防食概論塗装・塗料

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 ここでは,既に供用されている鋼橋の塗装について, 【塗替え塗装とは】, 【塗装足場】, 【塗替え時の素地調整】, 【塗装作業】 に項目を分けて紹介する。

 防食塗装系(鋼橋維持管理の背景)

 塗替え塗装とは

 塗替え塗装
 塗装目的に適した塗膜機能(環境遮断性,光沢,色彩など)が低下した場合に,塗膜の機能回復を目的に実施される。例えば,情報伝達が目的の看板などは,塗膜劣化で文字や文様が不明瞭になり伝達したい情報が明瞭に伝わらなくなった場合に,美装が目的の自動車,電車などでは光沢の低下や変色により美観が損なわれた場合に,金属防食が目的の塗装では,塗膜はがれ,割れなどの塗膜劣化で放置すると金属の腐食に至る状態に至った場合に塗替え塗装が計画される。
 
 鋼構造物では,ある程度の腐食を想定した設計になっているため,腐食性の低い環境の構造物では,さび(腐食)が進行してから塗替え塗装に至っても構造物の寿命に大きくは影響しない。
 しかしながら,腐食性の高い環境の構造物では,一旦腐食発生に至ると,腐食面積は小さくとも,比較的短い期間で深さ方向に腐食が進み,塗替え塗装を行っても同一箇所での腐食の繰り返しで,鋼板の断面欠損に至ることもある。
 このため,塗膜劣化度の調査結果に基づき,個々の構造物の置かれる環境を考慮して,適切な塗替え塗装時期の判定が求められる。
 
 塗替え塗装時期の判定は,事業者ごとに考え方が異なるので,それぞれの構造物の維持管理の考え方に従う。例えば,道路の鋼橋では,国土交通省道路局が定めた「橋梁の維持管理の体系と橋梁管理カルテ作成要領(案)」,「橋梁定期点検要領(案)」などの維持管理要領に,鉄道の鋼橋では,国土交通省令「鉄道に関する技術上の基準を定める省令」の解釈基準の一つである鉄道構造物等維持管理標準に準拠して実施される。
 
 既設の構造物では,定期的に行われる検査(点検)と同じタイミングで塗膜調査が行われ,塗膜の防食機能低下と判断された場合には,腐食個所や塗膜劣化個所の機能回復を目的に塗替え塗装(repainting coat)が計画される。
 塗替え塗装の基本的な工程は, 塗装計画 ⇒ 塗装足場の架設 ⇒ 素地調整塗装作業 ⇒ 塗膜検査 ⇒ 足場解体(足場金具跡などの補修塗装含む) ⇒ 産業廃棄物処理 である。
 参考:塗装工程の詳細は,【塗装概論】の「塗替え塗装工程」で紹介する。
 
 【参考】
 活膜を残す塗替え塗装方法
 1950年代の研究により,旧塗膜を全てはく離する塗装(塗膜更新)より,活膜を残すことで,塗替え塗膜全体の平均的耐久性の向上に寄与するとの結果を受けて,活膜を残す塗装方法がその後の標準的な塗替え塗装方法となっていた。
 塗膜劣化(degradation of coatings)
 外的要因(環境,事故等)で初期の塗膜性能が低下すること。防食塗装塗膜では,さび,膨れ,割れ,はがれなどが,景観を重視する塗膜では,変退色,光沢低下,白亜化などが注目される塗膜性能である。
 多くの鋼橋では,景観より防食(corrosion prevention)を優先する。このため,塗膜調査においては,塗膜が破壊され腐食に至っている“さび(rust)”の程度,塗膜の防食機能が失われ,腐食に至る可能性が高くなっている“塗膜割れ(crack)”,“塗膜はがれ(peeling, flaking)”,“塗膜膨れ(blister)”の程度を中心に評価される。
 一部の鋼橋では,景観を重視するものもある。この鋼橋では,上塗り塗膜の特性変化として“白亜化(chalking)”の程度,“光沢(gloss)”の変化,“変色(discoloring)”,及び“汚れ”が評価対象となる。
 さびの等級(designation of degree of rust)
 塗膜のさびの程度を,基準図版による等級見本と比較し,評価された等級。基準図版は,塗膜を貫通したさび,及び明らかな塗膜下からのさびとの組合せによって,種々の等級に劣化させた塗装鋼板面の状態を示す。【JIS K5600-8-3「さびの等級」】
 割れの等級(designation of degree of cracking)
 塗膜の割れの程度を,割れの形式(割れの深さ)により,a) 上塗りを貫通していない表面割れ,b) 上塗りは貫通しているが,その下の塗膜は割れなし,c) 全塗膜層を貫通している割れに分類し,それぞれについて図版を参考に,割れの密度の等級付けをすると共に,割れの平均の大きさの等級をつける。【JIS K5600-8-4「割れの等級」】
 はがれの等級(designation of degree of flaking)
 塗膜のはがれ程度を,図版を参考に,はがれの量(面積),はがれで露出した個々の面積の平均の大きさ,はがれの深さ(はがれた部位)で等級付けする。【JIS K5600-8-5「はがれの等級」】
 膨れの等級(designation of degree of blistering)
 塗膜の膨れの程度を,基準図版による等級見本と比較し,評価された等級。基準図版では,膨れの大きさを等級 2,3,4 及び 5,並びに膨れの量(密度)を等級 2,3,4 及び 5 と等級付けして,図示している。【JIS K5600-8-2「膨れの等級」】

