Net als van traditionele bouwmaterialen moet ook van biobased materialen als stro, leemstuc, houtvezel, miscanthus en hennepvezel worden vastgesteld hoe goed ze presteren bij brand. Een nieuwe teststrategie moet inzicht geven in onder meer het brandgedrag van biobased isolatiematerialen.
Deze (vaak samengestelde) bouwmaterialen worden beproefd op meerdere essentiële kenmerken en daarvan worden er in dit artikel twee behandeld: classificatie van de brandwerendheid van constructies volgens EN 13501-2 en classificatie van het brandgedrag van materialen volgens EN 13501-1.
Productnormen
In Europa worden de prestaties bepaald door onafhankelijke brandlaboratoria die geaccrediteerd zijn volgens ISO/IEC 17025. Indien er van een bepaald type product een geharmoniseerde productnorm is aangewezen dienen de testen ook door een door Europa genotificeerd testinstituut, een Notified Body, uitgevoerd te worden. Brandwerende deuren en ramen in de buitenschil zijn een goed voorbeeld, deze vallen sinds 2019 onder de productnorm EN 16034.
Via het Bbl (Besluit bouwwerken leefomgeving) en meerdere NEN-normen worden de twee Europese classificatienormen aangestuurd die op hun beurt verwijzen naar Europese beproevingsmethodes. Dit maakt het werken met deze normen soms zeer complex. In onderstaande tabel zijn de meest relevante normen opgesomd waarnaar in dit artikel verwezen wordt.
Brandwerendheid van constructies
De brandwerendheid (fire resistance) geeft aan hoe lang een constructie een brand kan tegenhouden. Om de brandwerendheid van een verticale constructie te bepalen, wordt de constructie, zoals bijvoorbeeld een wand of deur voor een brandoven geplaatst. Bij een horizontale constructie zoals een vloer wordt de constructie op de oven gelegd. Vervolgens wordt de temperatuur in de oven meestal volgens de gestandaardiseerde brandcurve verhoogd (standard heating curve). Hierbij is na een half uur de temperatuur al ruim 800 °C, na een uur zelfs bijna 1000 °C.
Andere brandcurves, bijvoorbeeld de buitenbrandcurve, Rijkswaterstaat-, of koolwaterstofcurve zijn ook mogelijk. Tijdens de proef worden diverse prestaties beoordeeld, voorbeelden daarvan zijn onder andere de oppervlaktetemperatuur, straling en vlamdichtheid. Meer informatie over deze prestaties is terug te lezen in het kader onderaan dit artikel.
De linker foto toont de opbouw van diverse proefstukken voor een brandwerendheidstest in een volledig houten wand van CLT. In deze specifieke test is wordt beproefd of de afdichtingsmaterialen voor leidingen, kabels en buizen voldoen in een dergelijke wand. Daarvoor worden in de wand sparingen opgenomen, zoals die ook in het gebouw kunnen worden gemaakt. Het is goed voor te stellen dat de testresultaten in bijvoorbeeld een steenachtige wand anders zullen zijn. Daarom zullen de producenten van dit soort materialen separaat testen in dergelijke biobased ondersteuningsconstructies.
Varianten onderzoeken
Binnen het Europese classificatiesysteem wordt verwezen naar verschillende specifieke testnormen. Bijvoorbeeld niet-dragende scheidingswanden worden beproefd volgens EN 1364-1, daken en vloeren volgens EN 1365-2 en doorvoeringen volgens EN 1366-3 zoals weergegeven op de rechter foto. Hier is te zien dat er verschillende types buizen, leidingen en kabels worden meegenomen in de test-setup. Allemaal varianten die onderzocht dienen te worden voordat een afdichtingsproduct als brandwerend verkocht mag worden.
