JP2020101021A

JP2020101021A - 耐火集成材

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Publication number: JP2020101021A
Application number: JP2018240105A
Authority: JP
Inventors: 正之広田; Masayuki Hirota; 秀木水落; Hideki Mizuochi
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: JP7199956B2

Abstract

【課題】コストと製作工数を低減することのできる屋外仕様の耐火集成材を提供する。【解決手段】荷重を支持する集成材からなる芯材１２と、芯材１２の外側に設けられる燃え止まり層１５と、燃え止まり層１５の外側に設けられる防水層１８と、防水層１８の外側に設けられる仕上げ材２０とを備えるようにする。燃え止まり層は、第２燃え止まり層１４と第２燃え止まり層１４の外側に設けられる第１燃え止まり層１６とを有する。防水層１８は、防水シート１８Ａからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、耐火集成材に関するものである。

木材は一般に、多くの長所を持っている。主なものとして、調湿性、衝撃安全性、断熱性、心身不調の低減、香りによるリラックス効果、子供たちの情緒安定性の向上等があげられる。また、鉄骨といった既存の部材と比較し、ＣＯ_２の削減にも効果があり、有効利用が急務となっている。特に、間伐材などから製造した単板を利用した集成材は、構造的な性能も一様になり易く、比較的安定した供給も可能であり、活用が一段と増すものと考えられる。

一方、こうした集成材をはじめとする木材の最大の弱点が燃えてしまうことである。このため、準耐火構造の壁・床・柱・梁等の木造部材は、燃え代分を見込んで燃え代設計が行われている。

さらに、１時間やそれ以上の耐火の性能が必要な耐火構造では、燃え止まることが要求されるため、基準が一段と厳しいものになる。このため、火災に面していない芯材部分の温度上昇を抑えるためにも、部材の厚みを増す方法は有効となるが、その分、大きくなる部材は、コスト高、重量増、室の有効面積の低減を誘発する方向にあった。これに対し、本出願人は、例えば特許文献１に示すような耐火集成材を既に提案している。

特許文献１の耐火集成材は、図４に示すように、荷重を支持する集成材からなる芯材１と、芯材１の外側に設けられ、吸熱性および断熱性を有する無機質材料からなる第２燃え止まり層２と、第２燃え止まり層２の外側に設けられ、加熱により増厚して断熱性を発現するシート状の第１燃え止まり層３と、第１燃え止まり層３の外側に設けられる仕上げ材４とを備えるものである。

燃え止まり層が、第１燃え止まり層３と第２燃え止まり層２とによる機能・材料の異なる２層からなり、従来のものよりもこれらの層厚を薄くしても、火災時の断熱性を確保することができ、例えば、少なくとも１時間や２時間の耐火の性能を確保可能である。また、燃え止まり層全体の厚さを薄くできるので、同じ断面積の芯材を有する耐火仕様の部材において、部材全体の断面積を小さくできる。このため、特許文献１の耐火集成材によれば、所定の耐火性能を有しつつ、部材のスリム化を図ることが可能である。

特許第６４１４６７０号公報

上記の特許文献１に記載の耐火集成材は、柱・梁の屋内用の木造部材として好適であるが、これを屋外に設置する場合、耐火集成材への雨水の浸入を防止するため、その外側に防水処理が必要となる。そこで、本発明者は、上記の特許文献１の耐火集成材の内側に防水層を形成することによって、屋外仕様の耐火集成材の構造を考案した。

一般的に、この耐火集成材を屋外仕様とする場合は、図５に示すような構造が考えられる。この構造は、芯材１と、芯材の外側に設けた第２燃え止まり層２と、第１燃え止まり層３と、下地用の木材５と、木材５の外側に設けた防水層６と、防水層６の外側に設けた仕上げ用の化粧材７とを備える。化粧材７は、木材からなり、防水層６の外側に木質感を付与するために設けられる。防水層６は、下地用の木材５の外側に設けた防水シート６Ａからなる。防水シート６Ａの外側には木製の胴縁８が設けられており、仕上げ用の化粧材７は、胴縁８の外側に設けられる。防水シート６Ａと仕上げ用の化粧材７の間には空気層９が部分的に形成される。

