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塗装系標準化の歴史(塗装系標準化の歴史(国鉄,国鉄,

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(1)

鋼構造物塗装設計施工指針について 鋼構造物塗装設計施工指針について

(財)鉄道総合技術

(財)鉄道総合技術 研究所 研究所 材料技術研究部

材料技術研究部 田中 田中 誠 誠

東京都主催セミナー(07222日)

鉄道における低VOC塗料施工

(2)

鋼構造物寿命に影響する二大変状 疲労き裂 腐食

背景

適切な防食が必要

架設環境,構造物構造に適した塗装系の選定

適切な塗替え塗装時期の判定(塗膜劣化度検査)

塗膜劣化状態に応じた適切な施工

防食塗装技術開発の歴史

1990年代年までは防食性能向上,施工性向上,コスト低減 その後は,加えて環境負荷低減も検討対象

(3)

塗装系標準化の歴史(

塗装系標準化の歴史( 国鉄, 国鉄, JR JR ) )

 

19431943

年:土木工事標準示方書 年:土木工事標準示方書 改正; 改正;

19811981

年 年

 

19631963

年:鋼鉄道橋製作仕様書( 年:鋼鉄道橋製作仕様書(

JRS 05000JRS 05000

) ) 改正; 改正;

19671967

年、 年、

19711971

年、 年、

19811981

年廃止 年 廃止

 

19641964

年:鉄桁の塗装方法( 年:鉄桁の塗装方法(

JRS 05000JRS 05000

) )

改正; 改正;

19671967

年、 年、

19701970

年、 年、

19811981

年廃止 年廃止

 

19651965

年:鉄 年:鉄 けた けた 塗装工事設計施工指針(案) 塗装工事設計施工指針(案)

改正; 改正;

19811981

年、 年 、

19871987

年(改称) 年(改称)

 

19871987

年: 年: 鋼構造物塗装設計施工指針 鋼構造物塗装設計施工指針

改正; 改正;

19931993

年 年 , ,

20052005

年 年

*:鉄道総研ホームページ(出版物・技術基準図書等)

(4)

一般防食塗装の

一般防食塗装の 主な歴史 主な歴史 ( ( 鋼鉄道橋) 鋼鉄道橋 )

•1874年〜明治末期?

洋式ペイント(輸入塗料,鉛丹?+固練ペイント?)

明治末期?〜1950年頃

現場調合鉛丹さび止めペイント+現場調合赤錆ペイント

•1950年頃〜1985

既調合鉛丹さび止めペイント+調合ペイント

1970年にエアレススプレー採用,鉛丹廃止1985

•1963年頃〜2004

鉛系さび止めペイント+長油性フタル酸樹脂塗料

•2005年〜

(5)

長期防錆 長期防錆 塗装の主な歴史 塗装の主な歴史 ( ( 鋼鉄道橋 鋼鉄道橋 ) )

•1963年〜1970

腐食性環境用に塩化ビニル塗料(1970年に廃止)

•1965年〜1976

本州四国連絡鉄道橋を想定した長期防錆型塗装系の研究

•1976年〜現在

ジンクリッチ系下塗+(変性)エポキシ樹脂+ポリウレタン樹脂

•1996年〜2004

環境負荷低減型塗装系の研究

•2005年〜

鉛・クロムフリー化,水系塗料採用の高耐久型塗装系など

(6)

腐食環境における長期防食塗装の研究 腐食環境における長期防食塗装の研究

海岸、海上長期暴露試験 海岸、海上長期暴露試験

暴露期間 暴露場所

第1次 19594 月〜19642 月 鳴門市、淡路島 第2次 19644 月〜19704 月 鳴門市

第3次 19654 月〜1971 1971 年〜1982

高松港内いかだ

児島市海上に移動

第4次 19679 月〜1982 年 児島市 第5次 19753 月〜19853 月 児島市

(7)

吾妻川橋梁

吾妻川橋梁 塗装試験 塗装試験 ( ( 1976 1976 年全工場塗装) 年全工場塗装)

