JP2025018646A - 内面防食鋳鉄管 - Google Patents

Abstract

【課題】下水道に用いる鋳鉄管について、粉体塗装よりも施工しやすくかつ粉体塗膜と同程度の耐久性、耐酸性を確保する。【解決手段】鋳鉄管１の内面側に、管内面表面から順に、モルタルライニング層２１と、ビニルエステル樹脂により形成されたプライマ層２２と、ビニルエステル樹脂塗料により形成された塗膜層２３とを備える内面防食鋳鉄管とする。【選択図】図１

Description

この発明は、鋳鉄管の防食に関する。

ダクタイル鉄管は樹脂管よりも高い強度を有し、幹線水道管を含めた上下水道管に広く使われているが、鋳鉄製である以上鋳造したそのままの状態では腐食するので、外面及び内面ともに、継手部分も含めて十分に防食処理を行った上で使用する。

このような需要からモルタルライニングなどを鋳鉄管の内面に施すことが行われている。しかし下水道は自然流下方式が多く採用されており、管内は満水にならずに液相、気相が存在することが多い。液相中は嫌気性環境であり嫌気性バクテリアにより硫化水素が生成され、気相中に拡散する。気相中は好気性環境であり好気性バクテリアにより硫化水素から硫酸が生成されるため、下水管内は酸性環境となる。ここで、モルタルライニングは耐酸性が十分ではないため、下水環境ではそのままでは適用しにくいという問題がある。

これに対して、特許文献１には、管内面のセメントモルタル層の表面に、無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜を形成させた内面防食鋳鉄管が提案されている。これにより、モルタルが管内の酸性環境と直接接触しなくなり、モルタル自体が酸に溶けて溶出することを防止できる。

また、特許文献２には、内面モルタルライニングダクタイル鋳鉄管について、長期通水における耐久性に優れるだけでなく、モルタルの硬化乾燥収縮によって生じるクラックを抑制するシールコート剤を塗布することが提案されている。

特開２０１６－１０９２１５号公報 特許第４６６３６８１号公報

しかしながら、無溶剤型エポキシ樹脂塗料は粘度が高いため塗装時に加温・加圧しながら塗装しなければならず、施工が煩雑という問題があった。

また、特許文献１に記載のモルタルライニング上に塗膜を形成させた内面防食鋳鉄管では、硫酸腐食環境下においては無溶剤型エポキシ樹脂塗料による塗膜を酸性物質が透過してしまい、モルタルライニングが劣化してしまうおそれがあった。さらに、一般的に鋳鉄管内面に用いられているエポキシ樹脂粉体塗装は、塗料硬化のために管全体を加熱する必要があるため、特に呼び径１８００以上大口径の管には施工しにくいという問題があった。

さらに、特許文献２に記載のシールコート剤による保護層は、塗工量が１００ｇ／ｍ^２ほどであって、算出される実際の膜厚は１０μｍ程度しかなく、染み込み防止の効果はあるが、酸性環境での耐久性を期待できるほどのものではなかった。

そこでこの発明は、粉体塗装よりも施工しやすくかつ粉体塗膜と同程度の耐久性を確保できる、耐酸性に優れた下水対応の管を提供することを目的とする。

この発明は、第一の解決手段として、鋳鉄管の内面側に、管内面表面から順に、ビニルエステル樹脂により形成されたプライマ層と、鱗片状ガラスを含有しないビニルエステル樹脂塗料により形成された塗膜層とを備える内面防食鋳鉄管により、上記の課題を解決したのである。

またこの発明は別の第二の解決手段として、鋳鉄管の内面側に、管内面表面から順に、モルタルライニング層と、ビニルエステル樹脂により形成されたプライマ層と、鱗片状ガラスを含有しないビニルエステル樹脂塗料により形成された塗膜層とを備える内面防食鋳鉄管によっても、上記の課題を解決したのである。すなわち、第二の解決手段は、第一の解決手段の構成に加えて、鋳鉄管の内面側にモルタルライニング層を形成させた構成である。

