JP6125874B2 - 耐火性管体及び耐火構造 - Google Patents

Description

本発明は、耐火性管体及び耐火構造に関する。

集合住宅やビル等の建築物は、火災時の延焼が抑制されるように、耐火性の区画部により区画された構造を有する。こうした区画部は、例えば排水管が貫通する貫通孔が形成される場合がある。貫通孔を通じた延焼を抑制するために、火災時の加熱によって熱膨張する熱膨張材を用いる技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１の配管用耐火部材は、熱膨張材の膨張に伴って内側に向かって揺動する弁体を有している。そして、火災時には、貫通孔を貫通する流路の一部又は全体が熱膨張材及び弁体によって閉塞されることで、貫通孔における火炎、煤煙、ガス等の流通が抑制される。

特開２０１０−２３６６７７号公報

建築物の区画部を貫通する配管部分に鋳鉄製の耐火性継手管を用いることで、配管部の耐久性等を高めることができる。このような耐火性継手管に、難燃性を有する樹脂製の管体を連結する構造において、耐火性継手管の有する流路に、火炎、煤煙、ガス等が通じることを抑制し、区画貫通部の耐火性を高める点については、未だ改善の余地がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳鉄製の耐火性継手管が貫通して配置される区画貫通部の耐火性を高めることの容易な耐火性管体及び耐火構造を提供することにある。

上記課題を解決する耐火性管体は、建築物の区画部を貫通して配置される鋳鉄製の耐火性継手管に連結して用いられる耐火性管体であって、前記耐火性管体は、難燃性を有する樹脂製の管本体と、前記管本体の外周に設けられる被覆材とを有し、前記管本体は、前記耐火性継手管に連結される第１樹脂製継手管と、前記第１樹脂製継手管に連結される第２樹脂製継手管とを備え、前記管本体は、前記第１樹脂製継手管の周壁と前記第２樹脂製継手管の周壁とが重なる厚肉部を有し、前記被覆材は、通気性及び耐火性を有する無機繊維層と非通気層とを備え、前記無機繊維層は、第１無機繊維層と第２無機繊維層とを含み、前記非通気層は、前記第１無機繊維層と前記第２無機繊維層との間に配置され、前記被覆材は、前記厚肉部と重なる位置に設けられている。

上記課題を解決する耐火構造は、前記耐火性管体を用いて構成される耐火構造であって、前記耐火性継手管に前記耐火性管体が連結されてなる。
この構成によれば、通気性及び耐火性を有する無機繊維層により、管本体の外周への熱伝導が抑制される。また、非通気層が第１無機繊維層と第２無機繊維層との間に配置されているため、管本体の外周への熱風の到達が抑制される。すなわち、上記の被覆材が管本体の外周に設けられることで、火災の際に管本体の軟化や熱分解が進行し難くなり、管本体を構成する難燃性の樹脂が被覆材の内側に残留し易くなる。

本発明によれば、鋳鉄製の耐火性継手管が貫通して配置される区画貫通部の耐火性を高めることが容易となる。

実施形態における耐火性管体及び耐火構造を示す断面図。 耐火性管体が加熱された状態を模式的に示す断面図。 耐火性の試験方法を説明する説明図。

以下、耐火性管体及び耐火構造の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、耐火性管体１１は、建築物の床スラブ７１を貫通して配置される鋳鉄製の耐火性継手管６１に連結して用いられる。本実施形態の耐火性管体１１は、建築物の排水システムを構成する。

＜耐火性継手管＞
耐火性継手管６１は、床スラブ７１に形成された貫通孔７２に挿入される。床スラブ７１は、コンクリート製であり、耐火性継手管６１と貫通孔７２の内壁との間がモルタル７３で埋められることで、床スラブ７１に耐火性継手管６１が固定される。耐火性継手管６１は、上下のみに流路を有するものであってもよいし、床スラブ７１の上方で横方向に沿った流路を構成する枝管部を有していてもよい。

＜耐火性管体＞
耐火性管体１１は、難燃性を有する樹脂製の管本体１２を有している。管本体１２は、第１樹脂製継手管１３と、この第１樹脂製継手管１３に連結される第２樹脂製継手管１４とを有している。

