JP4339587B2

JP4339587B2 - 防火材料

Info

Publication number: JP4339587B2
Application number: JP2002532188A
Authority: JP
Inventors: オクタヴィアンアントン; シャオウー
Original assignee: プロマトインターナショナルナムローゼフェンノートシャップ
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: ES2225632T3; EP1326811A1; ATE272587T1; JP2004510673A; WO2002028799A1; AU2002221647B2; US7101614B2; EP1326811B1; CN1222485C; DK1326811T3; CA2424589A1; CN1479700A; TR200402372T4; US20040101672A1; DE50103148D1; PT1326811E; WO2002028799A9; AU2164702A; CA2424589C; RU2269564C2

Description

【０００１】
本発明は、防火材料、即ち、コンクリートおよびプレストレスト(prestressed)コンクリート製の構造物のための、特に、トンネルのための、良好な防火性を有する材料であって、ポルトランドセメント、フィラー、および、所望により、繊維、硬化促進剤、硬化遅延剤(delayers)、可塑剤、および発泡剤と任意に混合した、アルミナセメントを含む水硬化性(hydraulically curing)組成物から調製されるプレハブ(prefabricated)板、または吹き付け(sprayed-on)および硬化させたコーティングである防火材料に関する。
【０００２】
ＤＥＣ１９５１７２６７の主題は、プレハブ板、または、その後、保護されるべき構造物部に適用されるべきコーティングであって、結合剤、合成ゾノトライト、少なくとも５重量％のエトリンガイト(ettringite)および／またはメタバリサイト(metavariscite)からなるコーティングである、良好な防火性を有する材料である。この材料は、非常に有用であるが、所望されており、一方では、部分的に、特にトンネルのために既に必要とされている、より高い要求を満たすことができないことがわかった。よって、火災の場合、元の強度が５０％を超えて失われると、回復不能なダメージが生じてしまう。オランダでは、水中(immersed)トンネルに対して、コンクリート・コア(core)の表面が、最高で３８０℃に達し、かつコンクリート・コアの表面から２５ｍｍの距離での最高温度が、わずか２５０℃にしか達しないことが要求されている。ドリルド(drilled)・トンネルの場合、この最高表面温度は、２００〜２５０℃を超えてはいけない；ボス(Both)ら、TNOコンクリート・フォー・ファイアー・リサーチ(TNO Centre for Fire Research)、およびタン(Tan)ら、ミネストリー・オブ・パブリック・ワークス(Minestry of Public Works)、オランダを参照。モンブランのトンネルでの火災事故の後、トンネルに対する防火性の希望は更に高まっている。
【０００３】
オランダのトンネルに対する要求は、事故に遭ったタンクローリーの燃焼エネルギーにより、局部的な加熱が起こり、その局部的な加熱は、本質的にダメージを受けていない条件では、トンネル壁のコンクリート・コアによって切り抜ける(survived)ことができるという前提に基づいている。よって、この要求の試験は、コンクリートの表面に機械的につながれた、平らな、または湾曲した板が、下へ落ちないことを示すことである；特に、吹き付けコーティングは、粘着性を失い、外れやすい傾向がある。試験条件は、基本的に２時間であり、コンクリート・コアの表面温度は、ドリルド・トンネルの場合は２００℃を超えてはならず、水中トンネルの場合は３８０℃を超えてはならない。トンネルの厚さは、１５０ｍｍ以上である。防火用材料は、熱的衝撃に耐えなければならず、剥離に対して耐性を有さなければならず、かつ、凍結／解凍サイクルに対して無反応でなければならない。３点曲げ試験(three-point bending test)におけるこの材料の機械的強度は、２０℃において、可能な限り高くするべきである。好ましくは、それは、少なくとも７ＭＰａであるべきである。その材料は、化学的な塩類に対して耐性を有するべきである。最後に、環境保護および公衆の健康の理由から、それは、石英を含まないべきである。その材料の密度は、約９００ｋｇ／ｍ³であるべきである。
