JP5161632B2

JP5161632B2 - 耐震性耐火二層管及びそれを用いた排水管システム

Info

Publication number: JP5161632B2
Application number: JP2008090630A
Authority: JP
Inventors: 尊文関口; 信治山本
Original assignee: 昭和電工建材株式会社
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009243582A

Description

本発明は、合成樹脂製の内管と、その内管を被覆する耐火性と断熱性を備えた窯業系あるいは水硬性の難燃性材料および／または不燃性材料の外管とからなる耐火二層管において、地震等の強い振動あるいは耐火二層管への曲げ撓みなどにおいても、外管の耐火被覆への損害が大幅に減少することができる耐火二層管及びそれを使用した排水管システムに関する。

建築構造物の給水・排水管には、鋼管、鋳鉄管、硬質塩ビ管、ライニング鋼管、コーティング鋼管などの様々な管材が使用されているが、特に、硬質の合成樹脂管は、内面が滑らかで流動抵抗が小さく、腐食や発錆もない他、スケールの付着防止や耐薬品性に優れるなどの特長に加えて、施工も簡便なことから、広く使用されている。
しかし、近年では、耐火性に優れる材料が重視され、特に、建築基準法では、給水、排水などのための配管が防火区画の壁や床を貫通する場合、原則として、壁や床の貫通部から規定の長さの範囲の配管に、不燃材料を使用することが定められている場合もある。

したがって、合成樹脂製内管の外側をセメント系等の窯業系不燃材料で成形された外管で耐火被覆した耐火二層管が広く使用されてきた。耐火二層管が防火区画を貫通する場合の延焼防止性能が、建築基準法に規定された不燃材料と同等以上の性能を有することを建設大臣から認定されているため（区画貫通部工法の耐火性能試験にて確認されたため）、共同住宅や学校、病院などの耐火建築物に使用可能となった。

耐火二層管は、耐火被覆層の外管が耐火性の他、断熱性、吸水性、ひいては、防露性に優れ、更に、外管と内管の二層構造の特徴のため、ある程度の遮音性や吸音性も併せ持つ管材料である。
しかしながら、内管と外管は強度、ヤング率が大きく異なる上、配管自体の振動は内管と外管の振動モードが異なり、外管自体は剛性が高いが、欠けやすく、取り扱いに注意が必要とされている。特に、地震などにおいては、強力な振動建物の変形により、撓みなどを生じた場合においては、外管は靱性が小さいため、折損などが避けられず、耐火二層管の耐火性を損ないやすいことは自明である。

地震発生時などにおいては、まず強い振動が来た後に、火災が発生する危険が多い。地震の最初の強い振動あるいは地震により、建物の歪みなどに基づく、内管と外管に異なるモードの変形が生じたときは、耐火性能を有する外管の方に亀裂や破損が生じ易く、耐火性二層管であっても耐火性がなくなり、延焼防止機能を失うおそれがある。

この対策として、遮音効果、耐衝撃、耐震性を備えた耐火性の三層管、すなわち、合成樹脂製の内管と、この内管の外周に、不燃性の吸音材、遮音材、制振材、制振遮音材の各材料の単数または複数の組み合わせで構成された防音性能を有する中間層と、この中間層を被覆する不燃性材料からなる外管とにより構成された耐火三層管（特許文献１）の提案がある。
また、抄造機を用いて所定のスラリーを抄いてグリーンシートを形成し、このグリーンシートの表面に、補強用繊維をグリーンシートと平行且つ抄造方向と直交する方向に散布し、この補強用繊維が散布されたグリーンシートを所定の芯管に複数回巻き取った後、養生硬化させ、前記芯管を抜き取り、所定の合成樹脂製内管を挿入して構成した耐衝撃耐火二層管の製造方法（特許文献２）の提案がある。

しかし、いずれの提案も、剛性が高く、欠けやすい外管はそのままで、補強を主体とした提案であり、地震などのように強烈な震動あるいは建物の歪みなどによる耐火二層管の撓みなどには、不十分な対応策と考えられる。

