Alternativa brandskydd för KL-träelement

DEGREE PROJECT IN BYGGTEKNIK OCH DESIGN, FIRST CYCLE, 15 CREDITS

TRITA-ABE-MBT- 20427

Sammanfattning

Denna uppsats är en förstudie om alternativa brandskyddsmaterial för KL-träelement, korslimmade träelement. Syftet är att undersöka och sammanställa rimliga alternativ till gipsskivor och mineralull som ett framtida projekt sedan kan arbeta vidare med för att testa och utvärdera dess brandtekniska egenskaper. Krav som ställs på KL-trä ur brandskyddssynpunkt samt även hur ett materials

brandtekniska egenskaper testas hos, till exempel, RISE beskrivs övergripligt.

Uppsatsen drar slutsatsen att lera i puts- och skivformat är ett material med stor potential ur brandteknisk och miljömässig synpunkt och är det lämpligaste materialet att gå vidare med för utförligare tester och utvärdering.

Rapporten ​”Material properties of clay and lime plaster for structural fire design” av Johanna L, Judith K, Alar J, Birgit M, Siim P, 2019, ​redovisar goda resultat för lerans brandtekniska egenskaper och bör användas vägledande i projektet för vidare studier.

Denna uppsats ger även förslag på tvärsnitt att undersöka vidare för att sedan testa dess brandtekniska egenskaper.

Det är även tydligt att det finns en stor brist på harmoniserande produktstandarder när det kommer till lera som ett byggnadsmaterial samt att miljödokumentationen är bristande jämfört med

traditionella byggnadsmaterial som gipsskivor. Det samma gäller för byggskivor som är

magnesiumoxidbaserade, dessa har även haft problem med fukt och kvalitetssäkringen är osäker.

Abstract

This essay is a feasibility study on alternative fire protection materials for CLT elements. The purpose is to investigate and compile reasonable alternatives to gypsum board and mineral wool which the project can then continue to work on and to test and evaluate its fire engineering properties.

The fire protection standards that exists today in Sweden and the EU for CLT elements are described in overview as well as the process of material testing at a facility like RISE.

The thesis concludes that clay in plaster and board format is a material with great potential from a fire technical and environmental point of view and is the most suitable material to proceed with for further tests and evaluation.

The report “Material properties of clay and lime plastics for structural fire design” by Johanna L, Judith K, Alar J, Birgit M, Siim P, 2019, reports good results for the clay's fire-technical properties and should be used as guidance in the project for further studies.

This essay also provides suggestions on cross sections to investigate further before testing it’s fire protection properties.

It is also clear that there is a great lack of harmonizing product standards when it comes to clay as a building material and that the environmental documentation is deficient compared to traditional building materials such as plasterboard. The same applies to building boards that are magnesium oxide-based, these have also had problems with moisture and the quality assurance is uncertain.

Förord

Vi vill ägna ett stort tack till sökmotorn Google för det fina samarbetet. Vi vill även tacka Alar Just som ställde upp på intervjuer om brandtestning hos RISE och om lera som brandskyddsmaterial. Tack till Daniel Fagerberg och Strombro Building Workshop som väglett oss i denna förstudien och vi hoppas det här projektet springer vidare mot framgång och leder KL-träbyggandet mot ytterligare framsteg inom minskad miljöpåverkan.

Det här arbetet är en förstudie med förhållandevis kort tidsram och dess innehåll bör ses som vägvisande till fördjupande studier inom frågeställningen.

Författarna känner starkt för trä som byggnadsmaterial och tycker att arbetet utvecklades till något mer intressant än väntat. Det hade varit intressant och givande att fortsätta arbetet under en längre tid då frågeställningen är relevant och dess lösningar har stor potential. Vår förhoppning är att någon bygger vidare på detta arbete och fyller i luckorna. Se gärna rubriken ​Vidare studier​ för inspiration till hur detta arbete kan fortsättas.

Innehållsförteckning

Syfte och frågeställning 12

Syfte 12

Frågeställning 12

Avgränsningar 12

Teoretisk referensram och litteraturstudie 13

Övergången från materialspecifika förbud till funktionskrav 13

Trä som byggnadsmaterial 13

KL-trä 14

KL-trä och brand 16

Brand i byggnader 17

Brandtekniska krav i byggreglerna 18

Sprinkler 21

Olika typer av standarder 22

Eurokoder 22

Att använda produkter som saknar standard 23

Metoden med reducerat tvärsnitt 23

Inverkan av brandskyddande beklädnad 25

Research Institutes of Sweden, RISE 28

Byggnadsmaterial 29

Gipsskiva 29

Tillverkningsprocess 29

Normal - Standard gipsskiva 29

Hydrofoberande 30

Kristallvatten 30

Protect F - Glasfiberarmerad gipsskiva 30

Återvinning 30

Miljöpåverkan 30

Mineralull 31

Tillverkningsprocess stenull 31 Standard isolering 31 Högsta användningstemperatur 31 Brandisolering 32 Återvinning 32 Miljöpåverkan 32 Alternativa brandskydd 32 Magnesiumoxidbaserade skivmaterial 32 Magnesiumoxid 32

Två olika typer av MgO-skiva 32

Magnesiumklorid - MgCl2 32 Magnesiumsulfat - MgSO4 33 Brandisolering 33 Fuktproblem 33 Lerputs 33 Tillverkningsprocess 33 Brandisolering 33 Återvinning 34 Miljöpåverkan 34 Lerskivor 34 Träfiberisolering 34 Metod 34 Resultat 35

Diskussion och slutsatser 39

Förkortningar

Symbol Enhet Förklaring

b mm Bredd

char​_fas,1 mm Skyddad förkolning med reducerad hastighet

char​fas,2 mm Förkolning med ökad hastighet där förkolningsdjupet är <25 mm

char​_fas,3 mm Förkolning med dimensionerande hastighet β eller β​₀

d​0 mm Icke lastupptagande skikt

d​_char,0 mm Totala förkolningsdjupet efter ​t​_req

d​ef mm Effektivt förkolningsdjup

f mm Förskjutning

h mm Höjd eller t.ex. tjocklek av KL-träskiva

h​_KLT mm Tjocklek KL-träskiva

h​p mm Tjocklek på enskild brandbeklädnadsmaterial

h​_p,tot mm Total tjocklek av brandbeklädnadsmaterial

l mm Längd

l​_a mm Förbindares minsta förankringslängd in i oförkolnat trä

l​f,req mm Erfoderlig längd för förbinare

k​0 Faktor som tar hänsyn till utvecklingen av ​d​0

k​₂ Skyddskoefficient

k​3 Efterskyddsfaktor

t min Tid

t​a min Tid då förkolningshastigheten övergår till β eller β​0

t​_ch min Tid till förkolning av trä

t​f min Nedfallstid av brandskyddande beklädnad

t​_req min Tidskrav på brandmotstånd

β mm/min Förkolningshastighet

β_​0 mm/min Endimensionell förkolningstid enligt EN 1995-1-2

Förkortning Förklaring

BBR Boverkets byggregler

BFS Boverkets författningssamling

BTv3 Brandsäkra trähus version 3

EK5 Eurokod 5, EN 1995-1-2

EKS Boverkets konstruktionsregler

KLT Korslimmat trä

NR Boverkets nybyggnadsregler

SBN Svensk byggnorm

Introduktion

Intresset att bygga byggnadsverk i trä ökar i dagsläget kraftigt från att ha varit i stort uteslutet fram till 90-talet och nu speciellt genom att bygga med KL-träelement. Träkonstruktioner har en överlägsen miljöprofil jämfört med traditionella byggnadsmaterial som stål och betong men än finns det några miljöbovar kvar i träbyggnadsverken.

