平成27年度

新たな防滑材散布技術に対応した凍結防止剤散布車について
国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所 寒地機械技術チーム
国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所 寒地機械技術チーム
国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所 寒 地 交 通チーム

○幸田 勝
住田則行
佐藤賢治

防滑材の路面への定着性向上を目的とした新たな散布技術として、防滑材と加熱水の混合散布手法について検討しており、この手法に対応する凍結防止剤散布車の試作、試作機による作動確認及び散布効果の検証を行った。
その結果、試作機は散布開始から数秒で所定の加熱水温度で散布ができること、従来散布に比べ防滑材の定着性向上により、すべり抵抗値の改善と、その効果の持続性向上が期待できることが分かった。
キーワード：冬期道路管理、防滑材、散布手法、凍結防止剤散布車

１．はじめに

表－１ ノルウェーにおける加熱水混合散布の主要仕様
防滑材の粒度
加熱水の温度
加熱水の混合割合
散布量

積雪寒冷地の厳寒期には、冬期道路の凍結路面対策として、防滑材（砕石等）が散布されている1、2 ）。防滑材の散布手法としては、防滑材のみを散布する「乾式散布」、防滑材と凍結防止剤水溶液を混合して散布する「湿式散布」がある。湿式散布は乾式散布に比べ、防滑材の路面への定着性が高く散布効果が持続する。しかしながら、湿式散布でも車両の走行などにより、防滑材が走行路外へ飛散し、時間経過と共にその効果が低下する場合がある3 ）。
そこで、寒地土木研究所では防滑材の路面への定着性向上を目的とした新たな散布技術として、防滑材と加熱水の混合散布（以下、「加熱水混合散布」という）手法について検討しており、この手法に対応する凍結防止剤散布車の試作と試作機による実道での試験施工を行ったので報告する。

Masaru Koda、 Noriyuki Sumita、 Kenji Sato

200g/m2

写真－1 ノルウェーにおける加熱水混合散布に対応した機械の一例

２．既往研究

焼砂の加熱水混合散布
焼砂の乾式散布
すべり抵抗値

２．１ 海外事例
防滑材の加熱水混合散布は、1997年からノルウェー公共道路庁が実施した「Winter Friction Project in Norway」によって、試験が行われた4）（表－１、写真－１）。この手法は、焼砂を乾式散布する従来の手法に比べ、すべり抵抗値の改善効果が高く、その散布効果の持続時間は10～20倍となり、防滑材の使用量が40～50％削減できる可能性があると報告されている。図－１に散布効果の概念
図を示す。

0～4mm
90～95℃
重量比30%

時間

図－１ 散布効果の概念図

２．２ 国内における既往研究
我が国における加熱水混合散布の適応性を確認するため、佐藤ら5 ）は、低温実験室において、凍結路面の防滑材として北海道で一般的に使用されている焼砂及び7号砕石（写真－2）を用い、加熱水混合散布による氷板供試体上の防滑材の固着率（全散布重量に対する供試体に固着した重量の割合）に関する基礎試験を行った。
防滑材を使用する基準が-8℃程度以下１）とされていること、実験室の設定可能な最低温度が-20℃であることから、試験は-8℃と-20℃の2条件で行われた。
その結果、両温度下において、加熱水温度が20℃以上、加熱水の混合割合（散布重量に対する加熱水の重量割合）が7号砕石で20％、焼砂で40％であれば、固着率は90％以上となった。さらに、切石ら6、7 ）は、佐藤らの試験結果を基に、2011年～2013年にかけて苫小牧寒地試験道路において、氷膜路面を作製し、防滑材として7号砕石を用いた加熱水混合散布試験を行った。

散布直後、車両50台～300台走行後まで50台毎に、写真－4に示す連続路面すべり抵抗値測定装置8 ）を用いてすべり抵抗値を計測した。写真－5に散布施工直後の路面の一例を示す。

写真－3 凍結防止剤散布車による散布状況

写真－2 焼砂（左）及び7号砕石（右）試験は、すべり抵抗値と散布効果の持続性を比較検証するため、図－2に示す無散布（散布なし）、乾式散布（7号砕石のみ）、湿式散布（7号砕石＋CaCl2水溶液）、加熱水混合散布（7号砕石＋加熱水）の4種類の散布手法で行い、散布量は150g/m2とした。また、加熱水混合散布は、加熱水温度20℃、40℃、60℃及び加熱水混合割合20％、30％の条件で行った。

写真－4 連続路面すべり抵抗値測定装置

図－2 防滑材散布の概念図
写真－5 加熱水混合散布施工の一例（氷膜路面）
写真－3に示す凍結防止剤散布車により前述の条件で散布施工後、一般交通を模擬し車両を走行させ、散布前、
Masaru Koda、 Noriyuki Sumita、 Kenji Sato

連続路面すべり抵抗値測定装置（Continuous FrictionTester:CFT）とは、車両後部に取り付けた測定輪に、図－3に示すように車両進行方向に対して1～2°程度の角度を与え、測定輪が回転する際に発生する横力から、すべり抵抗値を測定する装置である。すべり抵抗値は、装置の開発者が独自に設定したHFN値（Halliday FrictionNumber、0～100の範囲）で表され、すべり難いほど高い値を示す。HFN値と路面状態の関係を図－4に示す。

