1. しおは、いつ まくのが いいの?
1. 夜に凍る道では、塩をいつまくのか
1. 夜間に凍結する路面 ── 事前散布と事後散布の分類
ひるまは あたたかくて、みちに みずが のこる ことが あります。そして よるから あさに かけて、きおんが さがって みずが こおる ことが あります[3]。
こおる まえに しおを まく ことを「じぜんさんぷ」、こおった あとに まく ことを「じごさんぷ」と よびます[1]。
じぜんと じごでは、しおの はたらきが ちがいます。どう ちがうのでしょう。
昼は気温が上がって道に水が残り、夜から明け方に冷えて凍る。福井県の研究報告は、こうした日が多い地域では、凍る前にまく方法がよく使われると述べています[3]。
凍結防止剤の散布は、凍結が起きる前の「事前散布」と、凍結や氷の積もった雪が出てからの「事後散布」に分けられます。国土技術政策総合研究所(国総研)の資料によると、事前散布は路面の水が凍る温度を下げる働き(凝固点降下)を、事後散布は氷や雪をとかす働きを期待したものです[1]。
同じ塩をまくのに、期待する働きがちがう。それなら、凍る前の塩は、路面で何をしているのでしょうか。
日中に気温が上がって路面に水分が残り、夜間から未明の気温低下で凍結する、というパターンが多い地域では、凍結前に散布する事前散布が多用される[3]。
凍結防止剤の散布は、凍結前の事前散布と、凍結・氷積雪が発生した後の事後散布に大別される。国総研資料は、事前散布は主に凝固点降下(路面水分の凍結温度の低下)を、事後散布は氷雪の融解作用を期待したものと整理している[1]。福井県の報告も同様に、①凍結前の凝固点降下は事前散布で、②残った雪氷の融解は事後散布で効果が得られやすいとする[3]。
同じ塩化ナトリウムを使っても、期待する作用が凝固点降下か融解かで、散布のタイミングが変わる。では、事前散布で路面の水はどのような状態になっているのか。
2. こおる まえの しおは、なにを して いるの?
2. 凍る前の塩は、路面で何をしているのか
2. 事前散布の作用 ── 路面水を「全部は凍らない塩水」にする
しお水は、ふつうの みずより こおりにくく なります。しおが こい ほど、もっと ひくい きおんまで こおりません[2]。
こおる まえに しおを まくと、みちの みずが しお水に なります。しおが ちゃんと とけて こい しお水に なって いれば、きおんが 0度いかに なっても、みちの みずは ぜんぶは こおりにくく なります。くるまの タイヤが すべりにくい じょうたいが、のこりやすく なります[2]。
こおって しまった あとは どうでしょう。
塩水は、濃いほど凍る温度(凝固点)が低くなります。ただし限界があって、塩化ナトリウムでは濃度23.3%で、そこから先はありません[2]。この23.3%は上限の値で、道路の水がいつもそこまで濃くなるわけではありません。
国総研の資料は、路面に水があるときに塩をまいていないと、0℃で水が全部凍って、タイヤのすべりにくさが極端に落ちると説明しています。路面の水が十分な濃さの塩水になっていれば、全部が一度に凍るのを防ぎやすく、ぬれた路面くらいの摩擦が保たれます[2]。たとえば10%の食塩水は、冷やしても、いちばん低い温度(共融点)まで全部が固まることはありません。
凍る前なら、路面の水を「ある濃さの塩水」にすれば足ります。では、凍ってしまった後は、何がちがうのでしょうか。
塩化ナトリウム水溶液は、濃度が高いほど凝固点(結氷点)が低くなるが、濃度には限界があり、凝固点曲線は23.3%で終わる[2]。共融点は約−21℃である。これは理論上の上限で、実際の路面水の濃度が常にそこまで上がることを意味しない。
国総研資料は、路面に水分があるとき、散布していなければ0℃で全体が凍結してすべり抵抗が極端に低下する一方、路面水が十分な濃度の塩水になっていれば全体の凍結を防ぎやすく、湿潤路面程度の摩擦抵抗が確保されると述べる[2]。10%の食塩水は、冷却しても共融点まで全体が固化することはない。
したがって事前散布では、路面水の全量を融かす必要はなく、水を「凍りきらない濃度」にしておけばよい。では、すでに氷になった路面ではどうなるのか。
3. こおった あとに まくと、どうなるの?