De foto bovenaan dit artikel toont een voorbeeld van een test aan een hout-aluminium raamconstructie. Op de constructie zijn de meetsensoren (thermokoppels en stralingsmeters) aangebracht voor het meten van de verschillende prestaties. Deuren en ramen voor toepassing in de buitengevel worden beproefd volgens EN 1634-1 en dienen te voldoen aan de geldende geharmoniseerde productnorm EN 16034. De resultaten zijn noodzakelijk voor CE-markering van het product. In de certificaten is duidelijk omschreven welke biobased ondersteuningsconstructies toegestaan zijn, denk hier aan de steeds meer voorkomende gevels van CLT of hsb. Deze worden separaat beproefd en vallen niet standaard onder het toepassingsgebied van een test in een steenachtige wand.
Brandgedrag van materialen
In de Nederlandse regelgeving (Besluit bouwwerken leefomgeving) worden eisen gesteld aan het brandgedrag van bouwmaterialen om zo bij brand de risico’s te beperken. Sinds 2012 worden deze eisen uitgedrukt in de Euroklasse (ook nog brandklasse genoemd). Hiermee sluit het Bbl aan bij het Europese stelsel van productclassificatie, waarbij op basis van geharmoniseerde testmethoden het brandgedrag wordt bepaald. De classificatie van het brandgedrag maakt deel uit van de CE- markering die inmiddels voor veel bouwproducten vereist is.
De meeste bouwproducten die toegepast worden in Nederland moeten voldoen aan de Euroklasse B, C, D of E. Daarvoor zijn twee testen nodig, de Single Burning Item test en de Small Flame-test; voor Euroklasse E kan worden volstaan met alleen de laatste test. Meer informatie over deze testmethoden is te vinden in het kader onderaan dit artikel.
Op de foto hiernaast wordt een test uitgevoerd volgens EN/ISO 11925-2 aan mos voor MossFactory.
Samenwerking met Building Balance
Het verkrijgen van de juiste classificatierapporten voor brandwerendheid en brandgedrag is bepaald geen sinecure en de investeringen daarvoor zijn hoog. Daardoor eindigen initiatieven om nieuwe materialen te introduceren soms vroegtijdig en dat staat grootschalige toepassing van dergelijke materialen in de bouwkolom in de weg.
Het programma Building Balance initieert, stimuleert en ondersteunt zelfstandige regionale en landelijke ketens, van land tot pand. Het verbindt ketenprojecten, bundelt kennis en creëert op alle niveaus de condities waarmee ketens kunnen opschalen. Doel is om samen met partners de transitie naar een circulaire en biobased (bouw)economie te versnellen.
Daarom ontwikkelen Building Balance, Nieman, Efectis en Peutz samen een nieuwe teststrategie om diepgaand inzicht te krijgen in het gedrag bij brand van biobased isolatiematerialen en de brandwerendheid van houtskeletbouw constructies met biobased isolatiematerialen.
Tijdens de testen worden geen specifieke eindtoepassingen beproefd, maar wordt er getest om meer te leren over het gedrag van het materiaal bij brand. Voorbeeld daarvan is dat in het onderzoek isolatiematerialen rechtstreeks worden belast met brand. Bij een praktijkopstelling kan het heel lang duren voordat de brand bij het isolatiemateriaal is, omdat het dan getest wordt tussen plaatmaterialen in.
In dit onderzoek worden hsb-elementen onderzocht met gaas voor het isolatiemateriaal in plaats van bijvoorbeeld gips. Daardoor zorgen we ervoor dat bij uitvoering van een SBI of Small Flame-test, de brand direct bij het materiaal komt. Op deze wijze komen we meer te weten over hoe het materiaal reageert op brand. Ten slotte plaatsen we ook thermokoppels (temperatuursensoren) in het proefstuk om de temperatuurontwikkeling tijdens de test in het materiaal te meten. Ook dat levert waardevolle informatie op die goed gebruikt kan worden in de brandveilige toepassing van het product.
Testresultaten
De bedoeling van dit grote onderzoek is dat de markt straks weet hoe bij eenzelfde hsb-wand verschillende isolatiematerialen presteren. Misschien presteert stro beter dan miscanthus, of presteren celluloseplaten beter dan cellulosevlokken.
