JP2004331469A - 建物用吹付材 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨スレート建造物の表面に吹付被覆して、火災の際に高熱による鉄骨構造の強度及び耐力低下を防止し、建築物の壁面と天井などに吹付被覆して断熱、防音性が付与できる建物用吹付材を提供する。
【解決手段】無機セメント、木材チップ炭化物又はその半炭化物、木材チップを主材とする水性スラリーからなり、これに軽量骨材や、ポリビニルアルコール水溶液あるいはポリ酢酸ビニルエマルジョンなどの水性高分子からなる結合材、無機セメントの急結材等を添加してなる、鉄骨、スレート屋根葺き、スレート壁建造物用吹付材である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物用吹付材、特に鉄骨又はスレート材用の吹付材に係るもので、詳しくは建築物の鉄骨構造物の表面に吹付コーティングをすることにより、火災の際に高熱による鉄骨の強度及び耐力の低下を防止し、また、建築物の壁面及び天井などに吹付コーティングをすることにより、断熱、防音、結露防止などの性質をも付与できる建物用吹付材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物用吹付仕上材には、次のような種類がある。すなわち、壁面用吹付材としての、セメント砂壁状吹付材は、主原料のセメントに顔料、骨材等を混入した吹付材であって、内外装仕上げに用いられるものである。そのほか、合成樹脂エマルジョン砂壁状吹付材、あるいはこれらの混合系であるセメント系複層模様吹付材や合成樹脂エマルジョン系複層模様吹付材がある。これらの仕上げが可能な下地は、コンクリート面、プレキャストコンクリートパネル面、モルタル面、ＡＬＣパネル面、コンクリートブロック面、木毛セメント板・木片セメント板・石綿スレート面パルプセメント板などであり、鉄骨表面の吹付けにはあまり用いられていない。
【０００３】
そのほか、反応硬化型合成樹脂エマルジョン系複層模様吹付材として、エポキシ樹脂系などの反応硬化型合成樹脂エマルジョンに細骨材、無機質充てん材、増粘材、その他混和剤を混合した基剤と硬化剤とからなる吹付材がある。
【０００４】
鉄骨やスレート板表面への吹付材には、例えば、ロックウール吹付材が開発され、上記の吹付材に加えてロックウール・セメント・石綿を調合したもので、内壁・天井の吸音及び断熱を目的とした仕上げに用いられる。
【０００５】
また、軽量骨材吹付材としてパーライト、バーミキュライトなどの軽量骨材と結合材としてセメント系、合成樹脂エマルジョン系、あるいは石膏プラスター等の粘結材系の３種があり、これらは鉄骨表面への吹付材としても使用されている。
【０００６】
現代社会が都市化されて人口密集地域が増えてくるに従い、狭い地域において大勢の人々が生きるための方策として、建築物の高層化及び大型化がなされており、その手段としては一般的に高層建築物に鉄骨構造が適用されている。
【０００７】
本発明に関連性の高い従来技術としては、特許文献１記載の「建材とその製造方法」、特許文献２記載の「耐火及び吸音用被覆組成物」及び特許文献３記載の「竹炭粉塗料が塗布された木質板」がみられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２６５６１２号公報（第２頁、特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開２０００−００１３８０号公報（第２頁、特許請求の範囲）
【特許文献３】
実用新案登録第３０８５７９０号公報（第２頁、実用新案登録請求の範囲）
【０００９】
特許文献１には、不織布、木材加工屑及び炭化物の１種以上からなる単独又は複合材料を、高分子ラテックスや水溶性高分子を結合材として建築基材に接着することの記載がある。また、これらに無機粉体としてセメントを加えることの記載もある。
【００１０】
特許文献２は、建築物の鉄骨構造の表面に吹付被覆する材料組成として、軽量骨材、結合材、吸熱材、膨張材及び炭化性吸音繊維からなる建物用吹付材について開示されている。ここで、結合材に各種セメントが、吸熱材に石灰が、そして増粘剤にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いている。
【００１１】
