JP4322704B2

JP4322704B2 - 耐火被覆材

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Publication number: JP4322704B2
Application number: JP2004050615A
Authority: JP
Inventors: 圭一加藤
Original assignee: Kikusui Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Kikusui Kagaku Kogyo KK
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2005240391A

Description

本発明は、火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材に関するものである。

従来、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材としては、ロックウール、軽量セメントモルタル等の吹付け、セラミックファイバーブランケット等の巻き付け、ＡＬＣ板、ケイ酸カルシウム板等の板部材による囲い込み等が行われてきた。しかし、これらの耐火被覆材は１時間の火災から鉄骨を保護するために必要な被覆厚が３０〜５０ｍｍと厚く、建築物の美観、施工性の向上、有効スペースの確保等の観点からより薄い被覆厚の耐火被覆材が求められてきた。

より被覆厚を薄くする技術として、水酸化アルミニウム等のように結晶水を有する吸熱物質と軽量骨材とをセメント、石膏等の水硬性材料により固化させた耐火被覆材がある（例えば、特許文献１参照。）。これらの耐火被覆材は１時間の火災から鉄骨構造体を保護するために必要な被覆厚が１５〜２０ｍｍ前後であり、被覆厚の薄さは十分とは言えない。

また、合成樹脂、リン系難燃剤、メラミン系化合物、多価アルコール系炭化層形成剤を含有し、火災時の燃焼熱により発泡、断熱層を形成する耐火塗料と呼ばれる耐火被覆材がある（例えば、特許文献２参照。）。これらの耐火被覆材は１時間の火災から鉄骨構造体を保護するために必要な被覆厚が１〜５ｍｍと薄膜であるが、塗料と呼ぶには被覆厚が厚すぎるという問題があった。

特公平２−２８５５５号公報（第２〜３頁）特開平９−７１７５２号公報（第２〜３頁）

解決しようとする問題点は、火災時の燃焼熱によって、該燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材において、所定の耐火性能を得るための被覆厚が厚い点である。

請求項１に記載の発明は、火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材において、該耐火被覆材が、結合材として無機水和固化材を含有し、脱水吸熱剤として、結晶水を含有し、硫酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、硝酸から選ばれる１または２以上の物質と金属元素との塩を単独にて、あるいは２以上を混合して含有し、更に、水和吸熱剤として、Ｈ_３ＢＯ_３、ＣａＯＣｌ_２、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_５、ＢｅＣｌ_２、ＫＣＮ、Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７、Ｍｎ（ＮＯ_３）_２、ＮａＢＯ_２、ＫＭｎＯ_４、ＫＣｌＯ_３、ＫＢｒＯ_３、Ｂａ（ＮＯ_３）_２、（ＮＨ_４）_２Ｓ_２Ｏ_８、ＫＮＯ_３、（ＮＨ_４）_３ＰＯ_４から選択される１または２以上の物質を含有し、前記脱水吸熱剤と前記水和吸熱剤との合計量が前記耐火被覆材全体に占める混合割合が３０〜９０重量％であって、前記脱水吸熱剤と前記水和吸熱剤との混合割合は脱水吸熱剤１００重量部に対して水和吸熱剤５０〜２００重量部であることを最も主要な特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、水和吸熱剤が、Ｈ _３ＢＯ _３、ＣａＯＣｌ _２、Ｎａ _２Ｓ _２Ｏ _５から選択される１または２以上の物質であることを最も主要な特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記無機水和固化材が、ポルトランドセメント、アルミナセメント、石灰混合セメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、メーソンリーセメント、高硫酸塩スラグセメント等のセメントであって、パーライト、バーミキュライト、シラスバルーンから任意に選択される無機軽量骨材を含有する

請求項１に記載の発明の耐火被覆材によれば、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材において、所定の耐火性能を得るための被覆厚が薄いという利点がある。

請求項２に記載の発明の耐火被覆材によれば、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材において、所定の耐火性能を得るための被覆厚が薄いという利点がある。

請求項３に記載の発明の耐火被覆材によれば、請求項１又は請求項２に記載の効果に加え、火災時の燃焼熱にさらされても十分な強度を保つ耐火被覆材を得ることができるという利点がある。

以下、本発明を具体化した実施形態について説明する。
本発明の耐火被覆材は脱水吸熱剤と水和吸熱剤とを含有することが必要であり、その組成は、例えば以下のようなものである。

（第１実施形態）
耐火被覆材の組成例１：脱水吸熱剤としてのＫＡｌ（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏ：１００重量部、水和吸熱剤としてのＨ_３ＢＯ_３：１００重量部、結合材としての普通ポルトランドセメント：１００重量部、軽量骨材としてのパーライト：１００重量部、粉末樹脂：５重量部、アクリル繊維：１０重量部、増粘剤：５重量部、充填材としての炭酸カルシウム：１００重量部。

