JP5920753B1 - 液状凍結防止剤 - Google Patents
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Abstract
Description
寒冷地のコンクリート構造物では、コンクリート中の水分の凍結及び融解の繰り返しによりコンクリートの劣化が引き起こされる(凍害)。凍害の中でも、コンクリートの表面がフレーク状に剥離し、表面が劣化することは、スケーリングと呼ばれている。特に凍結防止剤の散布地域では、凍結防止剤に含まれている塩(塩化物)によりコンクリート毛細管中の浸透圧が大きくなり、コンクリート構造物の劣化がより促進される。
また、凍結防止剤に塩化物が含まれている場合、劣化しているコンクリートの内部への塩化物イオンの浸透速度が速くなり、鉄筋の腐食が促進され、コンクリートの耐久性の著しい低下が引き起こされる(塩害)。
そのため、凍結防止剤には、路面の凍結を防止でき、かつ凍害や塩害を引き起こさないものを使用することが望ましい。
液状の凍結防止剤を散布することで、通行車両の引きずり効果を利用し、凍結防止剤を散布した範囲より広い範囲の凍結した路面の凍結を防止することができる。したがって、液状凍結防止剤供給装置を使用すれば、効率的に凍結した路面の管理が可能となる。液状凍結防止剤の成分としては、無機塩化物を含有しないことによる利点を活かし、腐食性が極めて低い酢酸系液状凍結防止剤が使用されている。
さらに、特許文献4では、液状凍結防止剤供給装置に使用する液状凍結防止剤として、酢酸カリウム水溶液又は酢酸カリウム水溶液に多価アルコールを添加したものが提案されている。
また、特許文献2に記載の凍結防止剤は、酢酸塩の濃度が低いと、凍結した路面ですべり摩擦係数を充分に上昇させることができない。なお、すべり摩擦係数を上昇させる効果を改質効果とよぶ。
また、この凍結防止剤を液状凍結防止剤供給装置の薬剤として使用した場合、乾燥した環境条件下では、凍結防止剤成分の結晶が析出してしまい、噴射ノズルが詰まるといった問題がある。
本発明に係る液状凍結防止剤は、酢酸カリウムを基剤とする水溶液にグリセリン又は/及びプロピレングリコールが配合され、有効成分を酢酸カリウムとグリセリン又は/及びプロピレングリコールとする、液状凍結防止剤であって、液状凍結防止剤中における有効成分の含有率が40質量%〜50質量%であり、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率が21質量%以上であり、下記式により決定される最大含有率(Z)が70質量%以下であり、液状凍結防止剤供給装置を使用して路面に散布することを特徴とする。
(式)Z=4X−20Y−110
X:液状凍結防止剤に対する有効成分の含有率(質量%)
Y:グリセリン混合比
グリセリン含有率(質量%)/
(グリセリン含有率(質量%)+プロピレングリコール含有率(質量%))
Z:有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの最大含有率(質量%)
本発明に係る液状凍結防止剤は、酢酸カリウムを基剤とする水溶液にグリセリン又は/及びプロピレングリコールが配合され、有効成分を酢酸カリウムとグリセリン又は/及びプロピレングリコールとする、液状凍結防止剤であって、液状凍結防止剤中における有効成分の含有率が40質量%〜45質量%であり、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率が21質量%〜30質量%であり、液状凍結防止剤供給装置を使用して路面に散布する、ことを特徴とする。
(式)Z=4X−20Y−110
X:液状凍結防止剤に対する有効成分の含有率(質量%)
Y:グリセリン混合比
グリセリン含有率(質量%)/
(グリセリン含有率(質量%)+プロピレングリコール含有率(質量%))
Z:有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの最大含有率(質量%)
本実施形態では、酢酸カリウムを基剤とする水溶液にグリセリン又は/及びプロピレングリコールが配合され、有効成分を酢酸カリウムとグリセリン又は/及びプロピレングリコールとする液状凍結防止剤を使用する。
この液状凍結防止剤中における有効成分の含有率は40質量%〜50質量%であり、有効成分中におけるグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率は12質量%〜70質量%である。
本実施形態に係る液状凍結防止剤は、凍結防止剤の主成分として酢酸カリウムを使用し、これを水に溶解させた水溶液の状態で多価アルコールであるグリセリン又は/及びプロピレングリコールを分散溶解させることで作製する。
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)39.6部を水55部に溶解させ、酢酸カリウム水溶液を作製した。この水溶液にグリセリン(関東化学製、鹿1級)2.7部及びプロピレングリコール(関東化学製、鹿1級)2.7部を添加し、均一になるまで溶解させ、参考例の液状凍結防止剤組成物を作製した。
