JPH04295076A - 耐火被覆組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建築物の耐火被覆組
成物に関するものである。従って、利用は建築分野であ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、建築物の構築において工期の短縮
，職人の不足という面からＲＣ造より鉄骨造の建築物が
増加している。この鉄骨造の鉄骨に対しては、火災時の
温度上昇を一定の限度内とし、建築物の倒壊を防ぐため
に所定の耐火被覆を施さなければならない。日本におい
ては昭和５０年以前は石綿の吹き付けが行われていたが
、石綿を扱うことによる健康障害や、石綿の飛散による
環境汚染、しいては人体への害のため、昭和５０年以降
はロックウールの吹き付けが行われている。ロックウー
ルの吹き付けは、経済性の面では優れているが、最近で
は、ロックウール繊維の飛散から作業環境が悪いとか、
外観が美しくないとか、表面強度が弱いという問題によ
り敬遠されている。

【０００３】また、上記以外の耐火被覆材に水ガラスを
結合材とするものがあるが、耐水性あるいは耐候性に問
題があり、実用性には欠けるものであった。

【０００４】これらを改良するものとして、特開昭６２
−５２１８８号に開示されるような、セメントと再乳化
性合成樹脂エマルション粉末，軽量骨材，水化度の大き
い物質を特定の割合により組み合わせたものがあった。 しかしこれも価格的に高価になり汎用性がないという欠
点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】この発明は、建築分
野の従米の耐火被覆における劣悪な作業環境、仕上がり
美観の欠如、耐久性の欠如、効率的耐火性能の欠如、鋼
材への付着力の欠如、トータルでの経済性の欠如などの
問題点を解決しようとするものである。

【０００６】

【問題を解決するための手段】この発明の組成物は、概
要として水硬性セメント１５〜６０重量％，無機質軽量
骨材５〜５８重量％，吸熱性物質２５〜７５重量％，起
泡化剤０．０５〜３重量％，低増粘性増粘剤１〜１０重
量％を配合してなり、水硬性セメントにより組成物に水
硬性をもたせ、無機質軽量骨材により被覆材の断熱化と
軽量化を行い、吸熱性物質の選定により耐火性能のより
向上を図り、起泡化剤によりさらに軽量化と経済化を図
り、低増粘性増粘剤により鋼材への付着力を高め剥離事
故の起こらないようにし、トータルでより実用的な耐火
被覆材としたものである。

【０００７】この発明の組成物を以下詳しく説明する。 まず水硬性セメントとは、ＪＩＳ−Ｒ５２１０で規定す
る各種ポルトランドセメント，白色ポルトランドセメン
ト，ＪＩＳ−Ｒ５２１１で規定する各種高炉セメント，
ＪＩＳ−Ｒ５２１２で規定する各種シリカセメント，Ｊ
ＩＳ−Ｒ５２１３で規定する各種フライアッシュセメン
トのような混合セメントのいずれかあるいはこれらを組
み合わせたもの、またはそれらに更に、全水硬性セメン
トに対し２０重量％以内の割合において焼石膏ないしア
ルミナセメントを混合したものである。この水硬性セメ
ントは耐火被覆組成物の結合材としての働きをする。こ
のような水硬性セメント使用量は１５〜６０重量％の範
囲で使用する。水硬性セメントの使用量が１５重量％未
満の場合は、被覆姐成物の強度が弱くなり、６０重量％
を超える場合には、加熱時に熱歪みによリ割れ易くなる
。焼石膏，アルミナセメントを混合する場合は全水硬性
セメントに対して２０重量％を超えると急結性が強くな
り作業性で好ましくなく、２０重量％以下の適量混合す
る場今は低温時の硬化を早くできる。

【０００８】次に、無機質軽量骨材とは、天然または工
業的に産出するシラス，ガラス屑，真珠岩，黒曜石，雲
母状鉱物を加熱加工して中空発泡体としたシラスバルー
ン，ガラスバルーン，パーライト，焼成ヒル石、または
抗火石，天然軽石を例示することができる。これらの不
燃性を有する無機質の軽量骨材を単独あるいは複数組み
合わせて用いることができるが、その粒径は０．０１〜
１．５ｍｍの範囲のものが良い。粒径が１０μ未満のも
のは混練時の飛散が多くなり好ましくなく、１．５ｍｍ
を超えるものはち密な断熱層を構成するうえで好ましく
ない。また、見かけ比重については０．０５〜１．０の
範囲であることが好ましい。この無機質軽量骨材の使用
量は５〜５８重量％の範囲で使用する。無機質軽量骨材
の使用量が、５重量％未満の場合は軽量性がなく耐火被
覆材としては好ましくなく、５８重量％を超える場合に
は耐火性能が不足する。

