耐火パネル、耐火構造体、および耐火性トンネル
【課題】 複雑な構造を必要とせず、設置精度が低くても優れた耐火性を有する耐火パネルと、これを用いたトンネル用耐火セグメントおよび高耐火性トンネルを提供する。
【手段】 不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって好ましくは２〜３０倍に膨張する材料によって形成されていることを特徴とする耐火パネルであり、該高温膨張層が構造体側に位置するように、上記高温膨張層の膨張量に対応した間隙を保って耐火パネルが構造体表面に設置されていることを特徴とする耐火構造体、および高耐火性トンネル。
【手段】 不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって好ましくは２〜３０倍に膨張する材料によって形成されていることを特徴とする耐火パネルであり、該高温膨張層が構造体側に位置するように、上記高温膨張層の膨張量に対応した間隙を保って耐火パネルが構造体表面に設置されていることを特徴とする耐火構造体、および高耐火性トンネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火性に優れた耐火パネルと、これを用いた耐火構造体および耐火性トンネルに関し、詳しくは、複雑な構造とせず、かつ設置精度が低くても高い耐火性の得られる耐火パネルと、この耐火パネルを用いた耐火構造体、および耐火性トンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
道路トンネル、鉄道トンネル等のトンネルの主な材質は、コンクリート、鋳鉄、鋼材又はこれらの２種以上を組み合わせたものである。特に、都市部においては、セグメントを組立て、リング構造体としてトンネルを支保するシールド工法により構築されるシールドトンネルが多く採用されている。トンネル内で火災が発生すると、火災により発生する熱によりトンネル構造体の強度が低下する虞があり、場合によっては長期間トンネルの使用ができなくなる虞もある。このため、トンネル内表面に多数の耐火パネルを設置することが提案されている。
【０００３】
しかし、耐火パネルを相互に突き合わせた隙間が３mm以上であると、この隙間から火炎が侵入して耐火性が大幅に低下するため、耐火パネル相互の隙間が３mm未満となる高い精度で設置することが求められる。ところが、トンネル内表面は一般に平面のみからなることは少なく湾曲面が多いために、このような精度で耐火パネルを設置するには手間がかかり、施工効率が大幅に低下する。
【０００４】
そこで、耐火パネル相互の隙間を耐火性目地材で閉塞ないし覆う方法が知られている（特許文献１、２）。しかし、耐火パネル相互の隙間を目地材で覆う方法も手間がかかり、施工効率が低く経済性も悪い。一方、耐火パネルの側面に段差を形成して、耐火パネルの側面が相互に重なるようにして隙間ができないようにする方法もあるが、耐火パネル側面の加工が面倒であり、コスト高になる。
【特許文献１】特開２００２−３４９１９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３０９８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の耐火パネルおよび耐火構造体における上記問題を解決したものであり、火災温度に曝されたときに発泡膨張する高温膨張層を不燃性基板の裏面側に有する耐火パネルを用いることによって、複雑な構造を必要とせず、かつ設置精度が低くても、優れた耐火性能を有する耐火構造体および耐火性トンネルを構築できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の構成を有する耐火パネル、耐火構造体および耐火性トンネルに関する。
（１）不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって膨張する材料によって形成されていることを特徴とする耐火パネル。
（２）不燃性基板の裏面および側面に耐火性高温膨張層が設けられている上記(1)に記載する耐火パネル。
（３）不燃性基板の表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときに、基板裏面、または基板裏面と基板側面の高温膨張層が２〜３０倍に膨張する上記(1)または(2)の耐火パネル。
（４）耐火性高温膨張層がリン酸化合物を主成分とする上記(1)〜(3)の何れかに記載する耐火パネル。
（５）不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって発泡膨張する材質によって形成されている耐火パネルを用い、上記高温膨張層が構造体側に位置するように、上記高温膨張層の膨張量に対応した間隙を保って耐火パネルが構造体表面に設置されていることを特徴とする耐火構造体。
