JP5330167B2

JP5330167B2 - 窓枠用内填材

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Publication number: JP5330167B2
Application number: JP2009208484A
Authority: JP
Inventors: 吉幸繁冨; 誠古城; 弘義加藤; 泰彰宮副; 宏行土井; 征夫篠崎
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: JP2011057503A

Description

本発明は、窓枠、特に住宅や事務所等の建物における躯体の開口部に組み付けられた、内部に空洞部を有する合成樹脂又はアルミニウム、とりわけ合成樹脂からなる中空構造の窓枠（以下、「既設窓枠」という）の防火補修に用いられる窓枠用内填材に関する。

建物は、防災上の観点から不燃化が進められており、特に、火災時における窓からの類焼を避けるために、窓の外部から迫る火炎又は輻射熱による着火等による類焼を防止することが重要な課題となっている。

建物の窓、例えば、引違い戸式又は開き戸式の開閉窓あるいは嵌殺し窓等においては、加工性、断熱性、防音性及び耐食性に優れた材料である合成樹脂からなる、あるいは、加工性、耐食性に優れた金属材料であるアルミニウムからなる、中空構造を有する窓枠が、建物などに多用されている。

従来、窓に防火対策を施す場合、建築基準法及び同施工令等によって、火炎に対する防火性能が規定されている。

例えば、木造三階建などの住宅では、ガラス窓の防火試験を行う際に、ガスバーナ等を用い、放射される火炎が窓ガラス面に直接触れないように所定の距離を隔てると共に、加熱温度が、ISO（国際標準化機構）に規定されている標準加熱温度曲線（該標準加熱温度曲線によれば、２０分後に、781℃に達する）となるように、室内又は室外の方向から加熱したときに、それぞれ、加熱を開始してから２０分間、非加熱側に延焼しないという条件、具体的には、
(１)非加熱側へ１０秒を超えて継続する火炎の噴出がない、
(２)非加熱面で１０秒を超えて継続する発炎がない、
(３)火炎が通る亀裂等の損傷および隙間が生じない、
という３条件を同時に満たす必要がある。

このような要求を満たすためには、窓を構成する窓枠材自体が防火性を有するだけでなく、火災時において、ガラスあるいはガラスと一体化された障子が脱落し難いことが重要である。

また、火災時におけるガラス又は障子の脱落は、窓枠が、熱によって熔融又は軟化して変形し、ガラス又は障子を支持できなくなることに起因するものであり、このような熱時における変形が起こり難い防火性窓枠として、窓枠の空洞部に特定組成のセメント組成物からなる耐火性モルタルを充填し、硬化させることが公知である（特許文献１）。通常、窓枠は、合成樹脂あるいはアルミニウム製のものが用いられ、より軽量化したものが要求されており、合成樹脂製のものは、さらに耐火性が要求されている。特許文献１は、本願出願人に係るものであり、同文献に記載の、セメント、軽量骨材（無機マイクロバルーン）、カ焼ミョウバン、シリカヒューム、セメント分散剤、水及び気泡からなる耐熱性モルタルは、これらの要求を満足する。

しかし、同文献に記載の耐熱性モルタルは、新規に構築される建物の窓の防火対策として開発されたものである。新規に構築される建物の窓では、躯体の開口部に組み付けられる窓枠又は窓框を構成する部材の内部空洞部に、予め工場においてセメント組成物からなる耐熱性モルタルを充填して、防火処理を施した後、現場において組み付けることにより、比較的容易に防火対策を講じることができる。

これに対して、既に構築された建物の窓、特に、既設窓枠を防火構造に補修しようとする場合、窓枠が躯体の開口部に固定されており、破壊すること以外には、取り外すことができないため、現場にて既設窓枠に防火補修を施す必要がある。そのため、予め工場において耐熱性モルタルを充填する場合と異なり、作業場所の確保と共に、充填作業上、解決しなければならない問題が生ずることが予想される。すなわち、工場において作業する場合は、窓枠等を横向きの状態として作業を行うことができるが、既設窓枠の場合には、縦向き状態となっており、そのため、充填作業上の問題が生ずる虞がある。

