Staalconstructie Bouwkunde niet gesmolten

Tijdens een brand wordt de staalconstructie, die gebouwen van sterkte voorziet, verzwakt doordat de structuur van het staal op microscopische schaal grover wordt. Onder een lichtmicroscoop is te zien dat staal uit staal- of ferrietkristallen bestaat. Door de hitte van het vuur groeien de kristallen en wordt het staal zwakker. Tot overmaat van ramp zal het staal uitzetten door de hitte van de brand. Maar het staal in de constructie kan vaak geen kant op, waardoor er grote spanningen in het staal ontstaan. Om deze spanningen op te vangen zou het staal juist sterker moeten worden, maar de praktijk is dat staal juist verzwakt door de brand.

Is het staal gesmolten? Nee, een goede brand kan wel 1200 graden worden, maar staal smelt pas rond 1500 graden. Voor de verzwakking van het staal is het ook niet nodig om te smelten, de microscopische veranderingen die in het staal optreden, zoals het groeien van de staalkristallen, zijn voldoende om het staal te verzwakken. Bij een zeer hevige brand wordt de temperatuur van het staal zo warm . boven de 720 graden Celsius – dat er nieuwe staalkristallen ontstaan met een andere kristalstructuur. Dit bemoeilijkt de voorspelbaarheid van het gedrag van staal tijdens een brand. Bij aanhoudende brand groeien deze kristallen uit, met verzwakking als gevolg. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller kristallen groeien en hoe makkelijker het is om het staal te vervormen.

Brandwerende coatings helpen doordat ze ervoor zorgen dat de staalconstructie langzamer opwarmt. Het nadeel is dat deze coatings eraf kunnen springen door een explosie (hetgeen niet ongewoon is tijdens een grote brand) en daarmee hun beschermende werking verliezen. Bovendien degraderen deze coatings ook na verloop van tijd en moet er een nieuwe laag aangebracht worden.

Er wordt gewerkt aan vuurbestendig staal. Er zijn nu al staalsoorten op de markt die tot 550 graden vuurbestendig zijn. Met dit staal zullen constructies naar gelang de duur en intensiteit van de brand, langer overeind blijven.

Voor een zeer grote brand is dit echter niet voldoende. Er is behoefte aan nieuwe staalsoorten die tot hogere temperaturen vuurbestendig zijn. De ironie wil dat er op de TU Delft wordt gewerkt aan de ontwikkeling van vuurbestendig staal dat tegen hoge temperaturen is bestand. Het onderzoek laat met behulp van een Europese supermicroscoop zien hoe de microscopische structuur van het staal tijdens een gesimuleerde brand verandert. Met deze informatie kan de structuur van staal tijdens een brand gemanipuleerd worden, waardoor het staal in het ideale geval niet zwakker, maar juist sterker wordt tijdens een brand.

Dr.ir. S.E. Offerman is universitair docent bij de afdeling technische materiaalwetenschappen van de faculteit 3mE. Hij leidt een vidi-project en een Europees project voor de ontwikkeling van vuurbestendig staal op basis van metingen met de Europese supermicroscoop.

Tijdens een brand wordt de staalconstructie, die gebouwen van sterkte voorziet, verzwakt doordat de structuur van het staal op microscopische schaal grover wordt. Onder een lichtmicroscoop is te zien dat staal uit staal- of ferrietkristallen bestaat. Door de hitte van het vuur groeien de kristallen en wordt het staal zwakker. Tot overmaat van ramp zal het staal uitzetten door de hitte van de brand. Maar het staal in de constructie kan vaak geen kant op, waardoor er grote spanningen in het staal ontstaan. Om deze spanningen op te vangen zou het staal juist sterker moeten worden, maar de praktijk is dat staal juist verzwakt door de brand.

Is het staal gesmolten? Nee, een goede brand kan wel 1200 graden worden, maar staal smelt pas rond 1500 graden. Voor de verzwakking van het staal is het ook niet nodig om te smelten, de microscopische veranderingen die in het staal optreden, zoals het groeien van de staalkristallen, zijn voldoende om het staal te verzwakken. Bij een zeer hevige brand wordt de temperatuur van het staal zo warm . boven de 720 graden Celsius – dat er nieuwe staalkristallen ontstaan met een andere kristalstructuur. Dit bemoeilijkt de voorspelbaarheid van het gedrag van staal tijdens een brand. Bij aanhoudende brand groeien deze kristallen uit, met verzwakking als gevolg. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller kristallen groeien en hoe makkelijker het is om het staal te vervormen.

Brandwerende coatings helpen doordat ze ervoor zorgen dat de staalconstructie langzamer opwarmt. Het nadeel is dat deze coatings eraf kunnen springen door een explosie (hetgeen niet ongewoon is tijdens een grote brand) en daarmee hun beschermende werking verliezen. Bovendien degraderen deze coatings ook na verloop van tijd en moet er een nieuwe laag aangebracht worden.

Er wordt gewerkt aan vuurbestendig staal. Er zijn nu al staalsoorten op de markt die tot 550 graden vuurbestendig zijn. Met dit staal zullen constructies naar gelang de duur en intensiteit van de brand, langer overeind blijven.

Voor een zeer grote brand is dit echter niet voldoende. Er is behoefte aan nieuwe staalsoorten die tot hogere temperaturen vuurbestendig zijn. De ironie wil dat er op de TU Delft wordt gewerkt aan de ontwikkeling van vuurbestendig staal dat tegen hoge temperaturen is bestand. Het onderzoek laat met behulp van een Europese supermicroscoop zien hoe de microscopische structuur van het staal tijdens een gesimuleerde brand verandert. Met deze informatie kan de structuur van staal tijdens een brand gemanipuleerd worden, waardoor het staal in het ideale geval niet zwakker, maar juist sterker wordt tijdens een brand.

Dr.ir. S.E. Offerman is universitair docent bij de afdeling technische materiaalwetenschappen van de faculteit 3mE. Hij leidt een vidi-project en een Europees project voor de ontwikkeling van vuurbestendig staal op basis van metingen met de Europese supermicroscoop.