防食概論:塗料・塗装

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         塗替え塗装(塗り付け作業)

 鋼橋などの大型構造物の塗替え塗装は,現場での屋外作業が大多数である。現場・屋外作業では,立地環境による制約,複雑な構造による作業姿勢の制限,気象の直接影響などを受ける。このため,対象構造物に適した塗装工事を計画し,現場・屋外作業に適した塗り付け作業を実施する。
 ここでは,塗替え塗装の実施に際して,一般的な留意点,管理の要点として,「先行塗装」,「塗付け量の確認」,「気象条件の記録」に項目を分けて解説する。

 【先行塗装】

 隅部,角部,部材合わせ部,ボルト・ナット部など複雑な構造部位は,1回の塗装で十分な厚みを確保できないことが多い。そこで,素地調整で鋼素地を露出させたこの種の個所では,指触乾燥の状態で補修塗装を1回多く増し塗りするなど状況に応じた仕様の変更が望ましい。
 また,塗膜調査で,これらの部位の腐食が甚だしく,通常の塗装では長期耐久が期待できないと想定される場合には,塗装仕様の変更(超厚膜形塗料の部分採用など),ボルトキャップの採用を検討するのが良い。
 
 【参考】
 乾燥(塗料)(drying)
 塗付した塗料の薄層が,液体から固体に変化する過程の総称。塗料の乾燥機構には,溶剤の揮発,蒸発,塗膜形成要素の酸化,重合,縮合などがあり,乾燥の条件には,自然乾燥,強制乾燥,加熱乾燥などがある。また,乾燥の状態には,指触乾燥,半硬化乾燥,硬化乾燥などがある。
 指触乾燥(set-to-touch, dust-free, dust dry
 塗料の乾燥状態の一つ。塗った面の中央に触れてみて,試料で指先が汚れない状態(set-to-touch)になったときをいう。JIS K 5600-1-1「塗料一般試験方法-第1部:通則-第1節:試験一般(条件及び方法) 参照。
 備考:ASTM,BS では,このほかに,塗面にほこり(綿の繊維や顔料グレードの炭酸カルシウムなど)が付着しなくなった状態を dust-free にあるという。【JIS K5500「塗料用語」】

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 【塗り付け量の確認】

 その塗料に規定する量を過不足なく塗り付け,均一で必要な厚さを確保しなければならない。塗り替え塗装における塗付けた塗料の管理には,新設時に実施した電磁膜厚計(electromagnetic thickness tester)の適用は,旧塗膜残存や素地調整による下地の凹凸の影響で不可能である。
 そこで,塗り付け作業が適切に実施されているかは,JIS K 5600-1-72014「膜厚」に規定されるぬれ膜厚(wet-film thickness)の測定を採用し,乾燥膜厚に換算した後,必要な膜厚が確保できているかを確認するのが一般的である。
 
 塗替え塗装時に適切に塗付けられているかを確認するためのぬれ膜厚(ウェット膜厚)確認にJIS K 5600-1-7「膜厚」に規定される測定法 1A くし形ゲージ,又は測定法 1B ロータリ形ゲージを用いるのが一般的である。
 工事全体として適切に塗付けられたかを確認するためには,JIS K 5600-1-7「膜厚」に規定される 質量法(difference in mass)を応用した方法が用いられる。すなわち,塗装した面積,塗料の密度が既知なので,使用した塗料の量と想定した塗着効率から単位面積に塗付けられた塗料の量,すなわちぬれ膜厚が計算できる。この方法による膜厚管理を“使用量管理や空缶管理”という。

ウェットフィルム膜厚計

ウェットフィルム膜厚計
写真出典:(株)サンコウ電子研究所 カタログ

 塗装系に規定される乾燥膜厚を Td とすると,作業中のウェット膜厚(Tw)を次の要領で推定できる。
 厳密には,塗料密度,希釈に用いた溶剤量,密度を考慮した計算が必要であるが,過不足なく塗り付けているかの確認が目的なので,塗料試験成績書に示される混合塗料中の加熱残分 Vs(%),希釈した溶剤の割合 S(%)を用いて,
      Tw Td×100/Vs×(100+S)/100 = Td×(100+S)/Vs
で得られる厚みの管理で十分である。
 
 【参考】
 ぬれ膜厚(塗料)(wet-film thickness)
 塗装直後の未乾燥状態での膜厚。【JIS K5600-1-7 「塗料一般試験方法−第1部:通則−第7節:膜厚」】
 当該規格には,ぬれ膜厚を求める方法として,機械式測定法(mechanical methods)と質量法(difference in mass, gravimetric method)が規定されている。
 機械式測定法には,くし形ゲージ”(comb gauge)ロータリー形ゲージ”(wheel gauge),がある。
 “くし形ゲージ”では,板の両端の一対の歯の内側に隙間の異なる歯列があり,塗料によってぬれる歯の最も大きいギャップの読みから塗料の厚みを求める。
 “ロータリー形ゲージ”には,円筒に同じ直径で同軸となる 2つの枠と直径が小さく偏心している枠の 3つの枠があり,外側の枠の一方には,目盛が刻まれており,偏心枠の数値は,同心枠の目盛と対比して読み取ることができる構造を持つ。枠を転がし塗料で濡れている偏心した枠の最も高い目盛の値からぬれ厚みを求める。

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 【気象条件の記録】

 塗装作業中は,天候,温度,湿度を記録しておくのが一般的である。塗装系・塗料毎の仕様として,気温,湿度の制限があるので,これを厳守しなければならない。
 特に,冬季の低温時(硬化反応が進まない),夏季の高温時,特に高い鋼板温度(溶剤揮発が速すぎ,レベリング不良など均一な塗膜が形成されない),相対湿度の高い時期(塗膜表面の結露)は,注意が必要である。
 
 塗装作業での相対湿度(relative humidity)の制限は,塗料種で異なるが,無機ジンクリッチペイントなど湿気硬化形の塗料で下限と上限を定め,その他の溶剤形塗料では上限を定ているが下限を定めていないのが通例である。相対湿度の上限は,多くの塗料で 85%とし,これ以上の相対湿度での施工を禁止している。
 相対湿度 85%を上限とする理由は次による。溶剤形塗料を塗り付けた直後に溶剤の揮発に伴う気化熱(heat of vaporization)により,塗膜表面の熱が奪われ,表面温度が低下する。
 ここで,常温(23℃程度)付近で表面温度が気温より約 2.7℃低下した場合には,相対湿度 85%での露点(dewpoint)に達し,結露(dew formation)し始める。
 塗り付けた塗料が乾燥する前に,水が付着すると塗膜不具合の原因になる。一般的には,構造物用塗料の溶剤揮発で表面温度が 2℃以上低下することが少ないので,安全な範囲として,相対湿度 85%が作業禁止の条件として定められた。
 これは,ブラスト処理作業禁止条件の相対湿度 80%以上とは意味合いが違うので混同しないこと。
 他には,強風,降雨,降雪,霜も塗装作業に影響するので,塗装作業期間の気候も記録しておくのが良い。
 
 【参考】
 露点(dewpoint)
 露点温度ともいい,水蒸気を含む空気やガスを冷却するとき,その水蒸気圧が飽和水蒸気圧と等しくなる温度。この温度以下になると水蒸気は液化する。【JIS Z0103「防せい防食用語」】
 結露(dew formation)
 露点以下の温度で水蒸気が凝縮すること。【JIS Z0103「防せい防食用語」】

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