3. 凍ってから塩をまくと、なぜ効率が落ちるのか
3. 事後散布の限界 ── 融氷量の温度依存と、事前散布が優位とされる試験結果
こおった あとの しおは、こおりを とかす しごとを します。ところが、きおんが ひくい ほど、しおが とかせる こおりは すくなく なります。
しお 1kg が 1じかんで とかせる こおりは、−3度で 4.3kg ですが、−12度では 1.6kg です[2]。
さむい よるほど、あとから まく しおは はたらきにくいのです。
とまこまいの しけんどうろでは、こおる まえに まいた ほうが、タイヤが すべりにくい けっかが でました[4]。ただし、しけんの かいすうは かぎられて います。
氷になってからの塩は、氷をとかす仕事をします。ところが、とかせる量は気温で大きく変わります。国総研の資料では、塩1kgが1時間でとかせる氷は、−3℃で4.3kg、−12℃で1.6kgでした。−12℃では1時間たっても、まいた量の2倍ほどの氷しかとけません[2]。
土木研究所寒地土木研究所の苫小牧の試験道路での比較では、事後散布より事前散布のほうが、すべり摩擦係数やすべり抵抗値が高い傾向があり、路面凍結対策としては事前散布のほうが優れると考えられると報告されました。ただ、試験できた日数は限られています[4]。
四国の現地調査(平成26年2〜3月)でも、事前散布をしていなければ、凍った路面が出ていたと報告されています[7]。
では、凍る前にまくとして、いったいどれくらいの量をまくのでしょうか。
氷となった後の塩化ナトリウムは融解作用を担うが、その能力は温度に強く依存する。国総研資料の表では、NaCl 1kgが1時間後に融解できる氷は、−3℃で4.3kg、−12℃で1.6kgである。−12℃では1時間経過後も、散布量の2倍程度の氷しか融解できない[2]。融氷量の温度依存の詳細は別の記事に譲り、ここでは「低温ほど後追いの散布は効率が悪い」点だけを押さえる。
土木研究所寒地土木研究所の苫小牧の試験道路での比較では、事後散布よりも事前散布のほうがすべり摩擦係数・すべり抵抗値が高い傾向があり、路面凍結対策としては事前散布が優位と考えられる、とされた。ただし報告自身が、試験日数が限られたと注記している点には注意したい[4]。
実地の調査でも、四国の平成26年2〜3月の観測では、事前散布をしていなければ凍結路面が出現していたとされる。事後散布が固形剤を基本とするのは、事前散布で凍結防止が済んでいて、路面温度−4℃以上で融氷効果が発揮されるためという。溶液の事後散布は即効性があるが再凍結が懸念される[7]。
事前散布が有利だとして、散布量はどう決まるのか。
4. しおは、1メートル四ほうに どれだけ まくの?
