Technische documentatie V CE 2004 Brandgedrag BRANDGEDRAG

Transcriptie

1 Technische documentatie V CE 24 Brandgedrag 5 7. BRANDGEDRAG 7.1 Inleiding Geëxpandeerd polystyreen in normale kwaliteit is zeer licht ontvlambaar en verbrandt volledig na verwijderen van de ontstekingsbron. (klasse B3 'leicht entflammbar' volgens DIN 42) Betreffende de veiligheid bij het uitvoeren, herstel - of renovatiewerkzaamheden wordt in de bouwsector normaal uitsluitend geëxpandeerd polystyreen van brandvertragend gemodificeerde kwaliteit gebruikt. Deze SE-kwaliteit dooft spontaan na verwijdering van de uitwendige warmtebron en brandt niet verder. (SE = Self Extinguishable) De indeling van reactie bij brand van EPS is verschillend van land tot land. Momenteel bestaan volgende klassen voor SE-kwaliteit in geëxpandeerd polystyreen : - klasse A1 volgens NBN S21 23 BELGIE - klasse II volgens NEN 665 NEDERLAND - klasse B1 volgens DIN 42 DUITSLAND - klasse M1 volgens NF P FRANKRIJK - klasse E volgens EN (EN ISO ) EUROPA Deze kwaliteit is herkenbaar door een "rode" kleurcodering op de zijkant van de platen. Deze kwaliteit wordt bekomen na voldoende stockagetijd in functie van de afmetingen en densiteit van de platen. (Het drijfmiddel pentaan moet voldoende uitgediffundeerd zijn.) Als vuistregel worden volgende stockagetijden weergegeven: PS 15 SE PS 3 SE dikte 2 mm: 1 week dikte 5 mm: 2 weken dikte 2 mm: 3 weken dikte 5 mm: 3 weken Zonder bekleding is de brandweerstand gelijk aan minuten (Rf). De brandweerstand wordt bepaald door de beoordeling van de ganse constructie. Het brandvertragend additief HBCD blijft ongewijzigd in het materiaal aanwezig. Er is geen evolutie in de tijd bij normale condities en temperatuur. Het brandgedrag van EPS hangt, zoals bij elk brandbaar materiaal, niet alleen af van zijn scheikundige samenstelling maar meer nog van de fysische toestand. Zodoende is de volumieke massa (densiteit) en de vorm van een product in geëxpandeerd polystyreen, de relatieve opstelling ten opzichte van een ontstekingsbron, de plaats van het product (dit zal invloed hebben op het warmtetransport) en de toevoer mogelijkheid van zuurstof (ventilatie) alle belangrijke factoren om het potentieel brandrisico van EPS te bepalen.

