(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間化合物を含む熱膨張性耐火材の寿命推定方法であって、
前記層間化合物を特定温度に曝した場合における質量減少率と体積膨張率との関係を取得することにより、必要とされる体積膨張率における質量減少率である許容質量減少率を求める質量減少率算出ステップと、
互いに異なる複数の昇温速度で層間化合物を加熱した場合における前記許容質量減少率に到達する到達温度を、前記昇温速度ごとに測定する到達温度測定ステップと、
前記到達温度測定ステップでの測定結果に基づいて、各昇温速度の対数と前記到達温度の逆数の関係をプロットし、これらプロットの傾きを活性化エネルギーの値として取得する活性化エネルギー取得ステップと、
下記式に基づいて、前記活性化エネルギーの値を代入値として代入することにより、任意温度における前記許容質量減少率に到達するまでの耐用時間を算出する耐用時間算出ステップと、
を含む、熱膨張性耐火材の寿命推定方法。
【数１】
0006481369.tif 000006
τは前記耐用時間、ΔＥは前記活性化エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔは前記到達温度、Φは前記昇温速度、である。
【請求項２】
互いに異なる複数の前記質量減少率ごとに、前記到達温度測定ステップから前記活性化エネルギー取得ステップまでの各ステップを複数回ずつ繰り返すことで、複数の前記活性化エネルギーの値を取得する繰り返しステップと、
前記複数の前記活性化エネルギーの値同士の差分が目標とする閾値以下であるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにて、前記差分が前記閾値以下であると判定された場合に、前記耐用時間算出ステップにおける前記代入値としての前記活性化エネルギーの値を決定する代入値決定ステップと、
をさらに備える請求項１に記載の、熱膨張性耐火材の寿命推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱膨張性耐火材の寿命測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子力発電所等の建屋では、建屋の壁部に設けられた貫通孔を介して多数の配管やダクトが敷設されている。このような配管を通じて各種流体の供給や排出が行われる。配管と貫通孔との間には、屋内外の水密性又は気密性を確保するためにシール構造が設けられている。
【０００３】
このようなシール構造の一例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたシール構造は、貫通孔の内周面と配設部材（配管等）の外周面との間に充填された充填シール材と、充填シール材の屋外側に設けられた伸縮性部材と、を備えている。このような構成により、地震等の外力によって配設部材が貫通孔に対して相対変位した場合、伸縮性部材が変位に追従することで、地震の前後でシール性能を確保することができるとされている。なお、建屋と建屋の間の壁の貫通孔の場合は、伸縮性部材は、充填シール材の両面に設置していてもよい。
【０００４】
一方、建屋を仕切る壁の貫通孔に配管を通す場合、壁と配管の隙間を通じて火炎が隣接する建屋に燃え移ることを防止するという要請もある。このために、隙間に熱膨張性耐火材を充填する例が知られている。熱膨脹性耐火材は、層状の化合物を含み、特定温度以上の熱源に曝されることで体積膨張する特性を備えている。具体的には、このような層状化合物として熱膨張性黒鉛や、バーミキュライト等の層間化合物が採用される。これらの層間化合物は、層間に、熱によってガス化・膨張する特性を備えた層間物を介在させた構造を有している。熱に曝された層間物は特定の温度に達するとガス化・膨張する。これにより、熱膨張性耐火材の体積が増加する。
【０００５】