すなわち、ビニルエステル樹脂塗料による塗膜層は、酸性液に対しても高い耐薬品性を発揮し、その下にある層への酸性液の侵入を強固に防ぐ。その下にモルタルライニング層がある場合はモルタルライニングへの到達を防いで、酸に弱いモルタルライニングの劣化を抑制できる。また、モルタルライニング層がない場合でも、モルタルライニングよりさらに脆弱な鋳鉄管へ酸性液が侵入することを強固に防ぐことができる。このような構成の耐薬品性は、塗膜層の耐久力を向上させる鱗片状ガラスや、鱗片状ガラスと同様に塗膜層内で溶液の浸透に対して障害となる構造を形成するその他の顔料を含まなくても、ビニルエステル樹脂そのもののみで実現することができる。これにより、塗膜層を形成する樹脂塗料は鱗片状ガラスやその他の顔料を含まなくてよいため、塗工する装置が鱗片状ガラス等によって詰まったり傷ついたりすることがなく、防食状態に仕上げるコストを抑えて実現できる。

さらに、この発明にかかる内面防食鋳鉄管は、第一又は第二の解決手段に加えて、前記塗膜層の厚みが１００μｍ以上８００μｍ以下である第三の解決手段を採用できる。鱗片状ガラス等を含まなくてもよい分、塗膜層の表面を平滑にしやすくなっており、鱗片状ガラス等ありでの塗膜層よりも薄くしても十分に平滑性と耐久性とを両立することができる。

この発明にかかる内面防食鋳鉄管では、従来の粉体塗装のように粉体を溶融させるために管全体を高温に加熱する必要がなく、常温で塗工して塗膜層を形成できるビニルエステル樹脂塗料によって、耐酸性及び耐久性が高い防護層を形成でき、酸性を示す下水のような過酷な環境でも、モルタルライニング層や鋳鉄管まで酸性物質が浸透してモルタルライニング層が劣化することを防止できる。従来の粉体塗装では管全体を加熱しなければならず、製造できる環境や管の大きさが限られてしまっており、仮に製造できても加熱の負担が大きかった。この発明にかかる内面防食鋳鉄管では、製造にあたって加熱炉の大きさによる制限や加熱の無駄がなく、管の大きさによらずに安定して防食が実現できる。

（ａ）この発明にかかる内面防食鋳鉄管の実施形態の概要を示す断面図、（ｂ）この発明にかかる内面防食鋳鉄管の第一の実施形態を示す直管部分の断面拡大図、（ｃ）この発明にかかる内面防食鋳鉄管の第二の実施形態を示す直管部分の断面拡大図 （ａ）この発明にかかる内面防食鋳鉄管の製造にあたり、モルタルライニング層を形成させる段階の断面図、（ｂ）モルタルライニング層が硬化して分層した段階の断面図、（ｃ）レイタンス層を除去した段階の断面図、（ｄ）ペースト層の上にプライマ層を形成させた段階の断面図、（ｅ）プライマ層の上に塗膜層を形成させた段階の断面図 （ａ）実施例１の硫黄浸透度試験の結果を示すデータ、（ｂ）比較例１の硫黄浸透度試験の結果を示すデータ

以下、この発明の実施形態について具体的に説明する。
この発明は、図１（ａ）に示すような直管型の鋳鉄管１における、挿し口１１と受口１２との間に形成された直部１３の内面に、防食層２０を設けた内面防食鋳鉄管である。この発明にかかる第一の実施形態における防食層２０は、図１（ｂ）の拡大断面図に示すように、鋳鉄管１の内面から順にモルタルライニング層２１とプライマ層２２と塗膜層２３とを有する。また、この発明にかかる第二の実施形態における防食層２０ａは、図１（ｃ）の拡大断面図に示すように、鋳鉄管１の内面にモルタルライニング層２１を設けずに直接にプライマ層２２と塗膜層２３とを設けたものである。以降は第一の実施形態を主な例として説明する。

この発明で用いる鋳鉄管１としては、遠心鋳造による鋳鉄管を好適に用いることができる。鋳鉄管の種類としては特に限定されるものではなく、一般的なダクタイル鉄管などを用いることができる。第一の実施形態のようにモルタルライニングしたものの表面を防食するものであってもよいし、第二の実施形態のようにモルタルライニングせず鋳鉄管の表面を直接に防食するものであってもよい。

