試験・研究

溶接・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
Study of flame retardancy evaluation test method against welding, fusing spattersfor formed plastic insulation materials.
尾𥔎悠平 *1、鈴木秀和 *2、豊田康二 *3

1 . はじめに現した試験体とすることが望ましいと考える。そこで、建設中工事現場において、溶接・溶断火花を火源とし床面および壁面に可燃物である有機系断熱材が施工された火災が問題となっている。これは、完成前の露出したた条件が厳しいと考え、試験体は写真-1 -a）に示す通り、有機系断熱材の近傍で溶接・溶断作業を行い、その際に床面および壁面に有機系断熱材を配置し、且つ、壁入隅発生する火花が火源となり、有機系断熱材に引火して延部を再現した形状とした。なお、床面の有機系断熱材焼する事例が多発しているからである。

（以下、一次着火物と呼ぶ）は、450 mm 角の大きさとし、国内における材料の難燃性評価は、国土交通省大臣認

壁面の有機系断熱材（以下、二次着火物と呼ぶ）は、幅定の性能評価試験方法が一般的である。この性能評価試

910 mm ×高さ 1820 mm とした。火災シナリオは、溶験では、主に「燃焼性」や「有害性」の性能を確認してお接作業によって発生した火花が落下後、その火花に接触り、温度上昇、発熱量やマウスの行動停止時間を判定のした可燃物が燃焼し、炎が壁面に延焼するといった状況基準としている。これらは完成後の建物において、初期を想定した。

火災の拡大を遅らせることおよび避難上支障がないことを達成するための基準である。火災原因を特定していないため、外力を一定に供給できるバーナー又はヒーターを火源としている。
一方、上記の火災においては、溶接・溶断火花という特定の外力に対する有機系断熱材の難燃性能が問われており、直接的にその性能を把握することが重要であると考える。溶接・溶断火花を火源とした材料の難燃性を確認する試験方法が見当たらないため、本研究では、それ写真-1

試験体らを火源とした新たな試験・評価方法を検討している。

2 . 溶接火花に対する試験・評価方法の概要
2. 1

試験体形状

2. 2

実験条件

実験に使用する溶接機は、一般的に使用されている半自動アーク溶接機（Panasonic 製：YW-35 KB）を用い、実際の建設工事現場では、様々な条件下で溶接作業が

電 圧 25 V、 電 流 200 A の 出 力 に 設 定 し た 条 件 で、実施され、一般的な状況を試験体に再現することが困難

1.2 mm 径 の 溶接 ワ イ ヤ（ 神戸製鋼製：DW-Z110）をであるため、より厳しい（燃え広がりやすい）条件を再12 mm 厚の鋼板に連続アーク接触させ、溶接火花を自*1*2*336

OZAKI Yuhei：（一財）日本建築総合試験所 試験研究センター 耐火部 評価業務室
SUZUKI Hidekazu ：（一財）日本建築総合試験所 試験研究センター 耐火部 防耐火構造・材料試験室
TOYODA Koji：（一財）日本建築総合試験所 試験研究センター 耐火部 評価業務室 室長 博士（工学）GBRC Vol.47 No.2 2022.4

由落下させた。また、溶接位置は写真-1 -b）に示す通りを受けにくいと考え、硬質ウレタンボードとポリスチレ

一次着火物より上方に 500 mm、二次着火物より水平にンボードとで燃焼状況を比較した。
試験体は表-1 に示す通り、C-1 は一次着火物を厚さ150 mm の位置とした。

2. 3

測定項目および評価指標

50 mm の硬質ウレタンボード、二次着火物をなしとし、試験体を集煙フード直下に設置し、ガス分析装置を用せっこうボード 12.5 mm のみとした。D-1 は、一次着いて酸素消費法で発熱速度を測定した。一次着火物が燃火物を厚さ 50 mm のポリスチレンボードとし、二次着焼し、二次着火物へ延焼するまでの時間は、材料の難燃火物は C-1 と同じくなしとした。

性を評価する上で重要な因子である。そこで、欧州の防実験結果について、硬質ウレタンボードは、溶接火花火材料の基準にも用いられる EN 規格の指標である式（1）によって着火するものの、5 分間溶接火花発生を継続しに示す FIGRA（Fire Growth rate index） を用いるこ

たが、溶接終了後より 2 分弱で自己消火し、一次着火物ととした。

全体へ燃焼が拡大しなかった。一方、ポリスチレンボー

1）………………………………（1）

ドは燃焼が激しかったため 2.5 分弱で溶接火花発生を終了し、一次着火物全体が燃え尽きるまで燃焼が継続した。
なお、試験中の状況は写真-2 に示す。以上のことから、

