JP3181152B2 - 耐火被覆用組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄骨造建築物の構造部
材、窯業系サイジング材、セメント系サイジング材、金
属製部材、樹脂製部材、木製部材等の各種建築用部材を
被覆する耐火被覆用組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨梁材等の鉄骨造建築物の構造部材を
被覆する耐火構造は、その耐火性能が建築基準法施工令
第１０７条により壁、床、柱等の建築物の各部位に応じ
た耐火時間として規定されており、その耐火性能の具体
的な試験法として、昭和４４年建設省告示第２９９９号
「耐火構造の指定の方法」においてＪＩＳ Ａ１３０４
「建築構造部分の耐火試験方法」が規定されている。具
体的には、ＪＩＳ Ａ１３０４による耐火性能試験は加
熱試験、載荷加熱試験および衝撃試験から構成されてお
り、例えば加熱試験法では、３０分耐火試験、１時間耐
火試験、２時間耐火試験および３時間耐火試験に区分さ
れ、１０００℃程に加熱した炉内における耐火被覆材を
施工した構造部材温度が前記各時間内に平均温度３５０
℃を越えてはならないというものである。

【０００３】このような耐火性能基準を満たすべく、湿
式、乾式を含めて種々の耐火被覆材が試みられ、その一
例に特公平２−２８５５５号公報に記載された耐火被覆
用組成物がある。これは、水硬性セメントに水酸化アル
ミニウムおよび炭酸塩を配合し、加熱時における水酸化
アルミニウムの脱水反応および炭酸塩の分解反応による
吸熱作用と、これらの反応時に生成する不燃性の水蒸気
ガスおよび炭酸ガスとを利用して耐火性能を高めようと
いうものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、耐火性能が
向上することは、言い換えれば耐火被覆材の施工厚さを
薄くできるということである。したがって、耐火被覆材
においては、前述されたような耐火性能基準を満たすこ
とはもとより、耐火被覆材の施工厚さを可能な限り薄く
して構造部材の荷重負担の軽減および工期の短縮という
観点からも、耐火性能の優れた耐火被覆材が望まれてい
る。しかしながら、前述の耐火被覆用組成物はそのよう
な要望に十分に応えるものではなく、なお一層優れた耐
火性能を発現しうる耐火被覆用組成物が希求されてい
る。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを目的として、既存のものよりもさらに耐火性に優れ
た耐火被覆用組成物を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の耐火被覆用組成
物は、前記目的を達成するために、エトリンジャイト
と、該エトリンジャイト１００重量部に対して１００〜
１０００℃で不燃性ガスを放出する無機化合物粉粒体５
〜５００重量部とを含有してなる耐火被覆用組成物、ま
たは前記エトリンジャイトと、該エトリンジャイト１０
０重量部に対して酸化チタン粉粒体０．０１〜５０重量
部とを含有してなる耐火被覆用組成物、または前記エト
リンジャイトと、該エトリンジャイト１００重量部に対
して前記無機化合物粉粒体５〜５００重量部および酸化
チタン粉粒体０．０１〜５０重量部とを含有してなる耐
火被覆用組成物である。

【０００７】ところで、図１に示されているのは前述の
加熱試験における耐火材料で被覆された構造部材の温度
上昇パターンを示すグラフであり、加熱によってまず１
００℃まで立上がり（ａ）、耐火被覆材に含まれる水分
が水蒸気ガスとして放出されている間は水の沸点である
１００℃で停滞し（ｂ）、その後時間の経過とともに温
度が上昇し（ｃ）、３５０℃に達するまでの時間が耐火
時間として評価される。図１からわかるように、立上が
り域（ａ）が長いほど耐火時間が長くなり、１００℃に
おける停滞域（ｂ）が長いほど耐火時間が長くなり、温
度上昇域（ｃ）における温度勾配が小さいほど３５０℃
に達するのが遅くなって耐火時間が長くなり、耐火性能
が良いといえる。

【０００８】前記エトリンジャイトとは、結晶骨格間に
大きな空隙を有するカルシウムとアルミニウムの水和硫
酸塩であって、前記空隙に約４５〜５５重量％もの多量
の結晶水を含んでいる。本発明に使用するエトリンジャ
イトは、天然に産出するものでも人工的に合成したもの
でも良い。エトリンジャイトは、加熱されると前記結晶
水が６０℃付近から結晶骨格から遊離し始め、該結晶水
は不燃性の水蒸気ガスとして放出されるが、前述のよう
に結晶水量が極めて多いために前述の１００℃停滞域
（ｂ）を延ばす効果がある。また、水とともに練るとエ
ナメル状になって硬化し、バインダとしても機能する。