本発明者らは、実際に、特許文献１に記載される耐熱性モルタルを用いて、既設窓枠の防火補修を試みたところ、現実に、次のような問題があることが判明した。すなわち、
（１）既設窓枠の防火補修が、実際に、現場で行われる際には、補修現場の窓から離れた建物外の位置でモルタルを調製し、例えば、吐出ポンプ及び長さ約３０ｍ、直径約２０mmのホースを使用して、調製したモルタルを、補修現場の既設窓枠に取り付けた充填装置まで圧送することが必要であるが、気泡を混合するために用いる起泡塔を設置しなければならず、作業スペースが必要になるため、施工できる現場に制約がある。また、気泡を工場等で混合させて施工現場に持ち込み、既設窓枠に充填する場合、気泡を混合させてからモルタルが硬化するまでの間に気泡が消失してしまい、窓枠の軽量性や防火性能が低下してしまう問題がある。
（２）上記問題を避けるため、気泡の代わりに、軽量骨材（無機マイクロバルーン）の量を増加させ、同様の実験を行ったが、モルタルの流動性の低下や、窓枠への充填性の低下がみられた。さらに、窓枠の防火性能や強度が低下するとの問題が生じた。

特許第２７７４８９７号公報

本発明は、前記の現状に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、既設窓枠の現場での防火補修に好適に使用しうる窓枠用内填材を提供することにある。すなわち、本発明は、既設窓枠の防火補修に当たり、現場において作業を行う上で、特に支障となる制約がないと共に、吐出ポンプによって、かなりの距離を移送された後、充填装置を介して、既設窓枠の空洞部内に、容易に、均一に圧入、充填することができるほどに充填作業性に優れ、かつ硬化によって、均一な良質の充填部が形成されることにより、良好な防火性能及び強度が得られるような窓枠用内填材を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った結果、無機マイクロバルーン及び有機マイクロバルーンの混合物からなる超微粒中空発泡体を用いると共に、フロー値を所定範囲に調整したセメント組成物からなる内填材が、前記課題を満足できるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、内部に空洞部を有する窓枠の防火性能を向上させるために、前記窓枠の空洞部に充填される窓枠用内填材であって、セメント、無機マイクロバルーン及び有機マイクロバルーンの混合物からなる超微粒中空発泡体、セメント分散剤並びに水を含んでなり、フロー値（JASS 15 M-103法に従って測定）が120〜280 mmであることを特徴とする窓枠用内填材である。

なお、無機マイクロバルーン及び有機マイクロバルーンの混合物を用いた断熱材が公知である（特開平4‐６１８２号公報）が、本断熱材は、コンクリート面に吹き付け、あるいは鏝塗り施工される用途としての使用を目的としているため、一定の粘度、すなわち、フロー値が低いことが必要とされる。そのため、本断熱材を既成窓枠に充填しようとした場合、流動性が悪く、実用に供し得ない。

本発明によれば、既設の合成樹脂製又はアルミニウム製窓枠の内部空洞部に充填される際、優れた充填性及び充填作業性を示すだけでなく、優れた防火性能及び強度を発揮する窓枠用内填材が提供される。本発明の窓枠用内填材は、既設窓枠の防火補修に使用されるだけでなく、窓枠の製造工場における窓枠の防火処理にも使用できるものである。この場合にも、既設窓枠の防火補修と同様に、良好な充填性、充填作業性、防火性能及び強度を発揮する。

本発明の窓枠用内填材の充填性をテストするためのテスト装置の概要を示す図である。

本発明による窓枠用内填材は、セメント、超微粒中空発泡体、セメント分散剤及び水を含んでなり、そのフロー値（JASS 15 M-103法に従って測定）は、一般に120〜280 mm、好ましくは140〜260 mm、さらに好適には160〜240 mmである。

