Brandprüfung von sichtbaren Holzbauteilen

Die zunehmende Beliebtheit von Holzkonstruktionen in gewerblichen und öffentlichen Bauprojekten erhöht die Nachfrage nach feuerfesten Holzprodukten. Obwohl die Konstrukteure im Allgemeinen die Brandklassen kennen, die von den in Gebäuden verwendeten Oberflächenmaterialien verlangt werden, gibt es viele Fragen zu Brandprüfungen und Brandklassifizierung. Expertenansichten zu dem Thema werden hier von Professor Simo Hostikka us der Fakultät für Bauwesen an der Aalto Universität in Finnland geäußert.

Die Reaktion auf das Brandverhalten von Baumaterialien wird zu zwei Zwecken geprüft. Das Ziel der standardmäßigen Produktprüfung besteht darin, ihre Brandklasse gemäß den Bauvorschriften zu bestimmen, die vorrangig für die Konstrukteure, Bauherren und Bauaufsichtsbehörden von Interesse ist. Die Hersteller von Bauprodukten andererseits untersuchen und prüfen das Brandverhalten von Produkten, wenn die Produkte gerade entwickelt werden. Unterschiedliche Objekte erfordern verschiedene Prüfverfahren.

 
BRANDPRÜFUNG ZUR FESTLEGUNG VON BRANDKLASSEN BASIEREND AUF BAUVORSCHRIFTEN

 
In Finnland wird die Brandschutzklassifizierung von Baumaterialien gemäß dem Klassifizierungsstandard SFS-EN 13501-1 + A1 durchgeführt. Die europäische Norm basiert auf drei Brandprüfungsverfahren, die verwendet werden, um Produkte in sogenannte Euroklassen zu unterteilen. Neben den sieben Hauptklassen (A1-F) gibt es zusätzliche Klassen, um die Rauchentwicklung (Klassen s1, s2 und s3) und um die Bildung von brennenden Tropfen (Klassen d1, d2 und d3) zu beschreiben.

 

BRANDKLASSENEIGENSCHAFTEN BASIEREND AUF EUROKLASSEN:

  

Produkte werden normalerweise in Bezug auf ihre Tendenz zur Feuerausbreitung (SBI, EN 13823) sowie Nichtbrennbarkeit (EN ISO 1182), Brennwert (EN ISO 1716) oder Entzündbarkeit (EN ISO 11925-2) geprüft.

Die Entzündbarkeitsprüfung, Produkte werden einer kleinen Flamme ausgesetzt (EN ISO 11925-2)

Unbehandeltes Holz gehört zu Klasse D. Holzprodukte mit verschiedenen Behandlungen können in der Regel allenfalls die Anforderungen von Euroklasse B-s1, d0 erfüllen. Das bedeutet, dass die Produkte in sehr geringem Maße zum Brand beitragen, ihre Rauchentwicklung sehr begrenzt ist und sie keine brennenden Tropfen oder Partikel bilden.

In Finnland sind die von Baumaterialien erforderlichen Brandklassen in unterschiedlichen Orten der Endverwendung in der Verordnung des Umweltministeriums über Brandsicherheit von Gebäuden (848/2017) dargelegt.

 
ZWECK UND VERFAHREN DER SBI-BRANDPRÜFUNG

 
Der Single Burning Item Test (SBI) [Test an einem einzelnen brennenden Gegenstand] eignet sich insbesondere zur Prüfung von Produkten, die auf den Deckschichten von Gebäuden verwendet werden, um ihre Brandklasse zu bestimmen. Es ist nicht möglich genau zu kontrollieren, wie das Brandverhalten von beweglichen Gegenständen in einem Gebäude ist, und deshalb ist die Fähigkeit von Innenflächen, die Entstehung eines Brands und einer Rauchentwicklung zu beschränken, von großer Bedeutung für die Sicherheit der Benutzer. Dies gilt zum Beispiel für Gebäude mit einer großen Zahl von Menschen, wie Schulen, Gesundheitseinrichtungen, Hotels und große Geschäftsräume.

Der Zweck der SBI-Prüfung besteht in der Prüfung von Produkten, z. B. KLH-Platten genau in der Konstruktion, in der sie tatsächlich verwendet werden. Bei der Prüfung wird eine wahrscheinliche Situation simuliert, in der ein relativ kleines Feuer im Innenbereich auftritt, zum Beispiel ein brennender Abfalleimer.

Das Produktmaterial wird verwendet, um eine Struktur zu bilden, die einen Bereich auf einer nicht brennbaren Oberfläche bildet, dessen Seiten 1 m und 0,5 m breit sowie jeweils 1,5 m hoch sind. Auf diese Weise können auch die Auswirkungen von Fugen und Befestigungen auf das Feuer geprüft werden, wie dies in der tatsächlichen Konstruktion der Fall wäre. Zur Durchführung der Prüfung wird ein Gasbrenner an die Konstruktion angelegt und die mögliche Ausbreitung des Feuers, die Rauchentwicklung und die Bildung von brennenden Tropfen wird dokumentiert.

