JP2001303693A

JP2001303693A - 耐火被覆材及びその製造方法

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Publication number: JP2001303693A
Application number: JP2000124268A
Authority: JP
Inventors: Tateaki Yashiro; 健彰八城; Osamu Tanaka; 治田中
Original assignee: A&A Material Corp
Current assignee: A&A Material Corp
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、優れた物性と施工性とを有する、
柱や梁など特に鋼製円柱を保護するための耐火被覆材と
その製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による耐火被覆材及びその製造方
法は、少なくとも半水石膏５０％〜７０％、中空粒状軽
量骨材２５％〜４０％、補強繊維２％〜５％、繊維状含
水ケイ酸マグネシウム１％〜５％を必須の原料とし、断
面が半輪状又は扇状となすように成形する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、柱や梁など、特に
鋼製の円柱を火災等から保護するための耐火被覆材とそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、用いられていたこの種の耐火被覆
材としては、種々あるが、その中で代表的なものとして
は、特公平７−２６４４８号公報に示された鋼材の耐火
被覆工法、特開平１１−３０３２４４号公報に示された
鉄骨構造物の耐火被覆工法及び特開平５−７１１６９号
公報に開示された鉄骨構造の耐火被覆材を挙げることが
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の耐火被覆工法
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、特公平７−２６４４８号公
報の工法の場合、１）現場にて鋼管柱の周囲に押さえ型枠を同軸状に配設
し、この鋼管柱と型枠との間に耐火被覆材を振動させつ
つ注入する方法であるため、注入された耐火被覆材を均
一に成形することが極めて困難であると共に、この型枠
の外側からでは、均一に成形されたか否かの確認を行う
ことは困難であった。２）前述のような耐火被覆工法において、現場を均一に
混合すること及び均一に注入することに対しては、原料
構成、各原料の配合比率、水比等の様々な要因が影響を
与えるが、本従来例においては、原料構成、原料を均一
に混合しかつ均一に注入するための具体的な技術につい
ては何等開示されていなかった。３）この従来方法では、施工後に型枠内の耐火被覆材を
乾燥させることが困難であり、石膏をバインダーとした
場合には、乾燥が不十分であると耐火被覆材の強度が低
く、乾燥に長時間を必要とし、現場での施工効率を向上
させることが困難であった。次に、特開平１１−３０３
２４４号公報の工法の場合、１）耐火被覆材は型を用いて成形されて生産されること
が記載されているが、耐火被覆材の原料としては、一般
的なケイ酸カルシウム、セラミック系材料、石膏等が開
示されているのみで、どのような原料及び配合比率が好
適で、どの様に成形して製造すればよい成形品が得られ
るかについては具体的には何等開示されていなかった。
さらに、特開平５−７１１６９号公報の耐火被覆材の場
合、１）耐火層としての珪酸カルシウムとその外側に配置さ
れる抄造石膏ボードで構成された耐火被覆材が開示され
ているのみで、耐火被覆材を型に注入し、成形する構成
については開示されていなかった。

【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、半水石膏、中空粒状軽量骨
材、補強繊維及び繊維状含水ケイ酸マグネシウムからな
る必須原料を半輪状又は扇状に成形して円柱に取付ける
ことにより、円柱を火災などから防護するための耐火被
覆材及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による耐火被覆材
は、少なくとも半水石膏５０％〜７０％（質量％）、中
空粒状軽量骨材２５％〜４０％、補強繊維２％〜５％、
繊維状含水ケイ酸マグネシウム１％〜５％を必須の原料
とする構成であり、また、前記原料は有機系バインダー
０．３％〜２％を含む構成であり、また、前記原料を成
形してなる成形体の表面に、表面材を一体に設けた構成
であり、また、前記成形体は断面が半輪状又は扇状をな
す構成であり、また、請求項１又は２の前記原料を乾式
混合し、乾式混合した前記原料に水を加えて（固形分原
料：水の質量比１：１〜１：２）湿式混合しスラリー化
した前記原料を所望の型に注入して成形し半水石膏が水
和することにより硬化させる方法であり、また、前記型
で成形した前記原料を、前記型から取り外した後に乾燥
させる方法であり、また、前記型で成形した前記原料
を、前記型内で乾燥させる方法であり、さらに、予め、
前記型の内側の片面に沿って表面材を配置し、しかる後
湿式混合した前記原料を型に注入することにより、前記
原料を表面材と一体化させる方法である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による耐
火被覆材及びその製造方法の好適な実施の形態について
説明する。まず、本発明の耐火被覆材を構成するための
４種類の材料からなる必須原料の具体的組成について述
べる。（１）半水石膏この半水石膏は、主たるバインダー原料（耐火被覆材で
あるので無機系のバインダーがよい）であり、水と反応
して二水石膏（二水石膏は結晶水を多く含むので耐火性
に優れている）に変化することにより、本耐火被覆材の
マトリックスを形成するものである。また、この半水石
膏の添加量としては、５０％〜７０％（質量％）が好適
であり、より好ましくは６０％〜６５％であり、５０％
より少ないと耐火被覆材の強度が不十分となる傾向があ
り、これとは逆に７０％より多いと耐火被覆材のかさ比
重が高くなって断熱性能が低下することになるので好ま
しくない。さらに、この半水石膏は、水との反応が早い
ので製造効率が良好であるが、反応速度が速すぎて調整
する必要がある場合には、必要に応じて反応速度を遅延
させることができる公知の硬化遅延剤（酒石酸やパフタ
ード等）を添加しても良い。