ここで、HRR：発熱速度［W］、t：時間［秒］
なお、以降では発熱速度と総発熱量が一定値以下の場

ポリスチレンボードの方が、燃焼性が高いことが分かった。
2. 4. 3合を無視する FIGRA0.2 MJ（2）を用いている。
…（2）
ここで、THR：総発熱量［MJ］

一次着火物の比較（天井材あり）

ポリスチレンボードの方が燃焼性が高いことが確認できたため、B-1 との比較をおこなうこととした。試験体については、B-1 と一次着火物以外の条件を合わせた。

2. 4

実験

2. 4. 1

天井材の有無による影響の確認

記号は E-1 とし、詳細は表-1 に示す。
実験結果について、試験開始から 60 秒時に溶接を終

一般的に、閉鎖された室内空間で発生した火災におい了し、その後、観察を行った結果、写真-2 に示す通り、ては、炎が天井に達すると、天井面からの輻射等の影響激しく燃焼することを確認した。これまでの実験結果かにより、一気に火災が拡大する可能性がある。建設工事

ら、一次着火物は一定の可燃性がないと二次着火物に延現場の溶接作業は、室内空間で実施することがあり得る焼しないことが分かった。前述した試験結果等から、本ことから、天井材を設置した影響を確認することとした。

研究における一次着火物はポリスチレンボードに統一す

試験体 は表-1 に 示 す 通り、A-1 は 一次着火物を 厚さることとし、試験対象物は二次着火物および天井材の有50 mm の硬質ウレタンボード、二次着火物を厚さ 30 mm

機系断熱材とすることにした。の吹付け硬質ウレタンフォーム（下地：せっこうボード12.5 mm）とした。B-1 は、A-1 に二次着火物と同じ材質の天井材を設置した。

表-1

試験体一覧

実験結果は写真-2 に示す通り、天井材がなしの A-1は二次着火物に着炎し、炎は直上に延焼していった。天井材がありの B-1 は二次着火物に部分的に着火したものの、あまり延焼しない結果となった。これは、B-1 の場合には、一次着火物の炎が入隅部から離れる方向に傾いており、天井材を設けたことにより集煙フードへの吸込み気流が変化し、一次着火物および二次着火物の可燃性ガス・炎が直上に広がらなかったと考えられる。また、火球の落下位置のばらつきも影響したと考えられる。以上の要因から、天井設置により一気に火災が拡大するという試験結果を得ることができなかった。
2. 4. 2

一次着火物の比較（ブランク試験）

一次着火物の燃焼性が高ければ、前述した要因の影響
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写真-2

2. 4. 4

試験中の状況

二次着火物の比較

前述した試験結果等から、実験条件を確定し、イソシアネート指数が異なる 3 種類の硬質ウレタンフォームの燃焼性を測定した。一般的に、イソシアネート指数が高いほど難燃性が高いとされており、試験結果もイソシアネート指数が高い順に発熱速度および FIGRA0.2 MJ が低くなると考えられる。なお、溶接時間は 60 秒で統一した。
試験体は表-2 に示す通り、F-1 はイソシアネート指数
図-1が 150 未満、G-1 はイソシアネート指数が 150～400 の発熱速度と FIGRA0.2 MJ（F-1～ H-1）間、H-1 はイソシアネート指数が 400 以上である。
実験結果について、F-1 では溶接終了後すぐに延焼し、溶接終了から 1 分 30 秒後に天井材を含めて二次着火物2. 5

まとめが燃え尽きた。G-1 では溶接終了後すぐに延焼し、天井溶接火花に対する有機系断熱材の難燃性を把握するた材まで急速に燃え広がったが、溶接終了から 1 分 30 秒

め、実験方法を提案し、数種類の実験をおこない以下の後には水平方向は 1/2～3 /4 ほどの範囲で二次着火物が知見を得た。

燃え止まった。H-1 では溶接終了後すぐに延焼するが、・溶接火花の発生位置、落下位置にばらつきが生じ、実燃え広がる範囲は小さく、天井材に接炎しなかった。溶験の再現性が低いと考えられる。

接終了から 2 分後には、二次着火物が燃え止まった。測・一次着火物は一定の可燃性がないと気流の影響を受け定結果について、表-2、図-1 に示す通り、イソシアネーやすく、二次着火物に延焼しづらいことが分かった。

