特開 2022-112906 耐火構造材及び赤熱抑制方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022112906

(43)【公開日】2022-08-03

(54)【発明の名称】耐火構造材及び赤熱抑制方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/94 20060101AFI20220727BHJP

   E04C 3/292 20060101ALI20220727BHJP

   E04C 3/14 20060101ALI20220727BHJP

   E04C 3/36 20060101ALI20220727BHJP

【ＦＩ】

E04B1/94 R

E04C3/292

E04C3/14

E04C3/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021008933

(22)【出願日】2021-01-22

(71)【出願人】

【識別番号】000183428

【氏名又は名称】住友林業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002170

【氏名又は名称】弁理士法人翔和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒田 瑛一

(72)【発明者】

【氏名】茶谷 友希子

(72)【発明者】

【氏名】西出 直樹

(72)【発明者】

【氏名】片岡 弘行

(72)【発明者】

【氏名】関 真理子

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 秀太

【テーマコード（参考）】

2E001

2E163

【Ｆターム（参考）】

2E001DE01

2E001FA01

2E001FA02

2E001GA12

2E001GA52

2E001GA55

2E001GA59

2E001GA63

2E001GA66

2E001HB02

2E001HC01

2E001LA04

2E163FA02

2E163FA12

2E163FC03

2E163FC05

2E163FC22

2E163FF04

2E163FF05

2E163FF06

(57)【要約】

【課題】耐火構造材が赤熱することを抑制することができる、耐火構造材及び赤熱抑制方法を提供すること。
【解決手段】木製又は鋼製の荷重支持部１１ａと、前記荷重支持部１１ａを被覆する、純木からなる耐火被覆層１２ａと、前記耐火被覆層１２ａを被覆し、火炎に晒されたときに燃焼し焼失する、純木からなる厚みが２５ｍｍ未満である焼失性被覆層１３ａとを備える耐火構造材１Ａ。耐火構造材１Ａ及び、該耐火構造材１Ａの焼失性被覆層１３ａを耐火被覆層１２ａに置換した比較用構造材を対象として、ＩＳＯ８３４－１に準拠した標準加熱による６０分間の燃焼試験を行ったときに、加熱終了直後において、耐火構造材１Ａの方が、比較用構造材よりも質量減少速度が大きく、加熱終了後１８０分以内に、前記耐火構造材の方が、前記比較用構造材よりも質量減少速度が小さくなることが好ましい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

木製又は鋼製の荷重支持部と、
前記荷重支持部を被覆する、純木からなる耐火被覆層と、
前記耐火被覆層を被覆し、火炎に晒されたときに燃焼し焼失する、純木からなる厚みが２５ｍｍ未満である焼失性被覆層とを備える耐火構造材。

【請求項2】

前記耐火構造材、及び該耐火構造材の前記焼失性被覆層を前記耐火被覆層に置換した比較用構造材を対象として、ＩＳＯ８３４－１に準拠した標準加熱による６０分間の燃焼試験を行ったときに、
加熱終了直後においては、前記耐火構造材の方が、前記比較用構造材よりも質量減少速度が大きく、加熱終了後１８０分以内に、前記耐火構造材の方が、前記比較用構造材よりも質量減少速度が小さくなる、請求項１に記載の耐火構造材。

【請求項3】

前記耐火被覆層を構成する木材の樹種がカラマツであり、
前記焼失性被覆層を構成する木材の樹種がスギである、請求項１又は２に記載の耐火構造材。

【請求項4】

前記荷重支持部が角形鋼管である、請求項１～３のいずれか一項に記載の耐火構造材。

【請求項5】

木製又は鋼製の荷重支持部と、該荷重支持部を被覆し且つ純木からなる耐火被覆層とを有する構造材を、火炎に晒されたときに燃焼し焼失する、純木からなる焼失性被覆層により被覆することにより、
前記耐火被覆層の表面に割れが生じることを防ぎ、該耐火被覆層が赤熱することを抑制する赤熱抑制方法であり、
前記焼失性被覆層の厚みが２５ｍｍ未満である、赤熱抑制方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐火構造材及び赤熱抑制方法に関する。

