JP2007070886A - 耐火構造体および耐火性トンネル - Google Patents

Abstract

【課題】 施工効率が良く、しかも優れた耐火性を有する耐火構造体と、該構造体によって形成した耐火性トンネルを提供する。
【手段】 構造体表面に耐火材を備え、この耐火材表面を覆うように複数の不燃板を並設した耐火構造体であって、耐火材表面と不燃板との間に空気層が形成されており、かつ不燃板側面相互の間隔が１０ｍｍ以下であることを特徴とする耐火構造体であり、例えば、構造体の不燃板が１２００℃の加熱下に５５分間曝されたときに、構造体と耐火材の境界面の最高温度が３５０℃未満である耐火構造体。
【選択図】 図２

Description

本発明は、耐火性に優れた耐火構造体に関し、より詳しくは、構造体表面を耐火材と不燃板によって覆った耐火構造において、施工効率が良く、しかも優れた耐火性を有する耐火構造体に関する。さらに、本発明は上記耐火構造によって形成した耐火性トンネルに関する。

トンネル、地下空間、ビル、タンク等の構造物の多くは、コンクリート、鋳鉄、鋼材又はこれらの二種以上を組み合わせた材料によって形成されたものが多い。これらの構造物が火災を受けると、火災の熱によって構造体の強度が低下する虞があり、強度劣化が著しい構造は長期間使用ができなくなり、さらには取り壊さざるを得ない場合もある。このため、構造物の耐火性を高めることが求められる。

構造体表面を耐火板によって覆う耐火構造が従来から知られている。しかし、構造体表面を耐火板によって覆っただけの構造では、一般に、耐火板相互の隙間が３ｍｍ以上になると耐火性が低下する。ところが、トンネル内周面は湾曲部分が多く平面部分が少ないために、耐火板相互の隙間が３ｍｍ未満となるような高い設置精度で多数の耐火板を設置するには著しく手間がかかり、施工効率が大幅に低下する。

このため、耐火板相互の隙間を耐火性目地材で閉塞する方法が知られている（例えば特許文献１、２）。しかし、耐火板相互の隙間を耐火性目地材で閉塞する方法も手間がかかるため施工効率が低く、経済性に劣る。一方、耐火板相互の間に隙間ができないようにするには、耐火板の端部が相互に噛合う構造等が考えられるが、構造が複雑になり、製造コストが嵩む問題がある。

耐火板を用いる方法に代えて、無定形の耐火材を用いて構造物表面を被覆する方法が知られている（特許文献３）。この耐火方法は多数の耐火板を設置する方法に比べて施工効率が良い。しかし、耐火性能を向上させるためには、被覆回数を多くして耐火材の被覆厚をより厚くする必要があり、耐火材の被覆から養生に至る施工を繰り返す必要があり、施工期間ないし施工時間が長くなる。
特開２００２−３４９１９６号公報 特開２００２−３０９８９７号公報 特開平９−１８８５７７号公報

本発明は、従来の上記問題を解決したものであり、構造体表面を耐火材と不燃板によって覆った耐火構造において、施工効率が良く、しかも優れた耐火性を有する耐火構造体と、該構造体によって形成した耐火性トンネルを提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を有する耐火構造体および耐火性トンネルに関する。
（１）構造体表面に耐火材を備え、この耐火材表面を覆うように複数の不燃板を並設した耐火構造体であって、耐火材表面と不燃板との間に空気層が形成されており、かつ不燃板側面相互の間隔が１０ｍｍ以下であることを特徴とする耐火構造体。
（２）構造体の不燃板が１２００℃の加熱下に５５分間曝されたときに、構造体と耐火材の境界面の最高温度が３５０℃未満である上記(１)の耐火構造体。
（３）上記不燃板が、１２００℃の高温下において、少なくとも加熱から３０分以上の間、空気層に通じる孔径１０ｍｍ以上の熱損部分を生じない材質である上記(１)または(２)に記載する耐火構造体。
（４） 上記不燃板が不燃性の内装板である上記(１)〜(３)の何れかに記載する耐火構造体。
（５） 上記(１)〜(４)の何れかに記載する耐火構造体によって形成された耐火性トンネル。