このような熱膨脹性耐火材を建屋の壁部の貫通孔出入口に適用すれば、震災等によって配管と貫通孔内壁の間に発生した隙間を、火災時の熱によって膨張した熱膨張性耐火材によって閉塞することができる。すなわち、この隙間を通じて隣の建屋に火炎や熱が伝搬することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−５８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような熱膨張性耐火材を採用するに当たっては、その寿命の推定が難しいことが従来知られている。例えば、上述した原子力発電所等のプラントでは、建屋内外を連通する配管を通じて供給あるいは排出される流体は高温状態となるものが多い。このような高温流体の熱が熱膨脹性耐火材中に含まれる層間化合物に及んだ場合、層間化合物が加温され長期間をかけて層間物の脱離反応を起こす可能性がある。脱離反応が進行した場合、層間化合物の膨張率は所期の値を下回る懸念があり、実際の災害発生時等に、熱膨張性耐火材としての十分な性能を発揮できなくなる可能性がある。したがって、熱膨張性耐火材の寿命を容易かつ高精度で推定することを可能にする技術が望まれている。
特に従来は、実機プラントの特定の温度環境下で膨張耐火材が、例えば５年間保持された後、その膨張率が何倍になるのかを推定する方法が無く、膨張倍率を確認するためには実際に５年間、その温度で保持することで試験を行う以外に有効な方法が無かった。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであって、容易かつ高精度な熱膨脹性耐火材の寿命推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
本発明の一態様に係る熱膨脹性耐火材寿命推定方法は、層間化合物を含む熱膨張性耐火材の寿命推定方法であって、前記層間化合物を特定温度に曝した場合における質量減少率と体積膨張率との関係を取得することにより、必要とされる体積膨張率における質量減少率である許容質量減少率を求める質量減少率算出ステップと、互いに異なる複数の昇温速度で層間化合物を加熱した場合における前記許容質量減少率に到達する到達温度を、前記昇温速度ごとに測定する到達温度測定ステップと、前記到達温度測定ステップでの測定結果に基づいて、各昇温速度の対数と前記到達温度の逆数の関係をプロットし、これらプロットの傾きを活性化エネルギーの値として取得する活性化エネルギー取得ステップと、下記式に基づいて、前記活性化エネルギーの値を代入値として代入することにより、任意温度における前記許容質量減少率に到達するまでの耐用時間を算出する耐用時間算出ステップと、を含む。
τは前記耐用時間、ΔＥは前記活性化エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔは前記到達温度、Φは前記昇温速度、である。
【００１０】
【数１】
0006481369.tif 000002
【００１１】
このような方法によれば、許容質量減少率に至るまでの時間を、層間化合物の活性化エネルギーの値から容易に推定することができる。ここで、許容質量減少率は、必要とされる体積膨張率を呈する時の質量減少率の値である。すなわち、この許容質量減少率に至るまでの時間を得ることで、必要とされる体積膨張率を維持できる時間、すなわち寿命を推定することができる。
【００１２】
さらに、本発明の一態様に係る熱膨脹性耐火材の寿命推定方法は、互いに異なる複数の前記質量減少率ごとに、前記到達温度測定ステップから前記活性化エネルギー取得ステップまでの各ステップを複数回ずつ繰り返すことで、複数の前記活性化エネルギーの値を取得する繰り返しステップと、前記複数の前記活性化エネルギーの値同士の差分が目標とする閾値以下であるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにて、前記差分が前記閾値以下であると判定された場合に、前記耐用時間算出ステップにおける前記代入値としての前記活性化エネルギーの値を決定する代入値決定ステップと、をさらに備えてもよい。
【００１３】
このような方法によれば、繰り返しステップによって、異なる質量減少率の下での活性化エネルギーの値がそれぞれ得られるとともに、これらの活性化エネルギーが後続の判定ステップにおいて比較される。