆促進剤２を塗布し、鋼材表面が発錆した後、錆３を除去し、前記鋼材表面にアンカーパターン６を形成する。錆３は、レーザケレン処理により除去される。適度の粗さのアンカーパターン６が形成されるので、塗料の付着力を向上される。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼材表面を調整する表面処理方法に関する。

橋梁などの鋼構造物では、鋼材表面に防錆等の塗装が施される。また、鋼構造物における定期的に洗浄や塗装の塗り替え等のメンテナンスの際には、古い塗膜を剥離してから新しい塗装が施される。このような現場では、塗装前に、鋼材の表面処理として素地を調整するケレン処理が行われる。ケレン処理は、鋼材表面を目荒らししてアンカーパターンを形成し、塗料の付着力を高めるようにする。

このようなケレン処理の中には、ＩＳＯ８５０１に規定された１種ケレンがある。１種ケレンでは、黒皮・錆・旧塗膜を充分に除去し、清浄な金属面とする必要がある。現場では、１種ケレンの基準を満たすケレン処理として、回転する金属ワイヤ製の回転ブラシの線材を、弾みをつけて腐食した鋼材表面に衝突させてアンカーパターンを形成する動力工具が用いられることがある（特許文献１参照）。

国際公開第２０１７／２２０３３８号

上述のような動力工具は、小型であり、作業者にとって持ち運び、ケレン処理作業などが容易である一方で、鋼材に対しては柔らかいブラシを衝突させるものであるため、鋼材表面の状態によっては目荒らしが不十分の箇所が生じるおそれがある。例えば、このような動力工具では、鋼材表面がグラインダによって平滑面とされている場所などでは目荒らしが不十分となるおそれがある。そして、この動力工具以外のどのようなブラスト装置を使用したときにも、鋼材表面の状態に拘わらず確実に目荒らしすることが望まれる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、鋼材表面の状態に拘わらず目荒らしを可能とした表面処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するための表面処理方法は、鋼材表面に錆促進剤を塗布し、前記鋼材表面が発錆した後、錆を除去し、前記鋼材表面を目荒らしする。
上記構成によれば、鋼材表面を錆の浸食により目荒らしすることができる。したがって、鋼材表面の状態に拘わらず目荒らしすることができる。

上記表面処理方法において、レーザケレン処理により前記鋼材表面から錆を除去する構成としてもよい。
上記構成によれば、サンドブラストやバキュームブラストよりも容易にケレン処理することができる。

上記表面処理方法において、前記鋼材表面は、例えば溶接部であって、溶接ビードおよびその周辺をグラインダなどで研磨した平滑面である。
上記構成によれば、溶接ビードを除去した平滑面であっても確実に目荒らしできる。したがって、当該部分でも塗料の付着力を高めることができる。

上記表面処理方法において、前記鋼材表面は、例えば摩擦接合部の接合面である。
上記構成によれば、目荒らしによって摩擦接合部の接合面における摩擦係数を高めることができ、接合強度を高めることができる。

上記表面処理方法において、前記鋼材表面は、例えば高力ボルト連結部における鋼材表面より突出し露出した高力ボルトの表面である。
上記構成によれば、高力ボルト連結部の表面の錆や防食剤を除去し目荒らしすることができる。したがって、当該部分でも塗料の付着力を高めることができる。

本発明によれば、鋼材表面の状態に拘わらず目荒らしすることができる。

（ａ）は、表面処理前の鋼材を示す要部断面図、（ｂ）は、鋼材表面に錆促進剤を塗布した状態を示す要部断面図、（ｃ）は、鋼材表面に錆が形成された状態を示す要部断面図、（ｄ）は、鋼材表面の錆を除去している状態を示す要部断面図。鋼材の溶接部分を示す要部断面図。摩擦接合部を示す要部断面図。

以下、本発明が適用された鋼材の表面処理方法について図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
図１（ａ）に示すように、ここで用いられる鋼材１は、橋梁などの鋼構造物の一部を構成する鋼材である。表面処理が施される鋼材１の表面は、工場において、構造物・重防食用塗料としての例えば無機ジンクリッチペイントがスプレーなどによって塗布される面である。また、補修などのメンテナンスの場合、鋼材１表面は、塗膜表面に付着した酸化物や汚れなどをグラインダによって除去し研磨した平滑面である。

