JP3977176B2

JP3977176B2 - 耐火断熱下地材

Info

Publication number: JP3977176B2
Application number: JP2002200146A
Authority: JP
Inventors: 謙大出; 裕道加藤; 達也小野
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: JP2004044132A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火性能に優れ、かつ断熱性能に優れた屋根、壁等の下地材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
屋根下地材に求められる機能として、一般的には下記▲１▼〜▲５▼の機能が要求される。
▲１▼屋根葺材、断熱材、ルーフィング材などの下葺材、パーライトモルタル、葺土などに対する支持を行う機能
▲２▼積雪荷重および風荷重に対する支持を行う機能
▲３▼屋根葺材との緊結を行う機能
▲４▼防火、断熱、防露、遮音、吸音の各機能
▲５▼施工用足場としての機能
【０００３】
また、床面積が２０００ｍ²を超える観覧場や公会堂、床面積が合計２０００ｍ²以上の学校の体育館等のように公共性が増した建物では、屋根下地材の性能として、▲４▼の防火に関する耐火性能が絶対的に必要となる。
【０００４】
例えば、図５のように鉄骨の建物における屋根構造は、所定間隔で並ぶ母屋１上に垂木２を交差する方向に一定の間隔で並べて設け、この垂木２上に木毛セメント板３を葺設した後、木毛セメント板３の上にアスファルトルーフィング４等の防水層を設け、その上にパッド７を介して金属製の屋根葺材５を重ねて葺設する構成になっている。なお、図中６は吊子、８はシース溶接ラインを示す。
【０００５】
図５に示す構成によって、前記▲１▼〜▲３▼の要件は満足することができる。しかし、この構成では、火災時の８００〜１０００℃にも達する火熱に耐えて屋外に火炎を出さない耐火構造を得ることはできない。耐火構造にするには、鉄骨の母屋に金網下地を取り付け、この上にモルタルを塗るなどの耐火被覆を行わなければならない。また、単なる木毛セメント板を下地材とするだけでは不十分であり、火災で屋内温度が８００〜１０００℃になった場合でも、３０〜６０分くらいでは裏面のアスファルトルーフィングに着火することがないよう、裏面の温度上昇を防ぐ下地材でなければならない。
【０００６】
さらに、火災発生時に下地材の端部突き合わせ部分から外部に火炎が吹き出すことのない下地材を使用しなければならない。また、これらの屋根は、観覧場、公会堂、学校の体育館等に使われるため、充分な断熱性と耐火性を有するものでなければならない。断熱材として硬質ウレタンフォームが使用されることがあったが、硬質ウレタンフォームは３１０℃で着火するため、火災を助長してしまう。現在、下地材には木毛セメント板、高圧木毛セメント板、木片セメント板、スレート／木毛セメント積層板等の種々のものがあるが、充分な耐火性能を有し、しかも高い断熱性を有する下地材はない。
【０００７】
図６は従来の屋根下地材の一例を示す。この屋根下地材９は、厚さ２０ｍｍの木毛セメント板１１と、厚さ２０ｍｍの合板１０とがエポキシ系接着剤１２により接着されたものである。この下地材９は、図７に示すように、下地材９の側端部１３同士を突き合わせて鉄骨の垂木にドリルビス等で取り付けて施工する。
【０００８】