【０００７】（２）中空粒状軽量骨材この中空粒状軽量骨材は、耐火被覆材用であるため無機
質の軽量骨材が好ましく、例えば、軽量骨材の形状とし
ては、中空粒状であり、かつ中空部が独立気泡であるも
のの比率が高いものが好適である。例えば、シラスバル
ーン、パーライト（黒曜石系のもの）が好適である。そ
の理由としては、本発明による耐火被覆材は、原料と水
とを混合する際の水の添加量が少ない方が、優れた物性
を得やすく、また、成形後の乾燥においても効率良く乾
燥することができるが、軽量骨材として独立気泡を多く
含む中空粒状軽量骨材を使用することによって、添加す
る水の量が少なくても均一混合及び均一注入することが
できる流動性の良好なスラリーを得ることができるから
である。種々実験した結果、中空粒状軽量骨材の添加量
としては２５％〜４０％（質量％）の範囲が最適であ
る。

【０００８】（３）補強繊維この補強繊維は、石膏マトリックスに対して補強効果が
あり、原料に水を加えて混合する際に分散性が良い繊維
で有れば良く、例えば耐アルカリガラス繊維やＥガラス
繊維などのガラス繊維やポリプロピレン繊維等が好適で
ある。この補強繊維の径は５μｍ〜５０μｍが好適であ
り、５μｍよりも細いと繊維同士がからんで分散性が悪
くなり、５０μｍよりも太いと補強効果を発揮しにくく
なるので好適ではない。また、この補強繊維の長さは４
ｍｍ〜１２ｍｍが好ましく、４ｍｍより短いと補強効果
が低くなり、これとは逆に、１２ｍｍよりも長いと分散
性が悪くなるので、好適ではなくなる。さらに、この補
強繊維の添加量は２％〜５％（質量％）が好適であり、
添加量が５％よりも多いと分散性が悪く、２％よりも少
ないと補強効果が小さくなるため好適ではない。

【０００９】（４）繊維状含水ケイ酸マグネシウムこの繊維状含水ケイ酸マグネシウムとしては、セピオラ
イト、パリゴルスカイト等を使用することが出来る。ま
た、クリソタイルも繊維状含水ケイ酸マグネシウムであ
るため、技術的には使用可能であるが、アスベストであ
るクリソタイルの使用は環境問題の面から好ましくな
い。前記繊維状含水ケイ酸マグネシウムを添加すること
により、原料に水を加えて混合する際に容易に均一混合
できる。また混合して型に注入した後、硬化するまでの
間に各原料が比重の違い等により分離することを防ぐこ
とができる。この繊維状含水ケイ酸マグネシウムの添加
量は１％〜５％（質量％）、より好ましくは２％〜３％
である。すなわち、１％よりも少ないと均一混合や型に
注入した後の各原料の分離を十分に防ぐことが出来な
い。また、５％よりも多いと粘性が高くなりすぎるの
で、水の添加量を多くしないと均一混合しにくくなる
が、水の添加量を多くすると、成形後の乾燥効率が低下
すると共に成形された耐火被覆材の強度が不十分となる
ことがあるため好ましくない。

