防食概論塗装・塗料

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 ここでは,鉄道の鋼橋塗装に適用される新設時防食塗装系 【部分塗り分け(まくらぎ下)塗装とは】, 【塗装仕様(塗装系 S )】, 【エポキシ樹脂 ガラスフレーク塗料】 を紹介する。

 鉄道橋の防食塗装(新設塗装)

 部分塗り分け(上フランジ上面・まくらぎ下)塗装とは

 「塗装指針」 2013;第Ⅰ編 塗装一般 第 D章 解説, 部分塗り分け塗装

 鉄桁等鋼構造物の防食状態を良好に維持するためには,適切な時期に塗替えを実施しなければならない。従って,塗膜調査を行い,腐食により鋼材の板厚減が進行する前(塗膜劣化度Ⅲの状態)に塗替えを行うように規定しており,具体的には替ケレン-3 で行うことを提案している。
 鉄桁等鋼構造物における塗膜劣化状態の進展は,部材毎に異なり,上フランジ上面にまくらぎが直接設置される桁(最近新設される鉄桁等鋼構造物では,まくらぎ受けを設け,腐食しろが含まれた設計になっている)の当該個所は腹板よりもかなり早期に発錆し,かつまくらぎが直載されている部分は残存塗膜がない状態である。
 また,下フランジ下面や桁端部等の隅角部では,ぬれ時間が長くなり,腹板より塗膜劣化が早期に起こる。このような塗膜劣化状態において,腹板が塗替えすべき状態まで放置すると上フランジ上面や下フランジ等は板厚減を招くことになる。
 この状況に対応するためには,塗膜劣化状態の著しい個所のみの部分塗替え塗装も考えられるが,足場経費や人工積算から,塗装工事経費の低減は,それほど期待できないことが推定される。
 従って,足場経費や効率的な塗装作業を配慮し,かつ塗替え周期を延伸させるためには,上記のような部材における塗膜劣化進展を腹板と同程度の速度になるように,より耐久性の優れる塗装系を選定することが考えられる。
 「塗装指針」では,このような部位に外面用塗装系と異なる塗装系を用いることを,部分塗り分けとといい,対象となる部位を特定部位という。
 
 上フランジ上面の塗装
 既設桁において,まくらぎが直載される上フランジ上面は,列車走行時におけるまくらぎの衝撃を受け,通常の塗膜では破壊される。そこで,耐摩耗性と耐衝撃性に優れたガラスフレーク塗料の塗装を提案している。
 この塗装系は,既に十分な耐久性を有することを確認している。しかしながら,既設桁で長期間対策されずに放置されていた上フランジ上面は,深い孔食になっている場合が多い。従って,塗替え塗装の設計段階では,素地調整の作業効率は通常の塗装に比較して著しく劣ること,まくら木を移動しながらの施工になること,などの配慮が必要である。
 近年の鋼橋製造では,腐食しろを見込んだまくらぎ受けを設ける設計になっている。この塗装系は,やむを得ずまくらぎ受けを設置できない構造の上フランジ上面の塗装,及びまくらぎ受けのない既設桁の塗替え塗装で用いられる。

 「塗装指針」 2013;第Ⅰ編 塗装一般 第 D章 解説(塗装系の特徴), 特定部位用塗装系 S

 上フランジ上面にまくらぎが直接設置される橋梁では,上フランジのまくらぎ下で,列車通過時における衝撃荷重とまくらぎの振動により早期の塗膜破壊となる。このため,その後の腐食により凹状に板厚減が進行する。以前には,定期的なまくらぎ移動により上フランジの板厚減を平均的になるような管理が行われていたが,近年ではまくらぎ移動は行われず,局部的な腐食への対応策が求められていた。
 この個所に塗装する塗料に要求される物性は,列車通過時の衝撃荷重とまくらぎの振動に耐える耐衝撃性・耐摩耗性である。これを満足するものとして,エポキシ樹脂,不飽和ポリエステル樹脂又はビニルエステル樹脂に偏平状のガラスフレーク顔料を添加したまくらぎ下用塗料(ガラスフレーク塗料)が開発された。
 ガラスフレーク塗料には,新設時に工場塗装したもので 15年以上,現場での塗替えのもので 15年程度の実績がある。特に,経年の多い構造物の場合には,本桁の上フランジ上面の腐食状態により,その凹凸に相当差があるので,素地調整程度の良否により,耐久性に差異が生じると想定されるが,少なくとも,現場施工で 10年以上の耐久性は期待できるものである。
 まくらぎ下用としては, 500μm/回の塗膜厚を 2回塗りし,1mm(プライマーの塗膜厚を除く)の厚みにより,長期の耐久性を期待するものである。塗替え塗装の場合は,旧塗膜が残存すると,その部分が列車の衝撃荷重により破壊されるので,素地調整では,替ケレン-1(旧塗膜の全面はく離)が要求される。また,凹部の残存さびもなるべく除去することが望ましい。

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 塗装仕様(塗装系 S )

 「塗装指針」 2013;第Ⅱ編 新設構造物 第 A2章 塗装仕様(塗装系)
 塗装系 S (まくらぎ下用 新設時)

 上フランジ上面にまくらぎ(sleeper, tie)が直接設置される橋梁では,上フランジのまくらぎ下で,列車通過時における衝撃荷重とまくらぎの振動により早期の塗膜破壊となる。このため,その後の腐食により凹状に板厚減が進行する。
 この個所に塗装する塗料に要求される物性は,列車通過時の衝撃荷重とまくらぎの振動に耐える耐衝撃性・耐摩耗性である。
 これを満足するものとして,エポキシ樹脂,不飽和ポリエステル樹脂,及びビニルエステル樹脂に偏平状のガラスフレーク顔料を添加したまくらぎ下用塗料(ガラスフレーク塗料;glassflake coating)が開発された。

