Roy Larsen, ”Brannmannen” Betong og eksplosiv avskalling Presentasjonen er identisk med en artikkel som er trykket i Tidsskriftet Brannmannen Artikkelforfatter: Roy Larsen, ”Brannmannen”

Problematikken ”eksplosiv avskalling” er ikke ny, men er blitt aktualisert i den senere tid gjennom forskning på betongens branntekniske egenskaper i forbindelse med tunnelbranner. Roy Larsen, ”Brannmannen”

En brannmanns vurdering av den bygningskonstruksjonen man til enhver tid står overfor er av avgjørende betydning for de videre taktiske disposisjoner som skal iverksettes. En brannmann vet at en plass-støpt betongkonstruksjon er å stole på under en brann med en ”normal” energiutvikling. Likeledes utviser vi stor forsiktighet ved brann i en bygning bestående av betongelementer, spesielt dersom vi står overfor en brann med høy energi. Det finnes utallige eksempler på at sistnevnte konstruksjonsmåte kan føre til svekkelser som igjen fører til sammenrasninger.

Betong Betongen er vår tids mest brukte byggemateriale og den har vært gjennom en voldsom utvikling i de senere år. Det er takket være de mineralske og kjemiske tilsetningsstoffene at vi i dag kan bygge konstruksjoner som for noen tiår siden hadde vært utenkelige. Det legges ned betydelige forskningsressurser i dette arbeidet, men man kan ikke endre betongens bygningstekniske egenskaper uten også å endre betongens branntekniske egenskaper. Betong brenner ikke og avgir ikke gasser, men vi må være oppmerksomme på at også betongen har klare begrensninger.

Syv brannmenn omkom I Gretzenbach i Sveits omkom syv brannmenn da et underjordisk parkeringshus i betong kollapset i november i fjor (se ”Brannmannen” nr. 6 - 04). Det har ikke lykkes ”Brannmannen” å få de rette personer i Sveits i tale for å bringe på de rene hva som egentlig skjedde. Dersom det er riktig at det kun var tre personbiler som brant burde normalt ikke denne brannbelastningen være nok til en konstruksjonskollaps. Uansett er den tragiske hendelsen et varsku, og noe vi må lære av.

Avskalling At betongen skaller av ved oppvarming er ingen ny viten, det har for eksempel vært et kjent fenomen blant sveisere som opplever at biter av betonggulvet de står på nærmest sprenges vekk dersom man skulle miste varme elementer på gulvet. Det er åpenbart for alle at konsekvensen ved at betongkonstruksjoner avskaller kan bli store ved at armeringen blottlegges og konstruksjonen blir varig svekket.

Det er tre hovedtyper avskalling: 1. Overflateavskalling som påvirker betongens overflate der fragmenter opp til 20 mm i diameter skaller av. 2. Avbrekte hjørner. Opptrer på en senere stadium i brannen der objektet er oppvarmet på flere flater. 3. Eksplosiv avskalling. Blant annet hurtig oppvarming som fører til avskalling med en eksplosiv effekt. Dette er den farligste formen for avskalling.

Eksplosiv avskalling Den helt klart alvorligste formen for betongavskalling er den eksplosive avflakingen av store eller små biter som kan inntreffe allerede få minutter etter første brannpåkjenning. En eksplosiv avskalling kan opptre på ulike måter fra små betongbiter som nærmest ”skytes” ut, som en slags popcorn-effekt, til deler av dragere som rett og slett eksploderer.

Hvor store skadene blir ved en eksplosiv avskalling er avhengig av mange momenter, men at skadene kan bli enorme har vi sett i etterkant av de mange tragiske tunnelbrannene i Europa. Etter brannen i kanaltunnelen, mellom England og Frankrike i 1996, som hadde en antatt maksimumseffekt på 370 MW, ble det målt en avskallingsdybde i betongveggen på 50 cm. Når man snakker om brann med slike temperaturer er det selvfølgelig uaktuelt for brannmannskaper å være i nærheten, men vi må være oppmerksomme på hva følgene kan bli for den aktuelle konstruksjonens bæreevne og rasproblematikken.

Etter brannen i Gotthard Tunnelen i Sveits

Damptrykk Hovedårsaken til eksplosiv avskalling er at det bygges opp høye damptrykk nær betongoverflaten. Betongen vil til slutt ikke kunne motstå dette innvendige trykket som er bygget opp. Med andre ord så er betongens fuktighetsinnhold en avgjørende faktor.