2 Technische documentatie V CE 24 Brandgedrag Algemene brandeigenschappen van EPS Algemeen Bij blootstelling aan temperaturen boven C, begint EPS te verweken en te verschrompelen om uiteindelijk te smelten. Bij verdere blootstelling aan warmte, worden bij de ontbinding van de smelt gasvormige brandbare produkten gevormd. Of deze gevormde gassen bij de ontbinding van de smelt al of niet ontstoken kunnen worden door een vlam of een vonk hangt af van de temperatuur, de tijdsduur van de blootstelling aan warmte en de luchtstroom (beschikbaarheid van zuurstof). Gesmolten EPS wordt normaal niet ontstoken door lasvonken of gloeiende sigaretten alhoewel kleine vlammen EPS zullen ontsteken tenzij het vlamvertragende additieven bevat (voor SE kwaliteit zie verder). Het blaasmiddel, pentaan, dat gebruikt wordt bij de produktie van EPS verdwijnt grotendeels na een korte periode volgend op de produktie van het schuim en speelt geen belangrijke rol in het daaropvolgend brandgedrag van EPS. De vlamontstekingstemperatuur die bepaald is volgens ASTM D1929 bedraagt ongeveer 36 C voor de normale kwaliteit EPS en ongeveer 37 C voor de brandvertragende gemodificeerde kwaliteit. Deze waarden wijzen erop dat decompositie op grote schaal van gesmolten EPS tot de vorming van ontvlambare gassen slechts plaats vindt nadat de temperatuur tot 35 C of meer gestegen is. De zelf-ontstekingstemperatuur in afwezigheid van een vlam is boven 45 C. De aanwezigheid van brandvertragende additieven leidt tot belangrijke verschillen in brandgedrag van de SE kwaliteit t.o.v. de normale kwaliteit zoals meer gedetailleerd uiteengezet wordt in wat volgt: Brandeigenschappen - normale kwaliteit Na de ontsteking verspreidt de brand zich volledig over het blootgestelde oppervlak van de EPS in normale kwaliteit en zal verder branden tot al het EPS verbruikt is. De lage densiteit van het schuim draagt bij tot het gemakkelijker verbranden door een hoger aandeel van lucht in het polystyreen. De aanwezige massa aan materiaal is laag en zodoende is eveneens de hoeveelheid vrijkomende warmte laag Brandeigenschappen - SE kwaliteit Deze kwaliteit bevat een kleine hoeveelheid (< 1%) hexabromocyclododecaan (HBCD). Dit is een cyclo-alifatische broomverbindig, en behoort NIET tot de groep van aromatische broomverbindingen, zoals de PBDO s (polybroomdifenyloxiden) of PBB s (polybroombifenylen), die vanwege hun risicopotentiaal (vorming van dioxines en furanen tijdens verbranding) niet meer gebruikt kunnen worden. Geëxpandeerd polystyreen bevat overigens ook geen chloorverbindingen. Deze SE kwaliteit heeft een voordelig effect wanneer EPS blootgesteld wordt aan een brandhaard. Het schuim smelt snel weg van de warmtebron en vermindert de ontstekingswaarschijnlijkheid. De ontbindingsprodukten van de additieven veroorzaken het uitdoven van de vlam zodat wanneer een kleine ontstekingsbron verwijdert wordt, EPS niet verder zal blijven branden. Alhoewel de complexiteit van een echte brand het zeer moeilijk maakt om de globale brandreactie te voorspellen vanuit laboratorium tests, zijn er verschillende kleinschalige tests die duidelijk aangeven dat het veel moeilijker is om SE kwaliteit te ontsteken in tegenstelling tot de normale kwaliteit. In de aanwezigheid van een grote ontstekingsbron of een belangrijke warmteflux afkomstig van de brand van ander materiaal zal ook de SE kwaliteit van geëxpandeerd polystyreen branden, wat weerspiegeld wordt door de organische oorsprong van polystyreen.

3 Technische documentatie V CE 24 Brandgedrag Kalorische waarde en warmteafgifte De kalorische waarde van geëxpandeerd polystyreen (42MJ/kg) is ongeveer het dubbel van hout (18,6 MJ/kg) maar, rekening houdende met de volumemassa van de twee materialen bedraagt de kalorische waarde per volume voor geëxpandeerd polystyreen 54 MJ/m 3 tot 125 MJ/m 3 in vergelijking met 715 MJ/m 3 tot.4 MJ/m 3 voor houtprodukten. De totale warmte-inhoud van materialen beïnvloedt de brandveiligheid op het punt van de tijdsduur van een brand, maar betreffende de branduitbreiding is de snelheid van afgifte van warmte-inhoud in hoofdzaak belangrijk. Dit laatste is sterk afhankelijk van de omstandigheden van de brand. De warmteafgifte van geëxpandeerd polystyreen is ongeveer driemaal zo hoog als van zacht timmerhout, maar de tijdsduur is veel korter. De uitbreiding en de snelheid van warmteafgifte wordt in eerste instantie gelimiteerd door de ventilatie. Een schuim met een densiteit van 16 kg/m 3 bijvoorbeeld heeft meer dan 15 keer zijn volume nodig om een volledige verbranding te bekomen. Volledige verbranding van geëxpandeerd polystyreen valt onwaarschijnlijk voor, zodat de volledig potentiële warmte zelden vrijkomt. 7.3 Rook en emissies van gassen tijdens de brand Wanneer EPS brandt, produceert het aanzienlijke hoeveelheden rook. In eerste instantie is de rookemissie evenredig met de massahoeveelheid die verbruikt wordt door de vuurhaard. Bij toepassingen waar EPS gebruikt wordt zonder een beschermende bekleding is de hoeveelheid rook beperkt door de verhouding van massahoeveelheid en oppervlakte van het lage densiteit schuim. EPS wordt echter in de meeste toepassingen gebruikt achter een oppervlaktebekleding die tegen brand beschermd. De brandklasse van een gecacheerd product wordt bepaald door bekleding en lijmsoort. EPS zal door toedoen van de warmte verschrompelen, maar zal gewoonlijk niet ontsteken of bijdragen tot de brand. Zodoende zal EPS in de aanbevolen toepassingen geen aanleiding geven tot rookverduisteringrisico in geval van brand. Zoals hierboven aangegeven, is het moeilijk het gedrag in een echte brand te voorspellen aan de hand van kleinschalige tests. Dezelfde overwegingen gelden indien men het gevaar van gas emissies van brandbare materialen wil benaderen. In de praktijk worden twee benaderingen gevolgd: ten eerste; de bepaling van de thermische ontbindingsprodukten en ten tweede; studies gebaseerd op biologische testen. Het is nodig de twee benaderingen te combineren om een realistische algemene schatting te maken van het gevaar. Een kleine schaal test betreffende toxiteit bij verbranding die relevante resultaten geeft i.v.m. een reële brand is DIN Gebaseerd op deze test worden in tabel 7.1 de thermische ontbindingsprodukten samengevat van EPS en andere celvormige bouwmaterialen. Biologische studies met acute toxische inademing hebben aangetoond dat gassen die afgegeven worden bij smeulen of branden van EPS een analoog toxisch effect hebben als deze die afgegeven worden bij verbranding van andere organische materialen. Het is aangetoond dat een realistische toxiteitbenadering gemaakt kan worden gebaseerd op het in de rookgassen. Deze studies tonen eveneens dat de gassen die afgegeven worden bij de verbranding of het smeulen van EPS zeker niet schadelijker zijn voor de gezondheid dan deze afkomstig van conventionele bouwmaterialen, bijvoorbeeld vezelplaat en kurk. Tabel 7.1 toont aan dat er belangrijke hoeveelheden en styreenmonomeer vrijkomen bij de verbranding van EPS. De relatieve toxiteit kan geschat worden aan de hand van de figuren voor de acute inademing - toxiteit - waarde( CL 5 - inademingperiode van 3 min.) van,55 % v/v en 1, % v/v styreen. Zodoende is de acute inademingstoxiteit van styreen minder dan deze van en zijn concentratie in de EPS ontbindingsprodukten is eveneens minder bij hogere temperaturen die gevonden worden bij brand. Vandaar dat men kan besluiten dat het grootste toxische gevaar vertegenwoordigt.

