JP4132991B2

JP4132991B2 - 耐衝撃性固定端部を有する高強度重防食被覆鋼材

Info

Publication number: JP4132991B2
Application number: JP2002160992A
Authority: JP
Inventors: 信樹吉崎; 芳隆草野; 武彦松谷
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel and Sumikin Anti Corrosion Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel and Sumikin Anti Corrosion Co Ltd
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-06-03
Also published as: JP2004002941A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重防食被覆鋼材の搬送、港湾・河川の桟橋や護岸などの鋼構造物の打設時、もしくは打設後の捨て石類、その他船舶や流木等によって発生する防食被覆の傷を防止する繊維強化樹脂を表面保護層として被覆する場合に、端部を固定するスタッドボルトとナット構造に横衝撃を緩和する傾斜角度を有する円錐形状を付加した防食被覆の耐衝撃・耐久性に優れた重防食被覆鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数十年の外面防食が必要とされる鋼矢板、鋼管矢板では、ポリウレタン樹脂を塗装した重防食被覆鋼材が使用されている。ポリウレタン樹脂被覆は防食性には著しく優れるが、樹脂強度が低いため、運搬、保管、施工時のハンドリングにおける衝突や摩擦などによる被覆の傷発生が問題となってきた。
これに対し、特開平１１−２９１３９３号公報に示される様に重防食鋼管杭では表面に繊維強化樹脂層を設け、耐衝撃性を向上させる試みが行われてきた。鋼材形状が鋼管以外の場合には繊維強化樹脂層の収縮が大きいために、繊維強化樹脂を固定する方法が必要になるが、防食層と保護層は樹脂の種類が大きく異なるために安定した接着力の発現が困難であった。このため、物理的な端部固定方法として、特開平１１−２９１３９４号公報に示されるように被覆端部に突起を設けた後に、ポリウレタン防食被覆、ガラス繊維を含有する不飽和ポリエステル樹脂による保護層を形成する方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
重防食被覆表層に強度・硬度に優れる繊維強化樹脂による保護被覆を形成する場合、重防食被覆と高強度保護被覆では樹脂組成が異なるため接着力が十分で無く、その接着維持が問題となる。特に、鋼管矢板では単に保護層を表面に形成しただけでは、爪端部近傍への衝撃や、打ち込み時の勘合により生じた被覆の疵や爪の変形により、長期使用において保護被覆が防食被覆から剥離しやすいという問題があった。
【０００４】
これに対して、特開平１１−２９１３９４号公報に示されるように予め端部に突起を設けておき、防食被覆を施した後にガラス繊維を含有する不飽和ポリエステル樹脂（ＦＲＰ）による保護層を形成する方法は、ポリウレタン防食層の塗装厚みが数mmと厚いこととから、突起周辺部の塗装が困難で、突起の隙間確保のために高さを大きくする必要があるが、突起部分に衝撃を受けやすい。更には、突起下への塗装に気泡が残存しやすく作業にも時間を要するという問題があった。一方、特開２００１−３２９３８４公報に示される様に分割可能な固定構造を防食層の保護層内部に設けることで突起の高さを軽減し、突起への衝撃を緩和する方法が提案されている。