第１樹脂製継手管１３は、耐火性継手管６１が連結される第１連結部１５を有している。第１連結部１５は、耐火性継手管６１の端部が挿入される被挿入部１５ａと、この被挿入部１５ａの内周に沿って配置されるゴム製のシール部材１５ｂとを有している。被挿入部１５ａに耐火性継手管６１の端部が挿入されることで、第１連結部１５の内壁と耐火性継手管６１の外周面とがシール部材１５ｂによってシールされる。

第１樹脂製継手管１３の第１連結部１５と反対側の端部は、第２樹脂製継手管１４に挿入され、接着剤で接合されている。
第２樹脂製継手管１４は、難燃性を有する樹脂製の立て管６２が連結される第２連結部１６を有している。第２連結部１６には、立て管６２の端部が挿入され、接着剤で接合される。

管本体１２及び立て管６２を構成する樹脂としては、例えば、硬質の塩化ビニル樹脂が挙げられる。
＜被覆材＞
管本体１２の外周には、被覆材２１が設けられている。被覆材２１は、通気性及び耐火性を有する無機繊維層２２と非通気層２３とを備えている。無機繊維層２２は、第１無機繊維層２２ａ及び第２無機繊維層２２ｂから構成されている。非通気層２３は、第１無機繊維層２２ａと第２無機繊維層２２ｂとの間に配置されている。このように被覆材２１は、第１無機繊維層２２ａ、非通気層２３、及び第２無機繊維層２２ｂが順に積層された積層構造を有している。

第１無機繊維層２２ａ及び第２無機繊維層２２ｂを構成する無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、セラミック繊維、金属繊維、鉱物繊維、アルミナ繊維、及びカーボン繊維が挙げられる。第１無機繊維層２２ａ及び第２無機繊維層２２ｂは、織布又は不織布から構成される。第１無機繊維層２２ａ及び第２無機繊維層２２ｂの耐熱温度は、好ましくは７００℃以上であり、より好ましくは８００℃以上であり、さらに好ましくは９００℃以上である。第１無機繊維層２２ａ及び第２無機繊維層２２ｂの密度は、３０〜２５０ｋｇ／ｍ^３の範囲であることが好ましい。第１無機繊維層２２ａ及び第２無機繊維層２２ｂの厚みは、２〜１５ｍｍの範囲であることが好ましい。

非通気層２３は、高分子材料からなる基材と無機充填材とを含有する材料から形成されている。高分子材料としては、例えば、合成樹脂、エラストマー、及びゴムから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。合成樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、及びスチレン系樹脂が挙げられる。エラストマーとしては、例えば、オレフィン系エラストマー、及びウレタン系エラストマーが挙げられる。ゴムとしては、例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、及びブチルゴムが挙げられる。高分子材料の中でも、可撓性が付与されることで、管本体１２の外周に沿った形状に変形することが容易であることから、エラストマー及びゴムから選ばれる少なくとも一種を用いることが好ましい。

無機充填材としては、例えば、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化チタン、バライト、鉄粉、酸化亜鉛、及びグラファイトが挙げられる。無機充填剤の含有量は、高分子材料１００質量部に対して、５０〜８５質量部の範囲であることが好ましい。

非通気層２３には、必要に応じて、可塑剤、酸化防止剤、粘着剤等の添加剤を含有させることもできる。非通気層２３の厚みは、０．５〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。
次に、被覆材２１の配置の詳細について説明する。

上記の管本体１２において、第１連結部１５と第２連結部１６との間には、第１樹脂製継手管１３の周壁と第２樹脂製継手管１４の周壁とが重なる厚肉部１２ａが形成されている。被覆材２１の有する積層構造は、厚肉部１２ａから第２連結部１６の端部にわたる位置に設けられている。被覆材２１の有する積層構造は、少なくとも厚肉部１２ａと重なる位置に設けられることが好ましく、少なくとも第２樹脂製継手管１４の長さ方向の全体にわたって設けられることがより好ましい。