【背景技術】

【0002】

耐火構造材として、日本集成材工業協同組合が１時間耐火構造柱の国土交通大臣認定を取得したハイブリッド集成材が知られている。ハイブリッド集成材は、鉄骨を無機材や薬剤含侵等を用いない純木の集成材で被覆した構成を有している。鉄骨としてはＨ型鋼が用いられている。集成材を構成する木材の樹種は、カラマツ又はベイマツである。ハイブリッド集成材においては、Ｈ型鋼の熱伝導性及び、熱容量の影響による熱吸収性を活かし、木材の燃え止まり効果を向上させることで、１時間耐火性能を実現している。

【0003】

また、木材や木材と他の材料との複合材の表面に燃えしろを設けて、耐火材の部材を得る技術が種々提案されており、例えば、特許文献１には、荷重支持層と、該荷重支持層の外側に配置され、該荷重支持層より熱慣性を低くした木材からなる燃えしろ層とを備える構造材が提案されている。また特許文献２には、荷重支持層と、該荷重支持層の外側に配置され、断熱材を有する燃え止まり層と、該燃え止まり層の外側に配置され、所定の厚さを有する木材からなる燃えしろ層とを備える構造材が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－３６４５７号公報

【特許文献2】特開２００５－４８５８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、純木集成材においては、１時間耐火性能を安定的に実現することが困難である。具体的には、加熱終了後の放冷時に、純木集成材の表層に赤熱が残り、燃焼が続いてしまう場合がある。前記のハイブリッド集成材においては、該集成材を構成するカラマツ又はベイマツが、燃え止まりやすい樹種であることと、Ｈ型鋼を被覆する木材の温度上昇が、該Ｈ型鋼により抑制されていることとにより、１時間耐火性能を実現できていると考えられる。またＨ型鋼の形状も１時間耐火性能に寄与していると考えられる。具体的には、前記のハイブリッド集成材においては、該集成材の横断面の中央部にＨ型鋼のウェブ部が位置しており、該横断面の外周部に該Ｈ型鋼のフランジ部が位置しているので、フランジ部からウェブ部に熱が流れることで、外周部から、温度上昇がゆるやかな内部に熱が流れることになり、耐火性能がより向上していると考えられる。

【0006】

一方、ハイブリッド集成材の鉄骨として角形鋼管を用いた場合、角形鋼管は全面において温度上昇しやすい形状であるため、熱容量の効果をＨ型鋼ほど活かすことができず、１時間耐火性能を実現することはできていない。
特許文献１及び２においては、角形鋼管を用いた場合に１時間耐火性能を実現することについて何ら検討されておらず、耐火性能に改善の余地があった。

【0007】

本発明者らが、前述の純木集成材において赤熱が残る理由について鋭意検討したところ、該純木集成材においては、該純木集成材の表面が燃えて炭化層が形成されたあとに、該炭化層に亀裂が発生したり、該炭化層の一部が欠落したりして、該炭化層の表面に凹凸が形成される場合があり、このとき、該炭化層に生じた亀裂内等、該炭化層の内部に赤熱が残り、燃焼が続くことを知見した。

【0008】

本発明の目的は、耐火構造材の赤熱を抑制することができる、耐火構造材及び赤熱抑制方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、木製又は鋼製の荷重支持部と、前記荷重支持部を被覆する、純木からなる耐火被覆層と、前記耐火被覆層を被覆し、火炎に晒されたときに燃焼し焼失する、純木からなる厚みが２５ｍｍ未満である焼失性被覆層とを備える耐火構造材を提供するものである。

【0010】

また本発明は、木製又は鋼製の荷重支持部と、該荷重支持部を被覆し且つ純木からなる耐火被覆層とを有する構造材を、火炎に晒されたときに燃焼し焼失する、純木からなる焼失性被覆層により被覆することにより、前記耐火被覆層の表面に割れが生じることを防ぎ、該耐火被覆層が赤熱することを抑制する赤熱抑制方法であり、前記焼失性被覆層の厚みが２５ｍｍ未満である、赤熱抑制方法を提供するものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、耐火構造材が赤熱することを抑制することができる、耐火構造材及び赤熱抑制方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の好ましい実施形態の耐火構造材を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、実施例１の耐火構造材について燃焼試験を行ったときの、温度変化の測定位置を示す図である。