4. 塩は1平方メートルに何グラムまくのか
4. 散布量の目安 ── 20g/m²と、機関・目的ごとの標準量の幅
こくどこうつうしょうの みちの かんりの きじゅん(あん)では、しおを 1メートル四ほうに 20g ぐらい まく ことが、めやすと されました[7]。あなたの てのひらより ずっと ひろい ところに、ほんの すこし ふりかける かんじです。
ただし、ばしょや てんきに あわせて かえて よい めやすです。
ほっかいどうの しけんでは、こおった みちを ねらって 30g まきました。ほくりく ちほうで、こおる まえに まく しおの めやすは、15gから 20g でした[6]。ばしょや めてきに よって、ちがうのです。
国土交通省の「直轄国道の維持管理基準(案)」(平成23年3月)は、散布する材料は塩化ナトリウムを基本とし、散布量は1平方メートルあたり20g程度を目安に、対象区間の状況に応じて決めるとしました[7]。
ほかの資料でも、数字はそろいません。寒地土木研究所の試験(2022年、苫小牧)では、事後散布を想定して、人工的に作った氷の膜の路面に30g/m²をまきました。一方、北陸地方の事前散布の標準量は、固形の塩だけをまく方法で20g/m²、湿式(固形の塩に塩水を混ぜる方法)で15g/m²と、福井県の報告に引用されています[6]。
数字の並びだけを見て、事前は少なく事後は多いと言い切ることはできません。標準量は、機関や条件ごとに決められているからです。では、決められた量は、現場でその通りにまかれているのでしょうか。
国土交通省「直轄国道の維持管理基準(案)」(平成23年3月31日)は、散布材料を塩化ナトリウムとし、散布量を20g/m²程度、対象区間の状況に応じて適宜設定する、としている[7]。
他の資料の数字は一様でない。寒地土木研究所の2022年の苫小牧での試験は、冬期路面マニュアル(案)の散布基準のうち事後散布を想定して30g/m²とし、人工的に作った氷膜路面に湿式で散布した。他方、北陸地方の事前散布の標準散布量は、乾式20g/m²・湿式15g/m²である(福井県報告が引用)[6]。
これらを並べても「事前は少なく事後は多い」と一律には言えない。標準量は、機関・目的・条件ごとに異なる。では、標準量の通りに散布すれば無駄は出ないのか。
5. しおを まかなくて いい よるが あった?
5. 長野の国道で見つかった「まかなくてよかった夜」
5. 路面塩分濃度の測定 ── 経験と勘を「見える化」する
ながの県の くにの みちを まもる ひとたちは、しお 20g を もとに、けいけんと かんで りょうを かえて いました。1ねんで 3,300トンぐらい、およそ 5,000まんえんぶんの しおを まいて いました[8]。
そこで、みちの しおの こさを はかって みました。すると、ある 日は、みちに しおが ちゃんと のこって いて、まかなくて よかった ことが わかりました。それなのに、きおんが 0度いかだからと、まいて いたのです。
こさが「みえる」ように なると、まく りょうを へらせると わかりました。
長野国道事務所では、塩化ナトリウム20g/m²を基本に、作業員の経験と勘で量を増やしたり減らしたりしていました。年間の散布は約3,300トン、費用にして約5,000万円です[8]。
そこで、路面の塩分濃度を測りました。ある日の路面は−4.3〜−0.1℃で、塩分濃度は3.25〜18.75%。基本的に散布の必要がない状態でした。それでも作業する人は、気温が0℃以下だからという理由で、標準の5〜30g/m²を断続的にまいていたのです[8]。
これは作業員の責任というより、感覚に頼る部分を目で見える形にできていなかった、という話です。報告は、その感覚的な部分を「見える化」できれば、散布量を減らせると述べています[8]。では、ほかにどんな減らし方があるのでしょうか。
長野国道事務所(関東地方整備局)では、塩化ナトリウム20g/m²を基本に、作業員の経験と勘で散布量を増減していた。年間散布量は約3,300t、約5,000万円に上る[8]。
路面塩分濃度を測定すると、ある日は路面温度−4.3〜−0.1℃、塩分濃度3.25〜18.75%で、基本的に散布の必要がない状態だった。しかし作業者は、気温が0℃以下であることを理由に、標準量5〜30g/m²を断続的に散布していた。報告は、人の感覚的な部分を見える化できれば散布量の低減が図れる、と結論している(平成25年度の報告)[8]。
この例は一つの事務所の一日の観測なので、他の地域でも同じ割合で無駄があるとは言えない。むしろ「気温だけで判断すると、必要のない散布が起こりうる」ことを示す事例として読むのが妥当である。では、散布量を減らす手段は他にあるのか。
6. しおを へらす ために、ほかに どんな くふうが あるの?