（６）耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、該高温膨張層の膨張倍率Ｓ、耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌであるとき、該間隙Ｌに対する膨張量ＭＳの比Ｙ（Ｙ＝ＭＳ／Ｌ）が次式(１)を満足するように、耐火パネルが構造体表面に設置されている上記(5)の耐火構造体。
１≦Ｙ≦３ …(１)
（７）不燃性基板の裏面および側面に耐火性高温膨張層が設けられている耐火パネルを用い、耐火パネルが火災温度に曝されたときに、該高温膨張層の膨張によって、耐火パネルと構造体との間隙および耐火パネル相互の隙間が閉塞される上記(5)または(6)の耐火構造体。
（８）耐火パネルを設けた構造体表面がトンネル内表面、またはトンネル内表面を形成するセグメント表面である上記(5)〜(7)の何れかに記載する耐火構造体。
（９）上記(5)〜(8)の何れかに記載する耐火構造体によって形成された耐火性トンネル。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の耐火パネルは、不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなり、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって発泡膨張する材質によって形成されているので、該高温膨張層が構造体側に位置するように耐火パネルを構造体に設置すれば、火災時に耐火性高温膨張層が発泡膨張して構造体と耐火パネルとの隙間を閉塞し、断熱性を高めるので優れた耐火効果を発揮することができる。
【０００８】
また、耐火性高温膨張層はリン酸化合物を主成分として形成すれば、火災温度下で脱落するトラブルを生じる虞がなく、安定かつ効果的に膨張するので、信頼性の高い耐火効果を得ることができる。さらに、本発明の耐火パネルは不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなるので、従来の耐火性基板よりも層厚を薄く形成しても優れた耐火性を有することができる。
【０００９】
本発明の耐火パネルは、好ましくは、基板表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときに、基板裏面、または基板裏面と基板側面の高温膨張層が２〜３０倍に膨張するものであり、この耐火パネルはトンネル用の耐火パネルとして好適である。トンネルの火災時には２０分〜３０分の間にトンネル内温度が１２００℃〜１４００℃前後に急激に上昇する場合がある。本発明の耐火パネルは、このような火災温度下で、基板裏面温度が２００℃〜４００℃に止まる不燃性基板を用いており、さらにこの裏面温度によって発泡膨張する耐火層を基板裏面に有しているので、耐火パネルを取り付けたトンネル構造体などは、火災時に構造体表面が耐火パネルの耐火性発泡膨張層によって覆われ、断熱性が向上するので、構造体表面の温度上昇が抑制され、トンネル構造体を形成するコンクリートの劣化を防止することができる。この結果、トンネル内で火災が発生しても損傷を最小限に抑えることができ、早期に復旧することができる。
【００１０】
さらに、不燃性基板の裏面と側面に耐火性高温膨張層を設けた耐火パネルは、火災温度下でパネル側面が膨張して耐火パネル側面相互の隙間を３mm未満に閉塞して耐火性を高めることができる。さらに、この耐火パネルは、施工時の耐火パネル相互の側面隙間が大きくても、基板側面の高温膨張層が発泡膨張して耐火パネル側面相互の間隙を３mm未満に閉塞できるので、耐火パネルの施工精度を緩和することができ、施工が容易である。また、耐火パネル相互の側面隙間を比較的緩く設けることができるので、地震等によりトンネルが多少変形しても耐火パネル相互間に応力が負荷し難く、耐火パネルが損傷し難い。このため、耐震性も高い高耐火性トンネルを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。
本発明の耐火パネルは、不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって膨張する材料によって形成されていることを特徴とする耐火パネルである。
【００１２】
本発明の耐火パネルに用いる不燃性基板は、基板表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃に止まるものであり、材質および形状ないし大きさは限定されない。例えば、セメント、モルタル、コンクリート、石膏、珪酸カルシウム、セラミックス、ガラス繊維等の不燃性の繊維、金属、無定形耐火材などを用いることができ、これら二種以上からなるものでも良く、また、上記不燃性を有する範囲で有機繊維等の可燃物を付加や混入したものでも良い。上記不燃性基板としては、珪酸カルシウム板、セラッミクス板、無定形耐火材の成形板又はセメント板を用いることが耐熱性の点から好ましく、軽量、強度が高く且つ表面に仕上げ材設けやすいので、繊維を混入したセメント板が特に好ましい。
