特許 7545686 鋼材の錆除去方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】鋼材の錆除去方法

(51)【国際特許分類】

   B24C 1/00 20060101AFI20240829BHJP

   B24C 11/00 20060101ALI20240829BHJP

   B24C 5/04 20060101ALI20240829BHJP

   B24C 1/06 20060101ALI20240829BHJP

   E01D 22/00 20060101ALI20240829BHJP

   E04G 23/02 20060101ALN20240829BHJP

【ＦＩ】

B24C1/00 C

B24C11/00 G

B24C5/04 Z

B24C11/00 Z

B24C1/06

B24C5/04 A

E01D22/00 Z

E04G23/02 Z

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2023500528

(86)(22)【出願日】2021-10-28

(86)【国際出願番号】 JP2021039900

(87)【国際公開番号】W WO2022176278

(87)【国際公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-06-16

(31)【優先権主張番号】P 2021026477

(32)【優先日】2021-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】505398963

【氏名又は名称】西日本高速道路株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】595089972

【氏名又は名称】株式会社富士技建

(73)【特許権者】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(73)【特許権者】

【識別番号】518114406

【氏名又は名称】池田工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000132161

【氏名又は名称】株式会社スギノマシン

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(72)【発明者】

【氏名】浅野 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】西山 晶造

(72)【発明者】

【氏名】貝沼 重信

(72)【発明者】

【氏名】池田 龍哉

(72)【発明者】

【氏名】荒川 武彦

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２４７０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８２０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－４６９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－５０２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－２４７３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｃ １／００ － １１／００

Ｅ０１Ｄ ２２／００

Ｅ０４Ｇ ２３／０２

Ｂ０８Ｂ ３／００ － ３／１４

Ｂ０８Ｂ ７／００ － ７／０４

Ｂ０５Ｄ １／００ － ７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

異常錆に加えて腐食性物質を有する耐候性鋼材から異常錆を除去する方法であって、
耐候性鋼材の表面にアブレシブウォータージェット処理を適用して腐食性物質と共に異常錆を含む錆部分を除去することを特徴とする方法。

【請求項2】

アブレシブウォータージェット処理は、研削材を含む超高圧水をノズル開口部から噴射して対象物としての耐候性鋼材に当てる処理（但し、研削材が方解石またはシラスの場合を除く）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ノズルから耐候性鋼材に向かって噴射する超高圧水のノズル開口部における吐出圧は、１５０～２５０ＭＰａであることを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項4】

ノズル開口部と耐候性鋼材との間の距離は、４０～４００ｍｍであることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。

【請求項5】

水と共に研削材を１５０～７００ｇ／分の供給量でノズルに供給する請求項２～４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

研削材は、ふるいの目開きで８０～１４００μｍの範囲の粒度を有することを特徴とする請求項２～５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

研削材は、＃３０～＃１２０で市販されている粒度を有する研削材であることを特徴とする請求項２～６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

（削除）

【請求項9】

耐候性鋼材は、構造物を構成することを特徴とする請求項２～７のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

耐候性鋼材に対してノズルを移動させながら連続的にアブレシブウォータージェット処理を実施することを特徴とする請求項２～７および請求項９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

耐候性鋼材は、橋梁、プラント構造物または鉄塔を構成することを特徴とする請求項１～７、請求項９および請求項１０のいずれかに記載の方法。

【請求項12】

錆部分は、腐食性物質としての塩分を含むことを特徴とする請求項１～７および請求項９～１１のいずれかに記載の方法。

【請求項13】

錆を除去することによって耐候性鋼材の素地調整することを特徴とする請求項１～７および請求項９～１２のいずれかに記載の方法。

【請求項14】

アブレシブウォータージェット処理用のノズルは、研削材を含む水が流れて対象物に向かってジェットを噴射する開口部を有し、ノズルの先端部分において開口部に隣接する内側空間がノズルの上流部から開口部に向かって広がる構造を有することを特徴とする請求項２～７および請求項９～１３のいずれかに記載の方法。

【請求項15】

内側空間は、円錐台形状を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

アブレシブウォータージェット処理後に耐候性鋼材の表面に残留している塩分量を、アブレシブウォータージェット処理前の塩分の約１／１０～１／２０に減少させることを特徴とする請求項２～７および請求項９～１６のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼材、特に耐候性鋼材の構造物の鋼材から錆を除去する方法およびその方法を用いる、鋼材の素地調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

橋梁等の構造物に鋼材、例えば耐候性鋼材が使用されている。耐候性鋼材には、使用環境下においてその表面に緻密かつ安定な保護性錆が形成され、それ以降の錆の成長が抑制されるので塗装する必要がないと言われてきた。

【0003】

しかしながら、例えば海浜に近い場所で耐候性鋼材の構造物を使用すると、飛来塩分等の水溶性の腐食性物質の影響によって層状で剥離性の異常錆が鋼材の表面に形成される。これを更に放置しておくと、異常錆が表面に沿って若しくは板厚方向へ進行し、それによって鋼材の板厚の減少に到り、構造物の強度に影響を及ぼす可能性がある。従って、鋼材から異常錆を除去して早期に補修または補強する必要がある。

【0004】

また、飛来塩分は鋼材の表面の異常錆に付着するだけではなく、層状に形成された異常錆の内部にも侵入することが知られている。異常錆の内部に侵入した塩分は更なる異常錆の形成をもたらし得るので、異常錆の除去に加えて、塩分等の腐食性物質を除去するのが望ましい。

【0005】

これらを考慮して、耐候性鋼材の表面に形成された異常錆および侵入した塩分を除去して素地調整し、その後、必要に応じて防錆することによって構造物を周辺環境から保護する、耐候性鋼材の構造物を補修することが行われている。

【0006】

異常錆が形成された耐候性鋼材の構造物の鋼材の素地調整方法が種々提案されている。例えば、（１）機械的に（例えばハンマー、サンダー等により）錆を落とし、（２）次に、水洗して塩分を除去し、（３）その後、ブラスト処理して錆を除去する素地調整方法が実施されている（下記非特許文献１参照）。この素地調整方法は、３つの異なる操作が必要であり、必ずしも簡便な方法ではない。

【0007】

別の方法として、例えば、最初に湿潤ブラスト処理の後に乾燥し、その後、レーザービームを照射することにより金属構造物の表面を素地調整する方法が提案されている（下記特許文献１参照）。この素地調整方法は、レーザービームを照射する操作が必要であり、このような操作は必ずしも簡便なものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０２０－１２８５７２号公報

【非特許文献】

【0009】

【文献】後藤宏明他，耐候性鋼材の塗装による補修方法の検討，材料と環境，2010年，第59号，第10-17頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上述のように種々の素地調整方法が提案され、また、実施されているが、これらの方法は、必ずしも満足できるものではなく、鋼材、例えば耐候性鋼材により形成された構造物、例えば橋梁の補修に際して用いる素地調整方法において、更に改善をもたらす方法を開発することが期待されている。

【0011】

特に、飛来塩分等の腐食性物質により表面に錆が形成された鋼材構造物を補修する場合のように、鋼材の厚さの減損をできるだけ抑制しつつ、錆を除去するに際して、錆部分に残存する塩分を適正に除去する新たな方法が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

第１の要旨において、本発明は、鋼材から錆を除去する方法を提供し、この方法は、錆を有する鋼材の表面に、アブレシブウォータージェット処理（Abrasive Water Jet Treatment：以下、「ＡＷＴ」とも呼ぶ）を適用して錆部分及び塩分等の腐食性物質（存在する場合）を除去することを特徴とする。この方法によって、鋼材から錆、例えば異常錆を除去して鋼材を素地調整することができ、その後、必要に応じてその後に鋼材を処理でき、例えば鋼材表面に塗装を施すことができる。本発明の錆を除去する方法は、その方法を適用する鋼材部分に存在する錆の少なくとも一部分を、好ましくは大半を、より好ましくは実質的に全部を除去できる。

