Der Einfluss von Toleranzen auf das Brandverhalten von Holz

Der Einfluss von Toleranzen auf das Brandverhalten von Holz 

Verdeckte Verbinder in Holzverbindungen und Brandverhalten: Testergebnisse. 

LOCK T und FIRE STRIPE GRAPHITE in der Feuerprobe: Beim CIMAD 2024, dem iberisch-lateinamerikanischen Holzbaukongress, konnte unser spanisches Team den Einfluss von Zwischenräumen und Ausfräsungen auf das Brandverhalten von Verbindungen mit verdeckten Metallanschlüssen testen. 

Die jüngste Studie der Universitat Politècnica de Catalunya (Polytechnische Universität von Katalonien) in Zusammenarbeit mit Rothoblaas, EPSEB (Escuela Politecnica superior de edificación de Barcelona; Polytechnische Schule für Bauwesen Barcelona) und dem Centre de Ciència i Tecnologia Forestal de Catalunya (Zentrum für Forstwissenschaft und -technologie in Katalonien) untersuchte den Einfluss von Toleranzen im Millimeterbereich auf das Brandverhalten von Verbindungen mit verdeckten Verbindern in Holzkonstruktionen.  
 
Durchgeführt wurde die Studio von Laia Haurie, Alina Avellaneda, Ana Lacasta (Universitat Politècnica de Catalunya), Sergio Campesino (Rothoblaas) und Pilar Giraldo (CTFC-INCAFUST). 

Holz und Beton im Vergleich: Welches Material hat die höhere Feuerbeständigkeit? 

Allgemein reagieren Holz- und Betonkonstruktionen unterschiedlich auf Feuer. Obwohl Holz ein brennbares Material ist, bildet es eine Verkohlungsschicht, die den Kern zusammen mit den darin eingebauten Materialien schützt und einen Zusammenbruch der Konstruktion verlangsamt.  
 
Betonbauten sind nicht brennbar, können jedoch bei hohen Temperaturen erhebliche Schäden erleiden und ihre mechanische Festigkeit verlieren.  

Vergleichende Studien zeigen, dass Elemente aus Massivholz ihren einwandfreien Bauzustand im Vergleich zu Beton im Brandfall länger aufrechterhalten können: Holz brennt beispielsweise langsam mit 0,65 mm/Minute, und die Oberflächenverkohlung isoliert und schützt das darunterliegende Holz, sodass 85-90 % seiner konstruktiven Integrität, je nach Größe des Elements und Expositionszeit gegenüber dem Feuer, erhalten bleiben.  

Beton hingegen kann bei Temperaturen über 600 °C irreversibel beschädigt werden und könnte von explosionsartigen „Spalling“-Phänomenen betroffen sein, bei denen sich Betonteile aufgrund des inneren Dampfdrucks gewaltsam ablösen​ (International Timber)​​ (Cement.org)​. 

Was geschieht mit Holzverbindungen im Brandfall? Die Versuchsanordnung 

Ziel des Experiments war die Bewertung, wie das Verhalten von Verbindungen im Brandfall durch mögliche und millimetrische Montagetoleranzen in Verbindungen zwischen Holzbalken mit verdeckten Metallverbindern beeinflusst wird.  
Dabei wurden drei Arten von Verbindungen mit Tannen-Brettschichtholz GL24h hergestellt: 

• Verbindung ohne Toleranz. 

• Verbindung mit Toleranz 4 mm. 

• Verbindung mit Toleranz 5 mm, abgedichtet mit einem intumeszierenden Band FIRE STRIPE GRAPHITE. 

Als Verbinder kam LOCK T von Rothoblaas zum Einsatz. Jede Verbindung wurde mit und ohne Ausfräsung am Hauptträger aus Holz getestet – ein Aspekt, der die Brandbelastung des Verbinders zusätzlich beeinflusst. 

Für jede Art der Verbindung wurden zwei Thermoelemente positioniert: eines im Kontaktbereich zwischen dem Holzbalken und das andere in der Verbindung zwischen der Metallplatte und dem Nebenträger. Ein drittes Thermoelement überwachte die Temperatur der Flamme.  
 
