試験・研究

溶断火花の飛散範囲および火災リスクに関する実験的検討
Experimental study of particle scattering and fire risk against gas cutting spatters

玉井裕介* 1、正木智大* 2、鈴木秀和* 3、豊田康二* 4

1．はじめに建設工事現場において、溶接・溶断時に発生する火花が原因となる火災が問題となっている。これは、新築あるいは解体工事中に、露出した有機系断熱材の近傍で溶接・溶断作業を行い、その際に発生する火花が火源となり、有機系断熱材に引火して延焼する事例が多発しているからである。筆者らはこれまでに、有機系断熱材に対する溶断火花を火源とした試験・評価方法についての検図- 1 自動ガス切断機

討結果を報告している 1）。しかし、実際の火花がどのように飛散し、その際の熱的な影響がどれほどあるのかに

表- 1 自動ガス切断機の設定

ついては、一般的にもあまり検討が進んでいない。そこで本稿では、火源となる溶断火花の飛散範囲や熱影響に着目し、それらが火災リスクに及ぼす影響について、実験的検討を行ったので報告する。

2．実験方法溶断火花の飛散範囲・熱影響の程度を把握し、実用的な対策を検討するため、鉄板を溶断して火花を発生させる 4 シリーズの実験を計 30 回行った。 溶断火花の発生装置は既報 1）と同じ自動ガス切断機（図- 1）を使用した。
本装置は JIS A 1323（建築工事用シートの溶接及び溶断火花に対する難燃性試験方法）に用いられる装置を参考に、改良を加えたものである。その特徴として、溶断火口を固定し鉄板を移動させることにより、常に一定の位置から溶断火花を発生させることができる。実験時の装置設定および溶断時間（実験時間）は表- 1 の通りである。
*1*2*3*428

TAMAI Yusuke：（一財）日本建築総合試験所
MASAKI Tomohiro：（一財）日本建築総合試験所SUZUKI Hidekazu：（一財）日本建築総合試験所
TOYODA Koji：（一財）日本建築総合試験所

図- 2 実験様子
試験研究センター 耐火部 評価業務室 主査
試験研究センター 耐火部 防耐火構造・材料試験室
試験研究センター 耐火部 防耐火構造・材料試験室
試験研究センター 耐火部 評価業務室 室長 博士（工学）GBRC Vol.48 No.4 2023.10

2．1 火花飛散範囲に関する実験（シリーズⅠ）
表- 2 に示す実験条件にて、溶断条件（火口角度・鉄板厚・ 火口高さ）が火花飛散範囲に与える変化を検証した。 溶断火花の飛散範囲記録には、 市販の模造紙（厚さ：約 0 . 1 mm）を用い、火花飛散先のコンクリート床面上に模造紙を敷き広げ、飛散火花による熱影響（焦げや貫通痕など）を記録した。実験の様子を図- 2 に示す。
記録対象は熱影響箇所に限定し、冷却され模造紙上に存在する火花粒子は除外した。従って、本稿で述べる飛散範囲とは、模造紙に与える熱影響範囲と定義する。

図- 3 遮へい物設置の様子

表- 2 実験条件（シリーズⅠ）
表- 3

2．2 遮へい物による火花集積に関する実験（シリーズⅡ）表- 4

実験条件（シリーズⅡ）

実験条件（シリーズⅢ、鉄板厚：9mm）

遮へい物が存在する場合における飛散状況の変化を検証するため図- 3 に示すように、溶断火花の飛散方向にせっこうボード（2000×1000 mm： 厚さ 12 . 5 mm）を設置し、飛散範囲を記録した。なお、溶断条件は実験

No. 3 に揃え、 せっこうボード中心と火口の距離は 1 mとした。熱影響の記録はシリーズⅠと同様に模造紙を用い、 せっこうボードは表- 3 のとおり 15 °から 90 °まで15 °刻みで角度変化をつけて設置した。また、角度 60 °においてはスパッタシート（A 種）をせっこうボードに取付けた検証も行った。

2．3 有機系断熱材への熱影響に関する実験（シリーズⅢ）

2．4 溶断火花の対策効果検証に関する実験（シリーズⅣ）
シリーズⅢにてスチレンボードが着火延焼した条件に対し、表- 5 に示すとおり、各種の溶断火花対策を施し溶断条件（火口高さ・火口角度）が有機系断熱材に及て着火抑制効果を検証した（溶断条件は実験 No. 19 としぼす熱影響を把握するため、押出法ポリスチレンボードた）。また、一般に普及しているシート系保護材料にお（1820×910 mm：以下スチレンボード）を用い、溶断いては、建設工事現場で想定される立てかけ設置状況を火花を飛散させた。実験条件を表- 4 に示す。なお、鉄再 現 し、 火 花 貫 通 抑 制 の 効 果 も 比 較 検 証 し た（実 験