【0013】

尚、アブレシブウォータージェット処理は、研削材を含む超高圧水（即ち、アブレシブウォータージェット）を対象物（例えば鋼材）に当てる処理であって、これによって、高速で水および研削材をノズルから噴射して対象物に衝突させてその表面に存在する錆を除去できる。錆に加えて、鋼材の表面に塩分等の腐食性物質が存在する場合、そのような腐食性物質も併せて除去できる。従って、本発明は、錆に加えて腐食性物質（例えば塩分）を更に有する錆部分を有する鋼材から、腐食性物質（例えば錆の内部に侵入した塩分）を除去する方法をも提供する。尚、研削材を含む水流は超高圧で吐出されることによって加温されるが、腐食性物質が水溶性であって、その溶解性（例えば溶解速度、溶解度等）が高圧で正の温度依存性を有する場合には、加温された水流への腐食性物質の溶解が促進されることがある。このことは腐食性物質の除去に寄与できる。

【0014】

本発明において、「錆」とは、鋼材が腐食することによって生成する腐食生成物を意味する。より具体的には、鋼材の使用環境下で生成する、鋼材の構成元素（特に鉄）と酸素とから形成される酸化物（土木・建築分野等で呼ばれるいわゆる「錆」）を意味し、鋼材と使用環境に存在する空気（酸素）、水分等との反応によって生成する。本発明において対象とする錆は特に限定されるものではなく、鋼材由来の酸化物、通常鉄の酸化物（例えば、赤錆、黒錆等）が含まれる。また、形成される錆の性質に基づいて分類される保護性錆、異常錆等も対象に含まれるが、本発明の主たる目的のひとつは、使用されている鋼材の性質に悪影響を与え得る錆、例えば異常錆を除去することである。尚、本明細書において、保護性錆とは、鋼材表面に連続的に生成した緻密な錆を意味し、腐食の原因となる酸素、水から鋼材表面を保護して錆の進展を制御する。また、異常錆とは、鋼材の厚さの減少をもたらし得る錆を意味し、例えば層状、うろこ状の錆である。

【0015】

従って、本発明の方法が特に好適であるのは、鋼材に生成した錆を放置しておくと、生成した錆が鋼材内部に進行したり、更に鋼材が減損して、その結果、鋼材により構成された構造物の機能に悪影響が生じ得る場合である。この場合、鋼材から錆を除去して構造物を補修する必要がある。例えば、鋼材、例えば耐候性鋼材に形成された異常錆を除去する場合に好適である。「鋼材」とは、「鋼」と一般に呼ばれている、炭素を含む鉄の合金でできた部材を意味する。

【0016】

鋼材は、鋼でできた部材であれば、特に限定されるものではなく、「鋼」として、例えば、普通鋼、耐候性鋼、ステンレス鋼を例示でき、その中には「ＳＳ（一般構造用圧延鋼材）」、「ＳＭ（溶接構造用圧延鋼材）」、「ＳＭＡ（溶接構造用耐候性圧延鋼材）」と呼ばれるものが含まれる。鋼材は、例えば種々の構造用鋼材（例えばＨ型鋼、Ｉ形鋼、Ｔ形鋼、平型鋼、山形鋼、溝形鋼）、パイプ、線材、板材、ボルト、ナット、フランジ、継手等であってよい。

【0017】

尚、本発明において、構造物は特に限定されるものではなく、鋼材、例えば普通鋼、耐候性鋼等の鋼材で構成されたものであればよい。具体的には、そのような構造物には、橋梁、プラント構造物、鉄塔等が含まれる。本発明の方法において、処理する鋼材は、そのような構造物の少なくとも一部分を構成するものであってよく、そのような構造物から取り外した鋼材であってもよい。そのような部分は、構造物の例えば柱、梁、床、天井等の要素またはその一部分であってもよい。１つの態様では、構造物を現地で直接ＡＷＴしてよく、別の態様では、構造物から鋼材を取り外してＡＷＴして、その後、構造物に取り付けてよい。

【0018】

本発明の方法において、「錆部分」とは、錆を含む部分を意味する。この部分は、その実質的に全部が除去すべき錆から構成されていてもよいが、通常、除去すべき錆に加えて、他の成分を含んでいてもよい。そのような他の成分としては、除去すべき錆と一緒にその周辺部分に存在する成分（例えば錆と一緒に鋼材に付着している成分）を例示でき、そのような成分は、錆と一緒に除去され得る。例えば、鋼材に付着している塗料成分（塗膜の形態であってよい）、塵埃、油脂、土壌、塩分または塩類（例えば海水由来の塩、凍結防止剤由来の塩、融雪剤由来の塩等）等がそのような成分に含まれ、また、少量、例えば微量の鋼材成分も一緒に除去され得る。塩分（または塩類）としては、例えば塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等を例示できる。このような塩分の存在は、一般的には、含まれている塩素量（例えば塩素イオン量）または表面塩類濃度（JIS Z 0313 5.1）を測定することによって確認でき、また、定量できる。

【0019】

アブレシブウォータージエットは、従来、鋼材配管のような硬質対象物を切断するために適用されているが、鋼材表面に生じた錆、例えば異常錆、従って、それを含む錆部分を除去して、その結果、素地調整する方法にアブレシブウォータージエットを適用できることは知られていない。

【0020】

本発明は、別の要旨において、アブレシブウォータージェット処理（即ち、ＡＷＴ）を適用して錆、例えば異常錆を有する鋼材から錆を除去するに際して用いる、アブレシブウォータージェット処理に好適なノズルを提供する。そのノズルは、研削材を含む水が通過する整流部および研削材を含む水を対象物としての鋼材に向かって噴射する開口部、ならびに整流部の下流端部と開口部との間に位置する空間部分としての遷移部を有して成り、遷移部は、整流部の下流端部から開口部に向かって広がる構造（即ち、広がり構造）を有することを特徴とする。広がる構造は、ノズルの長手方向軸に対して垂直な遷移部の断面が開口部に向かって大きくなる構造であってよい。例えば、空間部分は、ノズルの長手方向軸に沿った断面において、開口部に向かって広がるテーパー形状を有してよい。従って、空間部分の形状は実質的に円錐台形状であってよい。

【0021】

詳しくは、遷移部の広がり構造とは、ノズルにおいて水が流れる方向（即ち、ノズルの長手方向）に沿って整流部の下流端部から開口部まで延在する空間をノズルが有し、この空間は、ノズルの長手方向に対して垂直な断面が、長手方向に沿って、かつ、開口部に向かって大きくなる構造を意味する。そのような断面は、円形であるのが特に好ましいが、別の形状、例えば三角形、四角形のような多角形（好ましくは正多角形）、楕円形等であってよく、相似的に大きくなるが好ましい。そのような空間の構造は、例えば円錐台構造、角錐台構造等であってよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明の鋼材から錆を除去する方法によれば、ＡＷＴによって、鋼材から錆部分を除去するに際して、錆を除去した鋼材素地を得ることができる。これに加えて、錆部分に存在する塩分等の腐食性物質が存在する場合には、これを可及的に除去した、鋼材素地を得ることができる。従って、本発明の錆の除去方法によって錆部分を除去した鋼材を、その後、必要に応じて、塗装、防錆等の次の処理を実施できる。換言すれば、本発明の錆の除去方法は、その方法を含む、構造物の鋼材の素地調整方法である。

【0023】

尚、本明細書にて説明するように、ＡＷＴを鋼材に適用すると、錆部分を好都合に除去できる。別の態様では、ＡＷＴは、錆または錆部分の除去に加えて、あるいはその代わりに、錆部分に加えて、あるいはその代わりに塗膜を表面に有する部材、例えば鋼材から錆部分または／および塗膜を除去、例えば剥離するために適用することができる。この態様では、鋼材に錆または錆部分が存在しても、あるいは存在しなくてもよい。従って、本発明は、錆部分および／または塗膜を有する鋼材にＡＷＴをすることによって、錆部分および／または塗膜を除去する方法、従って、それによって鋼材を素地調整する方法をも提供する。錆部分および／または塗膜を除去して鋼材を素地調整した後に、必要に応じて、再塗装等の次の処理を実施できる。

【0024】

また、本発明のアブレシブウォータージェット処理に好適なノズル、即ち、本発明のＡＷＴ用ノズルにおいて、その先端部分に遷移部分としての空間が広がり構造を有することによって、ＡＷＴによって開口部から噴射される研削材を含んだ超高圧水が広がり、それによって、衝突する対象物の領域が広くなる。その結果、そのような広がり構造を有さない、アブレシブジェットノズル（即ち、ストレートなノズル）と比較して、鋼材厚さの減損を出来る限り、好ましくは許容範囲内に、例えば十分許容範囲内に抑制しながらも、対象物の比較的広い領域に研削材を含んだ超高圧水が衝突するため、その領域の錆部分を効率的に除去でき、従って、効率的に素地調整を実施できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、本発明の方法で使用できる研削材の粒度分布を示す表１である。