図７のように側端部の突き合わせ部１３を中央にした試験体を作り、木毛セメント板１１側（屋内側）からＩＳＯ−８３４の試験法で加熱し、３０分の耐火試験を行ったところ、２５分が経過して加熱温度が８１５℃になった時に、下地材９の突き合わせ部１３より火炎が吹き上げ合板に着火した。また、下地材９自体の性能を確認すべく、同じ材料構成で突き合わせ部をなくした図６に示すような試験体を作り、ＩＳＯ−８３４の３０分の耐熱試験を行った。その結果、加熱温度が８４２℃に達した時の加熱面と反対側の合板表面中央部の温度は２０６．６℃となっていた。建築基準法第２条第７号および平成１２年度建設省告示第１４３２号では、壁については加熱面以外の面のうち最も高い部分の温度が２００℃以上に上昇することがないよう定められており、可燃物の燃焼温度を最高温度２００℃、平均温度１６０℃としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
建築基準法第２条第７号（耐火構造）の規定に基づく認定に係る性能評定では、屋根に関しては屋内側より３０分加熱したときに８４２℃に至る温度に対する耐火性能が求められる。しかし、従来技術では、断熱と耐火の両性能を同時に満足させることができる屋根、壁等の下地材は存在しなかった。
【００１０】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、優れた断熱性能と耐火性能を併有する耐火断熱下地材を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため、ＩＳＯ−８３４の耐火試験において、屋内側からの加熱により６０分で９４５℃になる加熱を行っても、屋外に火炎を出す原因となる亀裂その他の損傷を生じず、特に下地材の端部同士の繋ぎ部より火炎が屋外側へ噴出することのない耐火断熱下地材を得るべく鋭意検討を行った。
【００１２】
本発明は、上記検討の結果なされたもので、下記（１）〜（３）に示す耐火断熱下地材を提供する。
（１）屋根、壁等の下地材であって、板状の無機フォームと、該無機フォームの支持体として機能する取付板とを、無機系の接着剤により積層してなり、前記無機フォームが、結石性無機成分、アルカリ性領域で前記結石性成分の硬化をする水含有第２成分、耐火性付与第３成分および発泡性成分を含む成形材料を発泡させたもの（Ｂ組成の無機フォーム）であり、前記Ｂ組成の無機フォームにおいて、結合性無機成分がアルミナセメント、メタカオリンおよびポルトランドセメントからなる群から選ばれた少なくとも１つであり、アルカリ性領域で結石性成分の硬化をする水含有第２成分が１モルのＫ _２Ｏおよび／またはＮａ _２Ｏ当たり１〜３モルの二酸化珪素を有する金属珪酸塩溶液であり、耐火性付与第３成分が金属水和物であり、発泡性成分が過酸化水素水であり、前記Ｂ組成の無機フォームの成形材料における各成分の配合量は、結石性無機成分１００重量部に対し、水含有第２成分が１５０〜４５０重量部、耐火性付与第３成分が５０〜３００重量部、発泡性成分が５〜５０重量部であることを特徴とする耐火断熱下地材。
（２）前記無機フォームは、前記Ｂ組成の無機フォームと、結石性無機成分、アルカリ性領域で結石性成分の硬化をする水含有第２成分および発泡性成分を含む成形材料を発泡させたＨ組成の無機フォームとを組み合わせた積層構造を有することを特徴とする（１）の耐火断熱下地材。
（３）前記無機フォームおよび取付板が同じ幅、長さを有し、これら無機フォームおよび取付板を幅方向、長さ方向とも所定距離ずらして積層することにより、幅方向両端部および長さ方向両端部にそれぞれ継ぎ手部が形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の耐火断熱下地材。
【００１７】
本発明の耐火断熱下地材は、無機フォームと取付板とを無機系の接着剤により積層したので、これら無機フォーム、取付板および無機系の接着剤の相乗作用により、優れた断熱性能と耐火性能を併有する。また、無機フォームの支持体として機能する取付板を無機フォームに積層したので、この取付板を利用して鉄骨等の施工箇所にドライブビス等を用いて容易に取り付けることができる。
【００１８】