これら複数の活性化エネルギーの差が閾値以下である場合、同一の反応機構を経ているものと認められることから、後続の耐用時間算出ステップによって得られる結果値の確からしさ・信頼度をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、容易かつ高精度な熱膨脹性耐火材の寿命推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るシール構造の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱膨脹性耐火材における質量減少率と保持日数（時間）との関係を示すグラフの一例である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱膨脹性耐火材における熱膨張率と質量減少率との関係を示すグラフの一例である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱膨脹性耐火材における昇温速度ごとの質量減少率と到達温度との関係を示すグラフの一例である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱膨脹性耐火材における昇温速度の対数と到達温度の逆数との関係を示すグラフの一例である。
【図６】本発明の実施例における熱膨張性耐火材の質量減少率と保持日数（時間）との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例における熱膨張性耐火材の昇温速度ごとの質量減少率と到達温度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例における熱膨脹性耐火材の昇温速度の対数と到達温度の逆数との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態に係る寿命推定方法を示すステップ図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る単一反応機構の確認を伴う寿命推定方法を示すステップ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面及び数式を参照して説明する。
本実施形態に係る熱膨脹性耐火材の寿命推定方法は、例えば原子力発電設備の建屋において、建屋を構成する壁部１０の貫通孔１１と、この貫通孔１１に挿通される配管やダクトを含む配設部材１２との間に設けられるシール構造１００に適用される（図１（ａ）参照）。
【００１７】
壁部１０は、コンクリート等によって形成されることで、建屋の内外及び建屋間を隔てている。地震発生後に火災が発生する場合を想定し、この壁部１０を挟んで、火災が発生した側の面は面１０Ａとされ、火災が発生していない側の面は面１０Ｂとされている。さらに、壁部１０にはこれら面１０Ａ側と面１０Ｂ側とを連通する貫通孔１１が形成されている。
【００１８】
貫通孔１１には、管状に形成された配設部材１２が挿通される。貫通孔１１の開孔径はこの配設部材１２の外径よりも大きく形成されている。これにより、貫通孔１１の内周面と配設部材１２の外周面との間には一定の間隙が形成される。貫通孔１１と配設部材１２の外周面との間の間隙には、屋内外及び建屋間の水密性又は気密性を確保するためのシール本体１３が設けられている。
さらに、震災等によって配設部材１２と貫通孔１１の内壁との間にさらなる間隙が発生した後に火災が発生した場合に、火炎が隣接する建屋へ伝搬することを防ぐ目的で、熱膨張性耐火材１４が設置されている。
【００１９】
シール本体１３は、充填シール材１３Ａと、伸縮性部材１３Ｃと、これら充填シール材１３Ａと伸縮性部材１３Ｃとの間に介在するブレーカ材１３Ｂと、を有している。さらに、伸縮性部材１３Ｃの外側（すなわち、屋内側又は屋外側に面する側）には、熱膨脹性耐火材１４がそれぞれ設けられている。
これらシール本体１３及び熱膨張性耐火材１４は、貫通孔１１の内周面に対して固定材（不図示）によって固定されている。
【００２０】
充填シール材１３Ａは、耐熱性を有する弾性発泡材で形成されている。この充填シール材１３Ａは、貫通孔１１の内周面と配設部材１２との間に液相状態で充填された後、硬化することで貫通孔１１の内周面と配設部材１２との間をシールすることで、水密性を確保する部材である。
【００２１】
伸縮性部材１３Ｃは、充填シール材１３Ａの屋外側及び屋内側の両面に設けられる、高い伸縮性を有する部材である。伸縮性部材１３Ｃの外周側は貫通孔１１の内周面に固定され、内周側は配設部材１２の外周面に固定されている。さらに、伸縮性部材１３Ｃと配設部材１２との間、及び伸縮性部材１３Ｃと貫通孔１１との間には、不図示のプライマーが塗布されることが望ましい。このプライマーにより、伸縮性部材１３Ｃと貫通孔１１との間の接着強度、及び伸縮性部材１３Ｃと配設部材１２との間の接着強度をそれぞれ向上させることができる。
