Brandgedrag van hout

Hout heeft als bouwmateriaal een hernieuwde populariteit gewonnen vanwege zijn duurzaamheid, esthetiek en milieuvriendelijke eigenschappen. Het brandgedrag van hout vormt echter een complexe uitdaging, vooral bij geveltoepassingen.

In dit artikel wordt ingegaan op het brandgedrag van houten gevels, met specifieke aandacht voor een aantal verschillende gangbare houtbehandelingsmethoden, hun invloed op de samenstelling van hout en de brandgedragprestatie.

Factoren die het brandgedrag van hout beïnvloeden

Het brandgedrag van hout wordt onder andere beïnvloed door een reeks factoren die samenhangen met de chemische samenstelling van het hout. De belangrijkste componenten van hout die een rol spelen in het brandgedrag zijn cellulose, hemicellulose, lignine, en minerale inhoudsstoffen (zoals silica). Cellulose en hemicellulose zijn koolhydraatpolymeren die gemakkelijk ontleden bij blootstelling aan hitte, waarbij ze vluchtige gassen produceren die bijdragen aan de vlamontwikkeling. Lignine, een complex polymeer dat fungeert als het ‘skelet’ van het hout en zorgt voor structurele sterkte, ontbindt bij hogere temperaturen en draagt bij aan de koolvorming.
De afbraak van deze houtcomponenten bepaalt in grote mate het brandgedrag, en hun thermische ontleding vindt plaats bij verschillende temperaturen:

• Hemicellulose begint te ontleden bij relatief lage temperaturen, tussen de 200 °C en 260 °C, wat de vorming van vluchtige stoffen veroorzaakt die bijdragen aan vlamontwikkeling.
• Cellulose ontbindt bij temperaturen van ongeveer 300 °C tot 350 °C en produceert veel vluchtige brandbare gassen, wat een belangrijke rol speelt in de intensiteit van de brand.
• Lignine ontbindt bij hogere temperaturen, rond de 250 °C tot 500 °C, en breekt geleidelijk af, wat resulteert in de vorming van een koollaag.

Koolvorming speelt een cruciale rol in het brandgedrag van hout, omdat het de onderliggende lagen hout beschermt tegen hitte en zuurstof. Deze koollaag fungeert als een isolator, waardoor de snelheid van de verbranding afneemt en de voortgang van de brand wordt vertraagd. Dit draagt bij aan de brandvertragende eigenschappen van bepaalde houtsoorten en behandelingen (Rowell, Wood Chemistry en Wood Composites).

Naast de chemische samenstelling van hout spelen ook gebruikstoepassingen zoals bijvoorbeeld dikte, volumieke massa, oriëntatie van de geveloppervlakken en de mate van ventilatie een belangrijke rol in het brandgedrag. De volumieke massa van het hout bepaalt hoe snel warmte door het materiaal wordt getransporteerd, wat essentieel is voor de beoordeling van branduitbreiding. Dikkere houten delen hebben over het algemeen een hoger warmtebufferend vermogen, wat de brandverspreiding vertraagt. De aanwezigheid van ventilatieopeningen kan het brandgevaar echter verhogen door een snelle toevoer van zuurstof, wat de verbranding kan versnellen.

Omdat onbehandeld hout van nature onder bepaalde voorwaarden (zoals volumieke massa, dikte en ondergrond e.d.) een voorspelbaar brandgedragprestatie kan hebben, kan het zonder aanvullend onderzoek in veel gevallen in brandklasse D worden ingedeeld (CWFT: Classified without further testing).
Behandeld hout werd voorheen vaak op dezelfde manier geclassificeerd als onbehandeld hout, zonder rekening te houden met de behandeling zelf. Door de aanscherping van de Europese regelgeving is dit nu veranderd; behandeld hout kan niet langer zonder onderzoek van het brandgedrag worden geclassificeerd. Dit is nu expliciet niet meer toegestaan vanwege de variabiliteit in behandelingen en hun effect op het brandgedrag (ELI: http://data.europa.eu/eli/reg_del/2024/1399/oj).

Behandeld hout en brandklassen

Volgens de norm EN 13501-1 worden bouwproducten ingedeeld in brandklassen variërend van A1 (onbrandbaar) tot F (zeer hoge bijdrage aan brand). Onbehandeld hout valt (afhankelijk van de dikte, volumieke massa en gebruikstoepassing) meestal in brandklasse D, wat inhoudt dat het materiaal een matige bijdrage levert aan de brandontwikkeling.