【００１３】
上記不燃性基板の裏面には、該基板表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときに、２００℃〜４００℃の基板裏面温度で発泡膨張する耐火性の高温膨張層が設けられている。この高温膨張層はリン酸化合物を主成分とするものが好ましい。リン酸化合物は火炎に曝されたときなどの高温下で発泡膨張し、この発泡により形成される耐火層が強固であり、火炎による損傷を受け難く、耐火性を長時間保持することができる。リン酸化合物としては、例えば、第一リン酸アンモニウム、第二リン酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸アミド、リン酸メラミンなどを用いることができる。上記高温膨張層は、リン酸化合物以外に、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，メラミン樹脂や酢酸ビニル樹脂等のビヒクル、アクリル，メラミン，尿素，酢酸ビニル等のビヒクルの原材料、炭水化物、多価アルコール、顔料、染料、消泡剤、増粘剤、繊維等から選ばれる一種または二種以上を、本発明の効果を損なわない範囲で含有することができる。
【００１４】
リン酸化合物を主成分とする上記高温膨張層は、２００〜４００℃の高温下で、加熱前の体積に対する加熱後の体積比率（以下「発泡倍率」と云う）が、２〜３０倍となるものが好ましく、５〜２０倍となるものがより好ましい。発泡倍率が２倍未満では耐火パネルの設置精度を高くする必要があり、発泡倍率が３０倍より大きいと発泡後の内部空隙の割合が過剰になるので、火炎によって損傷を受け易くなり、耐火性を長時間保持するのが難しくなる。
【００１５】
上記耐火パネルを、耐火性高温膨張層が構造体側に位置するように、該高温膨張層の膨張量に対応した間隙を保って、耐火パネルを構造体表面に設置した耐火構造体を図１および図２に示す。図１は火災温度によって膨張する前の状態、図２は膨張した後の状態を模式的に示したものである。図中、１は不燃性基板、２は耐火性高温膨張層、３は取付金具、４はトンネル構造体（セグメント）、５はセグメント内表面（トンネル内表面）、６はセグメントの地山側表面、７は耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）、８は耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、９は耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌ、１０は耐火パネルである。耐火パネルの高温膨張層の厚み、該高温膨張層の発泡膨張倍率、耐火パネルの設置精度などは求められる耐火性能等により適宜定めれば良い。
【００１６】
図示する耐火構造体において、耐火パネル１０は、その裏側の高温膨張層２が火災によって膨張したときに、構造体４の表面と耐火パネル１０との間隙９が閉塞されるように設置される。耐火パネルと構造体表面との間隙９が発泡膨張した耐火性膨張層２によって閉塞されることによって断熱性が高まり、構造体表面に熱が伝わり難くなり、優れた耐火性を発揮する。また、耐熱パネル１０の裏側に火炎が入り込まないので、発泡膨張した高温膨張層が火炎によって損傷を受け難く、耐火性を長時間維持することができる。
【００１７】
耐火パネル１０と構造体表面との設置間隔は、具体的には、例えば、耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、該高温膨張層の膨張倍率Ｓ、耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌであるとき、該間隙Ｌに対する膨張量ＭＳの比Ｙ（Ｙ＝ＭＳ／Ｌ）が、次式(１)を満足するものが好ましい。
１≦Ｙ≦３ …（１）
【００１８】
Ｙが１より小さいと、耐火パネルと構造体表面との間隙を発泡膨張後の高温膨張層が完全に埋めることができず、耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）が３mm以上の場合に耐火性が悪くなる。また、Ｙが３より大きいと、高温膨張層の発泡時に発生する圧力によって耐火パネルが押圧されて破損や脱落する虞が生じるので好ましくない。Ｙが１.１以上の場合は、耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）が３mm以上となる低い設置精度で構造体表面に設置しても、耐火パネル側面相互の該隙間を発泡膨張後の高温膨張層が完全に埋めることができ、構造体表面の温度が上がり難いので好ましい。
【００１９】
なお、構造体表面と耐火パネルとの設置間隙は、高耐火性、製造ないし構築の容易性とコストの関係から、実用上一般的に、概ね５〜２００ｍｍが適当であり、１０〜５０ｍｍがより好ましい。
【００２０】
