JP2020016044A - コンクリート部材耐火被覆構造、及び耐火コンクリート部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、上記の事実を考慮し、火災時におけるコンクリート部材の爆裂を抑制する提供することを目的とする。【解決手段】コンクリート部材耐火被覆構造１０は、コンクリート柱２０と、コンクリート柱２０を耐火被覆する木質被覆材３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート部材耐火被覆構造、及び耐火コンクリート部材の製造方法に関する。

火災時におけるコンクリート部材の爆裂を抑制する爆裂防止構造が知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−３６０１９３号公報

特許文献１に開示された爆裂防止構造では、コンクリート部材をけい酸カルシウム板によって被覆するが、火災時におけるコンクリート部材の爆裂を抑制するためには、さらなる解決手段が求められる。

本発明は、上記の事実を考慮し、火災時におけるコンクリート部材の爆裂を抑制することを目的とする。

請求項１に記載のコンクリート部材耐火被覆構造は、コンクリート部材と、前記コンクリート部材を耐火被覆する木質被覆材と、を備える。

請求項１に係るコンクリート部材耐火被覆構造によれば、コンクリート部材は、木質被覆材によって耐火被覆される。これにより、火災時に木質被覆材が燃焼すると、炭化層が形成される。この炭化層の断熱効果によって、火災時におけるコンクリート部材の急激な温度上昇が抑制される。したがって、火災時におけるコンクリート部材の爆裂が抑制される。

また、木質被覆材は、意匠性に優れている。したがって、例えば、コンクリート部材の仕上げ材等を省略することができる。

請求項２に記載のコンクリート部材耐火被覆構造は、請求項１に記載のコンクリート部材耐火被覆構造において、前記コンクリート部材は、高強度コンクリートによって形成される。

請求項２に係るコンクリート部材耐火被覆構造によれば、コンクリート部材は、高強度コンクリートによって形成される。これにより、コンクリート部材の断面を小さくすることができる。

ここで、高強度コンクリートは、一般的なコンクリートと比較して、火災時に爆裂し易くなる。この対策として本発明では、木質被覆材によってコンクリート部材を耐火被覆する。これにより、火災時におけるコンクリート部材の爆裂を抑制することができる。

このように本発明では、コンクリート部材の断面を小さくしつつ、火災時におけるコンクリート部材の爆裂を抑制することができる。また、本発明のコンクリート部材は、同一断面の一般的なコンクリート部材と比較して、荷重支持性能が向上する。

請求項３に記載の耐火コンクリート部材の製造方法は、棒状のコンクリート部材の外周面に帯状の木質板を螺旋状に巻き付けることにより、該外周面を耐火被覆する木質被覆材を形成する。

請求項３に係る耐火コンクリート部材の製造方法によれば、棒状のコンクリート部材の外周面に帯状の木質板を螺旋状に巻き付ける。これにより、コンクリート部材の外周面を耐火被覆する木質被覆材を形成する。したがって、コンクリート部材を木質被覆材によって容易に耐火被覆することができる。

また、コンクリート部材に対する木質板の巻き重ね回数を増減することにより、木質被覆材の被覆厚を容易に調整することができる。

以上説明したように、本発明によれば、火災時におけるコンクリート部材の爆裂を抑制することができる。

一実施形態に係るコンクリート部材耐火被覆構造が適用されたコンクリート柱を示す横断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示されるコンクリート柱に対する木質板の巻き付け方法を説明する側面図である。 図４の３−３線断面図である。 図１に示されるコンクリート部材耐火被覆構造の変形例が適用されたコンクリート柱を示す側面図（立面図）である。 （Ａ）は、図１に示されるコンクリート部材耐火被覆構造の変形例が適用されたコンクリート柱の横断面図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）に示される燃え止まり層の施工過程を示すコンクリート柱の横断面図である。 図１に示されるコンクリート部材耐火被覆構造の変形例が適用された木質被覆材を示す横断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示されるコンクリート部材耐火被覆構造の変形例が適用されたコンクリート柱を示す横断面図である。

（コンクリート部材耐火被覆構造）
先ず、一実施形態に係るコンクリート部材耐火被覆構造について説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係るコンクリート部材耐火被覆構造１０は、コンクリート柱２０と、木質被覆材３０とを備えている。

（コンクリート柱）
コンクリート柱２０は、例えば、高強度コンクリートによって円柱状（棒状）に形成されている。高強度コンクリートとは、例えば、設計基準強度が８０Ｎ／ｍｍ^２以上（ＦＣ８０Ｎ／ｍｍ^２以上）のコンクリートを意味する。