特開２００１−０７４１９１号公報特開２００２−０７１０５４号公報

耐火二層管は、内管と外管が、強度、ヤング率、靱性において大きく異なり、また、配管自体の振動も、内管と外管の振動モードが異なり、外管は、剛性が高くとも脆い性質である。
本発明は、外管に柔軟性（撓み性）を付与することにより、地震などの強烈な震動あるいは建物の歪みなどによる耐火二層管の撓みなどに対応できる耐火性を有する二層管の提供を目的とするものである。

本発明は、
［１］合成樹脂製の内管と、その内管を被覆する耐火性と断熱性を備えた外管とからなる耐火二層管において、外管が少なくとも長手方向に２以上の外管部材に分割されており、前記内管の変形曲線の最大曲率部に前記外管部材の接合部が来るようにし、且つその接合部に熱膨張性耐火材からなる耐火シール材が挿入されていることを特徴とする耐震性耐火二層管、

［２］熱膨張性耐火シール材が、耐熱性熱膨張性ゴム及び／または熱膨張性黒鉛材からなる上記［１］記載の耐震性耐火二層管、
［３］外管部材が、外管に合わせた形状の環状熱膨張性耐火シール材をその端面に貼着されており、該外管部材を連結して、内管を被覆して外管とした上記［１］または［２］に記載の耐震性耐火二層管、
［４］内管が、ポリエチレンテレフタレート系ポリエステルからなる合成樹脂製内管である上記［１］ないし［３］に記載の耐震性耐火二層管、
［５］二層管の外管の卓越振動モードの変形曲線の最大曲率部において外管を分割する上記［１］ないし［４］のいずれかに記載の耐震性耐火二層管、
及び、

［６］多数階住宅において、下層階の排水管継手と上層階の排水管継手との間に配管される排水立管及び構成部品からなる排水管システムであって、該排水立管に上記［１］ないし［５］に記載のいずれかに記載の耐震性耐火二層管を用いることを特徴とする耐震性に優れた排水管システム、を開発することにより、上記の課題を解決した。

本発明の耐火二層管は、内管として、硬質塩化ビニル管（以下「ＰＶＣ管」と略記する。）、ポリエチレンテレフタレート系ポリエステル（以下「ＰＥＴ管」と略記する。）等の合成樹脂製、好ましくは柔軟性のあるＰＥＴ管からなる合成樹脂管を用い、窯業系あるいは水硬性の難燃性材料および／または不燃性材料からなる外管は少なくとも２以上、好ましくは外管の卓越振動モードの変形曲線の最大曲率部において外管を外管部材に分割し、その端面に熱膨張性耐火材からなる耐火シール材を挿入することにより内管に耐火性を付与し、外管に柔軟性をある二重管としたもので、地震などの強烈な震動あるいは建物の歪みなどによる撓みなどに対応できる耐火性を有する二層管及び該耐火性二重管を用いた耐震性に優れた排水管システムを提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明においては、耐火二層管の外管を少なくとも２以上の外管部材に分割し、且つ外管部材の接合部に熱膨張性耐火材からなる耐火シール材を挿入することにより、剛性が高く脆い外管に柔軟性（折れ曲がり性）を付与し、耐震性に優れた耐火二層管を提供するものである。
また、該耐震性耐火二層管は、多層階住宅の雨水、トイレット、台所、風呂場等に敷設される排水管システムにおいて、下層階の排水管継手と上層階の排水管継手との間に配管される排水立管に使用するものであって、該排水管システムに優れた耐震性及び耐火性を付与するものである。

本耐震性耐火二層管に使用する内管としては、通常の耐火二層管に使用されているＰＶＣ管やＰＥＴ管を挙げることができる。これらは常温においては、硬質であり、外管が外管部材から構成されていても、通常の耐火二層管と同様に取り扱うことができる。中でも、ＰＥＴ管は、靱性に富み、ＰＶＣより柔軟性に富むことから、耐衝撃性が高いため、強い衝撃にあっても破損が少なく、好ましい内管と言える。コスト的にも差がなく、ペットボトルの回収品であっても、十分使用に耐えるため、環境にも優しいものである。