【図3】図３は、実施例２の耐火構造材について燃焼試験を行ったときの、温度変化の測定位置を示す図である。

【図4】図４は、比較例１の耐火構造材について燃焼試験を行ったときの、温度変化の測定位置を示す図である。

【図5】図５（ａ）～（ｃ）は、実施例１の耐火構造材について燃焼試験を行い、該耐火構造材の温度を測定した結果を示すグラフである。

【図6】図６（ａ）～（ｄ）は、実施例２の耐火構造材について燃焼試験を行い、該耐火構造材の温度を測定した結果を示すグラフである。

【図7】図７（ａ）～（ｃ）は、比較例１の耐火構造材について燃焼試験を行い、該耐火構造材の温度を測定した結果を示すグラフである。

【図8】図８は、実施例１の耐火構造材の燃焼試験後の状態を示す写真である。

【図9】図９は、実施例２の耐火構造材の燃焼試験後の状態を示す写真である。

【図10】図１０は、比較例１の耐火構造材の燃焼試験後の状態を示す写真である。

【図11】図１１は、実施例３及び比較例２について燃焼試験を行い、該耐火構造材の質量を測定した結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の耐火構造材の好ましい一実施形態である耐火構造材１Ａを図１に示す。図１には、耐火構造材１Ａの軸方向に直交する断面が模式的に示されている。本実施形態の耐火構造材１Ａは、建築物の梁や柱として使用される構造用の角材である。耐火構造材１Ａは、図１に示すように、木製又は鋼製の荷重支持部１１ａと、耐火被覆層１２ａと、焼失性被覆層１３ａとを備える。

【0014】

荷重支持部１１ａは、該荷重支持部１１ａ単独で、固定荷重、積載荷重、積雪荷重の長期に生ずる荷重（長期荷重）に対して構造耐力上安全であるようにその断面設計がなされている。斯かる断面設計は公知である。荷重支持部１１ａの横断面形状は四角形状であり、耐火構造材１Ａの横断面における、荷重支持部１１ａの縦方向の長さ及び横方向の長さは、梁や柱の形状、或いは大きさ等によって適宜に変更することができる。

【0015】

耐火被覆層１２ａは荷重支持部１１ａを被覆している。本実施形態において、耐火被覆層１２ａは荷重支持部１１ａの軸方向に沿う４側面を被覆している。耐火構造材１Ａが梁である場合、耐火被覆層１２ａは荷重支持部１１ａの軸方向に沿う３側面を被覆していてもよい。耐火構造材１Ａの耐火被覆層１２ａが形成されていない側面は、例えば床等を載せて荷重支持部１１ａの上側を被覆してもよい。

【0016】

焼失性被覆層１３ａは、耐火被覆層１２ａを被覆している。焼失性被覆層１３ａは、火炎に晒されたときに燃焼し焼失するようになっている。また焼失性被覆層１３ａは、その厚みが２５ｍｍ未満である。焼失性被覆層１３ａの厚みが２５ｍｍ未満であることにより、該焼失性被覆層１３ａは、確実に焼失するようになっている。焼失性被覆層１３ａがこのような構成を有することにより、本実施形態の耐火構造材１Ａは、耐火被覆層１２ａが赤熱することを防ぐことができる。本実施形態の耐火構造材１Ａにおいて、耐火被覆層１２ａが赤熱することを防ぐことができる理由は完全には明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。