前記脱水吸熱剤とは、火災時の燃焼熱により水を発生して吸熱する物質をいう。また、前記水和吸熱剤とは、水に溶解する際に吸熱を伴う物質をいう。耐火被覆材が脱水吸熱剤と水和吸熱剤とを含有することにより、鉄骨構造の温度上昇を効果的に抑制することができる。従って、耐火被覆材の被覆厚を低減することができる。

前記脱水吸熱剤には例えば、ＫＡｌ（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏ、ＦｅＮＨ_４（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏ、（ＮＨ４）_２ＳＯ_４・Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・２４Ｈ_２Ｏ等のミョウバン、Ｎａ_２ＳＯ_４・１０Ｈ_２Ｏ、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＺｎＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、Ｎａ_２ＳＯ_３・７Ｈ_２Ｏ、ＣｏＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ、ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３・５Ｈ_２Ｏ、ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ、ＦｅＳＯ_４（ＮＨ_２）ＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ、ＭｇＳＯ_４・５ＭｇＯ・８Ｈ_２Ｏ、Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・１８Ｈ_２Ｏ等の硫酸塩、Ｎａ_３ＰＯ_４・１２Ｈ_２Ｏ、Ｎａ_４Ｐ_２Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ等のリン酸塩、ＮａＢ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ等のホウ酸塩、Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ等の炭酸塩、Ａｌ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ、Ｚｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、Ｃｏ（ＮＯ_３）・６Ｈ_２Ｏ等の硝酸塩、ＭｇＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ、ＣｏＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ等の塩化物、Ｚｒ（ＯＨ）_４、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｚｎ（ＯＨ）_２等の水酸化物、ＳｉＯ_２・ｘＨ_２Ｏ（ｘは任意の数）、Ａｌ_２Ｏ_３・ｍＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ＋Ａｌ（ＯＨ）_３（ｍ，ｎは任意の数）等のシリカゲル、Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２以上を混合して用いても良い。また無水塩の状態で使用し、施工時に水と混練することにより結晶水を含有させても良い。

前記脱水吸熱剤は結晶水を含有し、硫酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、硝酸から選ばれる１または２以上の物質と金属元素との塩であることが好ましく、緩やかな反応をすることから硫酸、リン酸、ホウ酸から選ばれる１または２以上の物質と金属元素との塩であることがより好ましい。硫酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、硝酸金属元素との塩は分子構造中に３〜７の酸素原子を含有しているため、分子内部の電荷の偏りが大きく、結晶水を数多く配位することができる。そのため、火災時の燃焼熱によって発生する水分量が多くなる。このことにより、水和吸熱剤が溶解するのに十分な水分量を供給することができる。また、結晶水を数多く配位していることにより、吸熱量が大きいため、鉄骨構造の温度上昇を効果的に抑制することができる。従って、耐火被覆材の被覆厚をより低減することができる。

前記結晶水を含有し、硫酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、硝酸から選ばれる１または２以上の物質と金属元素との塩である脱水吸熱剤としては例えば、ＫＡｌ（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏ、ＦｅＮＨ_４（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏ、（ＮＨ４）_２ＳＯ_４・Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・２４Ｈ_２Ｏ等のミョウバン、Ｎａ_２ＳＯ_４・１０Ｈ_２Ｏ、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＺｎＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、Ｎａ_２ＳＯ_３・７Ｈ_２Ｏ、ＣｏＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ、ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３・５Ｈ_２Ｏ、ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ、ＦｅＳＯ_４（ＮＨ_２）ＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ、ＭｇＳＯ_４・５ＭｇＯ・８Ｈ_２Ｏ、Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・１８Ｈ_２Ｏ等の硫酸塩、Ｎａ_３ＰＯ_４・１２Ｈ_２Ｏ、Ｎａ_４Ｐ_２Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ等のリン酸塩、ＮａＢ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ等のホウ酸塩、Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ等の炭酸塩、Ａｌ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ、Ｚｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、Ｃｏ（ＮＯ_３）・６Ｈ_２Ｏ等の硝酸塩等が挙げられる。

前記金属元素は典型金属元素であることが好ましく、表１に示す元素周期表の第２周期〜第４周期の元素であることがより好ましく、１Ａ族又は２Ａ族であることが最も好ましい。典型金属元素は電気陰性度が小さいため、分子内部の電荷の偏りがより大きくなるため、結晶水をより多く配位することができる。このことにより、水和吸熱剤が溶解するのに十分な水分量を供給することができる。また、結晶水を数多く配位していることにより、吸熱量が大きいため、鉄骨構造の温度上昇を効果的に抑制することができる。従って、耐火被覆材の被覆厚をより低減することができる。