不燃性基板の裏面と共に基板側面にも上記耐火性高温膨張層を設けた耐火パネルが好ましい。この耐火パネルは火災温度に曝されたときに、該高温膨張層の膨張によって、耐火パネルと構造体との間隙、および耐火パネル側面相互の隙間が閉塞され、高い耐火性を発揮することができる。具体的には、基板側面に上記耐火性高温膨張層を設けた耐火パネルは、耐火パネル相互の間隙を比較的緩く３mm以上に設置しても、パネル側面の高温膨張層が高温下で膨張し、耐火パネル相互の側面の隙間を３mm未満に閉塞することができるので、火炎が耐火パネルの裏側に入り込まず、従って、優れた耐火性を発揮する。
【００２１】
なお、上記耐火パネルの発泡性耐火材層側が不燃性基板よりも構造体表面側に配置するように設置していないと、耐火パネルと構造体表面との間隙を発泡後の発泡性耐火材層で埋まらないため、耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）が３ｍｍ以上の場合に耐火性が悪い。
【００２２】
本発明の耐火パネルを、上記式(１)を満足するように、かつ耐火パネル側面相互の間隙が高温膨張後に３mm未満になるように、トンネル内表面に設けることによって高耐火性のトンネルを構築することができる。トンネル内表面に耐火パネルを設置する手段としては、トンネル内表面を形成するコンクリート等の表面に耐火パネルをセメントやモルタル、その他の耐火性接着剤によって貼り付けても良く、または取付金具やセラミックス製取付具を用いてコンクリート等の面に固定しても良い。あるいは、セグメント表面に本発明の耐火パネルを設置した上記トンネル用耐火セグメントを用いてトンネル内表面を形成しても良い。耐火パネルをセグメントに取り付ける手段は限定されない。取付金具やセラミックス製取付具を用いても良く、耐熱性接着剤で貼り付けても良い。また、トンネル内周面に設置する時期も特に限定されない。トンネル構築後にトンネル内周面に設置しても良く、セグメントの内周面側に予め耐火パネルを装着しておいても良い。
【００２３】
本発明の耐火パネルを内表面に設けたトンネルは、火災などの高温下において、耐火パネル側面が膨張して耐火パネル相互の間隙を閉塞し、かつ耐火パネル裏面が発泡膨張してトンネル構造体表面を覆うので、断熱性が向上し、かつ火炎が耐火パネルの裏側に入り込まないので優れた耐火性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の耐火パネルの設置状態を示す模式断面図（火災前）
【図２】本発明の耐火パネルの設置状態を示す模式断面図（火災後）
【符号の説明】
【００２５】
１−不燃性基板、２−耐火性高温膨張層、３−取付金具、４−トンネル構造体（セグメント）、５−セグメント内表面（トンネル内表面）、６−セグメントの地山側表面、７−耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）、８−耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、９−耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌ、１０−耐火パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火性に優れた耐火パネルと、これを用いた耐火構造体および耐火性トンネルに関し、詳しくは、複雑な構造とせず、かつ設置精度が低くても高い耐火性の得られる耐火パネルと、この耐火パネルを用いた耐火構造体、および耐火性トンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
道路トンネル、鉄道トンネル等のトンネルの主な材質は、コンクリート、鋳鉄、鋼材又はこれらの２種以上を組み合わせたものである。特に、都市部においては、セグメントを組立て、リング構造体としてトンネルを支保するシールド工法により構築されるシールドトンネルが多く採用されている。トンネル内で火災が発生すると、火災により発生する熱によりトンネル構造体の強度が低下する虞があり、場合によっては長期間トンネルの使用ができなくなる虞もある。このため、トンネル内表面に多数の耐火パネルを設置することが提案されている。
【０００３】
しかし、耐火パネルを相互に突き合わせた隙間が３mm以上であると、この隙間から火炎が侵入して耐火性が大幅に低下するため、耐火パネル相互の隙間が３mm未満となる高い精度で設置することが求められる。ところが、トンネル内表面は一般に平面のみからなることは少なく湾曲面が多いために、このような精度で耐火パネルを設置するには手間がかかり、施工効率が大幅に低下する。
【０００４】
そこで、耐火パネル相互の隙間を耐火性目地材で閉塞ないし覆う方法が知られている（特許文献１、２）。しかし、耐火パネル相互の隙間を目地材で覆う方法も手間がかかり、施工効率が低く経済性も悪い。一方、耐火パネルの側面に段差を形成して、耐火パネルの側面が相互に重なるようにして隙間ができないようにする方法もあるが、耐火パネル側面の加工が面倒であり、コスト高になる。