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明の耐火断熱下地材は、無機フォームの支持体として機能する取付板を有している。この取付板は、該取付板を鉄骨等の施工箇所にドライブビス等の固定用部材を用いて取り付けることにより、耐火断熱下地材が施工箇所にしっかりと取り付けられるものであればよい。取付板の材質に特に限定はないが、高圧木毛セメント板、木片セメント板、木毛セメント板および合板から選ばれる１種、または２種以上の積層板であることが適当である。
【００１９】
次に、無機フォームについて説明する。本発明において、無機フォームは、結石性無機成分、アルカリ性領域で前記結石性成分の硬化をする水含有第２成分、耐火性付与第３成分および発泡性成分を含む成形材料を発泡させた耐火性能の高いもの（Ｂ組成の無機フォーム）であることが好ましい。無機フォームとしてＢ組成のものを用いた場合、Ｂ組成の無機フォームは高温時に含有する結晶水を放出し、さらに気化熱を奪うため、より優れた耐火性能、耐熱性能、断熱性能を有する耐火断熱下地材を得ることができる。
【００２０】
また、上記Ｂ組成の無機フォームにおいて、結合性無機成分がアルミナセメント、メタカオリンおよびポルトランドセメントからなる群から選ばれた少なくとも１つであり、アルカリ性領域で結石性成分の硬化をする水含有第２成分が１モルのＫ₂Ｏおよび／またはＮａ₂Ｏ当たり１〜３モルの二酸化珪素を有する金属珪酸塩溶液であり、耐火性付与第３成分が金属水和物であり、発泡性成分が過酸化水素水であることが好適である。ここで、結石性無機成分にアルミナセメント、メタカオリン、ポルトランドセメントを用いているのは、アルミナセメントは硬化反応を早くする効果、ポルトランドセメントは長期の圧縮強度向上効果、メタカオリンはポゾラン反応によるポルトランドセメントの組織強化効果を有するためである。
【００２１】
上記Ｂ組成の無機フォームにおける各成分の配合量は、結石性無機成分を１００重量部に対し、アルカリ性領域で前記結石性成分の硬化をする水含有第２成分を１５０〜４５０重量部、耐火性付与第３成分を５０〜３００重量部、発泡性成分を５〜５０重量部とすることが適当である。結石性無機成分１００重量部に対し水含有第２成分を１５０〜４５０重量部としているのは、１５０重量部より少ないと硬化反応に必要なアルカリ量が不足して製造時に硬化不良が発生しやすく、４５０重量部を超えると得られる無機フォームの耐水性が悪くなるからである。耐火性付与第３成分を５０〜３００重量部としているのは、５０重量部より少ないと得られる無機フォームの十分な耐火性が得られず、３００重量部を超えると無機フォームが硬化しにくくなるからである。発泡性成分を５〜５０重量部としているのは、５重量部より少ないと十分な発泡倍率（断熱性）が得られず、５０重量部より多いと気泡の破れが多くなりすぎ、無機フォームの強度が低下するからである。
【００２２】
より具体的には、Ｂ組成の無機フォームは、例えば、結合性無機成分としてアルミナセメント、メタカオリンおよびポルトランドセメントから選ばれるもの、好ましくはこれら３種全てを適宜割合で１００重量部、アルカリ性領域で結石性成分の硬化をする水含有第２成分として１モルのＫ₂Ｏおよび／またはＮａ₂Ｏ当たり１〜３モルの二酸化珪素を有する金属珪酸塩溶液を１５０〜４５０重量部、耐火性を付与するための第３成分として結晶水を有する水酸化アルミニウムおよび／または結晶水を有する水酸化マグネシウムを５０〜３００重量部、および発泡剤として過酸化水素水（１０〜２０％濃度）を５〜５０重量部使用して成形材料を調製し、この成形材料を発泡成形後、加熱硬化乾燥して得ることができる。
【００２３】
本発明では、無機フォームをＢ組成１層としてもよいが、多層からなる積層構造を有するものとし、少なくとも１層の無機フォームは前記Ｂ組成の無機フォーム、他層の無機フォームは結石性無機成分、アルカリ性領域で結石性成分の硬化をする水含有第２成分および発泡性成分を含む成形材料を発泡させた断熱性能の高いもの（Ｈ組成の無機フォーム）とすることができる。このようにＢ組成の無機フォームとＨ組成の無機フォームとを組み合わせた場合には、Ｂ組成の無機フォームで耐火性能を向上させ、Ｈ組成の無機フォームで断熱性能を向上させることにより、無機フォームの総厚さを薄くすることができる。