しかしながら、分割構造にボルトと通常形状のナットを用いると、ナット部分を完全に保護被覆で覆うことが難しく、施工後に構造物上部から落石して置き石、捨て石を行った場合にナット周辺部に横衝撃が加わると、ナットを被覆する繊維強化保護層が脱落する場合があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術における問題点を解決するためになされたもので、防食被覆を必要とする鋼材に対して、長期にわたって防食被覆の耐疵防止機能を維持することが可能な耐衝撃性と耐剥離性に優れた高強度重防食被覆鋼材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題を解決する手段として、下記の構成要件を要旨とする発明を提案することにより、耐横衝撃性に優れ、かつ端部からの浮き、剥離を防止した高強度重防食被覆鋼材が得られることを見いだした。すなわち、
（１）鋼材の表面にプライマー層、防食樹脂層、繊維強化樹脂層を順次積層した重防食被覆鋼材において、繊維強化樹脂被覆の端部に鋼材に固定したボルト部を設け、当該ボルト部が前記繊維強化樹脂層の一部を貫通して円錐台座形状を付与したナット部により結合され、該ナット部がボルトにはめ合うナットと該ナット周囲を被覆する円錐台座形状の樹脂成形周辺カバーとからなり、該樹脂成形周辺カバーが当該ナット部直下の被覆層面から立ち上がり、立ち上がり角度が該被覆層面に対して４５度以下であり、且つ、当該ナット部を繊維強化樹脂により完全に覆う構造を持つことを特徴とする耐衝撃性固定端部を有する高強度重防食被覆鋼材。
（２）鋼材の表面にプライマー層、防食樹脂層、繊維強化樹脂層を順次積層した重防食被覆鋼材において、繊維強化樹脂被覆の端部に鋼材に固定したボルト部を設け、当該ボルト部が前記繊維強化樹脂層の一部を貫通して円錐台座形状を付与したナット部により結合され、該ナット部がボルトにはめ合う円錐台座形状のナットから形成され、該ナットが当該ナット部直下の被覆層面から立ち上がり、立ち上がり角度が該被覆層面に対して４５度以下であり、且つ、当該ナット部を繊維強化樹脂により完全に覆う構造を持つことを特徴とする耐衝撃性固定端部を有する高強度重防食被覆鋼材。
（３）（１）または（２）記載の高強度重防食被覆鋼材からなる鋼管矢板であって、固定端部を矢板爪部近傍の軸方向にそって１０〜１００ｃｍのピッチで配置したことを特徴とする高強度重防食被覆鋼管矢板。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の高強度重防食被覆鋼材におけるボルト部とそれに結合するナット部からなる固定構造の一例を図１の断面図に示す。鋼材１に溶接等により固定したボルト７のネジ部をマスキングして下地処理を施し、プライマー層２、防食層３を１〜６mmの厚みで積層する。次いでボルトカバーを除去し、その表層に繊維強化の不飽和ポリエステル樹脂に代表される熱硬化型の樹脂を２mm以上の厚みで保護被覆層４を積層する。ワッシャー９、ナット８は保護被覆樹脂が硬化する前に取り付け、該ナット８により前記保護被覆層４を押さえつけて固定構造を作製する。次いで、ナットと保護層面の段差を埋めるために全体が円錐台座状で中心に穴の貫通したリング状の樹脂成型品からなるナット周辺カバー１０でナットの側面段差を無くした後、再び繊維強化樹脂による保護層５でナット８および周辺カバー１０を覆った後、表層に表面化粧塗装６を行って、本発明に係る耐衝撃性固定端部を有する高強度重防食被覆鋼材を作製する。
【０００８】
また、ナット８と保護被覆層４との段差を埋めるための樹脂成型品の他の例として、図２の断面図に示す如く、円錐台座形状カバー１１がナット８を完全に覆う形状のものを用いてもよい。一方、図１および図２の樹脂成型品からなる円錐台座形状カバー１０および１１を用いずに、ナットそのものを円錐台形状に加工して円錐台座形状ナット１２として用いた場合の例を図３の断面図に示す。
【０００９】