【0017】

耐火構造材１Ａの燃焼は、以下のような順で進むと考えられる。
耐火構造材１Ａが火炎にさらされると、まず、焼失性被覆層１３ａでは主に熱分解反応が起こり、焼失性被覆層１３ａの炭化が起こる（第１段階）。第１段階において、耐火被覆層１２ａでは、その温度が上昇する。そして、焼失性被覆層１３ａの熱分解反応が終了し、該焼失性被覆層１３ａの酸化反応が主として起こり、該焼失性被覆層１３ａが灰となり焼失し始める（第２段階）。第２段階において、耐火被覆層１２ａでは、主に熱分解反応が起こり、耐火被覆層１２ａの炭化が起こる。そして、焼失性被覆層１３ａが完全に焼失する（第３段階）。第４段階において、耐火被覆層１２ａでは、熱分解反応とともに酸化反応が起こる。そして、耐火被覆層１２ａの熱分解反応が終了し、該耐火被覆層１２ａの酸化反応が主として起こるようになる（第４段階）。その後、耐火被覆層１２ａの酸化反応が終了し、耐火構造材１Ａが燃え止まる（第５段階）。
このように、本実施形態の耐火構造材１Ａにおいては、燃焼開始後しばらくしてから、耐火被覆層１２ａの熱分解反応が起きる。したがって、燃焼開始後しばらくの間、耐火被覆層１２ａの表面を平滑な状態に保つことができる。また、耐火構造材１Ａが燃焼している時間のうち、耐火被覆層１２ａの熱分解反応や酸化反応が起こっている時間を短くすることもできる。これらのことに起因して、本実施形態の耐火構造材１Ａは、耐火被覆層１２ａに亀裂等が生じにくく、赤熱し続けることを防ぐことができる。

【0018】

また、熱分解反応や酸化反応により、焼失性被覆層１３ａに亀裂等が生じ、該亀裂内に赤熱が発生した場合であっても、該焼失性被覆層１３ａは焼失するので、該焼失性被覆層１３ａが赤熱し続けることはない。したがって、焼失性被覆層１３ａの赤熱が耐火被覆層１２ａに伝わることも防ぐことができる。このことも、耐火被覆層１２ａの赤熱の抑制に寄与している。

【0019】

焼失性被覆層１３ａは、耐火構造材１Ａが燃焼したときに該焼失性被覆層１３ａが一層焼失しやすくする観点から、その厚みが、好ましくは２５ｍｍ未満、より好ましくは２０ｍｍ未満である。ここで、２５ｍｍ以上の場合については、焼失するまでの燃焼時間が長くなることから、部材自体の燃焼が長く続くため、好ましくない。また焼失性被覆層１３ａの厚みは、耐火被覆層１２ａの熱分解反応や酸化反応の開始の時間を遅らせる観点から、好ましくは１０ｍｍ以上、より好ましくは１５ｍｍ以上である。

【0020】

本実施形態の耐火構造材１Ａは、該耐火構造材１Ａ及び、該耐火構造材１Ａの焼失性被覆層１３ａを耐火被覆層１２ａに置換した比較用構造材を対象として、ＩＳＯ８３４－１に準拠した標準加熱による６０分間の燃焼試験を行ったときに、以下の基準（１）及び基準（２）を満たすことが好ましい。
基準（１）：加熱終了直後において、耐火構造材１Ａの方が、比較用構造材よりも質量減少速度が大きい。
基準（２）：加熱終了後１８０分以内に、耐火構造材１Ａの方が、比較用構造材よりも質量減少速度が小さくなる。
耐火構造材１Ａが基準（１）を満たすことは、火炎に晒らされたときに焼失性被覆層１３ａが一層焼失しやすいことを意味すると考えられる。また耐火構造材１Ａが基準（２）を満たすことは、焼失性被覆層１３ａが焼失した後に、耐火被覆層１２ａの熱分解反応や酸化反応が、より早い段階で落ち着くことを意味すると考えられる。したがって、基準（１）及び（２）を満たす耐火構造材１Ａは耐火被覆層１２ａの赤熱を一層抑制することができる。

【0021】

比較用構造材について詳述すると、該比較用構造材は、耐火構造材１Ａにおける焼失性被覆層１３ａを耐火被覆層１２ａに置き換えた以外は、該耐火構造材１Ａと同様の構成を有している。比較用構造材の横断面の寸法と、耐火構造材１Ａの横断面の寸法とは同一である。比較用構造材は、耐火構造材１Ａにおいて、焼失性被覆層１３ａ及び耐火被覆層１２ａに代えて、焼失性被覆層１３ａ及び耐火被覆層１２ａの合計厚みと同じ厚みを有する耐火被覆層１２ａを用いることにより製造することもできる。

