フジタ技術研究報告第57号 2021年

建築内装用有機系サンドイッチパネルの防火性能向上に関する実験的検討

藤沼 智洋

高橋 一郎

富田 泰宇

概要

火災が生じた際、建築内装用有機系サンドイッチパネルは、パネル内部の延焼拡大が進行し、甚大な火災被害を引き起こすリスクを抱えている。そこで、筆者らは、現行の法令における不燃認定水準を満たし、かつ、サンドイッチパネル専用の防火性能試験方法であるISO 13784-1の試験においても高い防火性能を示す、サンドイッチパネルの開発を主目的として、シリーズ1とシリーズ2の2段階での技術的検討を行った。各検討シリーズから得られた知見は以下の通りである。
1）不燃認定を取得したポリイソシアヌレートのみを芯材に使用したサンドイッチパネルは15分以内に試験中断となった。
2）繊維補強せっこう板とポリイソシアヌレートを併用したサンドイッチパネルは20分の加熱時間を満たした。
以上の一連の試験結果から、芯材として、無機系の繊維補強せっこう板を積層させることは、サンドイッチパネルの防火性能の向上に大きく寄与することが確認された。

Experimental study on fire resistance performance of organic sandwich panel for building interiors

Abstract
In the event of a fire accident, organic sandwich panels for building interiors have a risk of causing
enormous fire damage due to the spread of fire inside the panels. Therefore, the main purpose of this researchis to develop a sandwich panel that satisfies the non-combustible level under current Japanese law and showshigh fire protection performance even in the ISO 13784-1 test, which is a fire protection performance test
method exclusively for sandwich panels. A two-stage technical study of Series 2 was also conducted.
The technical findings obtained are as follows.
1)

The sandwich panel using as the core material only polyisocyanurate, which has obtained noncombustibility certification, as the core material was discontinued within 15 minutes.

2)

The sandwich panel using fiber-reinforced gypsum plate and polyisocyanurate achieved a heatingtime of 20 minutes.

From the above series of test results, it was confirmed that laminating fiber-reinforced gypsum plate, which
is an inorganic heat-insulating material, greatly contributes to an improvement in the fire protectionperformance of a sandwich panel.

キーワード：

有機系サンドイッチパネル、防火性能、ISO 13784-1−13−フジタ技術研究報告 第57号

§１. はじめに（2）コーンカロリーメータ試験の試験方法
嵌合部を 含まない、パネ ルの一般部より 切り出した

有機系断熱材を芯材として、両面を鋼板等の不燃性の99mm×99mm×50mm の直方体形状を試験体として用い、表層材で接着させたサンドイッチパネル（以下:SWP）は50kW/m2 の輻射熱を試験体の表面に均一に照射して、優れた断熱性および容易な施工性を有していることから、20 分間の加熱試験を実施する。

冷凍倉庫やクリーンルームなどの建築内装材として広く（3）コーンカロリーメータ試験による判定基準普及している。しかしながら、可燃材を芯材に用いており、不燃認定要件としては、20 分間の加熱試験において、火災が発生すると、SWP 内部の延焼拡大が急速に進行以下の 3 項目をすべて満足したものと規定されている。

することがあり、甚大な火災事故のリスクを有している点が・

8MJ/m2 以下の総発熱量

・最高発熱速度が 10 秒以上継続し、200kW/m2 を超え

これまでに多数指摘1）～4）されている。したがって、安心・安全な SWP を市場に普及させていくためには、SWP のないこと防火性能の向上が不可欠であり、当社も参画している、・防火上、有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴がない

建築研究開発コンソーシアムにおいて、適正な試験方法、評価基準等についての諸検討が現在取り組まれており、

2.2 ISO 13784-1試験の概要

多数の報告 5）～6）がなされている。しかしながら、後述の（1）ISO 13784-1 試験における測定項目

ISO 13784-1 （ Reaction to fire test for sandwich panel

ISO においては、SWP の防火性能試験方法として、building systems）の試験方法で高い防火性能を示した事

ISO 13784-1 が制定されている。当該試験においては、発例は、少なくとも日本国には存在しない。そこで、筆者ら熱速度の測定およびフラッシュオーバー（以下:FO）、試は、現行法令での不燃認定水準を満たし、かつ、上述の験体倒壊、その他の外観異常の観察を行う。また、ISOISO 13784-1 でも、高い防火性能を示す SWP の開発を目