6. 塩の量を減らすために、ほかにどんな工夫があるのか
6. 散布量低減の方策 ── 予測にもとづく事前散布・湿式散布・引きずり効果
ひとつ めの くふうは、てんきの よそうを つかう ことです。ほくりくの やくしょの きまりでは、こおる おそれが あれば、よそうを もとに こおる まえに まく ように しました[9]。
ふたつ めは、かたい しおに しお水を まぜて まく やりかたです。みちに くっつきやすく、かぜや くるまで とびにくく なります[6]。
みっつ めは、まく ばしょの 100メートル てまえから まく ことです。くるまが しおを ひきずって、めあての ばしょまで はこんで くれます[9]。
ふゆの みちの しおは、1991ねんに スパイクタイヤが つかえなく なった あと、ふえたと いわれます。しおは、はしや てつを いたませる ことも あるので、へらす けんきゅうが すすんで いるのです[5]。
北陸技術事務所の散布要領(案)は、従来は安全のために多めにまきやすかったと振り返り、気温や天気予報、交通の状況から塩の効果が続く時間を見積もり、凍る恐れがあれば、予測をもとに凍る前の散布に努めるとしました。標準量は気温の区分ごとに15g・25g・35gです。ただし、25gと35gは机上の計算で決めたもので、現場での検証は湿式15g/m²のみです。この検証では塩分濃度が確保され、1日あたりの散布量は全体的に減りました[9]。
湿式散布は、塩が路面にくっつきやすく、風や通る車で飛ばされにくいため、効き目が早く長持ちするとされます[6]。寒地土木研究所の2023年の試験では、塩の量が同じ15.4g/m²になるよう、湿った塩・塩水・固形の塩を比べました。無散布の摩擦係数が0.3未満の日に、湿塩をまいた区間は0.5以上を保った例があります[5]。
また、散布が多くなる理由の一つは、塩が飛んだり引きずられたりして失われることです。対象の場所の手前100mからまくと、引きずる効果で、対象の場所の塩分濃度が保てるとされます[9]。
そもそも、なぜ減らす研究が進んだのでしょうか。寒地土木研究所の論文によると、スパイクタイヤの使用が禁止された1991年以降、散布量が増えました。塩化物は橋や道路の鋼やコンクリートの耐久性に悪い影響を与えるためです[5]。
北陸技術事務所の凍結防止剤散布要領(案)は、従来は安全側に散布しやすかったとの認識から、気温・気象予報・交通状況によって効果持続時間を見積もり、凍結の恐れがあるときは予測データをもとに凍結前の散布に努め、再散布の時刻は前回散布からの経過時間と効果持続時間を参考に決めるとした。標準量は気温区分ごとに15g・25g・35gである。ただし25g・35gは机上シミュレーションによる算定で、現場検証は湿潤式15g/m²のみであり、そこでは塩分濃度が確保されて1日あたりの散布量が全体的に減少した[9]。
湿式散布は固形の塩に溶液を混合して散布する方法で、付着性がよく、風や走行車両による飛散が少ない。即効性・持続性に優れる[6]。寒地土木研究所の2023年の事前散布試験は、塩化ナトリウム量が15.4g/m²で同量となるよう、湿塩46.2g/m²・塩水231g/m²・固形剤15.4g/m²を比較した(湿塩と塩水の数字は水分を含む重さ)。無散布の摩擦係数が0.3未満の日(12月11日)に、湿塩散布区間は0.5以上で推移した例がある[5]。
散布量が増える一因は飛散・引きずりである。対象箇所の手前100mから散布すると、引きずり効果によって対象箇所の塩分濃度が確保される[9]。
こうした研究が進んだ背景には、スパイクタイヤの使用禁止(1991年)以降の散布量の増加と、塩化物が鋼・コンクリートの耐久性に悪影響を及ぼすことがある[5]。
自分でも しらべて みたく なったら
自分でも調べてみたくなったら
自分でも調べてみたくなったら
今日できること
コップを 3つ よういして、みずだけ、しおを すこし いれた みず、しおを たくさん いれた みずを 入れます。おうちの ひとと いっしょに、れいとうこに 一ばん 入れて、あさに ようすを くらべて みましょう。どれが かたまって いるか、見て みます。
出かけてできること
さむい あさに、みちが ぬれて いるか、かわいて いるかを 見て みましょう。ただし、くるまの とおる ところには でません。
こうしきの じょうほう
