JP4310578B2

JP4310578B2 - 摩擦接合面処理剤

Info

Publication number: JP4310578B2
Application number: JP2003350109A
Authority: JP
Inventors: 貴史今野
Original assignee: 株式会社デンロコーポレーション
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: JP2005076121A

Description

本発明は、溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合部に用いられる接合面処理剤に関する。

鉄塔、橋梁や建築物などの鋼構造物では、防錆、耐食性の向上を目的として、溶融亜鉛めっきした鋼材が使用されている。溶融亜鉛めっき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り、ボルトやナットも鋼材と同等の性能を持たせるため、通常溶融亜鉛めっきを施したものが使用されている。

溶融亜鉛めっき鋼材の接合方法として用いられている高力ボルト摩擦接合は、鋼材接合面の摩擦力が大きい程接合耐力が大きく、安全である。しかしながら、溶融亜鉛めっき鋼材は、赤錆鋼材に比べると、すべり係数が著しく小さいことが問題になっており、例えば、赤錆鋼材のすべり係数は０．４５であるのに対して、溶融亜鉛めっき鋼材の場合には０．１５〜０．３５と小さく平均で０．２２程度である。溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合において、国土交通大臣一般認定で定めるすべり係数は０．４０以上となっていることから、すべり係数を大きくするために、従来は次のような処理が行われてきた。

すベり係数を大きくするための方法として、摩擦接合面のみを不めっきにし、例えば塩化第二鉄と硝酸とからなる処理剤を塗布して、赤錆を発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、鋼材全体に溶融亜鉛めっきを施した後、摩擦面接合部にブラスト処理を施し、表面粗度が５０μｍＲｙ以上（すべり係数０．４５〜０．５０）の粗い面を形成する方法が提案されている。

近年では、鋼材全体に溶融亜鉛めっきを施した後、摩擦接合面をリン酸塩処理剤で処理する方法が提案されており、例えば、溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合方法であって、母材および添接板のうち少なくとも摩擦接合面に対してリン酸塩処理を施す方法が提案されている。ここで、リン酸塩処理として、例えばリン酸亜鉛系のパルボンド（日本パーカライジング株式会社の商標）を用いている（例えば、特許文献２参照。）。

また、（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）水又は水溶性有機溶剤の一種以上と、（５）オキシカルボン酸の一種以上を０．１〜１０重量％と、を含有してなる処理剤が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

さらに、リン酸を５〜４０重量％と、硝酸を５〜１５重量％と、コロイダルシリカを１〜５重量％と、水を４０〜８９重量％と、を含む処理剤が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
特公平４−５０３５５号公報特開平４−３２７００６号公報特開平９−３６５６号公報特開平１１−３５０１６０号公報

しかしながら、摩擦接合面に、例えば塩化第二鉄と硝酸とからなる処理剤を塗布して、赤錆を発生させる方法では、赤錆発生後に防錆処理を施す必要があり、工程が長く、時間もコストも多大にかかるという問題があった。

また、鋼材全体に溶融亜鉛めっきを施した後、摩擦面接合部にブラスト処理を施す方法では、鋼材が重量物の場合、屋外で実施しなければならないため、作業が天候や気候に左右され作業性が悪く、接合面以外のめっきが損傷されないようにマスキングしなければならないため、工数がかかるという問題があった。

さらに、リン酸塩処理剤を用いる方法では、処理剤が鋼材表面から流れ落ちないように、ある程度粘性を高くしているため、皮膜厚が厚くなる傾向がある。皮膜が厚くなった部分は、過剰な量の化学成分が存在することとなり、皮膜の乾燥後に、過剰成分が塩類として析出して、鋼材表面が白色の粉末で覆われ、白錆のような印象を与えてしまうといった問題があった。

前述の鋼材表面が白色の粉末で覆われる問題を解消した、リン酸を５〜４０重量％と、硝酸を５〜１５重量％と、コロイダルシリカを１〜５重量％と、水を４０〜８９重量％と、を含む処理剤を用いる方法では、処理剤の粘性を保つためにコロイダルシリカを使用しており、コストが高くなる問題があった。

本発明は、溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合部の接合面に塗布される処理剤であって、リン酸５〜２０重量％と、硝酸亜鉛１〜１０重量％と、界面活性剤０．０５〜０．４重量％と、水溶性有機溶剤１〜１５重量％と、増粘剤として澱粉を５〜２０重量％と、残部を水で構成され、刷毛塗りまたはローラー塗りにより塗布されるものである。

本発明の摩擦接合面処理剤によれば、溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合において、溶融亜鉛めっき処理を施した鋼材の高力ボルト摩擦接合面に処理剤を塗布するだけで、０．４以上のすべり係数が安定して得られ、増粘剤に澱粉を用いることにより、環境の中で自然分解され、環境負担が少なく、コストも安くなる。また、刷毛塗りやローラーでの塗布に好適な粘度を有するため、鋼材表面は過剰な析出塩類がなく、皮膜は灰色を呈し、白錆という印象を与えない。

発明を実施するための最良の形態・実施例

本発明における溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合部の接合面に塗布される処理剤は、リン酸と硝酸亜鉛と界面活性剤と澱粉と水溶性有機溶剤と水で構成されている。

リン酸は亜鉛と表面反応して、微細で強固な結晶を生成し、リン酸塩皮膜を形成する。このリン酸塩皮膜は、亜鉛めっき層との密着性が弱いため、リン酸のみでは必要な耐力は得られない。本発明では処理剤に硝酸亜鉛を加えており、この硝酸亜鉛によって、リン酸により生成した結晶の成長が促進され、また、リン酸塩皮膜と亜鉛めっき層との密着性が強められ、必要なすべり係数が得られる。界面活性剤は、濡れ性を生じさせるために加えられる。また、澱粉は増粘剤として加えられ、塗布した処理剤が鋼材表面から流れ落ちない粘度で、且つ、刷毛塗りやローラーでの塗布に好適な粘度にする。水溶性有機溶剤は上記の成分を溶解させるためのものとして加えられる。