【０００９】次に、この発明にいう吸熱性物質とは、示
差熱分析における示差熱曲線の吸熱ピークが５０℃〜５
００℃の範囲にあり、熱分解における吸熱量が標準状態
換算で３００ｃａｌ／ｇ以上であるもので、この例とし
てフッ化アルミニウム、水酸化アルミニウム、第二リン
酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、水酸化コバルト、
ほう砂、水酸化マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、塩
化コバルトアンモニア錯体などがある。また、この吸熱
性物質はその平均粒径で０．０５〜１０μの範囲に特定
したものである。この特定した吸熱性物質を使用するこ
とにより、従来使用された粒径１５〜３００μの水酸化
アルミニウムや分解温度が８５０℃の炭酸カルシウムな
どに比べ実質的耐火被覆性能がより効果的になる。ここ
で、吸熱性物質の吸熱ピークを５０℃〜５００℃の範囲
のものに限定するのは、鉄骨の柱，梁の耐火試験では鋼
材の平均温度で３５０℃以下であることが必要となって
おリ、火災のときの燃焼温度約１，０００℃との温度差
が大きい方が分解の割合が実質的に大きくなるからであ
る。この発明では、２０ｍｍ厚以下で１時間耐火、３０
ｍｍ厚以下で２時間耐火、４０ｍｍ厚以下で３時間耐火
を目標として、有効となる吸熱性物質を求めた。これを
図１〜３により説明する。図１は、１時間耐火加熱試験
での炉内最高温度と耐火試験が合格となる鋼材温度の温
度勾配を示す図であり、同様にして、図２は２時間耐火
加熱試験の場合、図３は３時間耐火試験の場合の温度勾
配を示す図である。αは５００℃において熱分解吸熱す
る物質が耐火被覆層の中で吸熱に寄与できる割合を示す
。αは下記の数式１により求められるが、式中ｘは耐火
被覆層の厚みであり、ｙは５００℃となる箇所の鋼材表
面からの厚みである。

【００１０】

【数式１】

【００１１】図１の２０ｍｍの被覆厚で１時間耐火の性
能を持たせる場合は、５００℃以下で分解する吸熱性物
質は分解効率α＝７５％以上の高効率で分解される可能
性をもつ。図２の３０ｍｍの被覆厚で２時間耐火の性能
を持たせる場合は、５００℃以下で分解する吸熱性物質
は分解効率α＝７７％以上の高効率で分解される可能性
をもつ。図３の４０ｍｍの被覆厚で３時間耐火の性能を
持たせる場合は、５００℃以下で分解する吸熱性物質は
分解効率α＝７９％以上の高効率で分解される可能性を
もつ。ここで分解したものは吸熱に寄与し、鋼材の温度
上昇を抑えることができると考えられる。また、熱分解
温度が５０℃未満のものは実用上不安定で使用できない
。また、５００℃を超えるものは熱分解に寄与できる割
合が低くなり好ましくない。更にその粒径を０．０５〜
１０μと小さく選定することで熱分解の効率をより完全
にできる。粒径が１０μを超えると熱分解の効率が低下
する。また、吸熱性物質単の位質量当たりの吸熱量が３
００ｃａｌ／ｇ以上のものは鋼材や被覆材の温度上昇を
抑える力が大きく相乗的に実質的耐火被覆性能が高くな
るからである。ここで、吸熱性物質の吸熱量が３００ｃ
ａｌ／ｇ未満のものは性能上不十分となる。また、この
吸熱性物質の使用量は２５〜７５重量％の範囲で使用す
ることで有効になる。この吸熱性物質の使用量が２５重
量％より少ないと、耐火性能が悪くなり被覆厚を厚くし
なければならなくなる。また、７５重量％より多いと加
熱時のひび割れが大きくなり好ましくない。

