2024-161908 亀裂検知用塗膜層、鋼構造物の亀裂検知方法および亀裂補修方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024161908

(43)【公開日】2024-11-20

(54)【発明の名称】亀裂検知用塗膜層、鋼構造物の亀裂検知方法および亀裂補修方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/20 20060101AFI20241113BHJP

   E04G 23/02 20060101ALI20241113BHJP

   C09D 5/24 20060101ALI20241113BHJP

   C09D 5/25 20060101ALI20241113BHJP

   C09D 201/00 20060101ALI20241113BHJP

   C09D 7/61 20180101ALI20241113BHJP

   C09D 7/62 20180101ALI20241113BHJP

   C09D 133/00 20060101ALI20241113BHJP

   C09D 163/00 20060101ALI20241113BHJP

   B32B 15/18 20060101ALI20241113BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20241113BHJP

   B32B 7/025 20190101ALI20241113BHJP

   H01B 5/14 20060101ALI20241113BHJP

【ＦＩ】

G01N27/20 A

E04G23/02 D

C09D5/24

C09D5/25

C09D201/00

C09D7/61

C09D7/62

C09D133/00

C09D163/00

B32B15/18

B32B15/08 E

B32B7/025

H01B5/14 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024075290

(22)【出願日】2024-05-07

(31)【優先権主張番号】P 2023076819

(32)【優先日】2023-05-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 智敏

【テーマコード（参考）】

2E176

2G060

4F100

4J038

5G307

【Ｆターム（参考）】

2E176AA07

2E176BB01

2G060AA08

2G060AE04

2G060AF07

2G060AG09

2G060EA03

2G060EA06

4F100AB03A

4F100AB24C

4F100AB24H

4F100AK25C

4F100AK46D

4F100AK53C

4F100BA05

4F100BA07

4F100CA21C

4F100DE01C

4F100DG10D

4F100EH46B

4F100EH46C

4F100EH46E

4F100EJ99

4F100EJ99D

4F100GB07

4F100GB61

4F100JG01C

4F100JG04B

4F100JG04E

4J038CG001

4J038DB001

4J038HA066

4J038KA08

4J038KA15

4J038NA20

4J038NA21

4J038PA06

4J038PB05

4J038PC02

5G307GA02

5G307GB02

5G307GC02

(57)【要約】

【課題】施工が容易で維持管理性が高く、精度よく亀裂の発生を検出することができる技術を提供する。
【解決手段】鋼構造物の表面に形成された第１の絶縁塗膜と、前記第１の絶縁塗膜の表面に塗布された亀裂検知用の導電性塗膜と、前記導電性塗膜の保護のために塗布された第２の絶縁塗膜とを、備える亀裂検知用塗膜層であって、前記導電性塗膜と前記第２の絶縁塗膜との間に導電性塗膜を露出可能に剥離するための補修点を設けている亀裂検知用塗膜層である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼構造物の表面に形成された第１の絶縁塗膜と、前記第１の絶縁塗膜の表面に塗布された亀裂検知用の導電性塗膜と、前記導電性塗膜の保護のために塗布された第２の絶縁塗膜とを、備える亀裂検知用塗膜層であって、
前記導電性塗膜と前記第２の絶縁塗膜との間に導電性塗膜を露出可能に剥離するための補修点を設けている、亀裂検知用塗膜層。