しかし、上記の屋外仕様の耐火集成材は、木材５を備えるため、製作にかかる材料コストと工数が増大するおそれがある。このため、コストと製作工数を低減することのできる屋外仕様の耐火集成材が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストと製作工数を低減することのできる屋外仕様の耐火集成材を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る耐火集成材は、荷重を支持する集成材からなる芯材と、芯材の外側に設けられる燃え止まり層と、燃え止まり層の外側に設けられる防水層と、防水層の外側に設けられる仕上げ材とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の耐火集成材は、上述した発明において、燃え止まり層は、芯材の外側に設けられ、吸熱性および断熱性を有する無機質材料からなる第２燃え止まり層と、第２燃え止まり層の外側に設けられ、加熱により増厚して断熱性を発現するシート状の第１燃え止まり層とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る他の耐火集成材は、上述した発明において、防水層は、防水シートからなることを特徴とする。

また、本発明に係る他の耐火集成材は、上述した発明において、仕上げ材は、防水層の外側に設けた胴縁の外側に設けられることを特徴とする。

本発明に係る耐火集成材によれば、荷重を支持する集成材からなる芯材と、芯材の外側に設けられる燃え止まり層と、燃え止まり層の外側に設けられる防水層と、防水層の外側に設けられる仕上げ材とを備える。ここで、化粧材に相当するものは防水層の外側に設けられる仕上げ材のみとなる。したがって、本発明によれば、二重の化粧材を備える耐火集成材に比べて、コストと製作工数を低減することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の耐火集成材によれば、燃え止まり層は、芯材の外側に設けられ、吸熱性および断熱性を有する無機質材料からなる第２燃え止まり層と、第２燃え止まり層の外側に設けられ、加熱により増厚して断熱性を発現するシート状の第１燃え止まり層とを有するので、所定の耐火性能と第１燃え止まり層に浸水させない防水性能を有しつつ、部材のスリム化が図られた耐火集成材を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の耐火集成材によれば、防水層は、防水シートからなるので、優れた防水性能を有し、部材のスリム化が図られた耐火集成材を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の耐火集成材によれば、仕上げ材は、防水層の外側に設けた胴縁の外側に設けられるので、より優れた防水性能を有し、部材のスリム化が図られた耐火集成材を提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る耐火集成材の実施の形態を示す概略断面図であり、（１）は燃え止まり層が２層構造の場合、（２）は燃え止まり層が１層構造の場合である。図２は、耐火性能試験の試験体および芯材表面温度の測定位置を示す図であり、（１）は平断面図、（２）は側断面図である。図３は、各部の芯材表面温度の時間変化を示す図である。図４は、従来の特許文献１の耐火集成材を示す断面図である。図５は、屋外仕様の耐火集成材の一例を示す断面図である。

以下に、本発明に係る耐火集成材の実施の形態について、燃え止まり層が第２燃え止まり層と第１燃え止まり層の２層構造の場合を例にとり、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１（１）に示すように、本実施の形態に係る耐火集成材１０は、芯材１２と、第２燃え止まり層１４と、第１燃え止まり層１６と、防水層１８と、仕上げ材２０とを備えるものであり、例えば屋外の柱として使用される。

芯材１２は、荷重を支持する集成材（木材）からなり、例えば、スギやカラマツなどの一般的な集成材で構成することができる。

第２燃え止まり層１４は、耐火性を有する被覆層であり、芯材１２の外側に設けられ、吸熱性および断熱性を有する無機質材料からなるものである。この第２燃え止まり層１４は、火災時においては、外側の第１燃え止まり層１６と、隣接する内側の芯材１２への熱の伝達を防止し、芯材１２を炭化や燃焼させない機能を持っており、芯材１２への熱伝導を抑制する作用を発揮する。第２燃え止まり層１４をなす無機質材料としては、強化石膏ボード、石膏ボード、ケイカル板（ケイ酸カルシウム板）等のボード状の材料を用いることができる。また、その厚さは、用途に応じて適宜調整可能である。厚くすると、熱伝導を抑制する効果は向上する。これらのボードは、重ねて所定の厚さにしてもよい。ここで、強化石膏ボード、石膏ボード、ケイカル板（ケイ酸カルシウム板）等の材料は、極めて安価に入手できるとともに、高い断熱性と吸熱性とを有することから、第２燃え止まり層１４として好適である。