本発明の耐火構造体は、構造体表面の耐火材層を覆うように空気層を隔てて不燃板を敷き並べることによって、外気に接触する最外層の不燃層を形成しているので、火災時の高温が不燃板によって遮断され、不燃板の裏側に入り込み難いので、空気層と耐火材の二重の耐火性が充分に機能し、優れた耐火効果を発揮する。

また、本発明の耐火構造体は、不燃板相互の側面の間隔が１０ｍｍ以下であり、従来の一般的な耐火板相互の側面間隔よりも広いが、この不燃板と構造体表面の耐火材層との間に空気層が形成されているので、充分な耐火効果が得られる。このため、従来よりも不燃板の設置作業が容易であり、作業効率が良い。

本発明の耐火構造体およびこの構造体によって形成した耐火性トンネルは、トンネル内で火災が発生しても、少なくとも６０分間は耐火材と構造体表面との界面温度が充分低いので、構造体ないしトンネルの形状が維持され、その間に避難及び消火活動することができ、また、消火後は早期に再使用することが可能である。

本発明の耐火構造体は、構造体表面に耐火材を備え、この耐火材表面を覆うように複数の不燃板を並設した耐火構造体であって、耐火材表面と不燃板との間に空気層が形成されており、かつ不燃板側面相互の間隔が１０ｍｍ以下であることを特徴とする耐火構造体である。

本発明において、構造体表面の耐火材は、珪酸カルシウム板やセラミックス製耐火板等の耐火板、耐火塗料や耐火モルタル等の不定形耐火材、ブランケット等が挙げられる。施工効率の高さから、好ましくは、耐火材として不定形耐火材を用いると良い。構造体表面に耐火材を設ける方法は限定されず、耐火材の種類により適宜選定すれば良い。例えば、耐火板の場合は接着剤による貼付や取り付け金具による取り付け等があり、不定形耐火材の場合は、型枠を設置した打ち込み、ローラー塗り、塗装、吹付け、コテ塗り等があり、ブランケットの場合には、金具による取り付け、巻き付け、接着剤による貼付等がある。

この耐火材の厚さは、耐火材の耐火性能及び耐火構造体として必要な耐火性能によって定めれば良いが、一般的な材質の耐火材については、好ましくは０.５〜３０ｍｍ、より好ましくは１〜２０ｍｍの厚さが適当である。耐火材の厚さが０.５ｍｍ未満であると耐火性能が確保できない虞がある。一方、この厚さが３０ｍｍを超えると、この構造体によって形成したトンネル等の構築物の内部空間が上記厚さに応じて狭くなるので、内部空間の必要容積を得るためには大きな構築物が必要となり、コスト高を招くので好ましくない。

本発明の耐火構造体は、構造体表面の耐火材を覆うように設けた不燃板と上記耐火材との間に空気層が形成されている。この空気層の厚さは、概ね０.５〜５０ｍｍが好ましく、１〜３０ｍｍがより好ましい。空気層の厚さが０.５ｍｍ未満であると断熱性が低下する。一方、この厚さ５０ｍｍを超えると、耐火材の場合と同様に、この構造体によって形成したトンネル等の構築物の内部空間が上記厚さに応じて狭くなるので、内部空間の必要容積を得るためには大きな構築物が必要となり、コスト高を招くので好ましくない。