られなかった。加熱水温度40℃でのすべり抵抗値を図－5に示す。50台走行後からすべり抵抗値が徐々に低下しているが、従来の散布手法（乾式散布、湿式散布）に比べて、高いすべり抵抗値を維持することを確認した。加
熱水温度60℃の場合も同様の傾向であり、加熱水温度40℃でのすべり抵抗値と明確な差は確認されなかった。
また、加熱水の混合割合は、20％より30％の方が全計測ともすべり抵抗値が高く、加熱水混合割合が散布効果に影響することが確認された。

３.加熱水混合散布に対応した凍結防止剤散布車の試作

図－3 測定輪の概念図
HFN(Halliday Friction Number)→装置の開発者が設定した値

乾燥した舗装路面（路面温度 -17.8℃）

140

すべり抵抗値（HFN）

100
90
80

HFN ＝ 100

出典：Halliday Technologies Inc.

乾燥路面（標準舗装）（路温 －17.8℃）

120

我が国において市販されている凍結防止剤散布車には、水を加熱する機構は装備されていない。このため、加熱水を作製する機構（以下、加熱水混合散布システム）を既存の凍結防止剤散布車を改造して搭載する方法で、加熱水混合散布に対応した凍結防止剤散布車を試作した（以下、試作機）。試作機には、国土交通省北海道開発局で使用されている凍結防止剤散布車（4.0m3級）を用いた（写真－6）。

すべり難い

乾燥路面（標準舗装）（路温 0℃）

ホッパー

加熱ユニット

HFN

露出路面（乾燥・湿潤）6040

雪氷路面（圧雪・凍結）45

すべり易い20

断続的な路面
（新雪・シャーベット）

測定輪が空転（横力無負荷状態）

0720

630

540

450

360

270

180

900

HFN ＝ 0測定輪に掛かる横力（Ｆ）[N]

図－4 すべり抵抗値（HFN）と路面状態の関係
散布円盤
散布条件
無散布
7 号砕石
7 号砕石＋加熱水(30％)
7 号砕石＋CaCl2 水溶液1.5H

75ﾊﾟｰｾﾝ
ﾀｲﾙ

H

中央値

1.5H

25ﾊﾟｰｾﾝﾀｲﾙ

水溶液タンク

写真－6 加熱水混合散布に対応した試作機

外れ値

すべり抵抗値(ＨＦＮ）

極値（2013/01/30：散布量150g/m2、加熱水温度40℃、混合割合30%）

図－5 氷膜路面におけるすべり抵抗値の一例

図－6 加熱水混合散布システム系統図

すべり抵抗値を計測した結果、加熱水混合散布は、加熱水温度20℃では、走行車両のタイヤ摩擦や走行風などの影響により防滑材が飛散し、当該手法による効果は得

試作機は､図－6に示すとおり､加熱機器2台と熱交換器1台を介して､水溶液タンクB内の水を循環させてタンク内の水を加熱する予熱方式とし､制御部を含めてユニッMasaru Koda、 Noriyuki Sumita、 Kenji Sato

ト化した（以下、加熱ユニット）。予熱回路は、加熱機
器と熱交換器間は不凍液を、水溶液タンクと熱交換器間は水を循環させ、熱交換器で熱が奪われた不凍液は加熱機器へ、熱交換器で加熱された水は水溶液タンクへ循環する。
加熱ユニットは、運転室と散布装置の間のスペースに搭載した（図－7）。また、外気に露出し凍結しやすい水溶液ポンプ、ストレーナを含む水経路の凍結対策として、保温ヒータを取り付けた（写真－7）。なお、これらの電力は、既存の車両発電量では賄えないため、車両のオルタネータを大容量タイプに変更した。
また、運転室において、各経・回路の温度を確認しながら、加熱ユニットを操作することで、走行中も安定的な加熱水の作製ができるようにした。
加熱水混合散布作業終了後の凍結対策は、水溶液タンクから散布円盤までの散布経路及び水溶液タンクから熱交換器間の予熱回路の水抜き後、それらの経・回路に塩化水溶液又は不凍液を循環させることで完了できる。

４．実道での試験施工
2014年2月5日、北海道樺戸郡新十津川町の一般国道451号で加熱水混合散布と湿式散布の試験施工を行い、試作機の作動確認及び散布効果の検証を行った。施工時の天候は晴れ、気温は-20℃～0℃、路面は、ほぼ圧雪状
態、交通量は10台/h程度であった。試作機により加熱水混合散布を行った路面は、加熱水が防滑材を覆うように凍結し固着した状態であった（写真－8、9）。

写真－8 試作機による加熱水混合散布状況

図－7 試作機の外観図

写真－9 加熱水混合散布施工路面の一例

散布前

散布後

すべり抵抗値(ＨＦＮ）

保温ヒータ

写真－7 保温ヒータ設置状況

1.5H

75ﾊﾟｰｾﾝ
ﾀｲﾙ

H

中央値

1.5H

25ﾊﾟｰｾﾝ
ﾀｲﾙ
外れ値
極値

時間

(2014/02/05：散布量150g/m2､加熱水温度40℃､混合割合30%)