本発明に用いる鋼材は何でもよく、一般鋼及び合金鋼を使用する。繊維強化樹脂による高強度保護被覆の固定に使用するボルト及びナットは鋼材との異種金属接触腐食による選択的な腐食を防止するため、鋼材よりも貴な電位を持つものを使用する。材質としては、例えばＳＵＳ３０４，３１６，３１６Ｌ等のステンレス合金鋼を用いると良い。また、ＹＵＳ、チタン等の高耐食合金を用いることも出来る。
【００１０】
ボルトの溶接固定を行う場合に溶融部は、鉄の酸化物層が残存して腐食を生じやすいため、溶融部にも下地処理を含めた重防食塗装を実施する。海上部や干満帯では電位的に貴な材質を使用しても鋼製のボルト、ナットでは、露出していると腐食が進行することから、ボルト及びナット部分は繊維強化樹脂で完全に覆うように塗装を行う。その際、繊維強化樹脂は凹凸に対する追従性が悪く、ナットを完全に被覆することが難しいため、ナットに円錐台座形状を付加する。
【００１１】
ナットに円錐台座形状を付加する方法としては鋼製ナットと別に円錐状のカバーによって段差を無くす方法と、鋼製ナットそのものを円錐台状に加工したものを用いる方法がある。鋼製ナットとは別部品で円錐形状を確保する場合、射出成形によって成型した樹脂を用いると良い。材質としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリエステル、ポリカーボネート、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アセチルセルロース、アクリル、ポリアセタール、ポリスチレン、ナイロン、ゴム、テフロン（登録商標）等が使用出来る。円錐台座形状の角度は少なくとも４５度以下になるようにすると、耐衝撃性に優れ、また繊維強化樹脂の塗装後の脱泡作業も容易となる。また、角度が４５度を超えて急峻になると段差と実質的に変わらなくなり、繊維強化樹脂の追従性が悪くなることから、円錐台座形状の角度は４５度以下とすることが好ましい。なお、この円錐台座形状の角度の下限は、作業性や成形の容易性などの理由で大体２５度程度とする。ボルトは塗装端部に１０〜１００cmのピッチで配置する。
【００１２】
鋼材の塗装前の下地処理としては、サンド、グリッド、ショット等を用いてブラスト処理を行ない、表面付着物を除去する。ただし、表面の油分・スケール等を除去する機能があればブラスト処理以外の脱脂・酸洗等の他の方法を用いることもできる。更に、被覆鋼材の使用環境が厳しい場合や耐陰極剥離性能が求められる場合には、表面にクロメート処理を実施する。クロメート処理に用いるクロメート処理剤は成分としてクロム酸を含有するものであれば良いが、部分還元クロム酸と乾式シリカを主成分としたもの、または前記主成分にリン酸やその化合物、シランカップリング剤等の各種添加剤を添加したものを用いると耐剥離性等の防食性に優れる。クロメート処理剤はローラー、刷毛等により、塗布後、十分に乾燥する。また、塗布量としては全クロム付着量が５０〜１０００mg/m²の範囲になるよう塗布する。
【００１３】
下地処理を施した鋼材の表面にはプライマー処理剤を塗布して硬化させる。プライマー処理剤は熱硬化性樹脂に無機顔料を添加したものを用いる。プライマー処理剤は液体、あるいは粉体で供給され、ロール塗装、スプレー塗装、静電粉体塗装等を用いて塗布し、常温、あるいは加熱により硬化させる。プライマー処理層の硬化後の膜厚は１０〜１５０μｍが望ましい。膜厚が１０μｍ未満ではプライマーによる鋼材表面被覆率が低下する。１５０μｍを超える厚みではプライマーの応力増加により密着力が低下する。
【００１４】