【００２２】
ブレーカ材１３Ｂは、充填シール材１３Ａと伸縮性部材１３Ｃの相対移動を許容するために設けられる。このようなブレーカ材１３Ｂとしては、例えば板状に成形した発泡ポリエチレンや、ポリテトラフルオロエチレンのフィルム、シリコーン加工紙のような剥離紙等が好適に用いられる。
【００２３】
熱膨脹性耐火材１４は、火炎等の熱源に曝されることで体積膨張する特性を備えている。このような材料としては、熱膨張性黒鉛や、バーミキュライト等の層状化合物が挙げられる。さらに、熱膨張性耐火材は、上記の層状化合物以外の成分として、形状を維持するためのマトリックス成分を有していてもよい。マトリックス成分は、層状化合物の膨張を妨げないように、燃焼時に消失する有機成分であることが望ましい。このような材料としては、ブチルゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム等のゴム系材料や、鉱物油等の油性材料が特に好適に用いられる。また、熱膨張性耐火材中における層状化合物の占める重量比率は、１０〜６０重量％であることが望ましい。
【００２４】
固定材としては、例えばロックウールやモルタル等が用いられる。また、シール本体１３及び熱膨張性耐火材１４と配設部材１２との間にそれぞれ保温部材を設けてもよい。
【００２５】
熱膨脹性黒鉛は少なくとも、炭素原子から成る六角板状結晶が積層されたグラファイト層と、これらグラファイト層同士の間（層間）に挿入された層間物と、を含む炭素化合物である。層間物の一例としては、例えば硫酸塩と水とを含む化合物が考えられる。
【００２６】
このような熱膨脹性黒鉛が加熱された場合、上記の層間物が急速に分解・ガス化する。ガス化した層間物は、隣接するグラファイト層間隔を急激に押し広げる。これにより、熱膨張性黒鉛の体積が膨張することとなる。
【００２７】
さらに、バーミキュライトは、シリカアルミナから成る板状結晶が積層された層と層間に挿入された層間物からなる粘土鉱物である。層間物の一例としては、例えばアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属のイオンと水が考えられる。
【００２８】
さらに、火災などの熱によって膨張した熱膨張性耐火材１４は、一定の時間、膨張した形状を保持することができる。
【００２９】
したがって、熱膨張性耐火材１４をシール本体１３の両側に設置した場合、地震によりシール本体１３及び熱膨張性耐火材１４と配設部材１２との間に隙間１５が生じ、その後に火災が発生しても、隣接する建屋への火炎の伝搬を抑制することができる。具体的には、図１（ｂ）に示すように、震災によってシール本体１３や熱膨張性耐火材１４が損壊あるいは変形し、同時に壁部１０の近傍（面１０Ａ側）で火災が発生した場合、火炎の温度に曝された膨張前の熱膨張性耐火材１４（１４Ａ）が体積膨張することで損壊箇所を含む貫通孔１１の全体を閉塞する（１４Ｂ）。これにより、壁部１０における面１０Ｂ側への火炎の伝搬が防止され、隣接する建屋への延焼を防ぐことができる。
【００３０】
ここで、上述した原子力発電所等では、配設部材１２中を流通する流体は、熱膨張性耐火材１４の分解が生じる分解温度以下でありながらも、比較的に高温の状態となるものが多い。このような流体の熱が熱膨脹性耐火材１４中の層間化合物に及んだ場合、長期稼働の間に層間化合物から徐々に層間物が脱離する可能性がある。この脱離反応が進行した場合、層間化合物の膨張率は予め設定された設計値を下回る懸念がある。このような場合、熱膨張性耐火材１４が耐用寿命を迎えたものと判断される。
【００３１】
本実施形態に係る熱膨脹性耐火材１４の寿命推定方法は、上述のような脱離反応が発生し得る環境下で運用される熱膨脹性耐火材１４の寿命を推定するために用いられる。具体的には、この寿命推定方法は、質量減少率算出ステップと、到達温度測定ステップと、活性化エネルギー取得ステップと、耐用時間算出ステップと、を含む。
【００３２】
質量減少率算出ステップでは、熱膨張性耐火材を一定の環境温度下で長時間にわたって保持した場合における質量減少率が算出される。質量減少率とは、初期状態における熱膨張性耐火材の質量（初期質量）に対して、上記の脱離反応によって生じる質量の減少量を質量パーセント（ｗｔ％）で表現したものである。この質量減少率は下記のような特性を示す。