【請求項2】

前記補修点の材質として、紙、ナイロン、ビニールおよびセロファンから選ばれた少なくとも１種を用いる、請求項１に記載の亀裂検知用塗膜層。

【請求項3】

前記導電性塗膜は、導電性塗料の顔料として銀粉および銀被覆銅粉を含み、
前記導電性塗膜は、樹脂として、アクリル樹脂およびエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１に記載の亀裂検知用塗膜層。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の亀裂検知用塗膜層を鋼構造物の表面に形成し、
前記導電性塗膜の配線回路に電流を流し、前記鋼構造物の亀裂による前記配線回路の断線を検知する、鋼構造物の亀裂検知方法。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１項に記載の亀裂検知用塗膜層を鋼構造物の表面に形成し、
前記導電性塗膜の配線回路に電流を流し、前記鋼構造物の亀裂による前記配線回路の断線を検知し、
検知した亀裂周辺の塗膜を剥離後、前記亀裂を溶接補修し、
塗膜を剥離し露出させた鋼構造物の表面に第１の絶縁塗膜を形成し、
前記亀裂に近い補修点を剥離して導電性塗膜を露出させ、
補修した前記亀裂を跨り、露出した補修点間、または、露出した補修点と通電開始点との間に導電性塗膜による配線回路を形成し、
前記導電性塗膜の保護のために第２の絶縁塗膜を塗布する、鋼構造物の亀裂補修方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼構造物や溶接部などに発生した亀裂を検出する塗膜層に関し、それを用いた鋼構造物の亀裂検知方法および亀裂補修方法に関する。以下の記載において、数値範囲をあらわす「ｘ～ｙ」は、ｘ以上ｙ以下を表し、境界値を含む。

【背景技術】

【0002】

従来の亀裂検知の手法として亀裂検知ゲージなどを亀裂発生部位に貼付け、一定電流を流し電圧変化から断線を検出する仕組みで亀裂検知を行っている。

【0003】

たとえば、特許文献１には、亀裂の発生の検出に最適な体積抵抗率を有し、現場施工が容易であり、精度よく亀裂の発生を検出することができる導電性塗料、導電性塗膜、亀裂検出用塗料が開示されている。亀裂検出用塗膜はカーボンブラックとエポキシ樹脂とを含む導電性塗料を塗布して形成され、その表面に１対の電極を配置して、電極間の抵抗を２００～１００００Ωとしている。

【0004】

特許文献２には、監視対象物に発生する亀裂の開口幅の変動による影響を受けずに、この亀裂の発生の検出精度を向上させることができる亀裂監視装置及び亀裂監視方法が開示されている。導電性塗膜に複数の異なる周波数の交流電力を給電し交流インピーダンスから亀裂の発生を検出する方法である。

【0005】

特許文献３には、亀裂の発生の検出に最適な体積抵抗率を有し、現場施工が容易であり、精度よく亀裂の発生を検出することができる導電性塗料、導電性塗膜、亀裂検出用塗料及び亀裂検出用塗膜が開示されている。導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含み、有機樹脂としてウレタン樹脂を含む。顔料の配合や形態を調整して体積抵抗率を所定の範囲とする、たとえば、配線用塗膜が形成できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５－１７９５０１号公報

【特許文献2】特開２０１１－１７４８２３号公報

【特許文献3】特開２００８－ ８１６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記従来技術には以下の問題があった。
広範囲や長距離の検知範囲を検出するには、箔ゲージ式の亀裂検知ゲージを多数貼り付ける必要があった。そのため、維持管理の手間がかかってしまっていた。

【0008】

特許文献１に記載の技術は、亀裂の進展による抵抗変化から亀裂を検知するものである。その方法では広範囲や長距離の検出範囲を対象として、検出する抵抗値を調整するのが難しい問題があった。

【0009】

特許文献２に記載の技術には、複数の異なる周波数を印加し検知するがゆえに複雑な装置になってしまう問題があった。

【0010】

特許文献３に記載の技術には、配線などに用いて、断線が発生した場合の維持管理が難しい問題があった。

【0011】

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであって、施工が容易で維持管理性が高く、精度よく亀裂の発生を検出することができる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を有利に解決する本発明にかかる亀裂検知用塗膜層は、鋼構造物の表面に形成された第１の絶縁塗膜と、前記第１の絶縁塗膜の表面に塗布された亀裂検知用の導電性塗膜と、前記導電性塗膜の保護のために塗布された第２の絶縁塗膜とを、備える亀裂検知用塗膜層であって、前記導電性塗膜と前記第２の絶縁塗膜との間に導電性塗膜を露出可能に剥離するための補修点を設けていることを特徴とする。