【特許文献１】特開２００２−３４９１９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３０９８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の耐火パネルおよび耐火構造体における上記問題を解決したものであり、火災温度に曝されたときに発泡膨張する高温膨張層を不燃性基板の裏面側に有する耐火パネルを用いることによって、複雑な構造を必要とせず、かつ設置精度が低くても、優れた耐火性能を有する耐火構造体および耐火性トンネルを構築できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の構成を有する耐火パネル、耐火構造体および耐火性トンネルに関する。
（１）不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって膨張する材料によって形成されていることを特徴とする耐火パネル。
（２）不燃性基板の裏面および側面に耐火性高温膨張層が設けられている上記(1)に記載する耐火パネル。
（３）不燃性基板の表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときに、基板裏面、または基板裏面と基板側面の高温膨張層が２〜３０倍に膨張する上記(1)または(2)の耐火パネル。
（４）耐火性高温膨張層がリン酸化合物を主成分とする上記(1)〜(3)の何れかに記載する耐火パネル。
（５）不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって発泡膨張する材質によって形成されている耐火パネルを用い、上記高温膨張層が構造体側に位置するように、上記高温膨張層の膨張量に対応した間隙を保って耐火パネルが構造体表面に設置されていることを特徴とする耐火構造体。
（６）耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、該高温膨張層の膨張倍率Ｓ、耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌであるとき、該間隙Ｌに対する膨張量ＭＳの比Ｙ（Ｙ＝ＭＳ／Ｌ）が次式(１)を満足するように、耐火パネルが構造体表面に設置されている上記(5)の耐火構造体。
１≦Ｙ≦３ …(１)
（７）不燃性基板の裏面および側面に耐火性高温膨張層が設けられている耐火パネルを用い、耐火パネルが火災温度に曝されたときに、該高温膨張層の膨張によって、耐火パネルと構造体との間隙および耐火パネル相互の隙間が閉塞される上記(5)または(6)の耐火構造体。
（８）耐火パネルを設けた構造体表面がトンネル内表面、またはトンネル内表面を形成するセグメント表面である上記(5)〜(7)の何れかに記載する耐火構造体。
（９）上記(5)〜(8)の何れかに記載する耐火構造体によって形成された耐火性トンネル。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の耐火パネルは、不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなり、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって発泡膨張する材質によって形成されているので、該高温膨張層が構造体側に位置するように耐火パネルを構造体に設置すれば、火災時に耐火性高温膨張層が発泡膨張して構造体と耐火パネルとの隙間を閉塞し、断熱性を高めるので優れた耐火効果を発揮することができる。
【０００８】
また、耐火性高温膨張層はリン酸化合物を主成分として形成すれば、火災温度下で脱落するトラブルを生じる虞がなく、安定かつ効果的に膨張するので、信頼性の高い耐火効果を得ることができる。さらに、本発明の耐火パネルは不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなるので、従来の耐火性基板よりも層厚を薄く形成しても優れた耐火性を有することができる。
【０００９】
本発明の耐火パネルは、好ましくは、基板表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときに、基板裏面、または基板裏面と基板側面の高温膨張層が２〜３０倍に膨張するものであり、この耐火パネルはトンネル用の耐火パネルとして好適である。トンネルの火災時には２０分〜３０分の間にトンネル内温度が１２００℃〜１４００℃前後に急激に上昇する場合がある。本発明の耐火パネルは、このような火災温度下で、基板裏面温度が２００℃〜４００℃に止まる不燃性基板を用いており、さらにこの裏面温度によって発泡膨張する耐火層を基板裏面に有しているので、耐火パネルを取り付けたトンネル構造体などは、火災時に構造体表面が耐火パネルの耐火性発泡膨張層によって覆われ、断熱性が向上するので、構造体表面の温度上昇が抑制され、トンネル構造体を形成するコンクリートの劣化を防止することができる。この結果、トンネル内で火災が発生しても損傷を最小限に抑えることができ、早期に復旧することができる。