【００１２】更に、この発明において用いられる起泡化
剤とは、起泡力が所定条件下における起泡力の測定にお
いて、０．１％起泡化剤水溶液使用条件下直後で２０ｍ
ｍ以上および５分後で直後の値の７５％以上である非イ
オン，非イオン・陰イオン，陰イオン，両性イオン活性
剤などのいずれかまたは混合物である。非イオン性の起
泡化剤としてはＨＬＢ（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ−Ｌｉｐ
ｏｐｈｉｌｅ　　Ｂａｌａｎｃｅ）で９〜２０の範囲に
あるポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル，ポリ
オキシエチレンオクチルフェニルエーテル，ポリオキシ
エチレンドデシルフェニルエーテル，ポリオキシエチレ
ンアルキルアリルエーテル，ポリオキシエチレンオレイ
ルエーテル，ポリオキシエチレンアルキルエーテル，ポ
リオキシエチレンラウリルエーテル，ポリオキシエチレ
ンオレイルエーテル，ポリオキシエチレンオレイン酸エ
ステル，ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート
，ポリオキシエチレンラノリンアルコールエーテル，ポ
リオキシエチレンラノリン脂肪酸エステル，アルキルア
ルキロールアミド，ラウリン酸ジエタノールアミド，ヤ
シ油脂肪酸モノ（またはジ）エタノールアミド，オレイ
ン酸ジエタノールアミド，ラウリン酸イソプロパノール
アミド，ステアリン酸モノエタノールアミド，ポリオキ
シエチレンヤシ油脂肪酸アミドなどがある。

【００１３】非イオン・陰イオン性の起泡化剤としては
ポリオキシエチレンアルキル（またはアルキルアリル）
エーテルのリン酸エステルがある。陰イオン性の起泡化
剤としてはポリオキシエチレンラウリル硫酸ナトリウム
，ポリオキシエチレンラウリル硫酸トリエタノールアミ
ン，ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウ
ム，ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタ
ノールアミン，アルキル硫酸ナトリウム，アルキルエー
テル硫酸ナトリウム，ソジウムラウリルエーテル硫酸ナ
トリウム，アルキル硫酸トリエタノールアミン，脂肪酸
ソーダ（カリ）石鹸，ヒマシ油カリ石鹸，ラウリル硫酸
ナトリウム，ラウリル硫酸トリエタノールアミン，ラウ
リル硫酸アンモニウム，２エチルヘキシルアルキル硫酸
エステルナトリウム，ノルマルドデシルベンゼン硫酸ナ
トリウム，アシルメチルタウリン酸ナトリウム，ラウロ
イルメチルタウリン酸ナトリウム，ジアルキルスルホ琥
珀酸エステルナトリウム，ドバノールエトキシ硫酸ナト
リウム，Ｎヤシ油脂肪酸アシルＬグルタミン酸ナトリウ
ムなどがある。両性イオンの起泡化剤としては、２ウン
デシルＮカルボキシメチルＮヒドロキシエチルイミダゾ
リニウムベタイン，２アルキルＮカルボキシメチルＮヒ
ドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン，ラウリルカ
ルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタ
イン，ラウリルアミノプロピオネートなどがある。

【００１４】これらの使用量は０．０５〜３重量％の範
囲で使用されるが、特に泡沫の長時間安定性を得るため
にはロスマイルス法の起泡力の測定で泡沫安定性の指標
となる５分後の値が直後の起泡力の値の７５％以上であ
る起泡化剤を使用し、かつ０．２〜３重量％程度の濃度
とするのが望ましい。

【００１５】また、低増粘性増粘剤とは、その２％水溶
液の粘度が２０℃の溶液温度下で測定したときＢＭ型粘
度計の３０ｒｐｍの時の値で１，０００ｃｐｓ以下とな
るメチルセルロース，ポリビニルアルコール，ヒドロキ
シエチルセルロースなどの合成高分子系増粘剤又はグア
ーガム，アルギン酸誘導体などの天然高分子系増粘剤の
いずれか又は組み合わせたものであり、その使用量は１
〜１０重量％としたとき有効である。ここで特に低増粘
性増粘剤を使用するのは、高増粘性増粘剤に比べて使用
割合を多くしても極度に粘くならず使用に支障がないた
め、その使用量を多くして泡沫安定化効果を高めると同
時に付着強さを強くできるからである。

【００１６】この他、補助的にパルプ繊維，アクリル繊
維，耐アルカリ性のガラス繊維，炭素繊維，粒状岩綿な
どの繊維を添加し折り曲げ強度を高めたり、更に、カオ
リン，クレー，陶土，けい藻土，タルク，ベントナイト
，硫酸バリウム，炭酸カルシウム，アルミナなどの体質
顔料や酸化チタン，ベンガラ，オーカ，カーボンブラッ
ク，フタロシアニンブルー，フタロシアニングリーンな
どの各種着色顔料や防錆剤や粉塵防止剤を必要に応じて
添加することもできる。これらの補助的な添加はその総
計で３０重量％程度まで本願の目的を損わない範囲にお
いて水硬性セメントや無機質軽量骨材から置き替えて使
用する。

