JP4313750B2 - 埋設地際部の腐食防御性を有する鋼製柱 - Google Patents
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Description
本発明は、照明柱や標識柱、又はネットフェンスのポール等、屋外で埋設されて使用される鋼製柱に関するもので、さらに詳しくは、これら鋼製柱の埋設地際部の腐食を防止する技術に関する。
照明柱や標識柱等は、各種材料で作製されているが、鋼製のものが強度と価格のバランスが取れているために多用されている。これらは、屋外で埋設されて使用されることが多い。この際に、鋼材を腐食させないために、例えば、亜鉛めっきを施す方法や塗装をする方法等、何らかの防食がなされている。これらの防食は、雨風や結露等による腐食因子から鋼材を遮ることを目的にしていて、地上数ｍ部分が防食を行う範囲である。
しかしながら、これらの部分は防食されていても、土に埋設された部分の直上で腐食が起き易いことが知られている（非特許文献１）。この場合に、腐食を抑制する方法として、埋設部界面の上下に防食層を有する方法が開示されている（特許文献１）。この防食手段は、コンクリートに埋設された部分とその直上の電池作用による腐食を防いでいる。ところで、歩道や公園等、人が歩く場所に設置されている鋼製柱は、犬のマーキングがしばしば行われ、これによる腐食が問題であるとの報告もある（非特許文献２）。
前記のように、多用されている鋼製柱であるが、犬によるマーキングが行われ、これによる腐食が原因で倒壊することも指摘されており、犬のマーキングに対する耐久性を持たせる必要がある。そこで、本発明は、上記問題点を解決し、犬等によるマーキングが行われたとしても、埋設地際部の腐食防御性に優れる鋼製柱を提供することを目的とする。
本発明者らは、犬の尿成分による腐食の効果を実験室的に詳細に検討し、犬の尿成分による腐食促進現象を検討してきた。種々の検討の結果、犬の尿成分にはアンモニウムイオンは１０ｐｐｍ以下の濃度しか含まれていないのであるが、尿成分が外界の環境により分解、変質して、アンモニウムイオンが１００倍以上濃化し、０．１％以上含む溶液に変わること、さらに、このアンモニウムイオンが鋼材や亜鉛めっき、さらにはタールエポキシ塗装等、通常の柱材の防食被覆を劣化する主原因であることを明らかにし、アンモニウムイオンを含む水溶液での耐久性を向上させることで、犬のマーキングによる腐食問題を解決した。すなわち、以下のとおりである。
（１）防食被覆を有する鋼製柱であって、該鋼製柱と埋設用充填材が接する界面上端部の大気側及び充填材側の少なくとも５０ｍｍの鋼製柱外側部分に、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎのリン酸塩、ホウ酸亜鉛、硫酸Ｃａ、ヴァナジン酸アンモニウムや酸化ヴァナジウムから選ばれる１種、または２種類以上を混合したものであるアンモニウムイオンを中和する能力を有する顔料を１質量％以上３０質量％以下含む５０μｍ厚み以上のエポキシ系塗膜であり、前記エポキシ系塗膜が、エポキシ基末端を含むワニスを主成分とし、これに対してアミン、もしくはポリアミン、もしくはイソシアネートにより硬化させるタイプの塗料から得られる塗膜である、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた被覆層を有することを特徴とする埋設地際部の腐食防御性を有する鋼製柱。
（２）表面に亜鉛系めっきを施した鋼製柱であって、該鋼製柱と埋設用充填材が接する界面上端部の大気側及び充填材側の少なくとも５０ｍｍの鋼製柱外側部分に、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎのリン酸塩、ホウ酸亜鉛、硫酸Ｃａ、ヴァナジン酸アンモニウムや酸化ヴァナジウムから選ばれる１種、または２種類以上を混合したものであるアンモニウムイオンを中和する能力を有する顔料を１質量％以上３０質量％以下含む５０μｍ厚み以上のエポキシ系塗膜であり、前記エポキシ系塗膜が、エポキシ基末端を含むワニスを主成分とし、これに対してアミン、もしくはポリアミン、もしくはイソシアネートにより硬化させるタイプの塗料から得られる塗膜である、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた被覆層を有することを特徴とする埋設地際部の腐食防御性を有する鋼製柱。