【0022】

質量減少速度は、例えば以下のようにして測定することができる。
＜質量減少速度の測定方法＞
まず、耐火構造材１Ａ及び比較用構造材を対象として、ＩＳＯ８３４－１に準拠した標準加熱による６０分間の燃焼試験を行う。その際、耐火構造材の質量変化を計測する。
そして、加熱開始時から、Ｔ分後の時間における構造材の質量をＷとし、時間Ｔから１分後の時間Ｔ_Δにおける構造材の質量をＷ_Δとする。そして、下記式により質量減少速度を算出する。
質量減少速度（ｋｇ／ｍｉｎ）＝（Ｗ－Ｗ_Δ）／（Ｔ_Δ－Ｔ）
加熱終了直後の質量減少速度を算出する場合、Ｔを６０（分）とすればよい。

【0023】

耐火被覆層１２ａの厚みは、耐火構造材１Ａが燃焼したときに、該耐火被覆層１２ａを残存しやすくし、該耐火構造材１Ａの耐火性能を向上させる観点から、好ましくは６０ｍｍ以上、より好ましくは７５ｍｍ以上である。また耐火被覆層１２ａの厚みは、荷重支持部１１ａが鋼製の場合に、熱伝導性及び、熱容量の影響による熱吸収性を活かし、木材の燃え止まり効果向上をさせる観点から、好ましくは９０ｍｍ以下、より好ましくは７５ｍｍ以下である。

【0024】

次に、耐火構造材１Ａの構成材料について説明する。
荷重支持部１１ａは上述のように、木製又は鋼製である。荷重支持部１１ａが木製である場合、荷重支持部１１ａとしては、集成材、製材、直交集成板（ＣＬＴ）、単板積層材（ＬＶＬ）及び平行ストランド材（ＰＳＬ）等を用いることができる。荷重支持部１１ａが木製である場合、荷重支持部１１ａは、一方向と直交する方向に複数本のラミナを積層接着した積層体を、該一方向に並べて配して横断面形状を四角形状としたものであってもよい。
荷重支持部１１ａが鋼製である場合、荷重支持部１１ａとしては、角形鋼管、Ｈ型鋼、角鋼、平鋼及び溝形鋼等を用いることができる。また、これら以外の形状のものであっても、耐火被覆層１２ａを周囲に構成できるものは、荷重支持部１１ａとして用いることができる。

【0025】

耐火被覆層１２ａ及び焼失性被覆層１３ａは、純朴からなる木質材料により構成されている。本明細書において、純木とは、難燃薬剤や不燃材料、無機系材料等を含有していない木材を意味する。

【0026】

耐火被覆層１２ａを形成する純木としては、集成材、製材、直交集成板（ＣＬＴ）、単板積層材（ＬＶＬ）、平行ストランド材（ＰＳＬ）及び合板等が挙げられる。ＣＬＴや集成材は、断面が長方形状のラミナを、該長方形の頂点どうしを重ねるようにして、短手方向に複数積層したものなどであってもよい。耐火被覆層１２ａを構成する純木の樹種としては、カラマツ、ベイマツ、アカマツ、エゾマツ、シラカバ、ヒノキ、ヒバ、ケヤキ、オウシュウアカマツ、ラジアータパイン等が挙げられ、これらの中でも、カラマツが好ましい。

【0027】

焼失性被覆層１３ａを構成する純木としては、集成材、製材、直交集成板（ＣＬＴ）、単板積層材（ＬＶＬ）、平行ストランド材（ＰＳＬ）及び合板等が挙げられる。ＣＬＴや集成材は、断面が長方形状のラミナを、該長方形の頂点どうしを重ねるようにして、短手方向に複数積層したものなどであってもよい。焼失性被覆層１３ａを構成する純木の樹種としては、スギ、モミ、ＳＰＦ及びバルサ等が挙げられ、これらの中でも、スギが好ましい。

