Brandweerstandstesten van Hilti-verbindingen voor staalconstructies

Dit artikel biedt een diepgaande analyse van de brandweerstand van Hilti-verbindingssystemen voor staalconstructies, zoals beoordeeld tijdens een recente test in een onafhankelijk extern laboratorium. De studie evalueert de doeltreffendheid van opschuimend brandwerend materiaal (IFRM) en isolatiematerialen bij het verhogen van de weerstand van stalen constructie-elementen onder extreme temperatuuromstandigheden bij brand. Daarnaast wordt onderzocht welke rol de verbindingssystemen spelen bij het behoud van de structurele integriteit tijdens blootstelling aan brand.

Brandveiligheid in de bouw is een cruciaal aspect van constructief ontwerp. Hoewel staalconstructies een hoge sterkte en duurzaamheid bieden, zijn ze gevoelig voor extreme hitte, waardoor hun structurele integriteit in het gedrang kan komen. Bij hoge temperaturen verliest staal een deel van zijn draagvermogen, wat tot ernstige structurele bezwijking kan leiden. Om deze risico’s te beperken, worden verschillende brandbeveiligingsmethoden toegepast, waaronder passieve brandbeveiligingssystemen (PFP) zoals opschuimende brandwerende coatings (IFRM) en isolatiematerialen.

Hilti heeft zijn modulaire MT-systeem, gemonteerd op met PFP gecoate liggers, getest om de invloed op de temperatuur en de brandweerstand van staalconstructies te onderzoeken. Deze studie onderzoekt de brandweerstand van twee dergelijke verbindingen: de Hilti MT-B-GXL S3 OC-voetplaat en het Hilti MT-90 OC-kokerprofiel. Deze systemen worden beoordeeld op hun vermogen om hoge temperaturen te weerstaan en hun mechanische stabiliteit tot 120 minuten blootstelling aan brand te behouden.

De brandweerstandstest werd uitgevoerd volgens de Europese norm EN 1363-1:2020 en de principes van EN 13381-8, waarin wordt beschreven hoe de prestaties van producten bij brand worden beoordeeld. De test vond plaats in november 2024 in een onafhankelijk extern laboratorium. De proefstukken werden langs drie zijden aan brand blootgesteld, waarbij de temperatuur op meerdere punten werd gemeten om het thermische gedrag van de materialen en verbindingen te beoordelen.

De testopstelling bestond uit tien korte, brandbeschermde stalen H-liggers met Hilti-verbindingen, representatief voor gangbare profielfactoren van liggers in reële projecten in Noord- en Centraal-Europa.

Het belangrijkste doel was om te bepalen in welke mate deze verbindingssystemen, door warmteoverdracht, de totale brandweerstand van stalen constructie-elementen beïnvloeden. De test werd uitgevoerd zonder accreditatie volgens EN ISO/IEC 17025, aangezien er geen gestandaardiseerde methode bestaat om de specifieke invloed van secundaire constructies op de brandweerstand te beoordelen.

De test omvatte twee verbindingssystemen:

1. Hilti MT-B-GXL S3 OC-voetplaat – Bevestigd aan een stalen HEB 260-ligger met behulp van MI-SGC-M16-balkklemmen. Dit systeem bestaat uit een voetplaat, kokerprofiel (= ligger) en verbindingsplaten, gemonteerd met bouten en hoekverbindingen.

Figuur 1: MT-B-GXL S3 OC – oorspronkelijke configuratie van de brandwerende coating voor de voetplaten

2. Hilti MT-90 OC-kokerprofiel (= ligger) – Bevestigd aan een stalen HEA 300-ligger met MT-BC-GXL T OC-balkklemmen. Dit systeem omvat een klemmechanisme met U-beugel, een oplegplaat en klemklauwen.

Figuur 2: MT-90 OC – oorspronkelijke configuratie van de brandwerende coating

Elk verbindingssysteem werd onderworpen aan verschillende brandbeveiligingsstrategieën, waaronder:

• Minerale-wolisolatie met lage dichtheid (40 kg/m³): aangebracht in sommige proefstukken om het isolerende effect ervan te beoordelen.

• Brandwerende coatings: twee types opschuimende coatings werden getest:

  • Een gangbare oplosmiddelhoudende coating, die voornamelijk in Noord-Europa wordt toegepast.

  • Een gangbare watergedragen coating, die voornamelijk in Centraal-Europa wordt toegepast.

• Alle stalen liggers werden voorbereid door zandstralen en het aanbrengen van een primer, afgestemd op de gebruikte opschuimende coating.

• De MT-systemen werden met xylol behandeld en handmatig geschuurd om een goede hechting van de coating te garanderen.