13784-1 では、図 1 に示すような、区画を構成した試験体標とし、種々の技術的検討を重ねてきた。

を用いることから、実火災を想定した建物区画の観点で

本報告では、これまでの開発過程における検討内容をシリーズ 1 およびシリーズ 2 として時系列的に再整理し、SWP の嵌合部も含めた性能検証が可能である。
（2）ISO 13784-1試験の試験方法最終的な製品仕様として確立したハイブリッド型 SWP に試験体の隅角部に、火源としてのバーナーを設置し、至った技術的知見および防火性能試験の結果について試験開始から 10 分までは 100kW、10 分から 20 分までは主に報告する。

300kW の加熱強度で合計 20 分間の加熱時間を与える。
加熱終了後、5 分間の観察を継続し、試験終了となる。

§２. SWPの各防火性能試験の概要（3）ISO 13784-1試験による判定基準
ISO 13784-1 は試験方法の規定がなされているものの、2.1 コーンカロリーメータ試験の概要評価基準についての規定は存在しない。したがって、合格/（1）コーンカロリーメータ試験の測定項目不合格といった判定の概念は存在しない。一方、建築研究

SWP の防火性能試験として、日本の現行法令では、総開発コンソーシアムでの諸検討 5）においては、発熱速度が発熱量、発熱速度、防火上有害な変形（裏面まで貫通す1000kW を超過し、10 秒以上が経過する現象を FO と定義る亀裂及び穴）を評価項目として、規定しているコーンカしている。そこで、筆者らの SWP の開発過程では、FO をロリーメータ試験が国土交通大臣認定試験として運用さ防火性能の指標とし、技術的検討を行う方針とした。

れている。しかしながら、コーンカロリーメータ試験では、小規模な寸法の試験体の使用、防火性能上の脆弱部と平面図および熱電対の設置位置なりがちな嵌合部や目地部を含めないパネルの一般部を【区画内寸】
3600 × 2400 × 2400 【mm】

試験対象としていることから、SWP に限ると、目地処理や工法を含めた評価が困難であるという指摘 5）がある。すなバーナー

わち、コーンカロリーメータ試験は材料試験としての位置【開 口 部】
3600 × 2800 × 2000【mm】
W 1 ～ W10 ：室内側
W11 ～ W14 ：室外側
C 1 ～ C 3 ：天井

付けで SWP の防火性能に関するポテンシャルを検証す
るうえでは有用だが、実火災を想定し、建物区画の観点で防火性能の検証を行う場合、いささか不十分であると

図1 ISO 13784-1の試験体概要

懸念されている。

−14−－2－建築内装用有機系サンドイッチパネルの防火性能向上に関する実験的検討§３. シリーズ 1 の試験概要

鋼板（カラー鋼板）

3.1 シリーズ1のSWPの積層構成および構成材料

有機系断熱材A（ポリイソシアヌレートフォーム）シリーズ 1 の SWP の構成を図 2 に示す。シリーズ 1 の

加熱面

SWP の芯材、有機系断熱材 A はポリイソシアヌレートである。なお、使用したポリイソシアヌレートは、防火性能の鋼板（カラー鋼板）向上のため、一般的なポリイソシアヌレートに難燃助剤を添加しており、鋼板を被覆せず不燃認定を取得している。

図2 シリーズ1のSWPの積層構成（一般部）

シリーズ 1 の SWP の端部は、一端が凹形、別の一端は凸型であり、端部同士を突合せ、嵌合部を形成している。

開始前

5分後

10分後

13分後(開口噴出火炎)

加えて、SWP の嵌合部は、防火性能上の脆弱部であるケースが多いため、火災に伴って生じる変形抑制のため、ビス留めによって固定した。
3.2 試験方法および試験条件
上述したように、シリーズ1で使用した芯材は単体で不燃要件を満たしていることから、鋼板を含めたSWPでは、不燃要件を満たすと考え、コーンカロリーメータ試験を割愛し、シリーズ1では、2章で記載した規定寸法および試験方法に従って、ISO 13784-1試験のみ実施した。