【００３３】
図２に示すように、熱膨脹性耐火材は、上記の分解温度値以下の特定の環境温度下で長時間にわたって保持された場合、保持時間の開始直後には、層間物の本来の脱離の活性化エネルギーより小さい吸着エネルギーで層状化合物に吸着した物質、あるはマトリックス中の低温揮発成分の脱離に伴う質量減少が起こる。次いで層間物の脱離に伴う質量減少が起こる。
【００３４】
一定の保持時間が経過し、一定の保持温度に相当する脱離の活性化エネルギー以下の脱離の活性化エネルギーを有する物質の脱離が完了し、特定の質量減少率に達した時点で質量の減少は実質的に終息する。
加えて、図３に示すように、熱膨張性耐火材の熱膨張率は、この質量減少率の値に依存する特性を有している。すなわち、質量減少率が特定の値を取る場合、熱膨張率は一意に決定される。さらに、質量減少率の値が増加した場合、熱膨張率は減少する傾向を示す。
【００３５】
上述の熱膨脹性耐火材を適用した場合、貫通孔の開孔径及び熱膨張性耐火材の使用量等に基づいて、有事に必要とされる熱膨張率が目標熱膨張率Ｘ１として予め決定される。すなわち目標熱膨張率Ｘ１の分だけ膨張した熱膨脹性耐火材は、貫通孔を十分に閉塞することが可能となる。
【００３６】
ここで、上記のように質量減少率が特定の値を取る場合、熱膨張率は一意に決定される。したがって、予め決定された目標熱膨張率Ｘ１の値に基づいて、この値を達成可能な質量減少率（以下、許容質量減少率ｗｔ１と定義する）が求められる。以上により、質量減少率算出ステップが完了する。
【００３７】
なお、この許容質量減少率ｗｔ１を実際に求めるに当たっては、熱膨張性耐火材の試料切片を一定の環境温度下で保持することで、図２に示すグラフを取得するとともに、この試料切片を層間物の分解温度以上の温度下、例えば６００℃で燃焼させることで、図３に示す熱膨張率と質量減少率との相関を表すグラフを取得することができる。
【００３８】
続いて、上述の許容質量減少率ｗｔ１に基づいて、到達温度測定ステップを実施する。到達温度測定ステップでは、許容質量減少率ｗｔ１を示すような温度値が求められる。具体的には、上述の試料切片の環境温度を一定の速度で昇温させながら試料切片の質量変化を測定し、許容質量減少率ｗｔ１に達した時点における温度値を、到達温度Ｔとして取得する。
【００３９】
本実施形態では、図４に示すように、互いに異なる複数（４つ）の昇温速度Φ１，Φ２，Φ３，Φ４ごとに、それぞれの到達温度Ｔ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を測定する。
【００４０】
続いて、上記の到達温度Ｔの各値に基づいて、後続の活性化エネルギー取得ステップを実行する。本ステップでは、非定温速度論解析として公知の手法である小澤法に基づいて、熱膨張性耐火材の層間物が脱離する際の活性化エネルギーが推定される。以下で、本ステップの詳細について説明する。
【００４１】
小澤法は、上述した昇温速度Φと、活性化エネルギーΔＥと、到達温度Ｔとの間に、以下の（１）式に示すような関係があることを示している。なお、（１）式において、Ｒは気体定数を表している。
【００４２】
【数２】
0006481369.tif 000003
【００４３】
ここで、上述の昇温速度Φ１〜Φ４それぞれの対数（ＬｏｇΦ）と、到達温度Ｔ１〜Ｔ４それぞれの逆数（１／Ｔ１，１／Ｔ２，１／Ｔ３，１／Ｔ４）の関係をプロットすると、図５に示すようなグラフが得られる。このグラフに示すように、特定の質量減少率（許容質量減少率ｗｔ１）の下では、これら昇温速度Φの対数と、到達温度Ｔの逆数との間の関係は一定の傾きＡを有する一次関数として近似（直線近似）できることが分かる。すなわち、（１）式を（１´）式のように変形した場合、ＬｏｇΦは、傾きＡとして（０．４５６７×ΔＥ）／Ｒを有する、１／Ｔの一次関数として表現される。
【００４４】
気体定数Ｒは所与の値であることから、この傾きＡの値に基づいて、許容質量減少率ｗｔ１を取る場合における活性化エネルギーの値（ΔＥ１）を一意に求めることができる。以上により、活性化エネルギー取得ステップが完了する。
【００４５】
【数３】
0006481369.tif 000004
【００４６】
