防食概論塗装・塗料

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 ここでは,道路に既に架設されている鋼橋に適用される塗替え塗装について, 【塗替え塗装とは】, 【素地調整種別】, 【塗替え塗装系と旧塗膜の関係】, 【塗装系の変遷】 に項目を分けて紹介する。

 道路橋の防食塗装(塗替え塗装)

 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準拠して実施される。

 防食便覧 2005;第Ⅱ編 塗装編 第 7章 塗替え塗装(抜粋・要約)
 塗替え塗装の時期

 管理者は,定期点検や詳細点検などの結果に基づいて防食機能が合理的に維持されるよう塗替え時期塗装仕様を決定する必要がある。

 塗替え方式

 全面塗替え
 鋼橋の塗膜は,塗膜が一様に劣化することはなく部位により塗膜劣化程度が異なる。
 塗膜に劣化が見られた時点で直ちにその部分を塗替えることが理想的であるが,作業足場の架設や塗装効率など経済性や作業条件など種々の制約かおるため橋の機能に影響がないことが明らかな場合は,塗替え塗装に大きな影響を与えない程度の部分的な塗膜劣化を許容し,全面塗替えによって対処することもある。
 部分塗替え
 鋼橋の塗膜は,けた端部,連結部,下フランジ下面など,特定の部位の塗膜が他の部位に比べて劣化が著しくなる傾向があり,この部分を適切に維持管理することにより,全面塗替え時期を延ばすことが可能である。
 したがって,一般部の塗膜が健全でも,けた端部,連結部,下フランジ下面など特定の部位の劣化が著しい場合には塗膜劣化の著しい箇所の部分塗替えを行うこともある。
 局部補修
 ジンクリッチベイントを防食下地に用いる重防食塗装系は,耐久性に優れているので,重防食塗装系を適用した橋では塗膜厚の不均一になりやすい連結部のボルト頭や,当て傷による塗膜欠陥の生じた部材角郎等の点さびを局部的に補修塗装しておけば,長期間にわたり全面塗替えを行わないで塗膜の防せい(錆)性能を維持することができる。海上など厳しい環境に架設される長大橋では,橋梁点検車や移動足場などを利用して局部補修を行って全面塗替えの間隔を大幅に延ばすことが可能である。

 塗替え塗装仕様一般

 塗替え塗装は,旧塗膜の塗装系,塗替え時の劣化程度,および塗替え後の塗膜に斯待する耐久年数によって塗装仕様を選定する必要がある。
 鋼橋は,塗膜の暴露される環境が塗替え後も変わらないので従来の塗替え塗装では,旧塗装と同じ性能を有する塗装系を一般的に選定していた。しかし,鋼橋塗装の LCC,環境対策,景観上の配慮などの観点からはより耐久性の優れた塗装系にするほうが有利かつ合理的と考えられるため,塗替え塗装仕様は従来よりも耐久性に優れる重防食塗装系を基本とするとよい。
 
 【参考】
 塗替え方式の選択
 全面塗替え部分塗替えの選択は,長期的な維持管理費用の算出による経済性の比較,部分的な塗替えによる色調,光沢の違いが与える景観・美観上の影響などを検討して行う。
 塗装系変更について
 一般環境の塗替え塗装系を塗替え周期延伸を目的に重防食塗装系に変える場合には,旧塗膜の全面除去が必要となる。
 塗装作業時に橋梁を移動することができないので,橋梁架設現場で多い制約条件下での施工となり,得られる塗膜の品質は,新設時の橋梁製作工場で得られる塗膜より劣る場合が多い。
 従って,単に重防食塗装系に変えただけでは,塗替え周期を延伸できない場合,局部腐食が悪化する場合もあるので,塗装系変更に際しては,専門家による的確な状況判断が必要である。ともすると,予算獲得を目的とした恣意的な LCC評価,環境対策,景観評価になりかねないので注意が必要である。

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 素地調整種別

 素地調整(surface preparation)
 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。【 Z0103「防せい防食用語」】
 ケレン(cleaning, hand cleaning)
 JIS Z 0103「防せい防食用語」では,素地調整と同義語。塗替え塗装時のケレンを替(え)ケレンともいわれる。
 (社)色材協会編「塗料用語辞典」技報堂出版,1993では,“ 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。”と解説されている。
 