【図2】図２は、本発明の方法で使用できる研削材の粒度分布を示す表２である。

【図3】図３は、本発明の方法で使用できる研削材の粒度分布を示すグラフである。

【図4】図４は、ＡＷＴにより錆を除去する本発明の方法において用いることができるノズルの１つの態様を模式的に断面図にて示す。

【図5】図５は、ＡＷＴにより錆を除去する本発明の方法において用いるのに好適なノズル（後述の「拡大ノズル」に相当）の１つの態様を模式的に断面図にて示す。

【図6】図６は、実施例１の操作条件およびその結果を示す表３を示す。

【図7】図７は、実施例２の操作条件およびその結果を示す表４を示す。

【図8】図８は、実施例２の操作条件およびその結果を示す表５を示す。

【図9】図９は、実施例３の操作条件およびその結果を示す表６を示す。

【図10】図１０は、実施例４の操作条件およびその結果を示す表７を示す。

【図11】図１１は、実施例４における、AWT前およびAWT後の鋼材表面の拡大写真を示す。

【図12】図１２は、実施例４における、AWT前およびAWT後の鋼材表面の酸素（Ｏ）および鉄（Ｆｅ）のＳＥＭ／ＥＤＸ写真（図１２（ａ）はＡＷＴ前、図１２（ｂ）はＡＷＴ後）を示す。

【図13】図１３は、実施例５のＡＷＴ後の鋼材表面の塩濃度の測定結果を示す表８を示す。

【図14】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、実施例６における、AWT前およびAWT後の鋼材断面の拡大写真を示す（図１４（ｂ）は３００倍に拡大）。

【図15】図１５は、実施例６における、ＡＷＴ前およびＡＷＴ後の鋼材断面についてのＳＥＭ／ＥＤＸ写真（図１５（ａ））、ならびにＡＷＴ前およびＡＷＴ後の鋼材断面の鉄（Ｆｅ）についてのＳＥＭ／ＥＤＸ写真（図１５（ｂ））を示す。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本明細書において、素地調整とは、鋼材の表面に存在する錆を含む錆部分を除去して、鋼材の鋼材表面を露出させることを意味する。必要に応じて、露出した鋼材表面に所定の処置を施すことができる。そのような処置は、例えば種々の塗料による防錆、塗装、金属溶射等であってよい。

【0027】

アブレシブウォータージェットは、研削材を含む水を超高圧でノズルから対象物に向かって噴射することによって切断する手段として一般的に知られ、これを利用して種々の対象物を切断するために広く使用されている。本発明の方法では、アブレシブウォータージェットを適用するが、その目的は、鋼材を切断しないことは勿論であるが、適用にあたって、減損する鋼材肉厚を可及的に最小限にしながらも、鋼材の錆を除去することであるため、アブレシブウォータージェットの適用条件を目的に合わせて好適に選択する必要がある。本明細書の開示に基づけば、そのような適用条件の選択は当業者には容易である。

【0028】

具体的には、本発明において適用するアブレシブウォータージェットは、鋼材の厚さの減損（即ち、研削剤を含んだ超高圧水によって削られる鋼材の厚さ）を最小限にし、好ましくは実質的にゼロとなるようにしつつ、鋼材表面に形成された錆部分を除去できるように、アブレシブウォータージェット処理に影響を与え得るパラメーターの好適な範囲を別途選択するのが好ましい。そのようなパラメーターとしては、研削材の材料の種類、研削材粒子の粒度分布、開口部から噴射する水の量、それに含まれる研削材の量、ノズルと対象物との間の距離、噴射する水の圧力等を挙げることができ、これらの条件を種々変えて、対象物から錆を除去した結果を評価することによって、適切なＡＷＴの条件を選択することができる。これは、ＡＷＴを錆の除去に好適に適用できることを想到することによって初めて可能となるものである。

【0029】

本発明に基づいてＡＷＴを実施すると、処理される鋼材表面が研削され、噴射された研削材および水が衝突する鋼材の領域において、鋼材の表面から錆を除去して素地の表面が粗面化され、素地調整できる。処理した後の鋼材表面は、通常、鋼材本来のグレー（灰色）～銀白色のザラザラ面、即ち、マット状になり、目視で認識できる。このＡＷＴ後の処理表面は、素地調整された表面であり、必要に応じて次の処理（例えば塗装）を実施できる。この粗面化の程度は、鋼材の機能の観点から適度であるのが好ましい。例えば橋梁のような構造体の鋼材を素地調整し、その後に塗装する場合、一般的なブラスト処理により形成される素地の粗面化の判断基準では、Ｒａ（輪郭曲線の算術平均高さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ４．２．１）は８μｍ以上であることが一般的に特に好ましいと言われている。また、Ｒｚ_ＪＩＳ（十点平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１ 付属書ＪＡ）は２５～８０μｍであるのが一般的に特に好ましいと言われている。本発明に基づいてＡＷＴを実施すると、このような粗面化を達成できる。

【0030】

本発明の錆の除去方法は、鋼材の素地調整方法であるとも言え、このような特に好ましい表面粗度と同等またはそれに近い粗面化を達成できる。例えば、本発明の素地調整方法の好ましい態様では、好ましくは少なくとも８μｍのＲａを達成でき、また、好ましくは２５～８０μｍのＲｚ_ＪＩＳを達成できる。

【0031】

以下、鋼材についてＡＷＴを実施した試験結果をも勘案して、鋼材から錆を除去するＡＷＴの操作条件等についてより詳細に説明するが、そのような条件は、種々の耐候性鋼材を含む種々の鋼材から錆を除去する場合に適用できる。例えば、耐候性鋼材に生じた異常錆を除去する場合も含めて、種々の鋼材からＡＷＴにより錆部分を除去して素地調整する場合、一般的には以下に説明する条件を適用すると、鋼材の厚さの減損を出来る限り最小限にしつつ、鋼材表面に形成された錆部分を除去できる。通常、そのような条件でＡＷＴを実施すると、錆部分に存在する塩分のような腐食性物質が存在する場合、そのような物質の除去も併せて行うことができる。

【0032】

尚、本発明に基づいてＡＷＴを鋼材に適用する前に、錆を除去すべき鋼材の状況に応じて、前処理を実施してよい。具体的には、鋼材表面の付着物、例えば土壌、塵芥、塗料、塗膜等を可能な範囲で予め除去する処理、例えば水洗、ブラスト処理、手作業（例えば塗膜剥離、粗い錆の除去等）等を実施してもよい。後述の実施例からも明らかなように、ＡＷＴ前に鋼材に対して前処理を実施しない場合でも、鋼材表面の錆部分を有効に除去できる場合が多い。即ち、１つの態様では、処理すべき鋼材にＡＷＴを直接実施してもよい。

【0033】

本明細書において、アブレシブウォータージェット処理（ＡＷＴ）とは、ウォータージェットに用いる水が研削材を含み、水と研削材とを小さい開口部を通して高速で対象物（例えば鋼材表面に形成された錆が存在する領域）に向かって噴射して衝突させる操作を意味する。研削材としては、切断に用いられるアブレシブウォータージェットに使用される研磨材を同様に使用してよい。例えば珪砂、ガーネット、アルミナ、炭化ケイ素等の粒状物、スチールグリット及びスチールショット、ガラスビーズ、ジルコンビーズ等を研削材として使用できる。本発明の鋼材、特に耐候性鋼材からの錆の除去には、ガーネットが特に好適である。

【0034】

また、研削材（「研磨材」とも呼ばれる）は通常粒状の形態であり、その粒度または粒度分布は、当該技術分野では例えば「＃＋数値」で表される。この数値は、大きくなるほど、研削材が細かい粒を含むことを意味し、研削材は、「＃＋数値」の呼び名で通常市販されている。種々の実験を重ねた結果、本発明において鋼材の錆を除去するには、一般的には研削材の粒度分布が＃３０～＃１２０の公称粒度を有するのが特に好ましいことが分かった。具体的には、例えば＃３６、＃３０－６０、＃８０および＃１２０の公称粒度で市販されている研削材（例えばガーネット製）が好適である。