【0013】

なお、本発明にかかる亀裂検知用塗膜層は、
（ａ）前記補修点の材質として、紙、ナイロン、ビニールおよびセロファンから選ばれた少なくとも１種を用いること、
（ｂ）前記導電性塗膜は、導電性塗料の顔料として銀粉および銀被覆銅粉を含み、前記導電性塗膜は、樹脂として、アクリル樹脂およびエポキシ樹脂から選ばれた少なくとも１種を含むこと、
などがより好ましい解決手段になり得る。

【0014】

上記課題を有利に解決する本発明にかかる鋼構造物の亀裂検知方法は、上記いずれかの亀裂検知用塗膜層を鋼構造物の表面に形成し、前記導電性塗膜の配線回路に電流を流し、前記鋼構造物の亀裂による前記配線回路の断線を検知することを特徴とする。

【0015】

上記課題を有利に解決する本発明にかかる鋼構造物の亀裂補修方法は、上記いずれかの亀裂検知用塗膜層を鋼構造物の表面に形成し、前記導電性塗膜の配線回路に電流を流し、前記鋼構造物の亀裂による前記配線回路の断線を検知し、検知した亀裂周辺の塗膜を剥離後、前記亀裂を溶接補修し、塗膜を剥離し露出させた鋼構造物の表面に第１の絶縁塗膜を形成し、前記亀裂に近い補修点を剥離して導電性塗膜を露出させ、補修した前記亀裂を跨り、露出した補修点間、または、露出した補修点と通電開始点との間に導電性塗膜による配線回路を形成し、前記導電性塗膜の保護のために第２の絶縁塗膜を塗布することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明にかかる亀裂検知用塗膜層、鋼構造物の亀裂検知方法および亀裂補修方法によれば、鋼構造物の亀裂を導電性塗膜の配線の断線によって検知でき、亀裂部の補修後に再度健全部を再利用して配線できる。したがって、施工が容易で維持管理性が高く、経済的にも有利で、精度よく亀裂の発生を検出することができる

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態にかかる亀裂検知用塗膜層を説明する概略図であり、（ａ）は溶接部に沿った割れを検知する例を示し、（ｂ）は溶接部に直交する方向の鋼板の割れを検知する例を示す。

【図2】鋼板上の塗膜層の断面図であって、（ａ）は既存の上塗り塗装の上に導電性塗膜を形成する例を示し、（ｂ）は新設時に下塗り塗装と上塗り塗装の間に導電性塗膜を形成する例を示し、（ｃ）は従来の塗装を示す。

【図3】補修点を表す断面図であって、（ａ）は、既存の上塗り塗装の上に設置した補修点の例を示し、（ｂ）は新設時の補修点の例を示し、（ｃ）はタブ付きの補修点の例を示す。

【図4】（ａ）は平板部に亀裂検知用塗膜層を形成した例を示す概念図であり、（ｂ）は亀裂の発生例を示す概念図であり、（ｃ）は亀裂の補修状態を示す概念図である。

【図5】図４（ｃ）のＡ部断面図であって、（ａ）は亀裂部研削後の状態を示し、（ｂ）は補修点を有さない部分の下塗り塗料を塗布した状態を示し、（ｃ）は補修点を有する部分の下塗り塗料を塗布した状態を示す。

【図6】補修点で亀裂検知用塗膜を再生する様子を示す断面図であって、（ｄ）は補修点の剥離の様子を示し、（ｅ）は補修点で露出させた亀裂検知用の導電性塗膜を接続する様子を示し、（ｆ）は導電性塗膜を上塗り塗装で保護する様子を示す。

