塩害｜海塩粒子が招く金属腐食と設備劣化

塩害

塩害とは、海水に由来する塩分が構造物・設備・農作物などに付着または浸透し、劣化や機能障害を引き起こす現象の総称である。工学分野では、鋼材の腐食、鉄筋コンクリート内部の鉄筋の発錆、電力設備の絶縁低下という3つの被害形態がとくに問題になる。日本は約35,000kmの海岸線をもつ島国であり、沿岸部の橋梁や工場、送電線は常に飛来塩分にさらされている。設計段階での地域区分の判定から、材料選定、維持管理までを一貫して考える必要がある劣化要因といえる。

大規模停電が示した塩害の怖さ

塩害が社会的に広く知られるきっかけとなったのは、1991年9月の台風19号である。強風で巻き上げられた海水の飛沫が内陸まで運ばれたうえ、雨がほとんど降らなかったため、碍子に付着した塩分が洗い流されなかった。その結果、中国地方を中心にフラッシオーバが多発し、広域停電が長期化した。似た現象は2018年の台風24号でも起き、静岡県や神奈川県で多くの世帯が停電した。どちらも「風は強いのに雨が少ない」という台風で、これが塩害の典型的な発生条件である。

塩分はどこから来て、どう作用するか

海面で砕けた波が細かな海塩粒子となり、風に乗って陸へ運ばれる。飛来量は海岸からの距離にほぼ反比例するように減っていくが、地形や季節風によっては数km内陸でも無視できない量になる。日本海側では冬の北西季節風が、太平洋側では台風が主な供給源となる。付着した塩化ナトリウムは吸湿性が高く、相対湿度が約75%を超えると潮解して電解質の水膜をつくる。この水膜が金属表面の電気化学反応を促し、絶縁物の表面では漏れ電流の通り道になる。乾いた状態ではほぼ無害な塩分が、湿気を得ると一気に有害化するわけである。

電力設備における塩害

送配電設備で最も警戒されるのは碍子の表面汚損である。塩分を含む水膜を通じて漏れ電流が流れ、局所的な乾燥帯で部分放電が起き、最終的には碍子表面全体を橋渡しするように閃絡する。汚損の程度は等価塩分付着密度（ESDD、単位mg/cm²）で評価し、地域ごとの想定値に応じて碍子の連結個数や形状を決める。変電所では、活線洗浄装置やシリコーン系はっ水性塗料の塗布といった方法も使われている。

汚損区分と対策の目安

区分の境界値は電力会社や電圧階級によって多少違うため、上表はあくまで一般的な目安である。

コンクリート構造物の塩害

コンクリートは本来、pH12〜13程度の強アルカリ性で、内部の鉄筋表面に不動態皮膜をつくって錆を防いでいる。ところが塩化物イオンが鉄筋位置まで届くと、この皮膜が局所的に壊れ、腐食が始まる。鉄錆の体積は元の鉄の約2.5倍に膨らむため、内側からコンクリートを押し割り、ひび割れやかぶりの剥落につながる。土木学会のコンクリート標準示方書では、鉄筋腐食の発生限界となる塩化物イオン濃度を1.2kg/m³程度としてきた。この値は設計上の目安であり、水セメント比やセメントの種類によって変わる点には注意したい。

外から浸透する塩化物イオンの量は、一般にFickの拡散則で近似する。表面濃度をC₀、見かけの拡散係数をD、深さをx、経過時間をtとすると、次のように表される。

C(x, t) = C₀ × { 1 − erf( x / 2√(D·t) ) }

式からわかるように、かぶり厚さxを2倍にすると、同じ濃度に達するまでの時間は理論上4倍になる。かぶりを確保することがいちばん確実な対策と言われるのはこのためである。

内在塩分という見落としやすい要因

塩分は外から来るだけではない。1970年代から80年代にかけて、除塩が不十分な海砂を使った構造物で早期劣化が相次いだ。これを受けて1986年に、フレッシュコンクリート中の塩化物イオン総量を原則0.30kg/m³以下とする規制が設けられた。現在はJIS A 5308（レディーミクストコンクリート）にも同じ上限値が定められている。古い構造物を調査するときは、外来塩分なのか内在塩分なのかを、深さ方向の濃度分布から見分けることが補修方針を決める第一歩になる。中性化と重なって起きると劣化の進み方が速くなるため、両方を同時に測るのが一般的である。

金属製品の耐塩性評価

鋼板や塗装品、めっき部品の耐塩性は、塩水噴霧試験で比較することが多い。JIS Z 2371では、濃度5%の塩化ナトリウム水溶液を35℃の槽内で連続噴霧し、錆が出るまでの時間や外観の等級で評価する。もっとも、連続噴霧は実際の環境とかけ離れているという指摘も以前からある。最近は乾燥と湿潤を繰り返す複合サイクル試験（JIS K 5600-7-9など）の採用が増えている。自動車部品メーカーでは、取引先の完成車メーカー独自のサイクル条件を指定されるのが普通で、試験機を複数台そろえている工場も少なくない。

製造・建設現場での対策の使い分け

実際の対策は、求められる寿命とコストの兼ね合いで選ぶことになる。主な手段を挙げると次のとおりである。

• 溶融亜鉛めっき（JIS H 8641）：鋼構造物の標準的な防食。付着量を増やすほど寿命が延びる
• エポキシ樹脂塗装鉄筋：コンクリート橋の床版などで使われる。運搬中に塗膜を傷つけないよう、取り扱いに注意が必要
• ステンレス鋼の採用：SUS304では孔食が起きる環境もあり、海岸近くではSUS316L以上を選ぶことが多い
• 電気防食：既設コンクリート構造物の延命策。外部電源方式と流電陽極方式がある
• 表面被覆・含浸材：シラン系含浸材で塩化物イオンの浸入を抑える

現場でよく聞くのは、「初期費用の安い一般塗装を選んだら、10年もたたずに塗り替えが必要になった」という話である。足場の費用まで含めると、塗り替え1回分で重防食仕様との差額を簡単に上回ることがある。屋外に置く制御盤や空調室外機では、メーカーが「耐塩害仕様」「耐重塩害仕様」を用意しており、本体価格は標準品より1〜3割高くなるのが一般的である。海岸から1km以内の工場に設備を入れる場合、見積もりの段階でこの区分を確かめておかないと、引き渡し後に発錆のクレームになりやすい。

農地・生活環境への影響

工学分野以外では、農作物の被害も塩害と呼ばれる。台風のあとに沿岸の水田や果樹の葉が茶色く枯れる現象が代表例で、葉面の塩分濃度が上がって細胞が脱水することで起きる。2011年の東日本大震災では、津波をかぶった農地が約2万ha規模に達し、除塩のための湛水と排水が何度も繰り返された。住宅でも、海沿いではエアコン室外機や給湯器、アルミサッシの腐食が早く進み、メーカー保証の対象外とされる地域が設定されている。被害の形はさまざまだが、塩分が水と結びついて初めて害を及ぼすという原理は、どの分野でも変わらない。