CEMENT 6 2023 ?57 Normbesef (3) CEMENT 6 2023 ?57 Normbesef (3) BRAND­ WERENDHEID IN RELATIE TOT SPATTEN BETO N­ CONSTRUCTIES RUBRIEK NORMBESEF Dit is het derde artikel in Cement-rubriek Normbesef. In deze rubriek kunnen lezers onduidelijkheden in de con- structeurspraktijk, bijvoorbeeld in de regelgeving, aankaarten. Let wel: Hoewel de artikelen in deze rubriek zijn beoordeeld door experts, betreft het de persoonlijke interpretatie van de auteur. Aan de inhoud kunnen dan ook geen rechten worden ontleend. De artikelen geven ook niet altijd een ant- woord of oplossing. Het doel van de rubriek is de sector te informeren over on- duidelijkheden en daarmee een discussie op gang brengen. Dit kan leerzaam zijn, zo meent de redactie van Cement. Voor collega-constructeurs, maar ook voor bijvoorbeeld de norm- commissie of andere betrokken commissies. Het uiteindelijke doel van de rubriek is meer duidelijkheid voor iedereen en in sommige gevallen misschien zelfs betere normen. Een uitgebreidere toelichting op de rubriek staat in het artikel 'Nieuwe rubriek over normen: Normbesef' uit mei 2023 (Cement 2023/3). Hebt u zelf ook een onderwerp voor deze norm, neem dan con- tact op met Jacques Linssen, j.linssen@aeneas.nl. Publicatie kan eventueel anoniem. 1 Gespat beton, foto: Rijkswaterstaat 58? CEMENT 6 2023 auteur IR. EDWIN SLANGEN RTB Gemeente Maastricht In Nederland stellen we hoge eisen aan veiligheid, waaronder constructieve veiligheid bij brand. Een praktische uitwerking van ontwerprichtlijnen, gebaseerd op de theorie, is opgenomen in onze normreeks. Eén uitgangspunt van die theorie introduceert echter een onzekerheid die in sommige gevallen mogelijk groter is dan dat eerder werd aangenomen. Explosief spatten van beton bij brand Door een optredende brand wordt de buitenzijde van beton verhit. Hierdoor ontstaat in het beton een tem- peratuurgradiënt. Vervolgens levert de verhinderde thermische uitzetting inwendige spanningen, additio- neel op de reeds aanwezige spanningen. De verhitte buitenzijde komt onder druk te staan en naar binnen toe treden trekspanningen op. Daarnaast veroorzaakt de temperatuurverhoging het uitzetten van het vocht in de poriën van het beton en zorgt daarmee voor een drukopbouw in de poriën. De druk kan zo hoog worden dat stukken van het beton afspringen. In principe zullen beide genoemde mechanismen tegelijk optreden en kunnen ze gecombineerd de oorzaak zijn van het explosief afspatten. Het spatten van beton bij brand is daarom met name afhankelijk van: - het vochtgehalte van het beton; - het type toeslagmateriaal; - de permeabiliteit van het beton; - de opwarmingssnelheid; - aanwezige drukspanningen in het beton; - mate van verhindering van thermische vervorming. Probleemstelling Rijkswaterstaat heeft op basis van onderzoek relevante kennis opgedaan over het spatten van beton bij tunnels (zie kader 'Onderzoek Rijkswaterstaat'). Men kan zich af - vragen hoe het, met dit nieuwe inzicht van RWS, gesteld is met civiele kunstwerken die niet van RWS zijn, en hoe het zit met gebouwen. We beperken ons in dit artikel tot deze laatste categorie. De meeste gebouwen zijn ontworpen op de lagere standaardbrandcurve (fig. 2) en ook is de vochtigheid in gebouwen meestal lager. Dit zijn gunstigere omstandigheden. Dit levert echter geen garantie dat het probleem hier nergens kan op- 2 Verschillende brandkrommen ONDERZOEK RIJKSWATERSTAAT Rond 2015 werd gesteld dat beton in sommige tunnels in Nederland spatge- voelig kan zijn bij brand, terwijl men bij het ontwerp hiervan niet was uitge- gaan. Bij dit onderzoek heeft men zich geconcentreerd op een hoge vuurbe- lasting volgens de Rijkswaterstaat-brandcurve (RWS-brandcurve). RWS heeft zijn kunstwerken onderzocht en de veiligheid hiervan is op dit moment niet in gevaar. Desondanks voert RWS momenteel een vervolgonderzoek uit, om ook op langere termijn de constructieve veiligheid bij brand te kunnen waarborgen en onevenredige schade of hinder na een brand te voorkomen. Op de website van RWS en op de website van het Kennisplatform Tunnelveiligheid (KPT) is hierover meer informatie beschikbaar. CEMENT 6 2023 ?59 Normbesef (3) treden. De nieuwste inzichten roepen de vraag op of de huidige regelgeving voor gebouwen niet opnieuw tegen het licht moet worden gehouden. Huidige situatie In 4.5 van NEN-EN 1992-1-2 (in 6.2 voor hogesterkte- beton) wordt het aspect spatten behandeld. In 4.5 wordt dit verder onderverdeeld