なお、本実施形態の第２無機繊維層２２ｂは、第１連結部１５と重なる位置に設けられている。非通気層２３についても、第２無機繊維層２２ｂと同様に第１連結部１５と重なる位置に設けられている。

＜耐火構造＞
耐火構造は、耐火性管体１１を用いて構成され、耐火性継手管６１に耐火性管体１１が連結された構成を有する。すなわち、耐火構造は、建築物の区画部としての床スラブ７１と、この床スラブ７１を貫通して配置される耐火性継手管６１と、耐火性管体１１とを備えている。本実施形態の耐火構造は、被覆材２１を床スラブ７１に支持する金属製の支持具５１を備えている。支持具５１は、被覆材２１を保持する保持部５２と、この保持部５２を床スラブ７１に支持させる支持部５３とを備えている。保持部５２は、連続した環状に形成されている。保持部５２は、その周方向の少なくとも一部を係合及び離脱可能にする開閉部を有し、被覆材２１の径方向から装着可能となっている。支持具５１は、支持部５３の一端を床スラブ７１に固定した後に、支持部５３の少なくとも一部、又は保持部５２と支持部５３とが、例えばボルト及びナット等の連結具で連結されることで装着される。支持具５１を構成する金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、及びステンレス鋼が挙げられる。

＜作用＞
次に、耐火性管体１１及び耐火構造の作用について説明する。
耐火性管体１１は、無機繊維層２２を有するため、管本体１２の外周への熱伝導が抑制される。また、第１無機繊維層２２ａと第２無機繊維層２２ｂとの間に非通気層２３が配置されているため、管本体１２の外周への熱風の到達が抑制される。すなわち、被覆材２１が管本体１２の外周に設けられることで、火災の際に管本体１２の軟化や熱分解が進行し難くなり、管本体１２を構成する難燃性の樹脂が被覆材２１の内側に残留し易くなる。

図２に示すように、耐火性管体１１を備えた耐火構造が加熱されると、管本体１２が熱変形するとともに管本体１２の一部が熱分解し、被覆材２１の内側に残留物１７が形成される。この残留物１７により、被覆材２１内側の径方向全体又は径方向の一部が閉塞される。

本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）耐火性管体１１は、耐火性継手管６１に連結して用いられる。耐火性管体１１は、管本体１２と被覆材２１とを有している。被覆材２１は、通気性及び耐火性を有する無機繊維層２２と非通気層２３とを備えている。非通気層２３は、第１無機繊維層２２ａと第２無機繊維層２２ｂとの間に配置されている。耐火構造は、耐火性継手管６１に耐火性管体１１が連結された構成を有する。

この構成によれば、被覆材２１が管本体１２の外周に設けられることで、火災の際に管本体１２の軟化や熱分解が進行し難くなり、管本体１２を構成する難燃性の樹脂が被覆材２１の内側に残留し易くなる。このように残留した樹脂（残留物１７）は、被覆材２１内側の径方向全体又は径方向の一部を閉塞する。これにより、鋳鉄製の耐火性継手管６１が貫通して配置される区画貫通部の耐火性を高めることが容易となる。

（２）耐火構造は、被覆材２１を床スラブ７１に支持する金属製の支持具５１を備えるため、管本体１２に対する被覆材２１の位置ずれ、すなわち耐火性継手管６１に対する被覆材２１の位置ずれを長期にわたって抑制することが可能である。

（３）難燃性を有する樹脂の一種である塩化ビニル樹脂が加熱されると、分子中の塩素原子及び水素原子が塩化水素ガスとして脱離する。この塩化水素ガスは塩化ビニル樹脂を体積膨張させる。このため、管本体１２は塩化ビニル樹脂から構成されることで、残留物１７の体積が増加し易くなる。従って、被覆材２１の内側における閉塞を促進させることが可能である。

（４）管本体１２は、第１樹脂製継手管１３と、第１樹脂製継手管１３に連結される第２樹脂製継手管１４とを有している。この場合、厚肉部１２ａを形成することが容易となる。このため、被覆材２１の内側の残留物の体積を容易に増加させることができる。従って、被覆材２１の内側における閉塞を促進させることが可能である。

