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モルタルライニング管とエポキシ樹脂粉体塗装管の使い分けは？ |
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エポキシ樹脂粉体塗装は、昭和40年代の後半に異形管内面用として開発され、その優れた性能から、直管内面にも用いられるようになり、現在ではモルタルライニングと共に広く用いられています。 |
| 現在使用されている例から採用理由を判断すると、以下のようになります。 1.安心しておいしく飲める水を安定供給できる管路 2.酸性雨や遊離炭酸を多く含む侵食性の強い水の管路 3.新規住宅団地などの残留塩素やpH対策が必要な配水管路 4.重量が軽いことが要求される水管橋等 5.汚水や汚泥など硫化水素対策の必要な下水管路 このように、モルタルライニング管とエポキシ樹脂粉体塗装管との明確な使用区分は定めていませんが、これらの使い分けについては、技術的な特性のほかに、各事業体の実状や地域の特性なども考え併せて最適な選択をされるのが好ましいと思われます。 |
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ダクタイル鉄管は何故腐食に強いと言われているのですか。 |
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ダクタイル鉄管が腐食に強いと言われている理由としては、以下の事が考えられます。 |
| ・国内外とも、過去永年月にわたって使用されている管が多く存在し、腐食しにくいことがお客様に認識されている。 ・実験室の数多くの試験データで、通常の炭素鋼よりも腐食しにくいという結果が得られている。 ・当協会では、既設管の腐食調査や水道事業体殿との共同埋設実験などを古くから継続的に実施しており、多くのデータが蓄積されている。それらから、特殊な腐食性環境の場合を別に考えると、ダクタイル鉄管は腐食に強い管材であると判断できる。 腐食現象は種々の要因で起こるものであり、腐食に強いという一般的な言い方は、技術的に的確な言い方とは、言えませんが、総合的に判断した結果として言われていると考えます。 |
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ポリエチレンスリーブの耐久性はどうですか。 | ||||||||||||
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ポリエチレンスリーブの材料であるポリエチレンは、エチレンを重合して製造されます。ポリエチレンは、軽くて、透明性があり、絶縁性もよく、プラスチックの中でも安価です。また、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性にも優れています。ただし、熱や光の作用で劣化を起こしやすいため、ポリエチレンスリーブを保管する時には直射日光などを避けるよう注意が必要です。
地中における耐久性については、これまでに多くの実績があります。 実績の一例を下表に示しますように、地中に20年間埋設されていたポリエチレンスリーブは掘り上げ後も当時の規格値を満足しており、優れた耐久性を示していました。
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ダクタイル鉄管を露出配管する場合には何か特別な防食対策が必要ですか。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ダクタイル鉄管は一般的には地中に埋設されていますが、浄水場、下水処理場などでは地上または管廊内で露出配管されたり、水中配管されることがあります。
一般に露出配管の場合、管路の美観、内部流体の識別等のために特殊な塗装仕様が用いられています。 これらの塗装仕様については、JDPA Z 2009－2002（ダクタイル鋳鉄管外面特殊塗装）として規格化されています。その詳細は下表および下図に示します。この規格では、1次塗装に亜鉛系プライマー塗装を行うことで耐久性の向上を図り、2次、3次塗装を工場で塗装し、輸送や布設工事での塗膜の損傷を考慮して施工現場において、さらに現地 塗装を行うことになっています。また、図に示しますように、塗装仕様の選定は、(1)配管の種類→(2)耐侯性の必要性→(3)湿度は高いか→(4)指定色の有無の順に行います。
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エポキシ樹脂粉体塗装と液状エポキシ樹脂塗装の違いはありますか。 |