本発明の耐火構造体は、構造体表面の耐火材を覆うように不燃板を敷き並べて形成した不燃層を備えている。この不燃板は不燃または準不燃の材料からなる板である。例えば、セメント板、不燃性石膏ボード、珪酸カルシウム板、金属板、ホーロー板、石板、不燃性繊維シート、セラミックス板等が用いられ、これらを組み合わせたものでもよい。不燃板の厚さは不燃板の材質および耐火構造体として必要な耐火性能に基づいて定めれば良く、好ましくは０.５〜５０ｍｍ、より好ましくは１〜３０ｍｍが適当である。不燃板の厚さが０.５ｍｍ未満であると耐火性能が確保できない虞がある。一方、この厚さが５０ｍｍを超えると、この構造体によって形成したトンネル等の構築物の内部空間が上記厚さに応じて狭くなるので、内部空間の必要容積を得るためには大きな構築物が必要となり、コスト高を招くので好ましくない。特にトンネルを形成する場合には不燃板の厚さは３０ｍｍ以下が好ましい。

上記不燃板の材質は先に述べた各種材料を使用できるが、その耐火性は１２００℃の高温下において、少なくとも加熱から３０分以上の間、空気層に通じる孔径１０ｍｍ以上の熱損部分を生じない材質であるものが好ましい。この孔径より大きな熱損部分が生じると、火災時に高温の外気がこの損傷部分を通じて不燃板の裏側に入り込み、耐火性能が大幅に低下するので好ましくない。一方、不燃板が上記水準の耐火性を有すれば、構造体全体が６０分以上の耐火性能を得易くなるので好ましい。なお、熱損失部分とは、不燃板が上記高温下において火災に曝されたときに、融解や極度の軟化による落下、爆裂、昇華等によって損傷を受けた部分を云う。

更に上記不燃板は、１２００℃の高温下において、加熱から６０分以上の間、上記熱損部分を生じないものが好ましい。このような材質の不燃板を用いることによって、火災時に構造体表面と耐火性との界面の温度上昇を充分な時間抑制することができ、構造体全体の耐火性を更に高めることができる。

上記不燃板は、その側面相互の間隔が１０ｍｍ以下に設置されている。先に述べたように、構造体表面に耐火材を設けただけの従来の耐火構造では、耐火板等の設置間隔が３ｍｍ以上であると耐火性能が大幅に低下するが、本発明の耐火構造では、構造体表面に耐火材を設けると共に、さらに空気層を間にして不燃層を形成しているので、不燃板相互の側面間隔を１０ｍｍ程度に広げても優れた耐火効果を有する。具体的には、構造体の不燃板が１２００℃の加熱下に５５分間曝されたときに、構造体と耐火材の境界面の最高温度を３５０℃未満に抑制することができる。構造体と耐火材の境界面の最高温度が３５０℃以上になると、爆裂等による下地が損傷する虞或いは下地の強度が低下する虞が高まる。

空気層が無い場合、または不燃板側面相互の間隙が１０ｍｍを超える場合は、本発明のような耐火性能を有することができず、火災時に構造体と耐火材との界面温度が３５０℃以上に高くなる。本発明の構造体において、不燃板側面相互の間隙は１０ｍｍ以下であればよいが、不燃板の設置作業を容易に行うには、好ましくは２〜１０ｍｍの間隔がよく、さらに好ましくは５〜１０ｍｍの設置間隔が良い。

上記不燃板は内装板を兼ねることができる。この場合、仕上材を別途設ける手間や内装板を取り付ける手間が省けるので好ましい。特に、内装板を兼ねる不燃板が、その表面に高反射性のタイルや塗料を設けたものは、視線誘導効果が高まるので、道路トンネル側壁部や自走式立体駐車場に好適に用いることができ、この構造体によって形成したトンネルや自走式立体駐車場の安全性を高めることができる。なお、高反射性は日本工業規格（JIS Z 8741-1997「鏡面光沢度測定方法」）に規定される６０度鏡面光沢の鏡面光沢度（以下「鏡面光沢度」と云う）が６０％以上であることを云う。

本発明の耐火構造体によって耐火性トンネルを形成することができる。トンネル構築方法および種類は限定されない。例えば、セグメントを組み立てたシールドトンネルやＮＡＴＭ工法により製造された山岳トンネルでもよい。既に構築されたトンネルに対して、本発明の耐火構造体となるようにトンネル内周面に上記耐火材および上記不燃板を設置することによって、本発明の耐火性トンネルを形成することができ、また上記耐火構造体となるセグメントを製造してトンネル内に組み立てることによって本発明の耐火性トンネルを構築してもよい。

