【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、ボルト継手の鋼材表面に対し、早期
に均一な摩擦係数の高いさびを発生させることを
目的とするボルト継手工法における接合面の摩擦
向上処理剤に関する。
従来、架梁、一般鋼構造物等の現地施工に際し
ては、最近の傾向として構造物の大型化に伴な
い、従来のリベツト工法や溶接工法では特別の注
意が必要なため、応力の集中する重要な部分など
に対しては高張力鋼ボルトによる接合法が多く採
用され、その使用量も増々増加の傾向にある。
このような高張力鋼ボルト接合法は、従来のリ
ベツト工法がリベツトのせん断により接合応力を
伝達しているのに対し、高張力鋼ボルトによる接
合法は高強度の高張力鋼ボルトを降伏点付近まで
締めつけることにより生ずる摩擦力によつて応力
を伝えるものであるため、応力伝達の要素となる
接合面の摩擦係数は極めて重要な要素となる。
これが為、この種のボルト締め接合面の取扱い
については、一般にミルスケールや過度の赤さ
び、異物などが存在すると摩擦係数を極度に低下
させることゝなり、ひいては締めつけ強度を弱め
たり、締めつけ後に於てもゆるみを生じ易いため
定期的な締め直しを必要とするので、通常はグラ
インダー処理若しくはシヨツトブラスト、サンド
ブラストなどのブラスト処理により、ミルスケー
ルや赤さびなどを除去する方法が一般に採用され
ている。
しかし、叙上のようなグラインダー処理やブラ
スト処理を施した完全な地金面は、全面に均一に
発生した軽度の赤さび面に比べて摩擦係数が可成
り小さいため、通常はグラインダ若しくはブラス
ト処理後大気中特に屋外に放置して自然に赤さび
が発生するのを待つたうえで締めつけ施行するこ
とが慣例となつている。
これに対し最近の業界に於ける実状としては素
材の製作から締めつけ組立に至る期間を大巾に短
縮せざるを得ない状況にあり、例え屋外曝露して
おいても締めつけまでに所望の赤さび、即ち硬度
の高い水酸化第二鉄や酸化第二鉄が発生しない場
合が多く、また逆に極めて長期にわたる建設現場
などに於ては曝露期間や腐食環境条件によつては
コブ錆状にまで進行して所望の赤さびが得られな
いため、締めつけ施工前に再度ワイヤブラシ等に
よつてコブ錆を除去して適度のさびの程度にまで
仕上げしなければならないなど、この種のボルト
継手面の表面処理に関しては多くの問題が残され
ているのが実状である。
このような現状に対し、従来から一部に於ては
グラインダー若しくはブラスト処理後の表面に対
し、海水若しくは塩化ナトリウムや塩化アンモン
などの水溶液を塗布してさびの発生を促進させる
方法が採用されているが、前者は所望のさび発生
までに可成りの期間を必要とするばかりでなく、
発生したさびにむらを生じて均一でなく、また後
者は塗布後１乃至３時間程度で早期にさびが発生
する利点はあるが、これらの方法で発生させたさ
びの状態は金属素地面に対する密着性が悪いばか
りでなく、さび発生促進剤中に含まれるナトリウ
ムやアンモニウム塩が残存して摩擦係数を低下さ
せたり、ピツチング発生の原因となつていた。
そこで本発明者らは特願昭56−175930号「ボル
ト接手方法」を以つて、ボルト締め工法により接
合すべき接合部表面に対し、塩化第二鉄と界面活
性剤とよりなる溶液を塗布し乾燥した後ボルト締
めすることを特徴とするボルト接手方法を提案し
てきた。
この方法によれば、塩化第二鉄と界面活性剤と
の相互作用により、金属素地に対し均一で極めて
密着性が良く、自然に近いさびを極く短時間内に
発生させ、しかも前述のナトリウムやアンモニウ
ム塩の如き摩擦係数の低下につながるような異物
が残存しないため、摩擦係数を増大せしめ、締め
つけ後に於けるボルト、ナツトのゆるみを防止し
得る利点はあるが、塩化第二鉄の濃度が高い場合
には、金属素地面への密着性がよい反面、金属素
地面に対しピツチングを生ずる欠点はまぬがれな
かつた。
本発明は叙上の如き従来法に於ける欠点を解消
するために種々検討の結果、塩化第二鉄と界面活
性剤とよりなる溶液にさらに適量の硝酸若しくは
硝酸鉄を配合添加することにより、接合すべき接
合面に対し塗布、乾燥した場合極く短時間内に所
望適量の赤さびを発生させることが出来、しかも
ピツチングを全く発生しないボルト継手工法にお
ける接合面の摩擦向上処理剤を発明するに至つ
た。
この摩擦向上処理剤を塗布した継手部の接合面
に、硬度の高い水酸化第二鉄や酸化第二鉄を短期
間に且つ均一に生成させることにより、摩擦係数
を向上してボルト継手工法において高い接合強度
をもたらすことができる。
また、本発明の摩擦向上処理剤は、四三酸化鉄
の生成を抑制し、ピツチングを発生させることな
く水酸化第二鉄及び酸化第二鉄を生成させること
ができる。
次に本発明の実施例を説明する。
実施例 １
塩化第二鉄濃度を10％、界面活性剤濃度を１％
と夫々一定にし、これに硝酸の濃度を第１表に示
す如くNO3として２％から12％に至る間に２％
刻みで変えて調整した合計６種類の水溶液を、
夫々SS41製のボルト継手面に塗布、乾燥後屋外
に６ケ月間放置した。
表面に発生している赤さびを塩酸を用いて完全
に溶解除去後、金属素地面の状況を倍率100倍の
顕微鏡を用いて観察したところ、表１に示す如
く、２％では稍々不充分であるが、４％程度から
ピツチングの発生が減少し、６％以上になるとピ
ツチングが極度に減少して自然発生の赤さびの場
合よりもむしろ少なかつた。また、12％以上にな
ると、ピツチングの防止効果はあるが、さび発生
の速度が低下する傾向が認められた。
The present invention relates to a friction-improving treatment agent for a joint surface in a bolt joint construction method, which aims to quickly generate uniform rust with a high coefficient of friction on the steel surface of a bolt joint. Traditionally, when constructing bridges, general steel structures, etc. on-site, with the recent trend of larger structures, conventional riveting and welding methods require special attention, so it is important that stress is concentrated. High-strength steel bolts are often used to connect