（５）非通気層２３は、高分子材料からなる基材と無機充填剤とを含有する材料から形成されることで、高分子材料の軟化時又は溶融時の粘性が高まる。このため、非通気層２３は、第１無機繊維層２２ａと第２無機繊維層２２ｂとの間に留まり易くなるため、管本体１２の外周への熱風の到達を抑制する作用が維持され易くなる。従って、上記（１）で述べた耐火性を高める効果がさらに得られ易くなる。

（変更例）
なお、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。
・前記耐火構造において、前記支持具５１は省略されてもよい。この場合、被覆材２１を構成する層間や本体管と被覆材２１との間に、接着層を設けることが好ましい。

・前記支持具５１を構成する保持部５２は、連続した環状に形成されているが、不連続の環状に形成されていてもよい。
・前記保持部５２は、被覆材２１に挿入される突起を有していてもよい。この場合、保持部５２と被覆材２１との位置ずれが長期にわたって抑制され易くなる。

・前記支持具５１は、被覆材２１を床スラブ７１に支持させているが、被覆材２１を耐火性継手管６１に支持させるように変更されてもよい。
・前記非通気層２３には、無機繊維が含有されていてもよい。また、前記非通気層２３は、金属箔から構成されてもよい。このように変更した場合でも、管本体１２の外周への熱風の到達が抑制される。

・前記第１無機繊維層２２ａ、第２無機繊維層２２ｂ、及び非通気層２３の少なくとも一つの層は、複数の層から構成されていてもよい。
・前記第２無機繊維層２２ｂの外周に非通気層２３をさらに設けてもよい。

・前記第２無機繊維層２２ｂは、第１連結部１５の外周を被覆しているが、厚肉部１２ａのみが被覆される構成に変更されてもよい。非通気層２３についても、第２無機繊維層２２ｂと同様に第１連結部１５の外周を被覆しているが、厚肉部１２ａのみが被覆される構成に変更されてもよい。

・前記第１無機繊維層２２ａによっても第１連結部１５が被覆されるように、被覆材２１を変更されてもよい。
・前記管本体１２は、第１樹脂製継手管１３と、第２樹脂製継手管１４とを有しているが、第１連結部１５と第２連結部１６とを有する一体型の樹脂製継手管に変更されてもよい。なお、残留物１７による閉塞の度合いは、例えば、第１無機繊維層２２ａ又は第２無機繊維層２２ｂの厚みをより厚く設定することで高めることが可能である。また、管本体１２の厚みを厚くするほど、残留物１７が多くなる傾向にあるため、管本体１２の厚みの設定によっても残留物１７による閉塞の度合いを高めることができる。前記実施形態の管本体１２は、残留物１７による閉塞に有効な厚肉部１２ａを容易に形成できるという観点から有利である。

・前記管本体１２は、難燃性を有する樹脂以外の材料が含まれていてもよい。例えば、管本体１２は、樹脂と熱膨張性の材料とを含む構成に変更することで、加熱による膨張を促進することができる。

・前記管本体１２は、例えば、難燃性を有するオレフィン系樹脂により形成されてもよい。
・前記第１連結部１５は、耐火性管体１１が挿入される被挿入部１５ａを有しているが、耐火性管体１１に挿入される挿入部に変更されてもよい。この場合、例えば、特許文献１に開示されるように、耐火性継手管６１にフランジを形成し、このフランジ、パッキン、締結具等を用いて、耐火性継手管６１に耐火性管体１１を固定することができる。

・前記第１樹脂製継手管１３と第２樹脂製継手管１４との連結構造、及び第２連結部１６と立て管６２との連結構造についても、挿入及び被挿入の関係は前記実施形態に限定されず、適宜変更することができる。

・床スラブ７１は、コンクリート製に限らず、石板等で形成されていてもよい。
・前記耐火性管体１１及び耐火構造は、区画部として、水平方向に沿って区画する床スラブ７１に適用されているが、例えば、区画部として、垂直方向に沿って区画する耐火性を有する壁材に適用されてもよい。この場合、第２連結部１６には、立て管６２の代わりに、難燃性を有する樹脂製の横管が連結される。