プライマー処理剤に使用する熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂又はウレタン樹脂等の鋼材との密着性に優れたものを用いる。エポキシ樹脂とはビスフェノールＡ又はビスフェノールＦのジグリシジルエーテルの単独又は混合物である。これに塗料粘度が問題にならない場合は、耐熱性の高いフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂を添加して使用すると耐水性が向上する。エポキシ樹脂の硬化剤としては、脂環式アミン、脂肪族アミン、ジシアンジアミド、変性イミダゾール、フェノールノボラック硬化剤等を単独又は混合して用いる。一方、ウレタン樹脂を用いる場合、ポリオールとイソシアネートからなる化合物であればよく、２液反応硬化もしくはイソシアネート末端プレポリマーによる湿気硬化型として使用する。イソシアネート末端プレポリマーとしては、ポリプロピレングリコールなどのポリオールとメチレンジフェニルイソシアネートを付加した一般市販のものを用いる。プライマー処理剤には顔料として、無機微粉末を主として添加する。酸化ケイ素、アルミナ、酸化チタン、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム、クロム酸化合物、リン酸化合物、ホウ酸化合物またはそれの混合物などが使用出来る。また、乾式超微粒子シリカも塗料のチキソ性制御や、防食性向上に添加しても構わない。
【００１５】
下地処理、鋼材用のプライマー処理を行った鋼材表面に防食用樹脂を塗装する。防食用樹脂は厚膜塗装が可能であれば何でも良いが、耐久性や塗装性、密着性の観点からポリウレタン樹脂を用いると良い。ポリウレタン樹脂はポリオールと充填無機顔料、着色顔料の混合物からなる主剤と、イソシアネート化合物からなる硬化剤を２液混合塗装する。ポリオールとしてはポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリプロピレングリコールなどの一般市販のポリオールを用いる。また、ひまし油を原料として用いたものでも良い。イソシアネートとしてはメチレンジフェニルジイソシアネートなどの一般市販のイソシアネートを使用する。充填無機顔料としては、シリカ、酸化チタン、カオリンクレーなどの一般市販の無機顔料を用いる、また着色顔料には、樹脂に耐候性を付与するため、一般的にはカーボンブラックを用いる。意匠性から他の着色顔料を用いる場合には、紫外線吸収剤を併せて添加する。防食樹脂の厚みは重防食層としての機能と経済性を考慮し、１〜６mmの厚みで被覆する。
【００１６】
保護層として強化用の繊維を含有する不飽和ポリエステルに代表される熱硬化性樹脂を被覆する。その被覆方法としてはハンドレイアップ法、スプレーアップ法、コールドプレス法や、型枠による注入成形等の方法がある。不飽和ポリエステル樹脂とは、分子内にエステル結合と二重結合を有するものであれば良く、オルソ系、イソ系、ビスフェノール系の不飽和ポリエステル樹脂が使用出来る。また材料コストの問題はあるが、化学的に安定で末端に二重結合を持つビニルエステルを使用しても良い。これらの不飽和ポリエステル樹脂をスチレンモノマー等の重合性単量体を含有率で３０〜６０％の割合に溶解したものをケトンパーオキシド、ハイドロパーオキシドの様な過酸化物触媒とコバルト系、バナジウム系、マンガン系、アミン系等の促進剤によって硬化する熱硬化性樹脂を用いる。
【００１７】
樹脂を強化する繊維は、カーボン繊維、ケプラ−やポリエステルに代表される有機繊維、ガラス等の無機繊維を充填する。中でもガラス繊維は、コストと強度のバランスに優れる。添加する繊維はその長さが短いと強度向上効果が得られないため、５mm以上の長さを持つものを１０wt％以上添加する。クロスを用いる場合では特に長さの上限はないが、スプレーアップ法において短繊維を用いる場合は、繊維が長いと塗料の脱泡性が低下することから５〜５０mmの範囲が望ましい。繊維添加量は多いほど強度は向上するが、塗装や脱泡の作業性から例えばガラス繊維では６０wt％の以下の範囲で添加する。また、意匠性と耐候性付与のため、着色顔料を添加して不飽和ポリエステル樹脂層を着色する。不飽和ポリエステル樹脂は太陽光線により表層部分が劣化するため、着色顔料を０．５〜５％の範囲で添加する。更に、外観向上と耐久性向上のためにガラス繊維を含有しない着色不飽和ポリエステル硬化樹脂層（ゲルコート層）を最外層に３００〜２０００μｍの厚みで形成する。繊維強化樹脂保護層の厚みとしては２〜２０mmの皮膜を形成する。厚みが２mmに及ばないと、耐衝撃性が低下し、厚みが２０mmを越えると、硬化発熱が大きく被覆の収縮応力が増加する。