フロー値が120 mm未満では、得られる内填材の分散性が悪く、充填された際、層化して、窓枠の空洞部において形成される充填部の均一性が失われる。均一性が失われた結果、窓枠が高温にさらされて、窓枠の材料が熔融し、脱落した後、空洞部において形成された充填部によっては、ガラスを保持するために必要な強度を得ることができない。また、充填時の圧力が高くなり、ホースが外れる等の施工操作上の問題が生じる。フロー値が280 mmを超える場合、内填材を構成する水のみが先に流れて、窓枠の空洞部において、他の構成成分による閉塞を生じ、充填性が損なわれ、空洞部において均一な充填部を形成することができない。特に、窓枠内部に金具が存在し、流路が狭くなっている箇所が存在する場合は、閉塞の問題が顕著である。

本発明において、窓枠用内填材を構成するセメントは、公知のセメントを何等制限なく、用いることができる。例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント等の各種セメントを使用することができる。特に、本発明においては、早強ポルトランドセメントが、高流動性を阻害することなく、適度な速度で硬化するために好適に使用できる。

セメントは、ブレーン値2,500〜5,500 cm²/ｇを有するものが好適である。ブレーン値が2,500 cm²/ｇ未満では、内填材の構成成分が分離し易く、硬化を生ずる水和反応が不充分となり、窓枠が高温にさらされて、窓枠材料が熔融、脱落した後、形成された充填部によっては、ガラスを保持するに必要な強度を得ることができない。また、ブレーン値が5,500 cm²/ｇを超える場合には、内填材の流動性が悪くなり、窓枠の空洞部全体に均一に内填材が行き渡らないことがある。

本発明において、窓枠用内填材を構成する超微粒中空発泡体としては、例えば、シラスバルーン等の粒径５〜200μmの無機マイクロバルーン、樹脂、例えば、アクリル系樹脂からなる殻にガスを内包してなる粒径10〜100μmの有機マイクロバルーン等がある。従って、超微粒中空発泡体の粒径は、一般に、５〜200μmである。超微粒中空発泡体は、200μmを超える粒径を有する巨大分子を含有するものであってもよいが、巨大分子の量は、超微粒中空発泡体の５質量％未満であることが好ましい。

超微粒中空発泡体は、無機マイクロバルーンと有機マイクロバルーンとの混合物として使用することが好適である。無機マイクロバルーンと有機マイクロバルーンとを混合して使用することにより、超微粒中空発泡体の粒度分布が適度となり、得られる内填材の充填性が向上する。これは、一般に、有機マイクロバルーンの粒径は無機マイクロバルーンの粒径よりも小さく、有機マイクロバルーンの方が小空隙内にも流入し易く、超微粒中空発泡体を無機マイクロバルーンのみで構成する場合と比べて、小空隙への流入性が改善されるためである。また、無機マイクロバルーンは硬く、表面が粗であるのに対して、有機マイクロバルーンは、比較的、表面が滑らかであり、且つ、柔軟性があるため、無機マイクロバルーンと有機マイクロバルーンとを混合して使用することによって、得られる内填材の充填性が向上する。また、有機マイクロバルーンはコストが高く、超微粒中空発泡体を有機マイクロバルーンのみで構成する場合、高コストとなるが、安価な無機マイクロバルーンを混合することによって、コストに係る不利益を緩和できるばかりでなく、有機マイクロバルーンのみで構成する場合、防火性が低下する。

無機マイクロバルーンと有機マイクロバルーンとの混合比は、好ましくは、１.０：１.３〜１.０：３.０である。有機マイクロバルーンが多すぎると、燃え易くなり、不燃性に影響を及ぼす。逆に、無機マイクロバルーンが多すぎると、形成する充填部が脆くなる傾向がみられる。

セメント分散剤としては、例えば、リグニンスルホン酸ナトリウム、リグニンスルホン酸カリウム等のリグニンスルホン酸塩；ナフタレンスルホン酸塩；メラミンスルホン酸塩；ポリカルボン酸系分散剤等の公知の分散剤を、一般的に使用できるが、特に、ポリカルボン酸系分散剤を使用することが好ましい。ポリカルボン酸系分散剤は、メラミン系分散剤よりも少ない量で流動性を増大させることができる。このような好適なポリカルボン酸系分散剤としては、例えば、メタクリル酸系共重合物、メタクリル酸系多元共重合物、マレイン酸系共重合物などが挙げられる。