【００２４】
上記Ｈ組成の無機フォームにおいては、結合性無機成分がアルミナセメント、フライアッシュ、活性アルミナおよびポルトランドセメントからなる群から選ばれた少なくとも１つであり、アルカリ性領域で結石性成分の硬化をする水含有第２成分が１モルのＫ₂Ｏおよび／またはＮａ₂Ｏ当たり１〜３モルの二酸化珪素を有する金属珪酸塩溶液であり、発泡性成分が過酸化水素水（好適には１０〜２０％濃度）であることが適当である。ここで、結石性無機成分をアルミナセメント、フライアッシュ、活性アルミナ、ポルトランドセメントとしているのは、アルミナセメントで硬化反応を早め、ポルトランドセメントで長期の圧縮強度を確保し、フライアッシュ、活性アルミナでポゾラン反応によるポルトランドセメントの組織強化と、組成の混合時、発泡時の流動性向上を図るためである。なお、フライアッシュは火力発電所の廃材であり、産業廃棄物として処理に困っているものであるが、Ｈ組成ではこのようなフライアッシュを有効に利用することができる。
【００２５】
また、Ｈ組成の無機フォームにおける各成分の配合量は、結石性無機成分を１００重量部、アルカリ性領域で前記結石性成分の硬化をする水含有第２成分を１００〜２００重量部、発泡性成分を５〜５０重量部とすることが適当である。
【００２６】
本発明において、Ｂ組成の無機フォームとＨ組成の無機フォームとを組み合わせて無機フォームを形成する場合、例えば下記に示す積層構造を採ることができるが、これらに限定されるものではない。
▲１▼屋外側Ｂ組成、屋内側Ｈ組成よりなる２層構造
▲２▼屋外側Ｈ組成、屋内側Ｂ組成よりなる２層構造
▲３▼屋外側Ｂ組成、中央Ｈ組成、屋内側Ｂ組成よりなる３層構造
▲４▼屋外側Ｈ組成、中央Ｂ組成、屋内側Ｈ組成よりなる３層構造
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る耐火断熱下地材を示す斜視図である。本例の耐火断熱下地材１８は、高圧木毛セメント板（取付板）１４と板状の無機フォーム（Ｂ組成）１５とを無機系接着剤１６により積層したものである。無機フォーム１５は、無機硬化反応により堅く硬化しており、この点でそれ自体が耐熱性を有するばかりでなく、結晶水を有する水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムを含有することにより、この無機フォーム１５が積層された耐火断熱下地材１８は全体として著しい耐火性能を発揮する。本例の耐火断熱下地材１８の無機フォーム１５を屋内側に配置し、屋内側より火災が発生した場合、加熱された無機フォーム１５が結晶水を放出し、気化熱を奪うことにより、高圧木毛セメント板１４へ伝わる火災による熱を著しく減ずることができる。また、無機フォーム１５の断熱性、高圧木毛セメント板１４の断熱性により、その上のアスファルトルーフィングに伝わる熱を著しく下げることができる。そして、無機フォーム１５単体ではドリルビスによる鉄骨への取り付けはできないが、本例では高圧木毛セメント板１４が耐火断熱下地材１８を施工箇所に取り付ける際の支持体として機能するため、木毛セメント板１４により耐火断熱下地材１８を鉄骨にしっかりと取り付けることができるようになる。
【００２９】
本例の耐火断熱下地材１８を作製し、下記試験を行った。この場合、高圧木毛セメント板１４としては、厚さ２０ｍｍ、嵩密度０．９５ｇ／ｃｍ³、重さ１８．５ｋｇ／ｍ²のもの（竹村工業株式会社製ＴＳボード）を用い、無機系接着剤１６としてはモルタルを用いた。
【００３０】
また、Ｂ組成の無機フォーム１５の成形材料の組成は下記の通りとした。この無機フォーム１５の厚さは２０ｍｍ、密度は４４０ｋｇ／ｍ³、熱伝導率は０．１２８ｋｃａｌ／ｍｈ℃であった。
・結石性無機成分として
アルミナセメント７．３重量％
メタカオリン４．４重量％