（２）表面に亜鉛系めっきを施した鋼製柱であって、該鋼製柱と埋設用充填材が接する界面上端部の大気側及び充填材側の少なくとも５０ｍｍの鋼製柱外側部分に、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎのリン酸塩、ホウ酸亜鉛、硫酸Ｃａ、ヴァナジン酸アンモニウムや酸化ヴァナジウムから選ばれる１種、または２種類以上を混合したものであるアンモニウムイオンを中和する能力を有する顔料を１質量％以上３０質量％以下含む５０μｍ厚み以上のエポキシ系塗膜であり、前記エポキシ系塗膜が、エポキシ基末端を含むワニスを主成分とし、これに対してアミン、もしくはポリアミン、もしくはイソシアネートにより硬化させるタイプの塗料から得られる塗膜である、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた被覆層を有することを特徴とする埋設地際部の腐食防御性を有する鋼製柱。
本発明による鋼製柱を使用することで、埋設地際部の腐食、特に、犬等のマーキングによる腐食が解決され、通行人や交通障害になるポールの転倒等が回避できる。さらには、材料の寿命が延長され、照明柱等の取替え周期も長くでき、道路や公園等の管理コストを削減することができる。
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に係る構成説明図である。この図１に示すように、防食被覆層（亜鉛めっき）２を有する鋼製柱１であって、該鋼製柱１と埋設用充填材（土又はコンクリート）４が接する界面上端部の大気側及び充填材側それぞれの少なくとも５０ｍｍの鋼製柱外側部分に、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた耐食材３からなる被覆層を有することを規定する。
図１は、本発明に係る構成説明図である。この図１に示すように、防食被覆層（亜鉛めっき）２を有する鋼製柱１であって、該鋼製柱１と埋設用充填材（土又はコンクリート）４が接する界面上端部の大気側及び充填材側それぞれの少なくとも５０ｍｍの鋼製柱外側部分に、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた耐食材３からなる被覆層を有することを規定する。
本発明における防食被覆とは、鋼製柱本体を大気腐食から守る目的で施された被覆であれば、特に限定するものではないが、タールエポキシやポリエステル系の塗装、ポリエチレンや塩ビ樹脂によるライニング等がそれに当たる。さらに、本発明では、亜鉛系めっきを施された鋼製柱であることを規定する。すなわち、前記防食被覆材に対しても、本発明の効果は有効に作用するが、実施例でも示すとおり、亜鉛系のめっきを用いた鋼製柱である場合に、特に本発明による効果が顕著となる。
このときの亜鉛系めっきについては、ＪＩＳ−Ｈ８６４１で規定されているめっきが適用できる。さらに、亜鉛にＡｌやＭｇ等の合金成分を添加した合金めっきにおいても、同様の効果を有する。本発明で規定する鋼製柱とは、芯材を鋼で形成された柱で、鋼管形状が一般的ではあるが、鋼管の径を順に変化させたテーパーポール鋼管や角管形状やコラム、形鋼等、形状を特に規定するものではなく、デザイン上で複雑な形状を有する場合もある。
さらに、本発明では、鋼製柱と埋設用充填材が接する界面上端部の大気側及び充填材側それぞれの少なくとも５０ｍｍの鋼製柱外側の部分を、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた耐食材で被覆することを規定する。界面上端部の大気側及び充填材側をそれぞれ５０ｍｍ未満のみ被覆した場合では、埋設時の電気化学反応による電池作用が働き得る長さであり、５０ｍｍ以上では、この電池作用が極めて小さくなり、実用上問題が無くなる。さらに、全く無視できるレベルにするには、１５０ｍｍ以上が必要である。被覆の上限に関しては、特に規定するものではないが、問題となる高さが犬のマーキングの到達する範囲であることを考えると、１０００ｍｍ以下で充分である。
