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Brandverhalten von Materialien und Strukturen

26.05.2023

Wir wollen verstehen, was Feuerbeständigkeit ist, die Ausbreitung von Flammen durch die Struktur und das Dach, die Klasse der Reaktion auf Feuer und Entflammbarkeit.

Die Indikatoren für die Brandgefahr, die bestimmte Baumaterialien und -konstruktionen erfüllen müssen, werden durch staatliche Vorschriften geregelt und sind für Hersteller und Verbraucher verbindlich. Das Verständnis der Unterschiede und Besonderheiten des Brandverhaltens ist wichtig für den sicheren Betrieb von Gebäuden sowie den Schutz von Eigentum und Menschenleben im Falle eines Brandes.

 

Ruukki SP2D W Sandwichpaneele nach dem Brand

Ruukki SP2D W Sandwichpaneele nach dem Brand

 

Je nach Einsatzgebiet können unterschiedliche Anforderungen an das Brandverhalten von Gebäudestrukturen gestellt werden. DBN B.1.1-7:2016 legt acht Feuerwiderstandswerte eines Gebäudes fest, die von seinem Zweck, der Brandgefahrenkategorie, der bedingten Höhe (Anzahl der Stockwerke) und der Bodenfläche innerhalb des Brandabschnitts abhängen. Je nach Feuerwiderstandsgrade eines Gebäudes werden die Anforderungen an die Feuerwiderstandsklassen von Gebäudestrukturen und Brandausbreitungsgruppen festgelegt.

 

Was ist der REI Feuerwiderstand und was sind die Grenzwerte?

 

Der Feuerwiderstand ist die Fähigkeit eines Bauwerks, Feuer und hohen Temperaturen zu widerstehen und für einen bestimmten Zeitraum tragende, schützende und isolierende Funktionen zu erfüllen.

 

Das quantitative Merkmal des Feuerwiderstands einer Konstruktion ist die Feuerwiderstandsgrenze, die in Minuten vom Beginn der Brandeinwirkung bei Brandversuchen bis zum Auftreten eines der Grenzzustände der Konstruktion gemessen wird.

 

Grenzzustände von Bauwerken

Grundlegend nach DBN B.1.1-7:2016Zusätzlich nach DBN B.1.2-7:2021

R – Verlust der Tragfähigkeit

E – Verlust der Integrität

I – Verlust des Wärmedämmvermögens

W – überschüssiger Wärmestrom (Strahlung)

M – Verlust der Fähigkeit, mechanischen Einwirkungen zu widerstehen

 

Je nach Verwendungszweck können Gebäudestrukturen verschiedene Feuerwiderstandsklassen haben, deren Grenzzustände durch Buchstaben (R, E, I) und eine Zahl angegeben werden, die den Feuerwiderstandsgrenzwert in Minuten angibt. Für nicht tragende Außenwände und Innentrennwände wird die Feuerwiderstandsklasse EI verwendet, für tragende und selbsttragende Konstruktionen – REI und RE. So können Ruukki-Sandwichelemente mit PIR-Füllung eine Feuerwiderstandsklasse von bis zu EI60 und mit Mineralwollfüllung von bis zu EI 240 erreichen. Brandabtrennungen aus Sandwichelementen werden zusätzlich auf den Verlust der Fähigkeit der Struktur, mechanischen Einwirkungen zu widerstehen, getestet M.

 

Die übliche Methode zur Bestimmung der Feuerwiderstandsdauer ist die Durchführung von Brandversuchen, aber es gibt auch eine Berechnungsmethode, die meist in bestimmten Fällen angewendet wird.

 

Prüfung der Feuerbeständigkeit von Ruukki-Sandwichpaneelen

Prüfung der Feuerbeständigkeit von Ruukki-Sandwichpaneelen

 

Die Ergebnisse von Brandversuchen gelten nur für bestimmte Bedingungen und spezifische Produktmuster. So wird die Feuerbeständigkeit von Sandwichelementen von vielen Faktoren beeinflusst, darunter die Konfiguration der Versiegelungsfuge, die Konstruktion der Bauteile, die Dichte des Füllmaterials, die Dicke der Verkleidung usw. Daher sollte die Verwendung von Sandwichelementen auf Baustellen in der Entwurfsversion erfolgen, die zur Brandprüfung eingereicht und in Zertifikaten und/oder Protokollen mit der entsprechenden Feuerwiderstandsklasse angegeben wurde.