 橋梁製作工場

 2 次素地調整
 ブラスト処理
 除錆度: ISO Sa2 1/2 以上,表面粗さ: 10点平均粗さ 70μmRzJIS 以下
 下塗り塗装
  塗料メーカーの指示による期間
 専用プライマー: 吹付け塗り,塗料メーカーの指示による。
  塗料メーカーの指示による期間
 ガラスフレーク塗料: 吹付け塗り,使用量 1200g/m2( 500μm相当)
  ①塗装後 1日以上,7日以内
 ガラスフレーク塗料: 吹付け塗り,使用量 1200g/m2( 500μm相当)
 中塗り塗装 なし
 上塗り塗装 なし
 
 【備考】
 偏平状のガラスフレーク顔料を添加された塗料は,高強度で耐摩耗性の良好な塗膜を形成する。使用する樹脂はエポキシ樹脂,不飽和ポリエステル樹脂,及びビニルエステル樹脂の 3種類であるが,これらの樹脂と鋼素地との直接の付着性は良好ではない。そこで,専用のプライマーを塗付ける必要がある。
 プライマーの選定は,特殊な樹脂を用いているため,塗料製造会社専用のものを用いるが,一般的には厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料かエポキシジンクリッチプライマーが用いられる。

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 ガラスフレーク塗料

 「塗装指針」 2013;附属書 A 塗料規格及び試験方法
 SPS 66099-18 ガラスフレーク塗料

 ガラスフレーク塗料は,エポキシ樹脂,不飽和ポリエステル樹脂又はビニルエステル樹脂に偏平状のガラスフレーク顔料を添加した塗料で,まくらぎ下用としては, 500μm/回の塗膜厚を 2回塗りし,1mm(プライマーの塗膜厚を除く)の厚みにより,列車通過時の衝撃荷重とまくらぎの振動に耐える耐衝撃性・耐摩耗性を付与する。
 ガラスフレーク塗料は,新設時に工場塗装したもので 15年以上,現場での塗替えのもので 15年程度の実績がある。特に,経年の多い構造物の場合には,本桁の上フランジ上面の腐食状態により,その凹凸に相当差があるので,素地調整程度の良否により,耐久性に差異が生じると想定されるが,少なくとも,現場施工で 10年以上の耐久性は期待できるものである。
 
 品質
 下表には,エポキシ樹脂を用いたガラスフレーク塗料塗料品質を示す。なお,JIS 塗料規格には,直接比較できるガラスフレーク塗料はないので,ここでは,参考のため,エポキシ樹脂を用いた塗料の SPS 66099-19 超厚膜型エポキシ樹脂塗料,及び JIS K 5551 2018「構造物用さび止めペイント」B種(常温使用の反応硬化形エポキシ樹脂系塗料)の品質を紹介する。
 JIS 等で規定される品質の「塗膜の外観」,「塗装作業性」については,これらの品質に適合しない塗料の販売が考え難いこと,また,他の品質を検査する際にこの品質は容易に把握できることから,鉄道では,全ての塗料規格でこれらの品質を規定していない。また,実環境で 2年程度の「耐候性」(屋外暴露耐候性)を規定していない。これは,塗料成分の規定により,塗膜の機械的,化学的,及び耐久性の室内試験を行うことで,耐候性が確保できると考えているためである。
 なお,ガラスフレーク塗料の「たるみ性」は,他の塗料で規定される「塗装作業性」,「厚塗り性」を兼ねた品質規定である。

エポキシ樹脂 ガラスフレーク塗料
  項  目    SPS 66099-18(ガラスフレーク)    SPS 66099-19(超厚膜型)    JIS B種(常温) 
  顔料(質量分率 %)    20以下    30~50    ― 
  ガラスフレーク(質量分率 %)    20以上    ― 
  エポキシ樹脂(質量分率 %)    20以上    15以上    ― 
  液状樹脂(質量分率 %)    ―    15以下    ― 
  硬化剤(質量分率 %)    10~20    5以上    ― 
  溶剤(質量分率 %)    25以下    30以下    ― 
  加熱残分 %    ―    70以上    ― 
  エポキシ樹脂の定性    エポキシ樹脂を含むこと。    ― 
  ガラスフレークの定性    ガラスフレークの形状が認められること。    ― 
  塗膜中の鉛(質量分率 %)    0.06以下 
  塗膜中のクロムの定量
(質量分率%) 
  0.03以下 
  容器の中での状態    かき混ぜたとき,堅い塊がなくて一様になる。 
  半硬化乾燥性    常温 16時間 
  塗装作業性    ―    支障がなく,300μm(乾燥膜厚)塗装しても
  流れ・割れ・はがれがないこと。 
  支障がない。 
  塗膜の外観    ―    正常である。 
ポットライフ    23℃ 2時間    23℃ 5時間 
  たるみ性    厚塗りしても
  流れ・割れ・はがれがないこと。 
  ―    たるみがない。
  (すき間200μmで流れがない) 
  上塗り適合性    ―    支障がない。 
  耐衝撃性    割れ及びはがれがない。 
  付着性    ―    分類 1以下 
  耐アルカリ性    ―    異常がない 
  耐揮発油性    ―    異常がない 
  耐塩水性    塩化ナトリウム溶液に500時間。    塩化ナトリウム溶液に300時間。    ― 
  冷熱繰返し試験    冷熱繰返しに耐えるものとする。    ― 
  サイクル腐食性    ―    さび,膨れ,割れ及びはがれがない。
  (120サイクル) 
  屋外暴露耐候性    ―    さび,膨れ,割れ及びはがれがない。(24か月) 

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