De “stora” bovarna ur miljösynpunkt som fortfarande används i stor utsträckning är gipsskivan, stenullen samt plåtar och plåtreglar. Gipsskivor används som brandskyddande beklädnad, stenullen och plåtregeln används i brandcells- och lägenhetsavskiljande detaljer för att hindra brandspridning, se figur 1, 2 och 3.

Samtliga material har miljövänligare alternativ men dessa har ej än blivit testade i system med KL-trä.

Alternativ till gipsskivan är olika lerbaserade skivmaterial, till stenull är träfiberisolering ett alternativ och plåtregeln kan komma att bytas ut till vanliga träreglar. Allt ska testas tillsammans som ett system för att se hur de verkar tillsammans vid brandbelastning.

Figur 1.1​ I röda områden finns utrymme för förbättring. Dessa material skall bytas ut mot miljövänligare alternativ.

Figur 1.2​ I röda områden, samt gråa (gipsskiva), finns utrymme för förbättring. Dessa material skall bytas ut mot miljövänligare alternativ.

Figur 1.3​ I röda områden finns utrymme för förbättring. Dessa material skall bytas ut mot miljövänligare alternativ.

Bakgrund

För att minska en byggnads miljöpåverkan krävs det att miljövänliga material och arbetssätt används i så stor utsträckning som möjligt. Allt från val och produktion av byggnadsmaterial, transporter till, från och på byggarbetsplatsen samt återvinningen spelar in. Den här uppsatsen utformas likt en förstudie där vi tittar på valet av byggnadsprodukter som används som brandskydd. Material och egenskaper som undersöks i detalj är gipsskivor och mineralull samt vilka alternativa produkter som finns till dessa.

Att bygga i trä har många positiva effekter i alla skeden av byggmaterialets livscykel men en av de stora utmaningarna med trä är att det är brännbart. Detta kan dock hanteras på många bra sätt idag,

träelement kan konstrueras dimensionsmässigt att de klarar att motstå en brand en viss tid innan bärverkets integritet fallerar. För att bygga slankare träkonstruktioner och hindra en brand från att sprida sig vidare i konstruktionen används olika beklädnader, isoleringsmaterial, impregneringar och beläggningar som till exempel gipsskivor, mineralull och olika brandskyddsfärger med mera, se rödmarkerat i figurer 1.1.1 & 1.1.2.

Figur 1.1.1​ Teknisk detalj: bärande avskiljande vägg,

bjälklag Figur 1.1.2​ Teknisk detalj: yttervägg, bjälklag, _balkong

Till skillnad mot andra traditionella byggnadsmaterial som armerad betong och stål binder trä

koldioxid genom upptag från luften i fotosyntesprocessen. Den bundna koldioxiden byggs således in i byggnadsverket och förblir där under dess livslängd. Detta i kombination med att trä är en

förnyelsebar råvara gör träbyggnader många gånger till ett bra val när man vill bygga miljömässigt. Ju mer trä som byggs in, desto bättre är det med hänsyn till att minska världens koldioxidutsläpp.

Träbyggnader, i denna uppsats fall KL-träbyggnader, är i dagsläget inte perfekta trots att mängden inbyggt trä i en KL-trästomme är väsentligt högre än i en träregelstomme. Gipsskivor och mineralull har blivit standardiserade material. Båda materialen har stor energiåtgång i produktionsfasen, inklusive brytning och transport av råvaror till fabrik.

Denna uppsats och förstudie ämnar söka och sammanställa information om befintliga

byggnadsmaterial, ett urval som används eller kan användas i framtida brandskyddande syfte. Vilka alternativ finns till traditionella material som gipsskivor och mineralull, vilka materialegenskaper har dessa ur brandteknisk och miljömässig synpunkt?

I dag är gipsskivor och mineralull standardiserade material som således är utförligt testade,

certifierade och dokumenterade ur miljö-, produkt-, och brandegenskap. För att kunna använda en alternativ produkt måste den genomgå testning och certifiering hos ett företag eller institution, till exempel RISE, Research Institutes of Sweden. Vår rapport är starten på ett större projekt vilket ämnar till att testa och i förlängningen certifiera dessa alternativa material för brandskydd av KL-trä.

Syfte och frågeställning

Syfte

Syftet med detta examensarbete är att till ​Strombro Building Workshops​ projekt om KL-träelement och brandskydd göra en förstudie där vi inhämtar, sammanställer och i den mån rimligt och möjligt,

utvärderar information om befintliga byggmaterial som används i syfte att skydda en KL-trästomme mot brand, samt att redovisa övergripande vilka föreskrifter som finns i dag för brandskydd av KL-trä. Information om hur brandtester utförs hos RISE ska även inhämtas och sammanställas. I första hand är det alternativ till gipsskiva och mineralull som eftersöks i syfte att skapa ett miljövänligare tvärsnitt av KL-träelement, se figurer i avsnittet inledning.

Frågeställning

● Vilka byggmaterial finns i dag på marknaden (ett urval) som kan vara alternativ till gipsskivor och mineralull?

● Vilka egenskaper har materialen, vilken dokumentation finns, på vilket sätt är de rimliga alternativ?

● Hur ska de alternativa produkterna sättas samman och testas i ett system med KL-träelement? ● Hur ser branddimensioneringskraven ut i dag för KL-trä?

● Hur arbetar RISE, vad krävs för att utföra brandtester?

Avgränsningar

● Tvärsnitten som undersöks är lägenhetsavskiljande väggar med enkelsidig brandpåverkan. ● Resultat av brandtesterna som efterföljer denna förstudie kommer ej att redovisas i denna

rapport på grund av tidsramen.

● Utvärdering av byggmaterial görs i den mån möjligt med befintlig och verifierbar dokumentation såsom produktblad, testrapporter, LCA-dokument och liknande. ● Alla material har andra egenskaper, fokus ligger dock på brand.

● Informationsinhämtning om traditionella byggnadsprodukter avgränsas till: Gipsskivor: Saint-Gobain Gyproc

Mineralull: Owens Corning _​Paroc (Stenull) Saint-Gobain Isover (Glasull)

Teoretisk referensram och litteraturstudie

Övergången från materialspecifika förbud till funktionskrav

Ett första steg mot ett funktionsbaserat system kom när svensk byggnorm, SBN ersattes av Boverkets nybyggnadsregler, NR. Motivet var att främja den tekniska utvecklingen och möjligheten att bygga billigare. Skillnaden från SBN som utgick från materialspecifika tillåtelser och förbud var att NR skulle tillåta olika lösningar genom att istället uppnå en föreskriven funktion. Det var till exempel enligt SBN förbjudet att bygga högre hus än två våningar om stommen var av trä. År 1994 ersattes NR med Boverkets byggregler, BBR tillsammans med Boverkets konstruktionsregler, EKS (Boverket, 2019).

