凍結融解作用とは？初心者向けしくみと生活への影響をわかりやすく解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

凍結融解作用とは

凍結融解作用とは水が凍る時と融ける時の温度が繰り返されることで生じる現象の総称です。水は凍ると体積が増え、融けると体積は元に戻ります。この体積変化により周りの材料や地盤に力がかかり、内部の微細な亀裂が拡大したり、新しい割れ目が生じたりします。

日常生活の中では冬の道路のひび割れや建物の基礎周りの欠陥などが代表的な例です。凍結融解は0度前後の温度変化が繰り返される場所で特に強く現れ、長く続くと材料の寿命を縮めます。

しくみをかんたんに理解する

水は凍ると氷の結晶を作ります。この結晶は水分子が規則正しく並ぶことででき、体積が増えます。融解すると体積は元に戻りますが、周囲の材料はこの大きな膨張と収縮の力に耐えなければなりません。孔や微細な隙間のある材料は、水がその隙間を押し広げ、次に収縮するときに隙間を縮めます。その繰り返しで微細なひびが成長します。

身近な影響の例

道路のアスファルトやコンクリートの表面に現れるひび割れは凍結融解作用の典型的な現れです。冬に降る雨水や雪が解けて地面に入り込み、凍ると水分が膨張します。これを繰り返すと表面だけでなく内部の鉄筋合成部や材料の結合部にも力が伝わり、剥離や欠損が進みます。地盤が柔らかい場所では水分が凍結時に体積を増すため沈下や傾斜が起きることがあります。

対策と予防

凍結融解作用を抑えるにはいくつかの工夫があります。適切な材料選び、混和材の使用、表面の保護コーティング、排水性を高める設計、凍結しやすい場所の防湿と排水の徹底などが挙げられます。コンクリートでは水セメント比を適正にし、ひび割れを抑える材料を用いることが有効です。凍結サイクルを想定した設計と定期的な点検も重要です。

凍結融解作用を知るための実験のヒント

家庭で本格的な実験を行うのは難しいですが、小さな試料を使って水を含ませ、温度を0度前後に変化させて体積の変化やひび割れの様子を観察することは可能です。専門の設備を使えば凍結融解を数十回繰り返して材料の強さの変化を測定することができます。こうした観察を通じて凍結融解作用の影響を身近に理解することができます。

表で見る対象と影響の一例

<th>対象

現象	影響の例
コンクリート	ひび割れの拡大	道路の陥没や剥離
鉄筋コンクリート	中性化・腐食の促進	耐久性の低下
地盤・土壌	水分の凍結膨張	沈下や安定性の低下

日常生活でのポイント

凍結融解作用の影響を受けやすい場所には注意が必要です。車道のひび割れや歩道の補修箇所は凍結時に水が侵入しやすく、再凍結によってひびが拡大します。家の基礎周りの排水を良くすることや、雪解け水を速やかに排水する工夫をすることが重要です。

まとめ

凍結融解作用は水が凍る時と融ける時の体積変化を繰り返すことで、材料や地盤に応力が生まれ、ひび割れや欠損が進む現象です。適切な材料選択と設計、排水や保護の工夫をすることで凍結による劣化を抑えることができます。0度前後の温度変化が繰り返される場所ほど注意が必要であり、凍結融解を想定した設計が重要です。

凍結融解作用の同意語

凍結融解循環: 凍結と融解を周期的に繰り返す過程のこと。土壌・建材などの内部で水分が凍って融ける繰り返しにより、体積変化やひずみを生じさせる現象を指す。
凍結融解サイクル: 凍結と融解を交互に繰り返すサイクルのこと。凍結融解循環と同義に使われることが多い表現。
凍結・融解サイクル: 凍結と融解を同時に繰り返す循環の表現。凍結融解循環の別表現として使われる。
凍結融解循環作用: 凍結と融解の循環が材料へ及ぼす作用。ひずみ・亀裂・強度低下を引き起こす原因となる物理的作用。
氷結融解作用: 凍結融解作用の別表現として使われることがある表現。一般的には『凍結』の語を用いる。
冬期凍結融解作用: 冬季に起こる凍結と融解の繰り返しが材料へ及ぼす作用を指す表現。
凍結・融解の繰り返し: 凍結と融解を繰り返す現象を指す総称的表現。凍結融解作用の近義語として使われる。