ポルトランドセメント２．７重量％
・アルカリ性領域内で結石性成分の硬化をする水含有第２成分として
水ガラス４０．０重量％
・耐火性能付与第３成分として
水酸化アルミニウム２３．８重量％
・発泡性成分として
過酸化水素水３．９重量％
・無機フィラー１５．８重量％
【００３１】
２枚の本例の耐火断熱下地材１８の側端面同士を突き合わせ、突き合わせ部を中央にした試験体を作製し、ＩＳＯ−８３４の試験法で３０分の耐火試験を行った。この場合、無機フォーム１５側から加熱を行った。その結果、３０分経過時に加熱温度は８４２℃に達していたが、高圧木毛セメント板１４の加熱面と反対側の中央部の温度は３８℃と低い温度であった。すなわち、突き合わせ部よりの熱の通過が、Ｂ組成中の水酸化アルミニウムが結晶水を放出し、気化熱を奪うことにより防げられている。本例の耐火断熱下地材１８の熱貫流率はＫ＝２．８９ｋｃａｌ／ｍ²ｈ℃であった。
【００３２】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２に係る耐火断熱下地材を示す斜視図である。本例では、厚さ６０ｍｍの板状のＨ組成の無機フォーム１７を作り、図２のような積層品を作製した。具体的には、厚さ２０ｍｍの高圧木毛セメント板（取付板）１４、厚さ６０ｍｍのＨ組成の無機フォーム１７、厚さ２０ｍｍのＢ組成の無機フォーム１５を無機系接着剤１６で接着して本例の耐火断熱下地材１８を作製した。
【００３３】
本例におけるＢ組成の無機フォーム１５の成形材料の組成は実施例１と同様である。また、Ｈ組成の無機フォーム１７の成形材料の組成は下記の通りである。本例におけるＨ組成の無機フォーム１７の密度は２７０ｋｇ／ｍ³、熱伝導率は０．０８４ｋｃａｌ／ｍｈ℃であった。
・結石性無機成分として
アルミナセメント１１．０重量％
フライアッシュ８．５重量％
活性アルミナ５．９重量％
ポルトランドセメント２．７重量％
・アルカリ性領域内で結石性成分の硬化をする水含有第２成分として
水ガラス３６．０重量％
・発泡性成分として
過酸化水素水６．５重量％
・無機フィラー２４．３重量％
【００３４】
本例の耐火断熱下地材１８は、熱貫流率Ｋ＝０．９４ｋｃａｌ／ｍ²ｈ℃の優れた断熱材となっている。
【００３５】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３に係る耐火断熱下地材を示す斜視図である。本例の耐火断熱下地材１８は、同じ幅、長さを有する高圧木毛セメント板（取付板）１４と無機フォーム（Ｂ組成）１５とを、幅方向、長さ方向とも所定距離ずらして無機系接着剤（モルタル）１６で積層することにより、幅方向両端部および長さ方向両端部にそれぞれ継ぎ手部を形成し、隣接する耐火断熱下地材１８の横方向、縦方向の接続時に継ぎ手構造で接続できる積層体となっている。すなわち、長さ方向には長さ方向凸継ぎ手部２０を作り、長さ方向凹継ぎ手部２１と嵌めあえる構造となっている。幅方向には幅方向凸継ぎ手部２２を作り、幅方向凹継ぎ手部２３と嵌めあえる構造となっている。高圧木毛セメント板１４は厚さ２０ｍｍ、無機フォーム１５は厚さ２０ｍｍとした。耐火断熱下地材１８を鉄骨に貼って行くときに、単なる突き合わせであると火災時に突き合わせ部から熱が裏側へ伝わり易い。実施例３の場合は、耐火断熱下地材料の切れ目をなくし、熱が裏側へ伝わりにくいようにしている。
【００３６】
耐火試験のため、図４のように１個所の継ぎ手部２４を中央に設けた試験体を作り、ＩＳＯ−８３４の試験を行った。この場合、無機フォーム１５の側から加熱を行い、６０分で９４６℃まで加熱した。このときの木毛セメント板１４の反加熱側の表面中央部温度は４２℃であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る耐火断熱下地材は、優れた断熱性能と耐火性能を併有し、しかも鉄骨等の施工箇所にドライブビス等を用いて容易に取り付けることができるものである。より具体的には、本発明に係る耐火断熱下地材は、下記に示すような効果を奏する。