 

Es sei darauf hingewiesen, dass bei den europäischen Brandprüfverfahren eine größere Anzahl von Strukturparametern berücksichtigt wird, darunter die Richtung der Brandausbreitung (außen, innen, zwischen Räumen), der Zweck der Struktur, die Einbaurichtung (vertikal oder horizontal), die Abmessungen der Spannweite, die Belastung, der Wärmestrom, das Vorhandensein von Verkleidungen und Abdichtungen usw.

 

EU-Methoden schließen die Möglichkeit der Manipulation aus, um die Ergebnisse zu verbessern, z. B. durch die Verwendung zusätzlicher Befestigungselemente für gesperrte Gelenke oder andere Tricks, so dass sie objektiver sind. Die ukrainischen Anbieter von Sandwichelementen greifen manchmal zu Tricks, wenn sie eine Sandwichelement-Konstruktion mit den höchstmöglichen Eigenschaften (Füllstoffdichte, Deckschichtdicke usw.) zur Zertifizierung vorlegen, die auf Mindestspannweiten mit zusätzlicher Abdichtung und Verriegelung geprüft wird, wodurch überhöhte Indikatoren erzielt werden können. Infolge solcher manipulativer Tests entsprechen die erhaltenen Dokumente nicht den tatsächlichen Einsatzbedingungen, was das Risiko einer Brandausbreitung im gesamten Gebäude und damit einer vorzeitigen Zerstörung des Gebäudes erhöht. Produkte, die in Bauprojekten verwendet werden, sollten keine schlechteren Eigenschaften aufweisen als die, die bei Brandversuchen ermittelt wurden.

 

Verkleben von Plattenschlössern zur künstlichen Erhöhung des Feuerwiderstands

Verkleben von Plattenschlössern zur künstlichen Erhöhung des Feuerwiderstands

 

Eine zusätzliche Bestätigung für die hohe Brandsicherheit von Sandwichelementen ist das Zertifikat der amerikanischen Firma FM, die Produkte nach den höchsten internationalen Sicherheitsstandards bewertet, was erhebliche Einsparungen bei der Versicherung ermöglicht. Alle Typen von Ruukki-Sandwichpaneelen sind nach den FM-Normen für Spannweiten bis zu 9 m zertifiziert.

 

Brandversuche nach FM-Standard

Brandversuche nach FM-Standard

 

Was ist die Flammenausbreitungsgruppe M?

 

In der Ukraine ist die Bestimmung eines Indikators vorgeschrieben, der die Fähigkeit einer Gebäudestruktur charakterisiert, der Ausbreitung von Flammen zu widerstehen. Die Prüfmethodik besteht darin, das Ausmaß der Schäden an der Struktur außerhalb der Brandzone zu bestimmen. Während des Tests wird ein kleines Fragment einer 2×2 m großen Struktur 15 Minuten lang einem Dauerfeuer ausgesetzt, woraufhin die Schäden an der inneren Schicht der Probe gemessen werden. Als Ergebnis wird das Bauwerk einer der Gruppen zugeordnet:

 

  • M0 – die Grenze der Flammenausbreitung beträgt 0 m
  • M1 – die Grenze der Flammenausbreitung überschreitet nicht 0,25 m für horizontale Strukturen und 0,40 m für vertikale und geneigte Strukturen, mit Verkohlung, Schmelzen und Verbrennen von Materialien bis zu einer Tiefe von 2 mm
  • M2 – alles, was höhere Werte als für M1 hat

 

Für Sandwichpaneelen mit nicht brennbarer Mineralwollefüllung wird die Flammenausbreitung Gruppe M0 ohne Prüfung festgelegt. Alle Ruukki-Sandwichelemente mit Mineralwolle und Polyisocyanurat Schaum FPI R und X-PIR haben die Flammenausbreitungsgruppe M0, und mit E-PIR – M1.

 

Konstruktion einer Brandwand aus Ruukki-Sandwichpaneelen

Konstruktion einer Brandwand aus Ruukki-Sandwichpaneelen

 

Bei Sandwichpaneelen und hinterlüfteten Fassaden ist die Möglichkeit einer Flammenausbreitung durch die Dämmung oder eines Schwelens unter der Verkleidung besonders gefährlich, da diese Bereiche beim Löschen eines Brandes schwer zugänglich sind. Daher ist die richtige Wahl der Art der Sandwichpaneele und der hinterlüfteten Fassade für den sicheren und dauerhaften Betrieb des Gebäudes äußerst wichtig.