くにや けんの みちを まもる ところの ホームページに、「とうけつぼうしざい」の せつめいが のって います。
今日できること
同じ量の水を入れたコップを3つ用意し、水だけ・塩を小さじ1杯とかした水・塩を大さじ2杯とかした水にします。冷凍庫に一晩入れて、朝にどれがどれくらい固まっているかを比べてみましょう(材料は水と食塩だけ)。濃さによる凍りにくさのちがいが見えます。
出かけてできること
寒い朝に、道がぬれているか乾いているかを、歩道から観察してみましょう。車の通る場所には出ません。
公式情報
国土交通省の地方整備局や、お住まいの県の道路管理のページに、「凍結防止剤」の散布についての説明があります。国土技術政策総合研究所や寒地土木研究所の報告も公開されています。
今日できること
同量の水を入れたコップ3つに、塩なし・小さじ1杯・大さじ2杯を溶かし、冷凍庫に一晩置いて固まり方を比べる(水と食塩だけで足りる)。濃度が高いほど凝固点が下がる関係を、家庭の冷凍庫の範囲で確かめられる。
出かけてできること
寒い朝に、路面のぬれ具合を歩道から観察し、前日の天気と比べてみる(車道には出ない)。
公式情報
国総研資料No.412「凍結防止剤散布と沿道環境」と、寒地土木研究所・地方整備局の技術報告を読み、標準散布量が資料ごとにどう書かれているかを比べてみるとよい。標準量の表は、新しい版が出ていないかも確認したい。
しらべた もとの じょうほう
参考にした情報源
参考にした情報源と、その使い方
国の機関の資料を中心に使った。数字は、各資料に書かれた範囲だけを使い、条件のちがう数字は並べて比べていない。
- 国土技術政策総合研究所 資料No.412「凍結防止剤散布と沿道環境」2.4 https://www.nilim.go.jp/lab/bcg/siryou/tnn/tnn0412pdf/ks0412009.pdf (事前散布と事後散布の分類)
- 国土技術政策総合研究所 資料No.412 2.2 https://www.nilim.go.jp/lab/bcg/siryou/tnn/tnn0412pdf/ks0412007.pdf (凝固点降下・摩擦・融氷量)
- 福井県 研究報告「凍結防止剤の定着溶液」 https://www.fklab.fukui.fukui.jp/yk/publication/download/2012/houkoku/25-2_touketsubousi.pdf (夜間に凍る地域での事前散布)
- 土木研究所「7.5 凍結防止剤散布量の低減に関する研究」 https://www.pwri.go.jp/jpn/results/report/report-project/2009/pdf/2009-7-5.pdf (試験道路での事前・事後散布の比較)
- 寒地土木研究所「凍結防止剤の事前散布による散布方法ごとの効果の検討」 https://www.hrr.mlit.go.jp/library/happyoukai/R7/e/e-15.pdf (散布方法の比較・散布量増加の背景)
- 寒地土木研究所「防錆効果を有する新たな凍結防止剤の散布効果試験」 https://www.hkd.mlit.go.jp/ky/jg/gijyutu/slo5pa000000vlyj-att/slo5pa000000vv0b.pdf (散布量の例・湿式散布)
- 四国技報27号「凍結防止剤に関する検討について」 https://www.skr.mlit.go.jp/yongi/menu/summary/26-2gihou/img/11.pdf (国の維持管理基準の散布量・四国の現地調査)
- 嶋原謙二「凍結防止剤散布作業の効率化について」(長野国道事務所) https://www.mlit.go.jp/chosahokoku/r1giken/program/kadai/pdf/jusyo/H25/innova2_07.pdf (塩分濃度の測定と散布量の低減)
- 北陸技術事務所「効果的な凍結防止剤散布とそれに伴う塩分濃度について」 https://www.hrr.mlit.go.jp/yukimirai-joetsu/file/paper/others/Ⅱ-24.pdf (散布要領・引きずり効果)
なおした ところ
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