なお、コンクリート柱２０は、超高強度コンクリートによって形成されても良い。超高強度コンクリートとは、例えば、設計基準強度が２００Ｎ／ｍｍ^２以上（ＦＣ２００Ｎ／ｍｍ^２以上）のコンクリートを意味する。また、コンクリート柱２０は、コンクリート部材の一例である。

（木質被覆材）
コンクリート柱２０の外周面２０Ｓは、木質被覆材３０によって耐火被覆されている。木質被覆材３０は、積層接着された帯状の木質板３２によって円筒状に形成されている。この木質被覆材３０は、後述するように、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓに螺旋状に巻き付けられている。

次に、耐火コンクリート部材の製造方法の一例について説明する。

（巻付装置）
先ず、巻付装置について説明する。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、コンクリート柱２０に帯状の木質板３２を巻き付ける巻付装置４０が示されている。巻付装置４０は、一対の固定治具４２と、一対の回転軸４４とを有している。一対の固定治具４２は、コンクリート柱２０の材軸方向の両端部（一端部２０Ａ及び他端部２０Ｂ）に取り付けられる。この一対の固定治具４２には、一対の回転軸４４がそれぞれ設けられている。

一対の回転軸４４は、円柱状のコンクリート柱２０と同軸上に配置されており、一対の固定治具４２を介してコンクリート柱２０の両端部（一端部２０Ａ及び他端部２０Ｂ）を支持している。この一対の回転軸４４を図示しない駆動原によって回転駆動することにより、コンクリート柱２０が所定方向に回転される。

（耐火コンクリート部材の製造方法）
次に、耐火コンクリート部材の製造方法について説明する。

耐火コンクリート部材の製造方法では、先ず、図２（Ａ）に示されるように、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓに木質被覆材３０の第一層Ｌ１を形成する。

具体的には、コンクリート柱２０の一端部２０Ａに帯状の木質板（木質単板）３２の端部を固定する。この状態で、コンクリート柱２０を回転させながら、木質板３２をコンクリート柱２０の一端部２０Ａ側から他端部２０Ｂ側へ移動させる。これにより、コンクリート柱２０に、帯状の木質板３２が螺旋状に巻き取られる。換言すると、コンクリート柱２０に、帯状の木質板３２を螺旋状に巻き付ける。そして、コンクリート柱２０の一端部２０Ａから他端部２０Ｂに亘って木質板３２を螺旋状に巻き付け、木質被覆材３０の第一層Ｌ１を形成する。この際、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓ又は木質板３２に接着剤を塗布し、木質板３２をコンクリート柱２０に接着（固定）する。

なお、木質板３２は、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓには、重ならないように、かつ、隙間なく巻き付けることが望ましい。また、木質板３２は、一枚板であっても良いし、合板であっても良い。

次に、図２（Ｂ）に示されるように、木質被覆材３０の第二層Ｌ２を形成する。具体的には、コンクリート柱２０を回転させながら、木質板３２をコンクリート柱２０の他端部２０Ｂ側から一端部２０Ａ側へ移動させる。これにより、木質被覆材３０の第一層Ｌ１の上に、第一層Ｌ１と交差するように帯状の木質板３２が螺旋状に巻き取られる。換言すると、木質被覆材３０の第一層Ｌ１に、当該第一層Ｌ１と交差するように帯状の木質板３２を螺旋状に巻き重ねる。そして、コンクリート柱２０の他端部２０Ｂから一端部２０Ａに亘って木質被覆材３０の第一層Ｌ１に木質板３２を螺旋状に巻き重ね、木質被覆材３０の第二層Ｌ２を形成する。この際、第一層Ｌ１又は第二層Ｌ２木質板３２に接着剤を塗布し、第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２の木質板３２を相互に接着（固定）する。

以上の手順を繰り返すことにより、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓに、複数層の木質被覆材３０を形成する。その後、木質被覆材３０の外周面３０Ｓを、例えば研磨等によって仕上げる。

このように本実施形態では、円柱状（棒状）のコンクリート柱２０の外周面２０Ｓに帯状の木質板３２を螺旋状に巻き付けることにより、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓをを耐火被覆する木質被覆材３０を形成する。したがって、コンクリート柱２０を木質被覆材３０によって容易に耐火被覆することができる。

なお、本実施形態の木質被覆材３０は、図１に示されるように、第一層Ｌ１、第二層Ｌ２、及び第三層Ｌ３の三層構造とされているが、木質被覆材は、四層構造以上とされても良いし、単層構造（一層構造）とされても良い。つまり、木質被覆材は、少なくとも第一層を有していれば良い。