図－8 すべり抵抗値の測定結果の一例
Masaru Koda、 Noriyuki Sumita、 Kenji Sato

加熱水温度（水溶液タンクＢ中央）

加熱ユニットＯＮ

加熱水温度（散布円盤）

加熱ユニットＯＦＦ

不凍液温度（熱交換器入口）

加熱水混合散布

加熱ユニット
ＯＮ

湿式散布
切替作業

908070温度［℃］605040

凍結防止剤
水溶液温度302010

3:05:00

3:00:00

2:55:00

2:50:00

2:45:00

2:40:00

2:35:00

2:30:00

2:25:00

2:20:00

2:15:00

2:10:00

2:05:00

2:00:00

1:55:00

1:50:00

1:45:00

1:40:00

1:35:00

1:30:00

1:25:00

1:20:00

1:15:00

1:10:00

1:05:00

1:00:00

0:55:00

0:50:00

0:45:00

0:40:00

0:35:00

0:30:00

0:25:00

0:20:00

0:15:00

0:10:00

0:05:00-10

0:00:000

時間経過［ｈ：ｍｍ：ｓｓ］

図－9 試作機における加熱水温度の一例
連続路面すべり抵抗値測定装置で測定した、すべり抵抗値の測定結果の一例を図－8に示す。この区間では、
加熱水混合散布を午前4:45頃、湿式散布を午前5:30頃実施した。すべり抵抗値は、散布前（午前3時台）、散布後（午前6時台、8時台、10時台）の計4回測定した。その結果、加熱水混合散布は湿式散布に比べ、散布直後のすべり抵抗値の改善及び、その改善効果の持続性に向上が見られた。
試作機の加熱水混合散布システムの作動については、既存の散布経路及び加熱ユニットの構成機器に問題は発生しなかった。試験施工中の各経・回路主要部の温度を測定した結果、水溶液タンクB内の加熱水温度は、加熱開始から45分程で40℃に上昇、必要温度に達した。さらに加熱ユニットを操作して加熱を行うことで70℃程度まで水温が上昇した。また、散布直前の散布円盤での加熱水温度は、散布開始から数秒で水溶液タンク内の温度（60～70℃）に上昇していた（図－9）。

５．まとめ
加熱水混合散布手法は、防滑材の定着性向上により、すべり抵抗値の改善と、その効果の持続性の向上及び防滑材使用量の削減が期待できる。
試作機における加熱水混合散布システムは、車両走行中も運転室から各経・回路の温度を確認しながら加熱ユニットの運転操作ができるため、安定的な加熱水の作製が可能である。さらに、加熱ユニットは、搭載スペースに合わせ、構成する内部機器等のレイアウトを最適化す
Masaru Koda、 Noriyuki Sumita、 Kenji Sato

ることで、凍結防止剤散布車の規格に限定されず搭載が可能である。
実道における加熱水混合散布の試験施工では、湿式散布に比べ概ね高いすべり抵抗値であったが、同程度の値を示す場合もあり､さらなる試験データの蓄積､検証が必要である。
今後も引き続き、試験道路や実道での加熱水混合散布システムの作動確認及び散布効果の検証を行い、加熱水混合散布に対応した凍結防止剤散布車の提案に向けて取り組む予定である。

謝辞
最後に、実道での試験施工等にご協力頂いた国土交通省北海道開発局の担当者に謝意を表します。
参考文献
1）北海道開発局：冬期路面管理マニュアル(案)、1997
2）(社)日本建設機械化協会：2005 除雪・防雪ハンドブック（除雪編）、pp.213～214、2004
3）宮本修司、森田英俊、倉内圭、阿部英樹、舟橋誠、高橋尚人、浅野基樹：防滑材の再利用に関する研究、
寒地土木研究所月報、No.615、pp.44～49、2004
4）Torgeir Vaa：Implementation of New Sanding Method inNorway、Sixth International Symposium on Snow Removaland Ice Control Technology、TRB Electronic Circular 63、
pp.473～486、2004
5）佐藤圭洋、秋元清寿、宮本修司、徳永ロベルト：防滑材の飛散対策に関する基礎的研究、寒地土木研究

所月報、No.675、pp.35～41、2009
6）切石亮、大日向昭彦、徳永ロベルト、高橋尚人、中村隆一：冬期路面管理における防滑材の定着性向上に関する研究、北海道の雪氷、No.30、pp.51～54、2011
7）切石亮、川端優一、徳永ロベルト、高橋尚人、中村隆一：効果的・効率的な防滑材の加熱水混合散布手法に関する研究、北海道の雪氷、No.32、pp.88～91、2013
8）舟橋誠、徳永ロベルト、浅野基樹：連続路面すべり抵抗値測定装置（RT3）の導入について、寒地土木研究所月報、No.651、pp.40～47、2007

Masaru Koda、 Noriyuki Sumita、 Kenji Sato