【図7】上記実施形態にかかる亀裂検知用塗膜層の好適な塗布範囲を示す溶接部近傍の模式断面図であって、（ａ）は溶接の熱影響部が確認される場合を表し、（ｂ）は、熱影響部が不明の場合を表す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0019】

図１は一実施形態にかかる亀裂検知用塗膜層の概略図である。鋼構造物１の溶接部２近傍に亀裂検知用塗膜を形成する。図１（ａ）に示すように導電性塗膜４Ｃが溶接部２を跨ぐように配線回路として形成すれば、溶接部２に沿った割れ、つまり、縦割れの検知ができる。一方、図１（ｂ）に示すように導電性塗膜４Ｃが溶接ビードに沿うように配線回路として形成すれば、溶接部２に直交する方向の鋼板１の割れ、つまり、横割れを検知できる。導電性塗膜４Ｃを保護するために絶縁性の上塗り塗装４Ｄを行う。導電性塗膜４Ｃによる配線回路はこれに限るものではなく自由に形状を変えて塗布できる。図７に溶接部２近傍の模式拡大断面図を示す。図７（ａ）に示すように溶接の熱影響部２Ａが明らかな場合には、その熱影響部２Ａの範囲の外側まで広がるように、溶接部２を跨いで折り返し塗布する亀裂検知用塗膜層の塗布範囲４Ｅとすることが好ましい。また、図７（ｂ）に示すように溶接の熱影響部２Ａが明らかでない場合には溶接ビード端から４５度の以内に応力が伝わり亀裂が発生する可能性が高いと考えられる。そこで、その応力負荷範囲２Ｂの外側まで広がるように、溶接部２を跨いで折り返し塗布する亀裂検知用塗膜層の塗布範囲４Ｅとすることが好ましい。図示しない通電開始点に電圧を印加し流れる電流の変化を監視することで配線回路の断線からき裂を検知できる。本実施形態では、導電性塗膜４Ｃによる配線回路の途中に後述する補修点５を設ける。

【0020】

図２（ａ）は本実施形態にかかる亀裂検知用塗膜層４の一例であって、既存の塗装の表面に形成する例を示す断面図である。既存の塗装は、図２（ｃ）に示すように鋼板１の表面上に下塗り塗装４Ａおよび上塗り塗装４Ｂが施されている。本実施形態ではこれらは第１の絶縁塗膜を構成する。下塗り塗装４Ａと上塗り塗装４Ｂの間に中塗り塗装を施してもよい。この既存の塗装の上に亀裂検知用の配線回路としての導電性塗膜４Ｃを形成する。その上に導電性塗膜４Ｃの保護のために第２の絶縁塗膜としての上塗り塗装４Ｄが施される。

【0021】

図２（ｂ）は本実施形態にかかる別の亀裂検知用塗膜層４の一例であって、新設の塗装として鋼板１の表面に形成する例を示す断面図である。鋼板１の表面に下塗り塗装４Ａを第１の絶縁塗膜として形成する。その上に亀裂検知用の配線回路としての導電性塗膜４Ｃを形成する。その上に導電性塗膜４Ｃの保護のために第２の絶縁塗膜としての上塗り塗装４Ｄが行われる。このように新設の場合には上塗り塗装の回数を削減できるので好ましい。

【0022】

下塗り塗装４Ａは鋼板１と亀裂検知用の導電性塗膜４Ｃとを電気的に絶縁するとともに鋼板の腐食を防止するための塗膜を形成する。下塗り塗装４Ａは、たとえば、防錆顔料入りエポキシ樹脂や有機ジンクリッチペイントなどのような鋼構造物用防食塗装系に適用されている下塗り塗料が塗布される。

【0023】

上塗り塗装４Ｂ、４Ｄは下塗り塗装４Ａや亀裂検知用の導電性塗膜４Ｃを自然因子の作用から保護し、絶縁するために塗装し形成される。環境遮断性に優れたエポキシ樹脂系塗料、耐紫外線性および耐薬品性に優れたポチウレタン樹脂やフッ素樹脂を用いることができる。上塗り塗装４Ｄの前に中塗り塗装を行ってもよい。