4 Technische documentatie V CE 24 Brandgedrag 53 Bij SE - kwaliteit worden sporen van waterstofbromide ( - 15 ppm) waargenomen volgens de DIN methode. De LC 5 - waarde voor HBr is gelijkwaardig aan deze van. Omdat de concentratie zo laag is in vergelijking met, is de aanwezigheid in de rook afgegeven bij de verbranding van EPS type SE niet significant voor een bijdrage tot het gezondheidsrisico. Door de lage concentratie van HBr worden er geen abnormale corrosieve effecten verwacht. 7.4 Schatting van het brandrisico bij typische EPS toepassingen in gebouwen Principieel kan EPS gebruikt worden in alle constructiedelen waar isolatie vereist is. In alle landen bestaan er eisen aan bouwmaterialen betreffende hun classificatie bij brandgedrag. Deze eisen kunnen het gebruik van EPS zodanig beïnvloeden dat voor sommige gebouwen enkel SE - kwaliteit mag toegepast worden. Het brandgedrag van een bouwmateriaal is niet alleen afhankelijk van zijn gedrag wanneer het als zuiver materiaal getest wordt, maar eveneens van de uiteindelijke constructietoepassing. Dit betekent dat voor toepassingen van EPS, het belangrijkste is een schatting te kunnen maken in samenhang met de rest van het bouwelement waarin of waarop EPS is gebruikt. Zeer belangrijk daarin zijn beschermd of niet beschermd oppervlak, bevestigingswijze in het constructiedeel met of zonder eisen betreffende brandweerstand. Volumefractie (ppm) van de gassen die vrijkomen bij een temperatuur van vrijkomende gassen bij C 4 C 5 C 6 C verbranding EPS normale kwaliteit styreenmonoxide andere aromaten waterstofbromide 5** 2 sporen 2** 4** 5 3 *** 5 SE-kwaliteit styreenmonoxide andere aromaten waterstofbromide aromaten aromaten ** 5 sporen 4** - 14*** sporen 5** *** - 24*** 5** *** - 59*** ** *** 69** hout (green,vuren) isolatie houtspaander plaat geëxp. kurk ** *** 15*** 29*** aromaten sporen 2 Tabel 7.1 : volumefracties vrijkomende gassen bij verschillende materialen i.f.v. temperatuur Opmerking : Test condities zoals vastgelegd in DIN ; lucht toevoersnelheid l/u Proefstaal x 15 x 2 mm. * resultaten van BASF. ** smeulen / gloeien. *** vlam - niet gemeten.

