在标准暴晒试验上,与水平呈不同角度影响腐蚀量的问题以前已被注意到。然而比这更大的问题是在试片的上面和下面腐蚀明显不同。这些问题正如在上节中所叙述的那样限制了大气暴晒试验数据的价值,可是更成为问题的是耐候钢在实际结构物上以各种暴露形状使用时,它的形状对耐候钢的功能如何影响的问题。非常不利的形状在结构设计上必须回避。
关于对标准暴晒试验的角度的影响虽然有几篇报告,但是最早在组织上进行研究的人是诸石等。他们把耐候钢及碳素钢试片(100mm×60mm×3mm)的一面进行涂漆,把留下的一面作为上面或者下面,在上面向东以及向南两个方向,设置成与水平呈0°、30°、60°、90°,暴晒时间为6个月、9个月及24个月.两种钢试片都是下面的腐蚀比上面的大,暴晒角度越陡腐蚀越小。就上面来说,与水平及垂直位置相比,中间角度的试片腐蚀小。暴晒角度对碳素钢试片的影响大,并且随时间增长而增大。耐候钢不太受时间的影响。
他们同时求出了锈中的硫酸盐的含有率,判断它的值取决于试片表面流下的雨水量的多少。由于暴晒角度而引起的下面的腐蚀的差异与硫酸盐的量非常对应。不过他们认为对腐蚀量的变化影响最大的因子是降雨后锈层的水分保持的时间和量。
如上所述,试片形状受暴晒的影响耐候钢虽然比碳素钢小,可是下面的腐蚀比上面的大,腐蚀量增大60%~70%左右,诸石等也认为在实际结构物应用耐候钢时,在设计上必须考虑周到细致。
很早以前 Larrabee或Schikor就已经指出,遮蔽雨水对暴晒试片下面的腐蚀会有较大的影响,那时虽然还没有把耐候钢进行裸露使用,但在设定碳素钢等腐蚀试验条件上被认为是重要的。1965年(昭和40年)日本在建筑物上开始裸露使用耐候钢,那时由于SOχ引起的大气污染正处在相当高的时期,遮蔽面由于没有受到雨水的洗净作用对腐蚀的影响很大,有时裸露耐候钢的遮蔽面锈层产生了没有稳定化的部位。
为了具体地研究裸露耐候钢各部位有什么样的行为,以便作为结构设计上的参考,佐武等和松岛等两个研究组制作了使用耐候钢的试验房屋以及模型结构物佐武等于1966年(昭和41年)2月,在尼崎市住友金属工业中央技术研究所(当时)院内,用耐候钢建造了有H型柱、栋梁、框格、平板门的试验房屋,研究了耐候钢锈层稳定化动态或由于流出的锈液引起的各种外装材的污损状况。4年后发表了结果。
松岛等于1967年(昭和42年)10月,在川崎市的NKK技术研究所(当时)院内和川崎市住宅地的NKK新城集合住宅院内,设置了构件全部用耐候钢制作的高约3.7m、宽3m、深度2m的模型结构物(图2-15)。
所用的构件是H型柱、栋梁、顶棚、窗框、壁板、百叶窗、台阶等。除了观察锈层稳定化动态以外,为了测定腐蚀量,以浮在构件表面上的状态和黏附在构件表面上的状态安装了很多小型试片。黏附的试片是为了了解雨水流的影响。
结果反映出当时工业地区处于高SOχ状态,雨被遮蔽的部分稳定化较慢。郊外比工业地区遮蔽部分的状况好。
根据松岛等的结果归纳的要点加表2-11。所示雨被遮避的部分稳定化缓慢,并且知道在SOχ影响大的地区其倾向大。
最近工业地区的二氧化硫浓度比进行这些试验时已经明显降低,这些数据在同地区虽然不能完全像原来那样适用,可是已经成为20世纪70年代(昭和50年代)中期以后,盛行设计建造耐候钢桥梁必须参考的最早的数据,就现在成为最大问题的海岸地区的海盐粒子的影响来说,也可以采用同样的考虑方法。
关于裸露耐候钢在桥梁上应用技术的进步,已经在2.2.3节叙述过,请参照。在那里所引用的建设省土木研究所、钢材俱乐部、日本桥梁建设协会制定的无涂漆耐候钢桥梁的设计、施工要领(改订案)(1993年,平成5年)或维修要领(案)(1991年,平成3年),可以说是应用技术开发成果的结晶。
尤其在调查海盐粒子的影响后,在上述的设计、施工要领(改订案)中确定了可以使用裸露耐候钢的地区,是应用技术的一大成果(见表2-7)。
关于把可以使用地区定为飞来盐分量0.05mdd(mg/d㎡/day)以下的地点,9年间41座桥梁暴晒试验结果起了非常有效的作用。也就是说,从图2-16可以清楚地看出,以该飞来盐分量为界,低于该盐分量,锈层能够稳定化;可是一旦超过锈层就不能稳定化,而且腐蚀量很大。省略表2-7中的飞来盐分量测定可以裸露使用耐候钢的地区,可以根据该项共同研究以及以前土木研究所对钢筋混凝土的盐害所调查的各地区的飞来盐分量的值求出来,可以认为这些地区是盐分量在0.05mdd以下的地区。另外,以设计、施工要领(修订版)作为基础的暴晒试验,是在已有桥梁的内梁部分安装了试片,在对耐候钢稳定化不利的遮蔽了雨的条件下进行的,所以所获得的数据是实用安全的。但是,那时,像在桥梁内梁那样完全遮蔽雨的条件下的耐候钢的长期稳定化动态的研究报告几乎没有。因此,钢材俱乐部防锈特别委员会设置了耐候钢特别研究组,就这一问题进行了研究。
该项研究调查了1967年(昭和42年)架设的川崎制铁知多制造的知多2号桥的锈层状况,并得出结论。把用前节所述的交流阻抗法或锈层断面的偏光显微镜获得的观察结果,和各种完全稳定化后的锈层数据进行比较后得出结论:“内梁的耐候钢锈层与外梁相比并不逊色。···属于耐候性原来的稳定锈层或者与其接近”。这一结论的得出也是关于锈层本质或测定方法的知识财富累计的成果。