また、木質被覆材３０の第一層Ｌ１に、当該第一層Ｌ１と交差するように木質板３２を螺旋状に巻き重ねることにより、第一層Ｌ１の木質板３２の目地部に第二層Ｌ２の木質板３２が重ねられる。これにより、第一層Ｌ１の木質板３２の目地部が、第二層Ｌ２の木質板３２によって覆われる。したがって、火災時に、第一層Ｌ１の木質板３２の目地部から、コンクリート柱２０側へ侵入する火災熱が低減される。したがって、コンクリート柱２０の耐火性能が向上する。

また、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓに対する木質板３２の巻き重ね回数を増減することにより、木質被覆材３０の被覆厚ｔ（図１参照）を容易に調整することができる。

（効果）
次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態のコンクリート柱２０は、高強度コンクリートによって形成されている。これにより、本実施形態では、一般的なコンクリートによってコンクリート柱を形成する場合と比較して、コンクリート柱２０の断面を小さくすることができる。

一方、高強度コンクリートは、一般的なコンクリートと比較して、火災時に爆裂し易くなる。したがって、コンクリート柱２０を高強度コンクリートで形成すると、耐火性能が問題になる可能性がある。

この対策として本実施形態では、木質被覆材３０によってコンクリート柱２０の外周面２０Ｓを耐火被覆している。これにより、火災時に木質被覆材３０が燃焼すると、炭化層が形成される。この炭化層の断熱効果によって、火災時におけるコンクリート柱２０の急激な温度上昇が抑制される。したがって、火災時におけるコンクリート柱２０の爆裂が抑制され、コンクリート柱２０の耐火性能が向上する。

このように本実施形態では、コンクリート柱２０の断面を小さくしつつ、火災時におけるコンクリート柱２０の爆裂を抑制することができる。

また、木質被覆材３０は、意匠性に優れている。したがって、例えば、コンクリート柱２０の仕上げ材等を省略することができる。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。

図３に示される変形例では、コンクリート柱２０の内部に、柱主筋（鉄筋）２２及びせん断補強筋２４が埋設されている。図４に示されるように、柱主筋２２は、例えば、コンクリート柱２０の端部から突出され、図示しない梁やスラブと接合される。このようにコンクリート柱２０に柱主筋２２等を埋設することにより、コンクリート柱２０の耐力がさらに向上する。

なお、図３には、梁やスラブが接合されるコンクリート柱２０の柱仕口部２０Ｘが示されている。この柱仕口部２０Ｘは、例えば、一般的なコンクリートによって形成される。また、図３では、コンクリート柱２０に柱主筋２２及びせん断補強筋２４が埋設されているが、せん断補強筋２４は省略可能である。

また、図４では、コンクリート柱２０の一端部２０Ａが、木質被覆材３０によって耐火被覆されていないが、コンクリート柱２０の一端部２０Ａは、木質被覆材３０によって耐火被覆されても良い。

また、図示を省略するが、コンクリート柱は、鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）であっても良い。

次に、図５（Ａ）に示される変形例では、コンクリート柱２０と木質被覆材３０との間に、燃え止まり層５０が設けられている。燃え止まり層５０は、火災時における木質被覆材３０の燃焼を停止（自然鎮火）させる層である。この燃え止まり層５０は、例えば、モルタルやグラウド、ロックウール、石こう等の耐火充填材によって形成されている。

このように、木質被覆材３０と燃え止まり層５０とを組み合わせることにより、コンクリート柱２０の耐火性能が向上する。したがって、火災時におけるコンクリート柱２０の爆裂がさらに抑制される。

ここで、燃え止まり層５０の施工方法について説明する。

図５（Ｂ）に示されるように、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓに、複数のスペーサ５２を配置する。複数のスペーサ５２は、棒状に形成されており、コンクリート柱２０の材軸方向に沿って配置される。また、複数のスペーサ５２は、コンクリート柱２０の周方向に間隔を空けて配置される。これらのスペーサ５２の上から、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓに帯状の木質板３２（図２（Ａ）参照）を螺旋状に巻き付ける。

これにより、複数のスペーサ５２によって、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓと木質被覆材３０との間に、空間５４が形成される。この空間５４に、例えば、前述した耐火充填材を充填することにより、図５（Ａ）に示されるように、燃え止まり層５０が形成される。

なお、スペーサ５２は、例えば、耐火性能を有するモルタルやグラウド等のセメント系硬化体によって形成しても良い。この場合、スペーサ５２を燃え止まり層５０として機能させることができる。