5 7.5 Euroklasse Technische documentatie V CE 24 Brandgedrag 54 De Europese Raad streeft naar vrij handelsverkeer van producten binnen de Europese Unie. Dit heeft voor de bouwproducten geleid tot de Construction Product Directive (CPD) ofwel de Richtlijn Bouwproducten. Deze richtlijn bepaalt niet de wettelijke eisen in de diverse landen, maar heeft tot doel de handelsbelemmeringen weg te nemen binnen de Europese Unie. Dus vrij verhandelbaar, maar daarom nog niet vrij toepasbaar! Het nieuwe Europese systeem voor het brandgedrag van bouwproducten is gebaseerd op zes Euroklassen, gaande van A1, A2, B1 tot en met E en de restklasse F (voldoen niet aan klasse A1 tot en met E). Het referentie-scenario voor de Euroklassen is een brand in een hoek van een kamer. Belangrijk hierbij is dat de, in ons geval EPS isolatiebouwproducten beoordeeld worden in een enduse situatie, m.a.w. niet het product op zich, maar geplaatst in zijn definitieve constructie met aanwezigheid van de eindafwerking of bekleding. De klassen A2, B, C en D worden gedekt door de SBI-test (Single Burning Item). Dit is een nieuw ontwikkelde testmethode waarin het brandgedrag beoordeeld wordt bij een middelgrote warmtebron, met als ontstekingsbron een brandend voorwerp (zoals prullenbak, klein meubelstuk) in de hoek van een kamer. De huidige indeling van reactie bij brand van EPS is verschillend van land tot land (zie paragraaf 7.1). Binnen enkele jaren zal overgegaan worden naar de Europese klassificering. De SE-kwaliteit van EPS zal ingedeeld worden bij Euroklasse E in onbeklede of onbeschermde vorm (Small Flame Test volgens norm pren ISO ). De gewone kwaliteit wordt ingedeeld bij Euroklasse F. Definitie Euroklasse E : product dat gedurende een korte periode kan weerstaan aan een kleine vlam zonder substantiële vlamuitbreiding. De nieuwe klassering geeft een indeling van bouwproducten en niet van bouwmaterialen. Per toepassing zal een klassificatie worden gegeven. In functie van de bekleding en toepassing (end-use) kan men een betere of hogere klassificatie behalen. Euroklasse B zal bereikbaar worden met een aangepaste bekleding zoals o.a. gipskarton. Voor de toekomst is het belangrijk een duidelijke vermelding te geven van de norm om geen verwarring te krijgen met de klasse A1 volgens de Europese en Belgische norm. SBI-criteria: FIGRA: Fire Growth Rate Index LFS: Lateral Flame spread THR 6 : Total heat release during first 6 sec SMOGRA: index smoke development (s1, s2, s3) Burning Droplets: occurance and burning duration of burning droplets (d, d1, d2) End Use Mounting and fixing EN : resultaten onbeklede EPS platen (end-use is niet gekend) Standaard mounting en fixing (geen spouw, mechanische bevestiging SBI EN EPS-SE ~ kg/m³ (bv. EPS 6 SE) ~2 kg/m³ (bv. EPS SE) ~4 kg/m³ (bv. EPS SE) 2 mm Bs2d Ds2d Ds2/s3d 6 mm Ds3d Ds3d/d1 Ds3d1 15 mm Ds3d2 Ds3d2 (E) (*) EN mm (E) (*) (E) (*) (E) (*) EPS - F Normaal (*) no ignition of filter paper in class E EPS-SE: B1/B2 volgens NFP EPS-Normaal: B3 volgens DIN 42 en M3 volgens NFP

6 Technische documentatie V CE 24 Brandgedrag 55 EN : resultaten beklede EPS platen (end use is dus gekend) Gipskarton mm of 13 mm end-use = binnenisolatie o + EPS type normal of SE : klasse Bs1d Aluminiumfolie end-use = industriële wand of dakisolatie o + EPS type normal: klasse F o + EPS type SE: klasse E 7.6 Belangrijke opmerkingen i.v.m. brandgedrag - pas EPS nooit onbeschermd toe - denk aan compartimentering, detaillering van de constructie - beoordeel niet het materiaal afzonderlijk, maar het gebouw, de constructie... als één geheel! - neem preventieve maatregelen (blusapparaat, ) bij renovatie of herstelwerken - zonder bekleding is de brandweerstand gelijk aan nul minuten - de SE-kwaliteit wordt bekomen na voldoende stockagetijd in functie van de densiteit en afmetingen. Het drijfmiddel pentaan moet voldoende uitgediffundeerd zijn. - het brandvertragend additief blijft in EPS aanwezig, de SE-kwaliteit blijft behouden gedurende de gebruiksperiode van de isolatie.