JP3188999B2 - 溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合面処理剤 - Google Patents

溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合面処理剤

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、土木、建築工
事等において適用される溶融亜鉛めっき構造物の高力ボ
ルト摩擦接合に用いられる接合面処理剤に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融亜鉛めっきは、鋼構造物の耐食性を
向上させる有効な手法であり、溶融亜鉛めっきした鋼材
は、橋梁、送電鉄塔や建築物の一部に使用される。鋼構
造物の接合方法としては高力ボルト摩擦接合が一般的で
あるが、これを溶融亜鉛めっき処理した鋼材に用いた場
合、溶融亜鉛めっき被膜が障害となり、通常の鋼材にお
けるグラインダー処理や薬剤処理による赤錆発生は期待
できない。そこで、従来は以下のような工法〜の処
理が行われてきた。尚、溶融亜鉛めっき構造物の高力ボ
ルト摩擦接合において、建設大臣一般認定で定めるすべ
り係数は0.4以上となっている。 工法:摩擦接合面のみを不めっきにし、屋外放置又は
薬剤(通常の鋼材を発錆させる薬剤;例えば塩化第二鉄
と硝酸とからなる混合液など)処理にて赤錆を発生させ
る(特公平4−50355号公報)。 工法:全めっき後、摩擦接合面にブラスト処理を施
し、肌ならしする。 工法:全めっき後、接合面をリン酸塩処理する(特開
平4−327006号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では工程が長く、時間もコストも多大にかかるもの
であった。特に工法は赤錆発生後、防錆処理が必要で
あり、また工法は摩擦面の粗さを調整しなければなら
ないといった問題があった。さらに、工法では前記の
すべり係数(0.4以上)を安定に得ることが困難であ
った。したがって、中板及び側板の接合面に処理剤を刷
毛塗りするだけですべり係数0.4以上が確実に得ら
れ、処理時間及びコストを低減することができるような
処理剤が希求されていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は接合面の表面状
態によらず一様なすべり係数を短時間で与える処理剤を
提供するものであり、その組成は(1)リン酸5〜30
重量%と、(2)硝酸、亜硝酸、硫酸又は塩素酸のカル
シウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩を一種以上0.1
〜10重量%を混合し、さらに(3)界面活性剤0.0
1〜1.0重量%、(4)オキシカルボン酸を0.1〜
10重量%添加し、(5)水性溶媒に溶解させたもので
ある。また作業上、たて面での垂れを防止するため、増
粘剤を添加しても良い。
【0005】この成分組成中の各成分は、以下のような
作用を有し、具体的に用いられる物質名についても以下
に例示した。 (1)リン酸は、亜鉛と表面反応し、亜鉛酸化物を生成
し、強固な結晶を形成し、結果として接合面の摩擦係数
を向上することができる。このリン酸としては例えば市
販の85%リン酸溶液を用いることができる。 (2)硝酸、亜硝酸、硫酸又は塩素酸のカルシウム塩、
ナトリウム塩、カリウム塩の一種以上は、リン酸により
生成した亜鉛酸化物の結晶の成長促進作用を有する。ま
た、生成した亜鉛酸化物と亜鉛めっき層との密着性を強
める作用をも有する。即ち、この無機塩を加えない場合
には接合面の摩擦係数は上昇しなかった。 (3)界面活性剤は、これを添加しない場合、処理剤が
亜鉛めっき面で“ハジキ”現象を起して反応しない部分
を生じてしまうので、所謂“ぬれ性”を生じさせるため
に添加するものである。このような界面活性剤は、アニ
オン界面活性剤またはノニオン界面活性剤であり、何れ
か一方若しくは両方を混合して用いても良い。アニオン
界面活性剤の例としては、アルキルリン酸エステル塩、
アルキル硫酸エステル塩、アルキルアリルスルフォン酸
塩、アルキルスルフォコハク酸塩等があり、塩成分とし
てはナトリウム、カリウム、アンモニウム、アルカノー
ル(モノ、ジ、トリ)アミンがある。ノニオン界面活性
剤の例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリ
オキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシ
エチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル
アミン、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド等がある。 (4)オキシカルボン酸を添加しない場合、余分なリン
酸が残留し、経時的に反応が進行し、所謂腐食の問題を
生じることもあるが、上記のように適正な混合割合でオ
キシカルボン酸を添加することにより余剰リン酸の効力
を打ち消すことができる。上記のオキシカルボン酸の例
