Brandveiligheid en betonconstructies - Febelcem

2. Fysische aspecten van een
brand - basisbegrippen
2.1. Terminologie : vuur en brand
Vuur is een verbranding [4]. Men vindt vuur onder meer in
ovens en verwarmingsketels onder de vorm van een
gecontroleerde verbranding. In het geval van een ongecontro‐
leerde verbranding spreekt men van een brand. Het vuur wordt
dusdanig groot dat het overgaat in een brand.
Er is een fundamenteel verschil tussen vuur en brand. Experten
op het vlak van verbranding beheersen gecontroleerde
verbrandingen die overeenstemmen met een vastgelegd scenario
volgens een vooraf bepaald verloop van de thermische effecten.
Men vindt dit type verbrandingen terug in de glasindustrie, de
keramische industrie, in beproevingslaboratoria, alle plaatsen
waar vuur wordt gemaakt in ovens of testruimtes, waar de
rookgassen worden afgevoerd zodat ze de operatoren niet
hinderen. Brandexperten zoals brandweerlui moeten een
ongecontroleerde verbranding meester zijn die gedeeltelijk een
onvoorzien verloop kent, en waarbij mensenlevens moeten
veilig gesteld worden.
2.2. Verloop van een brand
2.2.1. De vuurdriehoek
Een brand kan pas ontstaan [5] indien drie elementen gelijktijdig
aanwezig zijn : zuurstof (21 % van het luchtvolume), brandbare
materialen en een warmtebron. Zij vormen samen de
vuurdriehoek, zoals weergegeven in onderstaande figuur. De
eerste twee elementen [19] treden in verbranding van zodra de
ontvlammingstemperatuur bereikt is. De verbranding van
Zuurstof
warmtebron
Brandbaar
materiaal
Figuur : de vuurdriehoek
koolstof produceert koolstofdioxide (CO2) en, indien zuurstof
ontbreekt wordt het gekende koolstofoxide (CO) gevormd dat
zeer gevaarlijk is voor de mens.
2.2.2. De ontwikkeling van een brand –
"flashover"
Een brand bestaat uit een ontwikkelingsfase waarbij de
temperatuur oploopt, die gevolgd wordt door een afkoelingsfase
waarbij de temperatuur afneemt.
Een ontstekingsvlam zet een hoeveelheid materiaal in vuur,
waardoor een brand ontstaat. De eerste gassen en rook komen
vrij. In een gesloten omgeving stijgen rookpluimen op en botsen
tegen het plafond, terwijl de temperatuur oploopt. De rook
verspreidt zich vervolgens radiaal langsheen het plafond tot hij
tegen een scheidingswand botst en naar beneden zakt, waarna
de rooklaag tegen het plafond stagneert.
Algemeen bevat het lokaal een koude onderste laag bestaande
uit de omgevingslucht en gassen, en een warme bovenste laag
(twee zones model). Bij een temperatuur van ongeveer 200 °C
springen de ramen stuk, waardoor plots verse zuurstof
aangevoerd wordt en de brand terug aanwakkert. De bovenste
laag neemt steeds in volume toe en nadert het vloeroppervlak.
In de loop van de ontwikkeling van de brand wordt de
temperatuur van het gasmengsel van de bovenste laag zodanig
hoog dat door straling alle brandbare elementen in het
compartiment worden ontstoken. Dit fenomeen heet ʺflashoverʺ
(vlamoverslag) en treedt meestal op bij een temperatuur van 500
tot 600 °C. De snelle toename van de temperatuur en de aangroei
van warmtevrijstelling zorgt voor een intense menging van
rookgassen waardoor ook de lagen zich vermengen (één
zonemodel). Men zegt dat de brand volledig ontwikkeld is.
Deze verschillende stadia in de ontwikkeling van een brand zijn
geschematiseerd in de volgende grafiek, waarin de evolutie van
de temperatuur in het compartiment in functie van de tijd is
voorgesteld.
Het vuur wordt gecontroleerd door de brandstof indien er
voldoende zuurstof voor handen is voor de verbranding. Het
wordt gecontroleerd door de ventilatie indien er niet voldoende
zuurstof beschikbaar is.
De brandweerstand van kolommen, balken, wanden en vloeren
moeten de verspreiding van de brand en de instorting van de
structuur vermijden, zodat de blusoperaties zonder gevaar voor
de hulpdiensten kunnen verlopen.
Wanneer de brandstof voor ongeveer 70 % opgebruikt is, daalt
de gastemperatuur. Ter informatie : de carbonatatiesnelheid van
hout bedraagt, naargelang de aard van de brandstof, 3 tot 6 cm
per uur.
2.3. Nominale curven – de ISO-curve
De gemakkelijkste manier om een brand voor te stellen is door
gebruik te maken van nominale curven, die de evolutie van de
gastemperatuur in functie van de tijd weergeven.
16