本耐震性耐火二層管に使用する外管部材としては、材質的には、従来の耐火二層管の外管に使用されているものと同様なものであってよく、窯業系あるいは水硬性の難燃性材料および／または不燃性材料、具体的には、セメント系モルタルを挙げることができる。また、これらの材料に補強用繊維を混入したセメントモルタルであってもよい。
該外管部材は、外管の長さよりは短いものであって、少なくとも２以上の部材から構成されるものである。該外管部材の長さは、好ましくは、設置したときの振動モードの変形曲線の最大曲率部に接合部が来るように分割することが好ましいが、設置条件が変わるため、振動モードも変わり、すべてのケースにおいて計算することは不可能なこともある。実用的には上層階と下層階の固定部のほぼ中間に接合部を設ける（２分割）だけでも大きな効果がある。３分割以上に多数分割すれば、より一層外管に柔軟性を付与することになる。

外管は、外管部材の接合部に熱膨張性耐火材からなる耐火シール材を挿入することが必要である。この熱膨張性耐火材としては、例えば、クロロプレンゴム等の難燃性合成ゴム、グラファイト等からなる熱膨張性グラファイト、あるいは、これらにバーミキュライト、パーライトなど加熱されると膨張する無機系の充填材ならびに無機質繊維などを充填したものであってよい。
耐火シール材は、加熱により大きく膨張するため、外管部材の断面形状にほぼ合わせた形状に成形したもので良い。この耐火シール材は、火災の発生等により周辺の温度が上昇すると、熱膨張性耐火シール材が膨張して、耐火二層管外管部材間の隙間を埋めることができる。

本発明の外管は、耐火二層管の接続に必要な内管の長さに合わせた外管の長さになるように、外管部材の間に熱膨張性耐火シール材が挿入された形で、複数の外管部材からなるものである。従って、耐火二層管外管の外管部材間に隙間が生じていても、火災時にあっては、熱膨張性耐火シール材が膨張することにより、この隙間が完全に塞がれ、耐火性を失うことはない。
なお、本発明においては、外管部材の一端部または両端部に、一体的に熱膨張性耐火シール材を貼着しておくときは、内管にこれらの外管部材をそのまま嵌入することにより、耐火二層管とすることができる。この場合には、外管部材の端面に熱膨張性耐火シール材が貼着しているため、外管部材の断面はさほどの精密な仕上げは必要ない。従って、内管は、外管相当部のすべてが外管部材と耐火シール材でほぼ被覆されることになる。
該耐火二層管は、通常の耐火二層管と同様に使用すればよい。

該熱膨張性耐火材は、２６０〜３００℃の温度で発泡を開始し、体積が５〜１０倍に膨張するように調節されたものが特に好ましい。このような耐火性を備えた熱膨張性耐火シール材は、耐火二層管継手の製造時に外管を成形するための成形型内に配置しても、加熱及び養生工程の間に発泡することがない。また、火災発生時には、膨張して、外管間の隙間を塞ぐことができる。

多層階建物における排水管システムにおいては、垂直方向に配管された立管部に、各層階毎に、トイレ、浴室、台所等からの排水を集め、横方向に配管された横枝管から排水が流れ込むように構成されている。この横枝管からの排水を効率よく、且つフラッディングを起きないように、各階毎に流下する排水に旋回流を付与するため、旋回羽根を内蔵した合流特種継手を設けて排水を処理することが通常行われている。

このため、各階毎に立管自体は横枝管と合流特殊継手によって固定され、さらに床板あるいは天井板の通過穴で周囲に耐火性パッキングを挟んで固定されることになる。しかし、立管は、各階の中間は固定されていないので、地震がくればこの中間部は揺れることになる。このような場合においても、立管の内管及び外管は地震などの強い振動を受けると、それぞれの固有の振動モードの変形曲線を起こすとされている。