【００１７】この発明の組成物は適量の水と混練撹拌し
て、所定の容量の微小気泡含有のペーストとし、ポンプ
圧送して吹き付けガンにより被塗物に吹き付けて使用す
る。

【００１８】ここで、この発明では上記組成物を使用す
るに際し、下記の使用方法を用いるとより確実に耐火被
覆層が得られる。即ち、この発明組成物の単位量をペー
スト化した時の全容量がそのペーストを完全に脱泡した
時の全容量に比べ１０〜２００％多いものであり、気泡
の平均径が１ｍｍ以下であるようにし、固化後の組成物
の比重が気乾平衡時において０．２〜１．０になるよう
にするものである。ここで所望の起泡倍率を得るには起
泡化剤の種類を変えたり濃度を変えたりして行う。また
微小気泡を得るには、撹拌による場合は撹拌時の周速を
大きくして行い、カラム法（カラムに起泡化剤溶液又は
起泡化剤含有スラリーと空気を通して泡沫化する方法）
による場合はカラムの間隙を小さくして使用すれば良い
。

【００１９】

【作用】この発明の耐火被覆組成物は、水硬性セメント
の割合を一定範囲にすることで耐火被覆材の強度を保ち
かつ加熱時においても収縮割れの少ないものとし、粒径
の細かい無機質軽量骨材を用いることによりち密な断熱
被覆材を得るようにし、吸熱性物質の吸熱ピークと吸熱
量を特定した上で、粒径を選定することにより耐火被覆
性能に対して吸熱反応の生じる温度範囲を効率的にし、
単位質量当たりの効果を有効にし、起泡剤の働きにより
耐火被覆材を多孔質で断熱性の優れたものとしている。 また、起泡化による容量増加を１０〜２００％の割合の
範囲とすることにより吹き付け作業性や耐火被覆性能の
優れた経済的なものにすることができる。更に、低増粘
性増粘剤により鋼材への付着力を高め剥離事故の起こら
ないようにしている。

【００２０】

【実施例】以下、この発明を実施例により説明する。実
施例１以下実施例１２および比較例１ないし比較例６ま
での配合を下記表１，表２に、それらの性能を表３に記
す。表中、割合を示す数値は重量％である。成分Ａ１は
ポルトランドセメント，Ａ２はアルミナセメント、Ｂ１
は無機軽量骨材であるシラスバルーン（かさ比重で０．
２０）で粒径が１０〜２５０μのもの，Ｂ２はパーライ
ト（かさ比重で０．４０）で粒径が０．１〜１．２ｍｍ
のもの，Ｂ３は天然軽石（かさ比重で０．８０）で粒径
が６０〜２５０μのもの，Ｂ４はシラスバルーン（かさ
比重で０．２０）で粒径１．６〜３．３ｍｍのもの，Ｂ
５は焼成ヒル石（かさ比重で０．０８）で粒径が１．６
〜３．３ｍｍのもの、Ｃ１は吸熱性物質である水酸化ア
ルミニウムのうち平均粒径１μのもの，Ｃ２は同じく水
酸化アルミニウムのうち平均粒径１００μであるもの，
Ｃ３は炭酸カルシウムで平均粒径２５μにあるもの、Ｄ
１は起泡化剤としてのＨＬＢが１０であるポリオキシエ
チレンラウリルエーテル（所定条件下における起泡力の
測定では直後９５ｍｍ，５分後７５ｍｍ），Ｄ２は起泡
化剤としてのポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸
ナトリウム（所定条件下における起泡力の測定では直後
１９０ｍｍ，５分後１６０ｍｍ），Ｄ３は起泡化剤とし
てのラウリルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダ
ゾリニウムベタイン（所定条件下における起泡力測定で
は直後１７０ｍｍ，５分後１４５ｍｍ），Ｄ４はＨＬＢ
が１４にある界面活性剤のポリオキシエチレンノニルフ
ェニルエーテル（所定条件下における起泡力測定では直
後１６０ｍｍ，５分後１３５ｍｍ），Ｄ５はＨＬＢが８
にある界面活性剤のソルビタンモノラウレート（所定条
件下における起泡力測定では直後１５ｍｍ，５分後１０
ｍｍ）を、Ｅ１は低増粘性増粘剤のヒドロキシエチルセ
ルロースのＨＥＣ−ユニセルＱＰ−０９Ｌ（２％水溶液
の粘度で１０ｃｐｓ，ダイセル化学工業（株）製），Ｅ
２は同じく低増粘性増粘剤のメチルセルロースのメトロ
ーズＳＭ−１００（２％水溶液の粘度で１００ｃｐｓ，
信越化学工業（株）製）を、また、補助的な添加物とし
てＦ１はチョップドストランド状炭素繊維，Ｆ２は体質
顔料としてのクレー，Ｆ３，は着色顔料としての酸化チ
タンを示している