Abb. 1 zeigt die drei Verbindungskonfigurationen vor dem Test (a: ohne Toleranz, b: mit Toleranz 4 mm, c: mit Toleranz 5 mm und intumeszierender Dichtung).

Der Versuch bestand darin, eine direkte Flamme auf den Verbindungsbereich der beiden Balken zu richten sowie in der Aufzeichnung der Temperaturen an den Holz-Holz- und Holz-Stahl-Verbindungspunkten. 

Abb. 2 zeigt den Moment der Brandprüfung 

Ergebnisse und Möglichkeiten 

Das Experiment zeigte deutlich den Einfluss der Wärmeübertragung vom Metall auf das Holz in Präsenz von Metallverbindern, die mit verschiedenen Toleranzen montiert wurden. 
 
Die Temperatur im Bereich zwischen dem Holz und LOCK T überschritt nach 2 Minuten 500 °C für die Verbindung, die ohne Ausfräsung auf das Holz aufgebracht wurde, während die Verbindung, die mit Ausfräsung in den Balken eingesetzt wurde, unter 100 °C blieb.  

Der Verbinder mit ungeschütztem Toleranzbereich zeigte einen schnellen Temperaturanstieg und erreichte nach 40 Minuten Werte von ca. 500 °C. Die Verbindung, die mit Ausfräsung ohne Toleranzraum in den Balken eingesetzt wurde, erreichte hingegen circa 200 °C. 

Das Hinzufügen einer intumeszierenden Dichtung FIRE STRIPE GRAPHITE erwies sich als wirksam, um den Durchgang heißer Gase zu blockieren und die Temperaturen im Vergleich zur Verbindung ohne Toleranz niedriger zu halten.  

Abb. 4 zeigt zum einen die Auswirkung, die der Unterschnitt auf die Entwicklung der Temperatur an der Verbindung haben kann, und zum anderen die Temperaturentwicklung während des Tests für die verschiedenen Konfigurationen. 

In der ungeschützten Verbindung, die keine Ausfräsung für das Einsetzen in den Balken aufwies, überschritt die Temperatur im Holz-Metall-Kontaktbereich nach nur 2 Minuten 500 °C, während die Temperaturen bei versenkter Verbindung bzw. mit versenkter Verbindung plus intumeszierender Dichtung deutlich niedriger blieben.  
 
Tab. 1 zeigt eine Übersicht der Temperaturen, die 15 Minuten nach Beginn des Versuchs für die verschiedenen Prototypen aufgezeichnet wurden. 

Schlussfolgerungen 

Die Studie bestätigte, dass der Schutz verborgener Metallverbindungen mittels Ausfräsung eine wirksame Strategie zur Verringerung des Brandrisikos darstellt.  

Die Verbindungen mit einer Toleranz ohne gleichzeitigen Schutz zeigten eine größere Verkohlung und eine Verringerung des Holzquerschnitts. Die Verwendung einer intumeszierenden Dichtung wie FIRE STRIPE GRAPHITE erwies sich als wirksamer Schutz des Verbinders, der dessen Brandverhalten sogar im Vergleich zu Verbindungen ohne Toleranzräume verbessert. 

Rothoblaas-Produkte für den Feuerwiderstand 

Um einen maximalen Feuerwiderstand in Holzkonstruktionen zu gewährleisten, bietet Rothoblaas eine speziell für diesen Zweck entwickelte Produktpalette an, darunter die intumeszierende Dichtung FIRE STRIPE GRAPHITE.  

Diese Lösungen dienen der Verbesserung des Feuerwiderstands verborgener Metallverbindungen und der Verringerung eines Zusammenbruchrisikos.  

Weitere Informationen finden Sie in der Broschüre zu den Rothoblaas-Produkten für den Feuerwiderstand. 

Abb. 5 Verbindungen nach Exposition gegenüber einer offenen Flamme