この揺れる状態を検討すると、床面１、天井２の間に、内管１１、外管部材１２，１３，１４等及び各外管部材間に耐火シール材３を挿入してなる耐火二層管は、図１，図２及び図３に示す形になる。殆どの場合、図２に示すようなＳ字形になる。外管部材の各接合部には熱膨張性耐火シール材が挿入されているため、仮に空隙ができたとしても、火事などで加熱されると、膨張して空隙を密封し、耐火性能を発揮する。
この揺れモードについては、計算式があるため、現場ごとに計算してそれぞれに適合する外管部材を作れば理想的である。この場合には、内管の最大曲率部に外管部材の接合部が来るようにすれば、外管部材に対する圧力を最小にすることができる。このとき、外管に最も柔軟性を与えることになる。仮に外管が一体の剛性体であると、内管の揺れに対応できず衝撃を受けやすくなり、破損して耐火性を失いやすくなる。

建物の固有振動数は、解析によって求めた値と実際とではかなり異なる場合が多く、一般には実測によって求める以外に方法はないが、概略の値は、建物の高さから求めることができる。
一方、一般論として、配管系の固有振動も非常に簡単な例として両端固定型の振動系で、このときの振動数を配管系の固有振動数として計算しても良い。建物の固有振動数より配管系の固有振動数を高い方か低い方にずらすことにより、振幅を小さくすることが可能である。この目的には建物より短周期側にずらすことで達成できる。

外管が、剛性が高く、且つ脆い窯業系あるいは水硬性の難燃性材料および／または不燃性材料であるため、この外管に柔軟性を付与して地震等に対する耐震力を付与するには、耐火性を保持したまま外管を分割することが極めて有効であることを見出した。
最も有効な分割法は、振動モードの変形曲線の最大曲率部に外管部材の接合面が来るようにすることである。

多層階建物における排水管システムでは、他の配管系に比して、立管は各階毎に床面または天井面でパッキングを挟んで固定され、中間は固定されていないため、揺れやすい状態にある。
従って、本発明の耐震性耐火二層管は、排水管システムの立管として使用するときに有効な性能が発揮できる。

本発明の耐火二層管は、外管が複数の外管部材とその接合部に熱膨張性耐火シール材を挿入したものからなるため、耐火二層管の外管が耐火性を失うことなく、柔軟性が付与されており、大きな地震にあっても、耐火性二層管外管の破損による火災の二次災害を防止できる。特に、多層階の建物などにおいて有効に使用できる。

耐火二層管の地震等における揺れた状態の一例を示した模式図である。耐火二層管の地震等における揺れた状態の他の例を示した模式図である。耐火二層管の地震等における揺れた状態のその他の例を示した模式図である。

符号の説明

１床面
２天井
３熱膨張性耐火シール材
１１内管
１２外管部材１
１３外管部材２
１４外管部材３

Claims

合成樹脂製の内管と、その内管を被覆する耐火性と断熱性を備えた外管とからなる耐火二層管において、外管が少なくとも長手方向に２以上の外管部材に分割されており、前記内管の変形曲線の最大曲率部に前記外管部材の接合部が来るようにし、且つその接合部に熱膨張性耐火材からなる耐火シール材が挿入されていることを特徴とする耐震性耐火二層管。
熱膨張性耐火シール材が、耐熱性熱膨張性ゴム及び／または熱膨張性黒鉛材からなる請求項１に記載の耐震性耐火二層管。
外管部材が、外管に合わせた形状の環状熱膨張性耐火シール材をその端面に貼着されており、該外管部材を連結して、内管を被覆して外管とした請求項１または２に記載の耐震性耐火二層管。
内管が、ポリエチレンテレフタレート系ポリエステルからなる合成樹脂製内管である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の耐震性耐火二層管。
二層管の外管の卓越振動モードの変形曲線の最大曲率部において外管を分割する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の耐震性耐火二層管。
多数階住宅において、下層階の排水管継手と上層階の排水管継手との間に配管される排水立管及び構成部品からなる排水管システムであって、該排水立管に請求項１ないし５のいずれか１項に記載の耐震性耐火二層管を用いることを特徴とする排水管システム。