熱湯を掛けると、凍結した水道管は破裂する？？？

質問

異常な寒波で、テレビがしきりと警告する中に標記のような言説があります。
しかし、おかしな理屈です。
・100℃以内しかない熱湯を掛けられた、冷え切った水道管は膨張してやや広がる。
・熱の伝わった水道管内の凍結した水は溶けてやや嵩が減る。
これで、何故、破裂などするのでしょうか？

破裂する原因の亀裂などは、むしろ凍るときに起こるはずです。
それが溶けて水が噴き出すだけのことで、熱湯を掛けたから破裂するわけではありません。
アホなことをまことしやかにマスメディアは報道していませんか？
現代の偽科学が都市伝説を作っていませんか？
理系の人、どう思われますか？

回答No.1

hiro_1116 · ベストアンサー

熱湯を掛けて温度が上がった場所と、周囲の凍った場所との温度差が大きいので、材料に歪みが掛かって破損の原因になるということだと思います。

お礼

温度ムラが部材に歪みをもたらし亀裂を生む、ということですね。なるほど。ありがとうございます。

（ただ、凍った鉄に熱湯を掛けても即時に熱鉄までにはならず、僅かに数十度の違いが亀裂までを生むか、ややなお疑問が残ります）

回答No.6

torimochi

熱膨張の力を実感できる身近な例は、ステンレス製のシンクに熱湯を流した時ではないでしょうか？

次に鉄道レールや道路橋、パイプラインには熱膨張による金属の伸び、つまり「熱ひずみ」に対応した設計になっています。

それらを踏まえた上で、まずは下記動画を参考にして下さい。

※熱応力・熱ひずみについて(材料力学)
https://www.youtube.com/watch?v=u5wDUIKVcNM

通常なら、材料力学的に水道管も熱応力（ストレス）がかからない、または許容範囲に収まるような設計になっているんですが、水が凍結した事により一時的に両端固定（力のベクトルを固定された）状態になり、熱ひずみが熱応力として水道管の熱湯をかけた上部周辺に集中する、また熱伝導によって氷が溶けた部分は水道管との固着が解消されるので力のベクトルが変化し、この場合も特定の部位にストレスが集中すると考えられます。

次に破裂に至るプロセスですが、

※材料力学 ひずみエネルギーを理解しよう 軸力方向とせん断方向
https://www.youtube.com/watch?v=kcf7H8Vgb6U

ざっくりまとめると、内部からの圧力＋熱湯による外部からの特定部位への熱エネルギーの注入がひずみエネルギーを増大させ水道管が破裂する……でしょうか。

※基本、二番目の動画のようにエネルギー：スカラー量で考えた方が分かりやすいかと思います。

お礼

すごい動画の紹介をありがとうございました。

回答No.5

ts0472

配管に熱を加えれば即座に全体に伝わるものではないです
薄い配管でも氷に接した面と熱湯に接した面で熱膨張が違う　内側は縮んだまま　外側が膨張して歪が大きくなり亀裂が発生する場合が多いです

後　凍結する時に体積が増えますが　水も温度が上がれば膨張します
凍結時は１０％程度　温度上昇すると２０％まで大きくなります
凍結した配管全体を均等に温められれば多少は避けられますが凍った部分が残っていると膨張が集中してしまいます

お礼

回答をありがとうございます。

配管部材のムラの歪みがどの程度かによって、亀裂までするしないが決まりますね。

水は、凍結時にマイナス5℃だとすると、熱湯を掛けてもすぐに100℃にはならず、数秒間では僅かに20～30℃になれば良い方でしょう。これも程度問題。

実際に実験してみないと判然としない問題に見えます。

回答No.4

m5048172715

水道管やその中の水（氷）の体積が、合わなく（増えても減っても）なると、亀裂が生じる。

熱が全部同時に伝わり、収縮や膨張が同じ時間に同じ量だけ起きたら、何も起きないがそれは無い。

のだと私は思った。

お礼

回答をありがとうございます。

回答No.3

ken-nosuke

過去の回答例
https://okwave.jp/qa/q10096168.html

お礼

近々に私と同じ疑問を持った人があることに注目します。

ご教示をありがとうございます。

回答No.2

hashiroshi

常温から凍結までの温度差と、凍結から熱湯までの温度差どっちが大きいかわかりますか？

お礼

回答をありがとうございます。

後者の方が格段に大きいですが、それでも、凍った鉄に熱湯を掛けても即時に熱鉄までにはならず、僅かに数十度の違いが亀裂まで生むか、ややなお疑問が残ります。