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Brandschutz – Brandverhalten einzelner Baustoffe [Teil 1]

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Holz

Holz, der altbewährte und altbekannte Brennstoff, wird als Baustoff im Normalfall der Baustoffklasse B2 zugeordnet. Furniere unter 2 mm Dicke werden wegen der leichten Entflammbarkeit B3 zugeordnet. Durch chemische Behandlung kann Holz noch die Klasse B1 erreichen. Innerhalb der Brandschutzklasse gibt es noch Unterschiede im Brandverhalten. So bilden 1 m³ Holz in Form von Dachlatten eine größere Entflammungsgefahr und dadurch Brandgefahr als 1 m³ Holz in Balkenform.
Im Brandfall bildet sich auf dem Holz eine Holzkohleschicht mit schlechter Wärmeleitfähigkeit und dadurch feuerhemmender Wirkung. Bei der Verbrennung des Holzes entstehen CO sowie CO2, bei mit Holzschutzmitteln behandeltem, oberflächenbehandeltem Holz auch gefährliche Gifte.
Im Gegensatz zu vielen vermeintlich „guten“ Baustoffen ist Holz ein Baustoff, der wohl brennt, jedoch sein Molekülgefüge unter der Brandbeanspruchung nicht ändert, gut wärmedämmend ist und nicht plötzlich und ohne Vorwarnung einstürzt. Die angekohlte Oberfläche verlangsamt obendrein den Fortgang des Brandprozesses. Holz erhöht allerdings die Brandlast beträchtlich.

Stahl

Stahl erfährt durch eine starke Temperaturerhöhung wie sie im Brandfall gegeben ist einen raschen und starken Festigkeitsabfall.
Obwohl Stahl ein nichtbrennbarer Baustoff A1 ist, hat er ohne Schutzmaßnahmen eine Feuerwiderstandsdauer von 0 Minuten, denn aufgrund seiner größeren Wärmeleitfähigkeit (Λ = 60W/mK), erwärmt sich Stahl schon nach 5 Minuten um etwa 500° C. Dies ist gleichzeitig die sogenannte kritische Temperatur für den Stahl, nach etwa 10 Minuten Branddauer stürzt die Stahlkonstruktion in sich zusammen wie ein Kartenhaus.
Stahl muss daher grundsätzlich geschützt werden. Dies kann geschehen durch:

  • Feuerschutzanstriche
  • Beton oder einer
  • Ummantelung

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Dadurch, dass Stahl nicht brennt, erhöht er auch nicht die Brandlast, trägt also nicht zur Steigerung der Hitze bei. Stahl dehnt sich stark aus (Längenausdehnungskoeffizient αT = 0,000012 m/m °C). Stahl dehnt sich pro Meter Länge und pro °C Temperatursteigerung um 0,012 mm aus. Dies bedeutet bei einer Temperatursteigerung um 500 °C = 6 mm Verlängerung je Meter Bauteillänge. Diesem Druck hält im Brandfall kein Baustoff stand.

Beton

Von seiner substanziellen Zusammensetzung her gilt Beton als nicht brennbarer Baustoff A1, auch wenn er den weit gefährdeteren Stoff Stahl in seinem Innern enthält. Die Wärmeleitfähigkeiten von Beton beträgt nur 2,1 W/mK, die von Stahl dagegen 60 W/mK, was bei dicht bewehrten Bauteilen und besonderes bei Spannbetonbauteilen nicht übersehen werden darf. Die Wärmeausdehnung von Beton und Stahl dagegen ist nahezu gleich, was ja auch eine der wesentlichen Voraussetzungen dafür ist, aus den beiden Baustoffen Stahl und Beton den Verbundbaustoff Stahlbeton herzustellen.
Die Feuerwiderstandsklasse hängt von der Abmessung des Bauteils, vor allem aber von der Betonüberdeckung ab. Ist die Betonüberdeckung der Stahleinlagen zu gering, so platzt diese im Brandfall ab, der Stahl liegt frei und die Konsequenz ist die wie bei einer ungeschützten Stahlkonstruktion. Da der Stahl, der biegezugaufnehmende Teil einer Stahlbetonkonstruktion darstellt und die Kräfte aus der Biegung einer Decke zu tragen hat, steht und fällt die Standsicherheit mit der statischen Funktionserfüllung der Bewehrung. Betonkonstruktionen und Stahlbetonkonstruktionen bilden keine Brandlast und entwickeln auch keine toxischen (giftigen) Gase.

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