 鋼道路橋塗替え塗装で採用される素地調整の種別は次の通りである。なお,鋼鉄道橋の塗替え塗装判定基準とは著しく異なるので注意が必要である。

 防食便覧 2005;第Ⅱ編 塗装編 第 7章 塗替え塗装 素地調整

 1 種
 ブラスト法によるもので素地調整の効果は最も優れている。ただし,周辺を汚すことのないように養生等を十分に行う必要がある。
 さび面積;-%,塗膜異常面積;-%
 作業内容等;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。
 2 種
 塗面およびさびを全面除去して鋼材面を露出させるものであるが,さびが多少残存したり,作業に要する時開か長く費用も高くなるので実用的でない。
 さび面積;30%以上,塗膜異常面積-%
 作業内容等;ディスクサ ンダー,ワイ ヤホイルな どの電動工具と手工具との併用,ブラスト法により旧塗膜,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,b塗装系の場合はジンクプライマーやジン クリッチペイントを残し,他の旧塗膜を全面除去する。( B,b塗装系は塩化ゴム系塗料を用いた塗装系である。)
 3種,4種
 素地調整程度 3種および 4種は,いずれも動力工具と手工具を用いて行うものであるが,作業効率の良い動力工具が多用され,手工具は動力工具の適用が難しい個所に用いられる。
 動力工具や手工具では,くぼみ部分,狭あい部,ボルト,リベット部等の除せい(錆)や塗面除去を完全に行うことはできない。またジンクリッチ塗面を完全に除去することも難しい。
 素地調整程度 3種および 4種を行う場合は,腐食,発さびしている部分のさびを除去するとともに,旧塗面の活面上の付着物界も除去する必要がある。
 作業内容等;ディスクサ ンダー,ワイ ヤホイルな どの電動工具と手工具との併用,ブラスト法により,素地調整程度 3種は,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。素地調整程度 4種は,粉化物,汚れなどを除去する。
 3種 A さび面積;15~30%, 塗膜異常面積 30%以上
 3種 B さび面積; 5~15%,  塗膜異常面積 15~30%
 3種 C さび面積; 5%以下,  塗膜異常面積 5~15%
 4種  さび面積; -%,   塗膜異常面積 5%以下
 留意事項
 一般に旧塗面上には 50mg/m2以上塩分が付着していると塗装後早期に塗面欠陥を生じやすい。このような場合には,水洗等により塩分が 50mg/m2以下になるまで除去することが望ましい。このとき,スチームを用いると塩分を効率的に除去できる。ただし,水洗時には環境汚染対策などの注意が必要である。
 素地調整によって生じた旧塗面のケレンダストは,有害物を含んでいることが多いので,周辺の土壌や河川を汚さないように十分留意するとともに,その廃棄は適切に行う。
 古い部材では角部に面取りや曲面仕上げが行われていないものがある。このような場合には膜厚が確保されるよう新設時と同様に角部の処置を行う必要がある。
 
 【参考】
 素地調整種別 1種と 2種の違いは,用いる工具(ブラスト,動力工具)の違いで,活膜を残さず旧塗膜を全面剥離する素地調整である。
 この手法は,さび面積 30%程度以上まで腐食が進んだ場合,塗膜更新を行う場合に適用される。対象となる塗膜劣化の程度は,JIS「さびの等級」で表現すると,Ri 4.5 以上と著しく腐食が進み塗膜の機能が完全に失われた状態と考えられる。
 素地調整種別 3種は,さびの等級 Ri 4.5 以上,はがれの等級 5 以上の場合に 3種 Aを,さびの等級 Ri 4 程度,はがれの等級 5 以上の場合に 3種 Bを,さびの等級 Ri 4 以下,はがれの等級 4.5~5 程度の場合に 3種 Cを適用するとなっている。
 これは,別の項で紹介する鉄道における塗替え素地調整における替えケレン‐1(さび面積約 11%,さびの等級 Ri 4 程度),替えケレン‐2(さび面積約 1%,さびの等級 Ri 3 程度),替えケレン‐3(さび面積約 0.4%,さびの等級 Ri 2 程度),替えケレン‐4(さび面積約 0.04%,さびの等級 Ri 1 程度)と比較すると,道路では腐食による塗膜劣化が著しく進んだ段階での塗替え塗装を想定した素地調整種別になっている。
 JIS K 5600-8-3「塗料一般試験方法−第8部:塗膜劣化の評価−第3節:さびの等級」
 1) さびの量(密度)による等級
     等級:さびの面積(%)
     Ri 0: 0%     Ri 1: 0.05%     Ri 2: 0.5%     Ri 3: 1%     Ri 4: 8%     Ri 5: 40~50%
 JIS K 5600-8-5「塗料一般試験方法−第8部:塗膜劣化の評価−第5節:はがれの等級」
 1) はがれの量(密度)の等級
     等級:面積(%)
     0: 0%     1: 0.1%     2: 0.3%     3: 1%     4: 3%     5: 15%
 