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 塗装足場

 道路や鉄道の橋梁(bridge)には,一般的な河川や海峡に架設される橋梁,道路や線路を乗り越える架道橋跨線橋,占有地に架設された高架橋がある。
 塗替え塗装は,橋梁の架設される現地で,一般的には供用中の作業となる。塗装作業では,現地の条件に適した足場(scaffold, work platform)を設置する必要がある。
 足場の架設は,厚生労働省の労働安全衛生規則(Ordinance on Industrial Safety and Health)(足場等関係)の規定に従い,安全な作業を行えるようにしなければならない。
 
 高架橋の工事では支柱足場が,トラス構造の橋梁や橋脚では,本足場枠組足場などが適用可能である。しかし,他の形式の橋梁では,橋梁下部の制約により支柱足場などの架設が不可能である。このため,橋梁工事(架設,塗装,補修・補強)の足場として吊り足場(hanging type scaffold)が一般的に用いられる。
 なお,吊り足場には,吊りチェーンを用いた吊り足場(hanging bridge scaffold),外壁からゴンドラ等を吊り下げて作業する吊り足場(suspended scaffold)などがある。
 
 橋梁工事で用いる吊り足場は,橋梁本体から垂らした足場チェーンで作業用の床(作業床)を作り,作業員の安全確保・周囲の危険防止に寄与できるものを用いる。
 足場工では,素地調整時の粉じんや除去した塗膜片,塗装時の塗料ミストの飛散防止を図るとともに,作業者の落下防止は当然として,工具等落下物による第 3者被害を防止するための防護工(protection facility)を施さなければならない。
 このための防護措置(養生ともいう)として,床面への防護シートの貼り付け,板張りなどが必要となる場合もある。特に,現場ブラスト処理を行う場合は,粉じんの飛散防止を目的とした密閉性の高い防護措置が求められる。
 この場合は,密閉空間として安全対策(粉じん被害,火災,爆発,溶剤中毒などの事故防止)として,火気厳禁はもとより,防護服の着用,適切な照明(防爆仕様)の採用,換気装置の設置などが必要になる。

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 塗替え時の素地調整

 素地調整作業の制約について

 工場塗装の素地調整では,最適の作業姿勢が採れるように部材を移動して作業できるが,現場塗装では,橋梁の構造に合わせた作業にならざるを得ない。すなわち,作業足場,障害となる部材形状などで使用できる機器・器具類,作業姿勢が制限される。
 塗替え塗装時の素地調整は,塗装足場の構造や現場の制約を考慮して,“ブラスト(abrasive blast-cleaning, blasting)による処理”“動力工具を用いた処理”“手工具を用いた処理”を適切に組み合わせて実施できるよう計画しなければならない。
 素地調整の理想としてブラスト処理を推奨しているが,実作業では,作業足場や現地の制約で実施困難な場合も多い。例えば,現地が住宅地で,夜間作業となる場合は,騒音対策が最大の障害となる。
 なお,前述したように,一般的なブラスト処理を行う場合は,密閉性の高い防護措置が求められ,密閉空間として安全対策(粉じん被害,火災,爆発,溶剤中毒などの事故防止)が必要になる。場合によっては,溶剤の少ない水系塗料などを用いた塗装系への変更も検討する必要がある。
 これを避ける手段として,粉塵の発生が少ないバキュームブラストを採用し,腐食箇所のみの部分ブラストの採用が考えられる。