【0035】

上述の市販の研削材は、例えばＧＭＡ社（ＧＭＡガーネットグループ）から市販されている。その粒度分布の状況を図１～図３に示す。図１に示す表１において、「ふるい目開き」は、研削材に含まれている粒子の目開きで示す粒径の分布幅であると考えることができ、また、研削材に含まれる粒子の８５質量％が「累積残留質量分率が８５％を超える該当ふるい目開き」を有するふるいより目開きが大きいふるい上に残留することを意味する。

【0036】

図２の表には、＃３６、＃３０－６０、＃８０および＃１２０の公称粒度でＧＭＡ社から市販されている研削材の粒度分布測定結果を示し、その結果を粒度曲線としてグラフにて図３に示す。図３のグラフでは、横軸は目開きを示し、縦軸はふるい上に残留する粒子の質量割合を累積的に示す。尚、表中のふるい目開きの数値（μｍ）はＧＭＡ社から提供されている数値である。

【0037】

これらの結果に基づいて、使用するのが特に望ましい研削材の粒度は、ふるいの目開きで表すと、好ましくは８０～１４００μｍ、より好ましくは９０～１１９０μｍ、特に好ましくは７１０～１２５μｍ、例えば６００～１５０μｍの範囲である。特に望ましい研削材の粒度は、その少なくとも８５質量％の粒子が好ましくは１００～５００μｍ、より好ましくは１２５～４２５μｍ、例えば１５０～３００μｍの範囲内の目開きを通過できない。このような範囲外の粒度分布を有する研削材であっても、操作条件を適宜選択することによって錆を除去できる。しかしながら、その条件は、一般的に採用し易いものではなかったり、あるいは、一般的に採用し易い条件を採用すると、錆を除去する効果が必ずしも十分でない場合が生じ得る。

【0038】

噴射する水の量は、研削材との混合物状態にて研削材が水中で実質的に均一に分散し、また、鋼材から錆を除去できる限り、特に限定されるものではないが、一般的には１０～１５Ｌ／分の量を適用できる。同様に、研削材の供給量は、鋼材から錆を除去できる限り、特に限定されるものではないが、一般的には１００～８００ｇ／分、好ましくは１５０ｇ／分～７００ｇ／分であってよい。過度に研削すると、鋼材の実質的な減肉をもたらすので、研削深さ（即ち、鋼材をその表面から削り取る長さ）を可及的に小さくするのが好ましい。この研削深さは、その最大値、即ち、最大研削深さを尺度として考えた場合、研削材の供給量は、特に２００～６００ｇ／分が好ましく、例えば２００ｇ／分または３００ｇ／分であってよい。このような範囲より多く供給しても、供給量に見合う錆の除去効果が必ずしも得られるとは限らず、また、そのような範囲より小さい供給量は錆部分の研削量が、従って、錆の除去が不十分となり得る。

【0039】

ＡＷＴにおける最大研削深さは、上述のように過度に大きい場合、ＡＷＴによって鋼材の肉厚が減少して鋼材の機能に影響を与え得る。一般的には、研削材の供給量を大きくすると、最大研削深さが大きくなる傾向がある。ここで、最大研削深さは、ＡＷＴ後の鋼材の表面に沿ったラインの最大深さである。本明細書では、例えばミリング加工により平坦化した表面を有する鋼材のテストパネルを準備し、これをＡＷＴした後、鋼材の表面で１０ｍｍのライン１１本を無作為に選択し、各ラインについて３Ｄ測定レーザー顕微鏡を用いて測定した最大深さの上位５つの平均値を最大研削深さとしてＡＷＴの効果を評価している。尚、テストパネルのＡＷＴ前のミリング加工した平坦化表面の位置をベースラインとして予め測定しておき、ＡＷＴ後のテストパネルの表面の凹凸状況を測定してベースラインからの偏差を研削深さとして求め、その最大値を最大研削深さとする。

【0040】

ＡＷＴのジェットとして噴射する、研削材を含む水の吐出圧力は、１５０～２５０ＭＰａであってよく、通常、１８０～２３０ＭＰａであることが好ましい。尚、ポンプから研削材と共に水を噴射するノズル開口部までの配管等圧力損失をポンプの吐出圧から差し引いた圧力を、本明細書では「吐出圧力（または吐出圧）」と呼ぶ。このような範囲より吐出圧を大きくしても、より大きい吐出圧に見合う錆の除去効果が必ずしも得られるとは限らず、また、そのような範囲より小さい吐出圧は錆の除去が不十分となり得る。

【0041】

ノズル開口部と対象物としての鋼材との間の距離（「スタンドオフ（Stand Off）距離」または「投射距離」とも呼ぶ）が短くなると、対象物の研削の程度が大きくなる傾向にあり、および／またはノズルが処理できる鋼材の領域が狭くなる傾向がある。逆に、この距離が大きくなると、対象物の研削の程度が小さくなる傾向にあり、および／またはノズルが処理できる、鋼材の領域が広くなる傾向がある。

【0042】

対象物の研削の程度は、上述の「最大研削深さ」を指標として判断でき、投射距離が小さ過ぎると、ＡＷＴによる鋼材の厚さの減損、即ち、減肉が過度になる。ＡＷＴに際して、ノズルが処理できる鋼材の領域は、錆を除去できる領域の面積、即ち、施工範囲を意味し、投射距離が大き過ぎると、研削材による錆の除去が不十分になる可能性がある。これらを考慮して、適切なスタンドオフ距離を選択するのが好ましい。この距離は、一般的には７０～４００ｍｍ、好ましくは１００～３００ｍｍ、より好ましくは１５０～２５０ｍｍ、例えば２００ｍｍであってよい。

【0043】

ＡＷＴは、水および研削材を噴射するノズルを対象としての鋼材から所定の投射距離だけ離れた状態で鋼材に対して実質的に平行に（投射距離を一定に維持しながら）連続的にまたは断続的に移動しながら、即ち、スキャンしながら水および研削材を噴射することによって実施できる。

【0044】

断続的にスキャンする場合、所定の鋼材領域に対して所定時間噴射してＡＷＴを実施することによって錆を除去した後、噴射していない鋼材領域（好ましくはＡＷＴを実施した鋼材領域に隣接する領域）に対して噴射してＡＷＴを実施する。噴射時間が長くなると、最大研削深さが大きくなる傾向があり、また、短くなると、錆の除去が不十分になり易い傾向にあることを考慮して、噴射時間を適切に選択できる。通常３０秒～３分、例えば１～２分の噴射時間で実施すれば、鋼材の錆を実質的に除去できる。

【0045】

連続的にスキャンする場合、鋼材に対してノズルを所定の速度で連続的に移動することにより実施する。移動速度が小さくなると、最大研削深さが大きくなる傾向があり、また、大きくなると、錆の除去が不十分になり易い傾向にあることを考慮して、噴射時間を適切に選択できる。通常ノズルを０．５～５ｍ／分、好ましくは１～３ｍ／分の移動速度でノズルを連続的に移動して錆を除去すれば、鋼材の錆を実質的に除去できる。

【0046】

図４に、本発明のＡＷＴよる錆の除去方法に使用できるノズルの先端部分１０の断面図（水の流れ方向に沿った断面図）を模式的に示す。ノズルには水および研削材が供給され、これらの混合物であるジェットがノズルの開口部から対象物としての鋼材に向かって噴射される。図示した態様では、ノズルの先端部分１０に供給された水１２および研削材１４が、ノズル合流部１１で乱流状態の混合物となり、ノズル先端部分１０の整流部１６を通過した後、これらの混合物がジェット１８として対象物２４としての鋼材に向かって開口部２０から噴射される。

【0047】

図示するように、ノズルの先端部分１０の内側空間２２は、ノズルの上流部から開口部２０に向かって直管状の構造を有する。図示した態様では、内側空間２２は整流部分１６の延長部分として存在する。このようなノズルは、一般的にはアブレシブウォータージェットを用いて対象物を切断する場合に使用されるものであってよい。但し、このノズルを使用する場合は、鋼材を切断するのではなく、鋼材に形成された錆を除去する操作条件を採用する必要がある。

【0048】

図５に、本発明の錆の除去方法に適用するＡＷＴに好適なノズルの先端部分１０の断面図（水の流れ方向に沿った断面図）を、図４と同様に、模式的に示す。図示した態様では、ノズルに供給された水１２および研削材１４が、ノズル合流部１１で乱流状態になり、ノズル先端部分１０の整流部１６を通過した後、これらの混合物がジェット１８として開口部２０からとして噴射される。

