Innovatieve Materialen nummer 3 2015

22

Zelfdovend hout

De laatste jaren is de aandacht voor hout als constructiemateriaal enorm toegenomen. Dat komt vooral omdat het een hernieuwbaar materiaal is, sterk en er is relatief snel mee te bouwen. Een primeur is het natuurlijk niet, want woningen worden al sinds de men-senheugenis van hout gemaakt, maar nieuw is wel dat momenteel overal in de wereld wordt nagedacht over houten hoogbouw: tien tot dertig verdiepingen of meer. In de VS, Canada en Zweden wordt serieus nagedacht over houten wolkenkrabbers en in het Noorse Bergen

Onderzoek naar het brandgedrag houten constructies

Cross Laminated Timber (CLT) is een duurzaam materiaal voor constructieve toe-passingen, ook voor hoogbouw. Het is gemaakt van kruislings verlijmd hout, en

daar zit meteen een probleem. Hout brandt. En omdat brand kan leiden tot falen van een constructie, en dat dat falen juist bij hoogbouw enorme impact kan heb-

ben, is de hoogte waarmee in hout wordt gebouwd gelimiteerd. Echter, in de huidige ontwerpmethoden zijn lang niet alle aspecten voor een materiaal als CLT

meegenomen. Ir. Roy Crielaard, TU Delft, onderzocht het brandgedrag van CLT con-structiemateriaal, en toonde aan dat CLT zich onder bepaalde omstandigheden ook

zelf kan doven.

staat inmiddels een houten gebouw van veertien verdiepingen. Er is echter een probleem: hout brandt. De brandbaarheid limiteert de hoogte van houten gebouwen. Voor hoge ge­bouwen is die vermeende brandbaar-heid een extra probleem, vanwege de impact van het falen van de constructie door brand. Om het vereiste veiligheids­niveau te garanderen worden daarom juist bij hoge gebouwen scherpe eisen gesteld aan het veiligheidsniveau. De Eu-rocode schrijft voor dat zulke structuren buitengewoon veilig en robuust moeten

zijn, de zogenaamde veilig heidsklasse 3. Om daaraan met houten constructie te kunnen voldoen wordt om veel inzicht gevraagd in het brandgedrag van het constructiemateriaal. In het ontwerp wordt het brandgedrag van houtcon-structies nu vaak alleen bepaald door de snelheid van verkoling. Er zijn echter veel meer factoren van invloed. Precies daarom heeft Roy Crielaard onderzoek gedaan naar de ‘fire dynamics’ van een belangrijk houten constructiemateriaal: Cross Laminated Timber, CLT.

Innovatieve Materialen nummer 3 2015

23

CLT Cross Laminated Timber, CLT, is een in-teressant materiaal voor de constructie van uiteenlopende structuren, ook voor hoogbouw. Het materiaal werd in de jaren negentig in Zwitserland ontwikkeld en wordt gemaakt van kruislings aan en op elkaar gelijmde, houten lagen. Aan-vankelijk was het vooral bedoeld voor vloeren, wanden en daken, maar het bleek al snel grote voordelen te hebben als prefab materiaal, bijvoorbeeld voor woningen. Over de exacte brandeigen-schappen van CLT was echter niet heel veel bekend. Wat is bijvoorbeeld de in­vloed van de vorming van een koollaag? En onder welke omstandigheden heeft dat welk effect op het verloop van een brand? Kan de vorming van kool leiden tot zelfdoving? Is er een kritische massa nodig om aanstraling op gang te hou­den? Smeulende verbranding Crielaard heeft onderzocht wat er pre-cies gebeurd als een constructie – bij­voorbeeld de wanden en vloeren in een appartement – van onbehandeld, on-beschermd CLT gaat branden. Daarbij is op hoofdlijnen naar drie dingen gekeken: het brand­ en smeulgedrag, het effect van aanstralen en luchtstroming, en de-laminatie. Om met het eerste te beginnen: bran-dend hout zal op een gegeven moment overgaan in smeulend hout. Dat hout