・第２連結部１６に連結される管体は、難燃性を有する樹脂製の管体に限らず、鋳鉄製の管体や鋼製の管体に変更されてもよい。
・前記耐火性管体１１及び耐火構造は、排水システムに適用されているが、通気システムに適用されてもよい。

次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について以下に記載する。
（イ）前記耐火性管体において、前記非通気層は、高分子材料からなる基材と無機充填剤とを含有する材料から形成される耐火性管体。

（ロ）前記耐火性管体において、前記管本体は、前記耐火性継手管に連結される第１樹脂製継手管と、前記第１樹脂製継手管に連結される第２樹脂製継手管とを備える耐火性管体。

（ハ）前記耐火構造において、前記被覆材を前記区画部又は前記耐火性継手管に支持する金属製の支持具を備える耐火構造。

次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態を具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示される耐火性管体を製造した。管本体は、塩化ビニル樹脂製であり、第１無機繊維層及び第２無機繊維層としては、シリカ繊維の不織布を用いた。この不織布の厚みは約５ｍｍであり、密度は約１２５ｋｇ／ｍ^３であり、耐熱温度は約１０００℃である。非通気層としては、オレフィン系樹脂からなる基材と、無機充填剤としての硫酸バリウムとを含有するシートを用いた。このシートの厚みは、約１．５ｍｍである。この耐火性管体を用いて試験用の耐火構造を形成した。

図３に示すように、耐火性及び断熱性を有する容器９１の開口にコンクリート製の試験用床スラブ９２を設けた。試験用床スラブ９２の貫通孔９３に耐火性継手管６１を配置し、貫通孔９３とその上方にモルタル９４を打設した。そして、所定長さの立て管６２が連結された耐火性管体１１を耐火性継手管６１に連結し、さらに支持具５１を装着した。

（比較例１）
比較例１では、被覆材を省略した以外は、実施例１と同様に試験用の耐火構造を形成した。

（耐火性の試験）
実施例１の耐火構造について耐火性の試験を行った。この試験では、バーナ９５を用いて容器９１内を加熱した。そして、温度測定箇所９６の温度において、開始温度が約２０℃であり、終了温度が約１０００℃になるようにバーナの火力を調整し、開始から６０分後に耐火性の試験を終了した。

比較例１についても、実施例１と同様に耐火性の試験を行った。
続いて、各例の試験後に、耐火性継手管６１の上方から流路の写真を撮影した。その写真を用いて、耐火性継手管６１下端の開口面積に対して閉塞されている部分の面積を百分率で算出し、これを閉塞率とした。実施例１の閉塞率は９０％以上であるのに対して、比較例１の閉塞率は０％であった。

１１…耐火性管体、１２…管本体、２１…被覆材、２２…無機繊維層、２２ａ…第１無機繊維層、２２ｂ…第２無機繊維層、２３…非通気層、６１…耐火性継手管、７１…床スラブ（区画部）。

Claims (2)

1. 建築物の区画部を貫通して配置される鋳鉄製の耐火性継手管に連結して用いられる耐火性管体であって、
   前記耐火性管体は、難燃性を有する樹脂製の管本体と、前記管本体の外周に設けられる被覆材とを有し、
   前記管本体は、前記耐火性継手管に連結される第１樹脂製継手管と、前記第１樹脂製継手管に連結される第２樹脂製継手管とを備え、前記管本体は、前記第１樹脂製継手管の周壁と前記第２樹脂製継手管の周壁とが重なる厚肉部を有し、
   前記被覆材は、
   通気性及び耐火性を有する無機繊維層と非通気層とを備え、
   前記無機繊維層は、第１無機繊維層と第２無機繊維層とを含み、
   前記非通気層は、前記第１無機繊維層と前記第２無機繊維層との間に配置され、
   前記被覆材は、前記厚肉部と重なる位置に設けられていることを特徴とする耐火性管体。
2. 請求項１に記載の耐火性管体を用いて構成される耐火構造であって、
   前記耐火性継手管に前記耐火性管体が連結されてなることを特徴とする耐火構造。