【００１０】
さらに、不燃性基板の裏面と側面に耐火性高温膨張層を設けた耐火パネルは、火災温度下でパネル側面が膨張して耐火パネル側面相互の隙間を３mm未満に閉塞して耐火性を高めることができる。さらに、この耐火パネルは、施工時の耐火パネル相互の側面隙間が大きくても、基板側面の高温膨張層が発泡膨張して耐火パネル側面相互の間隙を３mm未満に閉塞できるので、耐火パネルの施工精度を緩和することができ、施工が容易である。また、耐火パネル相互の側面隙間を比較的緩く設けることができるので、地震等によりトンネルが多少変形しても耐火パネル相互間に応力が負荷し難く、耐火パネルが損傷し難い。このため、耐震性も高い高耐火性トンネルを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。
本発明の耐火パネルは、不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって膨張する材料によって形成されていることを特徴とする耐火パネルである。
【００１２】
本発明の耐火パネルに用いる不燃性基板は、基板表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃に止まるものであり、材質および形状ないし大きさは限定されない。例えば、セメント、モルタル、コンクリート、石膏、珪酸カルシウム、セラミックス、ガラス繊維等の不燃性の繊維、金属、無定形耐火材などを用いることができ、これら二種以上からなるものでも良く、また、上記不燃性を有する範囲で有機繊維等の可燃物を付加や混入したものでも良い。上記不燃性基板としては、珪酸カルシウム板、セラッミクス板、無定形耐火材の成形板又はセメント板を用いることが耐熱性の点から好ましく、軽量、強度が高く且つ表面に仕上げ材設けやすいので、繊維を混入したセメント板が特に好ましい。
【００１３】
上記不燃性基板の裏面には、該基板表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときに、２００℃〜４００℃の基板裏面温度で発泡膨張する耐火性の高温膨張層が設けられている。この高温膨張層はリン酸化合物を主成分とするものが好ましい。リン酸化合物は火炎に曝されたときなどの高温下で発泡膨張し、この発泡により形成される耐火層が強固であり、火炎による損傷を受け難く、耐火性を長時間保持することができる。リン酸化合物としては、例えば、第一リン酸アンモニウム、第二リン酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸アミド、リン酸メラミンなどを用いることができる。上記高温膨張層は、リン酸化合物以外に、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，メラミン樹脂や酢酸ビニル樹脂等のビヒクル、アクリル，メラミン，尿素，酢酸ビニル等のビヒクルの原材料、炭水化物、多価アルコール、顔料、染料、消泡剤、増粘剤、繊維等から選ばれる一種または二種以上を、本発明の効果を損なわない範囲で含有することができる。
【００１４】
リン酸化合物を主成分とする上記高温膨張層は、２００〜４００℃の高温下で、加熱前の体積に対する加熱後の体積比率（以下「発泡倍率」と云う）が、２〜３０倍となるものが好ましく、５〜２０倍となるものがより好ましい。発泡倍率が２倍未満では耐火パネルの設置精度を高くする必要があり、発泡倍率が３０倍より大きいと発泡後の内部空隙の割合が過剰になるので、火炎によって損傷を受け易くなり、耐火性を長時間保持するのが難しくなる。
【００１５】
上記耐火パネルを、耐火性高温膨張層が構造体側に位置するように、該高温膨張層の膨張量に対応した間隙を保って、耐火パネルを構造体表面に設置した耐火構造体を図１および図２に示す。図１は火災温度によって膨張する前の状態、図２は膨張した後の状態を模式的に示したものである。図中、１は不燃性基板、２は耐火性高温膨張層、３は取付金具、４はトンネル構造体（セグメント）、５はセグメント内表面（トンネル内表面）、６はセグメントの地山側表面、７は耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）、８は耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、９は耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌ、１０は耐火パネルである。耐火パネルの高温膨張層の厚み、該高温膨張層の発泡膨張倍率、耐火パネルの設置精度などは求められる耐火性能等により適宜定めれば良い。
【００１６】
