腐食環境におけるステンレス鋼繊維: 船舶、化学薬品、橋梁のデッキ

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2019 年 6 月 15 日

塩化物環境では、繊維の単価が主要なコストになることはありません。問題は、その補強が30年目になってもまだ存在しているかどうかだ。

銅メッキされたファイバーが動作を停止する場所

メッキされたスチールファイバー上の銅層の厚さは数マイクロメートルです。腐食を遅らせ、セメント質マトリックスとの結合を改善します。長期的な保護は提供されません。乾燥した室内、通常の床、穏やかな屋外条件では、設計寿命が持続します。海岸線、塩分土壌、化学プラント、凍結防止用の塩道路などの塩化物環境では、塩化物が不動態皮膜を破壊し、銅層が局所的に損傷すると、鋼芯に孔食が発生し始めます。孔食は目に見えず深いため、錆の汚れが現れる頃にはすでにかなりの部分が消えています。そのため、海洋工事や化学タンクには銅メッキファイバーが使用されていません。

304 と 316L のどちらかを選択する

一般的なステンレス グレードは 304 で、引張強度は 2000 MPa を超え、650 ℃まで使用可能で、塩水噴霧においてメッキ ファイバーよりも大幅に性能が優れています。180 日間のテストで強度の低下は 5.6% のみですが、メッキ ファイバーはずっと前に錆びています。 316L にはモリブデンが含まれており、価格は高くなりますが、塩化物孔食に対する耐性が高くなります。この選択は、塩化物濃度と温度に影響します。周囲の海水と沿岸大気は通常、304 で問題ありません。化学反応器や排煙脱硫など、高温および高塩化物では、316L またはデュプレックスが必要です。より高いものを選択することは無駄ではありませんが、コストがかかります。低い値を選択すると、数年後にはボロボロになることを意味します。

180 日後の 5.6% の損失が実際に意味するもの

数字は比較してのみ意味を持ちます。普通の低炭素繊維は塩水噴霧室で数日以内に錆び、数十日で半分以上の強度を失います。めっきされたファイバーは、孔食が加速するまで 1 ～ 2 か月生存します。 304 は 180 日経過しても 94.4% の強度を保っています。したがって、同じ海洋環境においては、ステンレスファイバーはメッキファイバーよりも数十倍長持ちします。これはわずかな改善ではなく、使用できるか使用できないかの違いです。海洋構造物は 50 年間設計されており、50 年間の塩化物に耐えられるコーティングはないからです。

0.16、0.22、0.75 mm: 3 つの直径、3 つの用途

0.16 mm および 0.22 mm のファイバーはマイクロ ワイヤーであり、薄壁、精密モルタル、UHPC 要素、および高密度の 3 次元ネットワークが必要なあらゆる場所で使用されます。厚さは 0.75 mm で、橋の床版オーバーレイや海洋要素の従来の補強材の代替品として使用される構造グレードです。マイクロワイヤーは 1 キログラムあたりより多くの繊維を供給するため、同じ用量でより高密度のネットワークを形成し、より細かい亀裂を遮断します。その制限はファイバーあたりの容量が低いため、より厚い構造バーを置き換えることはできません。最初に制御する亀裂の幅を決定し、次に直径を決定します。

化学薬品および廃水タンク

化学薬品タンク内の腐食は、酸性媒体、塩化物、湿潤および乾式サイクルの 3 つの方向から発生します。サイクリングは最も過小評価されています。なぜなら、液体ラインのコンクリートは湿ったり乾燥したりを繰り返し、永久に水没したコンクリートよりもはるかに早く腐食するからです。通常のアプローチは、全体に 304 または 316L ファイバーコンクリートを使用し、液体ラインで局所的により高い用量またはより高いグレードを使用します。カバーの深さはもう 1 つの詳細です。ステンレス ファイバーはカバーの代わりに使用されず、表面に露出したファイバーは引き続き腐食箇所となるため、指定されたカバーを完全に満たす必要があります。

海を渡る橋のデッキオーバーレイ

海を渡る橋の床版オーバーレイは、価値の高い用途です。オーバーレイは通常 60 ～ 80 mm と薄く、車両の疲労荷重に耐え、海洋塩化物に置かれるため、メッキされたファイバーが耐えられない 3 つの条件が同時に発生します。実際には、ステンレス マイクロ ワイヤーまたは 304 ファイバーを 1 ～ 2 体積％使用し、多くの場合、ポリマーまたはエポキシでコーティングされたバーが使用されます。初期費用は高くなりますが、5 年ごとの大規模修繕に比べれば、生涯費用は安くなります。そのため、船舶入札ではステンレス繊維を指定し、メッキの代替品を拒否することがよくあります。

ステンレス原価計算: お金が支払われるときとお金が無駄になるとき

ステンレス鋼ファイバーは、銅メッキ冷間引抜線のコストの 6 ～ 10 倍のコストがかかるため、それがより良い選択肢であることは決してなく、唯一の選択肢です。それが正当化されるかどうかは、15 年を超える設計寿命、塩化物や酸への曝露、修理できないか修理に非常に費用がかかる場所という 3 つの条件が同時に成立するかどうかによって決まります。どれか一つでも落としてしまうとお金が無駄になってしまいます。海上プラットフォームの干満帯、化学プラントの酸洗槽ライナー、橋梁床版伸縮継手周辺、下水処理場の曝気槽などで顕著に発生します。屋内の床、乾燥した地下室、または銅メッキのワイヤーと腐食防止剤を加えれば十分な、自由にパッチを適用できるエプロンでは、明らかに役に立ちません。グレードの選択では、304 は塩化物 200 ppm 未満で確実に機能し、316L はモリブデンを含有し、約 1000 ppm に保持され、海水浸漬または除氷塩には 316L が必要です。 446 はフェライト系の耐熱グレードで 1400 ℃までは耐えられますが、塩化物には耐性がありませんので、間違った場所に置かないでください。コスト項目の 1 つが常に見落とされています。それは、引張範囲が異なり、同じ曲げ靱性目標でも異なる体積分率が必要になる場合があるため、ステンレスの使用量は炭素鋼の数値を単純にコピーすることはできません。これは見積書に含まれています。 180 日間の塩水噴霧後の錆スポット面積を比較するのが最も直接的な直接的な方法であるため、グレード名を比較するのではなく、同一の試験条件でのデータをサプライヤーに依頼してください。

もっとお金を払う価値があるとき

決定は 3 つの質問に減ります。環境中に海水、塩分土壌、または凍結防止塩などの塩化物が存在しますか。エレメントは薄壁ですか、それとも湿潤ゾーンと乾燥ゾーンにありますか。設計寿命は30年を超えます。 2 つの「はい」と答えると、ステンレスの選択が合理的になります。 1 つの「はい」の場合は、重要な場所にステンレスを使用し、その他の場所にメッキを施すという部分的なアプローチが可能です。 3 つは答えがありません。メッキされたファイバーは完全に適切です。グレード、直径、および温度定格については、スチールファイバー製品ページのステンレスセクションに、直径、長さ、強度を含む 304 およびマイクロワイヤーの範囲がリストされており、選択データとして直接使用できます。