Bij behandeld hout kan de brandklasse variëren afhankelijk van de toegepaste houtbehandeling en de gebruikte chemische stoffen. Door behandeling kan de prestatie verbeteren, maar de prestatie kan ook verslechteren, en daarom kan behandeld hout zonder onderzoek niet op basis van CWFT worden ingedeeld in een brandklasse. De prestatie is immers sterk afhankelijk van de behandeling. Het testen van houtsoorten na behandelingen, zoals brandvertragende impregnatie of thermische modificatie, is daarom essentieel om te waarborgen dat de prestaties voldoen aan de gestelde eisen.

Methoden van houtbehandeling en hun effect op brandgedrag

Thermische modificatie

Thermische modificatie is een proces waarbij hout wordt blootgesteld aan temperaturen tussen de 180 °C en 240 °C in een zuurstofarme omgeving. Deze behandeling leidt tot een chemische afbraak van de hemicellulose, waardoor het hout minder hygroscopisch wordt en minder gevoelig voor biologische aantasting. Hemicellulose, dat thermisch instabiel is, wordt grotendeels afgebroken, waardoor het hout minder vluchtige gassen produceert tijdens de verbranding. Dit heeft als effect dat de verbranding wordt vertraagd en de hoeveelheid brandbare stoffen afneemt.

Verschillende thermische modificatiemethoden, zoals Thermo-D en Thermo-S, beïnvloeden het hout op verschillende manieren. Thermo-D (durability) zorgt voor een betere resistentie tegen schimmels en vocht, terwijl Thermo-S (stability) vooral de dimensiestabiliteit verbetert. Veel gebruikte soorten voor thermische modificatie zijn ayous, fraké (limba) en thermo-essen, die vooral worden toegepast vanwege hun verbeterde stabiliteit en duurzaamheid. Echter, hoewel thermische modificatie de biologische resistentie verhoogt, is de invloed op het brandgedrag niet voorspelbaar en vereist het specifieke testen voor geveltoepassingen.

Chemische modificatie

Voorbeelden van chemisch gemodificeerd hout zijn acetylering en furyllering. Geacetyleerd hout wordt behandeld met azijnzuuranhydride, wat leidt tot een chemische omzetting van de hydroxylgroepen in de celwanden naar acetylgroepen. Dit vermindert de vochtopname en verhoogt de stabiliteit van het hout. Het proces verandert ook de chemische structuur van cellulose, waardoor het brandgedrag wordt beïnvloed. Bij furyllering is sprake van een chemische modificatie die de eigenschappen van het hout verandert door de toevoeging van furfural, een organische verbinding die de stabiliteit en duurzaamheid van het hout verhoogt. Daarom is de brandgedragprestatie van chemisch gemodificeerd hout zoals bijvoorbeeld geacetyleerd hout en furfyril-gemodificeerd hout onderwerp van onderzoek.

Brandvertragend geïmpregneerd hout

Bij brandvertragend geïmpregneerd hout worden brandvertragende stoffen zoals fosfaatzouten of organische polymeren in het hout geïmpregneerd om de verbranding te vertragen en de ontbrandingstemperatuur te verhogen. Dit kan worden gedaan met technieken zoals vacuüm-impregnatie of drukbehandeling, waarbij de diepte en druk van de behandeling variabel zijn.
Zouten, zoals ammoniumpolyfosfaat, werken door het vormen van een glasachtige laag die de zuurstoftoevoer naar het houtoppervlak beperkt, waardoor de ontbranding vertraagt. Echter, zouten hebben als nadeel dat ze gevoelig zijn voor uitloging in vochtige omstandigheden, wat betekent dat de brandvertragende werking kan afnemen bij blootstelling aan regen of hoge luchtvochtigheid. Dit vormt een risico bij buitentoepassingen, omdat de brandklasse na verloop van tijd kan verslechteren. Met name voor buitentoepassingen is het belangrijk dat aangetoond wordt dat de brandreactie ook na natuurlijke verwering niet significant verslechtert, zodat de brandklasse behouden blijft.