芯材１２に対する第２燃え止まり層１４の取り付け方法は、例えば、ステープルなどの固定部材で芯材１２に打ち付ける方法、接着剤や両面テープなどを介して接着する方法、これらを併用する方法などを挙げることができるが、本発明はこれらに限るものではない。

第１燃え止まり層１６は、耐火性を有する被覆層であり、第２燃え止まり層１４の外側に設けられ、加熱により増厚して断熱性を発現するシート状のものである。この第１燃え止まり層１６は、火災時においては、その断熱性により隣接する内側の第２燃え止まり層１４への燃焼の進行を遅らせる機能を持ち、第２燃え止まり層１４への熱伝導を抑制する作用を発揮する。この第１燃え止まり層１６としては、熱を受けると発泡して著しく厚みを増し、断熱性を発現する耐火シートや耐火フィルムなどの材料を用いることができる。また、その厚さは、第２燃え止まり層１４の厚さに応じて適宜調整可能であるが、例えば、１ｍｍ〜１２ｍｍ程度とするのが好ましく、１．５ｍｍ〜６ｍｍ程度とするのがより好ましい。

第２燃え止まり層１４に対する第１燃え止まり層１６の取り付け方法は、例えば、ステープルなどの固定部材で第２燃え止まり層１４に打ち付ける方法、接着剤や両面テープなどを介して接着する方法、これらを併用する方法などを挙げることができるが、本発明はこれらに限るものではない。

このように、上記の燃え止まり層１４、１６は、耐火性を有する被覆層ということができ、外側の被覆層（第１燃え止まり層１６に相当）は内側の被覆層への燃焼の進行を遅らせる機能を持っている。また、内側の被覆層（第２燃え止まり層１４に相当）は、外側の被覆層と併せ、芯材１２への熱の伝達を防止し、芯材１２を炭化や燃焼させない機能を持つものである。

防水層１８は、第１燃え止まり層１６の外側に設けられる防水性を有する被覆層であり、防水性のシート状の防水シート１８Ａからなる。この防水シート１８Ａは、第１燃え止まり層１６が水に弱く、濡れることにより所定の耐火性能を発揮できなくなる場合に備えて設けられる。防水シート１８Ａによりその内側の第１燃え止まり層１６に浸水させないことで、結果として、第１燃え止まり層１６に所定の耐火性能を発揮させることが可能となる。なお、第１燃え止まり層１６が浸水しなければその内側の第２燃え止まり層１４や芯材１２も浸水することはない。

防水シート１８Ａは、例えばアスファルトフェルトなどの防水性を有する周知のシートあるいは防水紙で構成することができるが、本発明はこれに限るものではない。また、防水シート１８Ａの厚さは、特に限定しないが、薄型（例えば０．２ｍｍ〜３ｍｍ程度）であることが部材のスリム化を図る上で望ましい。また、防水シート１８Ａは、単層シートで構成してもよいし、複数枚のシートを積層して構成してもよい。

第１燃え止まり層１６の外側に対する防水シート１８Ａの取り付け方法は、例えば、ステープルなどの固定部材で第１燃え止まり層１６に打ち付ける方法、ブチルゴムのような自己融着性を有する材料や木工用ボンド等の接着剤、両面テープなどを介して接着する方法、これらを併用する方法などを挙げることができるが、本発明はこれらに限るものではない。

仕上げ材２０は、木材からなり、防水層１８の外側に木質感を付与するために設けられる。具体的には、この仕上げ材２０は、防水層１８をなす防水シート１８Ａの外表面（または、防水シート１８Ａの外表面に固定された胴縁２２の外表面）に設けられる。したがって、耐火集成材１０の外表面２０Ａは、この仕上げ材２０によって木質感や木目調の外観を呈している。