続いて、上記の活性化エネルギーの値ΔＥ１に基づいて、後続の耐用時間算出ステップを実施する。本ステップでは、上述の小澤法によって示される（２）式に基づいて、活性化エネルギーの値ΔＥ１を代入値として代入することにより、任意温度における許容質量減少率ｗｔ１に到達するまでの時間τを算出する。（２）式に示すように、小澤法においては、所定の質量減少率に至るまでの時間τは、活性化エネルギーΔＥの値、及び昇温速度Φの各値に基づいて決定されることを示されている。
【００４７】
【数４】
0006481369.tif 000005
【００４８】
上記の式（２）に対して、活性化エネルギーΔＥ、及び昇温速度Φの各値を代入することで、τの値が求められる。ここで、上述のように本実施形態では、許容質量減少率ｗｔ１に到達した時点で、熱膨張性耐火材の耐用寿命を迎えたものと判断する。したがって、このτは、熱膨張性耐火材の耐用時間、すなわち寿命を表すものとなる。以上により、本実施形態に係る熱膨脹性耐火材の寿命推定方法の全てのステップが完了する。
【００４９】
このような方法によれば、上述した小澤法に基づく解析によって、熱膨張性耐火材の活性化エネルギーの値に基づいて、その寿命を容易かつ高精度に求めることができる。加えて、本方法では、実験に基づく実測値が必要となるステップは、許容質量減少率ｗｔ１を算出するための質量減少率算出ステップのみであることから、比較的に短時間で熱膨張性耐火材の寿命（耐用時間）を推定することができる。
【００５０】
これにより、例えば上述のシール本体１３に加えて、シール構造１００の一部に熱膨張性耐火材を適用した場合に、熱膨張性耐火材の寿命を容易かつ高精度に知ることができることから、保守計画を容易に立案することが可能となる。
【００５１】
さらに加えて、上述の方法によれば、所望の寿命（耐用時間）を有する熱膨脹性耐火材を、適用環境下における環境温度に基づいて設計・製造することも可能となる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について図面及び数式を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更等も含まれる。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、質量減少率算出ステップと、到達温度測定ステップと、活性化エネルギー取得ステップと、をそれぞれ１回ずつ順次実行することで活性化エネルギーΔＥの値を取得し、これに基づいて後続の耐用時間算出ステップを実行する例について説明した。
【００５４】
しかしながら、活性化エネルギーの推定精度、すなわち寿命推定精度を向上させるために、図１０に示すように、これら達温度測定ステップと、活性化エネルギー取得ステップと、をそれぞれ複数ずつ含む繰り返しステップと、判定ステップと、代入値決定ステップと、を実行してもよい。
なお、目標とする熱膨張倍率を変更する場合は、質量減少率算出ステップから再度実行する必要がある。
【００５５】
具体的には、繰り返しステップでは、互いに異なる複数の質量減少率ごとに、到達温度測定ステップから活性化エネルギー取得ステップまでの各ステップを複数回ずつ繰り返すことで、複数個の活性化エネルギーの値を取得する。
【００５６】
さらに、繰り返しステップによって得られた複数の活性化エネルギーの値同士を比較し、これら値同士の差分が予め定められた目標の閾値以下であるか否かを判定するステップ（判定ステップ）を実行する。この判定ステップにおいて、複数の活性化エネルギー同士の値が閾値以下であると判定された場合に、これら複数の活性化エネルギー値の中から、寿命推定したい質量減少率における活性化エネルギーを選択して、上述の耐用時間算出ステップにて参照した（２）式に代入値として代入する（代入値決定ステップ）。
【００５７】
上述のような繰り返しステップ、及び判定ステップを含む方法において、活性化エネルギーの値同士の差分が閾値以下であると判定された場合、すなわち、活性化エネルギーの値が互いにおおむね等しいと判定された場合には、前記複数の質量減少率の範囲において対象となる熱膨脹性耐火材の質量減少は、化学的に単一の反応機構（脱離反応）を経て生じているものとみなすことができる。これにより、最終的に得られる熱膨脹性耐火材の耐用時間値（τ）の信頼度・確からしさをさらに向上させることができる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、上述の実施形態と同様の方法に基づいて、熱膨張性耐火材の寿命を推定する試験を行った例を示す。
