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防火時效1小時及2小時之直交集成板(CLT)之研製

原田壽郎等(2019)為製造具有1小時及2小時防火性能之柳杉直交集成板(CLT),經初步牆板試驗,發現部分問題,為達成2小時防火時效之CLT嵌板進行下述之調整。

CLT之構造

加熱用之樓(地)板試體之概要,如次述所示。

載重支撐部為30mm柳杉集成元,層積膠合成7層7單片之CLT,(強度等級Mx60-7-7,密度370kg/m3,含水率12%)。集成元係不進行寬度拼接,層積膠合係使用水性高分子異氰酸醋樹脂膠合劑。

厚度為210mm×寬度1000mm×長度4000mm之2張CLT,利用厚度24mm,寬度150mm之針葉樹合板在單側splicer接合(2張板之側面塗布以膠合劑,在縱向邊輸送,邊加熱、加壓之接合方法),以製作成厚度210mm×寬度2000mm×長度4000mm之CLT樓(地)板。

 

層積嵌板之製作方法如下述:

阻燃處理係對於厚度36mm×寬度162mm或192mm×長度3000mm之柳杉材,(平均密度360kg/m3,含水率11%)進行。為使阻燃藥劑會均一的含浸,預先在厚度方向,以孔直徑1.5mm鑽孔機,進行密度1600個/m2之鑽孔後,置入氮磷酸系藥劑(九菱油化製/ンネンw2-50)之水溶液(固形物濃度25%)中。

注入條件採用減壓、加壓式注入裝置,前排氣-0.1MPa 30分鐘,加壓0.95MPa2小時,後排氣-0.1MPa 30分鐘。從注入前與後之質量變化與藥劑濃度,計算出集成元之藥劑注入量(固形物量),得知,被覆用集成元,最小為130 kg/m3,最大為230kg/m3,平均186 kg/m3,舌榫接合或spliced接合用集成元,最小為219 kg/m3,最大為239 kg/m3,平均230 kg/m3,被覆用之層積嵌板,係將上述之阻燃處理集成元,修整成厚度30mm後,1層3片,進行寬度拼接3層層積,在表面膠合以厚度10mm之化粧用無處理柳杉板材,再修整成厚度100mm×寬度500mm×長度2000mm尺寸。膠合劑係寬度拼接,厚度層積均使用RF。此時,各嵌板之藥劑量是盡量不會產生差異,考慮到集成元之配置。

考察(討論)

牆體之2小時加熱試驗,係無法提供賦予2小時防火性能之設計(做法),而不會停止燃燒之原因,可考慮如下述:

在上面貼面與下面貼面之間,因均未塗布接著劑,由於上面貼面之反翹等,於相當快的階段,就發生上面貼面與下面貼面之間隙。因此,上面貼面會脫落,下面貼面會直接曝露在火焰下,上面貼面之炭化物會浮起狀態,而存在赤熱狀態,使得下面貼面之燃燒會被促進。


阻燃處理木材嵌板之收縮會較大,因在寬度方向之變形容易發生,接縫部分之開裂會變大,下面貼面更進一步,向CLT之熱的移動會進行,炭化會被促進。

上面貼面僅以螺釘固定、而且螺釘頭會露出加熱面時,既使在短時間的加熱,隨著炭化的進行,上面貼面之固定有可能會鬆弛。

依據上述觀點,為使阻燃處理之木材,賦予2小時防火性能之目的,抑制阻燃處理木材之赤熱的同時,厚度方向之脫落如何能抑制?另外,面材料之場合,必定會産生在接縫部分之收縮,或燃燒陷入,如何抑制會成為課題。

牆壁試體考慮到在現場之施工性,將阻燃處理層區分成2層,再以螺釘固定、樓(地)板試體,係阻燃處理層,在厚度方向避免分割,而在厚度方向係使用接著劑進行層積,使成一體化者。阻燃處理層增厚為90mm
 

為使藥劑之注入能更均一,藥劑注入之集成元,厚度44mm減為36mm,刺縫(insining)密度由800個/m2增加至1600個/m2
 

接縫並非是對接,而改為舌榫接合或單側sliced接合,以抑制由於接縫會開裂而使得之移動的影響。
因應必要使用防火發泡薄片等之補助材料。
為使螺釘頭會延遲直接被曝露在火焰下,改成挖出螺釘頭座再以螺釘固定、螺釘孔再埋入木材。

依據上述之措施,在樓(地)板試體,雖是在無載重狀態之試驗,但被覆材之脫落已被抑制,接縫部分之燃燒陷入亦被抑制結果,加熱終了後亦沒繼續的赤熱等,載重支撐部分之CLT亦無炭化,並能使其停止燃燒。

 

文章提供:王松永名譽教授

引用文獻

原田寿郎、上川大輔、宮武敦、新藤健太、服部順昭、安藤恵介、宮林正幸(2019)難燃処理木材で被覆した直交集成板(CLT)の2時間耐火性能,日本木材學會誌65(1):46-53

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