  塗 装 系  概      要 

13A  無機ジンクプライマ/厚膜変性エポキシ3回  14A‑1  厚無機ジンク/ミストコート/厚膜エポキシ2回/ 

ポリウレタン中・上 

14A‑2  厚膜エポジンク/厚膜エポキシ2回/ポリウレタン中・上  14A‑3(1) 亜鉛溶射/エッチングプライマ/フェノールジンクロ/ 

フェノール MIO2回/塩ゴム中上 

14A‑3(2) 厚無機ジンク/エッチングプライマ/フェノールジンクロ/ 

フェノール MIO2回/塩ゴム中上 

14A‑4  厚膜無機ジンク/ミストコート/厚膜ビニル下2回/ 

厚膜ビニル中/ビニル樹脂上 

14A‑5  厚膜無機ジンク/ミストコート/厚膜塩ゴム2回/ 

塩ゴム中上 

川 

14A‑6  金属前処理塗料/鉛丹2回/フタル酸中・上塗り 

(8)

長期防錆型塗装系の試験施工(

長期防錆型塗装系の試験施工( 1976 1976 年) 年)

吾妻川橋梁

吾妻川橋梁 ( ( 五能線 五能線 深浦駅・広戸駅間 深浦駅・広戸駅間 ) )

↓吾妻川橋梁

日本海

(9)

2006 2006 年 年 8 8 月現在の外観例 月現在の外観例

海側

山側

(10)

鋼構造物の塗装による防食 鋼構造物の塗装による防食

防食塗装のガイド

「鋼構造物塗装設計施工指針」

1993

年改訂

2004

年度まで

一般塗装系(耐久性

10

15

年程度)

鉛系さび止めペイント+フタル酸樹脂塗料

長期防錆型塗装系(耐久性

30

年以上期待)

ジンクリッチ系+エポキシ樹脂系+ポリウレタン樹脂系

(11)

「鋼構造物塗装設計施工指針」

「鋼構造物塗装設計施工指針」

1993 1993 年改訂後の社会情勢変化 年改訂後の社会情勢変化

  環境問題がクローズアップ(法的規制が進む) 環境問題がクローズアップ(法的規制が進む)

19991999 PRTRPRTR法,2002法,2002 グリーン購入法,2005グリーン購入法,2005 大気汚染防止法大気汚染防止法

環境負荷低減へのニーズ増大 環境負荷低減へのニーズ増大

鉛鉛化合物,クロム化合物,クロム化合物・タール等発がん性物質の排除化合物・タール等発がん性物質の排除

有害化学物質量,有害化学物質量, 揮発性有機化合物(揮発性有機化合物(VOC)量の削減VOC)量の削減

  ニーズの多様化( ニーズの多様化( LCC LCC 低減など) 低減など)

構造物の使用目的に応じた耐久性(短期,構造物の使用目的に応じた耐久性(短期,中期,中期,長期)長期)

性能規定化へのニーズ性能規定化へのニーズ

(12)

健康,環境問題 健康,環境問題

  有害化学物質 有害化学物質

指定化学物質 指定化学物質

  「特定化学物質の環境への排出量の把 「特定化学物質の環境への排出量の把 握等及び管理の改善の促進に関する法 握等及び管理の改善の促進に関する法 律」 律」 PRTR PRTR 法 法

400 400 種以上の化学物質 種以上の化学物質

(13)

健康,環境問題 健康,環境問題

  指定化学物質の重み付け 指定化学物質の重み付け

最 最 優先物質 優先物質 (使用すべきでない) (使用すべきでない)

発ガン性物質 発ガン性物質

IARC(国際がん研究機関)

IARC(国際がん研究機関)

Group1

Group1(人に対して発がん性がある)(人に対して発がん性がある)

オゾン層破壊物質(成層圏)

オゾン層破壊物質(成層圏)

鉛化合物 鉛化合物

その他の物質(

その他の物質( 種によらず総量で現状以 種によらず総量で現状以

下 下 ) )

(14)

健康,環境問題 健康,環境問題

  揮発性有機化合物( 揮発性有機化合物( VOC) VOC )

光化学オキシダント

光化学オキシダント ( ( オゾン発生 オゾン発生 ) ) ,大気酸性化 ,大気酸性化 浮遊粒子状物質

浮遊粒子状物質

「大気汚染防止法」改正で規制対象となる

「大気汚染防止法」改正で規制対象となる

(平成 (平成

1616

年 年

55

月 月

2626

日公布) 日公布)

評価:一般には総量で評価

評価:一般には総量で評価

(15)

環境負荷低減のための「指針」

環境負荷低減のための「指針」 改訂 改訂

• 2005

5

月改訂の目標

鉛化合物・クロム化合物・タールフリー化 有害化学物質量削減,低

VOC

耐久性別の区分(短期,中期,長期)

改正時の基本方針 耐久性の確保

ライフサイクルコストで従来塗装系とほぼ同等

(16)