ト指数が低いほど発熱速度が最高となるまでの時間が短

・欧州の防火材料の基準に用いられる FIGRA0.2 MJ を評

くなり、FIGRA0.2 MJ は燃え広がりが速いほど大きくな

価項目に加えることで、初期の燃え広がりを数値で確る傾向が確認され、二次着火物の難燃性能により、実験認することができ、複数の試験体間で結果を比較する結果に差が出ることが分かった。

ことが可能である。

表-238

二次着火物の比較実験における試験体・結果一覧

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3 . 溶断火花に対する試験・評価方法の概要
前述の通り、溶接火花を火源とした試験・評価方法を検討した結果、溶接時に発生する火花は外力としては小さく、一次着火物の燃焼性に試験結果が左右されること、且つ、火花の発生位置および落下位置にばらつきがあり、実験方法の再現性が低くなることを示した。ここからは、溶接火花よりも外力として大きく、建設・解体工事現場で使用され、火災原因となり得る溶断火花についての検討を示す。

3. 1

試験体形状

試験体は写真-3 に示す通り、910 mm 角のボードを 3

写真-3枚組み合わせ隅角部を再現した。溶断火花は隅角部下部

試験体を狙うことで、厳しい条件下における燃え広がり性状を確認できるようにした。また、断熱材の難燃性を把握できるよう壁材と床材を同一の材質とした。

3. 2

実験条件

既往の試験方法として、JIS 規格に建築工事用シートの難燃性試験方法 2）がある。外力は溶断時に発生する火花であり、一定の出力条件で建築工事用シートに火花を曝露させ、貫通孔等の発生を確認する試験方法である。

図-2

本研究では、この試験に使用されているガス切断機を参自動ガス切断機 正面図表-3考とし、設備の検討をおこなった。JIS 規格の試験では、溶断実験時の条件

鋼板を固定し、ガス切断機がレールに沿って自走することにより、鋼板を切断していく方法であり、ガス切断機の移動に伴って溶断火花発生位置が移動する仕様である。
本研究ではガス切断機を固定し、鋼板を動かすことにより、溶断火花発生位置を固定するようにした。これにより、断熱材に対する熱影響が大きくなるようにした。図-2・図-3 にガス切断機の概要を示す。なお、ガス切断機の燃料はプロパンガスおよび酸素とし、流量計を備え図-3

自動ガス切断機 側面図た。
実験時の溶断機の条件は表-3 に示す通りであり、流量について、予熱酸素は 4.7 L /分、切断酸素は 25 L /分、プロパンガスは 2.3 L /分とし、鋼板厚は 9 mm、切断速度は 350 mm /分とした。溶断火花は試験体の隅角部下部に直接飛散するようにし、ガス切断機と試験体の位置関係は写真-4 に示す通り離隔距離 1000 mm、火口と可燃物上面までの高低差 320 mm とした。

3. 3

測定項目および評価指標

測定項目は前述した「溶接火花に対する試験・評価方法」と同じく、発熱速度および FIGRA0.2 MJ とした。

3. 4

実験

3. 4. 1

難燃性の異なる硬質ウレタンフォームの比較

前述した「2.4.4 二次着火物の比較」と同じく、イソ

写真-4

試験イメージ

シアネート指数が異なる 3 種類の硬質ウレタンフォームの燃焼性を測定する。
試験体は表-4 に示す通り、A-2 はイソシアネート指数が 150 未満、B-2 はイソシアネート指数が 150～400 の間、C-2 はイソシアネート指数が 400 以上である。
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実験結果は表-4、写真-5、図-4に示す通りである。A-2

実験結果より、イソシアネート指数が低い硬質ウレタンは加熱開始 10 秒時には燃焼をはじめ、着炎したことをフォームは、激しく燃焼し燃え広がったが、イソシアネー確認できた。30 秒時には火炎高さ 1 m 程度に達し、壁ト指数が高くなるにつれ、燃焼しづらいことが確認できた。

面へと燃え広がった。加熱開始 50 秒時には、さらに燃え広がっていたため、危険と判断し加熱を中止した。その後、1 分程度激しく燃焼したが、可燃物が焼失していくに伴い炎の勢いが弱まっていった。最高発熱速度は325 kW、最高発熱速度到達時間（以下、到達時間）は加熱開始 66 秒時、FIGRA0.2 MJ は 5125 W/s となった。

B-2 は加熱開始 20 秒時には燃焼をはじめ、着炎したことを確認できた。50 秒時には火炎高さ約 30 cm 程度に達したが、その後 40 秒間加熱を継続しても燃え広がらなかった。加熱終了後、残炎があることを確認したが、加熱終図-4