主な脱水吸熱剤が火災時の燃焼熱により水を発生する際の吸熱量を表２に示す。

前記水和吸熱剤としては、例えば、Ｈ_３ＢＯ_３、ＣａＯＣｌ_２、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_５、ＢｅＣｌ_２、ＫＣＮ、Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７、Ｍｎ（ＮＯ_３）_２、ＮａＢＯ_２、ＫＭｎＯ_４、ＫＣｌＯ_３、ＫＢｒＯ_３、Ｂａ（ＮＯ_３）_２、（ＮＨ_４）_２Ｓ_２Ｏ_８、ＫＮＯ_３、（ＮＨ_４）_３ＰＯ_４等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２以上を混合して用いても良い。これらのうち、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）を用いることにより、単位モル当たりの吸熱量が大きいため、より被覆厚を低減することができる。

前記水和吸熱剤と水とを混合した場合に生ずる吸熱量を表３に示す。

前記脱水吸熱剤の粒子径は好ましくは１０〜２０００μｍ、より好ましくは５０〜１０００μｍ、最も好ましくは１００〜５００μｍである。この範囲にあるとき、耐火被覆材中に偏在することなく均一に存在させることができるため、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から発生した水分に水和吸熱剤が接触し、溶解する確率を向上させることができる。粒子径が５０〜１０００μｍの場合には、粒子径が適度な大きさであるため、脱水吸熱剤全体がその結晶水を脱離する温度に達するまで、適度な時間差が生じ、徐々に結晶水を放出することができ、水蒸気の発生による急激な体積膨張を抑制するので、ひいては耐火被覆材のひび割れを抑制することができる。

前記脱水吸熱剤の粒子径が１０μｍ未満の場合には、粒子径が小さすぎて、脱水吸熱剤内部にまで一気に熱が伝わるため、脱水吸熱剤中の結晶水が一度に脱離して体積を急膨張させるおそれがある。そのため、耐火被覆材のひび割れの原因となる。逆に２０００μｍを超える場合には、耐火被覆材中に脱水吸熱剤が偏在してしまうため、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から発生した水分に水和吸熱剤が接触し、溶解する確率が低下してしまう。

前記水和吸熱剤の粒子径は好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、最も好ましくは１００μｍ以下である。この範囲にあるとき、この範囲にあるとき、耐火被覆材中に偏在することなく均一に存在させることができるため、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から発生した水分に水和吸熱剤が接触し、溶解する確率を向上させることができる。

前記水和吸熱剤の粒子径が５００μｍ以上の場合には、耐火被覆材中に水和吸熱剤が偏在してしまうため、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から発生した水分に水和吸熱剤が接触し、溶解する確率が低下してしまう。

前記脱水吸熱剤と水和吸熱剤との混合割合は脱水吸熱剤１００重量部に対して水和吸熱剤が好ましくは１０〜８００重量部、より好ましくは２０〜５００重量部、最も好ましくは５０〜２００重量部である。この範囲にあるとき、水和吸熱剤が溶解するために十分な量の水分が、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から発生する。脱水吸熱剤１００重量部に対して水和吸熱剤が１０重量部未満である場合には、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から発生する水分が不足して、水和吸熱剤の溶解が十分でない。逆に８００重量部を超える場合には、水の発生量が多すぎて、噴出する水蒸気により耐火被覆材がひび割れを生じてしまう可能性がある。

前記脱水吸熱剤と水和吸熱剤との合計量が耐火被覆材全体に占める混合割合は好ましくは１０〜９８重量％、より好ましくは３０〜９５重量％、最も好ましくは５０〜９０重量％である。この範囲にあるとき、十分な耐火性能を発揮できるとともに施工作業性に優れる。脱水吸熱剤と水和吸熱剤との合計量が耐火被覆材全体に占める混合割合が１０重量％未満である場合には、耐火被覆材中に占める吸熱成分の絶対量が少なすぎて耐火性能が十分でない。逆に混合割合が９８重量％を超える場合には、増粘剤による粘性調整が十分でなく施工作業性が低下するとともに繊維によるひび割れ防止効果も十分でない。

前記脱水吸熱剤と水和吸熱剤とは表面を非水溶性部材によって被覆することが好ましく、脱水吸熱剤と水和吸熱剤とを乾燥状態で混合した後に両者を一体として被覆することがより好ましい。非水溶性部材によって被覆することにより、耐火被覆材に水が浸透した場合に、脱水吸熱剤及と水和吸熱剤との水への溶解による流出を抑制することができるとともに、脱水吸熱剤及び水和吸熱剤の結合材等との反応を抑制することができる。脱水吸熱剤と水和吸熱剤とを乾燥状態で混合した後に両者を一体として被覆することにより、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から遊離した結晶水の直近に水和吸熱剤を配置することができる。