環境負荷低減対策の検討

環境負荷低減対策の検討

((1996年〜)1996年〜)

塗装系の鉛・クロム・タールフリー化 添加剤:性能を落とさず代替可能

着色顔料:黄色,オレンジ,緑等

⇒コスト増 ⇒色選択に注意

防錆顔料:防食性能が維持できない場合は,

ライフサイクルで

VOC

増,コスト増

(17)

試験片外観( 6 サイクル終了後)

シアナミド鉛さび止めペイント2

フタル酸樹脂塗料2回(現行B塗装系)

シアナミド亜鉛さび止めペイント2 フタル酸樹脂塗料2

リン酸亜鉛さび止めペイント2 亜リン酸亜鉛さび止めペイント2

(18)

環境負荷低減対策の検討

環境負荷低減対策の検討

((1996年〜)1996年〜)

有害化学物質削減, VOC 削減対策の可否

無溶剤化:有害物質増となり採用不可 ハイソリッド化(低溶剤化):

エポキシ系塗料は有害物質増で採用不可 ポリウレタン樹脂系塗料のみ有望

弱溶剤化:防食性能確保で有望(

MIR

評価で)

ただし

VOC

総量評価では削減効果疑問

水系化:エマルジョン系は性能低下で採用不可

(19)

凝集力 乾燥

エマルジョン型 界面活性剤

高分子粒子

化学的結合 乾燥

硬化剤添加 ディスパージョン型

高分子粒子に 親水基が結合 高分子粒子に

界面活性剤が吸着

水系化

(20)

オゾン発生

オゾン発生 機構例 機構例

RH+OH・→R・+H2O

R・+O2 →RO2         RH:有機化合物(VOC

RO2+NO→NO2+RO   OH・:ヒドロキシラジカル

NO2+hν→O+NO      R・ :有機ラジカル

O+O2 →O3      hν:光量子

(21)

VOC 評価法

総量評価

化学種を問わず,含有量で評価

MIRMaximum Incremental Reactivity) 米国W.P.L.Carter提唱

VOC種別のオゾン発生量の実験結果から評価

POCPPhotochemical Ozone Creation Potentials) 英国R.G.Derwentoら提唱

光化学反応機構の反応定数などからオゾン発生量を計算

(22)

溶剤名  MIR 値  有害性  m-キシレン  10.61 

O-キシレン  7.49  p-キシレン  4.25 

トルエン  3.97 

メチルセロソルブ  2.98 

PRTR 法  指定  物質  ミネラルスピリット*  0.78〜1.27  指定外 

*:混合物の組成で異なる 

有機溶剤の MIR 値の例

(23)

総量評価とMIR評価

低溶剤化による 溶剤量削減

総 量 評 価:

300g/L

150

/L

となり

50

%削減と評価

不揮発性 成分

VOC対策塗料1L(リットル)

不揮発性 成分 溶剤300g

塗料1L(リットル)

ミネラルスピリット 溶剤150g 混合キシレン

MIR値評価:

234g/L

1,065

/L

となり

350

%増と評価

(24)

塗装系 特徴 B

7

一般環境用,汎用

鉛系さび止めペイント+長油性フタル酸 期待耐久性 15 年程度(鉛・クロム使用)

7

一般環境用,長期耐久型

厚膜型変性エポ(+ポリウレタン)

期待耐久性 30 年程度(キシレン・トルエン使用)

7

腐食環境用,長期耐久型

エポジンク+厚膜型エポキシ+ポリウレタン

期待耐久性 35 年以上(キシレン・トルエン使用)

現状分析(対象塗装系)

現状分析(対象塗装系)

(25)

JR採用 JR採用 の塗装系割合 の塗装系割合

平成12年度

塗装系B 7

エポキシ樹脂系 E7,G 7 ,T7

塗装系J

7

(26)

削減率評価のための塗装系の耐久性予測 削減率評価のための塗装系の耐久性予測

JR JR における塗替え における塗替え 塗装実績 塗装実績

0 25 50 75 100 125

塗装面積比(%)の累積値 塗替え対象面積:約1,600万㎡

5 10 15 20

塗替え時の旧塗装系はB7であり,

この結果は,塗装系B7の平均寿命と言える。

(27)

塗装系 有害化学物質量 g/(㎡・y

VOC 量(MIRg/(㎡・y

塗装コスト 円/(㎡・y) B7 2.2 13 390 7 6.9 50 220 7 4.5 32 190 耐久性をB7:15年,G730年,J735年として計算した。