Genom omfattande studier efter man betraktat hur en konstruktion av trä brinner har man kunnat ta fram beräkningsmetoder som gör det möjligt att bevisa att trähus med rätt dimensioner kan uppnå tillräckligt brandmotstånd utan att vara begränsade till ett visst antal våningar. Detta har lett till att man idag på ett konkurrenskraftigt sätt kan bygga flervåningshus med en stomme av trä (Sveriges skogsindustrier, 2017).

Boverkets konstruktionsregler, EKS anger hur de europeiska konstruktionsstandarderna, även kallade Eurokoder ska användas. EKS är indelat i avsnitten A-J där A är allmän information och B förklarar Eurokod 0, C förklarar Eurokod 1 och så vidare. Alla Eurokoder är inte representerade i EKS då till exempel Eurokod 8 behandlar dimensionering vid jordbävning vilket inte är aktuellt i Sverige

(Boverket, 2020). Beräkning av träkonstruktioners brandmotstånd kan utföras med hjälp av ​Eurokod 5: Dimensionering av träkonstruktioner - Del 1-2: Allmänt-Brandteknisk dimensionering​ (SS-EN

1995:1-2:2004), vidare kallat EK5.

Trä som byggnadsmaterial

Trä är det enda förnyelsebara byggnadsmaterialet. Genom att använda mer trä i våra byggnader kan andelen ändliga naturresurser som ingår i betong, tegel och gips minskas. Dessa material kräver dessutom mycket energi vid tillverkning vilket leder till ett ökat koldioxidutsläpp. Det finns med andra ord stora möjligheter till miljömässiga vinster genom att välja trä. Vinster som de senaste 20 åren uppmärksammats och träindustrin utvecklar i hög takt sina produkter och framställandet av dem. Exempelvis genom att använda biprodukter från trä till biobränsle kan framställandet av sågade trävaror vid svenska sågverk minska det externa behovet av energi med 80 procent.

Vid framställandet av andra byggmaterial än trä används ändliga naturresurser som vid utvinning och framställande ofta kräver stora mängder energi. Exempelvis vid tillverkning av gips där man med maskiner bryter och krossar gipssten som sedan måste brännas vilket kräver stora mängder energi liksom vid processerna för att producera stål. Ett sätt att beräkna utsläppens omfattning kallas Carbon Footprint där alla byggmaterial resulterar i ett positivt klimatavtryck. Beräkningarna ger ett mått på

andel utsläppt koldioxid och andra växthusgaser som produkter eller aktiviteter släpper ut i atmosfären. Användaren kan då göra val som främjar en minimal klimatpåverkan. Trä är det enda byggmaterialet som ger ett negativt klimatavtryck, mindre än noll, då det under uppväxten binder koldioxid från atmosfären och lagrar denna i materialet. Mängden inlagrad koldioxid är större än utsläppen som krävs för avverkning, transport och bearbetning (Svenskt trä, u.å).

Figur 2.2.1​ Träprodukters kretslopp (Sveriges skogsindustrier, 2017)

KL-trä

Korslimmat trä är ett plant skivelement som består av ett udda antal skikt korslagda brädor som limmats samman enligt figur 2.3.1. Skivorna består av minst tre skikt och brädornas tjocklek varierar mellan 20 till 60 mm. Vanligt förekommande hållfasthetsklasser och mått på brädor och plankor som används vid tillverkning av KL-trä enligt tabell 2.3.1. Tabell 2.3.2 visar vanligt förekommande

dimensioner på de färdiga elementen. I Sverige används normalt gran och furu som ingående material men andra träslag kan förekomma. Råvaran är hållfasthetssorterad enligt SS-EN 14081-1 och varje KL-trä tillverkare har sin egen uppbyggnad av ingående tjocklekar. Vanligt förekommande är att de längsgående brädorna är av högre hållfasthetsklass då de vanligtvis tar upp störst last (Sveriges skogsindustrier, 2017).

Figur 2.3.1​ KL-träskiva (Sveriges skogsindustrier, 2017)

Tabell 2.3.1​ Dimensioner brädor och plankor Tabell 2.3.2​ Dimensioner KL-träskivor

Anledningen till att varje skikt är roterat 90° i förhållande till det intilliggande är för att utjämna

variationerna i trämaterialets egenskaper och således minska varje ingående brädas egenskapsskillnad. Resultatet av detta blir ett mer homogent och formstabilt material än om man betraktar varje enskild bräda.

KL-trä lämpar sig bra för prefabricering då toleranserna för varje element bara är uppgår till ett par millimeter. Dessutom blir grundläggningar och transporter mindre omfattande på grund av materialets låga egenvikt.

Trots att varje KL-trätillverkare har sin egna uppsättning av tvärsnitt så sker själva

tillverkningsprocessen på liknande sätt oavsett tillverkare eller land, se figur 2.3.2. För att få tillräckligt långa brädor fingerskarvas ändarna på varje enskild bräda. Därefter hyvlas brädorna innan de limmas och förs samman till önskade skivdimensioner. Limningsprocessen sker under erforderligt presstryck som bestäms utifrån limtyp. Efter att limmet härdat efterbearbetas skivorna med hjälp av en

CNC-maskin, Computer Numerical Control. Den sågar och fräser skivans ytterkanter samt utför håltagning för genomföringar av till exempelvis luftkanaler (Sveriges skogsindustrier, 2017).

Figur 2.3.2​ Schematisk bild över tillverkningsprocess av KL-trä (Sveriges skogsindustrier, 2017)

KL-trä och brand

Trä klassas enligt BBR som brännbart material (BFS 1993:57, BBR 2006) och antändningstemperaturen ligger vid ca 250-280°C. För att en brand ska uppstå krävs tre samverkande faktorer, bränsle, syre och värme. Bränslet och syret krävs för själva förbränningen. Värmen behövs för att initiera och underhålla reaktionen. Om minst en av faktorerna avlägsnas slocknar branden (Per Gunnar Burström, 2006).

Om en synlig träyta blir utsatt för brandpåverkan kommer den därför att antändas. Förbränningen fortskrider sedan inåt med i stort sett konstant hastighet. Resultat från undersökningar där

förbränningen sker med en given temperaturutveckling, även kallad standardbrandkurva, visar på en hastighet av ca 0,6 mm/minut (Burström, 2006). Inträngningen sker långsamt på grund av att

kolskiktet som bildas verkar som värmeisolering mellan brandrummet och pyrolyszonen. I

pyrolyszonen råder temperaturer mellan cirka 250 och 350 °C och där bildas de brännbara gaser som möter syre vid ytan och tillåter materialet att brinna. Kolskiktet som bildas vid 300 °C, skyddar det friska trämaterialet genom sina värmeisolerande egenskaper. Detta skydd är dock inte alltid tillräckligt och då kan extra brandskydd uppnås genom beklädnadsskivor. Temperaturen och hållfastheten i det opåverkade träet blir även under lång brandpåverkan i huvudsak oförändrad. Det är endast en smal zon där temperaturen har nått över 100 °C som hållfastheten påverkas väsentligt till det sämre (Sveriges skogsindustrier, 2017).

