Why does salt adhere there? The corrosion environment of bridges from the physics of salt particle behavior

• Project/Area Number: 21K14232
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Noguchi Kyohei 京都大学, 工学研究科, 助教 (70802685)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 飛来塩分 / 維持管理 / 数値流体解析 / 風洞実験 / 着雪 / 付着率 / 剥離剪断層 / 表面圧力 / 雪粒子 / 付着塩分 / 変動圧力 / 腐食 / CFD

Outline of Research at the Start

橋梁の維持管理の効率化に向けて，腐食環境の把握に関する研究が数多くなされてきたが，「なぜ」橋梁のその部位にそれだけの量の塩分が付着するのかという根本的な問題はあまり検討されていない．本研究では，塩分が橋梁表面への付着に至る過程という，維持管理の上では無視されやすい部分にあえて着目することで，物理的な根拠に立脚した付着塩分量の評価と維持管理手法の提案に取り組む．将来的な最終目標は，橋梁の形状や周辺環境を類型化しておくことで，任意の橋梁について付着塩分量の定量的な評価や最適な腐食環境の改善方法を提案できるようにすることである．

Outline of Final Research Achievements

Rectangular prisms with the side ratio of 1 and 6 was investigated in detail by using computational fluid dynamics (CFD) to determine how particles are transported and adhered under the flow field formed around the cross section. We also proposed a method for estimating the amount of adhesion using physical quantities obtained from the pressure on the rectangular surface. Furthermore, the effects of particle velocity and angle of impact on the adhesion rate of particles impacting on the wall were clarified through snow deposition experiments in a low-temperature laboratory.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

橋梁の維持管理の観点からいえば，付着塩分量さらには部材の劣化の程度が重要であり，ある意味では塩分が付着に至る過程はどうでもよい．そのような状況において，あえて付着に至る過程に着目し，そこに潜む物理現象を解明したことに大きな意義がある．また，物体に接近する粒子は，その一部は物体を迂回したり，衝突はしても跳ね返ったりするが，そのような違いが十分に考慮されることは少ない．本研究では様々な手法を利用して厳密な付着率に取り組んでいるという点で大きな意義がある．

Research Products

• [Presentation] 低温風洞における雪粒子の衝突速度・角度に応じた着雪率評価方法の検討 (2024)
  • Author(s): 春名健太郎，松宮央登，野口恭平，大森隼汰，梶山千穂，八木知己，佐藤研吾，冨樫数馬
  • Organizer: 土木学会第79回年次学術講演会
• [Presentation] 矩形断面における粒子の飛散・付着特性と壁面圧力値に基づく付着量評価手法に関する研究 (2022)
  • Author(s): 坪倉佑太，野口恭平，大森隼汰，宇野将平，八木知己
  • Organizer: 2022年度日本風工学会年次研究発表会
• [Presentation] 矩形断面を対象とした海塩粒子の付着特性に関する研究 (2022)
  • Author(s): 大森隼汰，野口恭平，坪倉佑太，宇野将平，八木知己
  • Organizer: 2022年度土木学会関西支部年次学術講演会
• [Presentation] 矩形断面における粒子の付着機構と付着分布推定モデルに関する研究 (2022)
  • Author(s): 大森隼汰，野口恭平，坪倉佑太，宇野将平，八木知己
  • Organizer: 土木学会第77回年次学術講演会
• [Presentation] Adhesion mechanism of salt particles to rectangular cylinders and estimation model of salt distribution on their surfaces (2022)
  • Author(s): Hayata Omori, Kyohei Noguchi, Yuta Tsubokura, Tomomi Yagi
  • Organizer: 33rd KKHTCNN Symposium on Civil Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 矩形断面周りの塩分粒子の輸送ならびに付着と表面圧力を利用した評価手法に関する研究 (2021)
  • Author(s): 野口恭平，津田悠希，坪倉佑太，八木知己
  • Organizer: 2021年度日本風工学会年次研究発表会
• [Presentation] 矩形断面周りの飛来塩分の挙動と表面圧力に基づいた付着量評価に関する研究 (2021)
  • Author(s): 野口恭平，津田悠希，坪倉佑太，八木知己
  • Organizer: 土木学会第76回年次学術講演会