モルタルライニング層２１は、鋳鉄管１の内面に遠心力を掛けながらセメントモルタルを供給し、硬化させたものである。セメントモルタルは砂などの骨材とセメントとを混合した一般的なものである。セメントモルタルを硬化させて生じるモルタルライニング層２１には、表面にセメントモルタルに含まれていた不純物が集まったレイタンス層が含まれるので、プライマ層２２を塗工する前にこのレイタンス層を除去しておくと好ましい。レイタンス層を除去する方式としては、例えばフラップホイールなどを用いることができる。また、レイタンス層を除去した後のモルタルライニング層２１の厚みは４～１５ｍｍであることが好ましい。４ｍｍ未満であると鋳造後の直部１３の内面に形成された凹凸によりモルタルライニング層２１の表面が平滑にならず、１５ｍｍよりも厚いと管内面における通水断面積が必要以上に減少するためである。

プライマ層２２は、ビニルエステル樹脂プライマをモルタルライニング層２１の表層、又は鋳鉄管１の内面に塗工して形成した樹脂による層である。ビニルエステル樹脂をプライマとして介在させることで、粉体塗装のように高熱環境で用いなくても接着性を発揮できる。塗工は一回塗りである必要はなく、複数回の塗工を重ねて形成させてもよい。プライマ層２２の厚みは、５０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。５０μｍ未満であると塗膜層２３との接着安定効果が不十分になり、１００μｍよりも厚くても接着安定効果が増加しないためである。また、図示しないがモルタルライニング層２１を形成させずに鋳鉄管１の内面に直接、プライマ層２２を塗工することもできる。ただしこの場合はモルタルライニング層２１による平滑性の確保などができないため、研磨やブラスト等による処理が必要となる。

塗膜層２３は、ビニルエステル樹脂塗料を、プライマ層２２の上に塗工して形成させたものである。ビニルエステル樹脂が高い耐酸性を発揮するので、この発明にかかる内面防食鋳鉄管は酸性となる下水環境であっても、モルタルライニング層にまで酸性物質が浸透することを防ぎ、モルタルライニングの劣化を抑えた高い耐久性を発揮できる。塗膜層２３の厚みは、１００μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。１００μｍ未満であるとモルタルライニング層２１や鋳鉄管１への保護効果がビニルエステル樹脂塗料であっても不十分となりやすい。ただし、この発明における塗膜層２３を形成するビニルエステル樹脂塗料は、鱗片状ガラスやそれと同様に樹脂内で溶液の浸透に対して障害となる構造を形成するその他の顔料を含まないため、鱗片状ガラス等による凹凸が平滑性に影響しやすい鱗片状ガラスを含有する塗膜よりも薄くても、管内を流れる液体の流速への影響がほとんどない。このため、鱗片状ガラス等を含んだ塗膜層よりも薄くすることができる。具体的には、鱗片状ガラス等を含有する場合に問題を生じやすい厚さ３００μｍ以下にまで塗膜層２３を薄くしても好適に利用できる。なお、鱗片状ガラス等がなくても、この発明における塗膜層２３が上記の範囲の厚みであれば、実用的な耐酸性を実現することができる。一方、８００μｍより厚いと管内面における通水断面積の減少が無視できなくなってしまう。

上記のビニルエステル樹脂としては、例えば、エピクロルヒドリンとビスフェノールＡとの組み合わせからなるエピビス系ビニルエステルを用いることができる。

上記のプライマ層２２及び塗膜層２３を形成する塗工の方法としては、例えばローラ塗装や刷毛もしくはスプレー塗装等の方法により形成することができる。

モルタルライニング層２１を施さない受口１２内面部や挿し口１１外面部は酸性環境に曝されるため、これらの部位にプライマ層２２、塗膜層２３を備える実施形態とすることで、これらの部位を保護することもできる。また、そのようなモルタルライニング層２１の無い部位に重ねられた塗膜層２３の表面にも、上塗り層を備える実施形態とすることもできる。