特許文献３には、ＰＶＡを主体とした竹炭粉塗料を塗布した木質板について記載され、結露防止を目的としている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、建造物、特に鉄骨構造をそのまま大型化した高層建造物に適用すれば、建物の火災発生に際して鉄骨構造材の軟化変形や内装材の燃焼時に発生する有毒ガスなどで人的被害を大きくするため、鉄骨構造物の表面には有毒ガスの発生しない耐火材を被覆することが必要になる。本発明は、以上のような従来技術をふまえて、鉄骨構造物に最適な断熱・結露防止用の吹付材につき、検討を加えたものである。他の目的として、木材チップやオガクズ等の製材屑チップ廃棄物の有効利用もある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は、大きくは、無機結合材、特に無機セメントと、炭化物及び木材チップを主材とする水性スラリーからなる建物用吹付材である。このものは特に鉄骨建造物用吹付材として好適で、鉄骨やスレート板に対する吹付被覆に有用である。
【００１４】
また、無機結合材、特に無機セメント、炭化物、木材チップに加えて軽量骨材を混合したものを主材とする水性スラリーからなり、この軽量骨材を加えることにより吹付層の厚さが増すとともに、多孔質となって断熱・防音性を高めることができる。
【００１５】
更に、主材に対し、水溶性高分子や水性高分子エマルジョンからなる有機結合材を添加して建物用吹付材とする。このことにより、鉄骨やスレート板への吹付材の接着性が増大する。
【００１６】
このような主材に対し、更に、無機結合材としてのセメントの急結材を添加して、吹付時の垂れを防止し、吹付層の厚さを大かつ均一な建物用吹付材とする。ここで、最適な吹付材料としては、無機結合材としての無機セメントがポルトランドセメントやアルミナセメントであり、炭化物が木材チップの炭化物又は半炭化物であり、有機結合材としての水溶性高分子がポリビニールアルコール、水性高分子エマルジョンがＰＶＡｃやＥＶＡｃを主体とするエマルジョンである。
【００１７】
ここで用いる無機結合材としてのセメントは、一般的なポルトランドセメントのほか、高炉セメント、白セメント、あるいは、シリカセメント、アルミナセメント又はマグネシアセメントからなるセメント類である。これらセメント類のほか、セメント類に対して、二水石膏、半水石膏、石膏プラスターからなる石膏類、又はマグネシア、硫酸マグネシウムなどを１種以上混合して使用する。このような無機結合材は、吹付材組成物中に２０〜８０重量％、好ましくは３０〜７０重量％の範囲で添加する。添加量が８０重量％を越えると、被覆材の付着力と強度は優れているが、密度や熱伝導率が高くなって耐火性能が劣り、火災の際に組成物の応力発生が大きく、局部的に亀裂が発生しやすくなる。他方２０重量％以下では被覆材の付着力と強度が劣るので、全体に対し３０〜７０重量％の範囲で添加するのがよい。
【００１８】
炭化物としては、木炭、竹炭、各種有機廃棄物の炭化物など広範囲に利用できるが、本質的には木炭ではあるが、原料が製材屑木チップ、樹皮、オガクズなど木材廃棄物の炭化生成物の使用が好ましい。粒子径は炭化後に揃えてもよいし、炭化に先立って破砕、分別、あるいは造粒するなど炭化が容易な形状で処理する。最終的には粒子径０．１〜１０ｍｍ、好ましくは粒子径０．５〜５ｍｍ程度のものが吹付けには便利であり、かつ、吹付層の性能や均一性に優れることとなる。炭化は完全炭化物や半炭化物が使用でき、製材屑木チップ、樹皮、オガクズなど産業廃棄物の有効利用に貢献できる。炭化物の添加範囲は、吹付材中の固形分中の添加量が３〜３０重量％、好ましくは５〜２０重量％である。
【００１９】
木材チップとしては、上記の炭化原料である樹皮チップ、製材屑木チップ、オガクズ又はこれらの混合物からなり、炭化処理の原料がそのまま使用できる。したがって、粒子の形状も粒子径０．１〜１０ｍｍ、好ましくは粒子径０．５〜５ｍｍ程度のものが使用好適である。木材チップ等の添加範囲は、吹付材中の固形分中の添加量が１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３５重量％である。４０重量％以上になると可燃物の増加により耐火性の劣る吹付材となる。これらも産業廃棄物の有効利用である。
【００２０】
軽量骨材としては、大きさ４〜２００メッシュのもので、膨張あるいは未膨張されたパーライト、軽石、バーミキュライト、火山災、浮石、軽石などのような天然の鉱物質のような無機軽量骨材が好ましいが、これらと、人工的にガラス系及び鉱物質に気孔が含められるように製造した中空球体のような無機軽量骨材が好ましいが、これらと、粒状発泡ポリスチレン及び破砕発泡ポリスチレンからなる有機質骨材を単独又は２種以上混合して使用する。これら軽量骨材の相互間及び軽量骨材と鉄骨構造物の表面（又は建築物の天井及び壁面などの被着面）とを円滑に結合させる材料として、上記無機結合材を用いる。有機骨材も無機結合材のモルタル中に包含されるので、火災等の熱によって炭化が促進され、仮に燃焼しても、煙や有毒ガスの発生は皆無あるいは微少であるのでそれほど問題にしなくてもよい。