【０００４】
本来は建築物のためにのみ開発された、良好な防火性を有する、あらかじめ知られていた材料は、ＤＥＣ１９５１７２６７に記載されているものか、または、プロマト社(Promat company)製のプロマテクト(Promatect)Ｈ板であり、それらは、トンネル構造物にも使用される。これらは、オートクレーブで処理され、繊維強化された、珪酸カルシウムに基づく軽量構造物である。それらは、ポルトランドセメント、シリカ、膨張性(expanded)粒子、水酸化カルシウム、繊維および他の添加物から調製される。それらは、トンネル構造物のために使用されるが、依然として、トンネルに対する防火の希望および要求のすべてに適合するものではなかった。特に、これらは、層間剥離(delamination)、厚さの制限および補修の可能性の問題である。
【０００５】
従来技術の他の製品は、一部は有用であることも判明したが、やはり、トンネル構造物の要求に適合するものではなかった。米国特許第４，５４４，４０９号には、セメントおよびリン酸三ナトリウム水和物からなる材料が記載されている。これらの製品は、比較的低温で溶融するので、トンネルには適さない。
【０００６】
ＥＰ０７６９４８２には、石膏およびアルミン酸カルシウムを含む吹き付け可能な(sprayable)セメントモルタルが記載されている。この材料は、トンネル構造物の要求のいずれにも適合することができない。クロサキ社(Kurosaki company)の市販の板にも、同じことが当てはまる。それは、分析によれば、ケイ灰石、ムライト、パーライト、ガラス繊維、および合成繊維からなり、アルミナセメントと結合している。それらは、１０５０ｋｇ／ｍ³の密度を有するが、曲げ強度はわずか４ＭＰａである。
【０００７】
ＷＯ００／２７９４８に対応するＥＰ１００１０００には、トンネルにも適していると考えられ、かつ、混合されているのこぎり屑のために、高温で揮発性である成分を含む材料が記載されている。ところで、この材料は、ファイアー・バリア(Fire Barrier)１３５という名称で、サーマル・セラミクス(Thermal Ceramics)社によって市販されている。この材料は、カオリンを含み、高価であるばかりでなく、製品がひび割れるほどの強い加熱によって収縮する。さらに、コーティングの厚さおよび粘着強度の問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、コンクリートおよびプレストレストコンクリートの構造物のための防火材料であって、トンネル構造物の防火に対する、上記の強い(enhanced)希望および要求を満たし、かつ、火災の場合に何ら健康の危険を引き起こさない防火材料を提供することである。
【０００９】
この目的は、ポルトランドセメント、フィラー、および、所望により、繊維、硬化促進剤、硬化遅延剤(delayers)、可塑剤、および発泡剤と任意に混合した、アルミナセメントを含む水硬化性組成物から調製される材料によって達成される。硬化された材料は、５重量％未満のエトリンガイトを含み、その組成物は、硬化していない状態で、５０〜２００重量部のアルミナセメントおよび１０〜２５０部のゾノトライトを含むことを特徴とする。好ましくは、その混合物は、ゾノトライトの重量部と同じくらい多いか、２倍多い重量部の水硬化性結合剤から調製される。
【００１０】
その組成物は、硬化していない状態で、更なる水硬化性結合剤としてのポルトランドセメントおよび５０重量％までのフィラー、任意に、繊維、硬化促進剤、硬化遅延剤、可塑剤および発泡剤を含むこともできる。硬化した状態でその組成物が含むエトリンガイトは、常に５重量％未満である。
【００１１】
使用することが好ましいフィラーは、ケイ灰石および／または水酸化アルミニウムを含むが、任意に、トベルモライト(tobermorite)をも含み、それらは、針状またはほぼ球状の(spherical parts)状態で添加され得る。フィラーとして、パーライトおよび／またはバーミキュライトも、好ましくは既に膨張した状態で添加され得る。しかし、これらフィラーを、全部または一部が膨張していない状態で添加することも完全に可能である。更に、フィラーは、膨張性粘土、膨張性ガラス球、またはシャモット・ミール(chamotte meal)であることもできる。
【００１２】
更に、調製工程を容易にするため、および最終材料を強化するために、繊維を添加することができる。適当な繊維は、例えば、ガラス繊維、ＭＭＭＦ（人造鉱物(man-made mineral)繊維）、セルロース繊維、ＰＶＡやＰＰのような有機繊維を含む。
【００１３】