【０００９】前記無機化合物粉粒体としては、１００〜
１０００℃の温度域で結晶水の放出または分解反応によ
り水蒸気ガスまたは炭酸ガスの不燃性ガスを放出する無
機化合物の水和物または無機炭酸塩の粉粒体、あるいは
これらを主体とする鉱物の粉粒体を使用するが、その重
量の１０％以上を不燃性ガスとして放出するものが好ま
しい。具体的には、２００〜２５０℃で水蒸気ガスを生
成する水酸化アルミニウム、約８００℃で炭酸ガスを生
成する炭酸カルシウム、約９００℃で水蒸気ガスを生成
するベントナイトおよびセピオライト、約１５０℃で水
蒸気ガスおよび炭酸ガスを生成する重曹、約４００℃で
水蒸気ガスを生成する水酸化マグネシウム等を例示で
き、これらのうちの１種を単独で使用しても良く、また
２種以上を併用しても良い。なお、これらの無機化合物
粉粒体の粒度は特に限定されるものではないが、耐火被
覆用組成物の均一混合を図るために平均粒径１．０ｍｍ
程度以下のものが望ましい。

【００１０】前記無機化合物粉粒体においては、不燃性
ガスが生成している間はガス生成のために熱が奪われる
ために温度上昇が抑制され、図１の温度上昇域（ｃ）に
おける温度勾配が小さくなる。このような無機化合物粉
粒体の配合量は、前記エトリンジャイト１００重量部に
対して５重量部未満では前記温度勾配を小さくする効果
が殆どなく、また５００重量部を超えると相対的に前記
エトリンジャイトの配合量が少なくなって１００℃停滞
域（ｂ）の延長効果が減少するとともに硬化も困難にな
る。したがって、無機化合物粉粒体の配合量は、エトリ
ンジャイト１００重量部に対して５〜５００重量部の範
囲とする必要がある。特に好ましい配合量は５０〜４０
０重量部である。

【００１１】前記酸化チタンは、高温域においても非常
に安定で分解せず、輻射熱を遮断して耐火被覆材の熱伝
導率を下げる効果がある。したがって、図１の温度上昇
パターンにおいて、１００℃までの立上がり域（ａ）以
降の全区域で耐火時間を延ばす効果がある。また、酸化
チタン粉粒体の粒度は特に限定されるものではないが、
耐火被覆用組成物の均一混合を図るために平均粒径１．
０ｍｍ程度以下のものが望ましい。このような酸化チタ
ン粉粒体の配合量は、前記エトリンジャイト１００重量
部に対して０．０１重量部未満では熱伝導率を低下させ
る効果が殆どなく、また５０重量部を超えて配合しても
熱伝導率低下効果が飽和するため多量に配合する意味が
ない。したがって、酸化チタン粉粒体の配合量はエトリ
ンジャイト１００重量部に対して０．０１〜５０重量部
の範囲とする必要がある。特に好ましい配合量は５〜２
０重量部である。

【００１２】また、前述の各成分の他に耐火被覆用組成
物の機能向上のための諸材料を、耐火性能を阻害しない
範囲内で任意に配合しても良い。例えば、強度向上およ
びコストダウンのために水硬性セメントを、軽量化を促
進するために黒曜石パーライト、真珠岩パーライト、焼
成バーミキュライト、シラスバルーン等の軽量骨材を、
強度向上のために水ガラスを、亀裂を防止するために耐
アルカリガラス繊維、セラミックファイバー等の繊維類
を、施工作業性の向上のために保水剤等を配合すること
ができ、これらの２種以上を併用することもできる。

【００１３】

【発明の効果】加熱過程において、本発明の耐火被覆用
組成物の特徴的な配合成分であるエトリンジャイトの結
晶水が約６０℃で遊離し始め、水蒸気ガスが生成され放
出されている間は、その吸熱作用によって耐火被覆材の
温度上昇が抑制されて構造部材の温度上昇は１００℃で
停滞する。しかも、エトリンジャイトは４５〜５５重量
％もの結晶水を有し、結晶水の放出による吸熱作用を利
用した従来の耐火材料、例えば特公平２−２８５５５号
公報に記載されている水酸化アルミニウムの結晶水が２
５〜３５重量％であるのに比べるとその結晶水量は極め
て多くかつ低温域で結晶骨格から遊離するために、構造
部材の１００℃停滞域（ｂ）は長くなり優れた耐火性能
を発現する。

【００１４】無機化合物粉粒体は１００〜１０００℃の
温度域で吸熱して結晶水の放出または分解反応を起こ
し、その吸熱作用により耐火被覆材の温度上昇が抑制さ
れ、構造部材の温度上昇は１００℃以上の温度域、すな
わち図１における温度上昇域（ｃ）における温度勾配を
小さくして耐火時間を延ばすことができる。このよう
に、エトリンジャイトとは温度上昇パターンの異なる無
機化合物粉粒体をエトリンジャイトに配合することによ
って、相乗的に優れた耐火性能を発現する。