【0024】

導電性塗膜４Ｃは、導電性顔料を含む有機樹脂をスプレー、刷毛、ローラなどによって塗布し形成されている。導電性顔料には、カーボンブラック、グラファイト、ニッケル、銀粉や銀被覆銅粉などを用いることができる。銀粉と銀被覆銅粉とを混合して用いることが体積抵抗率の低減や塗装作業性の観点から好ましい。

【0025】

導電性塗膜４Ｃに用いる有機樹脂として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキルシリケート樹脂などが好ましい。鋼構造物の表面に塗布されている塗料になじみやすく、導電顔料の分散性などを考慮し、アクリル樹脂およびエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。

【0026】

図１に示すように、導電性塗膜４Ｃを用いた亀裂検出用の配線回路は、総延長で１０ｍを超える長さになる。膜厚は１０μｍ～１００μｍが好ましい。下限未満では現場施工によって連続した塗膜が得られないおそれがある。上限超えでは塗装したときに垂れなどの塗装欠陥が多く発生し、その対策で塗料の粘度を高くすると施工性が犠牲になるおそれがある。より好ましくは３０～６０μｍが好ましい。たとえば、２０ｍｍ幅で、総延長１０ｍの配線で電気抵抗値１００Ω程度となるように導電性塗膜４Ｃを検討した場合、体積抵抗率は０．５～５．０×１０^－３Ω・ｃｍ程度を満たすように導電顔料の調整を行うことが好ましい。

【0027】

本実施形態で用いる補修点５は、図３（ａ）～（ｃ）のように構成することができる。図３（ａ）は既存の上塗り塗装４Ｂの上に設置した導電性塗膜４Ｃの補修点５の例を断面図で示す。図３（ｂ）は新設の場合の導電性塗膜４Ｃの補修点５の例を断面図で示す。補修点５は、亀裂などで導電性塗膜４Ｃの配線回路が断線したときに、上塗り塗装４Ｄを剥離して導電性塗膜４Ｃを露出させ、新たに配線回路を形成できるようにするために設ける。補修点５は、紙、ナイロン、ビニールおよびセロファンから選ばれた少なくとも１種を用い、導電性塗膜４Ｃと上塗り塗装４Ｄの間に配する。たとえば、補修点５用材料をはがれやすい粘着剤などのテープとして、導電性塗膜４Ｃのうえに貼付し、その上から上塗り塗装４Ｄを行うことができる。粘着性が高すぎると導電性塗膜４Ｃも同時に剥離してしまうので適切な粘着性とすることが好ましい。補修点５は図３（ｃ）のようにタブ５Ａを設け、上塗り塗装４Ｄ後に補修点５を視認しやすくすることができる。加えて、タブ５Ａを用いて容易に補修点５を剥離することができる。補修点５の形状も円形、楕円形や方形とすることができる。補修点５は導電性塗膜４Ｃの配線幅と同程度の長さ以上の直径や短径、短辺の範囲を被覆することが好ましい。

【0028】

つぎに、本実施形態にかかる亀裂検知用塗膜層を用いた亀裂検知方法および亀裂補修方法について説明する。
本実施形態にかかる亀裂検知方法は、上記亀裂検知用塗膜層によって、図１のように配線回路を形成し、図示しない通電開始点に電圧を印加することにより、配線回路に流れる電流を監視する。鋼構造物のき裂や外部からの衝撃などにより、塗膜が損傷し配線回路の断線が生じると電流値が低下し、または、電流が流れなくなる。断線箇所の鋼構造物を目視観察して亀裂か否かを判定する。