【００１０】本発明においては、前述の（１）から
（４）迄の材料を必須材料として十分良好な特性を有す
る耐火被覆材を得ることができるものであるが、例え
ば、水比を高くしなくても成形性がよくなる材料である
有機系バインダーを追加の助材として用いることができ
る。（５）有機系バインダーこの有機系バインダーは、成形した耐火被覆材の結合力
向上の助材として用いられるもので、その材質として
は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、メチルセルロー
ス（ＭＣ）、でんぷん等の粉末が使用できるがその中で
も易水溶性型のＰＶＡが好適であり、種々実験の結果、
この有機系バインダーの添加量は０．３％〜２％（質量
％）が好適である。また、この有機系バインダーを添加
することにより、原料に水を加えて混合する際、空気を
混合スラリー内に抱き込んで気泡化することから、軽量
化を図ることも出来る。

【００１１】さらに、前述の（１）から（４）又は
（１）から（５）で構成される原料の他に、この原料を
用いて断面が半輪状又は扇状の成形体１すなわち耐火被
覆材（図１及び図２に示す）を成形する時に、強度向上
等の目的からこの成形体１の外周面に表面材２を形成す
ることもできる。この表面材２の材質としては、次の
（６）に示す通りである。（６）表面材本発明になる耐火被覆材は、石膏を主たるバインダーと
していることから全体としてやや脆い面もあるが、そこ
で耐火被覆材の外面側に表面材２を一体に設けることに
よりその特性を大幅に向上させることができる。すなわ
ち、この表面材２を一体に設ける方法としては、耐火被
覆材１を成形するための型の中に、耐火被覆材１の外側
となる面に対向する、型枠の内側面に沿って表面材２を
配し、その後原料に水を加えて均一に混合した耐火被覆
材１の原料スラリーを、この型枠内に注入し硬化させる
方法が好適である。この表面材２としてはＪＩＳ−Ａ−
６９０１「せっこうボード製品」に使用されている石膏
ボード用原紙や繊維補強抄造石膏が好適である。この繊
維補強抄造石膏板は、水を含ませることにより柔軟性が
非常に高くなるため、型枠の内側面に沿って配すること
が容易に出来る材料である。また、耐火被覆材の主たる
バインダーも石膏であることから、一体成形しやすい。
また、石膏ボード用原紙を表面材として用いる場合、原
料として前記有機バインダーを追加併用すると、表面材
と耐火被覆材との接着力が向上するので両者を一体化す
る上でも有効である。

【００１２】次に、製造方法について述べる。（１）原料の混合はバッチ式ではなく、連続式が望ま
しい。なお、混合機の好適な一例としては、ドイツのＭ
−ＴＥＣ社製のＤＵＯＭＩＸがある。連続式の混合が望
ましい理由としては、石膏は水と混合することにより急
速に反応するので、バッチ式（一定量の原料を一単位と
して混合する方法）により原料と水とを混合すると、型
に注入し始めたときの原料中の石膏の反応度合いと、注
入の終わりの頃に型に注入した石膏の反応度合いとが異
なると云う問題があるのに対し、連続式はこの問題が無
いからである。（２）先ず、前述の（１）から（４）又は（１）から
（５）で構成される原料を乾式混合により略均一に混合
した後、これに水を加えて均一混合し、所望の型に注入
する。（３）水の添加量は、原料の絶乾質量を１としたとき
の質量比で、１から２が望ましい。すなわち、固形分原
料：水の質量比が１：１〜１：２である。２を上回る
と、耐火被覆材の十分な物性値が得られない危険性があ
るだけでなく、成形した耐火被覆材を乾燥する際の効率
が低下するので望ましくない。また、１を下回ると、均
一混合及び混合した原料スラリーの型内への均一注入が
行いにくくなるため望ましくない。（４）表面材２を一体に設けるためには、表面材２を
予め図示しない型の中に、型に沿って配置しておく。す
なわち、表面材２の外界に接する面と、型の内面のうち
耐火被覆材１の外面を形成する面とを当接させる。（５）型に注入された耐火被覆材１の原料は、半水石
膏が水と反応して二水石膏となることにより硬化する。
この反応は、非常に速いので、効率的に耐火被覆材を製
造することができるが、原料を型に注入する前あるいは
注入中に、半水石膏の反応が進みすぎると、硬化不良や
成形された耐火被覆材の物性にバラツキを生ずるため、
好ましくない。従って、必要に応じて、前述の硬化遅延
剤を添加しても良い。（６）半水石膏の硬化反応が完了した後、成形された
耐火被覆材の乾燥を行う。この乾燥工程は、型に入れた
ままの状態で行ってもよく、型を取り外した後に行って
もよいが、乾燥工程の効率を考えると、型を取り外して
行う方が好適である。