図示する耐火構造体において、耐火パネル１０は、その裏側の高温膨張層２が火災によって膨張したときに、構造体４の表面と耐火パネル１０との間隙９が閉塞されるように設置される。耐火パネルと構造体表面との間隙９が発泡膨張した耐火性膨張層２によって閉塞されることによって断熱性が高まり、構造体表面に熱が伝わり難くなり、優れた耐火性を発揮する。また、耐熱パネル１０の裏側に火炎が入り込まないので、発泡膨張した高温膨張層が火炎によって損傷を受け難く、耐火性を長時間維持することができる。
【００１７】
耐火パネル１０と構造体表面との設置間隔は、具体的には、例えば、耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、該高温膨張層の膨張倍率Ｓ、耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌであるとき、該間隙Ｌに対する膨張量ＭＳの比Ｙ（Ｙ＝ＭＳ／Ｌ）が、次式(１)を満足するものが好ましい。
１≦Ｙ≦３ …（１）
【００１８】
Ｙが１より小さいと、耐火パネルと構造体表面との間隙を発泡膨張後の高温膨張層が完全に埋めることができず、耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）が３mm以上の場合に耐火性が悪くなる。また、Ｙが３より大きいと、高温膨張層の発泡時に発生する圧力によって耐火パネルが押圧されて破損や脱落する虞が生じるので好ましくない。Ｙが１.１以上の場合は、耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）が３mm以上となる低い設置精度で構造体表面に設置しても、耐火パネル側面相互の該隙間を発泡膨張後の高温膨張層が完全に埋めることができ、構造体表面の温度が上がり難いので好ましい。
【００１９】
なお、構造体表面と耐火パネルとの設置間隙は、高耐火性、製造ないし構築の容易性とコストの関係から、実用上一般的に、概ね５〜２００ｍｍが適当であり、１０〜５０ｍｍがより好ましい。
【００２０】
不燃性基板の裏面と共に基板側面にも上記耐火性高温膨張層を設けた耐火パネルが好ましい。この耐火パネルは火災温度に曝されたときに、該高温膨張層の膨張によって、耐火パネルと構造体との間隙、および耐火パネル側面相互の隙間が閉塞され、高い耐火性を発揮することができる。具体的には、基板側面に上記耐火性高温膨張層を設けた耐火パネルは、耐火パネル相互の間隙を比較的緩く３mm以上に設置しても、パネル側面の高温膨張層が高温下で膨張し、耐火パネル相互の側面の隙間を３mm未満に閉塞することができるので、火炎が耐火パネルの裏側に入り込まず、従って、優れた耐火性を発揮する。
【００２１】
なお、上記耐火パネルの発泡性耐火材層側が不燃性基板よりも構造体表面側に配置するように設置していないと、耐火パネルと構造体表面との間隙を発泡後の発泡性耐火材層で埋まらないため、耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）が３ｍｍ以上の場合に耐火性が悪い。
【００２２】
本発明の耐火パネルを、上記式(１)を満足するように、かつ耐火パネル側面相互の間隙が高温膨張後に３mm未満になるように、トンネル内表面に設けることによって高耐火性のトンネルを構築することができる。トンネル内表面に耐火パネルを設置する手段としては、トンネル内表面を形成するコンクリート等の表面に耐火パネルをセメントやモルタル、その他の耐火性接着剤によって貼り付けても良く、または取付金具やセラミックス製取付具を用いてコンクリート等の面に固定しても良い。あるいは、セグメント表面に本発明の耐火パネルを設置した上記トンネル用耐火セグメントを用いてトンネル内表面を形成しても良い。耐火パネルをセグメントに取り付ける手段は限定されない。取付金具やセラミックス製取付具を用いても良く、耐熱性接着剤で貼り付けても良い。また、トンネル内周面に設置する時期も特に限定されない。トンネル構築後にトンネル内周面に設置しても良く、セグメントの内周面側に予め耐火パネルを装着しておいても良い。
【００２３】
本発明の耐火パネルを内表面に設けたトンネルは、火災などの高温下において、耐火パネル側面が膨張して耐火パネル相互の間隙を閉塞し、かつ耐火パネル裏面が発泡膨張してトンネル構造体表面を覆うので、断熱性が向上し、かつ火炎が耐火パネルの裏側に入り込まないので優れた耐火性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の耐火パネルの設置状態を示す模式断面図（火災前）
【図２】本発明の耐火パネルの設置状態を示す模式断面図（火災後）
【符号の説明】
【００２５】
１−不燃性基板、２−耐火性高温膨張層、３−取付金具、４−トンネル構造体（セグメント）、５−セグメント内表面（トンネル内表面）、６−セグメントの地山側表面、７−耐火パネル側面相互の隙間（目地の開き）、８−耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、９−耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌ、１０−耐火パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって膨張する材料によって形成されていることを特徴とする耐火パネル。
