出典：建築物衛生管理技術者試験令和3年度(2021年)｜給水および排水の管理第120問
問題
給湯設備に使用される材料に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 金属材料の曲げ加工を行うと、応力腐食が生じることがある。
(2) 耐熱性硬質ポリ塩化ビニル管の最高使用許容圧力は、使用温度が高くなると低下する。
(3) 樹脂管を温度の高い湯に使用すると、塩素による劣化が生じやすい。
(4) ステンレス鋼管は、酸化被膜による母材の不動態化によって耐食性が保持される。
(5) ポリブテン管の線膨張係数は、銅管と比較して小さい。
ビル管過去問｜給湯設備の材料特性を解説
この問題は、給湯設備に使われる各種材料の性質を正しく理解しているかを問う問題です。金属材料の腐食や加工による影響、樹脂管の耐熱性や塩素劣化、ステンレス鋼の耐食性、さらに管材ごとの線膨張係数の大小関係が論点です。正答は(5)です。ポリブテン管は樹脂管であり、一般に金属である銅管より線膨張係数が大きいため、「小さい」とした記述は不適切です。他の選択肢は、給湯設備の材料特性として適切な内容です。給湯設備では温度の影響を強く受けるため、耐熱性だけでなく、圧力、膨張、腐食、劣化まで含めて総合的に判断することが大切です。
(1) 金属材料の曲げ加工を行うと、応力腐食が生じることがある。
適切です。金属材料を曲げ加工すると、材料内部に残留応力が生じることがあります。応力腐食割れは、引張応力が存在する状態で、腐食性のある環境にさらされることで発生しやすくなる現象です。したがって、曲げ加工によって生じた残留応力が、腐食環境下で応力腐食の一因になることがあります。特に給湯設備では温度が高く、化学的作用も受けやすいため、加工後の応力と腐食環境の組合せには注意が必要です。
(2) 耐熱性硬質ポリ塩化ビニル管の最高使用許容圧力は、使用温度が高くなると低下する。
適切です。樹脂材料は一般に温度が上がると強度が低下しやすくなります。そのため、耐熱性硬質ポリ塩化ビニル管でも、温度が高くなるほど許容できる圧力は小さくなります。これは高温になるほど材料が軟化し、内圧に対する耐力が下がるためです。給湯設備では常温配管と同じ感覚で判断すると誤りやすく、温度条件ごとの使用基準を確認することが重要です。
(3) 樹脂管を温度の高い湯に使用すると、塩素による劣化が生じやすい。
適切です。水道水中には消毒のために残留塩素が含まれており、この塩素は樹脂材料に対して劣化を引き起こすことがあります。さらに温度が高いと化学反応が進みやすくなるため、常温の水よりも給湯で使用する場合の方が塩素劣化が進行しやすくなります。給湯設備では、耐熱性だけではなく、耐塩素性も重要な性能です。樹脂管の選定では、使用温度と水質の両方を踏まえて考える必要があります。
(4) ステンレス鋼管は、酸化被膜による母材の不動態化によって耐食性が保持される。
適切です。ステンレス鋼は表面に非常に薄い酸化被膜を形成し、この被膜が母材を保護することで耐食性を発揮します。これを不動態被膜といいます。この被膜があることで内部の金属が腐食しにくくなります。ただし、塩化物イオンが多い環境などでは、この被膜が局部的に破壊されて孔食などが生じることもあります。つまり、ステンレス鋼は無条件に腐食しない材料ではなく、不動態被膜によって耐食性が保たれている材料だと理解することが大切です。
(5) ポリブテン管の線膨張係数は、銅管と比較して小さい。
不適切です。ポリブテン管は樹脂管であり、金属管である銅管に比べて線膨張係数は大きいです。線膨張係数が大きいということは、温度変化によって伸び縮みしやすいということです。給湯設備では温度変化が大きいため、樹脂管では熱伸びへの配慮が特に重要になります。配管支持の方法や曲がり部の取り方、伸縮吸収の設計が不十分だと、変形や応力集中の原因になります。したがって、「ポリブテン管の線膨張係数は銅管より小さい」という記述は逆であり、誤りです。
この問題で覚えるポイント
給湯設備の材料は、温度の影響を強く受けるため、常温の給水設備以上に材料特性の理解が重要です。樹脂管は軽量で施工しやすい一方、温度上昇によって許容圧力が低下し、熱による伸びも大きくなります。また、残留塩素による劣化は高温ほど進みやすいため、耐熱性と耐塩素性をあわせて確認する必要があります。金属材料では、加工による残留応力が腐食トラブルの要因になることがあります。ステンレス鋼は不動態被膜により耐食性を持ちますが、塩化物イオン環境では局部腐食に注意が必要です。試験では、金属管は熱膨張が比較的小さく、樹脂管は熱膨張が大きいという基本比較を確実に押さえることが、正誤判断に直結します。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、材料名から受ける印象だけで判断してしまう思考の罠にあります。ポリブテン管は給湯用として使われるため、耐熱性があるなら熱による伸びも小さいはずだと短絡的に考えると誤ります。しかし、耐熱性があることと、線膨張係数が小さいことは別の性質です。また、ステンレス鋼はさびにくい材料として知られているため、理由まで曖昧なまま丸暗記していると、不動態被膜による耐食性という本質を問われたときに対応しにくくなります。さらに、樹脂管の圧力性能や塩素劣化も、温度条件が加わることで正誤が変わるため、「高温になると材料の性質がどう変わるか」を常にセットで考える習慣が重要です。