通常の硬化促進剤、硬化遅延剤、可塑剤、および発泡剤を、特に、調製工程を容易にするために添加することができる。これらの添加物は、水酸化カルシウム、水性水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム、ホウ砂、クエン酸、水酸化アルミニウムを含む。炭酸カルシウムが好ましい；それは、硬化促進剤および適当なフィラーの両方として作用する。
【００１４】
その材料は、硬化した状態で、実質的にエトリンガイトをまったく含まないか、または少量しか含まないべきである。いずれにしても、エトリンガイト含有量は、常に、５重量％未満にするべきである。エトリンガイトは、ＤＥＣ１９５１７２６７に記載の材料において、その発明に必須の、非常に重要な成分であると同時に、多量のエトリンガイトを含むだけで、トンネル火災で起こり得る高温で、明らかに性能の劣化を引き起こす。
【００１５】
プレハブ板である材料の調製は、キャスティングまたはフィルター・プレスによって行うことが好ましいが、ハチェク(Hatschek)法またはフロー・オン(flow-on)法を適用することもできる。繊維性(fibrous)セメントの構造物部の調製のための通常の方法は、ハチェク法である。この方法では、不活性および反応性フィラーを含む、セメントに結合したマトリックスならびに繊維からなる組成物は、大過剰の水を用いて調製され、１つ以上のシリンダー型によって脱水される。それにより製造された不織布を、輸送装置に適用し、真空によって更に脱水し、所望の厚さの構造部が得られるまで、回転シリンダー、いわゆるフォーマットローラー上へ巻き付ける。その後、最大厚みは、２５〜２７ｍｍになるであろう。例えば、上記の市販品、プロマテクト(Promatect)Ｈは、ハチェク法によって調製される。
【００１６】
本発明により使用されるアルミナセメントおよびゾノトライトの量は、記載した限度内で変更することができるが、組成物は、ゾノトライトの重量部と同じくらい多いか、または２倍多い量の水硬化性結合剤を含むことが好ましい。
【００１７】
フィラーの種類を選ぶことにより、硬化させた状態の材料の密度を、０．７〜１．３ｇ／ｃｍ³の範囲内で変えることができ、約０．９ｇ／ｃｍ³の密度が好ましい。
【００１８】
本発明による硬化させた材料は、主に、７０〜４５０℃の温度範囲内で、徐々に脱水されるという性質を有し、それにより、ゆっくり熱を吸収することができ、かつ、表面および保護されるべき土台(substrate)との間の領域での温度上昇を低減させることができる。これらの性質は、吸熱性フィラーによって強化され得る。材料の最も重要な成分は、ゾノトライトであり、それは、それ自体が非常に良好な断熱材料である。実際は、ゾノトライトとしては、合成ゾノトライトが使用され、それは、最も頻繁に使用される方法においては、フェルト化小球の状態で得られる。しかし、本発明によれば、例えば、球状フェルト化ゾノトライトの処理において副生物として得られるような、針状材料も使用され得る。
【００１９】
本発明によるゾノトライトとアルミナセメントとの組み合わせにより、必要とされる最適な吸熱性および断熱性がもたらされる。従って、ゾノキサイトは、約８００℃でのみ脱水状態となり、ケイ灰石に転換される。この脱水は、強い吸熱反応であり、多量のエネルギーを消費する。これにより形成されたケイ灰石は、１５３０℃の理論上の融点を有する。ケイ灰石と硬化されたアルミナセメントとの組み合わせにより、収縮が最少化され、それにより、収縮によるひび割れの危険が防がれる。よって、防火および断熱は、様々な相転移および硬化させたアルミナセメントおよびゾノトライトの脱水を利用して、空間構造および機械的安定性を維持する。
【００２０】
好ましくは、材料は、プレハブの平滑な、または湾曲した板の状態で使用される。しかし、それは、それ自体既知の方法によって吹き付けされることもでき、その場合、必要とされるコーティングの最大厚さが確保されること、および、材料が土台にしっかり密着することに注意しなければならない。本発明による材料は、材料の破壊された部分または焼け落ちた部分を補修するための補修接合(repair and joint)モルタルとして使用することもでき、それにより、補修した範囲の同じかまたは同等の(comparable)性質を保証する。
【００２１】
【実施例】
以下の実施例において、本発明による製品をより詳細に説明する。従来技術の製品を用いた比較例から、本発明による材料が、従来技術からは予想することができなかった、明らかに優れた性質を有することがわかる。
【００２２】
実施例１
本発明による製品を調製するための混合物の組成を、以下の表Iに要約する。
【００２３】
【表１】