塗装系別 塗装系別 の の 現状分析と削減目標 現状分析と削減目標

削減目標は,現状で最も低い塗装系の値とした。

(28)

試作 塗料構成 有害物 VOC 1 弱溶剤型エポ+弱溶剤型ウレタン 1.9 12.5 2 弱溶剤型エポ+

水系エポ+水系上塗 1.7 3.4 3 溶剤型エポ+

水系エポ+水系上塗 2.0 8.5 4 溶剤型エポジンク+溶剤型エポ+

水系エポ+水系上塗 2.0 7.0 目    標 2.2 以下 13 以下

環境負荷低減型塗装仕様 環境負荷低減型塗装仕様

試作仕様の設計値(耐久性

試作仕様の設計値(耐久性 30 30 年 年 で試算 で試算 ) )

単位:g/(㎡・y),VOCはMIR値

耐久性が塗装系G7と同等以上なら

(29)

0 10 20 30

0 1 2 3 4 5 6 7

塗膜変状 ふくれ,さび

試験サイクル数

⇒劣化大 塗膜変状面積(%) ○:従来 B7△:従来

G7

●:弱溶剤系

■:弱溶剤+水系

▲:溶剤+水系

□:ジンク+水系

試作品の促進劣化試験結果 試作品の促進劣化試験結果

弱溶剤系は耐久性が低く,VOC削減目標は達成できるが,

(30)

塗装直後の降雨影響試験 塗装直後の降雨影響試験

30

分後

り 塗 料

60

分後

120

分後

上 塗 り 塗 料

(31)

A:200211月中旬 都市環境,河川上 B:20049月中旬

都市環境,河川上 C:200411月下旬

試験施工橋梁の外観 試験施工橋梁の外観

(32)

開発した環境負荷低減型塗装系 開発した環境負荷低減型塗装系

水系上塗り塗料(ポリウレタン樹脂系,変性アクリル 水系上塗り塗料(ポリウレタン樹脂系,変性アクリル 樹脂系:樹脂系:120g/m120g/m22))

4層(全面)4層(全面)

水系エポキシ樹脂塗料(

水系エポキシ樹脂塗料(220g/m220g/m22)) 3層(全面)3層(全面)

厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料(溶剤系

厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料(溶剤系200g/m200g/m22)) 22層(補修)層(補修)

厚膜型エポキシ樹脂ジ 厚膜型エポキシ樹脂ジ

ンクリッチペイント ンクリッチペイント

(溶剤系(溶剤系500g/m500g/m22)) 厚膜型変性エポキシ樹脂

厚膜型変性エポキシ樹脂 系塗料系塗料

(溶剤系(溶剤系200g/m200g/m22)) 11層(補修)層(補修)

塗装系塗装系ECO2ECO2 塗装系塗装系ECO1ECO1

工程工程

(33)

塗装系 塗装系 ECO ECO の環境負荷低減程度 の環境負荷低減程度

8.58.5 1.41.4

2.02.0 ECO1ECO1

VOCVOC

量 量 有害化学 有害化学

物質量 物質量

7.07.0 1.21.2

2.02.0 ECO2ECO2

5050 8.38.3

6.96.9

従来 従来

G7G7

1313 6.06.0

2.22.2

従来 従来

B7B7

MIR値MIR

値 総量 総量

塗装系 塗装系

有害化学物質:B7の約10%,G7の約70%削減 VOC量:総量でB7の約75%,G7の約85%削減

MIR値でB7の約40%,G7の約80%削減

単位は g//年,すなわち,耐久性を塗装系B7で15年,その他の塗装系を 30年と仮定したライフサイクルでの評価(単位年,単位塗装面積当り)

(34)

2005 2005 年「塗装指針」改訂での 年「塗装指針」改訂での 主な変更点 主な変更点

  鉛化合物・クロム化合物・タールフリー化 鉛化合物・クロム化合物・タールフリー化

  既存塗装系集約(同一用途 既存塗装系集約(同一用途

,,

同等性能塗装系) 同等性能塗装系)

  短期・中期耐久塗装系新設 短期・中期耐久塗装系新設

  環境負荷低減型塗替え塗装系新設 環境負荷低減型塗替え塗装系新設

  性能規定の考え方導入 性能規定の考え方導入

  劣化亜鉛面,劣化耐候性面用塗装系新設 劣化亜鉛面,劣化耐候性面用塗装系新設

(35)