parts, and the amount of bolts used is increasing. This type of high-strength steel bolt joining method uses high-strength steel bolts to transfer the joining stress by shearing the rivets, whereas the conventional riveting method transmits joining stress by shearing the rivets, whereas the high-tensile steel bolt joining method uses high-strength steel bolts near their yield point. Since stress is transmitted by the frictional force generated by tightening the joint to the maximum, the friction coefficient of the joint surface, which is an element of stress transmission, is an extremely important element. For this reason, when handling this type of bolted joint surface, the presence of mill scale, excessive red rust, foreign matter, etc. will greatly reduce the friction coefficient, which may weaken the tightening strength or cause damage after tightening. Since they tend to loosen and require periodic retightening, mill scale and red rust are usually removed by grinding or blasting such as shot blasting or sandblasting. However, a complete bare metal surface that has been subjected to grinding or blasting treatment as described above has a much smaller coefficient of friction than a lightly rusted surface that is uniformly generated over the entire surface. It is customary to leave it in the atmosphere, especially outdoors, and wait for red rust to develop naturally before tightening it. On the other hand, the current situation in the industry is that the period from material production to tightening and assembly has to be drastically shortened, and even if exposed outdoors, the desired red rust, In other words, in many cases, highly hard ferric hydroxide and ferric oxide are not generated, and conversely, at construction sites for an extremely long period of time, depending on the exposure period and corrosive environment conditions, it may progress to the form of lumpy rust. The surface of this type of bolt joint surface is difficult to obtain due to the fact that the desired red rust cannot be obtained by using a wire brush or the like before tightening. The reality is that many problems remain regarding processing. In response to this current situation, some methods have been adopted in the past to promote the formation of rust by applying seawater or an aqueous solution of sodium chloride or ammonium chloride to the surface after grinding or blasting. However, the former not only requires a considerable period of time until the desired rust occurs;
The rust that occurs is uneven and not uniform, and the latter has the advantage that rust occurs early, about 1 to 3 hours after application, but the state of rust generated by these methods is that it is difficult to adhere to the metal base surface. Not only were the properties poor, but the sodium and ammonium salts contained in the rust accelerator remained, lowering the friction coefficient and causing pitting. Therefore, the present inventors applied a solution