本発明の窓枠用内填材は、上述のように、セメント、超微粒中空発泡体、セメント分散材及び水を含有するが、窓枠用内填材において、超微粒中空発泡体は、セメント100質量部当たり、２０〜５０質量部の割合、水は７０〜120質量部の割合で混合するのが好ましい。

超微粒中空発泡体が２０質量部に満たない場合、硬化後に充分な断熱性が得られないため好ましくない。５０質量部を超えると、モルタルの流動性が低下し、窓枠への充填性が低下する場合があり、好ましくない。また、水が７０質量部未満である場合、十分な流動性が得られず、窓枠への充填性が低下するため好ましくない。120質量部を超えると、モルタルの材料分離が生じ、充填性が低下する可能性がある。さらに、硬化後のモルタルの強度が低下するため好ましくない。

また、窓枠用内填剤におけるセメント分散剤の量は、内填材のフロー値が120〜280 mmとなるように決定されるが、一般に、セメント100質量部当たり０.１〜１.５質量部であり、好ましくは、０.２〜１.２質量部である。

本発明の窓枠用内填材は、セメント、超微粒中空発泡体、セメント分散剤及び水に加えて、他の添加剤を含有することができる。添加剤の例としては、微細繊維、合成樹脂エマルジョン、増粘剤があり、その他に、抑泡剤、防腐剤、粘弾性調整剤等が挙げられる。

微細繊維は、形成される充填部の結合性を改善するものであり、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン、ナイロン、ビニロン、アクリロニトリル、セルロース等の天然又は合成の無機又は有機繊維、アルミナ繊維、ロックウール等の各種天然又は合成の無機又は有機繊維が挙げられる。好ましい繊維長は、一般に、５〜１０mmである。微細繊維は、一般に、セメント100質量部当たり２.０質量部以下の割合で使用される。

一方で、窓枠の空洞部の構造が複雑であるため、内填材を空洞部の細部まで充填させることが困難な場合には、微細繊維を含有させない方が、内填材の空洞部細部への充填性が向上する傾向がある。

合成樹脂エマルジョンは、調製される窓枠用内填材における超微粒中空発泡体、特に、有機マイクロバルーンの安定性を改善する。このような合成樹脂エマルジョンとしては、アクリル系、酢酸ビニル系、合成ゴム系、塩化ビニリデン系、塩化ビニル系又はこれらの混合系がある。合成樹脂エマルジョンは、一般に、セメント100質量部当たり１０〜２５質量部の割合で使用される。

増粘剤は、窓枠用内填剤のフロー値を調整して、所定範囲内のものとするために使用でき、また、内填材が硬化するまで、固体成分が沈降する傾向を抑制するためにも使用される。増粘剤としては、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース等がある。

本発明の窓枠用内填材は、セメント、超微粒中空発泡体（シラスバルーン等の無機マイクロバルーン及びアクリル系マイクロバルーン等の有機マイクロバルーン）、セメント分散剤及び水を、耐火補修現場において、計量し、適宜の手段、例えば、ハンドミキサーを使用して混練することによって容易に調製される。

防火補修の実施に当たっては、モルタル充填装置を使用し、既設窓枠の下方部分に設けた開口に設置したモルタル充填装置まで、上記のように調製した窓枠用内填材を、吐出ポンプによって、ホースを通して圧送すると共に、モルタル充填装置を介して、窓枠の内部空洞部に内填材を圧入し、同じ既設窓枠の上方部分に設けた開口から内填材がオーバーフローするまで充填する。その後、モルタル充填装置を取り外すと共に、開口を閉止して、充填された内填材を自然硬化させる。