【0049】

図示するように、ノズルの先端部分１０の開口部２０に隣接する遷移空間としての内側空間２２は、ノズルの上流側から開口部２０に向かって広がる構造を有する。図示した態様では、整流部１６の最下流端部と開口部２０との間の空間部分２２が水の流れ方向に沿って広がる形状、好ましくは円錐形状（厳密には円錐台形状）の空間を有する。このような内部空間２２を有することによって、開口部２０から噴射されるジェットは、開口部を経て（破線で示すように）広がった形状で対象物２４としての鋼材に衝突して、そこに形成された錆部分を除去する。尚、このような広がった形状は、上述のように種々の形状のいずれかの適当な形状であってよく、また、内側空間２２は相似的に広がる構造であるのが好ましい。例えば、内部空間２２は、整流部１６の最下流端部にて直径が２ｍｍであり、開口部２０の直径が５ｍｍであり、内部空間２２の軸方向長さが８ｍｍであってよい。

【0050】

広がり構造の空間部分２２を有するこのような先端部分１０を有する本発明のノズル（「拡大ノズル」とも呼ぶ）を用いると、上述のように開口部から噴射されるジェットが広がって対象物に衝突するので、ＡＷＴによって処理される領域が拡がってより広い領域を処理できる、および／または広がることによって混合物のジェットが対象物に衝突する際の衝撃が緩和されるので過度な研削を回避できるので、結果的に効率的な錆除去を達成できる。

【0051】

尚、このようなノズルを単独で用いてもよいが、ＡＷＴによる処理面積を増やすために、複数のノズルを一緒に用いてもよい。例えばノズルの開口部２０が所定間隔で離間して直線状に並んだ構造、開口端部２０が所定間隔で面状に並んだ構造（例えば正三角形、正方形、正六角形等の頂点に開口部が位置する構造）を採用できる。

【0052】

ＡＷＴの具体的な装置としては、上述のノズルを配置した手持ち式の高圧水噴射ガンを用いることができる。高圧水噴射ガンは高圧水１２と研削材１４の混合物を噴射するものであり、高圧水噴射ガンを持った作業者が、対象物に対して噴射しながらガンを連続的または断続的に移動させて錆を除去できる。別の態様では、高圧水噴射ガンを移動装置（例えばタイヤ、レールなどで移動する台座等）に取り付け、対象物に対して一定のstand-off距離で噴射しながらガンを連続的または断続的に移動させて錆を除去できる。高圧水１２は高圧ポンプ等から高圧ホースを介して供給し、研削材１４は研削材供給装置等から研削材チューブを介して供給する。作業現場の状況に応じて、これらの装置を含めて、ＡＷＴに必要な種々の機器等の位置関係は適宜設定する。

【0053】

尚、錆の除去に必要な吐出圧は高圧であるため、安全性の確保が重要である。安全性を確保するための構成としては、例えば、高圧水噴射ガンの先端に物理的に距離を保つためのガイド（近づくとぶつかってそれ以上進めない枠など）または距離センサを配置して、ノズルの開口部と対象物との間に障害物等の噴射に際して危険をもたらし得るものの存在を事前に確認できるようにしてもよい。また、そのようなものが存在する場合には、例えば高圧ホースの途中に予め設けたバルブ（例えばエア駆動式超高圧水制御バルブまたは電磁バルブ）を閉鎖することによって、噴射できないように構成してよい。

【0054】

錆部分に塩分のような腐食性物質が含まれている鋼材から、本発明のＡＷＴによって鋼材から錆を除去して素地調整する際、腐食性物質が錆部分に存在する場合、そのような腐食性物質も追加的に除去できることが分かった。従来の素地調整では、錆部分に含まれる腐食性物質の除去は容易ではなかったが、ＡＷＴを適用するだけで、腐食性物質の除去が可能になった。

【0055】

好ましい態様では、ＡＷＴを適用して錆を除去する場合、素地調整した鋼材の表面に残留している塩分量は、処理前の表面の塩分量の約１／１０～１／２０に減少していることが分かった。これは、ＡＷＴを適用する鋼材部分の未処理部と処理部をＳＥＭ／ＥＤＸ解析することによって確認できる。従来、鋼材の表面の錆部分に含まれる塩分の除去は容易ではなかったが、本発明に基づいて鋼材に研磨材と水との混合物を噴射することによって容易に塩分を除去できる。

【0056】

尚、本発明に基づいて錆を除去した鋼材表面には多少の研削材が残留し得る。研削材の残留は、従来から実施されているブラスト処理においても生じている。この残留量は、ＡＷＴを適用する場合、従来の残留量と比較すると、大幅に減少する。例えば、研削材の残留量は、約１／２～１／３に減少することが分かった。

【0057】

以下、実施例によって本発明の態様を更に詳細に説明するが、本発明は、そのような態様に限定されるものではない。

【実施例】

【0058】

＜実施例１＞実際の橋梁の鋼材からの、ＡＷＴによる錆の除去
（ａ）構造物からの鋼材の入手
耐候性鋼材（ＳＭＡ４００ＡＷ）にて架設された橋梁（海岸から約５ｋｍ離れて位置し、架橋後２０年以上経過）に発生した異常錆に関してＡＷＴの効果を確認するため、その橋梁の異常錆が発生しているプレートを取り外した（安全性への影響はない、橋梁管理者の了解済み）。プレートのサイズは５１０ｍｍ×１２０ｍｍ（厚さ６ｍｍ、腐食による減肉で薄い部分は厚さが４ｍｍ程度であり、その上に層状錆や薄い錆がランダムに存在している）で両側には橋梁へボルトで固定するための穴が設けられていた。

【0059】

（ｂ）試験体の準備
プレートの中央部から試験体を６０ｍｍ×１２０ｍｍに切り出して６枚の試験体を準備した。

【0060】

（ｃ）ＡＷＴ
試験体の処理面を上向きにして水平に固定した。ＡＷＴは、ＡＷＴノズルを一軸（水平方向）移動装置に固定し、ＡＷＴノズルを定速で水平移動しながら、その下方に位置する試験体の処理面に向かって鉛直方向下向きにジェットを噴射して実施した。

【0061】

以下のＡＷＴ条件を採用した：
・ノズル：図４に示す直管状ノズル（開口部口径：２ｍｍ、「従来ノズル」とも呼ぶ）
株式会社スギノマシン製（商品名：標準ノズル 型式：ＡＢＮ－０２０－５０）
・ノズル吐出圧：２３０ＭＰａ
・研削材（ＧＭＡ社ガーネット）：＃３０－６０
・研削材供給量：２００ｇ／分、４００ｇ／分、６００ｇ／分
・投射距離（stand off距離）：１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ
・ノズル軸方向移動速度：１ｍ／分

【0062】

（ｄ）鋼材表面の除錆の状況確認、鋼材表面の残留塩分量の分析
ＡＷＴ前の処理面は、茶褐色の錆部分で一面覆われていたが、ＡＷＴを適用した処理部分（長さ：７０～９０ｍｍ、幅：１０～３０ｍｍの長方形部分）のみ銀白色マット状の鋼材本来の表面が露出していることが目視により確認できた。即ち、ＡＷＴにより錆および塗膜のような他の成分を含む錆部分を十分に除去できたことが確認できた。この露出面は、いわゆるザラザラ面であり、錆部分を除去した後に、必要な場合には次の処理、例えば塗装等に適することも確認できた。

【0063】

また、処理部分について、これらの部分の表面をＳＥＭ/ＥＤＸにて元素分析して表面のＣｌ(Ａｔ％、原子％）の残留状態を残留塩分量として測定した。その結果、残留塩分量は、個体差があるものの、ＡＷＴの適用は、最も低い場合では約０．１～０．２原子％またはそれ以下の非常に小さい結果をもたらし得ることが分かった。

【0064】

尚、この測定の条件は下記の通りであった：
・低真空高感度走査型電子顕微鏡SEMEDXを使用
・解像度：３．５ｎｍ（３０ｋＶ）、加速電圧：１５ｋＶ
・元素分析：Ｆｅ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ，Ｃｌ（ＥＤＸによる）
・倍率：５０×、１００×、３００×、５００×

【0065】

＜実施例２＞鋼材のＡＷＴによる表面の研削深さおよび粗度等の検討
（ａ）試験体の準備
１５０ｍｍ×１５０ｍｍ（厚さ６ｍｍ）のサイズを有する一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）および７０ｍｍ×７０ｍｍ(厚さ６ｍｍ）のサイズを有する溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ）の試験体を準備した。