【００１５】また、前記エトリンジャイトおよび無機化
合物粉粒体に起因する不燃性ガスは、生成時の吸熱作用
のみならず、不燃性ガス層を形成することによって熱伝
導を遅らせることとなり、この点でも耐火性能を向上さ
せうる。

【００１６】また、酸化チタン粉粒体は輻射熱を遮断し
て熱伝導率を下げるため、加熱直後から耐火時間を延ば
す効果がある。このように、エトリンジャイトとは温度
上昇パターンの異なる酸化チタンをエトリンジャイトに
配合することによって、相乗的に優れた耐火性能を発現
する。さらに、互いに温度上昇パターンの異なる無機化
合物粉粒体および酸化チタンの両者を併用してエトリン
ジャイトに配合することによって、なお一層相乗的に優
れた耐火性能を発現する。

【００１７】したがって、本発明の各耐火被覆用組成物
で耐火被覆材を形成すれば、従来の耐火組成物に比べて
施工厚さを薄くしても同等の耐火性能を発現させること
ができるため、構造部材への荷重負担が軽減される他、
施工時間や養生期間も短縮することができる。また、前
記耐火組成物に上述したようなその他の耐火材料を任意
に配合することにより、耐火被覆材の強度向上、軽量
化、亀裂防止、施工作業性の向上を図ることができ、ま
たコストダウンも容易に行える。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の耐火被覆用組成物の具体的実
施例について説明する。

【００１９】耐火被覆用組成物を作成するに際し、主た
る耐火材料として、含水量４６重量％のエトリンジャイ
トと、無機化合物粉粒体として平均粒径０．１ｍｍの水
酸化アルミニウム、平均粒径０．１ｍｍの炭酸カルシウ
ム、平均粒径０．２ｍｍのベントナイトおよび平均粒径
１ｍｍのセピオライトと、平均粒径１μｍの酸化チタン
とを使用した。さらに、任意配合材料として白色セメン
ト、平均粒径２．５ｍｍのパーライトおよび耐アルカリ
ガラス繊維を用いた。

【００２０】前述の各材料を後掲の表１および表２に示
す割合で混合して実施例１〜１５および比較例１〜５の
耐火被覆用組成物とし、各組成物について次のような方
法により耐火性能を試験した。

【００２１】耐火性能試験においては、前記混合物２５
ｋｇにつき水１３ｌを加えて混練し、幅１００mm×長さ
１００mm×厚さ１．５mmの鉄板の両面に１５mm厚に塗
り、さらに温度２５℃、湿度７０％で２８日間養生硬化
させたものを試験体とした。

【００２２】前記試験体の鉄板および耐火被覆材の表面
に熱電対を取り付けて加熱炉に入れ、ＪＩＳ Ａ１３０
４の方法に従って耐火被覆材の表面温度が所定温度とな
るように加熱炉を昇温し、前記熱電対により鉄板の温度
を測定した。そして、鉄板の温度が３５０℃に達するま
での時間を耐火時間とした。

【００２３】これらの試験結果を表１および表２に併せ
て示す。

【００２４】

【表１】

【表２】 表１の結果から明らかなように、本発明の実施例１〜１
４はいずれも耐火性能の優れた耐火被覆材となり得た。
また、無機化合物粉粒体および酸化チタン粉粒体を併用
することにより、なお一層耐火性能が向上することを確
認しえた。

【００２５】これらに対して、エトリンジャイトの代わ
りに白色セメントを使用した比較例１〜５はいずれも耐
火時間が短く、耐火性能に劣るものであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】耐火材料で被覆された構造部材の温度上昇パタ
ーンを示すグラフ図である。

【符号の説明】

ａ…立ち上がり域 ｂ…１００℃停滞域 ｃ…温度上昇域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 28/14 Ｃ０４Ｂ 28/14 Ｃ０９Ｄ 1/00 Ｃ０９Ｄ 1/00 5/00 5/00 Ｚ Ｅ０４Ｂ 1/94 Ｅ０４Ｂ 1/94 Ｔ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 7/00 - 28/36

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エトリンジャイトと、該エトリンジャイ
   ト１００重量部に対して１００〜１０００℃で不燃性ガ
   スを放出する無機化合物粉粒体５〜５００重量部とを含
   有してなることを特徴とする耐火被覆用組成物。
2. 【請求項２】 エトリンジャイトと、該エトリンジャイ
   ト１００重量部に対して酸化チタン粉粒体０．０１〜５
   ０重量部とを含有してなることを特徴とする耐火被覆用
   組成物。
3. 【請求項３】 エトリンジャイトと、該エトリンジャイ
   ト１００重量部に対して１００〜１０００℃で不燃性ガ
   スを放出する無機化合物粉粒体５〜５００重量部および
   酸化チタン粉粒体０．０１〜５０重量部とを含有してな
   ることを特徴とする耐火被覆用組成物。