Ook mooi is dat we bij deze testen verder kijken dan alleen brandveiligheid. Er worden meer eigenschappen beproefd, zoals de bouwfysische en akoestische prestaties. Dat stimuleert verdere productontwikkeling. Misschien kan een bepaald element in de hsb-wand dunner worden toegepast. Of kan een wand aan de binnenzijde met andere materialen worden afgewerkt om de akoestische prestaties te verbeteren, zonder dat dit de brandprestaties negatief beïnvloedt.
Building Balance heeft inmiddels de eerste testresultaten gedeeld met brandveiligheidsadviseurs, hsb-bouwers en leveranciers van bouwmaterialen.
Criteria brandwerendheid van constructies
Bij brandwerende constructies wordt de brandwerendheid uitgedrukt in de prestaties E, EW, EI, EI1 en EI2 met de classificatieduur daarbij vermeld. Meestal gaat het dan om 30, 60, 90 of 120 minuten. Daarnaast kan -ef aan de eis worden toegevoegd, external fire, oftewel een buitenbrand. Een buitenbrand kan naar verwachting minder heet worden dan een brand binnen, daarom wordt bij een test de oven getemperd en krijgt een zodanig geteste constructie een classificatie met de term -ef. De verschillende lettercombinaties E, EW, EI, EI1 en EI2 staan voor:
– E: vlamdichtheid. Tijdens de test ontstaan er geen vlammen die langer aanhouden dan 10 seconden, maar er ontstaan ook geen gaten of spleten in de constructie en geen uitstroom van te hete gassen. Dit laatste wordt gecontroleerd met een wattenkussen.
– EW: straling. Deze constructie moet vlamdicht zijn en op een meter afstand van de constructie mag de stralingsflux niet hoger zijn dan 15 kW/m². Dit is een straling waarbij bijvoorbeeld meubilair spontaan kan ontbranden.
– EI, EI1 en EI2: isolatie. Deze constructies moet vlamdicht zijn en de temperatuur op bijvoorbeeld de deur, het glas, de vloer of de wand aan de veilige of koude zijde mag gemiddeld niet hoger worden dan 140 °C en maximaal 180 °C. Voor kozijnen rondom de deur- of raamvleugel is de maximaal toegestane temperatuur 360 °C bij EI2.
Toelichting meest voorkomende testmethoden brandgedrag van materialen
Aan de hand van de beoogde brandklasse zijn specifieke brandtesten voorgeschreven. Veel voorkomende eisen in Nederland zijn de brandklassen B, C of D conform EN 13501-1.
Om de brandklasse vast te stellen zijn twee verschillende proeven nodig. De eerste is de ‘Small Flame-test’ conform EN/ISO 11925-2. Dit is een eenvoudige test waarbij een proefstuk in aanraking wordt gebracht met een klein vlammetje (visualiseer niveau aanstekervlam) om te kijken of het materiaal ontbrandt. De beoordeling van de small flame-test is gebaseerd op de branduitbreiding en aanwezigheid van brandende druppels.
De tweede test is de SBI-test conform EN 13823. De afkorting staat voor ‘Single Burning Item’ en deze test simuleert een beginnende brand. Tijdens de SBI- test wordt gemeten hoeveel energie en rook vrijkomen van het te testen product. Veelal wordt de test vergeleken met een brandende prullenbak, maar daarmee ligt onderschatting van het niveau van de brand op de loer. Een brandende prullenbak doet een klein brandje vermoeden, maar het brandvermogen waaraan het proefstuk wordt blootgesteld bedraagt circa 31 kW en het proefstuk wordt gedurende 20 minuten met dit brandvermogen belast. De temperatuurbelastingen op het proefstuk bedragen daarbij vrijwel vanaf het begin circa 700 tot 800 °C.
Dit artikel is eerder gepubliceerd in de Bouwspecial Brandveiligheid 2024.