【００２１】
上述した軽量骨材は、気孔率が大かつ比重が小さくて軽いので、建築物に対する荷重負担が軽減される。また、軽量骨材は無数の小さい気孔が形成されていて熱伝導率が低く、吸音性、断熱性、及び強度の面で優れており、吹付被覆材の耐火、断熱及び吸音性能を向上させることができる。特に、パーライトや火山性軽石等無機軽量骨材は無機物であり、火災時に人体に対する有毒性ガスの発生がないので吹付材には一層有利である。
【００２２】
このような軽量骨材は、本発明の被覆組成物に６０重量％を越える量を加えると、吹付施工された被覆材の密度と熱伝導率が低くなる利点はあるが、付着力と強度が劣り、２０重量％未満では、付着力と強度は優れているが、吹付施工された被覆材の密度及び熱伝導率が高くなるため、全体に対し２０〜６０重量％、特に２５〜５５重量％の範囲で使用することが好ましい。
【００２３】
更に、主材に対し、水性高分子からなる有機結合材を添加して建物用吹付材とする。このことにより、鉄骨やスレート板への接着性が一層増大する。有機結合材は、特別な強度の発現が求められる場所に使用するものであって、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）のような水溶性高分子水溶液のほか、ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、アクリル樹脂などの水性エマルジョンのうち１種以上選択して用いる。吹付材全体の固形分に対する有機結合材の添加量は、固形分として１〜１０重量％の範囲、好ましくは２〜６重量％の範囲で使用する。
【００２４】
このような主材に対し、更に、無機セメントの急結材を添加して、吹付時の垂れを防止して、吹付層の厚さを大かつ均一な建物用吹付材とする。急結材はアルミン酸塩、炭酸塩、非結晶質のカルシウムアルミネート、硫酸アルミニウムなどのほかケイ酸ナトリウム、ケイフッ化ナトリウム、塩化カルシウム、半水石膏などである。ポルトランドセメントに対してアルミナセメントを混合しても無機結合材に急結性が付与される。すなわち、アルミナセメントはそれ自身無機結合材であると同時にポルトランドセメントの急結材でもある。急結材の添加量は吹付材全体の固形分に対し、固形分として１〜３０重量％の範囲、好ましくは２〜２０重量％の範囲で使用する。
【００２５】
ここで、最適な吹付材料の組合せとしては、無機セメントがポルトランドセメントや白セメントと称されるアルミナセメントの単独あるいはこれらの混合物であり、炭化物が木材チップの炭化物や半炭化物であり、木材チップは炭化物の原料の木チップであり、水性高分子がポリビニールアルコールあるいは水性エマルジョンである。また、これら主材に加える軽量骨材はパーライトやシラスバルーンのような軽石が好ましい。
【００２６】
本発明の鉄骨建造物用吹付材は、建造物、特に鉄骨構造をそのまま大型化した高層建造物に適用でき、建物の火災発生に際して鉄骨構造材の軟化変形や内装材の燃焼時に発生する煙や有毒ガスなどを皆無にするか極力少なくでき、火災による人的被害を最小限に食い止めることができる。もちろん、常時はこの吹付施工により鉄骨構造物に最適な断熱・結露防止効果をもたらす。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、実施例によって、本発明の鉄骨建造物用吹付材を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２８】
実施例１〜６