本発明の構造体は耐火性に優れているので、ビル、家屋、タンク、パイプライン、化学プラント、橋脚またはトンネル等に好適に用いることができる。特に、タンク、パイプライン、化学プラント、道路トンネル、ビルおよび家屋等の火災の危険性の高い構築物に好適に用いることができる。

［実施例１および２］
コンクリート製のトンネルを想定して、トンネル内表面となる構造体としてコンクリート製平板（寸法：1300×1300×200mm）を用い、水と練り混ぜた膨張バーミュキライトおよびポルトランドセメントを主要成分とする不定形耐火材（製品名：太平洋フェンドライトＭII、太平洋マテリアル社製品）を吹付けた後に鏝押さえを行い、コンクリート製平板上に厚さが１５mmの耐火材（寸法:900×900×15mm）を設けた。その後、金属製後施工アンカーをコンクリート製平板に設置し、耐火材と不燃板間の空気層の厚さが１８mmになるように不燃板(寸法:380×360×17mm)４枚をボルトおよびナットを用いて取付けて耐火試験体１とした。この不燃板はガラス繊維強化セメント板（厚さ８mm）に磁器質タイル（厚さ９mm、鏡面光沢度80％以上）を樹脂系接着剤で貼り付けて形成したものである。このこのとき、不燃板側面相互の間隙（目地幅）を５mmとしたものと、不燃板側面相互の間隙（目地幅）を１０mmとしたものを製造した。目地幅５mmのものを実施例１、目地幅１０mmのものを実施例２とした。本実施例で用いた不燃板は内装板を兼ね、耐火材側にガラス繊維強化セメント板、試験体外側に磁器質タイルとなるようにこの不燃板を取り付けた。試験体１の模式的な背面図を図１に、試験体１の模式的なＡ−Ａ断面図を図２に示す。

［耐火試験］
耐火試験は、耐火試験体１の不燃板と目地幅を除く部分をセラミックス繊維ブランケットで被覆し、水平耐火炉に入れ、不燃板に火炎を当てるようにして行なった。このとき用いた加熱曲線は、トンネル内の火災を想定して、ＲＡＢＴ加熱曲線（加熱開始５分後に１２００℃になるように昇温、１２００℃を５５分間保持した後、１１０分間掛けて常温まで徐冷）を用いた。また、加熱中の試験体加熱面の挙動をビデオカメラで撮影しながらモニタリングした。不燃板側面相互の間隙(目地)の中央、および不燃板の中央、これらに真上に位置する構造体と耐火材との界面部分の温度をＫ型熱電対によって測定した。各位置の最高温度、および耐火性の評価を表１に示す。耐火構造体としての評価は、コンクリートを爆裂の発生させない目安である３５０℃を耐火性の基準とし、構造体と耐火材との界面温度の最高温度が３５０℃以下であるものを耐火性有り、３５０℃を超えた場合を耐火性無しと判断した。

［実施例３］
コンクリート製トンネルの内周面に、吹付け厚さが３０mmになるように実施例１で用いた不定形耐火材を吹付け、硬化前に不定形耐火材の表面を鏝で均し、コンクリート製下地に不定形耐火材を被覆した。この時、不定形耐火材は、不定形耐火材の表面からの距離が１５mmになるようにステンレス製金網を、コンクリート製下地に取り付けた後に吹付けた。不定形耐火材を設けたトンネル構築物内周面の路肩部の壁面に、上端が１.５ｍの高さとなるように、また、不燃板側面相互の間隙(目地)が５mmとなるように実施例１と同じ不燃板を４枚横に並べて同様に取り付けた。不燃板から２０ｍ離れた位置から略トンネルの長手方向と平行に、自動車のヘッドライトを点灯したところ、自動車の運転席から不燃板をはっきりと視認できた。路肩部が視認し易いので、視線誘導効果が高く、自動車での走行が行い易いことを確認した。