in 'explosief spatten' en 'afvallen van beton'. Het eerder geschetste mecha- nisme kan worden geplaatst onder 'explosief spatten'. In 4.5.1(1) wordt gesteld dat spatten moet zijn vermeden, of dat de invloed hiervan op de prestatie-eisen (R en/of EI) in rekening moet zijn gebracht. Alhoewel het vermijden van spatten in de norm niet verder wordt gespecificeerd, is hieraan vaak invulling gegeven door toepassing van spatongevoelig beton. Maar van betonmengsels die als spatongevoelig wor- den geclassificeerd, is het dus de vraag of deze dat ook zijn. Immers: waarom zouden betonmengsels bij blootstelling aan de standaardbrandkromme niet net zo goed spatgevoelig zijn, als de betonmengsels bij de RWS-curve, waar men het ook niet had verwacht? Kiest men voor de tweede optie, dan is in de norm niet verder uitgewerkt hoe de invloed van spattend beton op de prestatie-eisen (R en/of EI) in rekening moet wor- den gebracht. We gaan ervan uit dat dit met behulp van proeven moet worden bepaald. Als tweede (en derde) punt in het betreffende norm- artikel (4.5.1(2) en 4.5.1(3)) wordt gesteld dat explosief spatten onwaarschijnlijk is wanneer het vochtgehalte in het beton lager is dan 3 gewichtsprocenten. Daarom zou bij milieuklasse X0 en XC1 (beton binnen gebouwen met lage of zeer lage luchtvochtigheid) spatten niet in rekening gebracht hoeven te worden. De grens van 3 gewichtsprocenten is discutabel, aangezien in de literatuur ook wel de grens van 2 gewichtsprocenten wordt aangegeven. Zie ook het rapport van Hageman/ UGent, in te zien op de website van Rijkswaterstaat [1]. Daarnaast moet het spatten bij bijvoorbeeld XC3 (beton binnen gebouwen met matige of hoge luchtvochtig- heid) dus wel in rekening worden gebracht. De wijze waarop wordt wederom niet omschreven. In 4.5.1(4) wordt gesteld dat bij gebruik van gegevens in tabelvorm geen verdere controle is vereist voor normaalbeton. Wat normaalbeton is, wordt enigszins toegelicht in hoofdstuk 5, echter niet volledig gespe- cificeerd. Het beton zoals toegepast in de betreffende tunnels voldoet namelijk ook aan de eisen die in 5.1 (2) worden gesteld aan 'normaal beton'. Vervolgens geven de tabellen bijvoorbeeld minimale kolomafmetingen en betondekkingen om een brandwerendheid tot 240 minuten te realiseren. Dit is echter zeker niet haalbaar indien dit normaalbeton bij een vochtgehalte boven een bepaalde waarde spatgevoelig blijkt te zijn. In 4.5.1(5) wordt voorgeschreven dat, in het geval het vochtgehalte in het beton hoger is dan 3 gewichts- procenten, plaatselijk een verlies aan dekking aange- nomen mag worden. Dit punt betreft balken, platen en elementen belast op trek. Waarop de grootte en snelheid van dit verlies moet worden gebaseerd, wordt niet toegelicht. Toetsende instantie Wij merken als toetsende instantie dat het spatten van beton nauwelijks aandacht heeft bij ontwerpen- de partijen. Men gaat er zonder meer vanuit dat het beton niet spatgevoelig is en er worden bijvoorbeeld onbeklede betonkolommen toegepast bij alle eisen van brandwerendheid. Indien er vervolgens brand is in een hoog gebouw, wordt er door de brandweer aan de gemeente gevraagd of het nog verantwoord is om het pand te betreden om slachtoffers te redden. En dat vaak als de brand al een tijdje woedt. Een juist ontwerp is dus cruciaal. Conclusie De theorie voor bepaling van brandwerendheid staat niet 'op spatten', echter de randvoorwaarden voor deze theorie zouden opnieuw onderzocht moeten worden. De betreffende paragraaf in de norm zou mogelijk aangescherpt moeten worden. Ook zou het onderzoek dat RWS voor zijn eigendommen heeft uitgevoerd moeten worden uitgebreid met overige kunstwerken en gebouwen. Een afbakening van het mogelijke probleem is gewenst. DE EFFECTEN VAN BRAND OP BETON In 2022 is in Betoniek het artikel 'Brandwerendheid tunnels' verschenen (Betoniek Vakblad 2022/1), dat gaat over het spatten van beton in tunnels en de conclusies van het Kennisplatform Tunnelveiligheid. Eerder, in 2019, verscheen Betoniek Standaard 16/30 ? Brand Meester, waarin wordt toegelicht wat er bij brand met beton gebeurt en wanneer aanvullende maatregelen noodzakelijk zijn. Deze artikelen zijn voor leden van Cement gratis te raadplegen. LITERATUUR 1 Hageman Rapport 10503-1-4 / UGent rapport p20-110- RVC-05 ? Brandwerendheid Tunnels ? Verkenning van mogelijke alternatieven voor het aanbrengen van hitte- werende bekleding in drie landtunnels, 30 november 2020.