無機セメントにポルトランドセメント又はこれとアルミナセメントとの混合物を、炭化物に杉や檜の製材屑の混合物で粒子径１〜８ｍｍからなる木チップの炭化物又はこれとオガクズ混合炭化物を、そして、木材チップにも前記の製材屑を用いて、これらを主材とする水性スラリーを調製した。組成比及び吹付状態を表１に示す。ここで、性能評価に用いた鉄板の大きさは、５００×６００ｍｍで、厚さは５．５ｍｍである。また、付着厚さは鉄板の中央ほぼ３００×３００ｍｍの範囲に吹付けた部分の室内常温乾燥１５日後針入深さ５個所測定の平均値であり、付着性は同時点において吹付層を下にして板の反対側からハンマーで叩いて剥離状態をみたものである。断熱性はプロパンガスバーナの火炎を吹付層表面から５ｃｍ離して加熱したときに板の反対側に取り付けた高温センサの温度を測定した６０秒後の温度値である。以下の測定も同様の方法によった。ここで、断熱性の測定において、加熱後６０秒までの温度変化は図１に示すとおりで、本発明の吹付層による鉄板の温度上昇はほぼ片対数比例関係にある。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１の結果から明らかなように、木チップやオガクズの存在により鉄骨、鉄板への接着性が良好となり予想外に剥離しにくいことが判明した。スレート板は鉄板よりはるかに付着性がよいので、実験は省略した。製材廃棄物の木チップや木チップの炭化物は、吹付モルタルの増量材になるうえ、木チップからの溶出成分が接着性に寄与している可能性も考えられるが、理由は明確でない。
【００３１】
実施例７〜１２
次に、表１の無機セメント、炭化物、木材チップ混合物に加えて軽量骨材として粒径１〜６ｍｍのパーライト、シラスバルーンを混合したものを主材とする水性スラリーを実施例１と同様に調製した。組成比及び吹付状態を表２に示す。これらの軽量骨材を加えることにより吹付層の厚さが増すとともに、多孔質となって断熱・防音性を高めることができる。
【００３２】
【表２】

【００３３】
表２の結果から明らかなように、軽量骨材は一般にモルタル吹付材中に混合して用いられるし、本発明の組成物においても、吹付厚の増大に貢献している。したがって、耐火断熱性は図１にも見られるように、表１の実施例５よりも表２の実施例１１の方が優れている。
【００３４】
実施例１３〜１８
更に、表２に示す無機セメント、炭化物、木材チップに加えて、軽量骨材として粒径１〜６ｍｍのパーライトを混合したものからなる主材１００重量部に対し、水性高分子からなる有機結合材を２〜６重量部添加して建物用吹付材とした。ＰＶＡは１０％水溶液で、ＥＶＡｃエマルジョンは固形分５８％のものである。結果を表３に示す。
【００３５】
【表３】

【００３６】
表３の結果から明らかなように、有機結合材の添加により、鉄骨やスレート板への吹付材の接着性が増大している。
【００３７】
実施例１９〜２４
このような主材に対し、更に、無機結合材としてのセメントの急結材を添加して、吹付時の垂れを防止し、吹付層の厚さを大かつ均一な建物用吹付材とする。ここで、最適な吹付材料としては、表３に示す組成に対し、急結材として２号水ガラスを用いた。結果を表４に示す。
【００３８】
【表４】

【００３９】
表４の結果から明らかなように、有機結合材及び急結材の添加により、吹付時の垂れを防止し、吹付層の厚さを大かつ均一にすることができ、付着性も断熱性も格段に向上した。しかし、主材の無機結合材、炭化物及び木チップの混合物のみでも、表１のように薄い吹付層であっても有効な場合もある。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の吹付材は、建造物、特に鉄骨構造をそのまま大型化した高層建造物に適用した場合、建物の火災発生時の燃焼熱による鉄骨構造材の軟化変形や内装材の燃焼時に発生する有毒ガスなど、人的被害を大きくする要素がなく安全である。また、鉄骨構造物としての鉄骨、スレート屋根葺き、スレート壁建造物用吹付材に最適な断熱・結露防止用の吹付材となっている
【００４１】
更に、今日、産業廃棄物として処分が困難な木材チップやオガクズ等の製材屑チップ廃棄物を吹付材の一成分として有効に活用できる効果も大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱経過時間と鉄板裏面温度との関係を示すグラフである。

Claims (6)

1. 無機結合材、炭化物及び木材チップを主材とする水性スラリーからなる建物用吹付材。
2. 無機結合材、炭化物、木材チップ及び軽量骨材を主材とする水性スラリーからなる建物用吹付材。
3. 無機結合材がセメント類であり、炭化物が木材チップの炭化物又は半炭化物である請求項１又は２記載の建物用吹付材。
4. 主材に対し、更に、有機高分子からなる水性有機結合材を添加してなる請求項１ないし３のいずれか記載の建物用吹付材。
5. 水性有機高分子が、水溶性高分子あるいは水性高分子エマルジョンである請求項４記載の建物用吹付材。
6. 主材に対し、更に、無機結合材の急結材を添加してなる請求項１ないし５のいずれか記載の建物用吹付材。

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