consisting of ferric chloride and a surfactant to the surface of the joint to be joined by the bolt tightening method using Japanese Patent Application No. 56-175930 entitled "Bolt Joint Method". We have proposed a bolt joint method that is characterized by tightening the bolts after drying. According to this method, due to the interaction of ferric chloride and surfactant, it has uniform and extremely good adhesion to the metal substrate, and rust that is close to natural occurs in a very short time. Since there are no residual foreign substances such as ferric chloride or ammonium salts that can reduce the coefficient of friction, this has the advantage of increasing the coefficient of friction and preventing loosening of bolts and nuts after tightening.However, the concentration of ferric chloride When it is high, the adhesion to the metal base surface is good, but the drawback of causing pitting to the metal base surface cannot be avoided. As a result of various studies in order to eliminate the drawbacks of the conventional methods as described above, the present invention has been developed by adding an appropriate amount of nitric acid or iron nitrate to a solution of ferric chloride and a surfactant. To invent a friction-improving treatment agent for joint surfaces in a bolted joint method that, when applied to joint surfaces to be joined and dried, can generate a desired amount of red rust within a very short time and does not cause pitting at all. I've reached it. By uniformly generating highly hard ferric hydroxide and ferric oxide on the joint surfaces coated with this friction-improving treatment agent in a short period of time, the coefficient of friction is improved and bolted joints are used. Can provide high bonding strength. Furthermore, the friction improving treatment agent of the present invention can suppress the production of triiron tetroxide and produce ferric hydroxide and ferric oxide without causing pitting. Next, examples of the present invention will be described. Example 1 Ferric chloride concentration 10%, surfactant concentration 1%
and the concentration of nitric acid was increased from 2% to 12% as NO 3 as shown in Table 1.
A total of 6 types of aqueous solutions adjusted in increments,
Each was applied to the surface of an SS41 bolt joint, and after drying, it was left outdoors for 6 months. After completely dissolving and removing the red rust that had formed on the surface using hydrochloric acid, we observed the condition of the metal base surface using a microscope with a magnification of 100x. As shown in Table 1, 2% was slightly insufficient. However, the occurrence of pitting decreased from about 4%, and when it rose to 6% or more, pitting decreased extremely and was even less than in the case of naturally occurring red rust. Furthermore, when the content exceeds 12%, although there is an effect of preventing pitting, there is a tendency for the rate of rust formation to decrease.