作製した液状凍結防止剤について、凍結融解試験、融氷率測定及びすべり摩擦測定を行った。なお、実施例2〜5及び比較例1〜4で作製した液状凍結防止剤についても各測定を同様に行った。
(a)モルタル製試験用小片供試体の作製
セメント(普通ポルトランドセメント、密度:3.16g/cm3)と表乾状態の細骨材(当麻産陸砂(2.5mmPass)、粗粒率:2.88、表乾密度:2.58g/cm3、吸水率:3.01%、絶乾密度:2.51g/cm3)と水を、水セメント比:0.5、砂セメント比:3となるように混合し、40×40×160mmのJISモルタル供試体成形用型に打設した。打設から24時間で脱型し、28日間水中養生を行った後、打設面及び型枠面から1.5cmを除いて、1辺8mmの立方体に切り出し、これを小片供試体とした。
(b)試験
小片供試体5個を1組とし、容量100mlのポリ容器に入れ、40gの試験溶液(凍結防止剤を有効成分3%に希釈した溶液)に浸漬させた。20℃で24時間静置した後、小片供試体の初期質量を測定した。20℃で1時間静置し、−10℃/hの冷却速度で4時間冷却し、−20℃で3時間、10℃/hの昇温速度で4時間加温した。凍結融解処理は、合計12時間を1サイクルとし、6サイクル行った。次に、小片供試体が入ったポリ容器ごと、3分間超音波処理を行った。超音波処理により崩れずに残った小片供試体の質量と初期質量から、質量減少率を算出した。塩化ナトリウム3%水溶液中における小片供試体の質量減少率を100とした場合の質量減少率を算出し、溶質がスケーリングへ与える影響を評価した。試験溶液1種類あたり上記試料を5組使用し、質量減少率はその平均値とした。
液状凍結防止剤が氷を溶かす能力を、融氷率によって評価した。脱気した蒸留水100gを入れたガラスシャーレを−5℃の恒温槽に静置し、氷を作製した。これに5gの液状凍結防止剤を散布し、−5℃の恒温槽内で6時間静置した後、溶けた液量を測定した。融氷率は、以下の式から算出した。
融氷率=溶けた液量/液状凍結防止剤の散布量
外気温−5℃、交通量が1日1000〜2000台の道路上に、液状凍結防止剤供給装置を使用して液状凍結防止剤を散布した。液状凍結防止剤の散布を開始してから2時間後、速度30km/hで乗用車を走行させ、散布地点から150m離れた地点で車両に急制動を掛け、車輪がロックして路面をすべるときの負の加速度(以下、減速度)を測定した。すべり摩擦係数は、以下の式から算出した。
すべり摩擦係数=減速度/重力加速度(9.8m/s2)
すべり摩擦係数とは、すべり易さを表す指標として広く用いられている係数であり、この係数が「0」に近づくほどすべり易くなり、「1」に近づくほどすべり難くなることを示している。道路構造令に用いられている湿潤状態のすべり摩擦係数は、走行速度40〜60km/hにおいて、0.33〜0.38、雪氷路面では一律0.15とされている。例えば、北海道における雪氷路面のすべり摩擦係数は、0.10〜0.30程度の範囲と言われている。
これらの式より、プロピレングリコールとグリセリンの混合系における多価アルコールの最大含有率(Z)の計算式を算出したところ、下記式となった。
(式)Z=4X−20Y−110
X:液状凍結防止剤に対する有効成分の含有率(質量%)
Y:グリセリン混合比
グリセリン含有率(質量%)/
(グリセリン含有率(質量%)+プロピレングリコール含有率(質量%))
Z:有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの最大含有率(質量%)
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)31.6部を水60部に溶解させ、酢酸カリウム水溶液を作製した。この水溶液にプロピレングリコール(関東化学製、鹿1級)8.4部を添加し、均一になるまで溶解させ、実施例2の液状凍結防止剤組成物をとした。
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)27部を水55部に溶解させ、酢酸カリウム水溶液を作製した。この水溶液にグリセリン(関東化学製、鹿1級)18部を添加し、均一になるまで溶解させ、実施例3の液状凍結防止剤組成物とした。
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)18部を水55部に溶解させ酢酸カリウム水溶液を作製する。この水溶液にグリセリン(関東化学製、鹿1級)13.5部及びプロピレングリコール(関東化学製、鹿1級)13.5部を添加し、均一になるまで溶解させ、実施例4の液状凍結防止剤組成物とした。
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)15部を水50部に溶解させ酢酸カリウム水溶液を作製する。この水溶液にプロピレングリコール(関東化学製、鹿1級)35部を添加し、均一になるまで溶解させ、実施例5の液状凍結防止剤組成物とした。
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)23.75部を水75部に溶解させ酢酸カリウム水溶液を作製する。これにプロピレングリコール(関東化学製、鹿1級)1.25部を添加し、均一になるまで溶解させ、比較例1の液状凍結防止剤組成物とした。