開口噴出火炎3.3 シリーズ1の試験結果および考察
試験時の様相を時系列的に並べたものを写真1に示す。
シリーズ1の試験では加熱開始から13分で開口噴出火炎が生じると共に、時間が経過するにつれ、燃焼が激しくなり、燃焼によって発生した多量の黒煙が集煙フードの外に漏れだした。そこで、安全上の観点から、開始16分程度で試験15分後(開口噴出火炎)以降中断
以降中断中断を余儀なくされた。なお測定データによると、1600kwの発熱速度が試験開始16分頃に計測され、FOの発生が確認された。試験中断の後、試験体を解体し、燃焼後の芯材の様相を中心に観察した。解体後の芯材を写真2と写真3に示す。炭化層やひび割れが全面的に発生しており、パネルの内部で延焼していたことがうかがえる。
以上の結果から、単体で不燃要件を満たしたポリイソシアヌレートのみに依存した区画設計仕様では20分間の規定
写真1 シリーズ1のISO 13784-1試験の様相時間を満たせないことが実証された。

写真2 シリーズ1の燃焼後の芯材 （壁面）

写真3 シリーズ1の燃焼後の芯材 （天井面）−15−－3－フジタ技術研究報告 第57号

§４. シリーズ 2 の試験概要

鋼板（カラー鋼板）

シリーズ 2 では、下記の 3 ステップで試験を実施して、有機系断熱材B（ポリイソシアヌレートフォーム）複数の試験方法による防火性能の検証を実施した。
Step 1） 小型壁炉による予備試験

無機系断熱材B（繊維補強せっこう板）

加熱面

Step 2） コーンカロリーメータ試験
Step 3） ISO 13784-1 による実大試験鋼板（カラー鋼板）

4.1 シリーズ2のSWPの積層構成および構成材料

図3 シリーズ2のSWPの積層構成（一般部）

シリーズ 2 の SWP の積層構成（一般部）を図 3、主要構成材料の一覧を表 1 にそれぞれ示す。シリーズ 2 では、

表1 シリーズ2のSWPの主要構成材料

シリーズ 1 試験での技術的知見を踏まえ、有機系のみに部位主要構成依存せず、無機系材料を併用させたハイブリッド型の表面材

主要構成材料の名称

ポリイソシアヌレートは、鋼板を被覆することで不燃認定を無機系芯材

塗装溶融 亜鉛メッキ鋼板
ポリイソシアヌレートフォーム
繊維補強せっこう板取得したものを用いた。

表面材

塗装溶融 亜鉛メッキ鋼板

SWP を検討することにした。なお、シリーズ 2 で使用した有機系芯材

一般部シリーズ 2 では、予備試験をいくつか重ね、最終的には無機系芯材

嵌合部
（加熱側）

表 1 に示す各材料を用いた SWP に至った。本報では、最終的な仕様に関する検討内容に限定した報告をする。

嵌合部（非加熱側）

シリーズ 2 の SWP の両端部は凹型形状であり、凹型のロックウール
繊維補強せっこう板

表面材

塗装溶融 亜鉛メッキ鋼板

表面材

塗装溶融 亜鉛メッキ鋼板
ポリイソシアヌレートフォーム

有機系芯材

端部同士を突合せ、嵌合部を形成している。一般的にSWP の嵌合部は、防火性能上の脆弱部となることから、火災に伴って生じる変形抑制を強固に図るため、せっこうボードを嵌合部に挿込むことに加え、ビス留めによって、メカニカルに固定した。また、SWP 間の目地部には、シリ【熱電対の設置位置】

コーン系のシール材を充填した。

L1～L3 および R1～R3
非加熱面かつ一般部
MK1～MK3
パネル内部かつ嵌合部

4.2 小型壁炉による予備試験（1）予備試験の試験項目
予備試験においては、基礎データである、加熱による

図4 シリーズ2の予備試験の試験体概要

パネルの温度推移を計測するとともに、試験体の反りや嵌合部の損傷などの外観異常の観察を行った。
（2）試験方法および試験条件

800

L1L2600

L3R1400

R2R320 分で 700℃程度になるように加熱プログラムを設定した。

200

MK1MK2

本予備試験の試験体概要および熱電対の各設置位置を

0MK3

炉内

温度【℃】

ISO 13784-1 の試験に合わせて、20 分間の加熱時間を与えた。温度設定条件については、予備試験前に行った諸検討を踏まえ、加熱開始 10 分で 300℃、15 分で 500℃、