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】これらの配合による組成物１００重量部に
対して８０重量部程度の適量の水を加えて撹拌し、泡沫
含有状態の耐火被覆組成物のスラリーとした。また、そ
の時の起泡化による容量増加割合を調べた。そしてこれ
を各種試験に供する為に鋼材、鉄板などに２０ｍｍ（熱
伝導率の供試体は５０ｍｍの厚さの成型体とする）の厚
さで吹き付けて、２０℃，６０％の恒温室で１カ月間養
生して、更に、５０℃下で恒量とした後、各試験に供し
た。

【００２４】

【試験項目および試験方法】■起泡化割合

【００２５】

【数式２】

【００２６】■かさ比重 成型体を恒量とした後、重量／容量を算出する。 ■熱伝導率試験 京都電子工業（株）製熱伝導率計ＴＣ−３２を使用し、
熱線法により測定する。 ■耐火性能試験 中央部に熱電対を取り付けた鋼材に各泡沫スラリー組成
物を所定の厚さ吹き付けて所定の養生をして恒量とした
試験体をＪＩＳ−Ａ−１３０４標準加熱曲線に沿って加
熱し３５０℃になるまでの時間を測定し、各試験体の比
重で除して評価する。結果の数値が１４０以上を○、１
４０〜１００を△、１００未満を×とする。 ■付着強さ試験 鉄板に吹き付けて所定の養生をした７ｃｍ角の試験体を
使用して、ＪＩＳ−Ａ−６９０９に規定した標準状態の
付着強さ試験をする。 ■総合性 材料価格及び諸性能などを総合的に評価したもので、優
れているもの○、普通のもの△、悪いもの×で示す。

【００２７】

【表３】 表３で記号＊１はｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃、＊２はｇ／
ｃｍ２とする。

【００２８】

【発明の効果】この発明によれば、吹き付けロックウー
ルの欠点とする繊維の飛散による劣悪作業環境の改善が
できる。また、徴小気泡を発生し易くかつ安定化させる
ことにより被覆層を軽量化し経済的に耐火被覆層が得ら
れるようになる。更に、微小軽量骨材を使用することに
より断熱性と軽量性を高めることができる。吸熱性物質
についても、この発明に言う特定のものとすることによ
り、効果的な耐火性能の確保が可能となる。また、低増
粘性増粘剤により鋼材への付着力を高め剥離事故の起こ
らないようにできる。この他、水硬性セメントに白色ポ
ルトランドセメントを使用した場合には、着色顔料を添
加することにより化粧性も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１時間耐火試験において炉内最高温度時の耐火
被覆層内の温度勾配線により吸熱物質の分解効率を説明
する図である。

【図２】２時間耐火試験において炉内最高温度時の耐火
被覆層内の温度勾配線により吸熱物質の分解効率を説明
する図である。

【図３】３時間耐火試験において炉内最高温度時の耐火
被覆層内の温度勾配線により吸熱物質の分解効率を説明
する図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　組成物全体を１００重量％としたとき
   、結合材としての■水硬性セメントを１５〜６０重量％
   、シラスバルーン，焼成ヒル石，ガラスバルーン，パー
   ライト，抗火石，天然軽石，などの中から選ばれた粒径
   ０．０１〜１．５ｍｍの範囲の■無機質軽量骨材を５〜
   ５８重量％、示差熱分析における示差熱曲線の吸熱ピー
   クが５０℃〜５００℃の範囲にあり、熱分解における吸
   熱量が３００ｃａｌ／ｇ以上であり、かつ平均粒径０．
   ０５〜１０μの範囲にある■吸熱性物質を２５〜７５重
   量％、および起泡力が２５℃下のロスマイルス法による
   測定において、０．１％起泡化剤水溶液使用の条件下（
   以下単に、所定条件下における起泡力の測定という）、
   直後で２０ｍｍ以上および５分後で直後の値の７５％以
   上である■起泡化剤を０・０５〜３重量％更に、２％水
   溶液（２０℃）の粘度がＢＭ型粘度計の３０ｒｐｍの時
   の粘度の値で１，０００ｃｐｓ以下となるメチルセルロ
   ース，ポリビニルアルコール，ヒドロキシエチルセルロ
   ースなどの合成高分子系増粘剤又はグアーガム，アルギ
   ン酸誘導体などの天然高分子系増粘剤のいずれか又はそ
   れらを組み合わせた■低増粘性増粘剤を１〜１０重量％
   、以上の■〜■を配合してなることを特徴とする耐火被
   覆組成物。