廃止 廃止 塗装系その 塗装系その 1 1

  鉛・クロム化合物必須の塗装系 鉛・クロム化合物必須の塗装系



塗装系 塗装系

BB

→ → 塗装系 塗装系

BSUBSU

(短期耐久) (短期耐久)

→塗装系 → 塗装系

BMUBMU

(中期耐久) (中期耐久)



塗装系 塗装系

DD

→塗装系 → 塗装系

LL

(新設時) (新設時)



塗装系 塗装系

KK

→ → 塗装系 塗装系

LL

又は塗装系 又は塗装系

JJ

(36)

廃止 廃止 塗装系その 塗装系その 2 2

  タール成分必須の塗装系 タール成分必須の塗装系



塗装系 塗装系

EE

, ,

MM

→ → 塗装系 塗装系

L(L(

新設) 新設)

→ → 塗装系 塗装系

G,G

T,T

L6,L6

ECO1(塗替)ECO1

(塗替)



塗装系 塗装系

EEEE

, ,

MNMN

→ → 塗装系 塗装系

LNLN

(新設時) (新設時)

(箱桁内面用)(箱桁内面用)



塗装系 塗装系

FF

, ,

FFFF

→ → 塗装系 塗装系

WWWW

(新設) (新設)

→塗装系 → 塗装系

W(W(

塗替) 塗替)

(37)

新規塗装系その1 新規塗装系その1

  塗装系 塗装系

BSUBSU

(短期耐久性:新設時) (短期耐久性:新設時)

鉛・クロムフリーさび止めペイント鉛・クロムフリーさび止めペイント 55年程度の短期使用工事桁年程度の短期使用工事桁

  塗装系 塗装系

BMUBMU

(中期耐久性) (中期耐久性)

塗装系塗装系BMU1BMU1→→(新設時,塗替時)(新設時,塗替時)

塗装系塗装系BMU2BMU2→→(塗替時)(塗替時)

1010年程度の中期使用工事桁,定期塗替え桁年程度の中期使用工事桁,定期塗替え桁

(38)

新規塗装系

新規塗装系 その2 その2

  塗装系 塗装系 ECO(塗替時) ECO (塗替時)



環境負荷低減を目的に, 環境負荷低減を目的に,

水系の中塗り,上塗り塗料 水系の中塗り,上塗り塗料



塗装系2種(下塗りの違い) 塗装系2種(下塗りの違い)

ECO1(一般環境用)ECO1

(一般環境用)

ECO2(腐食環境用)ECO2

(腐食環境用)

(39)

塗装系 塗装系 ECO ECO

実施工における課題 実施工における課題

はけ塗り性 はけ塗り性 ローラ塗り性 ローラ塗り性 作業性 作業性

温度( 温度(

55

〜 〜

30℃30

℃ ),湿度(〜 ),湿度(〜

85%)85

%)

塗装後の結露

塗装後の結露 ・ ・ 降雨 降雨 施工環境 施工環境

入手原料の違い 入手原料の違い

添加剤種 添加剤種 ・ ・ 量の違い 量の違い 製造会社の技術

製造会社の技術

(複数会社供給)

(複数会社供給)

課題 課題

項目 項目

(40)

塗装条件 塗装条件 に に 適合 適合 する月別 する月別 日 日 数 数

昼間作業 昼間作業 (気温 (気温

1010

℃以上,相対湿度 ℃ 以上,相対湿度

8585

%以下) %以下)

0 5 10 15 20 25 30

●:東京気象台

■:秩父気象観測所

▲:札幌気象台

2002年雨天をのぞく

(41)

塗装条件 塗装条件 に に 適合 適合 する月別 する月別 日 日 数 数

夜間作業 夜間作業 (気温 (気温

1010

℃以上,相対湿度 ℃ 以上,相対湿度

8585

%以下) %以下)

0 5 10 15 20 25 30

1月 3月 5月 7月 9月 11月

●:東京気象台

■:秩父気象観測所

▲:札幌気象台

2002年雨天をのぞく

(42)

おわりに おわりに

  環境負荷低減は,必ずしも難しくない 環境負荷低減は,必ずしも難しくない

  コスト増とは限らない コスト増とは限らない

  ただし,施工時の気象条件などの制約を考え, ただし,施工時の気象条件などの制約を考え,

塗装材料,施工方法などの得失を理解し 塗装材料,施工方法などの得失を理解し

適時・適材・適所の徹底が必要

適時・適材・適所の徹底が必要

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