JPH0539642A - 耐熱・耐火建築材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】火災時においても、その構造強度を失なわず、
耐熱性と耐火性と耐久性に優れた建築材を得る。 【構成】木製の基材１の表面に、ガラス繊維強化コンク
リートよりなる保護層２を形成し、同保護層２の表面
に、モルタルよりなる保護兼化粧層３を形成して、基材
１を保護層２と保護兼化粧層３により気密状態に被覆し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家屋等の建築用材料と
して使用し、高熱にさらされても、軟化溶融することな
く、火災時においてもその構造強度を失なわず、耐熱性
と耐火性と耐久性に優れた建築材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築用の柱、梁、壁等に使用され
る用材としては、型鋼、型板鋼等の鋼材や、これらを芯
材として使用した鉄骨・鉄筋コンクリートや、木材によ
る用材又は、これを接着接合した集成材等がある。これ
らは各々に優れた特性をもっており、古くから建築の基
本的用材として目的に応じて使い慣らされている。その
中でも特に不燃で、耐火構造に優れているものが、鉄骨
造り、又は鉄筋コンクリート造りとされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現実には、火
災時における強熱の下では、鉄骨材は、容易にその軟化
温度又は溶解温度に達し、その剛性は急速に低下し、構
造強度を失い、倒壊落下の極めて危険な状態となる。

【０００４】鉄筋コンクリート造りにおいては、コンク
リート層によって鋼材が被覆されている為に直接火勢に
さらされることがない為に、はるかに安全ではあるが、
このコンクリートは水和結晶化合物である為に、高熱下
では、次第にその結晶水が分解して、構造組織が倒壊
し、やがては鉄骨も高熱にさらされ、前記の場合と同様
に、その構造強度を失い、倒壊落下の危険な状態とな
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、木
製の基材の表面に保護層を形成し、同保護層により基材
を気密状態に被覆したことを特徴とする耐熱・耐火建築
材を提供せんとするものである。

【０００６】また、本発明は、以下の構成にも特徴を有
する。

【０００７】保護層の表面に保護兼化粧層を形成したこ
と。

【０００８】保護層を、無機質不燃材であるガラス繊維
強化コンクリートにより形成したこと。

【０００９】保護兼化粧層を、水酸化アルミニウム等の
水和結晶を含む粉体と、融点の低いガラスや長石等の粉
末を素材としたモルタルにより形成したこと。

【００１０】基材に、同基材の軸線に沿って剛性の芯材
を貫通状態に取付け、同芯材の両突出端を連結部とした
こと。

【００１１】

【作用】本発明では、耐熱・耐火建築材を、木製の基材
の表面に保護層を形成し、同保護層により基材を気密状
態に被覆して構成しているために、同建築材を使用して
建築物を構築しておくと、火災時に強熱にさらされた際
には、保護層が溶解して基材の表面に皮膜を生じて気密
性を高めるために、基材を外気から確実に遮断する働き
をする。

【００１２】ここで、基材を構成する木材は、一般的
に、その有する繊維組織の由に、その引張り強度、圧縮
強度、曲げ弾性等々、様々な物性をバランスよく有する
優れた建築用材とされているが、火気に会うと燃えるの
で耐火性のない用材とされている。

【００１３】しかし、それは空気中の酸素に触れている
時であり、酸素を遮断された中で強熱された木材は、次
第に炭化を始めるが、決して燃えることはない。むしろ
この状態における木材は、その有する繊維素材以外の物
質が気化分解されて強靭な結晶繊維の束となる為に、そ
の強度は増加して行き、最後には純粋な炭素繊維の束と
なって固着する。

【００１４】この様にして形成された炭素繊維の強度
は、もとよりあった木材質の素成や、その繊維の長さや
太さ等によって様々であるが、一般に炭素繊維のもつ強
度特性は、カーボンロッドによる釣竿やゴルフクラブシ
ャフト等の実例がある。