【００５９】
この試験では、熱膨張性耐火材として熱膨脹性黒鉛を用いた。まず、熱膨張性黒鉛を一定温度における加熱環境下にて一定期間保持し、質量減少率を測定した。このときの環境温度は１１０℃とし、保持期間を３０日とした。図６に示すように、保持５日目に質量減少率３．５％に達した後、３０日目までほぼ質量減少が生じないことが分かった。
【００６０】
続いて、上記の１１０℃で５日間及び３０日間保持した熱膨張性黒鉛を、６００℃の電気炉で３０分間にわたって燃焼させ、燃焼前後における体積膨張率（熱膨張率）を測定したところ、１３倍であることが確認された。すなわち、質量減少率が３．５ｗｔ％未満であれば、この熱膨脹性黒鉛は少なくとも約１０倍の熱膨張率を呈するものと推定される。
【００６１】
続いて、４つの異なる昇温速度の下で熱膨張性黒鉛を加熱し、それぞれの質量減少率と、温度との関係を測定した。具体的には、昇温速度Φを、２．５，５，１０，２０の４つに設定した。測定結果を図７の質量減少率曲線として示す。図７における各プロットは、当該質量減少率に到達した時の熱膨張性黒鉛の到達温度Ｔの逆数値（１／Ｔ）を表している。同図の結果から、例えば、昇温速度Φ＝５（ｄｅｇ．／ｍｉｎ）の下で、質量減少率４ｗｔ％に到達した時の到達温度の逆数値（１／Ｔ）は、０．００２１０であることが分かる。
【００６２】
このように、昇温速度Φの増加に伴って、質量減少率曲線は高温側にシフトすることが分かる。このシフト量は、熱膨張性黒鉛に含まれる層間物の分解・ガス化に要する活性化エネルギーの値に依存するものと認められる。
【００６３】
次いで、図７の質量減少率曲線から、昇温速度Φの自然対数（ＬｏｇΦ）と、各到達温度の逆数値（１／Ｔ）を新たにプロットすると、図８に示す結果が得られた。同図に示すように、特定の質量減少率においては、上記ＬｏｇΦの値と、１／Ｔの値との関係は、直線近似できることが分かる。この直線の傾きは、上述の実施形態における式（１´）から活性化エネルギーΔＥの値に依存している。さらに、図８に示す５つの近似直線は、いずれも同等の傾きを有していることから、活性化エネルギーΔＥの値は、いずれの質量減少率においてもほぼ同等であるものと認められる。すなわち、これら５つの質量減少率値を含む範囲内では、単一の反応機構をもつ脱離反応が生じていることが確認される。
【００６４】
次に、図８における、質量減少率が３．５ｗｔ％である時の近似直線の傾きから、上記の式（１´）に基づいて活性化エネルギー値ΔＥを算出したところ、ΔＥ≒２３５ｋＪ／ｍｏｌとなった。さらに、このΔＥの値を上記の式（２）に代入して、到達温度Ｔ＝１１０（℃）の下で、質量減少率３．５ｗｔ％に到達する時間（耐用時間τ）を算出したところ、日数に換算した換算値τ´はτ´≒１４７０（日）となった。
【００６５】
以上の結果から、本試験に用いた熱膨脹性黒鉛は１１０℃で保持された場合、約１４７０日（約４年）にわたって、少なくとも約１０倍の熱膨張率を維持できると推定された。
【００６６】
さらに、上記の試験によって推定した活性化エネルギーΔＥの値が上述の２５３ｋＪ／ｍｏｌ未満である場合、言い換えると層間物の脱離反応がより起きやすい場合には、これにともなって耐用時間τの値が小さくなるため、例えば上述のシール構造における熱膨張性耐火材として用いた場合には耐用期間が短くなる。一方で、ΔＥの値が２５３ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい場合には、耐用時間τの値を大きく確保することができるため、耐用期間を長くすることができる。すなわち、活性化エネルギーΔＥの値を基準として、環境温度における熱膨張性耐火材の耐用年数を推定し、これに合わせて設備のメンテナンス計画の精度を高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
１００  …シール構造
１０  …壁部
１０Ａ  …面（火災発生側）
１０Ｂ  …面（火災未発生側）
１１  …貫通孔
１２  …配設部材
１３  …シール本体
１４Ａ  …熱膨張性耐火材（膨張前）
１４Ｂ  …熱膨張性耐火材（膨張後）
１５  …地震で発生した隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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