SBI-Prüfung von Innenverkleidungen

Es ist wichtig, die tatsächliche Verwendung der zu prüfenden Konstruktion zu berücksichtigen. Mit anderen Worten, man kann eine Konstruktion bauen, die so realistisch wie möglich in Bezug auf Rahmen und Befestigungen und mit ihrer Reaktion auf Brandeigenschaften ist, die dem Verwendungszweck des Holzprodukts entspricht.

Die auf Holzprodukten verwendeten Oberflächenbehandlungen, zum Beispiel Brandschutz erhöhen häufig die Rauchentwicklung. Allerdings wurde durch Prüfungen nachgewiesen, dass mit dem ungiftigen NT DECO geschützten Holzprodukte die Anforderungen von Brandklasse B-s1, d0 erfüllen, was in Gebäudetypen mit höherem Risiko, wie Gesundheitseinrichtungen erforderlich ist.

ZUVERLÄSSIGKEIT VON BRANDPRÜFUNGEN

 
Die Brandprüfung von Bauprodukten sowohl für die Produktentwicklung als auch für Klassifizierungszwecke wird durch akkreditierte, kommerzielle Prüfungslaboratorien durchgeführt. Allerdings schneidet ein CE-gekennzeichnetes Holzprodukt, das die Brandklassenanforderungen in einem Test erfüllt nur ähnlich ab, wenn es auf die gleiche Weise eingebaut und behandelt wird wie in der Prüfungssituation.

Wenn beispielsweise ein feuerfestes Produkt übermalt oder der Witterung ausgesetzt wird, kann dies die Feuerbeständigkeit des Produkts reduzieren und die Entstehung eines Brands beschleunigen. Die Unsicherheiten in Bezug auf die Endverwendung und Bedingungen kann nur beseitigt werden, wenn das Produkt auch nach dem Übermalen und der Witterungseinwirkung geprüft wird. In Bezug auf Brandsicherheit und das Preis-Leistungs-Verhältnis ist die sinnvollste Lösung die Verwendung von einbaufertigen, feuerfesten Produkten der Klasse B-s1, d0 für Oberflächenstrukturen (z. B. Außen- und Innenverkleidungen, die einer industriellen Behandlung mit durchsichtigem NT DECO unterzogen werden), wodurch sichergestellt wird, dass die Produkte die Standortanforderungen erfüllen.

In Finnland findet die gleiche SBI-Brandprüfung auch Vorschriften die Außenverkleidung betreffend statt, weil es keine separate nationale oder europäische Norm für Fassaden gibt. Brandprüfungen von Alterungsprodukten sind ebenfalls nicht erforderlich. Das ist ein Problem, weil das wahrscheinlichste Brandszenario für Fassaden eine starke Flammeneinwirkung durch einen Brand in einem benachbarten Raum ist – das ist ziemlich weit entfernt von einem brennenden Abfalleimer. Es besteht eindeutig der Bedarf von gemeinsamen, europaweiten Vorschriften in Bezug auf die Feuerbeständigkeit von Fassaden, und der Prozess zur Erreichung dieses Ziels begann 2018.

 

BRANDPRÜFUNG WÄHREND DER ENTWICKLUNG VON BAUMATERIALIEN

 
Das Brandverhalten von im Bauwesen verwendeten Oberflächenmaterialien wird auch bei der Entwicklung bestehender oder völlig neuer Produkte untersucht. Dies geschieht durch die Anwendung der oben genannten, zu Klassifizierungszwecken entwickelten Prüfungsverfahren, sowie durch kleinere Analysen, um das Brandverhalten widerzuspiegeln.

Die in der Entwicklung von Holzprodukten am häufigsten verwendete Methode ist der Cone-Calorimeter-Test (ISO 5660-1). In der Prüfung wird ein 10 cm x 10 cm großes Prüfstück starker Wärmestrahlung ausgesetzt und dann werden die Zündzeit, die Wärmeabgaberate und der Masseverlust gemessen. In vielen Fällen unterstützen die Cone-Calorimeter-Ergebnisse zumindest grob bei der Prognose der SBI-Prüfungsergebnisse. Dies ermöglicht die Reduzierung der Anzahl von SBI-Prüfungen, die an verschiedenen Produktoptionen durchgeführt werden.

Bei der Untersuchung des Brandschutzes von synthetischen Materialien, ist es außerdem durchaus üblich, Milligramm-Level-Prüfungen durchzuführen, zum Beispiel eine thermogravimetrische Analyse (TGA) und eine dynamische Differenzkalorimetrie. In diesen Prüfungen wird eine kleine Materialprobe in einem Ofen bei konstanter Temperatur erhitzt, und die Änderungen in ihrer Masse oder Wärmeenergie werden gemessen. Die Anwendung dieser Verfahren bei der Entwicklung des Brandschutzes von Holzprodukten ist nicht sehr gängig, und sie können nicht auf die Untersuchung von Oberflächenbehandlungen angewandt werden.