【００１５】ところで、木材は元来断熱材である為に、
これを空気を遮断した環境の中で内部まで炭化するには
極めて大きなエネルギーを必要とし、更に炭化した木材
は断熱効果を高める為に、内部まで炭化するには相当に
長い時間を要し、実際の火災時の発生から鎮火に至る一
般的時間帯では表面層が炭化する程度で内部までは至ら
ない。したがって、この様な状況における木材は、元来
もつ木材の構造強度を失うことなく、最後まで残ること
となる。

【００１６】単独でも外壁材として充分な強度を有する
被覆材である。保護層は、ガラス繊維強化コンクリート
により形成することにより、同コンクリートが含有する
ガラス繊維が溶解する際に奪う溶解熱により基材の温度
上昇を抑制すると共に、別個に含有する水和化合物の結
晶水の離脱により分解エネルギーが吸収され温度上昇が
妨げられ、内部の基材に強熱が達するまでに相当な時間
を必要とする。

【００１７】それでも、やがては基材にまで加熱が及ん
でくるが、基材の表面は保護層により外気と遮断されて
いるために、前記のように炭火を始めても燃焼すること
はない。むしろ、この状況における基材は、表層より炭
化を伴ないつつも焼きしめられる形の中で、その強度は
上昇する。

【００１８】強熱・加熱がさらに長時間続くと、やがて
は基材の強度は低下するが、そこに至るまでには相当な
長時間を要し、一般的な火災における発火から鎮火に至
るまでの時間程度では、その構造強度を失うまでには至
らず、安全性を確保できる。

【００１９】そして、保護層の表面に保護兼化粧層を形
成しておくことにより、同保護兼化粧層により保護層を
保護すると共に、表面を化粧して美観を高めることがで
きる。

【００２０】この際、保護兼化粧層は、水酸化アルミニ
ウム等の水和結晶を含む粉体と、融点の低いガラスや長
石等の粉粒体を粗材としたモルタルにより形成すること
により、保護層と同様に、強熱にさらされた際に、水和
化合物の結晶水の離脱が始まると共に、ガラス質の溶解
のために熱を奪い、温度上昇を抑制するために、より一
層基材の構造強度を長時間確保することができる。

【００２１】また、基材に、同基材の軸線に沿って鋼製
の芯材を貫通状態に取付け、同芯材の両突出端を連結部
とすることにより、基材の構造強度を高めると共に、建
築物の構築が簡単かつ確実に行なえるようにすることが
できる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれ
ば、次の通りである。

【００２３】図１は、本発明に係る耐熱・耐火建築材Ａ
の断面平面図、図２は同断面側面図である。

【００２４】耐熱・耐火建築材Ａは、柱材、床材、及び
梁材等として使用可能なものであり、木製の基材１の表
面に、無機質不燃材としてのガラス繊維強化コンクリー
ト（ＧＲＣ）よりなる保護層２を形成し、同保護層２に
より基材１を気密状態に被覆し、さらに、同保護層２の
表面に、モルタルよりなる保護兼化粧層３を形成し、同
化粧層３により保護層２を被覆している。

【００２５】基材１は一般に使用される木材を充分に乾
燥し、防水、防虫処理したものである。

【００２６】保護層２は、ガラス繊維を補強材としてセ
メントで固めた層であり、このセメントの中には、ガラ
ス質を多く含む珪砂やシラスバルーン状粒子等を骨材と
して練り込んでいる。かかる保護層２の肉厚は、10〜20
mmとするのが好ましい。

【００２７】保護兼化粧層３は、保護層２の表面を形成
する化粧層であると同時に、この層には水酸化アルミニ
ウム等の多量に水和結晶を含む粉体と、比較的融点の低
い（例えば、400 ℃）ガラスや長石等の粉粒体を粗材と
したモルタルにより成形した耐熱性の保護層である。か
かる保護兼化粧層３の肉厚は、３〜８mmとするのが好ま
しい。