図 4 に示す。熱電対は非加熱面側である表層箇所（6 点）、試験体内部（3 点）に設置し、温度推移をみることにした。

051015
加熱時間【分】20

図5 シリーズ2の予備試験の結果（温度推移）

なお、壁炉の有効加熱範囲外は、生体溶解性繊維耐火被覆で試験体への影響を抑制した。

温度が確認された。また、加熱中および加熱後の異常は（3）試験結果目視レベルでは確認されなかった。

予備試験の結果を図 5 に示す。非加熱面側（L1～L3、試験終了後、試験体を解体し、各材料の燃焼の様相を

R1～R3）は、約 30℃を維持し、嵌合部（MK1～MK3）は、確認したところ、ポリイソシアヌレートフォーム層と繊維補強

加熱時間の経過に伴い、温度上昇が続き、試験終了のせっこう板の密着が確認され、有機系断熱材 B の燃焼はほ加熱時間 20 分の時点では、最高点として 300℃程度のぼ生じていなかった。
−16−－4－建築内装用有機系サンドイッチパネルの防火性能向上に関する実験的検討4.3 コーンカロリーメータ試験

配置した繊維補強せっこう板が火炎や熱の影響を十分に（1）試験方法および測定項目抑制したものと推察できる。

パネルの一般部より切り出した 99mm×99mm×50mm の
表2 コーンカロリーメータ試験の結果

直方体形状を試験体として用い、上述したコーンカロリー

総発熱量 最高発熱速度【MJ】【kw/m2】

規定値

8－無し

最高発熱速度が継続して200kw/m2を超過した時間
10秒

試験体10.1

1.24無し0コーンカロリーメータ試験の結果を表 2 に示す。試験の試験体21.8

3.05無し0

結果から、総発熱量、防火上有害な変形、200kW/m2 を試験体30.5

1.71無し

0Ave.

0.8

2.00

無し

0

メータ試験の規定内容に従い、総発熱量、最高発熱速度、有害な変形の 3 項目を測定・観察した。
（2）試験結果および考察

超過する最高発熱速度のいずれの評価項目においても防火上有害な変形有無※ 「防火上有害な変形」のAve.については便宜上「無し」と表記

不燃認定要件を満たしていることが確認された。すなわち、シリーズ 2 の SWP は現行法令上においては、不燃認定開始前5分後10分後15分後水準であることが実証された。
4.4 ISO 1384-1による実大試験（1）試験方法および試験条件
試験方法および試験条件は、シリーズ 1 の試験同様、
図 1 で示した寸法・形状の区画を構成した試験体を用い、加熱開始から 10 分までは 100kW、10 分から 20 分までは300kW の加熱強度で合計 20 分間の加熱時間を与える。
加熱終了後、5 分間の観察を継続し、試験終了となる。

開口噴出火炎（2）試験結果および考察
試験時の様相を時系列的に並べたものを写真4に示す。
シリーズ1と異なり、シリーズ2の試験では開口噴出火炎や黒煙などが生じず、試験終了まで、大きな燃焼も試験体の倒壊も生じなかった。シリーズ2の実大試験における天井と壁の温度推移を図6、発熱速度の推移を図7に示す。温度推移については、壁面が500.4℃、天井面が609.2℃の最高20分後(加熱終了)25分後(試験終了)温度をそれぞれ試験時間内で示した。また、FOに関しては最高発熱速度が490.8kWだったため、シリーズ2のSWPはFO（10秒以上の1000kw）を起こさなかったといえる。また、
加熱終了以降、SWPの内部での延焼が続いていた場合、温度や発熱速度は急激に低下しないと推察されるが図6と図7の両推移をみると、いずれも終了直後から低下傾向を示している。また、芯材の燃焼の度合いを目視観察しようと解体を試みたものの、強固に固定された状態が維持され、
写真4 シリーズ2のISO 13784-1試験の様相容易に解体できなかった。このような事象からも、加熱側に
加熱
終了