 さびの面積率のイメージについて,ASTM D610( Evaluating Degree of Rusting on Painted Steel Surfaces )に掲載されるさびグレード(Rust Grades)別の図から,一般的なさび(General rusting)の図を抜粋して紹介する。

さび面積率

さび面積率の例(ASTM D610 から抜粋)

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 塗替え塗装系と旧塗膜の関係

 鋼道路橋の塗替え塗装系の適用できる旧塗膜,及び素地調整種別を次に紹介する。
 
 塗替え塗装系 Rc-Ⅰ
 旧塗膜: A 塗装系,B 塗装系,a 塗装系,b 塗装系,c 塗装系
 素地調整種別: 1 種(ブラスト処理による,さび・旧塗膜の全面除去)
 塗装系の特徴: 旧塗膜を除去し,全面に下塗りからスプレー塗装。
 
 塗替え塗装系 Rc-Ⅱ
 旧塗膜: B 塗装系,b 塗装系,c 塗装系
 素地調整種別: 2 種(動力工具・手工具による,さび・旧塗膜の全面除去)
 塗装系の特徴: 工事上の制約によってブラストできなく,かつ,B 系,b 系の旧塗膜に適用する。
 
 塗替え塗装系 Rc-Ⅲ
 旧塗膜:A 塗装系,B 塗装系,a 塗装系,b 塗装系,c 塗装系
 素地調整種別: 3 種(動力工具・手工具による,さび・旧劣化塗膜の部分的除去)
 塗装系の特徴: 工事上の制約によってブラストできない場合に適用する。耐久性は Rc- I 塗装系に比べて著しく劣る。
 
 塗替え塗装系 Rc-Ⅳ
 旧塗膜: C 塗装系,c 塗装系
 素地調整種別: 4 種(動力工具・手工具による,粉化物・汚れの除去)
 塗装系の特徴: 旧塗膜に欠陥がなく,美観を改善するために行われる。
 
 塗替え塗装系 Ra-Ⅲ
 旧塗膜: A 塗装系,a 塗装系
 素地調整種別: 3 種(動力工具・手工具による,さび・旧劣化塗膜の部分的除去)
 塗装系の特徴: A 塗装系の塗替えで十分な塗膜寿命を有していて,適切な維持管理体制がある場合や橋梁の残存寿命が 20 年程度の場合に適用する。
 
 塗替え塗装系 Rd-Ⅲ
 旧塗膜: D 塗装系,d 塗装系
 素地調整種別: 3 種(動力工具・手工具による,さび・旧劣化塗膜の部分的除去)
 塗装系の特徴: 暗く換気が十分に確保されにくい環境の内面塗装に適用する。

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 塗装系の変遷

 塗替え塗装対象の塗膜は,2005年以後に施工されたものは前出の「鋼道路橋塗装・防食便覧」に規定された塗料を用いているが,それ以前に施工された鋼橋には,1971年から採用されている「鋼道路橋塗装便覧」に規定される塗料を用いている。しかしながら,「鋼道路橋塗装便覧」では,用途別の塗装系記号を採用しているため,便覧改訂のたびに,同一の塗装系記号に,それまでとは異なる塗料を採用している。このため,旧塗膜に用いられて塗料は,塗装系記号のみからは判別できず,施工年との組み合わせで判別しなければならない。以下には,主な塗料塗装系の変遷を紹介する。
 