前記非水溶性部材は水に不溶な物質であれば特に限定されない。例えば、酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチルセルロース、硝酸セルロース、ポリメチルメタクリレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、酢酸フタル酸セルロース、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体樹脂、ポリビニルホルマール樹脂等の合成樹脂等が挙げられる。

前記非水溶性部材の脱水吸熱剤及び水和吸熱剤への被覆方法は特に限定されない。例えば、界面重合法、ｉｎｓｉｔｕ重合法、液中硬化被覆法、コアセルベーション法、界面沈殿法、スプレードライング法、無機質壁カプセル化技法など公知の被覆方法を用いることができる。

前記水和吸熱剤は常温においては水に溶けにくいことが好ましい。前記水和吸熱剤の常温における水１００ｇへの溶解度は好ましくは１５ｇ以下であり、より好ましくは１０ｇ以下であり、最も好ましくは５ｇ以下である。この範囲にあるとき、耐火被覆材に水が浸透した場合に水和吸熱剤の水への溶解による流出を抑制することができる。常温における水１００ｇへの溶解度がこの範囲にあるものとしては、例えば、Ｈ_３ＢＯ_３（＝３．９９２ｇ／２０℃）、Ｂａ（ＮＯ_３）_２（＝９．２ｇ／２０℃）、ＫＣｌＯ_３（＝７．１ｇ／２０℃）、Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７（＝１３．１ｇ／２０℃）、ＮａＢＯ_２（＝３．９ｇ／３０℃）等が挙げられる。

前記水和吸熱剤は火災時の燃焼熱により加温された場合には水に易溶であることが好ましい。前記水和吸熱剤の１００（脱水吸熱剤から結晶水が脱離する温度）〜５００℃（鉄骨構造体が崩壊する温度）における水１００ｇへの溶解度は好ましくは３０ｇ以上であり、より好ましくは５０ｇ以上であり、最も好ましくは１００ｇ以上である。この範囲にあるとき、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から遊離した結晶水に効果的に溶解し、吸熱することができる。この数値範囲にある水和吸熱剤としては例えば、Ｈ_３ＢＯ_３（＝１００ｇ以上／１００℃）、Ｂａ（ＮＯ_３）_２（＝３４．２ｇ／１００℃）、ＫＣｌＯ_３（＝５６．０ｇ／１００℃）、Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７（＝１０２．０ｇ／１００℃）、ＮａＢＯ_２（＝５２．３ｇ／１００℃）等が挙げられる。

前記結合材は普通ポルトランドセメントに限定されず、固化して鉄骨構造を被覆する際にその形状を維持できるものであれば任意に設定することができる。例えば、ポルトランドセメント、アルミナセメント、石灰混合セメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、メーソンリーセメント、高硫酸塩スラグセメント等のセメント、水ガラス、珪酸カルシウム、石膏、消石灰、プラスター等の無機水和固化材、合成樹脂エマルジョン等が挙げられる。これらのうち、無機水和固化材を使用することにより、火災時の燃焼熱にさらされても十分な強度を保つ耐火被覆材を得ることができる。

前記軽量骨材はパーライトに限定されず、多孔質の物質を任意に設定することができる。例えば、パーライト、バーミキュライト、シラスバルーン、等の無機軽量骨材、発泡ポリスチレン樹脂、発泡ポリプロピレン樹脂、等の有機軽量骨材等が挙げられる。

前記繊維は耐火被覆材１のひび割れを抑制するために使用される。アクリル樹脂繊維に限らず、任意に設定することができる。例えばアクリル繊維、ビニロン樹脂繊維等の合成樹脂繊維、パルプ、綿、絹、羊毛等の天然繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、カーボン繊維等の無機繊維等が挙げられる。これらのうち、無機繊維を使用することにより、火災発生前のひび割れを抑制するとともに、熱によっても変性しないため、火災時の燃焼熱による耐火被覆材のひび割れをも抑制することができる。

前記充填材は炭酸カルシウムに限らず、任意に設定することができる。例えば、珪砂、高炉スラグ、製鋼スラグ等が挙げられる。

以上のように構成された耐火被覆材は次のように施工される。まず始めに、施工現場において耐火被覆材を混練水としての水と混合し、圧送機としてのモルタルポンプを用いて、鉄骨構造体としての３００×３００×９ｍｍの角形鋼管の外表面に被覆厚５ｍｍで吹付け施工する。施工後、普通ポルトランドセメントの水和反応により、耐火被覆材が硬化し、耐火被覆された鉄骨構造体を得る。