【0028】

荷重支持部１１ａと耐火被覆層１２ａとの接合、耐火被覆層１２ａと焼失性被覆層１３ａの接合、並びに、荷重支持部１１ａ、耐火被覆層１２ａ及び焼失性被覆層１３ａそれぞれを構成するラミナどうしの接合は、耐火構造材の製造に従来用いられている各種公知の接着剤を用いることができ、例えば、レゾルシノール樹脂系接着剤、レゾルシノール・フェノール系樹脂接着剤、水性高分子イソシアネート樹脂系接着剤、ポリウレタン系接着剤及び酢酸ビニル系接着剤等が挙げられ、これらの中でも、赤熱を一層抑制できるようにする観点から、レゾルシノール・フェノール系樹脂接着剤が好ましい。

【0029】

次に、本発明の赤熱抑制方法について説明する。本発明の赤熱抑制方法の好ましい実施形態は、荷重支持部１１ａと、該荷重支持部１１ａを被覆する耐火被覆層１２ａとを有する構造材を、焼失性被覆層１３ａにより被覆する方法である。本実施形態の赤熱抑制方法によれば、好ましくは上述した耐火構造材１Ａが得られる。本実施形態の赤熱抑制方法によれば、耐火被覆層１２ａの表面に割れが生じることを防ぎ、該耐火被覆層１２ａが赤熱することを抑制することができる。

【0030】

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は斯かる実施例に限定されるものではない。

【実施例0031】

（実施例１）
図１に示す耐火構造材１Ａと同様の構成を有する耐火構造材を製造した。具体的には、木製の荷重支持部を有する耐火構造材を製造した。耐火構造材は、横断面の寸法が３６０ｍｍ×３６０ｍｍであり、軸方向の長さが３５００ｍｍである。荷重支持部の横断面の寸法は１８０ｍｍ×１８０ｍｍであり、耐火被覆層の厚みは７５ｍｍであり、燃焼性被覆層の厚みは１５ｍｍである。
荷重支持部及び耐火被覆層としては、カラマツ（密度：０．５０ｇ／ｃｍ^３、含水率：１２．３％）の集成材を用いた。燃焼性被覆層としては、スギ（密度：０．４０ｇ／ｃｍ^３、含水率：１１．２２％）の集成材を用いた。耐火構造材の製造に用いる接着剤としては、レゾルシノール・フェノール系樹脂接着剤を用いた。

【0032】

（実施例２）
図１に示す耐火構造材１Ａと同様の構成を有する耐火構造材を製造した。具体的には、荷重支持部として角形鋼管を有する耐火構造材を製造した。耐火構造材は、横断面の寸法が３８５ｍｍ×３８５ｍｍであり、軸方向の長さが３３００ｍｍである。荷重支持部である角形鋼管は、横断面の寸法が２００ｍｍ×２００ｍｍであり、厚みが９ｍｍである。耐火被覆層の厚みは７５ｍｍであり、燃焼性被覆層の厚みは１５ｍｍである。実施例２においては、荷重支持部と耐火被覆層との間に厚み２．５ｍｍのスペーサーを配置した。スペーサーは、荷重支持部の軸方向に沿う４側面それぞれに配置した。
角形鋼管としては、ＪＩＳ Ｇ ３４６６に規定されるＳＴＫＲ４００を用いた。スペーサーとしては、スギからなる合板を用いた。耐火被覆層としては、カラマツ（密度：０．４９ｇ／ｃｍ^３、含水率：１２．２％）の集成材を用いた。燃焼性被覆層としては、スギ（密度：０．３６ｇ／ｃｍ^３、含水率：１０．０％）の集成材を用いた。

【0033】

（比較例１）
以下の点以外は、実施例１と同様にして耐火構造材を製造した。耐火被覆層の厚みを９０ｍｍとし、焼失性被覆層を設けなかった。カラマツは、密度が０．５３ｇ／ｃｍ^３±１０％、含水率が８～１０％であった。また、接着剤として、フェール・レゾルシノール共縮合樹脂（ＰＲＦ）系樹脂接着剤を用いた。