としては、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、ク
エン酸等脂肪族オキシカルボン酸又はサリチル酸、オキ
シ安息香酸、没食子酸、マンデル酸等の芳香族オキシカ
ルボン酸等があり、これらは単独でも混合して添加して
も良い。 (5)水性溶媒は、上記(1)〜(4)の各成分を溶解
させるためのもので、液体にすることによりハンドリン
グを容易にさせるものである。この水性溶媒は、水又は
水溶性有機溶剤の一種以上であり、水、或いは水とメタ
ノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレ
ングリコール、プロピレングリコール、アセトン、又は
テトラヒドロフラン等の水混和性の有機溶剤のうち、一
種以上を用いることができる。
【0006】また、処理剤中の各成分はそれぞれ特定の
割合で混合されるものであり、 (1)リン酸は、前記のように処理剤中に5〜30重量
%混合されるが、5重量%以下では亜鉛との反応性が著
しく低く、また30重量%入れてもそれ以上効果は向上
されず、残留物による過剰反応のおそれがある。 (2)硝酸、亜硝酸、硫酸又は塩素酸のカルシウム塩、
ナトリウム塩、カリウム塩の一種以上は、前記のように
処理剤中に0.1〜10重量%混合されるが、0.1重
量%以下では生成した亜鉛酸化物の結晶の成長が起ら
ず、また10重量%以上ではそれ以上効果は向上されな
い。 (3)界面活性剤は、前記のように処理剤中に0.01
〜1.0重量%混合されるが、0.01重量%以下では
処理剤の亜鉛めっき面に対する“ぬれ性”の改善がなさ
れず、また1.0重量%以上入れてもそれ以上効果は向
上されない。 (4)オキシカルボン酸は、処理剤中に0.1〜10重
量%混合されるが、0.1重量%以下では余剰リン酸の
効力を打ち消す効果が弱く、10重量%以上では逆にリ
ン酸の効力を打ち消す効果が強すぎるため処理剤本来の
効果が得られない。 (5)水又は水溶性有機溶剤は、上記(1)〜(4)の
各成分を溶解させて100重量%となるように混合され
る。
【0007】上記構成の本発明の処理剤は、溶融亜鉛め
っきをほどこした母材(中板)及び添接板(側板)の接
合面に処理剤を刷毛塗りし、5〜60℃の温度範囲で放
置して処理面の乾燥を確認してからボルト締めを行う。
処理時間は季節(環境温度)により多少異なるが、塗布
後1〜3日程度放置する。
【0008】
【作用】本発明の処理剤は、リン酸との反応により処理
面に主として亜鉛酸化物を形成する。この亜鉛酸化物は
微細で強固な結晶であるが、部材の亜鉛めっき層との密
着性が弱く、また処理層が不均一なため効果にばらつき
があり、リン酸のみでは必要なすべり耐力は得られな
い。本発明の処理剤は、リン酸に硝酸、亜硝酸、硫酸又
は塩素酸のカルシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩を
一種以上加えているので、亜鉛酸化物と亜鉛めっき層と
の密着性を強め、結晶を緻密にし、また処理層の化学反
応は著しく促進されるため、短時間で高いすべり耐力が
得られる。さらに、界面活性剤には塗布時の“ぬれ性”
を改善する働きや処理層を保護する働きもあり、これに
より緻密な前処理や後処理を必要としない。しかしなが
ら実際の現場作業では、処理剤の塗布量を適正にコント
ロールすることが困難であるため、多く塗布しすぎた場
合、余分なリン酸が残留し、経時的に反応が進行し、所
謂腐食の問題を生じることもある。このような場合でも
オキシカルボン酸を添加したことにより腐食を防止する
ことができる。これはおそらくオキシカルボン酸が残留
リン酸をリン酸エステルの形に変化させ、反応の進行を
抑える働きをするものと思われる。尚、水酸基を含まな
いカルボン酸ではこのような効果は見られない。
【0009】
【実施例】[配合例1] リン酸 20 重量% 硝酸カリウム 0.1 重量% ポリオキシエチレンオレイン酸エステル 0.1 重量% クエン酸 3 重量% 水 76.8 重量%
【0010】[配合例2] リン酸 10 重量% 硫酸ナトリウム 7 重量% ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル 1 重量% 酒石酸 8 重量% エチレングリコール 10 重量% 水 64 重量%
【0011】[配合例3] リン酸 15 重量% 亜硝酸ナトリウム 1 重量% ポリオキシエチレンラウリルアミン 0.5 重量% サリチル酸 0.1 重量% エチルアルコール 10 重量% 水 73.4 重量%
【0012】[比較例1] 接合面に処理を施さなかった(無処理)。
【0013】[比較例2] 接合面のみを不めっきにして通常の鋼材を発錆させる薬
剤(ボルト継手の接合面処理剤、商品名『ヒットロック
B』タイホー工業株式会社製)を用いて処理した。
【0014】[比較例3] 接合面にグリッドブラスト処理を行った。
【0015】[比較例4] 接合面にリン酸カルシウム処理を行った。
【0016】[比較例5(=リン酸の配合量が少ない場
合)] リン酸 1 重量% 亜硝酸ナトリウム 10 重量% ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル 0.1 重量% 水 88.9 重量%