【００２８】このように、基材１は、充分乾燥され、防
虫・防水されている上に保護層２と保護兼化粧層３によ
って密閉されている為に、外部からの影響を受けること
がなく、安定している。

【００２９】上記のように構成した耐熱・耐火建築材Ａ
は、火災時に高熱を受けた際には、次のような経過をた
どる。

【００３０】すなわち、保護兼化粧層３を組成する水酸
化アルミニウムは200 ℃程度から分解を始め、結晶水を
放出し終るまで外熱を吸収し続ける。結晶水が分離し終
ると次第に温度は上昇するが、400 ℃程度からガラスや
長石等の粉粒体が溶解を始める。これ等の溶融物質は、
その溶解に要する熱を吸収する為に、更にその温度上昇
を遅らすことになると同時に、その溶融物質によって形
成される層は、気密度を高めて行く。更に温度が上昇す
ると、次第に保護層２に及んでくるが、コンクリート自
体が水和結晶を含む物質である為に相当量の脱水分解熱
を吸収する。更に、高温に達すると骨材に含まれるガラ
ス質が溶融を始め、その表面が全体としてガラス質の溶
融層を形成し、その内部にある基材１は、常に気密が保
たれ、外気中の酸素に接することがない。

【００３１】酸素から遮断された木材は高温下で徐々に
炭化を始めるが、内部まで炭化が及ぶには相当なエネル
ギーと時間を要し、一般の火災における時間帯では、そ
の表面から数センチに及ぶ程度である。したがって、そ
の分を見越した断面の木材を使用すれば、火災時に於い
ても最後までその構造強度を保持し、倒壊することはな
い。

【００３２】また、本実施例では、400 ℃の融点を有す
るガラスや長石等の粉粒体を使用しているが、融点の異
なる粉粒体を数種類混合して使用することもできる。例
えば、融点が400 ℃、600 ℃、800 ℃、及び1000℃の四
種類の粉粒体を混合して使用することにより、火災時の
温度が各融点に達する毎に、段階的に粉粒体が溶解し、
一度に全部の粉粒体が溶解しないようにすることができ
る。

【００３３】このようにして、溶解した保護兼化粧層３
が保護層２から一度に全部流れ落ちるのを防止し、この
ように、火災時に受ける温度に応じて段階的に粉粒体が
溶解するために、保護層兼化粧層３は、保護層２から一
度に全部流れ落ちることがなく、長時間気密層となって
残ることになり、保護層２を長時間保護することができ
る。

【００３４】また、保護層２に混入したガラス繊維やガ
ラス質の骨材についても、上記粉粒体の場合と同様に融
点の異なるものを数種類混合して使用することにより、
同様の効果を得ることができ、耐熱・耐火建築材Ａの耐
熱・耐火効果を一層高めることができる。

【００３５】さらには、基材１と保護層２との間、又は
保護層２と保護層兼化粧層３との間に、スチールや亜鉛
合金等の金属材を溶射して金属保護層を形成しておくこ
とにより、耐熱・耐火建築材Ａの耐熱・耐火効果をより
一層高めることができる。

【００３６】図３は、他の実施例としての基材１を示す
斜視図であり、同基材１は、多数個の基材構成片1aによ
り構成しており、各基材構成片1aの接合端面1bは鋸歯状
に形成し、相互に嵌合して接合可能とすると共に、隣接
する各基材構成片1aの側面同士は接合端面1bの位置が千
鳥状となるように接着剤等により面接着している。

【００３７】このように、基材１は、小片の木材である
基材構成片1aを接合することにより、木材のもつ方向性
の弱点を相互に補完し合うように構成することができ、
強力で施工性の良い建築材とすることができる。

【００３８】図４〜図６は、第２実施例〜第４実施例と
しての耐熱・耐火建築材Ａを示す斜視図である。

【００３９】図４に示す第２実施例としての耐熱・耐火
建築材Ａは、断面十字状の鋼製の芯材４の四つの隅部に
それぞれ基材１を一個づつ配置し、各基材１同士を芯材
４を抱込むように一体に接合して、木製である基材１を
鋼製である芯材４により補強しており、芯材４の両突出
端にはボルト挿通孔６を設けて連結部として機能するよ
うにしている。