【0034】

（評価）
（燃焼試験）
実施例１、２及び比較例１の耐火構造材を、直立状態として試験炉内に配置し、４側面のそれぞれに対して、通常の火災を想定したＩＳＯ８３４－１標準加熱により１時間加熱を行い、加熱終了後、実施例１及び比較例１は８時間、実施例２は１１時間の炉内放冷を行った。その際、図２～図４に黒点で示す各位置における温度変化を計測し、各位置における温度の経時的変化を記録した。以下、図２～図４に黒点で示す各位置をそれぞれ、図２～図４に示す番号を用いて、位置１、位置２のように記載する。各位置における温度変化を計測した結果をそれぞれ、図５～図７に示す。また、実施例１、２及び比較例１の加熱面の状態を目視により確認した。実施例１、２及び比較例１の耐火構造材の燃焼試験後の状態をそれぞれ、図８～図１０に示す。

【0035】

実施例１は、図５（ａ）～（ｃ）に示すように、温度変化を測定した全ての位置において、温度が下がった後は、試験終了まで再び温度が上昇することはなかった。
また、実施例１の耐火構造材は、加熱終了直後からしばらくの間、表面のスギ板の燃焼が続いたが、有炎燃焼が炉内温度に大きく影響を与えることはなかった。また、火炎がおさまるにつれて、炉内温度も下降する様子が観察された。また、加熱中に燃え切らないスギ板は、カラマツの表層にくっついた状態で赤熱燃焼が続いたものの、体積の減少と炭化に伴い、焼失し灰になる様子や、小さな炭及び灰の状態でぽろぽろと落ちていく様子が確認された。また、スギとカラマツとはレゾルシノール系樹脂接着剤で二次接着したため、スギが簡単に落ちることはなかった。赤熱したスギが炉床に落下することもあったが、落下したスギが長時間燃焼することはなかった。スギが燃え尽きたあとに、徐々にカラマツの炭化層が露出していった。実施例１においては、カラマツの炭化層の表層は、比較例１に比して深く炭化しきった堅固な炭の状態でなく、比較的浅く炭化している状態で、表層の赤熱部分が細かくほろほろと落ちていく様子が観察された。

【0036】

実施例２は、図６（ａ）～（ｄ）に示すように、温度変化を測定した全ての位置において、温度が下がった後は、試験終了まで再び温度が上昇することはなかった。
また、実施例２の耐火構造材は、燃焼試験開始後１２時間経過した時点で、炉内温度及び構造材の内部温度ともに、十分に下降傾向に転じていた。また、実施例２の耐火構造材の表層には、大きな亀裂等が生じていなかった。また表層には、構造材の脱炉時点で、わずかに赤熱が残っていたが、再燃するほどのものでもなく、数時間後に焼失する程度のものであった。

【0037】

比較例１は、図７（ａ）に示すように、位置５において、加熱終了後から試験終了まで温度が下がらず、燃焼が続いていることが分かる。また、位置３及び位置７においては、温度がピークに達し、その後下がった後に、再び温度が上昇している。このことから、位置３及び位置７においては、一度鎮火した後、別の部位に残っていた赤熱が位置３及び位置７に伝わり、再び燃焼が始まったと考えられる。また、図７（ｂ）に示すように、位置１２、位置１３及び位置１４においても、温度が下がった後に上昇していることから、別の部位に残っていた赤熱が伝わり、再び燃焼が始まったと考えられる。

【0038】

また、比較例１の耐火構造材は、加熱開始後、表面に大きく割れが生じていた。また、加熱中から放冷開示初期に炭化層の脱落も多くみられた。また、加熱終了後も部材全般にわたり発生している割れ（凹凸部）の内部において赤熱燃焼が強く継続しており、耐火被覆層の大きな損傷が見られた。比較例１においては、カラマツの炭化層は比較的堅固に残り、亀裂が深く入っていた。
実施例１、２及び比較例１の結果から、本発明によれば、耐火構造材の赤熱を抑制することができることが分かる。