【0017】[比較例6(=リン酸の配合量が多い場
合)] リン酸 35 重量% 硝酸カリウム 10 重量% ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル 0.1 重量% 水 54.9 重量%
【0018】[比較例7(=硝酸ナトリウムの配合量が
少ない場合)] リン酸 20 重量% 亜硝酸ナトリウム 0.05重量% ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル 0.5 重量% 水 79.45重量%
【0019】[比較例8(=界面活性剤の配合量が少な
い場合)] リン酸 20 重量% 亜硝酸ナトリウム 5 重量% ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル 0.005重量% 水 74.995重量%
【0020】〈試験方法〉 亜鉛めっきした中板と側板の接合面から油、ゴミ等の耐
力低下因子を除去し、前記配合例1〜3の処理剤、前記
比較例2,4〜8の処理剤を刷毛塗りし、或いは前記比
較例1,3のように処理し、常温で2日間放置して各試
験体とした。これらの試験体を高力ボルトにて締め付け
を行い、片側をすべり面、反対側を固定面として引張試
験を行った。尚、試験体の形状は図1(図中、1は中
板、2は側板、3は接合面を示す)に、ボルト歪ゲージ
装着状況は図2にそれぞれ示した。また、使用した鋼種
はSS400、使用高力ボルト等級はF8T,M20,
L=80である。ボルト締め付け後、各試験体側面にす
べり確認用のケガキ線を書き入れた。すべり点の確認
は、試験機の指針が完全に停止後、急激にずれた時、
すべり音を発した時、ケガキ線が明瞭にずれた時、
とし、すべり荷重(P)を測定し、そのすべり荷重と以
下の式とを用いてすべり係数(μ)を算出した。 μ=P/m・N μ:すべり係数,N:ボルト初期導入軸力の和(t
f), P:すべり荷重(tf),m:摩擦面の数(この場合m
=2)
【0021】〈試験結果〉 各試験体におけるすべり荷重、算出されたすべり係数、
及びその平均値を表1に示した。
【0022】
【表1】
【0023】上記の表1より明らかなように、本発明の
処理剤の配合例1〜3では全てすべり係数0.4以上を
有しており、これに反して比較例1,4〜7の処理を行
った場合、全てすべり係数0.4に満たなかった。ただ
し、従来の“てま”のかかる方法ではすべり係数0.4
以上であった。
【0024】以上本発明の実施例を示したが、本発明は
前記した実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載した構成を変更しない限りどのようにでも実
施することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明の処理剤は、
溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合において、
亜鉛めっき処理を行った中板及び側板の接合面に処理剤
を刷毛塗りするだけで必要なすべり係数(0.4以上)
が得られる。また、本発明の処理剤を用いることによ
り、これまでの工法に比べ処理工程が短縮され、しかも
塗布時の“ぬれ性”も優れているので、塗布ムラによる
耐力低下への影響も少ない。特に、特定量のオキシカル
ボン酸を添加したことにより、腐食の問題を生じること
もなく、安定な処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における試験体の形状及び寸法を示す
(a)平面図、(b)側面図である。
【図2】ボルト歪ゲージ装着状況を示す(a)平面図、
(b)側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 薫 東京都江東区豊州4−11−28−201 (72)発明者 池田 幹雄 神奈川県藤沢市大庭5683番地ノ2駒寄6 −105 (72)発明者 酒井 俊尚 神奈川県横浜市泉区和泉町4365 いずみ 寮 (56)参考文献 特開 平6−184765(JP,A) 特開 平8−81782(JP,A) 特公 昭35−14757(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 22/00 - 22/86 C23C 2/26 F16B 5/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦
    接合する際にその接合面に対して処理する薬剤であり、 (1)リン酸5〜30重量%と、 (2)硝酸、亜硝酸、硫酸又は塩素酸のカルシウム、ナ
    トリウム、カリウム塩の一種以上0.1〜10重量%
    と、 (3)アニオン界面活性剤及び/又はノニオン界面活性
    剤0.01〜1.0重量%と、 (4)オキシカルボン酸の一種以上を0.1〜10重量
    %と、 (5)水又は水溶性有機溶剤の一種以上と、 を含有してなることを特徴とする処理剤。
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