【００４０】図５に示す第３実施例としての耐熱・耐火
建築材Ａは、細幅帯状の芯材４の両面を二個の基材１，
１により挾むように接合して構成している。

【００４１】図６に示す第４実施例としての耐熱・耐火
建築材Ａは、細幅帯状の２個の芯材４，４を三個の基材
１，１，１によりサンドイッチ状に挾むように接合して
構成している。

【００４２】上記した第２実施例〜第４実施例におい
て、基材１の表面は、前記した第１実施例の場合と同様
に保護層２と保護兼化粧層３とにより二重に被覆して保
護している。

【００４３】また、基材１と芯材４との取合いは、隣接
する部材同士の組立、結合を木工的手段（例えば、接着
剤による接着）でも鉄工的手段（例えば、ボルト締めに
よる結合）でも容易に、しかも強固に行うことができ
る。

【００４４】更に大きな効果は、様々な物性において優
位性を持ちながら高温時の剛性に弱いという弱点を有す
る鋼製の芯材４が、木製の基材１によって断熱的に保護
されているために、火災時の高熱下で容易にその剛性を
失うのを防止することができると共に、構造材としての
機能を失墜するのを防止することができる。

【００４５】このように、基材１を二重、三重の断熱気
密性の層２，３で覆って保護し、常に空気中の酸素から
隔離することによって、火災時においても決して燃え
ず、高温下においても決して剛性を失わず、木材である
基材１の持つ構造強度を充分に維持するに足る安全な建
築材を得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような作用効果
が得られる。

【００４７】優れた構造材である木製の基材の表面
を、耐火断熱性で気密性を有する保護層により被覆し、
空気との接触を遮断することによって、火災時において
も消失、脆化、倒壊することなく、その優れた構造強度
を維持させることができる。

【００４８】基材が木製であるために、コンクリート
製材に比較して軽量で、構築物の施工性も良好となり、
工期の短縮化が図れる。

【００４９】耐熱・耐火建築材を工場により製造して
出荷することにより、品質を良好にかつ均一化させるこ
とができ、同建築材の構造強度を良好に確保して、構築
物の火災時における倒壊等を確実に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る耐熱・耐火建築材の断面平面図。

【図２】同断面側面図。

【図３】他の実施例としての基材の斜視説明図。

【図４】第２実施例としての耐熱・耐火建築材の斜視説
明図。

【図５】第３実施例としての耐熱・耐火建築材の一部斜
視説明図。

【図６】第４実施例としての耐熱・耐火建築材の一部斜
視説明図。

【符号の説明】

Ａ 耐熱・耐火建築材 １ 基材 ２ 保護層 ３ 保護兼化粧層 ４ 芯材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 木製の基材１の表面に保護層２を形成
   し、同保護層２により基材１を気密状態に被覆したこと
   を特徴とする耐熱・耐火建築材。
2. 【請求項２】 保護層２の表面に保護兼化粧層３を形成
   したことを特徴とする請求項１記載の耐熱・耐火建築
   材。
3. 【請求項３】 保護層２を、無機質不燃材であるガラス
   繊維強化コンクリートにより形成したことを特徴とする
   請求項１記載の耐熱・耐火建築材。
4. 【請求項４】 保護兼化粧層３を、水酸化アルミニウム
   等の水和結晶を含む粉体と、融点の低いガラスや長石等
   の粉末を素材としたモルタルにより形成したことを特徴
   とする請求項２記載の耐熱・耐火建築材。
5. 【請求項５】 基材１に、同基材１の軸線に沿って鋼性
   の芯材を貫通状態に取付け、同芯材の両突出端を連結部
   としたことを特徴とする請求項１又は２記載の耐熱・耐
   火建築材。