【００２４】
比較例の混合物の組成を、表ＩＩに要約する。
【００２５】
【表２】

【００２６】
製品ＴＢ０１１は、市販品ファイアーバリア(Firebarrier)１３５とほぼ同一である。
【００２７】
製品プロマテクト(Promatect)Ｈ（簡単にはＰｔＨ）は、ハチェク法によって調製され、オートクレーブ中で硬化させられる（板厚２５〜２７ｍｍ、密度０．９〜１．０）。オランダの試験法による、これら材料の検査により、図I〜Ｖに記載の値が得られた。それらから、本発明による製品 TB008、TB112、TB118、TB119およびTB511は、比較例の製品ＴＢ０４２、ＴＢ０４３およびＰｔＨと比べて、明らかに良好な性質を有することがわかる。比較例の製品ＴＢ０１１の試験結果は、製品ＴＢ００８およびＰｔＨのものよりも、更に悪かった。
【００２８】
実施例２
実施例１に記載のＴＢ５１１の材料は、技術部門(technical department)において板に加工され、１５ｍｍ、２５ｍｍおよび３０ｍｍの異なる層厚で、平らなセメント板に結合される。それら板は、０．９００ｋｇ／ｍ³の密度を有し、残留水分は２．５％であった。国際的に知られている、オランダの独立試験所であるＴＮＯ社は、それらの防火性を、ＲＷＳ（リジクスウォーターシュタット(Rijkswaterstaat)）法に従って、炭化水素火災をシュミレーションして試験した。
【００２９】
比較のため、３８．５ｍｍの厚さを有する、市販のファイアーバリア(FireBarrier)１３５（商標）（TB０11の組成にほぼ相当する）の層を調べた。その層は、１．２５７ｋｇ／ｍ³の密度を有し、残留水分は７．５％であった。この水により、いくぶん長く持続する防火性が得られる。試験結果を、図Ｖに要約する。それらは、本発明による材料が、わずか１５ｍｍの層厚であれば、最小限の要求、即ち、裏面、即ち、セメントと接触する範囲において、１２０分後に３８０℃以下を維持すること、を満たすことを示す。比較例の製品ファイアーバリア(FireBarrier)１３５（商標）は、３８．５ｍｍの層厚および３倍多い水分量でのみ、この目的を達成する。
【００３０】
２５ｍｍおよび３０ｍｍの層厚で、本発明による材料は、本質的に良好な防火性をもたらす。ＴＮＯは、少なくとも３時間の防火性を既に確立した。
【図面の簡単な説明】
【図１】オランダの試験法による、実施例および比較例の材料の試験結果である。
【図２】オランダの試験法による、実施例および比較例の材料の試験結果である。
【図３】オランダの試験法による、実施例および比較例の材料の試験結果である。
【図４】オランダの試験法による、実施例および比較例の材料の試験結果である。
【図５】オランダの試験法による、実施例および比較例の材料の試験結果である。

Claims

アルミナセメントを含む水硬化性組成物から調製されるプレハブ板または吹き付けおよび硬化させたコーティングである、コンクリートおよびプレストレストコンクリート製の構造物のための防火材料であって、前記硬化させた材料は、５重量％未満のエトリンガイトを含み、前記組成物は、硬化していない状態で、５０〜２００重量部のアルミナセメントおよび１０〜２５０重量部のゾノトライトを含み、ゾノトライトが、フェルト化小球の状態であることを特徴とする防火材料。
前記構造物がトンネルである請求項１に記載の材料。
前記水硬化性組成物がゾノトライトの重量部と同じ又は２倍の重量部の水硬化性結合剤を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の材料。
硬化していない状態で、ポルトランドセメント、フィラー、繊維、硬化促進剤、硬化遅延剤、可塑剤、および／または発泡剤を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の材料。
前記硬化性組成物が、フィラーとして、ケイ灰石、トベルモライト、および／または水酸化アルミニウムを含むことを特徴とする、請求項４に記載の材料。
前記硬化性組成物が、パーライトおよび／またはバーミキュライトからなる群から選ばれる軽量フィラーを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の材料。
繊維を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の材料。
硬化した状態で、０．７〜１．３ｇ／ｃｍ³の密度を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の材料。
キャスティングまたはフィルタープレスによって調製されるプレハブ板であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の材料。
前記板が湾曲した状態であることを特徴とする請求項９に記載の材料。
請求項１〜１０のいずれかに記載の防火材料からなるプレハブ板。