Beide verbindingssystemen werden volgens de onderstaande scenario’s getest om de invloed van de warmteoverdracht naar de primaire staalconstructie te bepalen:

1. Hilti-verbindingssystemen met minerale wol in het kokerprofiel en een coating op het buitenvlak van de voetplaat of het kokerprofiel dat in contact staat met de met PFP beschermde liggers, met eveneens gecoate klemmen en moeren

Figuren 3 en 4: MT-B-GXL S3 OC en MT-90 OC met minerale wol aan de binnenzijde en brandwerende coating op alle elementen, inclusief balkklemmen, moeren en bouten

2. Hilti-verbindingssystemen zonder bijkomende brandwerende coating, gemonteerd op liggers met PFP-bescherming

Figuren 5 en 6: MT-B-GXL S3 OC en MT-90 OC zonder bijkomende brandwerende coating

3. Hilti-verbindingssystemen met brandwerende coating uitsluitend op de voetplaat of het kokerprofiel dat in contact staat met de liggers met PFP-bescherming

Figuren 7 en 8: MT-B-GXL S3 OC en MT-90 OC met brandwerende coating op de voetplaat en het kokerprofiel

Tijdens de test werden verschillende waarnemingen gedaan met betrekking tot het brandgedrag van de verbindingssystemen:

• Temperatuurontwikkeling:

  • De staaltemperaturen varieerden afhankelijk van de aanwezigheid van coatings en isolatie.

  • Bij de onbeschermde referentieproefstukken werd een duidelijke temperatuurstijging vastgesteld. Na 60 minuten lagen de temperaturen ongeveer 100 Kelvin hoger dan bij de beschermde proefstukken, wat de noodzaak van coat-backmaatregelen bevestigt.

  • Volledig gecoate en met minerale wol geïsoleerde proefstukken vertoonden ter hoogte van de verbindingen

    lagere temperaturen dan in de ligger.

  • Een basis-coat-back, uitsluitend aangebracht op de voetplaat of het kokerprofiel, zonder minerale wol en zonder coating op de klemmen of moeren, resulteerde in slechts een verwaarloosbaar temperatuurverschil van ongeveer 1% ten opzichte van de ligger.

Figuur 9: MT-B-GXL S3 OC na de brandtest

Aangezien opstelling 1, met minerale wol in het kokerprofiel en een volledige coating van de voetplaat of het kokerprofiel, overeenkomt met een state-of-the-art aanpak, werd dit resultaat als referentie gebruikt. Deze oplossing vereist echter bijkomende werkzaamheden op de werf om ervoor te zorgen dat alle componenten na de installatie volledig van een coating worden voorzien.

Opstelling 2, een ondersteuningssysteem zonder bijkomende brandwerende coating, vertegenwoordigt daarentegen het worstcasescenario voor de warmteoverdracht van de secundaire naar de primaire staalconstructie ter hoogte van het bevestigingspunt.

De belangrijkste vraag was of opstelling 3 een haalbare oplossing zou bieden voor de gecoate primaire staalconstructie, waarbij bijkomende coatingwerkzaamheden en het aanbrengen van extra minerale wol in de MT-kokerprofielen op de werf niet langer nodig zouden zijn.

De testresultaten toonden duidelijke verschillen in brandweerstand tussen de verschillende beschermingsstrategieën:

• Proefstukken met minerale wol en gecoate moeren

  vertoonden betere thermische prestaties, waardoor de temperatuurstijging in de stalen componenten werd beperkt.

• Opschuimende coatings vertraagden de warmte-indringing effectief.

• Onbeschermde verbindingselementen, zoals bouten en sluitringen, waren gevoelig voor een snelle temperatuurstijging.

De resultaten tonen aan dat isolatie een cruciale rol speelt bij het beperken van de temperatuur in constructie-elementen. Hilti heeft verschillende producten beoordeeld en kan u samen met zijn partners ondersteunen bij het vinden van een geschikte systeemoplossing.

De testresultaten benadrukken het belang van geïntegreerde brandbeveiligingsstrategieën voor verbindingen in staalconstructies. De testen tonen aan dat een conservatieve coat-back, die vooraf buiten de werf wordt aangebracht, aanvaardbaar is en slechts een verwaarloosbare invloed heeft op de temperatuur van de primaire stalen ligger.

Deze aanpak maakt het mogelijk om werkprocessen te optimaliseren, het gebruik en de verwerking van natte verf op de werf te beperken en zowel de kosten als de benodigde inspanningen te verminderen.

Toekomstig onderzoek kan zich richten op alternatieve brandbeveiligingsmaterialen en de beoordeling van hun duurzaamheid op lange termijn onder reële omstandigheden. Deze bevindingen dragen bij aan de verdere ontwikkeling van veiligere staalconstructies bij blootstelling aan brand.

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met uw lokale Hilti-experts en onze andere artikelen over dit onderwerp raadplegen.