En ny konstruksjon er derfor mer utsatt for avskalling enn en eldre fordi fuktighetsinnholdet i den nye konstruksjonen er høyere. Uansett hvor gammel konstruksjonen måtte være så må vi alltid gå ut ifra at den inneholder nok fuktighet til at fenomenet ”eksplosiv avskalling” kan inntreffe. Det vil alltid være fuktighet nok i betongen til at det vil kunne etableres et kritisk poretrykk ved brannpåkjenning. Brannprøving av en syv år gammel ”uttørket” betongbjelke fikk samme eksplosive avskalling som yngre prøvestykker.

Høyfast og tett betong En annen viktig faktor i problemstillingen er hva slags betongtype som blir utsatt for varmepåkjenning. Noen betongtyper er mer utsatt for eksplosiv avskalling enn andre. Høyfast og tett betong er spesielt utsatt og dette er betongtyper man kan finne i mange ulike konstruksjoner, både i plasstøpt og i elementutgave.

Undersøkelser har vist at også selvkomprimerende betong, som skal fylle forskalingen og omslutte armeringen uten behov for vibrering eller annet komprimeringsarbeid, kan være et problem i så måte. Tett betong brukes blant annet i konstruksjoner som er utsatt for en ytre fuktighetspåvirkning. Betongtypen er konstruert for å holde vannet ute og de samme egenskapene gjør at betongen også på en effektiv måte holder vannet inne i konstruksjonen.

Hurtig oppvarming En hurtig oppvarming er nok en viktig faktor i den samme problemstilling. En hurtig oppvarming av betongkonstruksjonen øker helt klart faren for at ”eksplosiv avskalling” skal forekomme. Samtidig så finnes det ikke noen garanti for at visse betongtyper ikke avskaller ved en forsiktig oppvarming. Ved en slik hurtig oppvarming så rekker ikke betongen ”svette” ut fuktigheten.

Polypropylenfiber Som tidligere nevnt så er betongtypen et produkt av tilslagsmaterialene og et av disse er polypropylenfiber (PP-fiber). PP-fiber finnes i mange størrelser og mengdeinnholdet kan variere i de ulike konstruksjonene. Polypropylenfibrene som i utgangspunktet er tilsatt betongen for å unngå en rissdannelse/krakelering under herdingen, har under forsøk hos Sveriges Provningsinstitut, (SP) og NBL- SINTEF vist seg å være et meget effektivt middel for å unngå avskalling. Fibrene smelter ved ca 140 grader og dermed åpnes porer i betongen slik at fukt slippes ut og avskalling unngås.

Test, utført av SP – Sveriges Provningsinstitut i Borås Ulike betongsøyler ble utsatt for like mye varme over like lang tid. Søylene var av samme type betong, men de inneholdt ulike mengder med porypropylen fiber

Avskallingen begynte ved 600 C Søyle A inneholdt ikke porypropylen fiber Søyle B inneholdt 2 kg/m3 porypropylen fiber Søyle C inneholdt 4 kg/m3 porypropylen fiber

PP-fiber i sprøytebetong Fibrenes fortrefflighet som et avskallingsreduserende middel har ikke gått upåaktet hen. SP har blant annet på oppdrag fra Statens Vegvesen kjørt flere forsøk der ulike betongtyper med ulik innhold av PP-fiber i ulik form og størrelse er testet mot den såkalte RWS-kurven. Vegvesenets målsetning var at den planlagt senketunnelen i Bjørvika i Oslo skal oppnå høyeste sikkerhetsklasse når det gjelder brannsikring. En fornuftig målsetning når man vet hva slags skader en høyenergibrann kan påføre en betongkonstruksjon, og spesielt i en senketunnel.

Det er ikke bare Bjørvikatunnelen som får en sikkerhetsoppgradering som følge av forsøkene, men også de resterende av landets tunneler som fremdeles har utildekket PE-skum. I følge tidsskriftet ”Vegen og Vi” har Statens Vegvesen nå besluttet at all sprøytebetong som påføres over det meget omtalte PE-skummet skal inneholde polypropylenfiber for å gjøre brannegenskapene bedre.

”Brannmannen” retter en stor takk til våre kilder: Ulf Danielsen Forsker NBL – SINTEF ulf.danielsen@nbl.sintef.no og Robert Jansson Prosjektleder SP - Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut robert.jansson@sp.se Denne artikkelen kan man også finne på Tidsskriftet Brannmannens hjemmeside www.brannmannen.no