図１（ｂ）に示すように、鋼材１の素地となる表面には、錆促進剤２が塗布される。具体的には、錆促進剤２は、スプレーやはけやローラなどによって鋼材表面に塗布される。ここで、錆促進剤２は、酸、塩水、水などである。これにより、図１（ｃ）に示すように、鋼材１の表面には、錆３が形成される。鋼材１の表面は、付着物が付着していても、また、研磨された平滑面であっても、錆３による浸食により細かい凹凸が形成され、表面が荒れることになる。表面の荒れ方などは、錆促進剤２の成分や放置時間によって調整される。錆促進剤２を鋼材１の表面に塗布してから適当な錆３が形成されるまで放置する時間は、放置される環境、錆促進剤２の成分などによっても異なるが、例えば１日〜３日程度である。錆３によって鋼材表面が侵食され荒らされる表面粗さの目安は、例えば、圧縮空気で研削材を噴射して表面加工を行うサンドブラスト（バキュームブラスト）で実現できる程度の粗さであり、また、回転する金属ワイヤ製の回転ブラシに弾みをつけて腐食した鋼材表面に衝突させてアンカーパターンを形成する動力工具で実現できる程度の粗さである。

図１（ｄ）に示すように、鋼材１の表面に形成された錆３は、表面処理装置５によって除去される。ここでのレーザケレン処理は、通常のケレン処理よりも処理時間を短くし、錆３による浸食により形成された細かい凹凸を失うことがない程度とされる。表面処理装置としては、好ましくはレーザケレン装置である。レーザケレン装置は、レーザヘッドを備えている。レーザヘッドは、ＣＯ_２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザなどのレーザ発振器から出射されたレーザ光が光ファイバを通じて伝送される。また、レーザヘッドには、レーザ光を鋼材１の表面に合焦させるために光軸方向に変位するフォーカスレンズや光軸に対して直交する方向に変位する駆動レンズなどを備えている。そして、レーザヘッドは、伝送されたレーザ光を外部に取り出し、レーザ光を集光することで、錆３を鋼材１から剥離することができる程度の強度で鋼材表面にレーザ光を照射する。この表面処理装置５は、鋼材１の表面から剥離した錆３を吸引するバキューム部を備えていてもよい。

また、レーザヘッドから出射されるレーザ光は、一例として、同じ位置にレーザ光を複数回照射しないように、照射位置の軌跡が蛇行するように照射される。例えば、レーザ光は、照射位置の軌跡が互いに平行であって、かつ、ストライプ状、矩形波状、三角波状となるように照射される。これにより、鋼材１の表面におけるケレン処理のむらができにくくなる。また、一例として、レーザ光は、光学系のレンズを変位させて照射位置の軌跡が光軸を中心とする所定半径の円の軌跡を描くように走査される。これにより、同じ位置又は近い位置に複数回レーザ光が照射されることで、確実に錆３を除去することができる。

なお、表面処理装置５は、錆３を除去するものであればレーザケレン装置に限定されるものではない。例えば、表面処理装置５は、圧縮空気で研削材を噴射して表面加工を行うサンドブラスト（バキュームブラスト）や回転する金属ワイヤ製の回転ブラシに弾みをつけて腐食した鋼材表面に衝突させてアンカーパターンを形成する動力工具であってもよい。

鋼材１は、錆３が除去されると、鋼材１の表面には適度なアンカーパターン６が形成される。現場において、鋼材１は、アンカーパターン６が形成された素地に対して、例えば次のように塗装される。すなわち、防食下地として、有機ジンクリッチペイントをスプレーやはけやローラなどによって塗布し、次いで、下塗りとして、変性エポキシ樹脂塗料をスプレーやはけやローラなどによって塗布し、次いで、中塗り、上塗りとして、ふっ素樹脂塗料をスプレーやはけやローラなどによって塗布する。

以上のような第１実施形態は、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１−１）鋼材１の表面に、防食剤を使用するのではなく、錆促進剤２を塗布することで、錆３の浸食によって鋼材１の表面を目荒らしすることができる。鋼材１の表面には、適度の粗さのアンカーパターン６が形成されるので、塗料の付着力を向上させることができる。