発熱速度とFIGRA0.2MJ（A-2～C-2）

了後 45 秒時には消炎したことを確認した。最高発熱速度は 5 kW、到達時間は加熱開始後 52 秒時、FIGRA0.2 MJ は3. 4. 2

試験体形状の比較

総発熱量 が 0.2 MJ を 超 え な か った た め、0 とな った。

実際の建設現場においては、壁高さが 910 mm よりA-2 と比較し、一般的な難燃性の指標であるイソシアネーも高く、且つ、天井もあることから、燃え広がり性状をト指数が高いため、熱分解が促進しなかったと考えられる。

把握するためには、より実際の形状に近づけることが望

C-2 は加熱開始 15 秒時には燃焼をはじめ、着炎したこましい。そこで、壁高さを 1820 mm に大きくし、同材とを確認できたが、その後 75 秒間加熱を継続しても燃え質の天井（910 mm 角）を設け加熱実験を行った。なお、広がらなかった。また、加熱終了とほぼ同時に消炎した試験体は壁高さ 910 mm の実験の際に、ほとんど燃えことを確認した。最高発熱速度は 3 kW、到達時間は加広がらなかったイソシアネート指数 150～400 の間の硬熱開始後 45 秒時、FIGRA0.2 MJ は B-2 と同じく総発熱量

質ウレタンフォームおよびイソシアネート指数 400 以が 0.2 MJ を超えなかったため、0 となった。イソシアネー上の硬質ウレタンフォームの 2 種類で確認する。

ト指数は B-2 よりも高いが、ほぼ同じ測定結果となった。
表-4

難燃性の異なる硬質ウレタンフォームの比較実験における試験体・実験結果一覧

写真-5
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難燃性の異なる硬質ウレタンフォームの比較（試験後）

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表-5

写真-6

試験体形状の比較実験における試験体・実験結果一覧

試験体形状の比較（試験後）

図-5

発熱速度と FIGRA0.2 MJ（D-2～ E-2）

実験結果について、測定結果を表-5に、試験後の写真・実験条件を定量的に把握および設定することができ、およびグラフを写真-6、図-5にそれぞれ示す。D-2 は加熱

溶接火花を用いた加熱実験と比較し、火花の発生位置開始 10 秒時には燃焼をはじめ着炎したことを確認できた。

等にばらつきがなく、安定した外力を供給できる。

90 秒間加熱を継続した結果、壁面に水平方向約 40 cm、鉛・壁高さを高くすることで、燃え広がり方を把握しやす直方向約 35 cm 程度燃え広がったが、それ以上拡大はしな

いこと、天井材を設けることで発熱速度及び FIGRAかった。加熱終了後、残炎があることを確認したが、加熱が高くなりやすいことが分かった。

終了後 35 秒時には消炎したことを確認した。最高発熱速

今後は試験体水準の増加および硬質ウレタンフォーム

度は 21 kW、到達時間は加熱開始後 16 秒時、FIGRA0.2 MJ以外の有機系断熱材についても実験をおこない、知見をは 589 W/s となった。試験体高さ 910 mm 時と比較すると、増やしていくことを考えている。また、一般的な火花対最高発熱速度は約 4 倍、FIGRA0.2 MJ は 0 W/s だったものが、策とされる建築工事用シート又は不燃材によるコーティ

589 W/s となった。これは、天井材を設けたことにより、ングなどの妥当性についても、併せて検討していきたい。

熱分解により生じた可燃性ガスが溜まり、燃焼しやすくなったこと、断熱性能が向上し、熱籠りにより空間温度【参考文献】が高くなり、燃焼しやすくなった等が考えられる。

1）EN 13823:2010 +A1:2014
Reaction to fire tests for building products. Building
products excluding floorings exposed to the thermal
attack by a single burning item

E-2 は加熱開始 15 秒時には燃焼をはじめ炎を確認できたが、その後 75 秒間加熱を継続しても燃え広がらなかった。加熱終了後、残炎があることを確認したが、加熱終了後 5 秒時には消炎したことを確認した。最高発熱速度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

は 5 kW、到達時間は加熱開始後 22 秒時、FIGRA0.2 MJ
は総発熱量が 0.2 MJ を超えなかったため、0 となった。

【執筆者】

試験体高さ 910 mm 時と比較してもほぼ同様な結果となった。これは、断熱材の難燃性能が高いため、火源に対して、難燃性能が上回ったと考えられる。

3. 5

まとめ

溶断火花に対する有機系断熱材の難燃性を把握するた
め、実験方法を提案し、数種類の実験をおこない以下の知見を得た。

*1

尾𥔎 悠平

（OZAKI Yuhei）*2 鈴木 秀和（SUZUKI Hidekazu）

*3

豊田 康二

（TOYODA Koji）

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