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)38部を水60部に溶解させ酢酸カリウム水溶液を作製した。この水溶液にグリセリン(関東化学製、鹿1級)2部を添加し、均一になるまで溶解させ、比較例2の液状凍結防止剤組成物とした。
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)25.2部を水65部に溶解させ酢酸カリウム水溶液を作製する。この水溶液にプロピレングリコール(関東化学製、鹿1級)9.8部を添加し、均一になるまで溶解させ、比較例3の液状凍結防止剤組成物とした。
酢酸カリウム(関東化学製、鹿1級)10部を水60部に溶解させ酢酸カリウム水溶液を作製する。これにグリセリン(関東化学製、鹿1級)30部を添加し、均一になるまで溶解させ、比較例4の液状凍結防止剤組成物とした。
多価アルコールの含有率が12%以上になるにつれ、質量減少率はなだらかに減少し、多価アルコールの含有率が21質量%〜30質量%では、質量減少率が約40〜35%となることが解る。
参考例及び実施例2〜5に示す液状凍結防止剤組成物は、塩化ナトリウム水溶液と比較した質量減少率は50%未満であり、比較例1〜2に示す液状凍結防止剤組成物と比較して、スケーリングの抑制効果が大きく向上していることが解る。
したがって、本実施形態に係る液状凍結防止剤は、比較例1,3及び4と比較し、凍結した路面の改質効果が高い。
スケーリングは、構造物の美観が損なわれるだけでなく、凍害が進行した場合に鉄筋のかぶりが減少し、鉄筋の付着強度の低下や変形が起こるおそれがある。このことは有効なコンクリート断面が大きく減少し、コンクリートの耐荷力を低下させることを示唆している。凍結防止剤として塩化ナトリウムを散布している地域では、かぶりの減少とコンクリート組織の緩みのために、塩化物イオンの浸透速度が速くなり、鉄筋の腐食も促進され、コンクリートの耐久性が著しく低下(損傷)する。これら一連の事象は、コンクリート構造物の安全性に大きな影響を及ぼす劣化の要因となっている。
特に昭和30年代後半から40年代前半(高度経済成長期)に建設された橋梁は、床版への防水工は考慮されていないため、融雪水が床版上面へ浸透して滞水しやすく、これにより凍結融解作用による床版上面のスケーリングや砂利化などの劣化現象を受けやすい。RC床版の上面が劣化すると、曲げや剪断の有効面積が小さくなり、疲労耐久性が大きく低下することが考えられる。
現在、高度経済成長期に建設された橋梁は全体の3割以上を占め、今後、高齢化する道路資源が急増するため、計画的に道路管理を行い、長寿命化を進めていくことが求められている。
また、例えば、コンクリート構造物である橋梁の損傷(スケーリング等)を放置した場合、橋梁の安全性が確保できず、交通規制等が必要になる、あるいは、安全な通行が困難になるなど、深刻な事態が発生する可能性があるため、適宜、補修する必要がある。したがって、橋梁の予防保全及び補修費用の削減の観点からもスケーリングの抑制効果の高い液状凍結防止剤は有効である。
本実施形態に係る液状凍結防止剤は、コンクリート構造物の特性に関わらず、その構造物の劣化を抑制することができるため、道路を整備するための費用を削減することができる。
したがって、本実施形態に係る液状凍結防止剤を凍結した路面に散布することで、路面の管理が容易になり、コンクリートのスケーリングの抑制効果に優れるため、コンクリート構造物が劣化することを防止できる。
また、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率が12質量%より大きい場合、質量減少率が50%より大きくなり、スケーリングの抑制効果が大きくなる。一方、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率が70質量%以上となると、路面の改質効果が小さくなる。
そのため、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率を上記の範囲とすることで、路面の改質効果を得ることができることに加え、質量減少率を50%以下に低下させ、スケーリングの抑制効果を発現させることができる。
したがって、この液状凍結防止剤を凍結した路面に散布することにより、路面が滑りにくくなり、かつ道路を構成するコンクリート構造物が劣化することを抑制することができる。
(式)Z=4X−20Y−110
X:液状凍結防止剤に対する有効成分の含有率(質量%)
Y:グリセリン混合比
グリセリン含有率(質量%)/
(グリセリン含有率(質量%)+プロピレングリコール含有率(質量%))
Z:有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの最大含有率(質量%)
また、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率が21質量%より大きい場合、質量減少率が40%以下となり、スケーリングの抑制効果が顕著に大きくなる。一方、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率が70質量%以上となると、路面の改質効果が小さくなる。