板厚さは 9 mm で実施した。

No. 28～No. 30）。

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表- 5 実験条件（シリーズⅣ）

が、直進方向から垂直落下方向へ移行し、着地後の転がり挙動が抑制されたためと考えられる。
【火口角度：下向き】実験 No.1・No.8 および No.4・No.9より、溶断角度が下向きとなる場合においても、飛散範囲が手前側にシフトする傾向が確認できた。これは上向きの場合とは要因が異なり、下向き角度により着地距離が近づいたことが主要因と考えられる。また、その他として、高温火花に接触した模造紙が凹凸に変形し、一部の火花粒子の転がりを阻害したことが考えられる。

3．実験結果3．1 火花飛散範囲に関する実験結果
実験後の模造紙写真に対し、画像解析（画素抽出）を行い、熱影響が確認できた画素数を求めた。図- 4 は模造 紙 全 体（約 7 m×2 . 3 m）の 中 か ら、 一 部 を 約 1 m×0 . 8 m のサイズで抜き出した画像である。解析後は、溶断火花により熱影響を受けた箇所（変色部）と、それ以外の部分が、白黒に二色化処理され、画素数が算出されている。

図- 4

画像解析の様子（左：解析前、右：解析後）

火花飛散エリアを上記のサイズで 21 分割し、各エリアと全体を比較することで飛散率を算出した。一連の結果を図- 5 に示す。溶断条件と溶断火花飛散の関係性については、以下のとおり考察した。
【鉄板厚さ】実験 No. 1・No. 2 より、 鉄板厚さが厚くなると、溶断火花の最長到達距離は増加し、分布も 1 箇所に集中せずに拡散する傾向が確認できた。これは自動ガス切断機の各種ガス流量、切断速度が増加したため、溶断直後の火花向きが放射状に大きく広がったこと、また火花の初速が速くなり、着地後の転がり距離も長くなったことが要因と考えられる。
【火口角度：上向き】実験 No.1・No.6 および No.4・No.7より、溶断角度が上向きとなることで、飛散範囲が手前側にシフトする傾向が確認できた。これは、火花の軌跡が山なりに近づき、着地直前における火花粒子の運動30

図- 5飛散分布結果

GBRC Vol.48 No.4 2023.10【火口高さ】実験 No. 1・No. 3・No. 4・No. 5 より、火口ていることが確認できた。このことから、実際の建設工高さを高くすることで、飛散範囲が遠くにシフトするこ

事現場における溶断においても、障害物等の影響によとが確認できた。実験設備の関係上、実験 No. 5 は手前り、予期せぬ箇所に集積した溶断火花粒子が蓄熱し、そ2 m までの記録は正確にできない部分があったが、全体れが着火源となり火災に至る可能性があると考えられ的に熱影響の範囲は少なくなる傾向が確認できた。火口る。また、せっこうボードにスパッタシートを取り付け高さ別の熱影響範囲の結果を、それぞれ火口角度ごとにた実験 No. 16 については、 スパッタシートにより火花グラフ化すると図- 6 のようになり、高さ方向の離隔距粒子の跳ね返りが抑制された（図- 8）。

離が、火花の床面到達時の熱影響を低減していることがわかる。また、火口角度により高さ方向の影響度が変化することも確認できた。

図- 8 スパッタシート取付時の様子

3．3 有機系断熱材への熱影響に関する実験結果
実験 No. 17・No. 18 ではスチレンボード厚さの違い
図- 6

火口高さによる熱影響の変化を検討した。厚さ 20 mm とした実験 No. 17 ではスチレンボードに火花が接触した部分が溶融するのみであったが、厚さ 220 mm とした実験 No. 18 では約 20 秒程度で3．2 遮へい物による火花集積に関する実験結果着火し、その後火炎の拡大を確認した（図- 9）。

実験後の模造紙画像について、熱影響があった部分を画像処理により赤く表示したものを図- 7 に示す。

図- 7

遮へい物による飛散状況の変化

図- 7 では、 実験 No. 10～No. 15 までせっこうボードの角度変化に応じて結果を並べており、溶断方向に対し角度が垂直に近づくほど、飛散分布が手前側に集中する傾向が確認できた。 また、 実験 No. 14・No. 15 では模図- 9 スチレン厚さ比較