【0039】

また、実施例２は、図６（ｂ）に示すように、耐火構造材の角部に位置する位置１０の温度がピークに達した後、下降に転じるのに追従して、該耐火構造材の角部と角部との間の部分（以下、「中央部」と言う。）に位置する位置６の温度もピークに達した後、下降に転じている。これに対し、実施例１は、図５（ｂ）に示すように、耐火構造材の中央部に位置する位置６の温度変化は、耐火構造材の角部に位置する位置９の温度変化に追従していない。この違いは、実施例１及び実施例２の荷重支持部の違いによるものだと考えられる。具体的には、実施例２は、耐火構造材が荷重支持部として角形鋼管を有しているので、該構造材の角部近傍、より具体的には、角形鋼管の角部における、耐火被覆層と対向する面（以下、角形鋼管の角部の外面という。）と、該耐火被覆層における角形鋼管と対向する面（以下、耐火被覆層の内面という。）とが略平行となる位置の熱が、熱伝導率が高い該角形鋼管を介して該構造材の中央部に伝わっていると考えられる。角形鋼管の角部の外面と耐火被覆層の内面とが略平行になるとは、角形鋼管の角部の外面における、耐火被覆層の内面と平行な方向の曲率が略０となることを意味する。実施例２によれば、耐火構造材の角部近傍に熱が集中することを抑制することができ、赤熱を一層抑制することができると考えられる。

【0040】

（実施例３）
図１に示す耐火構造材１Ａと同様の構成を有する耐火構造材を製造した。具体的には、木製の荷重支持部を有する耐火構造材を製造した。耐火構造材は、横断面の寸法が３３０ｍｍ×３３０ｍｍであり、軸方向の長さが１６００ｍｍである。荷重支持部の横断面の寸法は１８０ｍｍ×１８０ｍｍであり、耐火被覆層の厚みは６０ｍｍであり、燃焼性被覆層の厚みは１５ｍｍである。
荷重支持部及び耐火被覆層としては、カラマツ（密度：０．４９ｇ／ｃｍ^３、含水率：９．５％）の集成材を用いた。燃焼性被覆層としては、スギ（密度：０．３３ｇ／ｃｍ^３、含水率：１０．９％）の集成材を用いた。

【0041】

（比較例２）
以下の点以外は、実施例３と同様にして耐火構造材を製造した。耐火被覆層の厚みを７５ｍｍとし、焼失性被覆層を設けなかった。カラマツは、密度が０．５０ｇ／ｃｍ^３、含水率が９．７％であった。

【0042】

（質量減少速度の評価）
実施例３及び比較例２の耐火構造材を、該耐火構造材の軸方向が鉛直方向と一致するように試験炉内の天井から吊るし、４側面のそれぞれに対して、通常の火災を想定したＩＳＯ８３４－１標準加熱により１時間加熱を行い、加熱終了後、６時間の炉内放冷を行った。その際、各耐火構造材の質量変化を計測し、各構造材の質量の経時的変化を記録した。その結果を、図１１に示す。なお、加熱開始から３０分までは、炉内温度を上昇させるために加熱バーナーの出力を強くしているので、炉内圧力がぶれやすく、質量の正確な測定が困難である。そのため、図１１においては、炉内圧力が安定した３０分以降の測定結果を示している。

【0043】

図１１に示すように、加熱終了直後、即ち加熱開始から６０分後において、実施例３は、比較例２よりも質量減少速度が大きい。また加熱終了後１８０分以内、具体的には加熱終了時から３０分の時点で、実施例３は、比較例２よりも質量減少速度が小さくなっている。加熱終了直後においては、実施例３の方が、比較例２よりも質量減少速度の変化率が大きいが、その後、実施例３の方が、比較例２よりも質量減少速度の変化率が小さくなっている。また燃焼試験後の、実施例３の耐火構造材と比較例２の耐火構造材とを比較すると、実施例３の耐火構造材は、大きな割れや亀裂等がなく、赤熱が残っていなかったのに対し、比較例３の耐火構造材は、大きな割れや亀裂等があり、赤熱が残っていた。したがって、実施例３の耐火構造材は、赤熱を抑制することができることが判る。

【符号の説明】

【0044】

１Ａ 耐火構造材
１１ａ 荷重支持部
１２ａ 耐火被覆層
１３ａ 焼失性被覆層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】