さらに、上述した式により、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの最大含有率を決定することで、液状凍結防止剤を散布した路面のすべり摩擦係数を0.38以上とすることができ、路面の改質効果を大きくすることができる。
そのため、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率を上記の範囲とすることで、路面の改質効果を得ることができることに加え、質量減少率を40%以下に低下させ、スケーリングの抑制効果を発現させることができる。
したがって、この液状凍結防止剤を凍結した路面に散布することにより、路面が滑りにくく、かつ道路を構成するコンクリート構造物が劣化することを抑制することができる。
また、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率が21質量%以上であると、質量減少率が40質量%以下となり、スケーリングの抑制効果が顕著に大きくなる。さらに、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率が30質量%以下であると、高い路面の改質効果を得ることができる。
そのため、有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの含有率を上記の範囲とすることで、路面の改質効果を得ることができることに加え、質量減少率を40%〜35%に低下させ、スケーリングの抑制効果を発現させることができる。
したがって、この液状凍結防止剤を凍結した路面に散布することにより、路面が滑りにくくなり、かつ道路を構成するコンクリート構造物が劣化することを抑制することができる。
また、本実施形態の液状凍結防止剤中の成分の結晶が析出することはないため、液状凍結防止剤供給装置を使用した場合、結晶の析出により噴射ノズルが詰まることを防止できる。そのため、液状凍結防止剤供給装置の保守点検を容易に行うことができる。
例えば、液状凍結防止剤を貯留する貯留部と、この貯留部から液状凍結防止剤が供給される貯留補助部と、この貯留補助部内に貯留する液状凍結防止剤を一定量に調整する貯留調整手段と、貯留補助部よりも低い位置に設置され、貯留補助部から液状凍結防止剤が供給されるとともに、開放した上面を露出させて埋設させた滲み出し部からなる液状凍結防止剤供給装置を使用することができる。この液状凍結防止剤供給装置は、貯留補助部と滲み出し部との高低差を相対的に調整できる高さ調整手段を設けられている。
さらに、外部状況を検出するセンサー部と、貯留タンク部と、噴射ノズル部を介して液状凍結防止剤を路面へ供給する路面供給部と、センサー部の検出結果に応じて循環タンクから路面供給部へ供給する液状凍結防止剤の圧力及び路面供給部の噴射電動弁の開放時間及び開放間隔を制御する液供給制御部とを備える液状凍結防止剤装置を使用することができる。この路面供給部は、封入ガスを有する蓄圧式貯留タンクと噴射圧力調整器と噴射電動弁を有し、この蓄圧式貯留タンク内に加圧状態で貯留された液状凍結防止剤を噴射電動弁及び噴射ノズル部を介して、路面に噴射供給する。
例えば、酢酸溶液及び水酸化カリウム水溶液から合成した酢酸カリウム水溶液中に多価アルコールを分散溶解して製造することもできる。
本実施形態に係る液状凍結防止剤は塩素成分を全く含まれていないが、防錆効果を高めるために市販の防錆剤を適宜加えることができる。
また、液状凍結防止剤供給装置は、本実施形態に係る液状凍結防止剤を凍結路面に散布できればよく、本実施形態に示した液状凍結防止剤供給装置に限定されない。
Claims (2)
- 酢酸カリウムを基剤とする水溶液にグリセリン又は/及びプロピレングリコールが配合され、有効成分を前記酢酸カリウムと前記グリセリン又は/及び前記プロピレングリコールとする、液状凍結防止剤であって、
前記液状凍結防止剤中における前記有効成分の含有率が40質量%〜50質量%であり、
前記有効成分中の前記グリセリン又は/及び前記プロピレングリコールの含有率が21質量%以上であり、下記式により決定される最大含有率(Z)が70質量%以下であり、
液状凍結防止剤供給装置を使用して路面に散布する、
ことを特徴とする液状凍結防止剤。
(式)Z=4X−20Y−110
X:液状凍結防止剤に対する有効成分の含有率(質量%)
Y:グリセリン混合比
グリセリン含有率(質量%)/
(グリセリン含有率(質量%)+プロピレングリコール含有率(質量%))
Z:有効成分中のグリセリン又は/及びプロピレングリコールの最大含有率(質量%) - 酢酸カリウムを基剤とする水溶液にグリセリン又は/及びプロピレングリコールが配合され、有効成分を前記酢酸カリウムと前記グリセリン又は/及び前記プロピレングリコールとする、液状凍結防止剤であって、
前記液状凍結防止剤中における前記有効成分の含有率が40質量%〜45質量%であり、
前記有効成分中の前記グリセリン又は/及び前記プロピレングリコールの含有率が21質量%〜30質量%であり、
液状凍結防止剤供給装置を使用して路面に散布する、
ことを特徴とする液状凍結防止剤。
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