Figur 2.4.1​ Förkolningsprocessen av trä vid förbränning (Sveriges skogsindustrier, 2017)

När en skiva av KL-trä brinner kan man betrakta förkolningshastigheten genom två olika typer av scenarion. Förkolning med risk för delaminering och förkolning utan risk för delaminering. Delaminering sker när limmet mellan fogarna inte håller för tillräckligt höga temperaturer och då limmet släpper faller det isolerande kolskiktet bort och förkolningshastigheten antas till det dubbla under de nästkommande 25 millimetrarna, se figur 2.4.2 (Träguiden, 2016). När förkolningsdjupet överskrider 25 mm, minskar förkolningshastigheten till ursprunglig hastighet (SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut (SP), 2012, Kapitel 4).

Figur 2.4.2​ Förkolningshastighet med och utan delaminering av förkolnade träskikt (Sveriges skogsindustrier, 2017)

Brand i byggnader

När det brinner i en byggnad består förloppet av två olika faser, det inledande brandförloppet som ställer krav på ytskiktets material och den fullt utvecklade branden med krav på stommen, se figur

2.5.1. I brandens initiala skede brinner det i byggnadens innehåll, det vill säga möbler och annan inredning. Detta är inte reglerat i några byggnormer mer än att utrymningsvägar inte får innehålla några lösa brännbara föremål eller ytskikt av brännbart material. När rummet övertänds går branden mot en fullt utvecklad brand. Då är det viktigt att brandcellen har tillräckligt högt brandmotstånd för att begränsa branden till startutrymmet.

Träkonstruktioner kan generellt sett uppnå höga brandmotstånd, men för att uppnå de högre

brandklasserna utan vattensprinkler måste synligt trä täckas med brandimpregnering eller obrännbara skivmaterial. (Träguiden, 2017)

Figur 2.5.1​ Brandförloppets faser och påverkan av byggnadsdelar i en byggnad (Sveriges skogsindustrier, 2017)

Brandtekniska krav i byggreglerna

De nationella krav som ställs på byggnader gällande brandskydd är att brandskyddet ska projekteras, utformas samt verifieras. Detta kan ske genom en förenklad eller analytisk dimensionering. Den förenklade dimensioneringen innebär att konstruktionen uppfyller de lösningar och metoder som anges i Boverkets byggregler, BBR. En analytisk dimensionering innebär att byggherren uppfyller föreskrifterna på annat sätt och kan verifiera detta genom en kvalitativ bedömning, scenarioanalys eller kvantitativ riskanalys (Sveriges skogsindustrier, 2017).

Figur 2.6.1 visar dimensioneringsprinciper av konstruktioner indelat i tre nivåer. Högsta nivån är brandsäkerhet från gällande byggregler. Nästa nivå är delad i två vägar: antingen via den förenklade dimensioneringen med hjälp av brandklasser och siffervärden, eller via analytisk dimensionering. Den tredje nivån utgår från dimensioneringsmetoder eller europeiska klassifikations- och

provningsmetoder för att fastställa klass eller funktion hos byggnadsdelar (SP, 2012, Kapitel 2).

Figur 2.6.1​ Principer för brandteknisk dimensionering (SP, 2012)

Enligt BBR ska byggnader delas in i byggnadsklasser (Br 0-3) efter skyddsbehov där möjlighet till utrymning och risk för allvarliga personskador styr klass och följande kravnivå. Byggnader med mycket stort skyddsbehov ska till exempel utformas i byggnadsklass Br 0, se tabell 2.6.1 nedan för samtliga byggnadsklasser. Utöver hur byggnaden är utformad påverkas kraven i BBR också av vilken verksamhet som bedrivs i byggnaden.

Tabell 2.6.1​ Byggnadsklasser, Br, enligt Boverkets byggregler utifrån skyddsbehov.

Byggnadsklass Definition

Br 0 Byggnader med mycket stort skyddsbehov, ny klass som infördes 2012. Byggnad > 16 våningar ska dimensioneras analytiskt.

Br 1 Byggnader med stort skyddsbehov, främst byggnader > 2 våningar.

Br 2 Byggnader med måttligt skyddsbehov, främst byggnader med 1 – 2 våningar. Br 3 Byggnader med litet skyddsbehov, främst enplansbyggnader.

I en byggnad ställs särskilda brandkrav på stommen och andra byggnadsdelar som exempelvis dörrar och fönster. Brandtekniska funktioner som ska uppfyllas är; R (bärförmåga), E (integritet, täthet), I (isolering), se figur 2.6.2. Beteckningen kombineras där enstaka eller samtliga funktioner kan ingå och följs sedan med ett tidskrav på 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240 eller 360 minuter. Bärande avskiljande väggar kan beskrivas REI90 och ska då upprätthålla bärighet, täthet och isolering vid exponering för en standardbrand i minst 90 minuter (Träguiden, 2017).

Figur 2.6.2​ Illustration över brandtekniska funktioner R, E, I. (Sveriges skogsindustrier, 2017)

En bärande konstruktion ska utformas och dimensioneras så att säkerheten mot brott är betryggande även vid brandpåverkan. Verifieringen av detta görs genom att beräkna bärförmågan under en så kallad standardbrand. Standardbranden är ett förenklat brandförlopp som används vid beräkning då en naturlig brand är svår att beskriva. Standardbrandkurvan följer ett givet samband mellan tid och temperatur. I gällande Eurokod, SS-EN 1995-1-2 finns idag inget anpassat stöd för att beräkna brandmotståndet hos KL-trä. Antagandet görs där KL-trä betraktas som limträ eller massivt trä.

Metoden som används kallas metoden med reducerat tvärsnitt och bygger på antagandet att obränt trä behåller sin hållfasthet och att man sedan reducerar tvärsnittet med det beräknade

förkolningsdjupet med hjälp av uppskattade förkolningshastigheter. En nyare och i många fall mer konservativ metod återfinns i den europeiska handboken Fire Safety in Timber Buildings och

Brandsäkra trähus version 3, vidare kallat BTv3. Den bygger på samma metod med reducerad kapacitet i tvärsnittet men med mer uppdaterade värden som bygger på standardiserade tester. Dessa metoder och handböcker kommer att ligga till grund för nästa version av Eurokoder enligt A. Just (personlig kommunikation, 9 april 2020).

Definitionen av ytskikt är den yttre synliga delen av en byggnadskonstruktion. Den kan bli exponerad i en eventuell brand och ska i ett tidigt skede ha förmågan att hindra eller fördröja övertändning och rökutveckling. Ytskikt delas in i olika europeiska brandklasser (A-D), där A1 och A2 klassas som obrännbara, se tabell 2.6.2 för exempel på vanligt förekommande ytskikt.

Tabell 2.6.2​ Exempel på vanligt förekommande byggnadsmaterial

Huvudklass Rökklass Droppklass Byggnadsmaterial

A1 - - Betong

A2 s1, s2 eller s3 d0, d1 eller d2 Gipsskiva (med tunt papper), mineralull B s1, s2 eller s3 d0, d1 eller d2 Gipsskiva (med tjockt papper),

brandskyddat trä

C s1, s2 eller s3 d0, d1 eller d2 Tapet på gipsskiva, brandskyddat trä D s1, s2 eller s3 d0, d1 eller d2 Trä och träbaserade skivor

E - - eller d2 Vissa syntetmaterial

F - - Ingen brandklass bestämd

För att uppnå kravet för ytskikt genom förenklad dimensionering med rekommendationerna i BBR, se tabell 2.6.3. Byggnader med lägre skyddsbehov, exempelvis bostäder med upp till 2 våningar får lov att ha väggar med ytskikt av obehandlat trä. Byggnader med högre skyddsbehov behöver behandla exponerade träytor eller beklä dem med skivor som uppnår lägst klass C-s2,d0 (Träguiden, 2017).