前記混練水量は耐火被覆材１００重量部に対して、好ましくは３０〜１５０重量部、より好ましくは５０〜１２０重量部、最も好ましくは６０〜１００重量部である。この範囲にあるとき、耐火被覆材に適度な流動性を付与することができるとともに、水の界面張力によって鉄骨構造体への付着力を付与することができる。混練水量が３０重量部未満の場合には、耐火被覆材は流動性に欠けるため吹付が困難になるとともに、付着力が低下する。逆に１５０重量部を超える場合には、流動性が過多となり、タレが生じて所定の被覆厚を形成するための吹付施工回数が増加する。混練水量が５０〜１２０重量部の範囲にある場合には、普通ポルトランドセメントの水和反応に使用されなかった水分が揮発した後、耐火被覆材に適度な空隙を形成し、火災時の燃焼熱により発生する水蒸気の通り道となるため、耐火被覆材のひび割れを抑制することができる。

前記圧送機はモルタルポンプに限らず、耐火被覆材を圧力により排出するものであれば任意に設定することができる。圧送機を使用することにより、施工速度を向上することができる。

前記被覆厚は耐火被覆材の耐火性能、法律等で要求される耐火時間、鉄骨構造体の形状等に応じて異なる。従来の耐火被覆材が必要とする建築基準法の１時間耐火に相当する被覆厚が３０〜５０ｍｍであるのに対して、本実施形態の場合には、１時間耐火に相当する被覆厚は５ｍｍであり、２時間耐火に相当する被覆厚は１０ｍｍである。

前記施工は吹付けに限らず、コテ塗り、ハケ塗り等、建築仕上材の施工に用いられる通常の施工方法を用いることができる。また、耐火被覆材を水と混練して板状に成形し、ビス等により鉄骨構造体に固定しても良い。

以上のように構成された耐火被覆材により被覆された鉄骨構造体が火災時の燃焼熱にさらされると、表４に示すように、鉄骨構造体の温度が上昇する。耐火被覆材の内部温度が約２００℃以上に到達した段階で、該耐火被覆材の組成中、ＫＡｌ（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏの結晶水が脱離し、吸熱反応によって温度上昇を抑制する。その結果、鉄骨構造体の温度は約１００℃に保たれる。続いて、該結晶水にＨ_３ＢＯ_３が溶解することにより吸熱反応を生じ、Ｈ_３ＢＯ_３：１ｍｏｌ当たり２１５７ｋＪの熱量を吸収して、さらに温度上昇を抑制する。この間、鉄骨構造体の温度は約１００〜２５０℃に保たれる。その結果、鉄骨構造体が崩壊する温度である５００℃に達する時間を１時間以上とすることができる。従って、従来の耐火被覆材が必要とする被覆厚である１５〜５０ｍｍに比べて耐火被覆材の被覆厚を低減することができる。また、火災時の燃焼熱にさらされた後も耐火被覆材はその形状を保つことができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の耐火被覆材としての耐火塗料の組成は、例えば以下のようなものである。
耐火塗料の組成例２：脱水吸熱剤としてのＮａＢ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ：１００重量部、水和吸熱剤としてのＣａＯＣｌ_２：１００重量部、結合材としてのアクリル樹脂エマルジョン：１００重量部、炭化層形成剤としてのペンタエリスリトール：１００重量部、発泡剤としてのポリ燐酸アンモニウム：１００重量部、発泡剤としてのメラミン：１００重量部、増粘剤：５重量部、希釈剤としての水：１００重量部。

前記結合材はアクリル樹脂エマルジョンに限らず、合成樹脂を主成分とするものを任意に設定することができる。例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂等の合成樹脂または合成樹脂エマルジョンが挙げられる。

前記炭化層形成剤は火災時の燃焼熱によって炭化し、脱水吸熱剤、水和吸熱剤、発泡剤等と結合して炭化層を形成する。炭化層形成剤はペンタエリスリトールに限らず、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ポリペンタエリスリトール等のエリスリトール、ショ糖、でんぷん等が挙げられる。

前記発泡剤はポリ燐酸アンモニウム、メラミンに限らず、加熱により発泡するものであれば任意に設定することができる。例えば、燐酸アンモニウム、ポリ燐酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム等のアンモニウム塩、メラミン、アゾジカルボンアミド、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、ｐ−トルエンスルホニルアセトンヒドラゾーン、ヒドラゾジカルボンアミド、尿素、ビステトラゾールジアンモニウム、ビステトラゾールピペラジン、ビステトラゾールジグアニジン、アゾビステトラゾールグアニジン、アゾビステトラゾールジアミノグアニジン、５−フェニールテトラゾール等の分子中に窒素原子を含有するもの、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素マグネシウム等の炭酸塩、塩化ベンゼンジアゾニウム、トリクロサン、等の塩化物等が挙げられる。これらのうち、燐酸アンモニウム、ポリ燐酸アンモニウム等の燐酸アンモニウム塩を用いることが好ましい。燐酸アンモニウム塩を用いることにより、加熱によって発泡するとともに、炭化層形成剤と脱水縮合し、難燃性の発泡層を形成することができる。また、メラミンを併用することにより、発泡倍率を向上させることができる。