本発明では、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた耐食材が、アンモニウムイオンを中和する能力を有する顔料を１質量％以上３０質量％未満含む５０μｍ厚み以上のエポキシ系塗膜であることを規定する。ここで、アンモニウムイオンを中和する能力とは、アンモニウムイオンを含む溶液に溶かし込んだ場合にｐＨを下降させる能力であり、本発明では、下記のように検証した。
すなわち、市販のアンモニア水（２８％濃度）を５．６倍に薄め、５％アンモニウムイオンを含む水溶液を用意した。これのｐＨはほぼ１２．０である。これに上記顔料を粉末の状態で１％、すなわち、前記水溶液１００ｇに対し１ｇ添加した場合に、ｐＨが１、すなわち、１１．０以下に下がった場合に、アンモニウムイオンを中和する能力があるとした。
このような能力を持った顔料としては、モリブデン酸塩、ホウ酸塩、ヴァナジン酸塩、リン酸塩、硫酸塩の化合物が存在するが、その中でも、塗料の顔料として適しているものは、水に対する溶解度が小さいものが適当であり、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎのリン酸塩、ホウ酸亜鉛、硫酸Ｃａ、ヴァナジン酸アンモニウムや酸化ヴァナジウムを適用する。さらにこれらを２種類以上混合することで、よりアンモニウムイオンを中和する能力が増加する。ここで、本顔料を１質量％以上含有することで、その機能は十分に発揮できる。さらに、３０質量％を超えると、塗膜自身が脆くなり、逆に耐久性が落ちることになる。
本発明で規定するエポキシ系塗膜は、エポキシ基末端を含むワニスを主成分とし、これに対してアミン、もしくはポリアミン、もしくはイソシアネートにより硬化させるタイプの塗料から得られる塗膜であり、必要に応じ、体質顔料や溶剤、反応助剤、反応性希釈剤や、非反応性希釈剤等を添加しても良い。さらに本発明では、耐食材であるエポキシ系塗膜の膜厚を５０μｍの厚み以上と規定する。５０μｍ厚み未満では、塗膜のピンホールの発生を押さえることが難しく、そのピンホールより下地の鋼材の溶解が起こり、耐久性が満足できない。さらに望ましくは、１５０μｍ以上の厚みでより耐久性が向上する。また、膜厚の上限は特に規定するものではないが、５００μｍを超える厚みでは、効果の向上が見られなくなり、その分コストがかさむことになるので、５００μｍ以下が望ましい。
以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
ＪＩＳ Ｈ ８６４１に規定されている条件で亜鉛めっきを施した外径４３ｍｍφ×１００ｍｍ長さ×３．５ｍｍ厚の鋼管外面に、エポキシ樹脂ワニスを４９質量％、体質顔料（酸化チタン）を３０質量％、その他添加剤を約２質量％、さらに溶剤を６質量％含む主剤に、１３質量％の硬化剤で重合させる常温硬化型エポキシ樹脂塗料に、表２に示す顔料を塗料に対する質量％で、主剤中に添加し、刷毛で塗装して耐食材からなる被覆層を形成した。その際、顔料のアンモニウムに対する中和能の測定として、５％アンモニウムイオンを含む水溶液を１００ｇ用意し、これに表に記述した顔料を粉末の状態で１％、添加した場合に、ｐＨが１以上下がった場合にアンモニウムイオンを中和する能力があるとした。また、硬化剤の種類も、イソシアネート系樹脂を用いたものとポリアミドアミン系樹脂を用いたものとで試験した。
ＪＩＳ Ｈ ８６４１に規定されている条件で亜鉛めっきを施した外径４３ｍｍφ×１００ｍｍ長さ×３．５ｍｍ厚の鋼管外面に、エポキシ樹脂ワニスを４９質量％、体質顔料（酸化チタン）を３０質量％、その他添加剤を約２質量％、さらに溶剤を６質量％含む主剤に、１３質量％の硬化剤で重合させる常温硬化型エポキシ樹脂塗料に、表２に示す顔料を塗料に対する質量％で、主剤中に添加し、刷毛で塗装して耐食材からなる被覆層を形成した。その際、顔料のアンモニウムに対する中和能の測定として、５％アンモニウムイオンを含む水溶液を１００ｇ用意し、これに表に記述した顔料を粉末の状態で１％、添加した場合に、ｐＨが１以上下がった場合にアンモニウムイオンを中和する能力があるとした。また、硬化剤の種類も、イソシアネート系樹脂を用いたものとポリアミドアミン系樹脂を用いたものとで試験した。