 さびの特徴について

 塗替え塗装では,10年を超える期間を屋外の環境に曝され,発生・成長したさび,及び塗膜劣化部の素地調整が求められる。
 塗替え塗装時のさび層(rust layer)は,長い期間かけて架設環境の影響を受け,厚く層状に堆積(数mm以上)しているのが通例である。
 特に,海岸付近などの飛来塩分(flying salinity)が多いなど,腐食性の高い架設環境で成長したさび層は,腐食した鋼の腐食で紹介するように,さび層と鋼の界面塩化物イオンなどの環境汚染因子(environmental pollution factors)を包含しているため,界面のさび層を完全に除去することなく塗替え塗装すると,早期(数年以内)に塗膜下腐食(corrosion under paint films)の進行で,塗替え塗装必要と評価されるほどの主要な欠陥になることが経験されている。
 一方,腐食性の低い架設環境で生成したさび層は,比較的緻密であり,完全に除去せずに塗替え塗装を行っても,この箇所の塗膜下腐食によるさび発生までは比較的長い期間を期待でき,この箇所がその後の塗膜調査で,塗替え塗装必要と評価する主要な欠陥にならないことも多く経験されている。
 すなわち,塗替え塗装塗膜の耐久性向上を期待する場合には,腐食性の高い架設環境の塗替え塗装で,部分ブラストの採用や,鋼素地まで研削可能な工具の採用などにより,可能な限りのさび層の除去を実施することが必要である。

 素地調整種別について

 道路鋼道路橋塗装・防食便覧
 素地調整程度 1 種 : ブラスト処理により,さび,旧塗膜を完全に除去し,鋼材面を露出させる。
 素地調整程度 2 種 : さび面積 30%以上の場合,動力工具と手工具との併用により,旧塗膜,さびを除去し鋼材面を露出させる。ただし,さび面積 30%以下で,旧塗膜が B 塗装系(塩化ゴム系塗膜)の場合には,ジンクリッチペイントを残し,他の旧塗膜を完全に除去する。
 素地調整程度 3 種 : 動力工具と手工具との併用により,活膜は残すが,それ以外の不良部(さび,割れ,ふくれ)は除去する。3 種には,さび面積,及び塗膜異常面積の違いで,3 種 A さび面積 15~ 30%,塗膜異常 30%以上),3 種 B さび面積 5~ 15%,塗膜異常 15~ 30%),3 種 C さび面積 5%以下,塗膜異常 5~ 15%)に分けられる。
 素地調整程度 4 種 : 塗膜異常面積 5%以下の場合に適用し,動力工具と手工具との併用により,粉化物,汚れなどを除去する。
 
 鉄道鋼構造物塗装設計施工指針
 「鋼構造物塗装設計施工指針」では,塗替え塗装における下塗り塗料のタッチアップ(補修塗り)面積に応じて,次の区分を規定している。タッチアップ面積は,さび箇所の素地調整作業で,健全部の塗膜を含めて除去するので,一般的にさび面積の数十倍にまで広がる。
 なお,替ケレン種別によらず,素地調整程度は,用いる手法に応じた除錆度が求められる。
 替ケレン-1 : 手工具,動力工具,又はブラストを用いて“さび,劣化塗膜”を除去する。タッチアップ面積(下塗り塗料の補修塗り面積)の目安 70~ 100%(見本写真のさび面積約 11%
 替ケレン-2 : 手工具,動力工具,又は部分ブラストを用いて“さび,劣化塗膜”を除去する。タッチアップ面積の目安 30~ 50%(見本写真のさび面積約 1%
 替ケレン-3 : 手工具,動力工具,又は部分ブラストを用いて“さび,劣化塗膜”を除去する。タッチアップ面積の目安 15~ 25%(見本写真のさび面積約 0.4%
 替ケレン-4 : ワイヤブラシ,及び研磨紙等を使用し,表面の粉化物や汚れを除去する。必要により手工具,動力工具を用いる。タッチアップ面積の目安5%以下(見本写真は点さび程度(さび面積0.04%)
 
