Kurvan för kolvätebränder (HC-brandkurva, även kallad tid-temperaturkurva för kolväten eller ASTM E1529/UL 1709-kurva i vissa sammanhang) är en standardiserad nominell tid-temperatur-exponering som används vid brandmotståndsprövning av konstruktioner, särskilt för bränder med kolväteansamlingar (t.ex. bensin, diesel eller lastbilslaster i tunnlar).
Den kännetecknas av en mycket snabb initial temperaturökning (upp till ~1 100 °C inom ~10–20 minuter) och definieras av den analytiska ekvationen:
T = 1080(1 − 0,325e^(−0,167t) − 0,675e^(−2,5t)) + 20 (T i °C, t i minuter; omgivningstemperatur +20 °C).
Viktiga egenskaper hos kurvan för kolvätebränder
t = 0 min: 20 °C (omgivningstemperatur)
t = 1 min: ≈ 743 °C (extremt snabb ökning)
t = 5 min: ≈ 948 °C
t = 10 min: ≈ 1 034 °C (överskrider redan 1 000 °C)
t ≥ 30 min: Stabiliseras vid ≈ 1 100 °C (steady-state-platå)
Efter 5 minuter når kolvätekurvan nästan 950 °C och efter 10 minuter överstiger den 1 000 °C. Redan efter 30 minuter stabiliseras HC-kurvan vid 1 100 °C.
HC-brandkurva jämfört med cellulosa-brandkurva (ISO 834):
Den är betydligt strängare än den standardiserade cellulosa-kurvan enligt ISO 834 och används i stor utsträckning vid brandskyddsdesign för betongbeklädnader i tunnlar samt i passiva system för att bedöma avflagning, överhettning av armering och strukturell integritet under realistiska kolvätebränder med hög värmeavgivning (50–300 MW). Varianter inkluderar den modifierade/ökade HC-kurvan (HCM skalad till 1 300 °C) som används i vissa europeiska tunnelstandarder. Den förekommer ofta i riktlinjedokument för tunnelkonstruktion (t.ex. ITA-rapporten, CETU-guiden), tillsammans med jämförelser med RWS-, RABT/ZTV- och ISO-kurvor för riskbaserad tunnelklassificering och provning.
Detta inlägg utforskar kolvätebrandkurvan i sammanhanget tunnelbrandskydd. HC-kurvan används även inom andra områden såsom petrokemiska anläggningar, oljeplattformar eller transformatorrum.
HC-kurvan har sitt ursprung i 1970- och 1980-talen för petrokemiska, olje- och gas- samt raffinaderianläggningar, där poolbränder från processutrustning, lagringstankar, rörledningar eller spill utgör en primär risk. Den utgör grunden för standarden UL 1709 / ASTM E1529 (”Rapid Rise Fire Tests of Protection Materials for Structural Steel”).
Brandskyddsplatta för brandskydd av stål enligt brandkurvan för kolväten:
Aestuver T-brandskyddsskiva för kolvätebrandkurvan
Aestuver T-brandskyddsskiva är ett utmärkt val för brandskydd av konstruktionsstål enligt HC-kurvan. Denna skiva har testats av Efectis enligt EN 1363-2 och EN 13381-4. Dess huvudsakliga tillämpning är inneslutning av stålbalkar och pelare enligt kolvätebrandkurvan.
Testerna visar att Aestuver T är lämplig för HC-brandscenarier med brandklasserna: R30, R60, R90, R120, R150, R180 och R210. 240 minuters brandskydd enligt HC-kurvan kan tillhandahållas på begäran.
Det är ett typiskt stålinkapslingssystem för brandskydd med ett enda lager av Aestuver T brandskivor. Tjockleken varierar från 30 mm till 60 mm i steg om 10 mm. Skivorna fästs vid varandra med skruvar i hörnen.
Precis som alla Aestuver-brandskyddsskivor kan Aestuver T användas utomhus. T-skivan är beständig mot vatten, fukt, frysning, upptining, UV-strålning, genomblötning och torkning. Alla dessa egenskaper bekräftas i ETA-15-0531:
Mer information om specifika A/V-förhållanden och brandklassning finns här – Inkapsling av balkar och pelare enligt kolvätebrandkurvan.
HC-brandkurvan i tunnelbrandscenarier
Du hittar referenser till HC-kurvan överallt i litteraturen om tunnelkonstruktion. Både de tekniska rapporterna från PIARC (World Road Association) och riktlinjerna från ITA (International Tunnelling and Underground Space Association) Working Group 6 lyfter fram den som en viktig exponering för testning av passivt brandskydd i vägtunnlar.
Europeiska standarder som EN 1991-1-2 och EN 1992-1-2 använder kolvätekurvan (och dess modifierade HCM-version) tillsammans med den strängare RWS-brandkurva vid bedömning av betongbeklädnader. NFPA 502 i USA pekar också på exponeringar av kolväte-typ för tunnlar som transporterar brandfarliga vätskor. Forskare som Haukur Ingason och UPTUN-projektteamet har upprepade gånger visat i storskaliga tester att HC-kurvan nära matchar temperaturprofilerna för verkliga fordonsbränder i trånga tunnlar. Den har blivit den självklara referenspunkten eftersom den tvingar konstruktörer att planera för det värsta – inte bara det genomsnittliga – brandscenariot.