これらの試験鋼管に、長手方向に１ｍｍ幅５０ｍｍ長さの亜鉛めっき層まで達する傷をカッターナイフで形成し、３％ＮａＣｌ４０℃浸漬１ヶ月、０．０１ｍｏｌ／ｋｇのＮａＯＨ水溶液常温浸漬１ヶ月、０．０１ｍｏｌ／ｋｇアンモニア水溶液常温浸漬１ヶ月の試験をそれぞれ行い、腐食並びに傷部の膨れ幅を平均値で評価した。その結果を合わせて、表２に示す。本発明例は、アンモニウムイオン溶液での耐久性が優れていることが分かる。さらに、アンモニウムイオン中和能を持つ顔料を１〜３０質量％含む塗膜厚５０μｍ以上の試料で、より耐久性に優れることが分かる。
（実施例２）
内径１５０ｍｍφ、肉厚６ｍｍ、長さ３ｍの鋼管にＪＩＳ Ｈ８６４１に規定されている方法により亜鉛めっきを施し、その表面の下端より５００ｍｍ離れた部分から上部に５００ｍｍの範囲に、実施例１に示した７番の仕様の耐食材を被覆したもの、並びに、比較例として、耐食材を被覆しない鋼管をそれぞれ用意した。これらの鋼管を下端より７５０ｍｍの位置がコンクリート表面に現われるようにコンクリートに立て込み、その上に５０ｍｍ厚さで土をかぶせたものを試験体とした。
これらの試験体に、１日一回、表１に示した平均的な犬の尿とほぼ同じ成分の溶液を散布した。１年経過した後に観察すると、比較材では、土に埋設された部位のめっきが腐食し、赤錆の発生が見られたが、本発明例の１本の鋼管は全く腐食が認められなかった。これより、本発明の鋼製柱が耐久性に優れることが実証された。
内径１５０ｍｍφ、肉厚６ｍｍ、長さ３ｍの鋼管にＪＩＳ Ｈ８６４１に規定されている方法により亜鉛めっきを施し、その表面の下端より５００ｍｍ離れた部分から上部に５００ｍｍの範囲に、実施例１に示した７番の仕様の耐食材を被覆したもの、並びに、比較例として、耐食材を被覆しない鋼管をそれぞれ用意した。これらの鋼管を下端より７５０ｍｍの位置がコンクリート表面に現われるようにコンクリートに立て込み、その上に５０ｍｍ厚さで土をかぶせたものを試験体とした。
これらの試験体に、１日一回、表１に示した平均的な犬の尿とほぼ同じ成分の溶液を散布した。１年経過した後に観察すると、比較材では、土に埋設された部位のめっきが腐食し、赤錆の発生が見られたが、本発明例の１本の鋼管は全く腐食が認められなかった。これより、本発明の鋼製柱が耐久性に優れることが実証された。
1 鋼製柱
2 防食被覆層（亜鉛めっき）
3 耐食材
4 埋設用充填材（土又はコンクリート）
2 防食被覆層（亜鉛めっき）
3 耐食材
4 埋設用充填材（土又はコンクリート）
Claims (2)
- 防食被覆を有する鋼製柱であって、該鋼製柱と埋設用充填材が接する界面上端部の大気側及び充填材側の少なくとも５０ｍｍの鋼製柱外側部分に、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎのリン酸塩、ホウ酸亜鉛、硫酸Ｃａ、ヴァナジン酸アンモニウムや酸化ヴァナジウムから選ばれる１種、または２種類以上を混合したものであるアンモニウムイオンを中和する能力を有する顔料を１質量％以上３０質量％以下含む５０μｍ厚み以上のエポキシ系塗膜であり、前記エポキシ系塗膜が、エポキシ基末端を含むワニスを主成分とし、これに対してアミン、もしくはポリアミン、もしくはイソシアネートにより硬化させるタイプの塗料から得られる塗膜である、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた被覆層を有することを特徴とする埋設地際部の腐食防御性を有する鋼製柱。
- 表面に亜鉛系めっきを施した鋼製柱であって、該鋼製柱と埋設用充填材が接する界面上端部の大気側及び充填材側の少なくとも５０ｍｍの鋼製柱外側部分に、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎのリン酸塩、ホウ酸亜鉛、硫酸Ｃａ、ヴァナジン酸アンモニウムや酸化ヴァナジウムから選ばれる１種、または２種類以上を混合したものであるアンモニウムイオンを中和する能力を有する顔料を１質量％以上３０質量％以下含む５０μｍ厚み以上のエポキシ系塗膜であり、前記エポキシ系塗膜が、エポキシ基末端を含むワニスを主成分とし、これに対してアミン、もしくはポリアミン、もしくはイソシアネートにより硬化させるタイプの塗料から得られる塗膜である、アンモニウムイオンを含む水溶液に対する耐久性に優れた被覆層を有することを特徴とする埋設地際部の腐食防御性を有する鋼製柱。
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