Tabell 2.6.3​ Gällande krav på ytskikt vid förenklad dimensionering enligt BBR

Byggnads-klass

Lägsta brandtekniska klass på ytskikt

Tak Väggar

Br1 B-s1,d0 C-s2,d0

Br2 C-s2,d0 D-s2,d0

Br3 D-s2,d0 D-s2,d0

Sprinkler

Ett sprinklersystems främsta uppgift är att rädda liv genom att skydda mot övertändning. Tester visar att brandskador begränsas avsevärt och vattenskadorna är begränsade eftersom sprinklers

vattentillförsel är många gånger mindre än den räddningstjänsten måste tillföra i ett senare skede.

Att välja sprinkler kan utöver att rädda liv leda till friare val av alternativa byggprodukter. Ett nytt aktivt skyddssystem kan ge lättnader i det traditionella skyddssystemet, se figur 2.7.1. En byggnad kan till exempel utföras med träfasad då risken för flammor ut genom ett fönster från en fullt utvecklad brand anses som mycket liten (SP, 2012, Kapitel 3)

Figur 2.7.1​ Princip för tekniska byten med sprinkler: Säkerhetsnivån ökar vid installation av sprinkler, vilket kan medge viss lindring i krav på passivt brandskydd och ändå uppfylla minst samma säkerhetsnivå.

Olika typer av standarder

Standarder är dokumenterad kunskap som bidrar till att produkter och processer blir säkrare och mer effektiva. Det finns olika typer av standarder och indelningen sker ofta efter funktion, syfte eller giltighetsområde. Denna typ av indelning kan dock ibland bli problematisk då en och samma standard kan ingå i olika områden. Exempelvis kan en produktstandard även betraktas som en

provningsstandard om det ingår provtagning i framställandet av produkten.

Utöver vilket område standarder gäller delas de även in i nationella, europeiska och globala standarder. En svensk standard har antagits av Svenska institutet av standarder, SIS, Svensk elstandard, SEK eller Svenska Informations- och Telekommunikations- Standardiseringen, ITS. Den svenska standarden förkortas SS. Att en standard antas som svensk betyder inte per automatik att den finns tillgänglig på svenska. En europeisk standard, EN, kan till exempel antas som svensk och namnges då SS-EN (Boverket, 2019).

“SIS (Swedish Standards Institute) är en fristående ideell förening med medlemmar från både privat och offentlig sektor. Vi är en del av de europeiska och globala nätverk som utarbetar internationella standarder. Standarder är

dokumenterad kunskap utvecklad av framstående aktörer inom industri, näringsliv och samhälle och befrämjar handel över gränser, bidrar till att processer och produkter blir säkrare samt effektiviserar din verksamhet.”

Inom EU finns det även så kallade harmoniserade standarder. En harmoniserad standard har tagits fram på uppdrag av Europeiska kommissionen och utgör ungefär en femtedel av alla europeiska standarder (Europeiska unionen, 2020). Den är kopplad till ett direktiv eller en förordning för att verifiera de krav som ställs där. För att få sälja en byggprodukt som innefattas av en harmoniserad standard måste det finnas en prestandadeklaration och produkten måste CE-märkas. En CE-märkning innebär att en och samma typ av produkt ska testas och kontrolleras enligt gällande standard av respektive tillverkare. Tillverkaren ansvarar över att produkten lever upp till det

prestandadeklarationen visar (Boverket, 2018).​​Produkterna som ingår i en harmoniserad standard utses av EU:s byggproduktförordning, CPR. De får en generellt högre status då standarden säger vilka obligatoriska metoder som ska användas vid exempelvis provning (Boverket, 2019). Andra produkter kan på frivillig väg CE-märkas genom en europeisk teknisk bedömning (ETA)(Boverket, 2018).

Eurokoder

Eurokoder är en europeisk standard som består av en samling konstruktionsregler som gäller samtliga länder i Europa. Reglerna ställer krav på byggnaders och anläggningars dimensioner för att säkerställa att de uppnår tillräcklig mekanisk hållfasthet, stabilitet och brandmotstånd. Eurokoderna kompletteras med nationella bilagor. Bilagorna innehåller specifika regler och värden för att bibehålla den

existerande säkerhetsnivån i respektive land (SP, 2012, Kapitel 2).

Framtagandet av Eurokoder görs på uppdrag av Europeiska kommissionen och syftar till att förenkla den inre marknaden för byggprodukter och tjänster samt bidra till mer enhetliga säkerhetsstandarder inom Europa. I dagsläget är standarderna under utveckling för att hantera olika nya metoder, material, myndighetskrav och samhällsbehov samt för att utvidga harmoniseringen (Europeiska kommissionen, u.å). Implementering och utveckling av Eurokoderna är en tidskrävande process. Den nya versionen för

träkonstruktioner som var beräknad till år 2020 lär dröja till i alla fall 2024 enligt A. Just, Research Institutes of Sweden (RISE).

Uppdelningen av Eurokoderna är huvudsakligen baserad på konstruktionsmaterial. Varje materials standard har även en tillhörande del som berör brandteknisk dimensionering och namnges med suffixet 1-2, t.ex. EN 1995-1-2 för brandteknisk dimensionering gällande träkonstruktioner.

Trots gemensamma standarder finns det fortfarande många skillnader mellan olika länders acceptans av trä i byggnader (SP, 2012, Kapitel 2).

Att använda produkter som saknar standard

Enligt ​Boverkets byggregler​ (BBR, BFS 2011:6-2014:3) har byggherren alltid ansvar att de produkter som används uppfyller kraven som ställs enligt EKS, Eurokod.

Då KL-trä saknar en harmoniserad standard (Sveriges skogsindustrier, 2017), ställs inga krav på hur prestandadeklaration ska utformas. Egenskaperna kan ändå bedömas och beskrivas på annat sätt (Boverket, 2018), till exempel från leverantörer genom ett typgodkännande där certifiering skett via en tredjepartsorganisation som RISE (A. Just, RISE).

Då beräkningsmetoder för andra produkter än gips och mineralull saknas i EK5 så måste byggherren på annat sätt påvisa att konstruktionen tål den erforderliga brandbelastningen. Nya beklädnadsmaterial kan då testas genom standarden ​Brandteknisk provning av byggnadsdelar - Bidrag till brandmotstånd - Del 7: Skydd av träkonstruktioner, SS-EN13381-7:2019​.

SS-EN13381-7:2019 beskriver på vilket sätt beklädnadsmaterial ska testas och de tre viktigaste parametrarna som fastställs är:

1. Förkolningstid (​t​_ch​) - Hur lång tid tar det innan förkolning av trästommen bakom beklädnaden påbörjar?

2. Förkolningshastighet (​k​_2​) - I vilken hastighet förkolnar trästommen bakom beklädnaden?, 3. Nedfallstid (​t​f​) - Hur länge sitter skivan eller beklädnadsmaterialet uppe?

För att bestämma tid till start av förkolning och förkolningshastighet krävs endast en mindre ugn i formatet 1x1 meter. Vid fastställandet av tid till nedfall av skivmaterial så krävs dock test i större skala med minst 3x3 meter stora element.