Betongavflagning under kolvätebrandkurvan
Höghållfast betong är utmärkt för att bygga tunnlar, men den har en svaghet. När den snabbt blir varm förvandlas fukten som finns inuti till ånga. Trycket byggs upp snabbare än det hinner släppa ut, och plötsligt börjar bitar av betong explodera från ytan – det kallas avflagning. Det kan inträffa vid temperaturer så låga som 200 °C. När det yttre lagret blåser bort blottas stålarmeringen, värms upp, förlorar hållfasthet, och hela konstruktionen kan hamna i allvarliga problem.
Vi har sett det i verkliga incidenter – Mont Blanc, bränderna i Kanaltunneln och andra. Skadorna är inte bara kosmetiska; de kan innebära omfattande reparationer, långa stängningar och enorma ekonomiska förluster.
Varför betongavflagning kan vara ett allvarligt fenomen under HC-brandkurvan? En snabb temperaturökning orsakar termisk chock på betongytan. Baserat på brandtester i testlaboratorier inträffar sådan avflagning mycket tidigt i testet, i vissa fall till och med inom de första 30 minuterna.
Passivt brandskydd vid kolvätebränder i tunnlar
Det finns flera metoder för att skydda betongkonstruktioner i tunnlar mot de förödande effekterna av kolvätebränder och avflagning. Konstruktörer överväger att använda brandbeständiga betongblandningar genom att tillsätta polypropenfibrer (PP) i blandningen. En sådan blandning måste dock brandtestas för att kunna ge faktiska bevis på brandbeständighet.
Dessutom hjälper användningen av PP-fibrer bara en gång. Vid brand smälter PP-fibrerna och det betongområde som utsätts för brand kräver kostsamma och tidskrävande reparationer. Detta kan leda till långa tunnelstängningar, omledningsproblem och potentiella intäktsförluster från vägtullar.
Alternativt kan tunnelägare dra nytta av att specificera installation av brandskivor. Sådana skivor fungerar som ett sekundärt skikt och fungerar som en värmebarriär i tunneln som skyddar den huvudsakliga tunnelkonstruktionen. Vid brand kan brandskivorna bytas ut relativt snabbt under ett par nattskift och tunneln är klar för öppning mycket tidigare.
Den fullständiga ekonomiska översynen av brandskyddsbeklädnad i tunnlar presenterades i den forskning som publicerades tillsammans med STUVA. Rapporten drog slutsatsen att skador orsakade av en enda allvarlig brand kan bli 15–20 gånger dyrare än kostnaderna för installation av brandskivor.
Hur Aestuver Tx-skivor hjälper vid kolvätebränder i tunnlar
Det är här Aestuver Tx passivt brandskydd kommer in, lätta cementbundna, glasfiberarmerade skivor tillverkade specifikt för tunnlar.
Skivorna fästs direkt på tunnelväggarna och taket (antingen vid nybyggnation eller som en eftermontering). Brandskyddsskivorna fungerar som en värmesköld. När de testas enligt fullständiga HC-, HCM- och till och med de strängare RWS-brandkurvorna håller de betongytan långt under den temperatur där avflagning börjar – vanligtvis under 380 °C på betongytan och håller armeringsjärnens temperaturer säkert låga (cirka 250 °C eller mindre).
Aestuver Tx-skivor har testats för brandskydd enligt HC120 och HC180. De är stabila vid 1 100 °C – utan sprickbildning, krympning eller avfall. De är också tillräckligt tåliga för att klara den dagliga tunnelmiljön: vägsalt, avgaser, högtryckstvätt och frystorkningscykler. Med en vikt på cirka 21 kg per kvadratmeter för en 25 mm skiva är de relativt enkla och snabba att installera utan att tunneln behöver stängas i veckor.
HC-kurvan är inte något abstrakt laboratoriekoncept – det är det närmaste vi kan komma att återskapa den brand du faktiskt skulle möta om en tankbil exploderade inne i en tunnel. Att använda den som riktmärke för passivt skydd innebär att konstruktionen står kvar tillräckligt länge för att människor ska hinna ta sig ut och brandmännen ska kunna göra sitt jobb, och det minskar den mardrömslika reparationskostnaden efteråt.
Om du arbetar med tunnelkonstruktion, renovering eller tillgångsförvaltning är det värt att titta närmare på hur passiva system som testats enligt HC-kurvan kan passa in i ditt nästa projekt.
Behöver du hjälp med att välja rätt brandskivor för kolvätebrandkurvan?
Kontakta oss via formuläret nedan:
Källor:
- International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) Working Group 6 (2017). Structural Fire Protection For Road Tunnels. ITA Report No. 18, April 2017.
- Centre d’Études des Tunnels (CETU) (2017). Passive Fire Protection Systems – Justification of performance for road tunnel structures. Updated version, March 2017.
- Tarada, F. & King, M. (2009). Structural Fire Protection of Railway Tunnels. Railway Engineering Conference, University of Westminster, UK, 24–25 June 2009.
- Ingason, H. (2008/2009). State of the Art of Tunnel Fire Research (and related UPTUN project reports, 2006).
- Li, Y.Z. & Ingason, H. (2012). The maximum ceiling gas temperature in a large tunnel fire. Fire Safety Journal
- PIARC (World Road Association) – Multiple technical reports on tunnel fire safety, structural protection, and fire curves (various years, including recommendations on HC, HCM, and RWS curves), i.e. Design fire characteristics for road tunnels, Fire Resistance of structures.
0 kommentarer