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、処理剤におけるリン酸の含有量は、５〜２０重量％である。５重量％以下では、鋼材表面の亜鉛との反応性が遅くなり、皮膜形成が不十分となって、十分なすべり耐力が得られない。また２０重量％以上では効果が向上は見られず、乾燥速度が遅くなる。

処理剤における硝酸亜鉛の含有量は、１〜１０重量％である。１重量％以下では、リン酸により生成した結晶の成長が起こらず、所望のリン酸塩皮膜が形成されないため、十分なすべり耐力が得られない。１０重量％以上ではそれ以上の効果の向上は見られず、リン酸により生成した結晶の成長が過多となり、皮膜表面の平滑性が失われる。

処理剤における界面活性剤の含有量は、０．０５〜０．４重量％である。０．０５重量％以下では、溶融亜鉛めっき面に対する濡れ性が十分でなく、０．４重量％以上ではそれ以上の効果の向上が見られない。

処理剤における澱粉の含有量は、５〜２０重量％である。５重量％以下では、処理剤の粘度が低下し、作業性が低下する。２０重量％以上では、処理剤の粘度が高くなりすぎて作業性が低下する。

処理剤における水溶性有機溶剤の含有量は、１〜１５重量％であり、上記の各成分を溶解させて、水と合わせて１００重量％となるように混合される。

本発明の処理剤は、刷毛塗り、ローラー塗り等により、溶融亜鉛めっき鋼材の接合面に塗布され、常温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。

次に、実施例および比較例を挙げて、本発明を説明する。

試験片は、板厚１６ｍｍ、板幅７５ｍｍ、長さ３４０ｍｍの母材用溶融亜鉛めっき鋼板１と板厚９ｍｍ、板幅７５ｍｍ、長さ２９０の添板用溶融亜鉛めっき鋼板２を用意し、部材接合面から油、ゴミ等の耐力低下因子を除去して、以下に示す組成の処理剤を刷毛で直接塗布し、常温で乾燥させた。なお、母材用溶融亜鉛めっき鋼板１と添板用溶融亜鉛めっき鋼板２をボルトで締結するために、母材用溶融亜鉛めっき鋼板１の幅中央部に直径１７．５ｍｍのボルト穴３が２箇所、添板用溶融亜鉛めっき鋼板２の幅中央部に直径１７．５ｍｍのボルト穴３が４箇所明けられている。

処理剤１（本発明）は、８５％リン酸を１０．３重量％と、硝酸亜鉛を３．４重量％と、界面活性剤を０．０７重量％と、水溶性有機溶剤を３．４重量％と、増粘剤として澱粉を１３．８重量％と、水６８．９重量％で調整した処理剤である。処理剤２（従来のリン酸塩処理剤）は、リン酸を１０重量％と、亜硝酸ナトリウムを１０重量％と、ラウリルリン酸エステルナトリウム塩を０．１重量％と、水を７９．９重量％で調整した処理剤である。

次に、以上のように調整した試験片を摩擦試験体に組み立て、すべり耐力試験を実施した。組み立ては、母材用溶融亜鉛めっき鋼板１の長さ方向を突き合わせ、その突き合わせ部分の両側に添板用溶融亜鉛めっき鋼板２を図１に示すように当て、図２に示すように母材用溶融亜鉛めっき鋼板１と添板用溶融亜鉛めっき鋼板２のボルト穴３を重ね合わせる。各ボルト穴３に直径１６ｍｍの等級Ｆ８Ｔの溶融亜鉛めっき高力ボルト４を挿入して、溶融亜鉛めっきナット５を締付け、図３のように接合した。ナットの締付けは、ナット回転法で行い、各ナット５とも１次締付けトルク値（約１００Ｎ・ｍ）まで締付けた後、ナット５を１２０°回転させて本締めを行った。なお、ボルト締付け後に試験体側面にすべり確認用のケガキ線を書き入れた。

すべり耐力試験は、試験体を垂直にして、引張試験機で母材用溶融亜鉛めっき鋼板１の両端を保持した後、荷重を徐々に増加させて、すべり荷重を測定し、すべり係数を算出した。すべり点は、（１）試験体がすべり音を発した時、（２）引張試験機の指針が急に停止し、降下したとき、または（３）試験体側面に書いたケガキ線がずれたとき、のいずれかを確認したときとし、測定したすべり荷重（Ｐ）を用いて、以下の数式によりすべり係数（μ）を算出した。

各試験体におけるすべり荷重、算出されたすべり係数を表１に示す。

上記の表１より明らかなように、本発明の処理剤は、すべり係数０．４以上を有しており、従来のリン酸塩処理剤と比べても、高いすべり係数を有することが分かる。

ボルトを通す前の試験体の側面図ボルトを通す前の試験体の平面図ボルトを通してナットを締め付けた後の試験体の平面図

符号の説明

１母材用溶融亜鉛めっき鋼板
２添板用溶融亜鉛めっき鋼板
３ボルト穴
４高力ボルト
５ナット

Claims

溶融亜鉛めっき構造物の高力ボルト摩擦接合部の接合面に塗布される処理剤であって、リン酸５〜２０重量％と、硝酸亜鉛１〜１０重量％と、界面活性剤０．０５〜０．４重量％と、水溶性有機溶剤１〜１５重量％と、増粘剤として澱粉を５〜２０重量％と、水を含有し、刷毛塗りまたはローラー塗りにより塗布されることを特徴とする摩擦接合面処理剤。