［比較例１］
耐火試験体１と同様にコンクリート製平板上に同じ耐火材を設けた。耐火試験体１と同じ不燃板を２枚(１対)の目地幅が１５mmとなるように、耐火試験体１と同様に取り付け、耐火試験体（比較例１）とした。試験体１と同様に耐火試験を行った。この結果を表１に示す。耐火構造体としての評価基準は実施例１および２と同じとした。

［比較例２］
耐火試験体１と同様にコンクリート製平板上に同じ耐火材を設けた。耐火試験体１と異なり不燃板を取り付けずに耐火試験体（比較例２）とした。試験体１と同様に耐火試験を行った。この結果を表１に示す。構造体下地と耐火材との界面温度の測定位置は、耐火材の中央の真上に当る位置とした。また、耐火構造体としての評価基準は実施例１および２と同じとした。

［比較例３および４］
耐火試験体１と同様にコンクリート製平板上に同じ耐火材を設けた。耐火試験体１と異なり空気層を形成せずに不燃板を取り付けて耐火試験体（比較例３）とした。
耐火試験体１と同様にコンクリート製平板上に耐火材を設けた。耐火試験体１と異なり不定形耐火材および不燃板を用いず、厚さ２０mmのセラミックス系耐火板を構造体表面から離して取り付て空気層を形成したものを耐火試験体（比較例４）とした。耐火試験の結果を表１に示す。

［耐火試験の結果］
実施例１、２では、構造体と耐火材との界面の温度上昇が低く、目地中央真上では３００℃、３３１℃であり、不燃板中央真上では２６５℃、３００℃であり、優れた耐火性能を有している。
一方、不燃板の目地幅が大きい比較例１は、構造体と耐火材との界面の温度上昇が高く、目地中央真上の温度が３５０℃を超える。また、不燃板が無い比較例２の上記界面の温度上昇も高く、界面温度が３７７℃に達する。
比較例３は、空気層が無く、その断熱効果が無いので、構造体と耐火材との界面の温度上昇が高く、特に目地部から侵入してくる熱が直に耐火材に当たるので、この部分の温度上昇が著しい。比較例４は、構造体表面に耐火材が無いため、セラミックス系耐火板間の目地部から侵入した火炎が構造体表面に当たり、目地部真上の構造体表面の温度が著しく上昇する。

試験体１の模式的な背面図である。 試験体１の模式的なＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１−コンクリート製平板、２−不定形耐火材、３−不燃板、４−空気層、５−ガラス繊維強化セメント板、６−磁器質タイル、７−樹脂系接着剤、８−不燃板側面相互の間隙(目地幅)が５ｍｍ、９−不燃板側面相互の間隙(目地幅)が１０ｍｍ、１０−ボルト、１１−ナット、１２−Ｋ型熱電対、１３−試験体。

Claims (5)

1. 構造体表面に耐火材を備え、この耐火材表面を覆うように複数の不燃板を並設した耐火構造体であって、耐火材表面と不燃板との間に空気層が形成されており、かつ不燃板側面相互の間隔が１０ｍｍ以下であることを特徴とする耐火構造体。
   
2. 構造体の不燃板が１２００℃の加熱下に５５分間曝されたときに、構造体と耐火材の境界面の最高温度が３５０℃未満である請求項１の耐火構造体。
   
3. 上記不燃板が、１２００℃の高温下において、少なくとも加熱から３０分以上の間、空気層に通じる孔径１０ｍｍ以上の熱損部分を生じない材質である請求項１または２に記載する耐火構造体。
   
4. 上記不燃板が不燃性の内装板である請求項１〜３の何れかに記載する耐火構造体。
   
5. 請求項１〜４の何れかに記載する耐火構造体によって形成された耐火性トンネル。
   
   
   

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