前記希釈剤は水に限らず、使用する結合材の種類に応じて任意に設定することができる。例えば、結合材が合成樹脂である場合にはトルエン、キシレン、酢酸ブチル等の有機溶剤等、合成樹脂エマルジョンである場合には水、アルコール等を用いることができる。

以上のように構成された耐火被覆材は次のように施工される。まず始めに、施工現場において耐火被覆材を施工器具としてのスプレーガンを用いて、鉄骨構造としての３００×３００×１０×１５ｍｍのＨ形鋼の外表面に被覆厚１ｍｍで吹付け施工する。施工後、合成樹脂エマルジョンの被膜形成により、耐火被覆材が硬化し、耐火被覆された鉄骨構造体を得る。

前記施工器具はスプレーガンに限らず、耐火被覆材を吹き付け可能なものであれば任意に設定することができる。

前記被覆厚は耐火被覆材の耐火性能、法律等で要求される耐火時間、鉄骨構造体の形状等に応じて異なる。従来の耐火塗料が必要とする建築基準法の１時間耐火に相当する被覆厚が１〜５ｍｍであるのに対して、本実施形態の場合には、１時間耐火に相当する被覆厚は０．５ｍｍであり、２時間耐火に相当する被覆厚は１．０ｍｍである。

前記施工は吹付けに限らず、コテ塗り、ハケ塗り等、建築仕上材の施工に用いられる通常の施工方法を用いることができる。また、耐火被覆材をシート状に成形し、接着剤、ビス等により鉄骨構造体に固定しても良い。

前記耐火被覆された鉄骨構造体が火災時の燃焼熱にさらされると、鉄骨構造体の温度は上昇し、表５に示すように耐火被覆材の内部温度が約２００℃以上に到達した段階で、該耐火被覆材の組成中、ＮａＢ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏの結晶水が脱離し、吸熱反応によって温度上昇を抑制する。その結果、鉄骨構造体の温度は約１００℃に保たれる。続いて、該結晶水にＣａＯＣｌ_２が溶解することにより吸熱反応を生じ、ＣａＯＣｌ_２：１ｍｏｌ当たり１５３９ｋＪの熱量を吸収して温度上昇を抑制する。この間、鉄骨構造体の温度は約１００〜２００℃に保たれる。さらに、耐火被覆材の内部温度が約３００℃以上に到達した段階で、ポリ燐酸アンモニウムが分解してアンモニアガスを発生するとともに、ポリ燐酸アンモニウムとペンタエリスリトールとが脱水縮合することにより網目構造の発泡層を形成する。該発泡層の形成により燃焼熱の伝導が抑制され、鉄骨構造体の温度は約２５０℃に保たれる。さらに、耐火被覆材の内部温度が約４００〜５００℃に達した段階でメラミンが分解し、窒素ガスを発生することで前記発泡層をさらに発泡させて断熱効果をより一層向上させ、鉄骨構造体の温度を約３００〜４００℃に保つ。前記発泡層は発泡により密度が低下するため、第１実施形態の耐火被覆材に比べて火災にさらされた後の強度が小さい。その結果、該鉄骨構造体が崩壊する温度である５００℃に達する時間を１時間以上とすることができる。従って、従来の耐火塗料が必要とする被覆厚である１〜５ｍｍに比べて耐火被覆材の被覆厚を低減することができる。

本実施形態は以下に示す効果を発揮することができる。
・前記耐火被覆材が脱水吸熱剤と水和吸熱剤とを含有することにより、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤が水を発生し吸熱するとともに、該水に水和吸熱剤が溶解して吸熱するため、鉄骨構造の温度上昇を効果的に抑制することができる。

・前記脱水吸熱剤が結晶水を含有し、硫酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、硝酸から選ばれる１または２以上の物質と金属元素との塩であることにより、水和吸熱剤が溶解するのに十分な水分量を供給することができる。

・前記金属元素が典型金属元素であることにより、水和吸熱剤が溶解するのに十分な水分量を供給することができる。

・前記水和吸熱剤としてホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）を用いることにより、単位モル当たりの吸熱量が大きいため、より被覆厚を低減することができる。

・前記脱水吸熱剤と水和吸熱剤とは表面を非水溶性部材によって被覆することにより、耐火被覆材に水が浸透した場合に、脱水吸熱剤及と水和吸熱剤との水への溶解による流出を抑制することができるとともに、脱水吸熱剤及び水和吸熱剤の結合材等との反応を抑制することができる。

・前記非水溶性部材によって被覆すること脱水吸熱剤と水和吸熱剤とを乾燥状態で混合した後に両者を一体として被覆することにより、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から遊離した結晶水の直近に水和吸熱剤を配置することができる。