【0066】

（ｂ）テストパネルの前処理
[ＳＭ試験体について]
試験体自体が持っている表面形状の影響を無くすため、前処理として対象とする面に切削（フライス）処理（切削径：５０ｍｍ、切削速度２１５ｍ／分、１分あたりの回転数：１３６９回転、ブレード材質：サーメット）を施したものを準備した。

【0067】

（ｃ）ＡＷＴ
上記実施例１と同様にＡＷＴを下記の条件にて実施した：

【0068】

[ＳＳ試験体について]
・ノズル：従来ノズル（実施例１と同じ）
・ノズル吐出圧：１８０ＭＰａ、２３０ＭＰａ
・研削材（ＧＭＡ社ガーネット）：＃３０－６０
・研削材供給量：２００ｇ／分、４００ｇ／分、６００ｇ／分
・投射距離（stand off距離）：１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ
・ノズル軸方向移動速度：１ｍ／分（試験体の中央を長さ方向１パスで処理）

【0069】

[ＳＭ試験体について]
・ノズル：従来ノズル（実施例１と同じ）
拡大ノズル（先に例示の寸法を有するノズル、後述の表５のサンプルＮｏ．Ａ－１３～２４についてのみ）
・ノズル吐出圧：１８０ＭＰａ、２３０ＭＰａ
・研削材（ＧＭＡ社ガーネット）：＃３０－６０、＃８０、＃１２０
・研削材供給量：２００ｇ／分、６００ｇ／分
・投射距離：１００ｍｍ、３００ｍｍ
・ノズル軸方向移動速度：１ｍ／分（試験体の中央を長さ方向１パスで処理）

【0070】

（ｄ）処理領域の幅、研削深さ、最大研削深さおよび表面粗度の測定
ＳＳ鋼材の処理面の処理領域の幅および最大研削深さを測定した。処理領域幅（Ｗａ）は、目視によってマット状領域の幅をノギスにて測定した。また、研削による深さは、試験体の処理領域の中央部分をダイヤルデプスゲージにて測定した（基準面はAWT前の試験体表面）。測定した深さの平均値を「研削深さ」とした。

【0071】

ＳＭ鋼材に関して、試験体の処理領域の中央部分７０ｍｍ×２５ｍｍの範囲を設定し、レーザー顕微鏡を用いて、試験体表面に対して垂直方向に０．０２１３μｍの分解能で測定した。最大研削深さは、同じ間隔で引いた１１本の表面形状のマッピンググラフから最大深さを計測し、そのうち、上位５本の最大深さの平均値を試験体の「最大研削深さ」とした。加えて、３Ｄレーザー顕微鏡（スポット径：０．２μｍ、移動分解能：０．０１μｍ）を用いて表面粗度（ＲａおよびＲ_ｚｊｉｓ）の測定を実施した（測定ピッチ：２．０μｍ、測定長さ：１０ｍｍ）。Ｒａは各試験体の測定線１１本の算術平均値を採用し、Ｒ_ｚｊｉｓは１０点平均粗さを採用した。また、ＳＥＭ／ＥＤＸにより処理表面に残留する元素（Ｏ、Ｓｉ、Ａｌ）の量（原子％）を測定した。

【0072】

尚、比較のため、ＳＭ鋼材の試験体をエアーブラスト処理（従来のエアーブラスト処理条件を採用）のみ実施し、その最大研削深さ、処理領域幅、表面粗度および残留元素量を測定した。このエアーブラストの研削材供給量は、１５７００ｇ／分であった（図８の表５のブラスト１～３参照）。

【0073】

＜実施例３＞錆を形成した鋼材のＡＷＴによる塩除去の検討
（ａ）試験体の準備
１５０ｍｍ×７０ｍｍ（厚さ６ｍｍ）のサイズを有する溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ）の試験体を準備した。

【0074】

（ｂ）試験体の前処理
試験体の処理対象とする面全体にエアーブラスト処理（研削材：ガーネット、研削材投射圧力：０．７ＭＰa、投射距離：３００ｍｍ、研削材供給量：１５７００ｇ／分）を施して処理対象面を粗面化した。

【0075】

（ｃ）錆の形成
試験体を３．５質量％のＮａＣｌ水溶液に浸した後に、室内環境（室温）にて１日放置して試験体表面に錆を発生させた。

【0076】

（ｄ）ＡＷＴ
上記実施例１と同様に、錆を表面に有するＳＭ鋼材に対してＡＷＴを下記の条件にて実施した：
・ノズル：従来ノズル（実施例１と同じ、後述の表６のサンプルＮｏ．８－１および８－２について）
拡大ノズル（上述の拡大ノズル、後述の表６のサンプルＮｏ．Ｂ－１４、Ｂ－１８およびＢ－２２について）
・ノズル吐出圧：２３０ＭＰａ
・研削材（ＧＭＡ社ガーネット）：＃３０－６０、＃８０、＃１２０
・研削材供給量：６００ｇ／分
・投射距離（stand off距離）：１００ｍｍ、２００ｍｍ
・ノズル軸方向移動速度：１ｍ／分

【0077】

（ｅ）表面の塩残量（塩分量）の測定
ＡＷＴを実施する前後に鋼材について、実施例１と同様に、ＡＷＴの前後の鋼材の表面に存在する塩素量（Ａｔ％）を塩分量として測定した。

【0078】

上述の実施例１～３の結果を、ＡＷＴ条件と共に図６～９の表３～６に示す。これらの結果に基づいて、本発明のＡＷＴを適用する錆の除去方法に関して次のことが言える：

【0079】

（１）塩分の除去について
錆を形成したＳＭ鋼材を用いた実施例３の結果から分かるように、ＡＷＴを適用した後の鋼材表面の塩分量は０．０３～０．０８Ａｔ％であり、ＡＷＴの適用後と適用前とを比較すると、適用後では、適用前の１/１０～１/６０程度に減少した塩分量（Ｃｌ Ａｔ％）となっている。

【0080】

実施例１では、実際に錆が発生した試験体にＡＷＴを適用している。ＳＥＭ／ＥＤＸ分析では表面解析しかできないため、ＡＷＴ適用前の定量的な数値を計測できない。測定部位により測定結果に差はあるが、最も低い値は塩量が０．１Ａｔ％以下であり、錆を形成したＳＭ鋼材を用いた実施例３の試験結果と同程度の結果が確認された。

【0081】

これらの結果を考慮すると、実際に錆が発生した試験体では処理前の測定結果がないため比較は出来ないが、実施例３で示したように１／１０～１／６０程度の減衰を確認できているため、本発明のＡＷＴの適用は、塩の除去に有効な方法であると判断できる。従って、本発明は、鋼材の錆部分に含まれる塩分の除去方法でもある。

【0082】

（２）処理効率
処理効率（即ち、ＡＷＴを適用して錆を除去できる領域（処理領域）に関する効率）について、同一の時間（ノズル移動速度に対応）における処理面積（処理領域の幅Ｗａに対応）は向上していると判断できる。実施例２では、stand off距離が１００ｍｍから３００ｍｍに増加すると処理領域幅Ｗａが増加する傾向が確認されている。例えばＷａが２１．５ｍｍから４６ｍｍに増加（即ち、約２倍に増加）している。このような結果に基づくと、stand off距離が長いほど、処理効率は良くなり、試験した範囲内では、３００ｍｍであるときに最も処理効率が高い。

【0083】

また、stand off距離についても、１００ｍｍから３００ｍｍに増加すると、最大研削深さが、例えば４９７ｍｍから１９９ｍｍへと１／２以下に低下するため、stand off距離が長いほど、最大研削深さが小さくなり、試験した範囲内では、stand off距離が３００ｍｍのであるときに最大研削深さが、従って、減肉量が最も少なくなると言える。

【0084】

この結果から、錆の層が厚く塩の残留量が多いと想定される場合には、stand off距離を小さくすることによって最大研削深さを増加させて、塩と共に錆をより効果的に除去できる。研削材の供給量を増加する場合も同様である。