本発明の窓枠用内填材を使用し、上記の方法で既設窓枠の防火補修を行う場合、内填材は、比較的低い吐出圧力で、閉塞を生ずることなく、窓枠の空洞部全域に渡って、均一に充填され、密閉された窓枠の空洞部において硬化し、既設窓枠全体の防火性能を向上させることができる。

本発明をさらに詳述するため、いかに、いくつかの実施例を例示する。
下記の表１に示す組成を有する配合１〜３を調製し、そのフロー値を測定した（実施例）。

なお、フロー値は、JASS学会基準 M-103「セルフレベリング材」に記載の方法に準じて測定した。すなわち、磨きガラス（厚さ５mm）上にポリ塩化ビニル製のパイプ（内径５０mm、高さ５１mm）を縦向きに置き、混練した材料を充填した後、直ちに、同パイプを引き上げ、前記材料の広がりが静止した後、直角二方向の直径（mm）を測定して得られた値の平均値である。

充填性及び充填作業性
本発明に係る内填材（配合１〜３）の充填性及び充填作業性を、図１に示すテスト装置を使用し、既設の硬質塩化ビニル樹脂製窓枠の空洞部に、各内填材を圧入、充填することによってテストした。充填性のテスト装置は、圧力計Ｍを備えた吐出ポンプ(１)、この吐出ポンプ(１)とテスト用硬質塩化ビニル製サッシ(３)との間を接続するテトロン製のブレードホース（長さ３０ｍ、直径１９cm）(２)からなり、調製した内填材を、吐出ポンプ(１)によって、サッシ(３)の内部空洞部に圧入、充填して、テストを行った。
なお、図１において、Ｗ1＝980 mm、Ｗ2＝600 mm、Ｈ＝1480 mmである。

表２は、充填性のテスト結果を示すもので、測定した３箇所の界面の高さ（図１において、各箇所の界面高さをＨ1、Ｈ2及びＨ3で示す）の相互の差が少ないほど充填性が良好であることを示しており、本発明の内填材では、比較例（配合４）と比べて、界面差が少なく、充填性に優れていることを示している。
また、充填作業性については、内填材を充填する際の作業性の良好なものを○、不良のものを×とした。
配合４（比較例）については、流動性が低いため、吐出ポンプによる充填が不可能であった。また、配合５（比較例）については、吐出ポンプでの充填中に、水分が先に送り出され、残りの構成成分によってホースが閉塞状態となる傾向が認められたため、充填作業を途中で中止した。

１吐出ポンプ
２ブレードホース
３テスト用サッシ
Ｍ圧力計

Claims

内部に空洞部を有する窓枠の防火性能を向上させるために、前記窓枠の空洞部に充填される窓枠用内填材であって、セメント、無機マイクロバルーン及び有機マイクロバルーンの混合物からなる超微粒中空発泡体、セメント分散剤並びに水を含んでなり、フロー値（JASS 15 M-103法に従って測定）が120〜280 mmであることを特徴とする窓枠用内填材。
セメントが、ブレーン値2,500〜5,500 cm²/ｇを有するものである請求項１記載の窓枠用内填材。
超微粒中空発泡体が、粒径５〜200μmを有するものである請求項１又は２記載の窓枠用内填材。
超微粒中空発泡体が、粒径５〜200μmを有する無機マイクロバルーンと、粒径１０〜100μmを有する有機マイクロバルーンとの混合物からなる請求項１〜３のいずれかに記載の窓枠用内填材。
セメント分散剤が、ポリカルボン酸系分散剤である請求項１〜４のいずれかに記載の窓枠用内填材。
セメント100質量部に対して、超微粒中空発泡体を２０〜５０質量部、水を７０〜120質量部の割合で含有し、且つ、前記超微粒中空発泡体中の無機マイクロバルーンと有機マイクロバルーンとの混合比が１.０：１.３〜１.０：３.０である請求項１〜５のいずれかに記載の窓枠用内填材。
窓枠用内填材が、内部に空洞部を有する既設窓枠の防火補修に使用されるものである請求項１〜６のいずれかに記載の窓枠用内填材。