（１−２）錆３は、レーザケレン装置を用いて除去することができる。サンドブラストを用いた場合には、現場で砂などの研磨材や剥離屑などが飛散してしまい、その回収作業が大変である。また、バキュームブラストは、研磨材や剥離屑などを回収するバキューム部を備えることから、設備が大型化してしまう。この点、レーザケレン装置は、サンドブラストやバキュームブラストよりも設備が小型である。したがって、現場、特に高所や狭所における表面処理作業が容易となる。また、回転する金属ワイヤ製の回転ブラシに弾みをつけて腐食した鋼材表面に衝突させてブラストする動力工具を用いた場合にも、確実に錆３を除去することができる。

（１−３）ＩＳＯ８５０１に規定された１種ケレンでは、黒皮・錆・旧塗膜を充分に除去し、清浄な金属面とする必要があるが、図１（ａ）〜（ｄ）に示す表面処理によれば、１種ケレンの条件を満たすことができる。

〔第２実施形態〕
図２に示すように、鋼構造物には、鋼材１同士を溶接により接合する溶接部１１が存在する。溶接部１１は、溶接痕が盛り上がった溶接ビード１２が形成される。溶接後、溶接ビード１２およびその周辺部分は、塗装面が平坦となるようにグラインダなどで研磨される場合がある。グライダは、鋼材表面を砥石を回転させて研磨するものであるから、溶接ビード１２およびその周辺部分は平滑面となる。溶接部１１の表面も他の領域と同じく塗装される箇所であり、塗料の付着力の低下を防ぐためには、溶接ビード１２およびその周辺部分にも、鋼材表面の他の領域と同じようにアンカーパターンが形成されている必要がある。そこで、第２実施形態では、鋼材表面に図１（ａ）〜（ｄ）に示す表面処理を施し、アンカーパターン６を形成するようにしている。

以上のような第２実施形態は、第１実施形態での効果に加えて、さらに以下に列挙する効果を得ることができる。
（２−１）溶接ビード１２およびその周辺部分にも錆促進剤２を塗布し錆３を形成し錆３を除去してアンカーパターン６を形成するようにしている。したがって、溶接部１１においても塗料の付着力の低下を抑えることができる。

〔第３実施形態〕
鋼構造物の補修の場合や橋梁の拡幅工事などの場面では、既設の鋼材に対して新規の鋼材を摩擦接合することがある。たとえば、図３に示すように、摩擦接合部は、既設の鋼材２１と、鋼材２１の一方の面側に配設される新規の鋼材２３と、他方の面側に配設される新規の鋼材２４とを備えている。鋼材２１および鋼材２３，２４には、ボルト孔２５が軸線を一致させて形成されており、ボルト孔２５には、高力ボルト２６およびナット２７が締結される。

鋼材２３，２４は、新規な鋼材であり、工場において、接合面を含む表面は摩擦接合に適当な摩擦係数に設定されており、また、構造物・重防食用塗料として、例えば無機ジンクリッチペイントが表面に塗布されている。これに対して、既設の鋼材２１の接合面は、付着物が付着していたところで、付着物がグライダで除去された平滑面である。したがって、鋼材２１の接合面は、鋼材２３，２４の接合面と状態が異なる。そこで、既設の鋼材２１の接合面に対しては、図１（ａ）〜（ｄ）に示す表面処理を施し、適用な摩擦係数を有するように目荒らししアンカーパターンを形成する。なお、鋼材２１の接合面は、グライダで付着物を除去してから図１（ａ）〜（ｄ）に示す表面処理を施してもよいし、鋼材表面を目荒らしできるのであれば、グライダで付着物を除去することなく、図１（ａ）〜（ｄ）に示す表面処理を施すようにしてもよい。

そして、高力ボルトおよびナットの部分も、その表面（塗装面）を塗装するには、図１（ａ）〜（ｄ）に示す表面処理を施し、アンカーパターン６を形成し、塗料の付着力を高めるようにする。なお、その詳細は、第４実施形態で説明する。

以上のような第３実施形態は、以下の効果を得ることができる。
（３−１）既設の鋼材２１の接合面に錆促進剤２を塗布し錆３を形成し錆３を除去して目荒らしによってアンカーパターン６を形成するようにしている。したがって、既設の鋼材２１の接合面の摩擦係数を高めることができる。または、適当な摩擦係数に設定することができる。したがって、摩擦接合部の強度の信頼性を高め、また、強度を高めることができる。