▲１▼鉄骨等にドライブビス等で容易に取り付けられる。
▲２▼ＩＳＯ−８３４の６０分でほぼ１０００℃（９４６℃）に加熱する耐火試験では、反対面の温度も５０℃以下の低温に抑えられる。すなわち、建築基準の火災時の屋根に対する屋内側からの３０分で８４２℃までの加熱に耐えられるばかりでなく、６０分で１０００℃（９４６℃）までの加熱に耐えることができる。
▲３▼Ｂ組成の無機フォームの厚さを調整すれば、さらに高レベルの耐火性能を実現できる（ＩＳＯ−８３４の加熱で１２０分で１０２９℃に耐えることもできる）。
▲４▼施工時の取り付け方や火災時の状況によっては、下地同士の接合部から熱が突き上げることがあるため、耐火性を向上した接合部が得られる。
▲５▼断熱性能において熱貫流率ｋ＝１ｋｃａｌ／ｍ²ｈ℃以下を容易に実現できる屋根、壁の下地材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る耐火断熱下地材を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例２に係る耐火断熱下地材を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例３に係る耐火断熱下地材を示す斜視図である。
【図４】耐火試験用の試験体の一例を示す斜視図である。
【図５】従来の鉄骨の建物における屋根構造の一例を示す斜視図である。
【図６】従来の屋根下地材の一例を示す斜視図である。
【図７】耐火試験用の試験体の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１母屋
２垂木
３木毛セメント板
４アスファルトルーフィング
５屋根葺材
６吊子
７パッド
８シース溶接ライン
９屋根下地材
１０合板
１１木毛セメント板
１２エポキシ系接着剤
１３突き合わせ部
１４高圧木毛セメント板（取付板）
１５無機フォーム（Ｂ組成）
１６無機系接着剤
１７無機フォーム（Ｈ組成）
１８耐火断熱下地材
２０長さ方向凸継ぎ手部
２１長さ方向凹継ぎ手部
２２幅方向凸継ぎ手部
２３幅方向凹継ぎ手部
２４継ぎ手部

Claims

屋根、壁等の下地材であって、板状の無機フォームと、該無機フォームの支持体として機能する取付板とを、無機系の接着剤により積層してなり、前記無機フォームが、結石性無機成分、アルカリ性領域で前記結石性成分の硬化をする水含有第２成分、耐火性付与第３成分および発泡性成分を含む成形材料を発泡させたもの（Ｂ組成の無機フォーム）であり、前記Ｂ組成の無機フォームにおいて、結合性無機成分がアルミナセメント、メタカオリンおよびポルトランドセメントからなる群から選ばれた少なくとも１つであり、アルカリ性領域で結石性成分の硬化をする水含有第２成分が１モルのＫ _２Ｏおよび／またはＮａ _２Ｏ当たり１〜３モルの二酸化珪素を有する金属珪酸塩溶液であり、耐火性付与第３成分が金属水和物であり、発泡性成分が過酸化水素水であり、前記Ｂ組成の無機フォームの成形材料における各成分の配合量は、結石性無機成分１００重量部に対し、水含有第２成分が１５０〜４５０重量部、耐火性付与第３成分が５０〜３００重量部、発泡性成分が５〜５０重量部であることを特徴とする耐火断熱下地材。
前記無機フォームは、前記Ｂ組成の無機フォームと、結石性無機成分、アルカリ性領域で結石性成分の硬化をする水含有第２成分および発泡性成分を含む成形材料を発泡させたＨ組成の無機フォームとを組み合わせた積層構造を有することを特徴とする請求項１に記載の耐火断熱下地材。
前記無機フォームおよび取付板が同じ幅、長さを有し、これら無機フォームおよび取付板を幅方向、長さ方向とも所定距離ずらして積層することにより、幅方向両端部および長さ方向両端部にそれぞれ継ぎ手部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の耐火断熱下地材。