【0085】

（３）処理表面の粗さ
ＡＷＴを適用した鋼材の表面粗さについては、一般的な尺度として用いられるＲａ：８μｍ以上およびＲ_ＺＪＩＳ：２５～８０μｍと比較する。実施例２（その２）の表５に示す結果に基づいて、stand off距離と研削材種類の条件を固定して研削材の供給量を少なくすると、ＲａおよびＲ_ＺＪＩＳは共に増加する傾向にある。また、stand off距離が増加すると、ＲａおよびＲ_ＺＪＩＳは共に増加する傾向にある。研削材の種類については、より細かい研削材を使用すると、ＲａおよびＲ_ＺＪＩＳは共に低下する傾向にある。

【0086】

これらのことから、処理効率の面で優れているstand off距離３００ｍｍにて処理を行う場合を想定し、実施例２の表５（その２）のサンプルＮｏ．Ａ－１５、Ａ－１９およびＡ－２３の結果を比較すると、例えば、研削材の種類を＃８０、研削材の供給量を２００ｇ／分の条件で拡大ノズルを用いてＡＷＴを適用するサンプルＮｏ．Ａ－１９の条件が本発明の方法の１つの好ましい態様であり、ＲａおよびＲ_ＺＪＩＳの両方が一般的な尺度を達成し得る好適な条件であると判断できる。

【0087】

ＡＷＴによって、錆部分が形成された鋼材表面から錆部分を簡便に効率的に除去できること、錆部分に塩分が含まれる場合には、それも一緒に有効に除去できること、更に、ＡＷＴは拡大ノズルを用いることによってＡＷＴを効率的に実施できることが、上記実施例およびそれに先立つ説明によって既に明らかになった。このことをより詳細に検討するため、以下の実施例４～実施例６にて説明するように、実際の構造物における鋼材に対してＡＷＴを更に実施した。これらについて、図１０～図１５を参照しつつ、その結果も含めて以下に説明する。

【0088】

＜実施例４＞実際の橋梁の鋼材からの、ＡＷＴによる錆の除去
（ａ）構造物からの鋼材の入手
処理対象の鋼材のプレートは、実施例１と同じ橋梁から入手した同様のものであった。但し、プレートのサイズは１２６０ｍｍ×１２０ｍｍであった。

【0089】

（ｂ）試験体の準備
プレートの中央部から試験体を６０ｍｍ×６０ｍｍに切り出して２７枚の試験体を準備した。

【0090】

（ｃ）ＡＷＴ
以下の条件にて実施例１と同様にＡＷＴした：
・ノズル：実施例３と同じ拡大ノズル
・ノズル吐出圧：１８０ＭＰａ、２３０ＭＰａ
・研削材（ＧＭＡ社ガーネット）：＃３０－６０
・研削材供給量：２００ｇ／分、４００ｇ／分、６００ｇ／分
・投射距離（stand off距離）：１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ
・ノズル軸方向移動速度：１ｍ／分

【0091】

（ｄ）処理領域の表面の観察および幅の測定
ＳＭA鋼材の試験体の中央部分３ｍｍ×４ｍｍの範囲について、上述の処理面の処理領域の幅の目視による測定（実施例２と同様）に加えて、ＳＥＭ／ＥＤＸにより鋼材の処理表面に残留する元素（Ｏ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｌ）の量を測定した。尚、比較のため、処理前の鋼材について、表面に残留する元素量も測定した。この測定結果を、図１０の表７に示す。

【0092】

尚、顕微鏡観察およびＳＥＭ／ＥＤＸ測定の条件は下記の通りであった：
・低真空高感度走査型電子顕微鏡SEMEDXを使用
・解像度：３．５ｎｍ（３０ｋＶ）、加速電圧：１５ｋＶ
・元素分析：Ｆｅ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ，Ｃｌ（ＥＤＸによる）
・倍率：５０×、１００×、３００×、５００×

【0093】

（ｅ）鋼材の処理領域の観察
ＡＷＴ前の処理面は、茶褐色の錆部分で一面覆われていたが、ＡＷＴを適用した処理部分のみ銀白色マット状の鋼材本来の表面が露出していることが目視により確認できた。即ち、ＡＷＴにより錆および塗膜のような他の成分を含む錆部分を十分に除去できたことが確認できた。この露出面は、いわゆるザラザラ面であり、錆部分を除去した後に、必要な場合には次の処理、例えば塗装等に適することも確認できた。

【0094】

（ｆ）鋼材の処理領域の顕微鏡写真
ＡＷＴ前の鋼材の表面の顕微鏡写真（５０倍拡大時）を図１１（ａ）に示す。ＡＷＴ後の鋼材の表面の顕微鏡写真（５０倍拡大時）を図１１（ｂ）に示す。これらの写真は、グレースケールで表示しているので色調は分かり難いが、処理前の写真には、茶褐色の錆部分が試験体の全表面に存在する。ＡＷＴ後には、微細な凹凸を有する、いわゆるザラザラした金属（銀白）色の鋼材表面が観察された。

【0095】

尚、図１１（ａ）および（ｂ）の写真において、色調の濃淡は、表面の凹凸に対応し、淡色部分はその箇所が相対的に高いことを意味し、濃色部分はその箇所が相対的に低いことを意味する。理解を容易にするために、写真の下側に濃淡と高さの関係を示す色調スケールを示す。従って、淡色な部分は山部分に相当し、濃色な部分は谷部分に相当する。

【0096】

図１１（ａ）の処理前では、自然に発生した錆部分が全面を覆っているのに対して。図１１（ｂ）の処理後では、ＡＷＴにより細かな凹凸が全面に形成されており、素地調整された表面状態になっている。即ち、特別な前処理をすることなく、ＡＷＴによって錆部分が除去されて素地調整されていることが分かる。

【0097】

尚、素地調整とは、塗装すべき鋼材の表面に種々の目的（例えば防食等）の塗膜が良好に付着するよう，鋼材表面のミルスケール，さび等の塗膜の付着に支障となる物質を除去し，また，表面に適切な粗さを与えることを意味する。素地調整を行って適切な粗さを与えられた鋼材表面は、特有のザラザラした表面が形成され、鋼材が本来持つ金属（銀白）色を呈する。

【0098】

（ｇ）鋼材の処理領域のＳＥＭ／ＥＤＸ写真
ＡＷＴ前の鋼材の表面の酸素（Ｏ）および鉄（Ｆ）に関するＳＥＭ／ＥＤＸ写真（５０倍拡大時）を図１２（ａ）に示す。比較のため、ＡＷＴ後の鋼材の表面のＳＥＭ／ＥＤＸ写真（５０倍拡大時）を図１２（ｂ）に示す。尚、実際の写真としてはカラー着色されたものが得られるが、その写真をグレースケールで表示しているので色調は分かり難い。図１２（ａ）および図１２（ｂ）のＳＥＭ／ＥＤＸ写真において、白っぽく淡色で表示されている箇所が所定の元素（写真の左上に表示）が存在する領域である。

【0099】

これらの写真において、色調は、表面の所定の元素（酸素または鉄）の量の多少に対応し、淡色部分はその箇所における所定の元素が多いことを意味し、濃色部分はその箇所における所定の元素が少ないことを意味する。理解を容易にするために、写真の下側に濃淡と量との関係を示す色調スケールを示す。最も淡色な部分では所定の元素のみが存在し、最も濃色な部分では所定の元素が存在しない。

【0100】

ＡＷＴ前の図１２（ａ）において、酸素（Ｏ）および鉄（Ｆｅ）は、鋼材表面の全体にわたって均一に存在していることが分る。即ち、酸素の存在領域と鉄の存在領域が異なること、従って、これらは鉄の酸化物として存在していること、即ち、鋼材の表面に錆部分が存在していることが分る。

【0101】

図１２（ｂ）において、酸素（Ｏ）の存在を示す非常に小さい淡色部分が鋼材の表面に点在していることが分かる。また、鉄（Ｆｅ）は、鋼材の表面全体にわたって分布していることが分る。尚、図示しないが、アルミニウム（Ａｌ）についても、同様にＳＥＭ／ＥＤＸ写真を撮影したところ、酸素が点在する箇所に、アルミニウムが点在することがわかった。即ち、酸素とアルミニウムが同じ個所に存在することを意味し、このことは、ＡＷＴに用いた研削材であるガーネットに由来するもの（主として酸化アルミニウム）であることが分かった。

【0102】

従って、ＡＷＴ後では、鋼材の表面には、その全体にわたって鉄が露出し、微量の酸化アルミニウムが点在していることが分かり、酸素が存在しない、即ち、鉄の酸化物である錆部分が存在しないことが分かる。よって、ＳＥＭ／ＥＤＸ観察によっても、ＡＷＴによって、鋼材の表面から錆部分を除去できることが分かる。