なお、第３実施形態は、さらに、例えば以下のように適宜変更して実施することもできる。
・摩擦接合部としては、鋼材２１も新規な鋼材であってもよい。また、摩擦接合部としては、鋼材２１に対して添接される鋼材が１枚の構成、すなわち鋼材２１の何れか一方の面に新規な鋼材を配置する構成であってもよい。

・新設の鋼材２３，２４の接合面を、適当な摩擦係数を有するように図１（ａ）〜（ｄ）に示す表面処理によって目荒らしするようにしてもよい。このように、接合面の摩擦係数を管理することで、摩擦接合部の信頼性を高めることができる。

〔第４実施形態〕
鋼構造物では、摩擦接合部の箇所に限らず、多くの箇所で高力ボルト２６およびナット２７が使用されている。以下、高力ボルト２６およびナット２７が締結された部分を高力ボルト連結部３０という。高力ボルト２６およびナット２７は、炭素鋼であり、鋼材である。高力ボルト２６およびナット２７の表面は、黒錆などの黒皮が形成され、その上層に、防食のため、油分が塗布されており、この状態で、現場へ搬入される。油分は、高力ボルト２６およびナット２７に対する塗料の付着力を低下させる性質を有する。また、高力ボルト２６およびナット２７は、表面に黒皮の層を有することから、防食塗料が付着しにくく、鋼構造物において、高力ボルト連結部３０が発錆し易い箇所となるおそれがある。

そこで、高力ボルト２６およびナット２７を締結した後、高力ボルト連結部３０も図１（ａ）〜（ｄ）に示す表面処理を施し、アンカーパターン６を形成し、塗料の付着力を高めるようにする。すなわち、高力ボルト連結部３０にも錆促進剤２を塗布し錆３を形成し錆３を除去して目荒らしによってアンカーパターン６を形成し、塗料の付着力の低下を抑えるようにしている。

ここで使用する錆促進剤２は、例えば、高力ボルト２６およびナット２７に塗布されている油分の上から塗布しても発錆できるものを使用する。錆促進剤２は、スプレーやはけやローラなどによって、高力ボルト連結部３０に塗布される。高力ボルト連結部３０からは、錆促進剤２により発錆した錆３が除去され、表面が目荒らしされ、アンカーパターン６が形成される。錆を除去するときには、油分および黒皮の層も除去されることになる。なお、高力ボルト２６およびナット２７には、油分を除去してから錆促進剤２を塗布するようにしてもよい。

以上のような第４実施形態は、以下の効果を得ることができる。
（４−１）高力ボルト連結部３０の突出部にも錆促進剤２を塗布し錆３を形成し錆３を除去して目荒らしによってアンカーパターン６を形成するようにしている。したがって、高力ボルト連結部３０の突出部においても塗料の付着力の低下を抑えることができる。また、錆３を除去するときには、錆３と共に油分および黒皮の層も除去することができ、防食効果を高めることができる。

なお、第１実施形態から第４実施形態は、さらに、例えば以下のように適宜変更して実施することもできる。
・橋梁以外の鋼構造物の表面においても使用することができる。

Ｌ…レーザ光、１…鋼材、２…錆促進剤、３…錆、５…表面処理装置、６…アンカーパターン、１１…溶接部、１２…溶接ビード、２１…鋼材、２３…鋼材、２４…鋼材、２５…ボルト孔、２６…高力ボルト、２７…ナット、３０…高力ボルト連結部。

Claims

鋼材表面に錆促進剤を塗布し、
前記鋼材表面が発錆した後、錆を除去し、前記鋼材表面を目荒らしする
表面処理方法。
レーザケレン処理により前記鋼材表面から錆を除去する
請求項１に記載の表面処理方法。
前記鋼材表面は、溶接部であって、溶接ビードおよびその周辺を研磨した平滑面である
請求項１または２に記載の表面処理方法。
前記鋼材表面は、摩擦接合部の接合面である
請求項１または２に記載の表面処理方法。
前記鋼材表面は、高力ボルト連結部における鋼材表面より突出し露出した高力ボルトの表面である
請求項１または２に記載の表面処理方法。