【表】
実施例 ２
実施例１に於ける硝酸に代り硝酸第二鉄を用い
て、他は実施例１と全く同様に実施したところ、
実施例１と略々同等の結果が得られることから、
硝酸第二鉄による同様の効果が確認された。
実施例 ３
塩化第二鉄の濃度を種々変えて硝酸及び硝酸第
二鉄濃度との関係について種々調査した結果、塩
化第二鉄の濃度に関係なく、塩化第二鉄量に対す
る硝酸若しくは硝酸第二鉄量の比率を表１に示す
値に保つことにより、常に効果的にさび発生とピ
ツチング防止効果が得られることが判明した。
実施例 ４
塩化第二鉄濃度を５％、界面活性剤濃度を0.5
％と夫々一定とし、これに表２に示す比率の範囲
内相当のNO3として2.5％、３％、４％、５％の
硝酸を夫々添加した水溶液４種類を、サンドブラ
スト処理したSS41製のボルト継手面に夫々塗布、
乾燥後、高張力鋼ボルト（90Kg／mm2級）を用いて
締めつけ施工したうえで摩擦係数を測定した結
果、何れも建築学会が規定した摩擦係数0.45を上
廻る0.50以上の値が得られると共に、ボルトを取
除いて継手面の状況を調査した結果もピツチング
の発生は認められなかつた。
実施例 ５
実施例４に準じて、硝酸に代り硝酸第二鉄を用
い、他は実施例４と全く同様に実施したところ、
実施例４と略々同等の結果が得られた。
以上の如く本発明は、塩化第二鉄と塩化第二鉄
量に対しNO3として20％好ましくは25％以上100
％以下に相当する硝酸又は硝酸鉄と界面活性剤と
を配合してなるボルト継手工法における接合面の
摩擦向上処理剤に係り、ボルトを用いて接合すべ
き継手面に対し塗布、乾燥することにより、所望
の短時間内に金属素地面に対し密着性がよくて摩
擦係数が大きく、しかもピツチングを伴なわない
赤さびを発生させることが出来るもので、産業上
極めて有益である。
なお、本発明に於ける塩化第二鉄の濃度は、塗
布後締めつけに至るまでの許容時間に応じて決定
すればよいので必ずしも限定する必要はないが、
実用的には0.1％程度好ましくは0.2％以上が望ま
しく、またさびを均一化させるための界面活性剤
についても厳密に規定する必要はないが、通常は
0.5乃至２％程度がよい。[Table] Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out except that ferric nitrate was used instead of nitric acid in Example 1.
Since almost the same results as Example 1 were obtained,
A similar effect with ferric nitrate was confirmed. Example 3 As a result of various investigations into the relationship between nitric acid and ferric nitrate concentrations by varying the concentration of ferric chloride, it was found that regardless of the concentration of ferric chloride, the amount of nitric acid or ferric nitrate relative to the amount of ferric chloride It has been found that by keeping the iron content ratio at the values shown in Table 1, it is always possible to effectively prevent rust formation and pitting. Example 4 Ferric chloride concentration is 5%, surfactant concentration is 0.5
SS41 bolts were sandblasted with four types of aqueous solutions to which 2.5%, 3%, 4%, and 5% nitric acid was added as NO 3 equivalent to the ratio shown in Table 2. Apply each to the joint surface,
After drying, the bolts were tightened using high-strength steel bolts (90Kg/mm class 2 ), and the friction coefficient was measured. In both cases, a value of 0.50 or more was obtained, which exceeds the friction coefficient of 0.45 specified by the Architectural Institute of Japan. After removing the bolt and inspecting the joint surface, no pitting was found. Example 5 In accordance with Example 4, ferric nitrate was used instead of nitric acid, and the rest was carried out in the same manner as in Example 4.
Almost the same results as in Example 4 were obtained. As described above, the present invention provides ferric chloride and the amount of ferric chloride as NO 3 of 20% or more, preferably 25% or more.
% or less of nitric acid or iron nitrate and a surfactant, and is applied to the joint surface to be joined using bolts and dried. It has good adhesion to the metal base surface, has a large coefficient of friction, and can generate red rust without pitting within a desired short time, and is extremely useful industrially. Note that the concentration of ferric chloride in the present invention does not necessarily need to be limited, as it may be determined depending on the allowable time from application to tightening.
Practically speaking, it is desirable to use 0.1% or more, preferably 0.2% or more, and there is no need to strictly specify the surfactant used to even out the rust, but it is usually
Approximately 0.5 to 2% is preferable.