Efter utfört test som påvisar materialets prestanda erhålls designparametrar som kan användas för dimensionering enligt metoden med reducerat tvärsnitt enligt EK5.

Tester kan också leda till ett certifikat som godkänner den exakta uppbyggnaden som testats. Vill man justera uppbyggnaden kräver det dock att nya tester utförs enligt A. Just (personlig kommunikation, 9 april 2020).

Metoden med reducerat tvärsnitt

För att dimensionera en bärande KL-trävägg mot brandbelastning förespråkar ​Eurokod 5: Dimensionering av träkonstruktioner - Del 1-2: Allmänt-Brandteknisk dimensionering​ (SS-EN

1995:1-2:2004), att använda metoden med reducerat tvärsnitt. Metoden går ut på att reducera väggens tvärsnitt med det som inte längre är lastupptagande.

a) b)

Figur 2.9.1​ Tvärsnitt av korslaminerat trä: a) Tvärsnitt vid normal temperatur

b) Kvarvarande tvärsnitt (h​ef​), kolskikt (d​char​) och icke lastupptagande skikt (d​0​) vid enkelsidig brandexponering.

(SP, 2012)

Utöver kolskiktet har hållfasthet och elasticitetsmodulen reducerats i skiktet direkt bakom på grund av uppvärmning. För oskyddade tvärsnitt uppskattas detta icke lastupptagande skiktet, ​d​_0​ till 35-40 mm enligt metoden som beskrivs i BTv3 medan EK5 anger 7 mm oavsett om tvärsnittet är skyddat eller oskyddat. Effektivt (reducerat) tvärsnitt, ​d​_ef​ bestäms genom att addera förkolningsdjupet, ​d​_char,0​ med det icke lastupptagande skiktet, ​d​_0​ vilket ger:

d​_ef​ = ​d​_char,0​ + ​k​_0​d​₀

där ​k​_0​ tar hänsyn till att det icke lastupptagande skiktet inte är fullt utvecklat under de första tjugo minutrarna för oskyddat trä eller till start av förkolning av skyddat trä.

k​_0​ = för oskyddat trä t 20 för skyddat trä t tch

Endimensionell förkolningshastighet, 𝛽​0​ beror på träslag och för barrträ gäller för europeiska träslag 0,65 mm/min och förkolningsdjupet beräknas som:

d​char,0​ = 𝛽​0​t

För en standardbrand som understiger 120 minuter kan allmänt sägas att ​d​0​ är beroende av: - antal skikt

- tjocklek hos KL-träskivan

- typ av påkänning (drag eller kompression) på den brandexponerade sidan - temperaturgradient under kolskiktet, d.v.s. om skiktet är skyddat eller oskyddat.

Vid beräkning av ​d​0​ för väggar enligt BTv3, tryckt sida, se tabell 2.9.1

Tabell 2.9.1​ Icke lastupptagande skikt d​0​ för t = 0 till 120 minuter för väggar med exponering på tryckt sida​a

Antal skikt Oskyddat Skyddat​b

tre (3) , 5 h 12,5+ 3 9 min ​

{

b​ _{Värden kan också användas för t > t​} f

Denna förenklade metod är anpassad till simuleringar och brandförsök och är med fördel på den konservativa sidan. För vissa konstruktioner kan det därför vara av intresse att göra så kallade avancerade beräkningar (SP, 2012, Kapitel 5).

Inverkan av brandskyddande beklädnad

Att skydda KL-trä med beklädnad i form av skivor utförda i gips, trä eller mineralullsisolering minskar förkolningshastigheten och fördröjer förkolningens början. Förkolningshastigheten direkt efter att en brandskyddande beklädnad fallit bort är dock mycket högre än för oskyddat trä. Detta beror på kombinationen av hög temperatur och avsaknad av ett isolerande kolskikt. Den förkolnade ytan verkar isolerande och fullt skydd från kolskiktet uppnås först vid 25 mm. Skivor som faller ner allt för tidigt har därför en begränsad förmåga att minska förkolningen (Alar Just, Jürgen Köning, Joachim Scmid, SP, 2012, Kapitel 5). Nedfallstiden är enligt EK5 beroende av hur snabbt förkolning eller den mekaniska nedbrytningen av materialet sker, samt att infästningen placeras med för stora avstånd, för nära skivans kant eller att längd i icke förkolnat trä är otillräcklig.

1 Oskyddat trä under hela brandförloppet med förkolningshastigheten 𝛽​n​ (eller 𝛽​0​)

3a, 3b Initialt skyddat trä efter skivnedfall

3a Efter skivnedfall ökar förkolningen

3b När d​0​ överskrider 25 mm återgår förkolningshastigheten till ursprunglig hastighet

Figur 2.10.1​ Förkolningsdjup som funktion av tid vid när förkolningen startar vid tiden för nedfall (t​ch​ = t​f​)

(SP, 2012)

1 Oskyddat trä under hela brandexponeringen för förkolningshastigheten 𝛽​n​ (eller 𝛽​0​)

3a Initialt skyddat trä vid tidigt skivnedfall t​f

Figur 2.10.2​ Förkolningsdjup mot tid för skivor med korta nedfallstider (SP, 2012)

1 Oskyddat trä under hela brandexponeringen för förkolningshastigheten 𝛽​n​ (eller 𝛽​0​)

2, 3a, 3b Initialt skyddat trä när förkolningen startar före skivnedfall

2 Förkolningen startar vid t​ch​ med reducerad hastighet när skivan fortfarande sitter kvar

3a När skivan fallit fortsätter förkolningen med ökad hastighet

3b När d​0​ överskrider 25 mm minskar förkolningshastigheten till ursprunglig hastighet Figur 2.10.3​ Förkolningsdjup som funktion av tiden när förkolningen sker bakom skivan (t​ch​ < t​f​)

(SP, 2012)

Enligt EK5 ska tiden för förkolningens början, nedfallstiden och förkolningshastigheten för trä bakom skyddsmaterialet bestämmas genom provning om det specifika materialet saknar designekvationer. De fåtal material som i EK5 har specifika ekvationer för beräkning enligt SP (2012) är;

- fökolningens början:

- träbaserade skivor och träpanel, - gipsskiva typ A, H och F,

- stenullsisolering - nedfallstider:

- träbaserade skivor och träpanel, - gipsskiva typ A och F

- förkolningshastigheter för trä bakom skydd: - gipsskiva typ F,

- isolerskivor av stenull

Tabell 2.10.1​ Början av förkolning bakom gipsskivor t​ch​ i minuter med yttre skivtjocklek h​p​ och total skivtjocklek

h​p,tot​ i millimeter

Tabell 2.10.1 och Tabell 2.10.2 visar ekvationer för brandteknisk dimensionering och kommer från tillgängliga provdata. I de fall förkolningens början blir längre än samma beklädnads nedfallstid så bör förkolningens början antas vara samma som beklädnadens nedfallstid (SP, 2012, Kapitel 5).

Tabell 2.10.2​ Nedfallstider för gipsskivor t​f​ i minuter med skivtjocklek h​p​ och total skivtjocklek

h​p,tot​ i millimeter

Research Institutes of Sweden, RISE

RISE står för Research Institutes of Sweden och är ett svenskt oberoende forskningsinstitut som ägs av svenska staten. De har nära samarbeten med universitet, näringsliv och samhället för

samhälle och som ett led i att bli internationellt konkurrenskraftiga förvärvade de under 2016 bland annat SP, Sveriges tekniska forskningsinstitut (RISE, 2016).

