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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

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JP3433077B2
JP3433077B2 JP32478897A JP32478897A JP3433077B2 JP 3433077 B2 JP3433077 B2 JP 3433077B2 JP 32478897 A JP32478897 A JP 32478897A JP 32478897 A JP32478897 A JP 32478897A JP 3433077 B2 JP3433077 B2 JP 3433077B2
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JP
Japan
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concrete
corrosion resistance
steel material
plating layer
plating
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広正 野村
謙治 加藤
一実 西村
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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  • Coating With Molten Metal (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は耐コンクリート腐食
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。
【0002】
【従来の技術】コンクリートは優れた構造体であり、様
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。
【0003】鉄がコンクリートに埋設されたり接触した
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。
【0004】以上述べたような、コンクリートとの接触
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。
【0005】特開昭63−153287号公報では、N
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。
【0006】特開平5−78805号公報では、フラッ
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。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】現在までに様々な防食
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。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題を解
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。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに詳細に説明
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。
【0010】本発明のZn−Mg−Al合金めっき鋼材
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。
【0011】本発明のめっきを施す鋼材としては、Al
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。
【0012】Zn−Mg−Al合金めっきの付着量につ
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。
【0013】Zn−Mg−Al合金めっき層の下層にN
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。
【0014】耐食性をさらに向上させるために、Zn−
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。
【0015】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
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。
【0016】めっき鋼材としては、Mg量とAl量を変
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/
2 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。
【0017】コンクリートはポルトランドセメント(プ
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。
【0018】得られた結果を表1に示す。本発明の範囲
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。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】以上、述べたように本発明によれば耐食
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 2/26 C23C 2/26 (56)参考文献 特開 平4−147955(JP,A) 特開 平9−143657(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 C23C 22/00 C22C 18/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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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