仕上げ材２０は、木材や集成材等の木質材料であることが望ましいが、クロス材等の建築用仕上げ材、化粧材、防火薬剤を含浸や浸透させた木質材料、木材を用いてもよい。仕上げ材２０の厚さは、例えば３ｍｍ〜３６ｍｍ程度とすることが好ましいが、もちろん、これよりも薄くして、燃え代としてほとんど機能しないように構成しても構わない。

胴縁２２は、所定厚さ（例えば厚さ１５ｍｍ以上）の木材からなり、防水シート１８Ａの外表面に沿って所定の間隔で設けられる。なお、胴縁２２は省略することもできる。省略する場合は、仕上げ材２０は防水シート１８Ａの外表面に配置される。また、図１（１）では、防水シート１８Ａの隅角部に沿って断面視でＬ字状に設けた胴縁２２を図示しているが、胴縁はこれに限るものではない。例えば、図１（１）の断面に垂直な方向に延びる縦胴縁、断面に沿う方向に延びる横胴縁を、それぞれ所定の間隔で設けてもよい。高さ方向の中間に横胴縁を設けなくてもよい。横胴縁は通気用の穴があいているのが好ましい。仕上げ材２０を、こうした胴縁を介して防水シート１８Ａの外側に設ける場合は、防水シート１８Ａと仕上げ材２０の間には、胴縁の厚さに相当する空気層２４が部分的に形成される。

胴縁を設けた場合に形成される空気層２４により、通気性が高まり、また、湿気等も除去され、仕上げ材２０は良好な状態に長く保たれる。さらに、仕上げ材２０の交換が容易になるとともに、防水シート１８Ａのメンテナンスも容易になる。こうした防水シート１８Ａや燃え止まり層１６、１４により、仕上げ材２０は、屋外に設ける場合に考慮する寸法安定性、防蟻性、防朽性（防腐性）、耐候性、溶脱防止性、止水性とともに、防炎性、難燃性、準不燃性、不燃性といった防火性等の性能を単独に、また組み合わせて持つ多様なものを使用することができる。

防水シート１８Ａに対する胴縁の取り付け方法は、例えば、ステープルや釘などの固定部材で防水シート１８Ａを貫通して芯材１２に打ち付ける方法、ブチルゴムのような自己融着性を有する材料や木工用ボンド等の接着剤、両面テープなどを介して防水シート１８Ａに接着する方法、これらを併用する方法などを挙げることができるが、本発明はこれらに限るものではない。横胴縁と縦胴縁で構成する場合には、横胴縁と縦胴縁をステープル等の連結部材で連結してもよい。

また、胴縁に対する仕上げ材２０の取り付け方法は、例えば、ステープル、釘やねじなどの固定部材で胴縁に打ち付ける方法、ブチルゴムのような自己融着性を有する材料や木工用ボンド等の接着剤、両面テープなどを介して胴縁に接着する方法、これらを併用する方法などを挙げることができるが、本発明はこれらに限るものではない。

このように、本実施の形態の耐火集成材１０によれば、化粧材に相当するものは防水層１８の外側に一重に設けられる仕上げ材２０のみとなる。したがって、本実施の形態によれば、二重の化粧材を備える耐火集成材に比べて、コストと製作工数を低減することができる。

また、燃え止まり層が、第２燃え止まり層１４と第１燃え止まり層１６とによる機能・材料の異なる２層からなり、従来のものよりもこれらの層厚を薄くしても、火災時の断熱性を確保することができ、例えば、少なくとも１時間耐火や２時間耐火の性能を確保可能である。また、燃え止まり層全体の厚さを薄くできるので、同じ断面積の芯材を有する耐火仕様の部材において、部材全体の断面積を小さくできる。したがって、本実施の形態によれば、所定の耐火性能、防水性能を有しつつ、部材のスリム化が図られた屋外仕様の耐火集成材を提供することができる。

