Passivt brandskydd och vikten av att begränsa temperaturen för stålkonstruktioner

Alla material blir svagare när de blir varma, och konstruktionsstål är inget undantag. Beroende på strukturens utformning kommer stålet att ha en begränsande eller kritisk temperatur. Vad betyder detta och varför är det viktigt? Hur påverkar det graden av skydd som krävs?

Stålets hållfasthet vid hög temperatur är välkänt och dokumenterat. Vid en temperatur över 500°C försvagas varmvalsat konstruktionsstål betydligt.

Stålramskonstruktioner kan utformas så att den maximala belastningen på stålelementen begränsas till 60% av deras individuella maximala kapacitet vid rumstemperatur. Denna extra redundans på 40% ger stålramen styrka i onormala situationer, till exempel vid brand. Beroende på storlek och form kan denna extra kapacitet motsvara en beräknad kollapstemperatur på 550°C, snarare än precis över rumstemperaturen. Det betyder att över 550°C har den strukturella ståldelen inte tillräckligt med styrka för att stödja strukturen den upprätthåller. Detta är den begränsande eller kritiska temperaturen.

• Om stålet används mer än 60% - sänks den kritiska temperaturen för stålet.
• Om stålet utnyttjas mindre än 60% - ökar den kritiska temperaturen för stålet.

För att veta mer, ta en titt på infografiken nedan.

Från exemplet ovan, om 550°C är den begränsande temperaturen innan strukturen kollapsar, demonstrerar diagrammet nedan de typiska temperaturprofiler:

• blå linje - visar en värmekurva enligt EN 1363-1
• grön linje - visar en stålsektion skyddad med en svällande brandskyddsfärg
• röd linje - visar en oskyddad stålsektion

Den svällande brandskyddsfärgen börjar inte riktigt skydda märkbart förrän ca 250–270°C, vilket vanligen är cirka 10 minuter efter brandförloppets start. Det är först då vi kan se en reaktion. Detta är kopplat till den kemiska reaktionen av den svällande brandskyddsfärgen, som omvandlas från en färgbeläggning till en isolerande förkolning.

När förkolningen väl har skett isolerar den stålet vilket fördröjer upphettning av stålkärnan. Början av kurvan(se graf ovan), har samma form/utveckling oavsett tjocklek på den svällande färgen. Ju tjockare beläggning, desto mer förlängs den gröna kurvan. Detta ger stålet mer tid innan det når den kritiska temperaturen. 

Till exempel: 

• För 60 minuters skydd med en begränsande temperatur på 350 °C:
• För att lägga till 50 minuter för att skydda ytterligare 80 °C temperatur (baserat på 270 °C avslutad reaktion) = 50/80 = 0,625

Ett annat exempel:

• För 60 minuters skydd med en begränsningstemperatur på 750°C:
• Ytterligare 50 minuter för att skydda ytterligare 480°C = 50/480 = 0,104

Att förstå den kritiska temperaturen är viktigt, därför bör du komma ihåg denna information:

• 350°C kan vara den temperatur då stålet försvagas när det är högt belastat, och i närheten av dess maxbelastning. Då finns inte mycket utrymme för stålet att utstå temperaturer utöver normal rumstemperatur.
   
• 750°C kan vara den temperaturen då stålet försvagas vid låg belastning. Då finns det mer utrymme för stålet att klara av en temperaturökning.