 A 塗装系
 1971年~ 1979年 塗装便覧
 A-1:鉛丹さび止めペイント+長油性フタル酸樹脂塗料
 A-3:鉛系さび止めペイント+長油性フタル酸樹脂塗料
 A-5:ジンクリッチペイント+フェノール樹脂系さび止めペイント+長油性フタル酸樹脂塗料
 1979年~ 1993年 塗装便覧
 A-1:鉛丹さび止めペイント+長油性フタル酸樹脂塗料
 A-2:鉛系さび止めペイント+長油性フタル酸樹脂塗料
 A-3:鉛系さび止めペイント+フェノール MIO 塗料+長油性フタル酸樹脂塗料
 1993年~ 2005 年 塗装便覧
 A-1:鉛系さび止めペイント+長油性フタル酸樹脂塗料
 A-3:鉛系さび止めペイント+フェノール MIO 塗料+シリコンアルキド樹脂塗料
 2005年~ 防食便覧
 A-5:鉛・クロムフリー系さび止めペイント+長油性フタル酸樹脂塗料

 B 塗装系
 1971年~ 1979年 塗装便覧
 B-1:ジンクリッチペイントタールエポキシ樹脂塗料
 B-2:フェノール樹脂系プライマーフェノール樹脂系塗料
 1979年~ 1993年 塗装便覧
 B-1:鉛系さび止めペイントフェノール樹脂 MIO 塗料塩化ゴム系塗料
 B-2:ジンクリッチプライマー塩化ゴム系塗料
 1993 年~ 2005 年 塗装便覧
 B-1:鉛系さび止めペイント+フェノール樹脂 MIO 塗料+塩化ゴム系塗料
 2005年~ 防食便覧
 B 塗装系廃止

 C 塗装系
 1971年~ 1979年 塗装便覧
 C-1:ジンクリッチペイント+塩化ゴム系塗料
 C-2:ジンクリッチペイント+エポキシ樹脂塗料
 C-3:ジンクリッチペイント+ポリウレタン樹脂系塗料
 C-4:フェノール系ジンククロメートプライマー+ MIO 系塗料
 C-5:フェノール系ジンククロメートプライマー+ MIO 系プライマー+長油性フタル酸樹脂系塗料
 1979年~ 1993年 塗装便覧
 C-1:ジンクリッチペイント+塩化ゴム系塗料
 C-2:ジンクリッチペイント+エポキシ樹脂塗料+ポリウレタン樹脂塗料
 C-3:ジンクリッチペイント+フェノール MIO 塗料+塩化ゴム系塗料
 1993 年~ 2005 年 塗装便覧
 C-1:無機ジンクリッチペイント+エポキシ樹脂塗料+エポキシ樹脂 MIO 塗料+ポリウレタン樹脂塗料
 C-2:無機ジンクリッチペイント+エポキシ樹脂塗料+ポリウレタン樹脂塗料
 C-3:無機ジンクリッチペイント+エポキシ樹脂塗料+エポキシ樹脂 MIO 塗料+ふっ素樹脂塗料
 C-4:無機ジンクリッチペイント+エポキシ樹脂塗料+ふっ素樹脂塗料
 2005年~ 防食便覧
 C-5:無機ジンクリッチペイント+エポキシ樹脂塗料下塗+ふっ素樹脂塗料

 D 塗装系,d 塗装系:現 D 塗装系類似の塗装系
 1979年~ 1993年 塗装便覧
 D:ジンクリッチプライマー+タールエポキシ樹脂塗料
 1993 年~ 2005 年 塗装便覧
 D-1:長ばく形エッチングプライマー+タールエポキシ樹脂塗料
 D-2:長ばく形エッチングプライマー+変性エポキシ樹脂塗料内面用
 D-3:無機ジンクリッチプライマー+タールエポキシ樹脂塗料
 D-4:無機ジンクリッチプライマー+変性エポキシ樹脂塗料内面用
 2005年~ 防食便覧
 D-5:無機ジンクリッチプライマー+変性エポキシ樹脂塗料内面用
 D-6:長ばく形エッチングプライマー+変性エポキシ樹脂塗料内面用

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