【請求項２】
不燃性基板の裏面および側面に耐火性高温膨張層が設けられている請求項１に記載する耐火パネル。
【請求項３】
不燃性基板の表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときに、基板裏面、または基板裏面と基板側面の高温膨張層が２〜３０倍に膨張する請求項１または２の耐火パネル。
【請求項４】
耐火性高温膨張層がリン酸化合物を主成分とする請求項１〜３の何れかに記載する耐火パネル。
【請求項５】
不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって発泡膨張する材質によって形成されている耐火パネルを用い、上記高温膨張層が構造体側に位置するように、上記高温膨張層の膨張量に対応した間隙を保って耐火パネルが構造体表面に設置されていることを特徴とする耐火構造体。
【請求項６】
耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、該高温膨張層の膨張倍率Ｓ、耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌであるとき、該間隙Ｌに対する膨張量ＭＳの比Ｙ（Ｙ＝ＭＳ／Ｌ）が次式(１)を満足するように、耐火パネルが構造体表面に設置されている請求項５の耐火構造体。
１≦Ｙ≦３ …(１)
【請求項７】
不燃性基板の裏面および側面に耐火性高温膨張層が設けられている耐火パネルを用い、耐火パネルが火災温度に曝されたときに、該高温膨張層の膨張によって、耐火パネルと構造体との間隙および耐火パネル相互の隙間が閉塞される請求項５または６の耐火構造体。
【請求項８】
耐火パネルを設けた構造体表面がトンネル内表面、またはトンネル内表面を形成するセグメント表面である請求項５〜７の何れかに記載する耐火構造体。
【請求項９】
請求項５〜８の何れかに記載する耐火構造体によって形成された耐火性トンネル。
【請求項１】
不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって膨張する材料によって形成されていることを特徴とする耐火パネル。
【請求項２】
不燃性基板の裏面および側面に耐火性高温膨張層が設けられている請求項１に記載する耐火パネル。
【請求項３】
不燃性基板の表面が１２００℃〜１４００℃の火災温度に曝されたときに、基板裏面、または基板裏面と基板側面の高温膨張層が２〜３０倍に膨張する請求項１または２の耐火パネル。
【請求項４】
耐火性高温膨張層がリン酸化合物を主成分とする請求項１〜３の何れかに記載する耐火パネル。
【請求項５】
不燃性基板の裏面に耐火性の高温膨張層を積層してなる耐火パネルであって、該基板表面が火災温度に曝されたときの基板裏面温度が２００℃〜４００℃であり、上記高温膨張層がこの裏面温度によって発泡膨張する材質によって形成されている耐火パネルを用い、上記高温膨張層が構造体側に位置するように、上記高温膨張層の膨張量に対応した間隙を保って耐火パネルが構造体表面に設置されていることを特徴とする耐火構造体。
【請求項６】
耐火性高温膨張層の層厚Ｍ、該高温膨張層の膨張倍率Ｓ、耐火パネルと構造体表面との間隙Ｌであるとき、該間隙Ｌに対する膨張量ＭＳの比Ｙ（Ｙ＝ＭＳ／Ｌ）が次式(１)を満足するように、耐火パネルが構造体表面に設置されている請求項５の耐火構造体。
１≦Ｙ≦３ …(１)
【請求項７】
不燃性基板の裏面および側面に耐火性高温膨張層が設けられている耐火パネルを用い、耐火パネルが火災温度に曝されたときに、該高温膨張層の膨張によって、耐火パネルと構造体との間隙および耐火パネル相互の隙間が閉塞される請求項５または６の耐火構造体。
【請求項８】
耐火パネルを設けた構造体表面がトンネル内表面、またはトンネル内表面を形成するセグメント表面である請求項５〜７の何れかに記載する耐火構造体。
【請求項９】
請求項５〜８の何れかに記載する耐火構造体によって形成された耐火性トンネル。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２０７３０３（Ｐ２００６−２０７３０３Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２３５４（Ｐ２００５−２２３５４）
【出願日】平成１７年１月３１日（２００５．１．３１）
【出願人】（５０１１７３４６１）太平洋マテリアル株式会社 (307)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月３１日（２００５．１．３１）
【出願人】（５０１１７３４６１）太平洋マテリアル株式会社 (307)
【Ｆターム（参考）】
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