JP3433077B2 - コンクリート構造用鋼材 - Google Patents
コンクリート構造用鋼材Info
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Description
性に優れた鋼材に関する。さらに詳しくは、コンクリー
トの中に鉄筋として埋め込まれたり、コンクリートの周
囲を補強体として囲んだりして、長期耐久性に優れたコ
ンクリート構造体を形成するのに適したコンクリート構
造用鋼材に関するものである。
々な構造物に使用さている。しかし、コンクリートその
ものは強度的に不十分であるため、内部に鉄筋を埋め込
んだ鉄筋コンクリートの形や、コンクリートの周囲をH
型鋼のような鋼板で補強した形で使用されるのが一般的
である。従って、コンクリート中の鉄筋やコンクリート
の周囲を囲む補強材の耐食性はコンクリート構造物の長
期耐久性を支配する重要な因子である。
状態に置かれた場合、通常はコンクリートのpHが1
2.5程度の強アルカリに保持されているため、接触面
での鉄の腐食は抑制されている。しかし、コンクリート
が中性化した場合やコンクリート中に塩化物イオンが進
入した場合には鉄に腐食が起こり、鉄とコンクリートか
らなる構造体の破壊が起きやすくなる。
部での鉄の腐食の問題を解決するために、各種めっきを
鉄に施す方法が提案されている。古くから検討されてい
るのは亜鉛めっきによる鉄筋の防食である。確かに亜鉛
めっきにより中性化したコンクリート中での耐食性はあ
る程度保持されるが、亜鉛めっきはコンクリートの強ア
ルカリ条件で溶解すること、塩化物イオンの存在下で耐
食性が低下すること、以上の問題点がある。亜鉛にアル
ミニウムを5重量%または55重量%添加した亜鉛−ア
ルミ合金めっきも検討されている。しかし、亜鉛−アル
ミ合金めっきは塩化物イオンの存在下での耐食性には優
れるものの、アルミニウムが亜鉛よりもアルカリ条件で
溶解しやすいためため、長期耐久性の面では不十分であ
る。以上述べためっき以外にも様々な合金めっきが検討
されてきている。
iを主原料とした各種Ni合金めっき鋼材が耐塩性鉄筋
コンクリート用鋼材として提案されている。確かに、こ
のNi合金めっき鋼材は幅広いpH領域で鉄筋よりコン
クリート中での耐食性に優れる。しかし、Niは鉄より
電位的に貴な金属であるため、鉄に対する犠牲防食能力
を持たない。従って、何らかの原因でNi合金めっきに
キズが入り、下地の鉄が露出した場合には鉄の腐食が促
進されるという問題点がある。
クスを工夫した鉛めっき鋼材がコンクリート構造用鋼材
として提案されている。確かに、この鉛めっき処理によ
りコンクリート構造用鋼材の耐食性は向上する。しか
し、先に述べたNi合金めっき鋼材の場合と同じく、鉛
が鉄より電位的に貴な金属であるため、鉄に対する犠牲
防食能力を持たない。従って、何らかの原因で鉛めっき
にキズが入り、下地の鉄が露出した場合には鉄の腐食が
促進されるという問題点がある。
方法が検討されてきているが、コンクリート中またはコ
ンクリートと接触する環境で、十分な長期耐食性を有す
る鋼材は未だ提案されていない。本発明は、以上述べた
欠点を解決し、幅広いpH範囲で安定で、鉄に対する犠
牲防食能力を有し、塩化物イオンに対しても優れた耐食
性を有するコンクリート構造用鋼材を提供する。
決するもので、その主旨とするところは以下のとおりで
ある。 (1)少なくともコンクリートと接する面に、重量%
で、Mg:0.05〜10.0%、Al:0.1〜1
0.0%、および残部:Znおよび不可避的不純物から
なるZn−Mg−Al合金めっき層を有することを特徴
とするコンクリート構造用鋼材。 (2)Zn−Mg−Al合金めっき層の下層に、Niめ
っき層を有することを特徴とする前記(1)に記載のコ
ンクリート構造用鋼材。 (3)Zn−Mg−Al合金めっき層の上にクロメート
皮膜を有することを特徴とする前記(1)または(2)
に記載のコンクリート構造用鋼材。
する。本発明者らは、上記の課題を解決し、優れた耐食
性を有するコンクリート構造用鋼材を開発するために、
様々なめっきとコンクリートとの接触腐食試験を行っ
た。特に種々のpHの水溶液に対するめっきの溶解性と
塩水噴霧試験でのめっきの耐食性を詳細に検討した。そ
の結果、亜鉛を主成分とする亜鉛系合金めっきを使用し
て下地の鉄に対する犠牲防食能力を担保し、添加剤とし
てMgとAlを加えることにより、幅広いpH領域で、
塩化物イオンの存在環境でも、耐食性に優れる鋼材を開
発し、本発明を完成させた。
のコンクリート中及びコンクリートと接触する界面での
優れた耐食性のメカニズムについては明確ではないが、
表面に生成したZn−Mg−Alの酸化物がコンクリー
ト中で安定に保持され、さらに塩化物イオンが存在する
条件でもこの酸化物が安定に保持されていることが理由
ではないかと考えられる。
キルド鋼、TiやNbなどを添加した極低炭素鋼、及び
これらにP、Si、Mnなどの強化元素を添加した高強
度鋼、従来からコンクリート中に鉄筋として埋設されて
きた裸鋼材などが適用できる。Zn−Mg−Al合金め
っきは、Mg:0.05〜10.0重量%、Al:0.