 【参考】
 素地調整(surface preparation, cleaning)
 塗料の付着性及び防せい効果をよくするために,機械的又は化学的に被塗装物体表面を処理し,塗装に適するような状態にすること。ケレンともいう。【 JIS Z 0103「防せい防食用語」】
 ケレン(cleaning, hand cleaning)
 素地調整と同義語。【 JIS Z 0103「防せい防食用語」】
 cleanの転訛(てんか)した陶工用語,鋼橋塗装,建築塗装等で鉄部のさびた部分をスクレーパ-等で除去すること。【(社)色材協会編「塗料用語辞典」】
 塗替え塗装時に行う素地調整作業を替ケレンともいう。
 ブラスト処理(abrasive blast-cleaning, blasting)
 処理される表面に高運動量のブラスト研削材を衝突させる方法。金属製品の防せい防食を目的として塗料などを被覆する場合に,素地調整のために行われる。研削材に大きな運動エネルギーを与えて金属表面に衝突させ,金属表面を細かく切削及び打撃することによってさび,スケールなどを除去して金属表面を清浄化又は粗面化させる方法(JIS Z 0311「ブラスト処理用金属系研削材」参照)。【JIS K5500「塗料用語」】
 加使用する研磨材などの種類によって,アブレシブブラスト(abrasive blasting),ビードブラスト(bead blasting),ガラスビードブラスト(glass bead blasting),カットワイヤブラスト(cut wire blasting),グリットブラスト(grit blasting),サンドブラスト(sand blasting),ショットブラスト(shot blasting),ウエットブラスト(wet blasting)の用語を規定している。
 バキュームブラスト(vacuum blasting equipment)
 加圧槽のブラスト材料を圧縮空気を用いて素地調整を行う装置に,飛散するブラスト材料を吸引回収する機能を備えた装置。作業効率は劣るが,粉じんの飛散防止を目的とした部分ブラストに用いられる。

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 塗装作業

 塗替え塗装は,屋外の現場で供用しながらの作業になることを除いて,基本作業は前項で紹介した新設時塗装方法と同様である。 ただし,「塗り付け方法」のうち,吹付け塗り(エアーレススプレー,エアスプレーなど)は,塗料粉末の飛散防止対策なしでは使用できない。
 次には,塗替え塗装と新設塗装で大きく異なる条件を次に示す。

 付着塩分量の測定

 塩が付着する下地をそのままにして塗装すると,下地が素地金属の場合は早期の腐食,素地が塗膜の場合は,塗り重ねた塗膜の膨れ,はがれの原因となるため,塗装下地表面の付着塩分量(adhered salt content)の測定が必要になる。
 特に測定が必須となるのは,海岸からの距離が数キロメートル以内と短く,多量の飛来海塩粒子(airborne sea salt particles)の付着が想定される鋼橋,凍結防止剤(antifreezing agent)を散布する区間で,多量の飛来塩分(flying salinity)が想定される鋼橋などである。
 測定のタイミングは,素地調整の直前,及び塗料を塗り付ける前である。団体等で規定する付着塩分量を超える量が計測された場合は,素地調整や塗装作業に先立ち水洗等の除塩作業が必要になる。  
 海塩粒子(sea salt particles)とは,海岸の波打ち際及び/又は海上で波頭が砕けたときに発生する海水ミストが,風で運ばれて飛来した大きさ約 0.01μm~20μm の粒子をいう。

 活膜の判定

 塗替え塗装で,塗膜の全面更新を計画しない場合は,活膜を残して施工するのが一般的である。活膜とは,JIS用語としての定義はないが,古くから用いている用語で,一般的にはスクレーパー(力棒;hand scraper)で擦っても容易に剥離しない塗膜,すなわち良好な付着性を有し,脆化していない旧塗膜をいう。
 なお,スクレーパーを当てることで,塗膜にせん断力を加えることになる。これにより,塗膜の付着性と脆性を定性的に評価できる。
 一方,ディスクサンダーなどの動力工具では,塗膜に大きなせん断力を与えられないので,ディスクサンダーで除去されない塗膜を活膜と判断するのは間違いである。

 塗付量の管理

 新設時塗装では,磁気式,電磁誘導式,又は渦電流式の膜厚計を用いて乾燥膜厚(dry-film thickness)の管理を行っている。
 しかし,塗替え塗装では,腐食した鋼表面の平滑性が乏しい,腐食個所以外では,厚みの異なる旧塗膜(活膜)が残存する。このため,膜厚計を用いた計測結果の信頼性が確保できない。
 そこで,塗り付け方法の適否をウェット膜厚(wet-film thickness)で随時確認し,塗装面積に対する塗料使用量から規定の塗膜厚み(平均値)が得られているかを推定することで,塗付量を管理するのが一般的となっている。この方法は,使用量管理,あるいは空缶管理などという。

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