smeult naar de kern toe zolang er uit de omgeving voldoende energie wordt toegevoerd, uit de ‘brandende’ ruimte welteverstaan. De vraag is dan: wat is voldoende? Of beter nog, wat is de grens waaronder er te weinig energie wordt toegevoerd en de smeulende verbran­ding dooft? Met behulp van experimenten in het laboratorium van Efectis werd bepaald dat CLT onder een warmteflux van 5 à 6 kW/m2 dooft. Ook de invloed van luchttoevoer is onderzocht, en daaruit bleek dat bij een warmte­input van 6 kW/m2 de luchtstroom niet hoger mag liggen dan 0,5 m/s.

Een tweede serie experimenten werd uitgevoerd met testkamers met één, twee of drie wanden. Daarbij bleek ook soms onder 5 kW/m2 het smeulproces casu quo ‘de brand’ zich voort te zetten. Een belangrijke reden daarvoor was delaminatie van het CLT. CLT bestaat uit panelen die zijn verlijmd. Bereikt het smeulende front deze laag, dan verliest ze haar hechting en valt af. De brand neemt dan in hevigheid toe en kan zich vervolgens voortzetten in de volgende laag, waarbij het smeulfront de volgen-de lijmlaag kan bereiken enzovoort. De voortgang van dit delaminatieproces is niet te voorspellen en vormt daardoor

In de cone calorimeter is onderzocht bij welk niveau van aanstraling het hout uit zichzelf dooft

Kruislaaghout, of CLT, bestaat uit lagen van 20 tot 80 mm dikte, kruislings verlijmd tot panelen met een dikte tot wel 300 mm

Innovatieve Materialen nummer 3 2015

een groot risico. In een laatste experi-ment is daarom CLT gebruikt met een dikkere toplaag (twee keer zo dik), waar-door zelfdoving kon optreden, voordat het smeulfront de lijm bereikte. Regelgeving Zelfdoving kan dus de kans op het falen van een constructie door brand aanzien-lijk verkleinen. Dat zou volgens Crielaard kunnen betekenen dat het fenomeen van zelfdoving wordt meegenomen in de bouwvoorschriften. Bovendien zou het effect van zelfdoving volgens Crielaard onderdeel kunnen worden van het ont-werp van houten gebouwen volgens de Eurocode klasse 3. Het zou als onderdeel van een algeheel brandveiligheidscon-cept onderdeel kunnen uitmaken van de risicoanalyse met het oog op de vei­ligheid en robuustheid van een houten constructie. Ten slotte kunnen de nieuwe inzichten een belangrijke invloed hebben op de perceptie van hout als constructiemate-riaal, ook voor hoogbouw. Maar zo ver is het nog niet. Voordat de aangetoonde principes ook in werkelijk­heid worden benut, is meer onderzoek nodig. Daarbij moet worden gedacht aan houtsoort, dikte, wijze van ventilatie, de soort lijm die wordt toegepast, interactie met andere materialen enzovoort. De winst is echter dat nu is aangetoond dat

zelfdoving zich überhaupt voordoet, kan worden beïnvloed en daarmee een rol kan spelen zowel voor het ontwerp van een constructie, als in de regelgeving. Roy Crielaard presenteerde het rapport ‘Self-extinguishment of cross-laminated timber’ op de TU Delft in maart. Hij is in-middels in dienst getreden als construc-teur bij ingenieursbureau Arup in Londen waar hij onder andere verder wil werken aan de toekomst van houten gebouwen.

24

Als delaminatie wordt voorkomen en het hout kan doven door een gunstige aanstraling en luchtstroom, is het resultaat een gedoofde CLT-wand

De cone calorimeter analyseert de vrijgekomen gassen om het vermogen van de brand te bepalen. Het proefstuk wordt gewogen en de temperatur wordt op verschillende plekken in het hout gemeten