35．冬期路面対策における防滑材の定着性向上を目的とした加熱水混合散布手法(独)土木研究所寒地土木研究所(独)土木研究所寒地土木研究所(独)土木研究所寒地土木研究所

１．はじめに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，すべり止め効果を期待して砂や砕石等の防滑材が散布されているが，通行車両の走行などによって，時間経過とともに走行路外へ飛散しその効果が低下する場合がある。
そこで，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，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。

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

図-1２．既往研究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 Projectin Norway」の研究成果として開発された 1)。
加熱水混合散布に対応した機械を写真-1，ノルウェーにおける加熱水混合散布の主要仕様を表-1に示す。この手法は，従来の焼砂を乾式散布する手法に比べ，すべり抵抗値の改善効果が高く，その散布効果は 10～20 倍持続し，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た。
散布効果の概念図を図-1 に示す。
また，カナダのオンタリオ州においても加熱水混合散布の試験が行われ，少なくとも１日は散布効果が持続することが確認された 2)。写真-2 に加熱水混合散布に対応した機械を示す。

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○中村 隆一住田 則行
切石 亮

写真-20～4mm
90～95℃
重量比30%200g/m2

散布効果の概念図

カナダにおける加熱水混合散布に対応した機械の一例

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，佐藤らは，低温実験室において氷板供試体に対する加熱水混合散布について防滑材（焼砂・7 号砕石）の定着率に関する基礎試験を行った 3)。
その結果，室温-8℃と-20℃において，加熱水の混合割合が 7 号砕石で 20%，焼砂で 40%であれば，加熱水温度 20℃以上で定着率は 90%以上となった。
このことから，加熱水混合散布の防滑材は 7 号砕石が効率的であることを確認したが、走行車両の影響等を考慮する必要があると課題を示した。
さらに，切石らは，佐藤らの試験結果を基に，2011～2013 年の 3 ヶ年にかけて苫小牧寒地試験道路に氷膜路面を作製して，国土交通省北海道開発局で防滑材として主に使用されている写真-3 の 7号砕石を用いた加熱水混合散布試験を行った 4)，5)。

- 149 -試験は，すべり抵抗値と散布効果の持続性を他の散布手法と比較検証するため，図-2 に示すような無散布（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 種類の散布手法に加え，加熱水混合散布は，加熱水温度が 20℃・40℃・60℃及び混合割合が 20%・30%の条件を設定して行った。写真-4 のように凍結防止剤散布車により上述の条件で散布施工後，一般交通を模擬した車両を走行させ，散布前・散布直後・車両 50 台走行後～300 台走行後まで 50 台走行毎に，写真-5 の連続路面すべり抵抗値測定装置 6)を用いてすべり抵抗値を計測した。写真-6 に散布施工直後の路面の一例を示す。

写真-5

連続路面すべり抵抗値測定装置

20mm
写真-37 号砕石

写真-6

氷膜路面における加熱水混合散布施工路面の一例

防滑材

乾式散布
氷膜

散布対策

塩化水溶液 湿らせて付着

湿式散布

無散布

加熱水舗装

凍結して固着飛散を抑えて、効果の持続・散布量の削減を期待

加熱水混合散布

図-2

防滑材散布の概念図

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℃）

すべり抵抗値（HFN）

140

乾燥路面（標準舗装）（路温 －17.8℃）

120

すべり難い

乾燥路面（標準舗装）（路温 0℃）

100

90
80

HFN60

緑45

雪氷路面
（圧雪・凍結）40

断続的な路面
（新雪・シャーベット）

20

写真-4

HFN ＝ 100

出典：Halliday Technologies Inc.

すべり易い

黄赤

測定輪が空転0

凍結防止剤散布車による散布状況

720

630

540

450

360

270

180

900

HFN ＝ 0

（横力無負荷状態）

測定輪に掛かる横力（Ｆ）[N]

連続路面すべり抵抗値測定装置とは，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は，図-4に示すように 0～44 は雪氷路面，45～59 は断続的な雪氷路面，60～100 は乾燥舗装路面に概ね対応する。

図-4

すべり抵抗値と横力すべり抵抗値を計測した結果，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，散布効果が低下したことから当該手法による効果は得られなかった。加熱
水温度 40℃以上では，防滑材の定着性が高い状態で維持できることを確認したが，加熱水温度が40℃と 60℃では各計測毎の HFN の平均値は-1.2～4.9 であり，明確な差は確認できなかった。また，
加熱水の混合割合は，20%より 30%の方が各計測- 150 -

毎の HFN の平均値が 5.2～9.6 高いすべり抵抗値を維持し，効果の差が現れた。氷膜路面におけるすべり抵抗値の検証結果の一例を図-5 に示す。

加熱水混合散布後の水循環回路の凍結対策は，水溶液タンクから散布円盤までの散布回路及び熱交換器間の予熱循環回路の水抜き後，それらの回路に凍結を防止するための水溶液を循環させることで完了できる。