【0029】

図４（ａ）は平板部に亀裂検知用塗膜層を形成した例を示す概略図である。この例では、既存の上塗り塗装４Ｂの上に導電性塗膜４Ｃの配線回路を形成している。通常、上塗り塗装４Ｄには、顔料を含むので、亀裂検知用の導電性塗膜４Ｃがあることは観察できない。上塗り塗装４Ｄをクリア塗装などの透明または半透明の塗装とすることで亀裂検知用の導電性塗膜４Ｃの状態を確認することもできる。なお、外観からは亀裂が視認できない場合であっても、補修点５をはがし、露出した導電性塗膜４Ｃ間または露出した導電性塗膜４Ｃと通電開始点との間の導通を確認することで、亀裂発生位置を特定することもできる。

【0030】

図４（ｂ）は亀裂により亀裂検知塗膜が断裂した状態を示す概略図である。図４（ｃ）に示すように、亀裂部分の周囲を研削し、塗膜をはがして鋼板１表面を露出させる。その表面研削部７で明らかになった鋼板１の亀裂部分に溶接補修を行う。亀裂検知用塗膜層４も上記研削によりＡ部まで研削される。

【0031】

図５（ａ）は、図４（ｃ）のＡ部を拡大した断面図である。露出している導電性塗膜４Ｃは、たとえば、第１の絶縁塗膜としての上塗り塗装４Ｂと第２の絶縁塗膜としての上塗り塗装４Ｄに挟まれている。導電性塗膜４Ｃの露出範囲は配線幅×塗膜厚みとなり、塗膜厚みは１０～１００μｍ程度であるから、この導電性塗膜４Ｄを新たな配線として接続するのは困難である。

【0032】

加えて、研削して鋼板１の表面露出した表面研削部７には、防錆保護のための下塗り塗料４Ａが塗布される。その様子を示したのが図５（ｂ）の断面図である。図５（ｂ）は補修点を持たない断面を表す。こうなると、導電性塗膜４Ｃは完全に隠されてしまい、接続は不可能である。

【0033】

そこで、図５（ｃ）に示すように、表面研削部７の近傍に補修点５を配置する。手順としては、補修点５をはがす前に、下塗り塗装４Ａを完了させる必要がある。補修点５をはがして露出した導電性塗膜４Ｃが被覆されてしまうのを防ぐためである。図６（ｄ）は、下塗り塗装後に補修点５を剥離片５Ｂとして剥離した状態を示す断面図である。これにより、導電性塗膜４Ｃが露出して、配線接続が可能となる。

【0034】

図６（ｅ）は、補修点５を剥離して露出した導電性塗膜４Ｃから下塗り塗装を施した表面研削部７に向かって、導電性塗膜４Ｃによる配線回路を再生した状態を表す断面図である。再生した配線回路は補修した亀裂部を跨って反対側の補修点５または通電開始点まで配線される。はがした補修点５の位置または新たな配線の途中に補修点５を配置することが好ましい。

【0035】

図６（ｆ）は、さらに導電性塗膜４Ｃを保護する上塗り塗装５Ｄを施した状態を示す断面図である。亀裂補修のために研削除去した亀裂検知用塗膜層が再生される。その余の配線回路は健全部の配線回路をそのまま利用するので、簡便に亀裂検知用塗膜層を維持管理できる。補修点５を用いない場合には、再度、全ての配線回路を描き直す必要がある。したがって、本実施形態は大幅な作業短縮に寄与する。

【符号の説明】

【0036】

１ 鋼構造物（鋼板）
２ 溶接部
２Ａ 熱影響部
２Ｂ 応力負荷範囲
４ 亀裂検知用塗膜層
４Ａ 下塗り塗装（第１の絶縁塗膜）
４Ｂ 上塗り塗装（第１の絶縁塗膜）
４Ｃ 導電性塗膜（亀裂検知用の配線回路）
４Ｄ 上塗り塗装（第２の絶縁塗膜）
４Ｅ （亀裂検知用塗膜層の）塗布範囲
５ 補修点（マスキング材）
５Ａ タブ
５Ｂ （補修点の）剥離片
６ 亀裂
７ 表面研削部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】