次に、図６に示される変形例では、木質被覆材６０がコンクリート柱２０（図１参照）の型枠に兼用されている。具体的には、木質被覆材６０は、円筒状に形成されている。この円筒状の木質被覆材６０は、例えば、円柱状の心材に帯状の木質板３２を螺旋状に巻き重ねた後に、心材を引く抜きことにより形成される。この木質被覆材６０の内部に、一般的なコンクリートを打設することにより、コンクリート柱２０（図１参照）が形成される。

このように木質被覆材６０を型枠として兼用することにより、火災時におけるコンクリート柱２０の爆裂を抑制しつつ、コンクリート柱２０の施工性を向上させることができる。

次に、図７（Ａ）に示される変形例では、コンクリート柱７０の断面形状が、矩形状に形成されている。つまり、コンクリート柱７０は、角柱状に形成されている。このコンクリート柱７０の外周面７０Ｓは、木質被覆材８０によって耐火被覆されている。

木質被覆材８０は、断面矩形状の筒状に形成されている。この木質被覆材８０は、例えば、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示される巻付装置４０によって、コンクリート柱７０に帯状の木質板３２を巻き付けることにより形成される。この木質被覆材８０によってコンクリート柱７０を耐火被覆することにより、上記実施形態と同様に、火災時におけるコンクリート柱７０の爆裂が抑制される。

このようにコンクリート柱の断面形状は、円形状に限らず、矩形状や三角形状以上の多角形状であっても良い。また、木質被覆材８０は、木質被覆材６０（図６参照）と同様に、コンクリート柱７０の型枠として兼用されても良い。

ここで、木質被覆材８０の角部８０Ｃは、火災時に、両側の外周面（側面）８０Ｓ１，８０Ｓ２から加熱されるため、燃焼し易くなる。そのため、コンクリート柱７０の角部７０Ｃは、他の部位と比較して、爆裂し易くなる。

この対策として図７（Ｂ）に示される変形例では、コンクリート柱２０の断面形状が円形状に形成されている。これにより、木質被覆材９０の角部９０Ｃの被覆厚ｔ１が、他の部位の被覆厚ｔ２よりも厚くなる。したがって、火災時におけるコンクリート柱２０の爆裂を抑制することができる。

なお、木質被覆材９０は、断面矩形状に形成されるとともに、中央部に円形状の貫通孔９４が形成されている。この貫通孔９４内にコンクリート柱２０が嵌め込まれている。具体的には、木質被覆材９０は、横断面視にて、左右に分割される一対の分割被覆材９２を有している。一対の分割被覆材９２は、コンクリート柱２０を両側から挟み込んだ状態で、接着剤等により互いに接合される。この一対の分割被覆材９２によって、コンクリート柱２０の外周面２０Ｓが耐火被覆されている。

なお、木質被覆材９０は、２つ（一対）に限らず、例えば、４つに分割しても良い。また、木質被覆材９０は、分割しなくても良い。また、木質被覆材９０は、木質被覆材６０（図６参照）と同様に、コンクリート柱２０の型枠として兼用されても良い。

次に、上記実施形態の木質被覆材３０は、例えば、ＬＶＬ（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｖｅｎｅｅｒ Ｌｕｍｂｅｒ）、ＣＬＴ（Ｃｒｏｓｓ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｔｉｍｂｅｒ）、集成材、製材等の木質材によって形成されても良い。また、木質被覆材３０の製造方法も適宜変更可能である。

また、木質被覆材３０の表面には、必要に応じて仕上げ材を設けても良い。

また、上記実施形態のコンクリート柱２０は、高強度コンクリートによって形成されるが、コンクリート柱２０は、一般的なコンクリート（普通コンクリート）によって形成されても良い。

また、コンクリート部材は、コンクリート柱２０に限らず、例えば、コンクリートブレースや、コンクリート梁等の棒状構造部材であっても良い。また、コンクリート部材は、例えば、コンクリート壁やコンクリート床等の面状構造部材であっても良いし、ブロック状構造部材であっても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ コンクリート部材耐火被覆構造
２０ コンクリート柱（コンクリート部材）
３０ 木質被覆材
６０ 木質被覆材
７０ コンクリート柱
７０Ｓ 外周面
８０ 木質被覆材
９０ 木質被覆材

Claims (3)

1. コンクリート部材と、
   前記コンクリート部材を耐火被覆する木質被覆材と、
   を備えるコンクリート部材耐火被覆構造。
2. 前記コンクリート部材は、高強度コンクリートによって形成される、
   請求項１に記載のコンクリート部材耐火被覆構造。
3. 棒状のコンクリート部材の外周面に帯状の木質板を螺旋状に巻き付けることにより、該外周面を耐火被覆する木質被覆材を形成する、
   耐火コンクリート部材の製造方法。