造紙の着火が発生しており、溶断火花が遮へい物に衝突した後、火花の集積が生じ、該当部位がより高温になっ
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スチレンボードが厚くなることで、①溶融して発生する可燃性ガス量が増加したこと、②溶融してできた孔に可燃性ガスが滞留して着火に至ったこと、③熱慣性が小さいため、溶融し液化したスチレンの燃焼が促進された
ことが要因として考えられる。実験 No. 19 では③の効果をより高める目的で、スチレンボードの間に段ボールを挿入したが、着火時間に優位差はなかった（燃焼写真は図- 11 に掲載）。このことより、実験 No. 19 のスチレンボード条件を以降の実験で採用した。
実験 No. 20～22 は、火口高さをより高所に設定して熱影響の確認を行った。 また実験 No. 22 では、 せっこうボードを立てかけて、溶断火花が集積するような状況とした。いずれも着火には至らなかったが、スチレンボードの溶融が確認できた。火口高さが低くなると溶融面積（図- 10 青色部）が増加しており、 これは実験シリーズⅠで得られた火口高さと熱影響範囲の関係性と一致する。また、実験 No. 22 が最も溶融箇所が多く、唯一、火花粒子が中間層の段ボールまで貫通しており、実験シリーズⅡで確認された火花集積の影響が、同様に現れたといえる。

図- 11
図- 10

保護材料の比較（平置き）

火口高さ比較

その他の条件では着火は発生しなかったが、実験後に保護材料を剥がすと、いずれもスチレンボードの溶融が3．4 溶断火花の対策効果検証に関する実験結果確認できた（図- 12）。 溶融範囲は実験 No. 27 のスパッ

図- 11 に各種保護材料の比較写真を示す（参考としタシート２枚重ねが最も少なく、またシートの折り目やて、保護材料なしの実験 No. 19 も掲載）
。実験 No. 25 のしわ・窪みといった箇所に火花粒子の集積が発生し、溶防炎シートのみ、スチレンボードの着火が確認できた。

融が大きくなる傾向が確認できた。

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4．おわりに
本稿では、建設工事現場で起こりうる溶断条件や周囲環境が、火災リスクへどのように寄与するのかについて、限定的な範囲ではあるが実験により示すことができた。得られた知見を以下にまとめる。
・溶断火花の飛散範囲や熱影響は、火口角度・鉄板厚・火口高さの影響を大きく受ける。
図- 12

溶融の様子（シート除去後）・溶断火花の飛散方向に遮へい物がある場合、火花集積が発生し着火リスクが増加する可能性がある。

実験 No. 28～30 ではシートをフレームに固定し、 溶・シート類を用いた養生での火花対策は、平置きや立断火花の裏面貫通を観測した（図- 13）。スパッタシートてかけといった使用方法によって効果が変わる。

A 種および C 種では程度が異なるが、いずれも溶断火花・画像解析による数値化を用いることで、溶断火花のの貫通が確認されたのに対し、防炎シートでは貫通が確飛散状況をより客観的に捉えることができる。

認されなかった。平置きでの実験と、傾向が異なる結果となったが、これは火花接触時間とシート素材によるも＜謝辞＞本検討は、令和 4 年度建築研究開発コンソーシのと考えられる。本実験で用いたスパッタシートは耐炎アム「工事中の溶接・溶断火花が発泡プラスチック系断繊維の織物であり、表面コーティングが損傷すれば火花熱材に飛散して発生する火災の実態及び対策に関する研の貫通が起こりえる。一方、防炎シートはポリエステル究会」の成果の一部であり、その助成金で実施した。ま糸シートに塩ビコーティングを施したものであり、比較た実験実施に当たって、（株）東亜理科の協力を得た。

的緻密性は高く、本条件のような火花粒子との短時間接記して謝意を表す。

触であれば、火花貫通に対し効果があったと推測する。
【参考文献】

1）尾𥔎悠平，鈴木秀和ら：溶断火花に対する有機系断熱材の難燃性試験・評価方法の検討 その 1 及びその 2 日本建築学会大会学術講演梗概集，防火，pp. 289 - 292 , 2022 . 9 .
2）JIS A 1323，建築工事用シートの溶接及び溶断火花に対する難燃性試験方法，JSA, 1995
【執筆者】

*1

玉井 裕介

*3

鈴木 秀和

（TAMAI Yusuke）（SUZUKI Hidekazu）

図- 13* 2 正木 智大（MASAKI Tomohiro）* 4 豊田 康二（TOYODA Koji）

保護材料の比較（立てかけ）
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