・前記水和吸熱剤が常温においては水に溶けにくいことにより、耐火被覆材に水が浸透した場合に水和吸熱剤の水への溶解による流出を抑制することができる。

・前記水和吸熱剤が火災時の燃焼熱により加温された場合には水に易溶であることにより、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から遊離した結晶水に効果的に溶解し、吸熱することができる。

・前記水和吸熱剤の常温における水１００ｇへの溶解度が１５ｇ以下であることにより、耐火被覆材に水が浸透した場合に水和吸熱剤の水への溶解による流出を抑制することができる。

・前記水和吸熱剤の１００（脱水吸熱剤から結晶水が脱離する温度）〜５００℃（鉄骨構造体が崩壊する温度）における水１００ｇへの溶解度が３０ｇ以上であることにより、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から遊離した結晶水に効果的に溶解し、吸熱することができる。

・前記結合材として無機水和固化材を使用することにより、火災時の燃焼熱にさらされてもその形状を保つことができる耐火被覆材を得ることができる。

・前記混練水量が耐火被覆材１００重量部に対して、３０〜１５０重量部であることにより、耐火被覆材に適度な流動性を付与することができるとともに、水の界面張力によって鉄骨構造体への付着力を付与することができる。

・前記発泡剤として燐酸アンモニウム塩を用いることにより、加熱によって発泡するとともに、炭化層形成剤と脱水縮合し、難燃性の発泡層を形成することができる。

・前記燐酸アンモニウム塩とメラミンとを併用することにより、発泡倍率を向上させることができる。

なお、本発明の前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
・前期実施形態においては耐火被覆材の組成として結合材を使用したが、脱水吸熱剤及又は水和吸熱剤自体が固化することによりその形状を維持できる場合には、結合材を使用しなくとも良い。

・前記実施形態においては耐火被覆材の組成として軽量骨材を使用したが、使用しなくとも良い。

・前記実施形態においては耐火被覆材の組成として充填材を使用したが、使用しなくとも良い。

・前期実施形態においては、耐火被覆材を角形鋼管及びＨ形鋼に施工したが、丸形鋼管、等辺山形鋼等、任意の形状の鉄骨構造体に施工しても良い。また、コンクリート等に施工しても良い。

次に、前記実施形態から把握される請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果と共に記載する。
（１）前記脱水吸熱剤と水和吸熱剤との表面が非水溶性部材によって被覆されていることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の耐火被覆材。
このように構成した場合、耐火被覆材に水が浸透した場合に、脱水吸熱剤及と水和吸熱剤との水への溶解による流出を抑制することができるとともに、脱水吸熱剤及び水和吸熱剤の結合材等との反応を抑制することができる。

（２）前記水和吸熱剤が常温においては水に難溶であり、高温時には水に易溶であることを特徴とする請求項１〜請求項３及び上記（１）に記載の耐火被覆材。
このように構成した場合、耐火被覆材に水が浸透した場合に水和吸熱剤の水への溶解による流出を抑制することができるとともに、火災時の燃焼熱によって脱水吸熱剤から遊離した結晶水に効果的に溶解し、吸熱することができる。

試験１として実施例及び比較例の耐火被覆材１００重量部を混練水量５０重量部により混練し、３００ｍｍ×３００ｍｍ×９ｍｍ、長さ１０００ｍｍの角形鋼管に吹付けによって施工し、常温で含水率が恒量となるまで放置して試験体とした。この際の被覆厚は５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍとした。その後、試験体をＪＩＳＡ１３０４−１９９４に規定されている標準加熱曲線により加熱して、試験体の裏面温度を５００℃以下に保持できる時間が１時間以上となる最低の被覆厚を決定した。

（参考例１）
参考例１の耐火被覆材の組成は、脱水吸熱剤としてのＫＡｌ（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏ１００重量部、水和吸熱剤としてのＨ_３ＢＯ_３１００重量部である。
試験の結果、試験体の裏面温度を１時間の間５００℃以下に保持できる最低の被覆厚は５ｍｍであった。

（実施例２）
実施例２の耐火被覆材の組成は、脱水吸熱剤としてのＫＡｌ（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏ１００重量部、水和吸熱剤としてのＨ_３ＢＯ_３１００重量部、結合材としての二水石膏１００重量部、軽量骨材としてのパーライト１００重量部、粉末樹脂５重量部、ガラス繊維１０重量部、増粘剤５重量部である。
試験の結果、試験体の裏面温度を１時間の間５００℃以下に保持できる最低の被覆厚は５ｍｍであった。