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エポキシ樹脂粉体塗料の方が防食性能、品質とも優れていると評価されています。 エポキシ樹脂粉体塗装に使用されるエポキシ樹脂粉体塗料は、エポキシ樹脂、硬化剤、顔料、添加剤などの成分からなる粉末塗料で、液状エポキシ樹脂塗料のように溶剤を含まず、200℃前後の高温で溶融し、硬化反応を経て塗膜が形成されます。 常に均一な硬化条件で工場塗装されますので、製品品質のバラツキが少なく、また溶剤に起因するピンホール、臭気等の問題もなく、防食性能の点でも従来の溶剤型塗料に比べて非常に優れていると評価され、数多くの実績があります。 一方、平成元年にタールエポキシ樹脂塗料に替わる材料として、日本水道協会規格として制定された液状エポキシ樹脂塗料は、エポキシ樹脂、硬化剤、顔料、添加剤、溶剤からなる2液性の溶剤型塗料で、常温硬化反応を経て塗膜が形成されます。 この塗料は、常温硬化型であるため塗装条件によって、その性能に大きな差異が生じる可能性があり（温度・湿度の差等）、また水道用に使用する場合には残留溶剤による水質への影響も十分留意する必要があります。 水中での防食性能は、従来のコールタール、アスファルトや各種の合成樹脂塗料に比べ優れていますが、高温で硬化反応を完結するエポキシ樹脂粉体塗料よりも劣ることは否めません。 また、耐酸性、耐摩耗性等については、エポキシ樹脂粉体塗料の方が優れていることが確認されています。 なお、エポキシ樹脂粉体塗装は、その塗装方法及び設備の関係から、直管については呼び径1200まで、異形管については呼び径1500までに適用されています。一方、液状エポキシ樹脂塗装は、一般的に呼び径1600以上の異形管に適用されています。 |
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高機能ダクタイル鉄管は、どうしてポリエチレンスリーブを全て装着するのですか？ |
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水道ビジョンでは「更新施設の長寿命化による必要投資額の削減」が課題となっています。 本来、ダクタイル鉄管は耐食性に優れた性質を有していますが、すべてのダクタイル鉄管に長期的にその防食効果が実証されているポリエチレンスリーブを装着することにより、更に長期間にわたり、より確実に高機能を保持することができ、管路の長寿命化が実現できます。 |
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ステンレス製のボルト・ナットを使用した場合、異種金属の接触によるダクタイル鉄管の腐食の心配はないですか。 | |
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ステンレス製ボルトナットの表面積に比べてダクタイル鉄管の表面積は大きいため、異種金属接触腐食は問題のないレベルです。 |
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（2）金属の表面積の影響 |
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| ここで、 | P：腐食深さ、Po：金属片単独時（より電位の高い金属を接触させない時）の腐食深さ | |
| Aa：電位の低い金属の表面積、Ac：電位の高い金属の表面積 | ||
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注)H.H.ユーリック：腐食反応とその制御（第3版）,P105（産業図書,1989） |
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| ここで、鉄片（Aa）とステンレス片（Ac）の表面積を以下のように変えて式(1)に代入し、表面積の違いによる異種金属接触腐食量を計算すると、下図のようになります。 | ||
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| （3）ダクタイル鉄管本体への影響について ステンレス製ボルト・ナットを使用した場合、ステンレス製ボルト・ナットの表面積に比べてダクタイル鉄管の表面積は大きいため、それらの表面積比は図の(2)に近いと考えられます。図の(2)に示すように100分の1の表面積をもつステンレス片を電気的に接触させた場合、鉄片の腐食量は、ステンレス片を接触させない鉄片単独時とほぼ同じ（1.01倍）です。したがって、ダクタイル鉄管に表面積の小さいステンレス製ボルト・ナットが接触した場合、ダクタイル鉄管の腐食はそれを接触させない場合とほぼ同等であることから、ダクタイル鉄管の腐食に及ぼすステンレス製ボルト・ナットの影響は少ないものを考えられます。 |
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エポキシ樹脂粉体塗装管とモルタルライニング管における残留塩素の消費及びpHの変化に差はありますか。 | |
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エポキシ樹脂粉体塗装の方が残留塩素の消費は少なく、pHの上昇も認められません。 |