Byggnadsmaterial

Gipsskiva

Tillverkningsprocess

Vid tillverkning av gipsskivor används en primär gipsråvara som bryts i sedimentär bergart, i Gyprocs fall importeras från Spanien primär gipsråvara direkt till Gyprocs hamn i anslutning till fabriken i Bålsta (RISE, 2018). Även sekundär gipsråvara kan tillsättas i produktionen av gipsskivor. Sekundär gipsråvara innebär återvunnen spill från produktionen av gipsskivor, spill från nyproduktion och källsorterad gips från rivningsprojekt. Gips från rivningsprojekt måste dock sorteras mycket noggrant för att accepteras in i produktionen i fabriken (RISE, 2018).

Figur 3.1​ Översiktsbild för tillverkning av gipsskiva

Gipsråvaran sönderdelas och går in i en kalcineringsprocess där mängden kristallvatten regleras genom upphettning, produkten blir ett gipspulver (Saint-Gobain Sweden AB, u.å). Gipspulvret blandas med vatten och andra tillsatser som bildar en tjockflytande gipsmassa som sedan fördelas jämnt över ett lager papper / kartong. Ytterligare ett lager papper / kartong på ovansidan omsluter gipsmassan. Gipsmassan får härda och kapas grovt till rätt dimension för att sedan torkas i en ugn för att reducera mängden vatten och ge skivan dess slutgiltiga egenskaper. Avslutningsvis trimmas skivan till

specificerad dimension och packas för transport.

Normal - Standard gipsskiva

Gipsskivor som används i tak och på väggar har en densitet som normalt ligger runt 800 kg/m​3​. Golvgips har en högre densitet på cirka 1100 kg/m​3​_{. Skivan består av en kärna av gips med papper /} kartong på vardera sida. Gipsskivor är känsliga mot större mängder fukt eller om de vattenbegjuts men det tillverkas även hydrofoberande gipsskivor som är lämpligare att använda i våtrum eller som

vindskydd i en fasad.

Gipsskiva klassas som obrännbar (enligt EN 520:2004) (A2-s1,d0) men om den utsätts för temperaturer över 45​o​C under en längre period börjar kristallvattnet att avgå och skivans hållfasthet och

motståndskraft mot brand kommer att försämras (Burström, 2016).

Figur 3.2​ Tvärsnitt av en normal gipsskiva (Saint-Gobain Sweden AB, u.å).

Hydrofoberande

Ett hydrofoberande material har efter behandling / impregnering vattenavvisande egenskaper (Hydrofobering, u.å).

Kristallvatten

Kristallvatten är vatteninnehållet i gipskristallerna. För att frigöra kristallvattnet krävs det en energitillförsel, till exempel värmeenergi från en brand. Då kristallvattnet frigjorts upptar det värmeenergin från branden och förångas och på så sätt dämpas brandförloppet (Gipsskiva, u.å).

Protect F - Glasfiberarmerad gipsskiva

Protect F är en variant av den normala gipsskivan, det som skiljer den från en normal gipsskiva är att den i gipskärnan är armerad med glasfiber. Glasfiberarmeringen gör att den inte krymper lika mycket som en normal gipsskiva då kristallvattnet avdunstar. Mindre storleksförändring ger att den bättre sitter kvar på konstruktionen och under längre tid och således fortsätter att skydda konstruktionen mot branden. Protect F är cirka 3 mm tjockare och 3,7 kg tyngre än en normal gipsskiva (Saint-Gobain Sweden AB, u.å).

Återvinning

Det finns stora möjligheter att återvinna gipsskivor, spillbitar från nyproduktion, gipsskivor från rivnings- och renoveringsprojekt kan återföras in i produktionen av nya gipsskivor som sekundär gipsråvara. Dock krävs det att materialet från byggproduktionen är väl sorterat och avskilt från annat byggavfall vilket innebär större resursåtgång i avfallshanteringen (RISE, 2018).

Miljöpåverkan

Gipsskivor är väldokumenterade och certifierade, livscykelanalys finns bifogad för både Gyproc Normal och Protect F. Nyckeltal är dock, deklarerad produktmängd är 1 m​2​ installerad skiva med en livslängd om 50 år (Environmental Product Declaration Gyproc Normal, 2016). Total energiåtgång för Gyproc Normal är 48,8 MJ/m​2​ installerad skiva, varav 44,7 MJ är icke förnybar energi (Gyproc, 2016). Total energiåtgång för Gyproc Protect F är 72,1 MJ/m​2​ _{installerad skiva, varav 65,5 MJ är icke förnybar} energi (Environmental Product Declaration Gyproc Protect F, 2016). Energiinnehållet i en kubikmeter naturgas är cirka 36-39 MJ (Naturgas, u.å).

Mineralull

Tillverkningsprocess stenull

Stenull tillverkas genom att råvaran diabas eller basalt, båda är en magmatisk bergart, smälts ned i ugn som till störst del drivs av gas eller koks (Ecofys, 2009). Smältningen sker vid en temperatur på upp till 1600​o​C, den smälta massan rinner ner över spinnhjul och bildar en film som sedan slungas ut till fiber och förlängs genom luftströmning. Mindre mängder tillsatser, fenolharts och mineralolja, används för att skapa en formstabil och vattenavvisande produkt (Burström, 2016). Stenullsfibrerna härdas sedan i en ugn varefter de kapas till önskad dimension (Ecofys, 2009).

Figur 3.3​ Översiktsbild av tillverkningsprocess för mineralull.

Standard isolering

Isoleringsprodukter av stenullsmaterial finns tillgängliga i en uppsjö av varianter från normala stenullsskivor i olika dimensioner till skivor klädda med papp eller gips och lösullsisolering av stenull, alla med olika densitet och användningstemperatur beroende på användningsområde. Normala isoleringsskivor av stenull har en densitet omkring 30 kg/m3 och en högsta användningstemperatur på 200​o​C (Paroc, 2020).

Högsta användningstemperatur

Högsta användningstemperatur för normal isolering av stenull eller glasull är 200​o​C medans brandisolering har högre högsta användningstemperatur. Användningstemperatur innebär en

temperatur som bindemedlen i isoleringsmaterialet klarar av innan de börjar brytas ned och förångas vilket gör att skivan tappar sin strukturella integritet och således även dess brandskyddande

egenskaper (Isover, 2020).

Brandisolering

Brandisolering består av samma material som den normala stenullsisoleringen med skillnaden att densiteten är mycket högre, densiteten varierar från produkt till produkt beroende på vilket

applikation den har, till exempel om den ska användas i en skorsten eller spis med mera (Paroc, 2020).

Återvinning

Mineralull är klassad som obrännbar vilket medfört att spill från nyproduktion och rivningsmaterial har hamnat på deponi, men nu finns det större möjligheter att återvinna både ny mineralull (spill från nyproduktion) och gammal mineralull från rivning och ombyggnationsprojekt. Avfallet skickas tillbaka till producenten som sedan omvandlar avfallet till en annan produkt eller att det smälts ned igen och återinförs i produktionen av ny mineralull. Höga krav ställs dock på sortering av mineralull som skickas tillbaka till producenten och det finns även risk att bli betalningsskyldig för eventuella skador som orsakas på maskiner i återvinningsproduktionen (Paroc, u.å).