以上の被覆を図１の断面図に示すように鋼材表面に順次積層して塗装端部を形成すると、繊維強化樹脂の剥離が抑制され、横方向を含む耐衝撃性と優れた防食性を持つ高強度重防食被覆が得られる。
【００１８】
【実施例】
６００Ａ×長さ１０ｍのＬ−Ｔ型爪付きの鋼管矢板の長さ方向の両端に直線上に２５cmピッチで、1２ＭのＳＵＳ３１６製ボルトをアークスタッド溶接した後、ボルト下端部を残して上部にマスキングを実施した。続いて、ブラスト処理を施し、スケール等を除去して粗度を付与した後、クロム−シリカ系のクロメート処理剤を全クロム付着量で５００mg/m²となるように塗布乾燥し、下地処理を行った。プライマー処理にはイソシアネートとポリオールの無溶剤２液反応型のウレタン樹脂に顔料として、焼成カオリンクレー微粉末、防錆顔料を添加したものを塗料として３０〜６０μｍ膜厚となるようにスプレー塗布して硬化させた。次いでその表面にカオリンクレー微粉末を含有するポリブタジエンポリオールの主剤とクルードＭＤＩの硬化剤の２液硬化ウレタンエラストマーをミキサーで混合してスプレー塗装を行い、３mm厚みの従来のポリウレタン重防食樹脂被覆を行い、ポリウレタン樹脂硬化後に、ボルトのマスキングカバーを取り外した。
【００１９】
次に、爪とその勘合時に接触する鋼管面にマスキングを行い、スプレーアップ法によりスチレンモノマーを含有する不飽和ポリエステル樹脂と過酸化物触媒含有硬化剤をスプレー混合しながら、ガラスロービングをガン先端で２５mm長に切断したものを同時に吹き付け塗装を行い１回目の４mm厚みの保護層を形成した。このときガラスの添加量は３０重量％となるように調整した。不飽和ポリエステル樹脂が完全に硬化する前にボルト部分にＳＵＳ３１６製のワッシャー、ナットを取り付けた。また、ナットカバーとして、中心部にナットが収まる開穴部分を持ったポリプロピレン樹脂製の円錐台座状のリングをはめ込み、ボルト位置の鋼管軸直線状にスプレーアップ法により、ナットと円錐台座状リングを含めた繊維強化樹脂を２mm厚みの塗装を実施した。この後、表層に着色顔料を添加した不飽和ポリエステル樹脂と硬化触媒を０．５mm厚み狙いで塗装を実施し、本発明の実施例１の耐衝撃性固定端部を有する高強度重防食被覆鋼材である鋼管矢板を製造した。また、実施例２では、円錐台座形状に非貫通タイプのナイロン製樹脂カバーを用い、実施例３では、鋼製ナットそのものに円錐台座形状に加工したものを用いた。
【００２０】
図４が本発明に係る高強度重防食被覆鋼材にてＬ−Ｔ型爪付きの鋼管矢板を構成した場合の断面図を示し、図５が該鋼管矢板の外観を示している。図において、１３はボルトナットからなる円錐台座形状の端部固定部、１４は下地処理およびプライマー処理を施した鋼管矢板を示す。
【００２１】
一方、実施例１と同様の貫通穴タイプのナットカバーを用い、傾斜角度が６０度と大きい場合として比較例１、円錐台座形状のカバーを設けないで、通常のナットのみを用いた場合の比較例２の鋼管矢板を作製した。更に比較例として、実施例１と同様の方法でボルト、ナットの端部固定構造の無い比較例３、保護被覆そのものが無い場合を比較例４とした。