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GX形ダクタイル鉄管はどうして長期耐久性が期待できるのでしょうか？ | ||||||||||
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ＧＸ形ダクタイル鉄管の長期耐久性について､管外面､管内面､ゴム輪､ボルト・ナッ トの各項目について説明します。 |
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図1-1 GX形の寿命の考え方
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| 表1 - 1 外面耐食塗装および亜鉛溶射皮膜の防食期間 | |||||||||||
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注１)複合サイクル試験(ＪｌＳＫ ５６００‐７‐９サイクルＡ）
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| ２.管内面 ２－１ エポキシ樹脂粉体塗装 約２０年間使用された経年エポキシ樹脂粉体塗装管について､粉体塗膜の性能を調査し､耐久性を評価しました。 ①付着強さ､吸水率およびインピーダンスは､新品の値と同等であり､粉体塗膜の劣化兆候は認められませんでした。 ②塗膜表面からの塩素浸透深さは２μｍ以内と塗膜表層のごく浅い部分にしか浸透しておらず､優れた耐久性を有することを確認しました。 図２－１に示すように､塗膜の厚さは３００μｍ以上と規定されていることから､粉体塗膜は長期の耐久性を有するものと推定されます。 |
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図２-１ 経年エポキシ樹脂粉体塗膜の塩素浸透深さ 1)
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| 〔出典〕 1) 内面エポキシ樹脂粉体塗装ダクタイル鉄管について〔ＪＤＰＡ Ｔ４７〕（日本ダクタイル鉄管協会） | |||||||||||
| ２－２ モルタルライニング 直管の内面は、１９５０年代半ば以降､主としてモルタルライニングが施され､長期間の使用実績があります。 横浜市水道局では､老朽化したダクタイル鋳鉄管の更新計画を策定する際の耐用年数推定の知見を得るため､管内面のモルタルライニングの中性化について各種試験を行っています 2)｡その結果､中性化したモルタルライニングは､管への振動によるクラックや剥離､防食性能に関して､中性化していないものと比べても顕著な差は確認されず､中性化してもすぐに発錆することがないため､管路への影響は少ないと報告しています｡また､老朽管の更新計画策定の際に根拠とすべきモルタルライニング管の耐用年数は､モルタルライニングが完全に中性化するまでの期間を考慮して､シールコートありの小口径管では埋設後１００年程度が妥当であると提案しています。 以上のことから､シールコートのあるモルタルライニングが完全に中性化するまでの期間および中性化後も一定の防食機能が期待できることを考慮すると､モルタルライニングは一般的な水質において長期の耐久'性を有すると考えられます。 ただし、モルタルライニングが中性化する期間は、水質条件により大きく異なります。遊離炭酸が多い等、浸食性の強い水質の場合、早い期間でモルタルライニングが中性化する場合があることに留意する必要があります。 |
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| 〔出典〕 2) 横浜市水道局：｢ダクタイル鋳鉄管のモルタルライニングの中'性化と機能劣化に関する研究」 | |||||||||||
| ３.ゴム輪 一般的にゴムの劣化要因には以下の項目があると言われています。 ①紫外線による劣化 ②酸素による劣化 ③オゾンによる劣化 ④熱による劣化 通常､地中埋設されている水道管路では､①～④の影響はほとんどないため、ゴムの劣化は極めて緩慢であると考えられます｡実際に４０～５０年使用されたゴム輪の物性にほとんど変化がなく､水密性も確保されていることを確認しております (図３－１参照)。 |
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図３-１ 長期間使用されたゴム輪の物性(着色部は規格値）
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| 上記①～④の影響の他に応力によるゴム輪の永久変形があります｡ＧＸ形ゴム輪の水密機構はバルブ部(直管)､丸部(異形管)の圧縮により発揮されるため､長期間使用すると圧縮応力によりゴム輪が永久変形します。 図３－２に実際に約０．５～３０年間使用されたＴ形ゴム輪の圧縮永久ひずみを示します｡実測データから推定した１００年後の圧縮永久ひずみは約４５％であり､許容圧縮永久ひずみの８０％よりも十分に小さい値であるため､長期的に水密性を確保できると考えられます。 |