1〜10.0重量%、および残部:Znおよび不可避的
不純物、からなるZn合金めっき層である。好ましく
は、Mg:0.05〜6.0重量%、Al:0.1〜
3.0重量%、および残部:Znおよび不可避的不純
物、からなるZn合金めっき層である。Mg含有量を限
定した理由は、0.05重量%未満では耐食性を向上さ
せる効果が不十分であり、10.0重量%を超えるとめ
っき層が脆くなって密着性が低下するためと、簡便な溶
融亜鉛めっき法で作製する場合にドロスの発生量が多く
なり操業性の面で問題があるためである。Alの含有量
を限定した理由は、0.1重量%未満ではめっき層が脆
くなって密着性が低下するためであり、10.0重量%
を超えるとアルカリ条件で耐食性を向上させる効果が認
められなくなるためである。
いては、一般的には、使用される部分の要求寿命に基づ
いて適宜設定される。したがって、付着量の制約は特に
設けないが、耐食性の観点から10g/m2 以上が好ま
しく、経済性の観点から1000g/m2 以下が好まし
い。Zn−Mg−Al合金めっきは、一般的な溶融亜鉛
めっき法や蒸着めっき法により作製することが可能であ
る。
iめっき層を設けることは、下地鋼材との密着性を向上
させ、さらに加工部耐食性を向上させるために好まし
い。このNiプレめっき層は2.0g/m2 以下が好ま
しい。2.0g/m2 を超えるとZn−Mg−Alめっ
き層の密着性が低下する。Niめっきの下限は、0.2
g/m2 が好ましい。0.2g/m2 未満ではNiめっ
きの効果が現れない。Zn−Mg−Alめっき層の下に
Niめっき層を施すことにより密着性が向上する理由
は、めっき層と地鉄界面に生成したNi−Al−Fe−
Zn化合物層がバインダーの効果を示すためと推定され
る。
Mg−Al合金めっき層の上にクロメート処理を施すこ
とも好ましい。クロメート処理液で処理することにより
耐食性が向上する理由は、一般的に言われているクロメ
ート皮膜の自己修復作用と、メカニズムは明確ではない
が、クロメート皮膜層が初期に発生するZn−Mg−A
lめっきの腐食生成物を安定に保持するためと考えられ
る。このクロメート被膜層の厚さは、全Cr換算量で3
mg/m2 以上、100mg/m2 以下の範囲が好まし
い。3mg/m2 未満ではクロメート処理を施した効果
が現れず、100mg/m2 超ではクロメート処理の効
果が飽和して経済的ではない。
る。屋外暴露試験でコンクリート構造用鋼材の耐食性を
評価した。コンクリート試験体としては直径70mm×
高さ80mmのコンクリート円柱に、幅20mm×長さ
100mm×厚さ1mmのめっき鋼板を突き刺した状態
のものを作製した。
化させたZn−Mg−Al合金めっき鋼板を使用した。
めっきの付着量は標準を片面40g/m2 とした。下層
に0.5g/m2 のNiプレめっきを施した試料やZn
−Mg−Alめっき層の上部に全Cr含有量50mg/
m2 のクロメート処理を施した試料も用意した。めっき
鋼板の切断端面は塗装を施してシールした。めっき鋼板
の詳細を表1に示した。
レユーロックス (株)小野田製)を用いた。腐食試験
用のコンクリートはポルトランドセメントにCaCl2
を10kg/m3 の割合で添加して塩化物イオンを含有
させた。千葉県富津市において屋外暴露試験を1年間実
施した後、試験体を割裂し、コンクリート中のめっき鋼
板の腐食状況を目視で評価した。目視の評価は、腐食無
し:5点、白錆30%以下で赤錆無し:4点、白錆30
%超で赤錆無し:3点、赤錆:1%〜5%以下:2点、
赤錆5%超:1点、で表し、3点以上を合格とした。
内のめっきを施した鋼板を使用した場合、塩化物イオン
が存在する条件でもコンクリート中での耐食性が非常に
優れることがわかる。それに対して、範囲外のめっき条
件では評点が2点以下で不十分な性能であることがわか
る。
性に優れたコンクリート構造用鋼材の提供が可能とな
る。従って、本発明は工業的価値の極めて高い発明であ
るといえる。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくともコンクリートと接する面に、
重量%で、Mg:0.05〜10.0%、Al:0.1
〜10.0%、および残部:Znおよび不可避的不純物
からなるZn−Mg−Al合金めっき層を有することを
特徴とするコンクリート構造用鋼材。 - 【請求項2】 Zn−Mg−Al合金めっき層の下層
に、Niめっき層を有することを特徴とする請求項1に
記載のコンクリート構造用鋼材。 - 【請求項3】 Zn−Mg−Al合金めっき層の上に、
クロメート皮膜を有することを特徴とする請求項1また
は2に記載のコンクリート構造用鋼材。
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