さらに、本実施の形態によれば、耐火集成材の断面積に占める芯材による木材部分の面積を大きくすることができるので、同じ断面積の耐火仕様の部材において、特に構造上重要な芯材部分に木材を多く使用できる。しかも、本実施の形態の耐火集成材は、現場で加工が可能であるとともに、施工性が良く、木質感が損なわれない。この耐火集成材を用いれば、木造架構の自由度を高めることができる。また、第２燃え止まり層１４として、低コストで調達可能な強化石膏ボード、石膏ボード、ケイカル板（ケイ酸カルシウム板）等を使用できるため、製作コストを安価に抑えることができる。したがって、本実施の形態によれば、部材のスリム化を図ることができて、コスト高、重量増、構造材の断面積、室の有効面積の低減といった問題を解決することが可能である。

なお、上記の実施の形態では、柱を想定した場合の耐火集成材の構成について説明したが、梁についても同様に計画することができる。また、この耐火集成材の柱・梁を屋外に面する部分に設ける場合は、屋外面を本仕様として、屋内面を従来の屋内仕様として組み合わせることができる。この耐火集成材を、例えば鉄筋コンクリート製スラブや防火壁等に接する形態で使用する場合、すなわち屋外の梁や壁付き柱として使用する場合には、床スラブまたは壁である構造部材に接する部分の燃え止まり層１４、１６、防水層１８、仕上げ材２０は省略することもできる。

また、上記の実施の形態では、燃え止まり層が第１燃え止まり層１４、第２燃え止まり層１６の２層からなる場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、燃え止まり層は１層構造であってもよい。このようにしても上記と同様の作用効果を奏することが可能である。この場合の耐火集成材としては、例えば図１（２）に示すように、芯材１２の外側に設けられる燃え止まり層１５と、燃え止まり層１５の外側に設けられる防水層１８と、防水層１８の外側に設けられる仕上げ材２０とを備えたもので構成することができる。

また、上記の実施の形態では、防水層１８と仕上げ材２０との間に胴縁（胴縁２２）を設けた場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、上述したように胴縁を省略した構造であってもよい。このようにしても上記と同様の作用効果を奏することが可能である。

［耐火性能の検証］
次に、一例として、本発明に係る耐火集成材の耐火性能の実験による検証について説明する。

本検証は、柱の実大試験体を用いて標準加熱試験を行い、１時間の耐火性能を確認したものである。試験体を炉内に入れて加熱し、加熱開始後６０分において加熱停止し、その後３時間以上放置し、かつ芯材の表面温度がピークに達したことを確認するまで芯材の表面温度の時間変化を測定した。

図２に、試験に使用した実大試験体と、芯材表面温度の測定位置を示す。この図に示すように、試験体は、本発明の実施例に対応するものであり、芯材１２、第２燃え止まり層１４、第１燃え止まり層１６、防水層１８、仕上げ材２０、胴縁２２を備えている。

芯材１２には、スギ集成材を用い、第２燃え止まり層１４には、強化石膏ボード（ここでは厚さ１５ｍｍ）２枚を接合したものを用いた。第１燃え止まり層１６には、発泡系耐火シート（ここでは厚さ２ｍｍ）を用いた。防水層１８（防水シート１８Ａ）には、アスファルトフェルト４３０（厚さ０．６ｍｍ）２枚を接合したものを用いた。横胴縁２２Ａ、縦胴縁２２Ｂには、スギ製材（厚さ１５ｍｍ、幅４５ｍｍ）を用いた。仕上げ材２０には、スギ製材（厚さ１５ｍｍ）を用いた。仕上げ材２０の外表面２０Ａには、ウレタン樹脂系塗料を塗装した。

また、横胴縁２２Ａ、縦胴縁２２Ｂの連結部材２６としてステープルを用いた。防水シート１８Ａの留め付け材２８としてステープルを用いた。被覆材の留め付け材３０としてステープルを用いた。被覆材の留め付け接着剤３２として酢酸ビニル樹脂系接着剤を用いた。横胴縁２２Ａ、縦胴縁２２Ｂの留め付け接着剤３４として酢酸ビニル樹脂系接着剤を用いた。横胴縁２２Ａの留め付け材３６としてフロアー釘を用いた。仕上げ材２０の留め付け接着剤３８として酢酸ビニル樹脂系接着剤を用いた。仕上げ材２０の留め付け材４０としてステープルを用いた。