600
4002000051015時間【分】2025W1W2W3W4W5W6W7W8W9W10W11W12W13W14C1C2600

発熱速度【kW】

表面温度【℃】

800

4002000C3

図6 シリーズ2の試験結果（温度推移）

加熱終了

051015時間【分】2025

図7 シリーズ2の試験結果（発熱速度推移）−17−－5－フジタ技術研究報告 第57号

§５. まとめ

参 考 文 献1)

現行法令における不燃認定水準を満たし、かつ、SWP

日経アーキテクチュア：特報「神戸・サンドイッチパネル火災の恐怖」、No.912、2009.11

専用の防火性能試験方法である ISO 13784-1 の試験でも2)

中岡龍哉、若月薫、大宮喜文：高分子発泡体を芯材に高い防火性能を示す SWP の開発を主目的として、種々の用いたサンドイッチパネルの燃焼性状、2010年度日本技術的検討を行った。本検討を通じて、実施した各試験の建築学会関東支部研究報告集、81巻、pp.497-500、結果と得られた知見を以下に示す。

2011.3・ シリーズ 1 の検討では、コーンカロリーメータ試験による

3)

中岡龍哉、若月薫、大宮喜文：高分子発泡体を芯材に不燃認定を取得したポリイソシアヌレート（鋼板での被覆用いたサンドイッチパネルの燃焼性状、日本建築学会無し）のみを芯材に使用した SWP を対象としたものの、大会学術講演梗概集A-2、pp.155-156、2011.7

ISO 13784-1 の試験では、15 分以内に開口噴出火炎が4)生じたため、試験中断となった。

中岡龍哉、若月薫、大宮喜文：サンドイッチパネル（内装材）の試験方法及び施工方法の整理、日本建築学

・ シリーズ 2 の検討では、ポリイソシアヌレート（鋼板会大会学術講演梗概集（防火）5)での被覆有りで不燃認定）と繊維補強せっこう板を吉岡英樹、田中義起、田村政道、西尾悠平、棚池裕、併用し、勘合部にはせっこうボードを挿入させた、

安藤達夫、野口貴文、小林恭一、兼松学、成瀬友広、

有機系と無機系のハイブリッド型の SWP を対象と

鍵屋浩司：サンドイッチパネルの火災安全性能評価にしたところ、コーンカロリーメータ試験による不燃係る中規模試験方法の検討、日本建築学会技術報告認定水準を確認できた。また、ISO 13784-1 の試験で集、第23巻、第53号、pp.159-164、 2017.2

20 分間の加熱と加熱終了後の 5 分間において、開口6)

田村政道、吉岡英樹、野口貴文、小林恭一、兼松学、

噴出火炎、フラッシュオーバー、試験体の倒壊等の安藤達夫、 棚池裕、 西尾悠平、 早川哲哉、 Sanjay

防火性能に関連する各項目において異常が無かった。

Pareek、成瀬友広：サンドイッチパネル内装試験体に・ 以上の試験結果から、加熱面側に配置させた繊維補強関する区画型火災試験、日本建築学会大会学術講演

せっこう板は、ISO 13784-1 の試験での熱や炎に対する梗概集（防火）、pp.217-218、2018.9

保護効果を十分に有し、ハイブリッド型 SWP の高い防火性能の発現に寄与したと考察できる。

ひとこと
火災は人命の損失に直結する

謝辞 本研究は、大和ハウス工業 株式会社と株式会社

危険な現象である。安心・安全なイワタニとの共同研究として実施した。各試験の実施にあ建物を社会に提供することを使命

たっては、コーンカロリーメータ試験については、一般財とする建設会社として、1件でも、団法人 日本建築総合試験所、ISO 13784-1 試験につい火災が減らせるように、これからもては、国立研究開発法人建築研究所、国土技術政策総技術開発に尽力していきたい。

合研究所から協力を得た。また、本 SWP の開発過程において、野口貴文 教授（東京大学）から技術指導を頂いた。記して謝意を表する。

−18−－6－