（参考例２）
参考例２の耐火被覆材の組成は、脱水吸熱剤としてのＡｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ１００重量部、水和吸熱剤としてのＨ_３ＢＯ_３１００重量部、結合材としての普通ポルトランドセメント１００重量部、軽量骨材としてのバーミキュライト１００重量部、粉末樹脂５重量部、増粘剤５重量部である。
試験の結果、試験体の裏面温度を１時間の間５００℃以下に保持できる最低の被覆厚は５ｍｍであった。

（比較例１）
比較例１の耐火被覆材の組成は、結合材としての普通ポルトランドセメント１００重量部、軽量骨材としてのパーライト１００重量部、粉末樹脂５重量部、ガラス繊維１０重量部、増粘剤５重量部である。
試験の結果、被覆厚２０ｍｍの場合でも試験体の裏面温度を１時間の間５００℃以下に保持することができなかった。

（比較例２）
比較例２の耐火被覆材の組成は、脱水吸熱剤としてのＡｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ１００重量部、結合材としての普通ポルトランドセメント１００重量部、軽量骨材としてのバーミキュライト１００重量部、粉末樹脂５重量部、増粘剤５重量部である。
試験の結果、試験体の裏面温度を１時間の間５００℃以下に保持できる最低の被覆厚は１５ｍｍであった。

次に試験２として実施例及び比較例の耐火被覆材１００重量部を混練水量５０重量部により混練し、３００ｍｍ×３００ｍｍ×９ｍｍ、長さ１０００ｍｍの角形鋼管に吹付けによって施工し、常温で含水率が恒量となるまで放置して試験体とした。この際の被覆厚は０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍとした。その後、試験体をＪＩＳＡ１３０４−１９９４に規定されている標準加熱曲線により加熱して、試験体の裏面温度を５００℃以下に保持できる時間が１時間以上となる最低の被覆厚を決定した。

（参考例３）
参考例３の耐火被覆材の組成は、脱水吸熱剤としてのＮａＢ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ１００重量部、水和吸熱剤としてのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_５１００重量部、結合材としてのアクリル樹脂エマルジョン１００重量部、炭化層形成剤としてのペンタエリスリトール１００重量部、発泡剤としてのポリ燐酸アンモニウム１００重量部、発泡剤としてのメラミン１００重量部、増粘剤５重量部、希釈剤としての水１００重量部である。
試験の結果、試験体の裏面温度を１時間の間５００℃以下に保持できる最低の被覆厚は０．５ｍｍであった。

（比較例３）
比較例３の耐火被覆材の組成は、結合材としてのアクリル樹脂エマルジョン１００重量部、炭化層形成剤としてのペンタエリスリトール１００重量部、発泡剤としてのポリ燐酸アンモニウム１００重量部、発泡剤としてのメラミン１００重量部、増粘剤５重量部、希釈剤としての水１００重量部である。
試験の結果、試験体の裏面温度を１時間の間５００℃以下に保持できる最低の被覆厚は３．０ｍｍであった。

なお、本明細書に記載されている技術的思想は以下に示す発明者により創作された。
段落番号［０００１］〜［００８５］に記載されている技術的思想は加藤圭一により創作された。また、願書に添付した特許請求の範囲、明細書の著作者は加藤圭一である。

Claims

火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材において、該耐火被覆材が、結合材として無機水和固化材を含有し、脱水吸熱剤として、結晶水を含有し、硫酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、硝酸から選ばれる１または２以上の物質と金属元素との塩を単独にて、あるいは２以上を混合して含有し、更に、水和吸熱剤として、Ｈ_３ＢＯ_３、ＣａＯＣｌ_２、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_５、ＢｅＣｌ_２、ＫＣＮ、Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７、Ｍｎ（ＮＯ_３）_２、ＮａＢＯ_２、ＫＭｎＯ_４、ＫＣｌＯ_３、ＫＢｒＯ_３、Ｂａ（ＮＯ_３）_２、（ＮＨ_４）_２Ｓ_２Ｏ_８、ＫＮＯ_３、（ＮＨ_４）_３ＰＯ_４から選択される１または２以上の物質を含有し、前記脱水吸熱剤と前記水和吸熱剤との合計量が前記耐火被覆材全体に占める混合割合が３０〜９０重量％であって、前記脱水吸熱剤と前記水和吸熱剤との混合割合は脱水吸熱剤１００重量部に対して水和吸熱剤５０〜２００重量部であることを特徴とする耐火被覆材。
前記水和吸熱剤が、Ｈ_３ＢＯ_３、ＣａＯＣｌ_２、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_５から選択される１または２以上の物質であることを特徴とする請求項１に記載の耐火被覆材。
前記無機水和固化材が、ポルトランドセメント、アルミナセメント、石灰混合セメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、メーソンリーセメント、高硫酸塩スラグセメント等のセメントであって、パーライト、バーミキュライト、シラスバルーンから任意に選択される無機軽量骨材を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐火被覆材。