【0103】

また、ＳＥＭ／ＥＤＸ観察によって、塩素（Ｃｌ）の存在について確認した。図１０の表７に示すように、処理前の鋼材表面には約２原子％（Ａｔ％）で存在していた塩素が、処理後には最大でも０．０７原子％（Ａｔ％）となっている。このことは、ＡＷＴによって、鋼材の表面の錆部分に含まれる塩素、従って、塩分を除去できる、例えば１／１０以下、好ましくは１／２０以下、より好ましくは１／４０以下に減らせることが分かる。

【0104】

＜実施例５＞錆が発生している橋梁の現地でのＡＷＴの検討（特に塩分の除去）
（ａ）ＡＷＴの現場での実施
耐候性鋼材（ＳＭＡ４００ＡＷ）にて架設された箱桁橋梁の垂直ウェブ面の異常錆（層状の剥離錆）が発生している箇所を、前処理を実施せずに、アブレシブハンドガンを用いて直接ＡＷＴして、ＡＷＴによる錆および塩分の除去効果を確認した。尚、アブレシブハンドガンは、図５に示すノズルを有し、研削材を混合した水のジェットを噴射するハンディタイプのＡＷＴ用のウォータージェットガンである。

【0105】

具体的には、作業員がアブレシブハンドガンを両手で保持し、アブレシブハンドガンの先端ノズルより噴出する、研削材を含む水のジェット流を耐候性鋼材の所定箇所に衝突させて、その表面に形成された錆部分を現場でＡＷＴした。尚、一部の箇所については、ＡＷＴを２回実施した。

【0106】

ＡＷＴ条件
・ノズル：拡大ノズル（実施例３と同じ）
・ノズル吐出圧：２３０ＭＰａ
・研削材（ＧＭＡ社ガーネット）：＃８０
・研削材供給量：６００ｇ／分
・投射距離（stand off距離）：約３００ｍｍ

【0107】

（ｂ）処理領域の塩類濃度の測定
異常錆の発生したＡＷＴ対象面を目視で観察したところ、茶褐色の錆部分はきれいに除去され、鋼材の銀白色表面が露出していた。また、ＡＷＴ前およびＡＷＴ後における処理表面に存在する塩類濃度を測定した。測定は、ＪＩＳ Ｚ ０３１３（素地調整用ブラスト処理面の試験及び評価方法 ５．１表面付着塩類）に基づいて実施した。

【0108】

その結果を、図１３の表８に示す。具体的には、ＡＷＴ前の測定位置１および２における平均値（３１１ｍｇ／ｍ^２）が、ＡＷＴ後の測定位置４～９の平均値（２３ｍｇ／ｍ^２）に（即ち、約１／１５に）減少した。即ち、ＡＷＴによって塩類が９０％以上減少したことが分る。尚、目視によると、ＡＷＴ後には、鋼材の表面は銀白色のザラザラしたマット状の粗面であった。

【0109】

＜実施例６＞実際の橋梁の鋼材からの、ＡＷＴによる錆の除去（特に処理断面解析）
実施例４においてＡＷＴした鋼材の試験体の断面の状況を、その顕微鏡写真のＳＥＭ／ＥＤＸ分析により観察した。

【0110】

（ａ）断面状況の観察のための試験体のテストピースの準備
ＡＷＴ前の試験体およびＡＷＴ後の試験体を所定箇所にて切断し、所定の切断箇所を、充填材としてのフェノール樹脂を用いて熱間埋込してテストピースを作成した。

【0111】

断面の写真を図１４（ａ）に示す。上側の写真は、ＡＷＴ前の顕微鏡写真であり、下側の写真はＡＷＴ後の写真である。写真において、白色（または淡色）領域は鋼材本体の領域であり、黒色（または濃色）領域は充填材の領域である。上側の写真では、白色領域と黒色領域との間に薄い灰色（または中間濃色）領域が存在するが、この領域が異常錆に由来する部分に対応する。そのような灰色領域は、下側の写真では存在しない。即ち、ＡＷＴによって異常錆部分が除去されていることが分る。

【0112】

図１４（ｂ）の写真は、図１４（ａ）の写真の一部分を拡大したもの（３００倍拡大）であり、左側の写真がＡＷＴ前の写真で、右側の写真がＡＷＴ後の写真である。処理前の写真では、上側の黒色（または濃色）の充填材領域と下側の灰白色（または淡色）の鋼材領域との間に、灰色（または中間濃色）の異常錆部分の領域が存在する。処理後の写真では、上側の濃色の充填材領域と淡色の鋼材領域とが隣接して存在し、その間には別の領域が存在しない。即ち、ＡＷＴによって異常錆部分が除去されていることが分る。

【0113】

図１４（ａ）および図１４（ｂ）の断面のＳＥＭ／ＥＤＸ分析結果を、酸素（Ｏ）について図１５（ａ）に、また、鉄（Ｆｅ）について図１５（ｂ）に示す。尚、いずれの元素についても、左側は処理前の断面の結果であり、右側は処理後の断面の結果である。

【0114】

ＡＷＴ前の状態では、図１５（ａ）左側写真から分かるように、酸素（Ｏ）は、中間の白色（または淡色）領域に多量に存在し、その上側の濃色領域には相対的には少量で存在し、他方、下側の濃色領域には実質的に存在しない。また、図１５（ｂ）左側写真から分かるように、鉄（Ｆｅ）は、下側の淡色領域に多量に存在し、上側の黒色領域には存在せず、中間の灰色（または濃色）領域には、ある程度の量で存在する。これらの結果から、図１５（ｂ）の写真の下側領域（Ｆｅが多量に存在する領域）は鋼材部分に対応し、上側領域（少量の酸素が存在し、Ｆｅが存在しない）は充填材部分に対応し、図１５（ｂ）左側写真の中間領域（ＯおよびＦｅが存在する）は錆部分に対応することが分かる。

【0115】

ＡＷＴ後の状態では、酸素（Ｏ）に関する図１５（ａ）右側写真において、下側の黒色領域は、処理前（図１５（ａ）左側写真）の下側領域のカラーマッピングの色と同じ着色であり、酸素（Ｏ）が存在しない領域である。即ち、下側の領域は、鋼材部分に対応する。上側の領域は、処理前の上側領域のカラーマッピングの色と同じ着色であり、フェノール樹脂に由来する酸素を含む充填材部分に対応する。これらの領域の間には、（処理前と処理後を比較すると分かるように、）処理前には存在した、酸素が存在する白色の中間領域が存在しないことが分る。

【0116】

ＡＷＴ後の状態では、鉄（Ｆｅ）に関するについ図１５（ｂ）右側写真において、下側の淡色領域は、処理前の下側領域のカラーマッピングの色と同じ着色である。即ち、下側の領域は、鋼材部分に対応する。上側の黒色領域は、処理前の上側領域のカラーマッピングの色と同じ着色である。即ち、上側の領域は、充填材部分に対応する。処理前と処理後を比較すると、処理前には存在した鉄が存在する、中間の灰色（または濃色）領域、即ち、錆部分が存在しないことが分る。

【0117】

これらの結果から、ＡＷＴ前に存在する中間領域は鉄および酸素を含む、即ち、錆部分であること、そして、ＡＷＴによって錆部分が実質的に除去されることが分る。

【0118】

ＡＷＴ前の状態において、図１４（ｂ）、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の錆部分が存在する領域（中間領域）を比較すると、これらの領域は実質的に同じ形状を有することが分る。このことからも、鋼材部分、錆部分および充填材部分が存在するという上述の説明の妥当性が分かる。また、ＡＷＴ後の状態において、上側領域と下側領域との境界は、いずれの写真においても実質的に同じ形状を有し、錆部分が除去されていることが理解できる。

【産業上の利用可能性】

【0119】

本発明の錆の除去方法は、鋼材の表面に形成された異常錆および塩等の腐食生成物を除去するのに、簡便かつ有用な方法であり、さらに、ＡＷＪを適用した鋼材表面の表面粗さはブラスト工法と同程度となり、鋼材で形成された橋梁のような構造物の補修に際して、素地調整するのに好適である。

【符号の説明】

【0120】

１０ ノズル先端部分
１１ ノズル合流部
１２ 水
１４ 研削材
１６ 整流部
１８ ジェット
２０ 開口部
２２ 空間部分
２４ 対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】