芯材表面温度の測定位置は、符号ＴＣ（数字）で示した位置とした。この位置に熱電対を設置して測定を行った。

図３に、各部の芯材表面温度の測定結果を示す。図３（１）は試験体の上段隅角部、（２）は上段側面部（横胴縁なし）、（３）は中段隅角部、（４）は中段側面部（横胴縁上端から３０ｍｍ上）、（５）は下段隅角部、（６）は下段側面部（横胴縁部）である。図３（５）、（６）に示すように、芯材表面の最高温度は、隅角部で約１７４℃、側面部で約１３６℃であった。試験終了後の芯材１２に変色・炭化は見られなかった。

したがって、本実施例の耐火集成材は、少なくとも１時間耐火性能を確保可能であることがわかる。また、燃え止まり層１４、１６全体の厚さを薄くできるので、同じ断面積の芯材１２を有する耐火仕様の部材において、部材全体の断面積を小さくできる。また、本実施例の耐火集成材は防水層１８も備えている。このため、本実施例の耐火集成材によれば、所定の耐火性能、防水性能を有しつつ、部材のスリム化を図ることが可能である。また、本実施例の耐火集成材は、化粧材に相当するものは防水層１８の外側に設けられる仕上げ材２０のみとなるので、図５のような木材５を備える耐火集成材に比べて、コストと製作工数を低減することができる。

以上説明したように、本発明に係る耐火集成材によれば、荷重を支持する集成材からなる芯材と、芯材の外側に設けられる燃え止まり層と、燃え止まり層の外側に設けられる防水層と、防水層の外側に設けられる仕上げ材とを備える。ここで、化粧材に相当するものは防水層の外側に設けられる仕上げ材のみとなる。したがって、本発明によれば、二重の化粧材を備える耐火集成材に比べて、コストと製作工数を低減することができる。

また、本発明に係る他の耐火集成材によれば、燃え止まり層は、芯材の外側に設けられ、吸熱性および断熱性を有する無機質材料からなる第２燃え止まり層と、第２燃え止まり層の外側に設けられ、加熱により増厚して断熱性を発現するシート状の第１燃え止まり層とを有するので、所定の耐火性能と第１燃え止まり層に浸水させない防水性能を有しつつ、部材のスリム化が図られた耐火集成材を提供することができる。

また、本発明に係る他の耐火集成材によれば、防水層は、防水シートからなるので、優れた防水性能を有し、部材のスリム化が図られた耐火集成材を提供することができる。

また、本発明に係る他の耐火集成材によれば、仕上げ材は、防水層の外側に設けた胴縁の外側に設けられるので、より優れた防水性能を有し、部材のスリム化が図られた耐火集成材を提供することができる。

以上のように、本発明に係る耐火集成材は、荷重を支持するための集成材からなる芯材と、この芯材の外側に設けられる燃え止まり層と、防水層とを備える屋外仕様の耐火集成材に有用であり、特に、コストと製作工数を低減するのに適している。

１０耐火集成材
１２芯材
１４第２燃え止まり層（燃え止まり層）
１５燃え止まり層
１６第１燃え止まり層（燃え止まり層）
１８防水層
１８Ａ防水シート
２０仕上げ材
２０Ａ外表面
２２胴縁
２４空気層

Claims

荷重を支持する集成材からなる芯材と、
芯材の外側に設けられる燃え止まり層と、
燃え止まり層の外側に設けられる防水層と、
防水層の外側に設けられる仕上げ材とを備えることを特徴とする耐火集成材。
燃え止まり層は、芯材の外側に設けられ、吸熱性および断熱性を有する無機質材料からなる第２燃え止まり層と、第２燃え止まり層の外側に設けられ、加熱により増厚して断熱性を発現するシート状の第１燃え止まり層とを有することを特徴とする請求項１に記載の耐火集成材。
防水層は、防水シートからなることを特徴とする請求項１または２に記載の耐火集成材。
仕上げ材は、防水層の外側に設けた胴縁の外側に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の耐火集成材。