この発明にかかる内面防食鋳鉄管の製造手順の概略を、図２（ａ）～（ｅ）を用いて説明する。まず、鋳鉄管１の内面に、セメントモルタルによってライニングしたモルタルライニング層２１を塗工する（図２（ａ））。塗工時及び塗工後にかかる遠心力によって、モルタルライニング層２１は含有する骨材（砂）の分布が偏り、鋳鉄管１側（外周側）ほど骨材の含有量が多くなる。この骨材が多い外周側（図中下側）の領域をモルタル層２１ａ、骨材が少ない内周側（図中上側）の領域をペースト層２１ｂと呼ぶ。さらにペースト層２１ｂの上には、セメントモルタルに含まれていた軽量の不純物が集まり、レイタンス層２１ｃを形成する。このようなモルタルライニング層２１が分層した状況を図２（ｂ）に示す。こうして分かれたモルタルライニング層２１のうち、表面側のレイタンス層２１ｃを削ってペースト層２１ｂを露出させる（図２（ｃ））。このペースト層２１ｂが露出したモルタルライニング層２１の表層に、ビニルエステル樹脂プライマを塗工してプライマ層２２を形成する（図２（ｄ））。このプライマ層２２の表面に、鱗片状ガラスを含有しないビニルエステル樹脂塗料を塗工して塗膜層２３を形成することで（図２（ｅ））、防食層２０を形成した内面防食鋳鉄管が得られる。

また、鋳鉄管１にモルタルライニング層２１のない防食層２０ａを形成させる場合は、上記の工程のうち、図２（ａ）～（ｃ）の工程を省略し、鋳鉄管１の内面に対してプライマ層２２を塗工する工程を行い、次いで塗膜層２３を塗工する工程を行う。

以下、この発明にかかる内面防食鋳鉄管を実際に製造した実施例をあげてこの発明を具体的に示す。

（実施例１）
鋳鉄管として（株）栗本鐵工所製、呼び径１５０のダクタイル鉄管を回転させながら内面にモルタルライニングを施してモルタルライニング層２１を形成させた。硬化後に表面のレイタンス層となる部分を研磨除去した。

レイタンス層を除去したモルタルライニング層２１の内面に、ビニルエステル樹脂プライマであるタフバリア＃２００プライマＲＣ（日本特殊塗料（株）製）を、８０μｍの膜厚となるようにローラにて塗装して、プライマ層を形成させた。

プライマ層となるビニルエステル樹脂プライマが硬化した後、エピビス系ビニルエステル樹脂であるタフバリア＃２００（日本特殊塗料（株）製）を、３００μｍの厚みとなるようにローラにて塗装して塗膜層を形成した。これにより、モルタルライニング層、プライマ層、塗膜層の三層で保護された内面防食鋳鉄管を得た。

（実施例２：モルタルライニング層無し）
実施例１に用いたものと同じ鋳鉄管を用い、鋳鉄管内面に下地処理を行い清浄な面とした管を作製した。この研磨した鋳鉄管を、粉体塗装用に素地研磨した内面に、ビニルエステル樹脂プライマであるタフバリア＃２００プライマＭ（日本特殊塗料（株）製）を、８０μｍの膜厚となるようにローラにて塗工して、プライマ層を形成させた。

プライマ層となるビニルエステル樹脂プライマが硬化した後、エピビス系ビニルエステル樹脂であるタフバリア＃２００（日本特殊塗料（株）製）を、３００μｍの厚みとなるようにローラにて塗装して塗膜層を形成した。これにより、プライマ層、塗膜層の二層で保護された内面防食鋳鉄管を得た。

（参考例：従来の粉体塗装）
実施例２に用いたものと同様に研磨した鋳鉄管を、２７０℃に加熱した後、エポキシ樹脂粉体塗料であるＶ－ＰＥＴ＃１６００クリモトグレーＦＨ（大日本塗料（株）製）を３００μｍの膜厚となるように塗工し、その後放冷し、硬化させて、エポキシ樹脂粉体塗料による粉体塗膜層で保護した内面防食鋳鉄管を得た。