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図３-２ Ｔ形ゴム輪の圧縮永久ひずみ
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| ＧＸ形ゴム輪の長期耐久性は加熱促進試験により評価しています｡加熱促進条件は実際に長期間使用されたＴ形ゴム輪の圧縮永久ひずみと､加熱促進試験後のＴ形ゴム輪の圧縮永久ひずみを比較し算定しました。 ＧＸ形ゴム輪を接合伏態で１００年相当加熱促進した結果､圧縮永久ひずみは約４０％であり、Ｔ形と比べて永久変形しにくいことが判りました｡また、１００年相当加熱促進後のＧＸ形ゴム輪で水密試験を実施しましたが漏水は なく､長期的に水密性能を保持できることを確認しています。 ４.ステンレス鋼製(ＳＵＳ３０４)ボルト･ナットの寿命について ＳＵＳ３０４製ボルト･ナットは主にＳ形やＳⅡ形で使用されはじめ､約２０年が経過しました。 これまでのＳＵＳ３０４製ボルト・ナットの調査事例と、参考としてＳＵＳ４０３製ボルト･ナットの調査事例を以下に示します。 （１）調査事例Ⅰ3) 腐食性の強い粘土(最大ＡＮＳＩ評価１８．５点､酸性土壌)に､ポリエチレンスリーブを装着せずに６年間埋設しました｡酸化皮膜付きダクタイル鋳鉄製は､ボルト先端部やナット角部で腐食が認められました｡一方､ＳＵＳ３０４製は発錆もなく良好でした(写真４－１参照)。 |
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写真４-１ 埋設実験結果（酸性土壌に６年間埋設）
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| （２）調査事例Ⅱ〔参考:ＳＵＳ４０３製ボルト･ナットの事例 4)〕 埋立地において腐食性の強い粘土質の土壌(最大ＡＮＳＩ評価１３.５点､海水の影響あり)に､ポリエチレンスリーブを装着していない状態でＳＵＳ４０３製のボルト･ナットを２０年間埋設しました｡ボルトのネジ切り部や頭部角､ナット の角部等に､若干の腐食が発生していましたが､大きな腐食は認められませんでした(写真４－２参照)。 |
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写真４-２ 埋設実験結果（埋立地に２０年間埋設）
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| （３）調査事例Ⅲ 5) 各種ボルトの耐食性を評価するために､各種試験を１００日間行いました｡表４‐1に示すように､塩水噴霧試験や３％ＮａＣｌ浸漬試験では､ＳＵＳ３０４製ボルト･ナットの腐食減量はＳＵＳ４０Ｓ製の１００分の１～２００分の１程度でした。 |
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| 以上より､ＳＵＳ４０３製ボルト･ナットは埋立地に２０年間埋設後も大きな腐食は認められず､また塩水に関する腐食促進試験でもＳＵＳ３０４製ボルト･ナットの腐食減量はＳＵＳ４０３製に比べて極僅かであることから､ＳＵＳ３０４製ボルト・ナットは長期の耐久性が期待できるものと推定されます。 | |||||||||||
| 〔出典〕 3)日本ダクタイル鉄管協会:｢いわき市水道局殿 外面被覆材及び各種ボルト･ナットの耐食性調査埋設実験 (６年後調査結果報告書)｣､平成１２年１２月 4)玉瀬充康(大阪市水道局):｢ダクタイル鋳鉄管の各種内･外面塗装埋設実験(その４－埋設２０年後および 追加埋設実験１０年後の調査結果)｣､水道事業研究 第１４８号､大阪市水道局､平成１６年１０月 5)喜多川眞好､道浦吉貞:｢冷間鍛造ステンレスＴ頭ボルト･ナット｣､栗本技報、ｐｐ､２５‐３１（１９９３） |
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GX形ダクタイル鉄管の外面耐食塗装に傷がついても大丈夫なのでしょうか？ | |
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小さな傷※がついた場合には､外面i耐食皮膜中の亜鉛合金が傷部を守り､長期の耐久性が期待できます｡それより大きな傷がついた場合には､期待する防食性能が得られません。 |
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図1 複合サイクル試験※結果
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(.※ＪＩＳ Ｋ 5600-7-9サイクルＡ：塩水噴霧2h→乾燥4h→湿潤2hのサイクル）
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図２ 傷部の防食メカニズム
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