 

Wie lautet die Brandreaktions- oder Entflammbarkeitsklasse?

 

Entflammbarkeit ist die Eigenschaft eines Materials, den Auswirkungen einer Flamme zu widerstehen. Brennbare Materialien sind solche, die sich bei Einwirkung von Feuer oder hohen Temperaturen entzünden, schwelen, verkohlen, rauchen und weiterbrennen, nachdem die Zündquelle entfernt wurde.

 

Gemäß DBN B.1.1-7:2016 werden Baumaterialien als nicht brennbar (NC) oder brennbar (CC) klassifiziert. Brennbare Materialien wiederum werden nach ihrer Entflammbarkeit (G), Entflammbarkeit (B), Flammenausbreitung über die Oberfläche (F), Rauchbildungsvermögen (S) und Toxizität der Verbrennungsprodukte (T) in Gruppen eingeteilt. Gleichzeitig werden nicht brennbare Materialien nicht nach Brandsicherheitsindikatoren (G, B, FP, D, T) unterteilt.

 

Derzeit sind in der Ukraine keine Prüfverfahren für brennbare Materialien (G, V, RP, D, T) in Kraft, so dass zur Bestimmung und Klassifizierung von Brennbarkeitsindikatoren die harmonisierte Norm DSTU EN 13501-1:2016 herangezogen werden muss, nach der das Brandverhalten durch die Brandreaktionsklasse bestimmt wird, die wie folgt lautet:

 

[Hauptklassifizierung]-[Rauchbildung], [Tröpfchenbildung]

 

Die Hauptklassifizierung – A(1.2), B, C, D, E, F – bestimmt die Entflammbarkeit von Produkten, wobei A für nicht brennbare Materialien und F für die am stärksten entflammbaren steht. Nicht brennbare Materialien wie Mineralwolle und Stahl werden als A1 eingestuft, Ruukki-Sandwichpaneele mit Mineralwolle aufgrund des Vorhandenseins von Klebstoff und Polymerbeschichtung werden als A2 eingestuft, und Sandwichpaneele mit PIR-Füllung werden als B eingestuft.

 

Eine zusätzliche Rauch Klassifizierung – s1, s2, s3 – bestimmt die Fähigkeit eines Produkts, Rauch zu erzeugen, wenn es einer Flamme oder hohen Temperatur ausgesetzt wird. Je niedriger die Zahl ist, desto geringer ist die Rauchentwicklung. Ruukki-Sandwichelemente mit Mineralwolle und F-PIR- und X-PIR-Polyisocyanurat Schaum gehören der Rauchklasse S1 an, mit E-PIR-Schaum der Klasse S2.

 

Eine zusätzliche Rauchklassifizierung – s1, s2, s3 – bestimmt die Fähigkeit eines Produkts, Rauch zu erzeugen, wenn es einer Flamme oder hohen Temperatur ausgesetzt wird. Je niedriger die Zahl ist, desto geringer ist die Rauchentwicklung. Ruukki-Sandwichelemente mit Mineralwolle und F-PIR- und X-PIR-Polyisocyanurat Schaum gehören der Rauchklasse S1 an, mit E-PIR-Schaum der Klasse S2.

 

Eine zusätzliche Tröpfchenklassifizierung – d0, d1, d2 – definiert die Fähigkeit eines Produkts, brennende Tröpfchen und Partikel zu bilden, wenn es einer Flamme oder hohen Temperatur ausgesetzt wird. Je niedriger die Zahl, desto geringer die Tröpfchenbildung. Alle Ruukki-Sandwichelemente gehören zur d0-Klasse, d. h. sie bilden beim Brennen keine Tropfen.

 

Ein ungefährer Vergleich der Brandklassifizierung von Wand- und Deckenverkleidungen nach den alten und neuen Normen gemäß DBN B.1.1-7:2016.

