腐食概論:鋼の腐食

 技術用語関連のページ探しは
    “キーワード索引”

 関連機関へのリンク,腐食関連書籍は
    “お役立ち情報”

  ☆ “ホーム” ⇒ “腐食防食とは“ ⇒ “鋼の腐食とは” ⇒

     【結露の発生 (1)】 ☞ 【結露の発生 (2)】

 物体の表面に結露が生じるか否かは,物体の表面温度と気温との温度差,及び外気の相対湿度との関係で決まる。
 【放射冷却】において,電磁波の放射で地表面や地表面を覆う物体の温度が低下し,この結果として地表面周辺の気温が低下することを示した。
 【絶対湿度】で,大気中の水蒸気量が変わらないときに,気温の低下で相対湿度が上昇することを説明した。
 構造物の結露では,地表面の温度に影響される気温変化,橋梁等の屋外構造物表面温度の変化が問題となるので,それぞれを分けて解説する。

【地表面の温度】
 地表面の温度については,参考資料1)に記載される具体的な計測例が参考になる。参考資料1)では,1999年の2月7日12時30分から14時30分と7月13日12時20分から14時に,航空機を用いて沖縄県本島北部の地表面を熱画像式赤外線放射温度計で計測している。
 2月7日の測定では,市街地 28.6℃,砂地 27.9℃,赤土 25.8℃,草地 25.2℃,農耕地 23.60℃,海 21℃,森林 19.6℃,ダム湖 17.3℃であった。
 7月13日の測定では,市街地 46.40℃,砂地 44.6℃,赤土 39.5℃,草地 38.3℃,農耕地 36.3℃,森林 32.7℃,ダム湖 31.3℃,海 30℃であった。
 地表面の温度は,冬季,夏季によらず,市街地>砂地>赤土>草地>農耕地≫森林,(海),ダム湖の順であった。市街地とダム湖では,冬季に約11℃,夏季で約15℃もの温度差がある。
 これらのことから,地表面の温度は地表面を覆う物質の影響を強く受けることを意味する。
 
 参考資料2)によると,地表面上の高さ 1mの気温に影響するのは,地表面の広さ数百メートル以上の地表面温度である。従って,物体の温度と気温を比較する場合には,その周辺の環境が重要であることが分かる。
 例えば,都市部の構造物を考慮する場合には,コンクリートとアスファルトで覆われた地表の影響を,地方都市,田園,山間に位置する構造物においては,草地,農地や森林で覆われた地表の影響を,近くに,河川,湖沼がある場合には,それらの影響を想定しなければならない。

【物体の温度変化】
 物体の温度変化については,【放射冷却】で解説した電磁波(光)の吸収率(=放射率)に加えて,物体の熱容量,及び熱伝導を,さらに,物体が水を含む場合には水の気化熱をも考慮しなければならない。
 参考資料2)では,“物体の日射による温度上昇,放射冷却による温度低下の傾向は,物体の熱容量と熱伝導率の積が指標となる。”と指摘している。
 すなわち,物体の容積と放射率(=吸収率)が同一の場合は,同じ熱伝導率なら熱容量が大きい物質ほど温まり難く,冷め難い。同じ熱容量なら,熱伝導率が大きいものほど,表面温度の変化が遅いことになる。
 一例として,表面を覆う物質別に,昼間の温度変化を実測した例(参考資料3)から抜粋)を下図に示す。

表面状態別の温度変化の例

表面状態別の温度変化の例
出典:参考資料 3)

 日出後の温度上昇は,アスファルト>コンクリート>裸地>芝生の順に早く,
 南中時を過ぎてからの温度低下裸地>アスファルト>コンクリート>芝生の順に早い結果になっている。
 アスファルト,コンクリート
 赤外線の放射率(吸収率)はアスファルト(0.95以上)>コンクリート(0.9程度),熱容量はアスファルト(1.4×106Jm-3K-1)<コンクリート(2.1×106Jm-3K-1),熱伝導率は(0.7Wm-1K-1)<コンクリート(1.7Wm-1K-1)である。
 アスファルトはコンクリートより赤外線を効率よく熱に変換し,熱容量,熱伝導率とも小さいので,太陽光を受けているときの表面温度上昇が早く,放射冷却も早い結果になったと考えられる。
 
 裸地
 放射率は 0.95前後とコンクリートとアスファルトの中間程度,熱容量は,土の比熱(0.2cal g-1K-1程度)と比重(約 2.6)から,単位容積当たりに換算すると約 2.2×106Jm-3K-1となりコンクリートと大差はない。
 熱伝導率はローム質土壌で 1Wm-1K-1程度とコンクリートより小さいがアスファルトより大きい。
 これらの値を比較すると,裸地の表面は,コンクリートより放射率が高く,熱伝導率が小さいので温まり易く,冷め易いと考えられる。アスファルトに対しては,放射率が小さく,熱容量と熱伝導率が大きいので温まり難く,冷め難い冷めやすいと考えられる。
 しかし,図では,3者の中では最も温まり難く,冷め易い結果になっている。これは,土壌に含まれる水の蒸発熱の影響と考えらる。
 
 芝生
 芝の放射率,熱容量,及び熱伝導の値は不明であるが,一般的な植物の葉が 80%以上の水を含んでいることから,水の熱容量(4.18×106Jm-3K-1),熱伝導(0.57Wm-1K-1)に近く,熱容量 3.5~4.0×106Jm-3K-1熱伝導 0.27~0.57Wm-1K-1といわれている。
 放射率を天然木の 0.9~0.95と同等と考えた場合,熱容量は大きいが,熱伝導が小さく,葉の容積も小さいので,容易に温度が上昇する考えられる。しかし,図では,温度上昇が最も小さい結果となっている。これは,植物固有の光合成と水の蒸散作用などの生物反応の影響によると考えられる。
           ⇒その2に続く
 【参考資料】
 1)木村玲二,石島英,横山拓哉:“赤外線放射温度計による地表面温度と熱収支モデル計算による地表面温度の比較”,天気Vol.48, No.6 pp.371-382(2001.06)
 2)近藤純正:“地表面に近い大気の科学―理解と応用―”,東京大学出版会,p.324(2000)
 3)近藤純正:“水環境の気象学-地表面の水収支・熱収支-”,朝倉書店,p.348(1994)

  ページトップへ