写真-7
図-5

試作した加熱水混合散布に対応した機械

氷膜路面におけるすべり抵抗値検証の一例（2013/01/17：加熱水混合散布，加熱水 40℃，混合割合 20%）

３．加熱水混合散布に対応する凍結防止剤散布車の試作
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溶液を加熱する機構は装備されていないため，加熱水を作製する機構を検討した。
新たな機械を開発することは，購入費が高額となり，導入に向けて支障となることから，市販の凍結防止剤散布車を改造する方法を採用した。改造の基本条件は，車検取得等の各種法令，法規を準拠した設計とし，加熱水温度は散布直前の散布円盤において 40℃以上とした。
試作機は，国土交通省北海道開発局で多く使用されている機種に製作した加熱機構を車載した。
試作機の外観を写真-7，水溶液散布の系統図を図-6に示す。
加熱機構は，直列系統の加熱機器 2 台に熱交換器 1 台を介して，水溶液タンク内の水を循環させて加熱する予熱方式とし，制御部を含めてシステム化した。水循環回路は，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，熱交換器で冷却された不凍液は再び加熱機器へ，熱交換器で加熱された水は水溶液タンクへ循環し，水溶液タンク内の水を加熱する。
また，不凍液の循環時の排熱を利用して，凍結しやすい水溶液ポンプ，ストレーナを含む水循環回路を凍結から保護するため，それらを覆う保温カバーを設けた。
なお，加熱機器の電源は，試作機の車両には電気容量の余裕がなかったため，可搬型の発電機から確保した。そのため，加熱水の作製は，車両走行前の条件となり，試験施工中の温度低下を見越した加熱水温度の設定が必要であった。

図-6

試作機の水溶液散布の系統図

４．実道での試験施工
平成 26 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，無散布路面のすべり抵抗値を比較し，散布効果を検証する試験施工を行った。天候は晴れ，路面はほぼ圧雪状態，交通量は 10 台/h 程度だった。写真-8のように試作機により加熱水混合散布した防滑材の路面上での状態は，写真-9 に示すように加熱水が防滑材を覆うように凍結し固着していた。すべり抵抗値は，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-7 に示す。
この区間では，加熱水混合散布を 4:45 頃，湿式散布を 5:30 頃実施した。散布効果は，散布前（3 時台），散布後（6 時台，8 時台，10 時台）の計 4 回検証した。その結果，加熱水混合散布は，現行の湿式散布と比較して，散布直後のすべり抵抗値及びその持続性に向上が見られた。
また，試験施工中における試作機の水循環回路の主要部の温度を測定した。その結果，外気温- 151 -

-20℃～0℃程度の条件では，図-8 に示すとおり， ５．まとめと今後の課題
実道の雪氷路面における加熱水混合散布の試験
散布円盤の加熱水温度は，いずれも散布開始から数秒で水溶液タンク内の温度に推移した。なお， 施工では，湿式散布に比べ同等以上のすべり抵抗
試作機は加熱機器を停止しないと走行できないが， 値を示したが，試験道路に作製した氷膜路面で得その場合，水溶液タンク内の温度が１時間当たり られたような明確なすべり抵抗値の向上は確認できなかった。しかし，実道でのすべり抵抗値は，110℃～20℃程度低下することを確認した。
日分しか取得できていないため，今後は実道の試験施工データを多く取得し，加熱水混合散布の効果を検証していきたい。
また，加熱水混合散布に対応する機械として，現行の凍結防止剤散布車の改造により試作機を製作し，試験施工を通して実用の目処が付いた。
加熱水混合散布による防滑材の定着性向上には，加熱水温度と混合割合が重要な要素であるが，その改造コストが高額になると，導入が難しくなるため，加熱機構の検討と厳寒地における適切な加熱水の温度や混合割合等の検討を並行して行い，
写真-8 試作機による散布状況最適な加熱水混合散布手法の確立を目指したい。
さらに，加熱水混合散布と湿式散布の工事費の比較，機械の改造費等の試算を行い，道路管理者へ新たな散布手法の提案をしていきたい。
最後に本試験にあたり，試験フィールドの提供等にご協力頂いた国土交通省北海道開発局の担当者に，ここに記して謝意を表します。
写真-9 雪氷路面における加熱水混合散布施工路面の一例
参考文献
1) Torgeir Vaa：Implementation of New Sanding Method in
Norway，Sixth International Symposium on Snow Removal
and Ice Control Technology，TRB Electronic Circular 63，

75 パーセンタイル

pp.473～486，2004

中央値25 パーセンタイル

2) Max Perchanok・Liping Fu・Feng Feng・Taimur Usman・

外れ値

Heather McClintock・Jim Young・Kevin Fleming：Sustainable

極値

Winter Sanding with Pre-wetting，2010 Annual Conferenceof the Transportation Association of Canada，20103) 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，
図-7

No.675，pp.35～41，2009

雪氷路面におけるすべり抵抗値検証の一例（2014/02/05：加熱水混合散布，加熱水 40℃，混合割合 20%）4) 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

加熱水温度（タンク内上部）

加熱水温度（タンク内中央）

加熱水温度（散布円盤）

5) 切石亮・川端優一・徳永ロベルト・高橋尚人・中村隆一
90

加熱水混合散布80

加熱水混合散布

加熱水混合散布加熱水混合散布

70：効果的・効率的な防滑材の加熱水混合散布手法に関す

湿式散布への切替作業

る研究，北海道の雪氷，No.32，pp.88～91，2013

温度［℃］606) 舟橋誠・徳永ロベルト・浅野基樹：連続路面すべり抵抗

5040値測定装置（RT3）の導入について，寒地土木研究所月

30

凍結防止剤
水溶液温度

20
10

報，No.651，pp.40～47，2007

00:00:00
0:02:00
0:04:00
0:06:00
0:08:00
0:10:00
0:12:00
0:14:00
0:16:00
0:18:00
0:20:00
0:22:00
0:24:00
0:26:00
0:28:00
0:30:00
0:32:00
0:34:00
0:36:00
0:38:00
0:40:00
0:42:00
0:44:00
0:46:00
0:48:00
0:50:00
0:52:00
0:54:00
0:56:00
0:58:00
1:00:00
1:02:00
1:04:00
1:06:00
1:08:00
1:10:00-10

経過時間 ［h:mm:ss］

図-8

試作機の水溶液経路における加熱水温度の一例- 152 -