実施例及び比較例の被覆鋼管矢板の仮説打ち込みを行った後、落石を模擬した横衝撃試験として鋼管矢板の爪近傍のボルトを取り付けた位置の上部から、５０kgの御影石を１０個用いて鋼管の上端面から３０回の落下を行った。評価結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１の結果からも明らかな様にボルト・ナットの固定構造が無い比較例３では、衝撃により端部から被覆の浮きが発生する。一方、ナット構造があっても円錐台座形状カバーが埋め込まれていない比較例２では、横方向から落石の衝撃が加わる場合に、ナットを覆う繊維強化樹脂が破損してナットの露出が生じた。また、比較例１のように、円錐台座状のナットカバーがあっても、傾斜角度が大き過ぎる場合には横衝撃による繊維強化樹脂の破損が一部で生じた。一方、繊維強化樹脂の保護被覆が無い従来重防食被覆である比較例４では、全面に貫通傷が発生した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のボルト固定構造を持つ繊維強化樹脂保護被覆層を有する鋼材は、ボルトを塗装端部（鋼管矢板では爪部）近傍の軸方向に沿って１０〜１００cmピッチで配置し、繊維強化樹脂保護被覆の端部を固定するナットに傾斜円錐形状を付加することで、ナットを覆う保護被覆の塗装が容易になり、また、ナット部分の落石に対する耐横衝撃性を向上させることが出来る。このため、保護被覆及び重防食端部の浮きを防止する効果を長期に渡って維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボルトと開穴部を持つ円錐台座形状の樹脂製リングカバーをナットに付与した保護層固定端部部分の断面図の一例を示す。
【図２】本発明のボルトとナットを覆う円錐台座形状の樹脂製カバーをナットに付与した保護層固定端部部分の断面図の一例を示す。
【図３】本発明のボルトとナットをに円錐台座形状に加工したものを用いた場合の保護層固定端部部分の断面図の一例を示す。
【図４】本発明の端部固定を行った高強度重防食被覆をＬ−Ｔ爪鋼管矢板に適用した場合の断面図の一例を示す。
【図５】本発明の端部固定を行った高強度重防食被覆をＬ−Ｔ爪鋼管矢板に適用した場合の外観の模式図を示す。
【符号の説明】
１下地処理を施した鋼材２プライマー層
３樹脂防食層４繊維強化樹脂層
５繊維強化樹脂層６表面保護塗装
７鋼材に固定したボルト８ナット
９ワッシャー
１０穴あき円錐台座形状ナット周辺カバー
１１円錐台座形状ナットカバー
１２円錐台座形状ナット
１３ボルト、ナット円錐台座形状を含む端部固定部
１４下地処理、プライマー処理を施した鋼管矢板

Claims

鋼材の表面にプライマー層、防食樹脂層、繊維強化樹脂層を順次積層した重防食被覆鋼材において、繊維強化樹脂被覆の端部に鋼材に固定したボルト部を設け、当該ボルト部が前記繊維強化樹脂層の一部を貫通して円錐台座形状を付与したナット部により結合され、該ナット部がボルトにはめ合うナットと該ナット周囲を被覆する円錐台座形状の樹脂成形周辺カバーとからなり、該樹脂成形周辺カバーが当該ナット部直下の被覆層面から立ち上がり、立ち上がり角度が該被覆層面に対して４５度以下であり、且つ、当該ナット部を繊維強化樹脂により完全に覆う構造を持つことを特徴とする耐衝撃性固定端部を有する高強度重防食被覆鋼材。
鋼材の表面にプライマー層、防食樹脂層、繊維強化樹脂層を順次積層した重防食被覆鋼材において、繊維強化樹脂被覆の端部に鋼材に固定したボルト部を設け、当該ボルト部が前記繊維強化樹脂層の一部を貫通して円錐台座形状を付与したナット部により結合され、該ナット部がボルトにはめ合う円錐台座形状のナットから形成され、該ナットが当該ナット部直下の被覆層面から立ち上がり、立ち上がり角度が該被覆層面に対して４５度以下であり、且つ、当該ナット部を繊維強化樹脂により完全に覆う構造を持つことを特徴とする耐衝撃性固定端部を有する高強度重防食被覆鋼材。
請求項１または請求項２記載の高強度重防食被覆鋼材からなる鋼管矢板であって、固定端部を矢板爪部近傍の軸方向に沿って１０〜１００ｃｍのピッチで配置したことを特徴とする高強度重防食被覆鋼管矢板。