【００１３】前述の製造方法により製造された成形体す
なわち耐火被覆材１は、図１で示されるように、円柱３
の外周に取付けて円柱３に対する耐火被覆を行うもので
ある。また、前述の必須原料としての４種類の材料
（１）から（４）及び補助材の実験による一例として
は、次の表１の第１表のものを採用した。なお、第１表
における実施例としては、（Ａ）、（Ａ’）、（Ｂ）の
三例を実施し、比較例としては（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）
の三例を実施した。但し、（Ａ）は表面材なしの場合、
（Ａ’）は表面材ありの場合である。

【００１４】

【表１】

【００１５】また、本出願人は、現在試験中の柱状物体
に対する本発明の耐火被覆材１の耐火実験を行うため、
表１の実施例（Ｂ）の配合で作製した平板を用いて被覆
した鉄骨梁について耐火予備試験を行った。また、試験
方法としては、ＪＩＳ−Ａ−１３０４「建築構造部分の
耐火試験方法」に準じ鋼材平均温度５００℃に対する加
熱試験を実施した。前述の試験における温度測定結果
は、次の表２の第２表の通りである。

【００１６】

【表２】

【００１７】なお、現在基準にのっとった場合、試験体
は１６３分の耐火性能があると判断できる。また、試験
方法改訂による新基準（載荷加熱）を想定した場合は、
試験体は１９２分（平均４５０℃）から２０７分（平均
５００℃）程度の耐火性能があると推定できる。

【００１８】

【発明の効果】本発明による耐火被覆材及びその製造方
法は、以上のように構成されているため、次のような効
果を得ることができる。すなわち、必須原料として、少
なくとも半水石膏５０％〜７０％、中空粒状軽量骨材２
５％〜４０％、補強繊維２％〜５％、繊維状含水ケイ酸
マグネシウム１％〜５％を用いているため、成形性が極
めて良好で柱状体の周囲に取付けるための断面が半輪状
又は扇状とすることができ、柱状体に最適な耐火被覆材
を得ることができる。また、耐熱試験においても十分な
耐熱特性を得ることができ、この耐火被覆材の外面に表
面材が形成されているため、耐火被覆材の脆さを補うこ
とができ、施工性に優れた特性を発揮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による成形体（耐火被覆材）を柱状体の
外周に取付けた状態を示す構成図である。

【図２】図１の成形体（耐火被覆材）を示す拡大斜視図
である。

【符号の説明】

１成形体（耐火被覆材）２表面材３円柱

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも半水石膏５０％〜７０％（質
量％）、中空粒状軽量骨材２５％〜４０％、補強繊維２
％〜５％、繊維状含水ケイ酸マグネシウム１％〜５％を
必須の原料とすることを特徴とする耐火被覆材。
【請求項２】前記原料は有機系バインダー０．３％〜
２％を含むことを特徴とする請求項１記載の耐火被覆
材。
【請求項３】前記原料を成形してなる成形体の表面
に、表面材を一体に設けたことを特徴とする請求項１又
は２記載の耐火被覆材。
【請求項４】前記成形体は断面が半輪状又は扇状をな
すことを特徴とする請求項３記載の耐火被覆材。
【請求項５】請求項１又は２の前記原料を乾式混合
し、乾式混合した前記原料に水を加えて（固形分原料：
水の質量比１：１〜１：２）湿式混合しスラリー化した
前記原料を所望の型に注入して成型し半水石膏が水和す
ることにより硬化させることを特徴とする耐火被覆材の
製造方法。
【請求項６】前記型で成形した前記原料を、前記型か
ら取り外した後に乾燥させることを特徴とする請求項５
記載の耐火被覆材の製造方法。
【請求項７】前記型で成形した前記原料を、前記型内
で乾燥させることを特徴とする請求項５記載の耐火被覆
材の製造方法。
【請求項８】予め、前記型の内側の片面に沿って表面
材(2)を配置し、しかる後湿式混合した前記原料を型に
注入することにより、前記原料を表面材(2)と一体化さ
せることを特徴とする請求項５記載の耐火被覆材の製造
方法。