（比較例１：液状エポキシ樹脂）
実施例２に用いたものと同様に研磨した鋳鉄管の内面に、液状エポキシ樹脂塗料であるエポニックスＷＰ－ＳＴグレー夏型（大日本塗料（株）製）を３００μｍの膜厚となるように塗工し、硬化させた後、再度同様に塗工して、２回塗りの塗膜層で保護した内面防食鋳鉄管を得た。

＜各試験共通手順＞
実施例１、２、参考例及び比較例１の、塗装を終えた内面防食鋳鉄管を、１５０ｍｍ×９０ｍｍの大きさに切断し、切断面は保護するための塗装を行った。これらの試験片について、以下の試験を行った。なお、各試験方法は、「下水道コンクリート構造物の腐食抑制技術及び防食技術マニュアル」（地方共同法人日本下水道事業団編：以下「マニュアル」と略記する）に記載された方法に準拠した。

＜耐硫酸浸漬試験＞
作製した試験片について、１０質量％硫酸水溶液に６０日間浸漬させた後、塗膜の外観を観察した。評価は以下の通り行った。マニュアル中、防食被覆工法は塗布型ライニング工法であり、腐食環境はＩ類（年間平均硫化水素ガス濃度が５０ｐｐｍ以上で、コンクリート腐食が極度に見られる環境）で、要求性能はＤ種に相当する。
〇：６０日後に、塗膜に割れ、軟化、溶出のいずれも観測されず。
×：６０日後に、塗膜に割れ、軟化、溶出のいずれか異常あり。

＜硫黄浸透度試験＞
作製した試験片について、１０質量％硫酸水溶液に１２０日間浸漬させた後、塗膜の断面についてＥＰＭＡ（（株）島津製作所製、ＥＰＭＡ１７２０）にて硫黄の元素分析を行い、塗膜表面からの硫黄の侵入深さを調査した。評価は以下の通り行った。同じく、マニュアル中、防食被覆工法は塗布型ライニング工法であり、腐食環境はＩ類（年間平均硫化水素ガス濃度が５０ｐｐｍ以上で、コンクリート腐食が極度に見られる環境）で、要求性能はＤ種に相当する。
〇：１２０日後に、表面からの硫黄侵入深さが膜厚に対して５％以下、かつ１００μm 以下。
×：１２０日後に、表面からの硫黄侵入深さが膜厚に対して５％より大きく、もしくは１００μmより大きい。

＜耐有機酸浸漬試験＞
作製した試験片について、５質量％酢酸水溶液に６０日間浸漬させた後、塗膜の外観を観察した。評価は以下の通り行った。
〇：６０日後に、塗膜に割れ、軟化、溶出のいずれも観測されず。
×：６０日後に、塗膜に割れ、軟化、溶出のいずれか異常あり。

これらの試験結果を表１に示す。いずれの実施例も、従来の高温加熱が必要な粉体塗装による参考例と同等の良好な試験結果を示した。一方で、比較例１（液状エポキシ樹脂塗料）では２回塗りにもかかわらずいずれの試験でも防護が不十分な結果となってしまった。実施例１と比較例１の硫黄浸透度試験の結果を図３（ａ）（ｂ）に示す。実施例１ではほぼ皆無であった硫黄を示す点が、比較例１では大量に視認することができ、比較例１では防食できない環境でも実施例１では十分に防食できることが確かめられた。

１ 鋳鉄管
１１ 挿し口
１２ 受口
１３ 直部
２０、２０ａ 防食層
２１ モルタルライニング層
２２ プライマ層
２３ 塗膜層

Claims (3)

1. 鋳鉄管の内面側に、管内面表面から順に、ビニルエステル樹脂により形成されたプライマ層と、鱗片状ガラスを含有しないビニルエステル樹脂塗料により形成された塗膜層とを備える内面防食鋳鉄管。
2. 鋳鉄管の内面側に、管内面表面から順に、モルタルライニング層と、ビニルエステル樹脂により形成されたプライマ層と、鱗片状ガラスを含有しないビニルエステル樹脂塗料により形成された塗膜層とを備える内面防食鋳鉄管。
3. 前記塗膜層の厚みが１００μｍ以上８００μｍ以下である、請求項１又は２に記載の内面防食鋳鉄管。

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