Polymeren, zoals polymeren op basis van citroenzuur, werken anders. Citroenzuurpolymeren fungeren door een chemische reactie die de vorming van vluchtige gassen vermindert en de temperatuur waarbij hout ontbrandt verhoogt. Deze polymeren binden zich chemisch aan de houtstructuur en zijn minder vatbaar voor uitloging, waardoor ze duurzamer zijn voor buitengebruik. Hierdoor blijft de brandvertragende werking beter behouden bij blootstelling aan weersomstandigheden.

Het verschil tussen zouten en polymeren ligt vooral in de manier waarop ze reageren op vocht in met name buitentoepassingen. Zouten kunnen sneller hun effectiviteit verliezen door uitloging, terwijl polymeren, afhankelijk van hun chemische samenstelling, stabieler blijven onder weersinvloeden. Dit maakt polymeren vaak geschikter voor buitentoepassingen.

Bij het gebruik van brandvertragend geïmpregneerd hout is het erg belangrijk om nauwkeurig te weten wat de behandeling inhoudt. Dit betekent dat factoren zoals retentie (hoeveelheid opgenomen stoffen) en behandelmethode goed gedocumenteerd moeten zijn. Een algemene certificering is niet voldoende. Het certificaat van behandeling speelt hierin een belangrijke rol, omdat dit document gedetailleerde informatie bevat over de specifieke behandeling van elke batch hout. Het certificaat vermeldt onder andere de retentie, oftewel de hoeveelheid opgenomen brandvertragende stof, uitgedrukt in kg/m³. Deze waarde moet worden vergeleken met de retentie die is vastgelegd in het classificatierapport, waarin de brandgedragsprestatie is gedocumenteerd.

Als de daadwerkelijke retentie lager is dan de minimale waarden die in het classificatierapport zijn vastgesteld, zal de brandvertragende werking afnemen. Dit betekent dat het hout mogelijk niet meer voldoet aan de gestelde veiligheidsnormen voor brandgedrag.

Voor brandveiligheidsadviseurs is dit een belangrijk aandachtspunt. Zij moeten altijd het certificaat van behandeling opvragen en de retentie vergelijken met de referentiewaarden in het classificatierapport. Alleen zo kan worden gegarandeerd dat het houtproduct in de praktijk dezelfde brandveiligheidsprestaties levert als verwacht.

Verflagen en invloed op het brandgedrag van hout

Verflagen kunnen een aanzienlijke invloed hebben op het brandgedrag van houten gevels door beïnvloeding van de absorptie en emissie van warmte. Donkere kleuren absorberen bijvoorbeeld meer warmte dan lichtere kleuren, wat kan leiden tot een verhoogde oppervlaktetemperatuur en een snellere ontbranding. De chemische samenstelling van de verf, zoals de aanwezigheid van organische verbindingen, kan ook een aanzienlijke bijdrage leveren aan de brandontwikkeling door het vrijkomen van brandbare gassen.

Vergelijkbaar hiermee is het effect van verf op onbrandbare materialen zoals stalen en aluminium gevelbekleding. Hoewel deze materialen van nature onbrandbaar zijn, kan het aanbrengen van bijvoorbeeld een plastisolcoating een behoorlijke bijdrage geven aan de brandontwikkeling. Daarom is het noodzakelijk om geverfde oppervlakken te onderzoeken om te bepalen of de verflaag geen negatieve invloed heeft op de brandprestatie.

Conclusie

Het brandgedrag van houten gevels is afhankelijk van de houtbehandelingen en gebruikstoepassingen. Verschillende houtbehandelingsmethoden, zoals thermische modificatie of chemische modificatie of impregnatie met fosfaatzouten of polymeren, kunnen de brandgedragprestatie verbeteren, maar vereisen strikte en grondige tests om hun effectiviteit te waarborgen. Een certificaat van behandeling kan een belangrijke rol spelen bij het waarborgen van de kwaliteit en veiligheid van behandelde houtproducten. Europese normeringen, zoals vastgelegd in EN 13501-1, bieden een solide kader voor de classificatie van bouwmaterialen. Vanwege de verscheidenheid in houtbehandelingen is het essentieel dat behandelde houtproducten afzonderlijk worden onderzocht om de brandveiligheid in steeds complexere bouwomgevingen te garanderen.

Niek van Dijk, senior projectleider Peutz laboratorium voor brandveiligheid