IndikatorAlte KlassifizierungNeue Klassifizierung
Nicht brennbarNGA1,A2-s1,d0
EntflammbarkeitSchwer entflammbarG1A2-s1,d1; A2-s1,d2; A2-s2,d0; A2-s2,d1; A2-s2,d2; A2-s3,d0; A2-s3,d1; A2-s3,d2; B-s1,d0; B-s1,d1; B-s1,d2; B-s2,d0; B-s2,d1; B-s2,d3; B-s3,d0; B-s3,d1; B-s3,d2
Mäßig entflammbarG2C-s1,d0; C-s1,d1; C-s1,d2; C-s2,d0; C-s2,d1; C-s2,d2; C-s3,d0; C-s3,d1; C-s3,d2
Mittelschwer entflammbarG3D-s1,d0; D-s1,d1; D-s1,d2; D-s2,d0; D-s2,d1; D-s2,d2; D-s3,d0; D-s3,d1; D-s3,d2
HochentflammbarG4E; E-d2; F
Rauchbildendes VermögenGeringes RauchbildungsvermögenD1s1
Mit mäßigem RauchbildungsvermögenD2s2
Leicht entflammbarD3s3

 

Wie groß ist die Flammenausbreitung auf dem Dach (BROOF – FROOF)?

 

Die Widerstandsfähigkeit von Bedachungen gegen Feuer von außen ist eine wichtige Eigenschaft, deren Definition in der Norm DSTU EN 13501-5:2016 geregelt ist. Die Prüfungen werden nach einem von vier Tests durchgeführt, die die Fähigkeit einer Konstruktion bewerten, der Flammenausbreitung unter verschiedenen Bedingungen der Brandeinwirkung durch brennende Elemente, Wind und Wärmestrahlung bei unterschiedlichen Dachkonstruktionen zu widerstehen.

 

In den EU-Ländern ist der Flammenausbreitung Index für alle Dachkonstruktionen obligatorisch, während er in der Ukraine noch freiwillig ist und hauptsächlich von führenden Herstellern verwendet wird, die sich um die Verbraucher kümmern und die hohe Qualität ihrer Produkte garantieren können. Der Indikator kann die Werte BROOF (tX), CROOF (tX), DROOF (tX), EROOF (tX), FROOF (tX) annehmen, wobei X eine Ziffer von 1 bis 4 ist, die die Testnummer angibt, für die der Test durchgeführt wurde. Die Konstruktion mit der geringsten Flammenausbreitung wird als BROOF eingestuft, und die Konstruktion mit der höchsten Flammenausbreitung wird als FROOF eingestuft. Alle Ruukki Dach-Sandwichelemente wurden nach der ersten Prüfmethode getestet und gehören zur BROOF (t1)-Klasse.

 

Modell eines realen Gebäudes Brandes

 

Auf Wunsch des Herstellers oder des Käufers können Brandversuche an Fassadenkonstruktionen mit Wärmedämmung auch unter realen Brandbedingungen durchgeführt werden. Großflächige Brandversuche werden nach DSTU B V.1.1-21-2009 und mittelgroße Brandversuche – nach DSTU B V.1.1-22-2009 durchgeführt.

 

Groß angelegte Brandversuche

Groß angelegte Brandversuche

 

Die Methode des Großbrandversuchs umfasst drei Brandszenarien für die Eckverbindung von Fassaden:

  • Flammen, die aus einem Innenraum durch ein Fenster austreten
  • Äußere Flammen von brennenden Materialien an einer Wand
  • Wärmestrahlung von einem Brand in einem benachbarten Gebäude

 

Das reale Brand Modell hilft, Schwachstellen in der Gebäudestruktur zu erkennen und den Einfluss von Umweltfaktoren zu berücksichtigen, wodurch die Fähigkeit der Strukturen, der Ausbreitung von Feuer zu widerstehen, erhöht wird.

 

Die Indikatoren für die Brandgefahr von Baumaterialien und -strukturen gehören zu den wichtigsten, da sie die Sicherheit von Eigentum und Menschenleben beeinflussen. Daher ist es wichtig, vor dem Kauf von Sandwichpaneelen, hinterlüfteten Fassaden oder anderen Baukonstruktionen das Wesen dieser Indikatoren und die Besonderheiten ihrer Bestimmung für verschiedene Produkte genau zu verstehen. Das Brandverhalten der von Rauta gelieferten Baumaterialien und Konstruktionen ist in den Konformitätserklärungen angegeben, die auf der Website des Unternehmens öffentlich zugänglich sind. Alle angegebenen Parameter werden durch europäische und ukrainische Prüfberichte bestätigt und können dem Kunden auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden.

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