Miljöpåverkan

Likt gipsskivan så är mineralull ett etablerat byggnadsmaterial som funnits på marknaden under en lång tid och är således väldokumenterat och certifierat (Paroc, u.å). Byggvarudeklarationen för Parocs standard stenullsisolering, Paroc eXtra, redovisar att energiåtgången under varans livscykel är 16,87 Mj / m3 varav 1,67 MJ är förnybar energi (Paroc, u.å).

Alternativa brandskydd

Magnesiumoxidbaserade skivmaterial

Magnesiumoxid

Magnesiumoxid framställs från magnesium genom bränning av karbonater som sönderdelas vid temperaturer över 350​o​_{C. Magnesiumoxid reagerar ej med vatten annat än i finfördelad form}

(Magnesium, u.å). Magnesium är ett av de vanligast förekommande grundämnena i jordskorpan med 2,76 viktprocent (Magnesium, u.å).

Två olika typer av MgO-skiva

Magnesiumoxidskivor består till största del utav just magnesiumoxid, cirka 40 till 50 viktprocent, sedan består skivan av cirka 25 till 35 viktprocent magnesiumklorid, MgCl​_2​, eller magnesiumsulfat, MgSO​_4​. Resterande viktprocent består av olika bindemedel, till exempel kalciumkarbonat, perlit, träfiber, beroende på producent (Åhs, Sjöberg, 2017).

Magnesiumklorid - MgCl

​

Magnesiumklorid är ett naturligt förekommande ämne som är mycket hygroskopiskt, redan vid 33% relativ fuktighet ,RF (Lunds Tekniska Högskola, 2017). Detta innebär att det upptar fukt från omgivande luft i de flesta applikationer i traditionellt byggande. Den relativa luftfuktigheten i normalt

inomhusklimat ska ligga mellan 30 till 70 procent (Socialstyrelsen, 2005).

Magnesiumsulfat - MgSO

​

Magnesiumsulfat är ett salt innehållandes magnesium och sulfater som likt magnesiumklorid också är ett hygroskopiskt (upptar vatten från luften) ämne. Den avgörande skillnaden är att delikvescering (bildning av “tårvätska”) sker först vid en relativ fuktighet på 93% (Åhs, Sjöberg, 2017).

Brandisolering

Magnesiumoxidskivor klassificeras som obrännbara likt en gipsskiva och test har utförts med ett icke bärande sandwichelement bestående av PIR-isolering, en polyuretanbaserad (plast) isolering, i kärnan och en magnesiumoxidskiva på vardera sida vilket gav väggelementet en total tjocklek av 136 mm (8 + 120 + 8) (Statens Provningsanstalt [SP] numera [RISE], 2015).

Ett takelement av samma konstruktion har även testats och uppnått EI60 ([SP] numera [RISE], 2016).

Fuktproblem

Kunskapen om fukt och magnesiumoxidskivor var tidigare bristfällig vilket ledde till problematik då magnesiumoxidskivor installerades i badrum och andra fuktiga miljöer men Lunds Tekniska Högskola har tagit fram en slutrapport som grundligt undersöker fuktegenskaper hos magnesiumoxidskivor (Åhs, Sjöberg, 2017). I rapporten kommer man fram till att magnesiumoxidskivor har mycket goda

fuktegenskaper dock är det kritiskt att säkerställa vilken typ av skiva som används då problematik med “gråtande skivor” kan uppstå om fel skiva används (Åhs, Sjöberg, 2017). Magnesiumoxidskivan Green Ecoboard som levereras av Wekla har visat i fukttester hos Lund Tekniska Högskola att “tårar” ej uppstår i fuktiga miljöer, skivorna testades anonymt i ett examensarbete men en kungörelse från universitetslektor Magnus Åhs bekräftar att det var Wekla Green Ecoboard som presterade (Talevska, Fakhro, 2016; Åhs u.å).

Lerputs

Tillverkningsprocess

Lerputs består till cirka 90 volymprocent av sand/grus med en kornstorlek mellan 0 till 4 mm, cirka 6 volymprocent lera med en kornstorlek upp till 0,002 mm samt armerande fibrer som hindrar putsen från att spricka då den torkar och härdar (Johanna L, Judith K, Alar J, Birgit M, Siim P, 2019; NE, u.å). Materialen blandas ihop, om materialen är i torrt tillstånd tillförs vatten, tills en homogen massa bildas. Massan kan sedan appliceras på en putsbärare, till exempel en vassmatta, som är infäst på väggen (Johanna L, et al. 2019; ). Utvinningen av material och tillverkningen av putsen kan i den bästa av världar göras direkt på byggarbetsplatsen förutsatt att det finns tillgång till tillräckliga mängder lera och sand i marken. Produktionen kan även ske, i liten skala, helt utan användandet av maskiner eller elektriska verktyg. Sanden kan siktas manuellt till rätt kornstorlek för att sedan blandas med lera, fibrer och eventuellt vatten (The Nito Project, 2018). Lerputsbruk kan även köpas från tillverkare, bruket levereras då, likt cement, i torrt format som är paketerad i påsar. Bruket blandas sedan med vatten enligt recept till önskad konsistens (May, u.å).

Brandisolering

Lerputs är ännu inte standardiserad på europeisk nivå, det finns inga eurokodstandarder att testa och certifiera lera mot dock finns det en tyska materialstandard som agerat vägledande, (Johanna L, Judith K, Alar J, Birgit M, Siim P, 2019). En forskargrupp med personer från Tallinns Tekniska Universitet och

Tekniska Universitetet i Braunschweig har testat lerputs i mindre skala och fått fram goda resultat som även lett till en föreslagen designekvation för att beräkna hur lång tid det tar innan förkolning av bakomliggande trästomme börjar (Johanna K, et al.).

Återvinning

Lerputs är helt återvinningsbar och kan återinföras direkt i marken utan ytterligare bearbetning, förutsatt att inga kemiska tillsatser tillförts.

Miljöpåverkan

Ingen livscykelanalys kunde hittas men enligt clayworks, en tillverkare av lerputs, så släpper

tillverkningsprocessen av lerputs ut cirka 2,4 kg mindre koldioxid än motsvarande gipsbaserade puts, 0,8 kg CO2/m_​2​ jämfört med 3,2 kg CO2/m_​2​ (Clayworks, u.å).

Lerskivor

Lerskivor armerade med naturliga fiber finns tillgängliga på marknaden som till exempel Back to Earths EBB (Eco Building Boards) Clay Boards. Dessa är klassificerade som obrännbara (A1) enligt tysk

materialstandard men ingen harmoniserad europeisk standard finns. Skivorna monteras likt andra byggskivor dock används brickor vid montage i tak (Back to Earth, u.å).

Träfiberisolering

Träfiberisolering finns som skivmaterial och som lösull. Träfibrerna är till stor del restprodukt i

sågverket, flis från tillverkning av virke. Träfiberisoleringen är impregnerade med ett brandhämmande medel och uppnår brandklass E (Svårantändlig) vilket innebär att övertändning sker inom 2 minuter vid 100 kW brand (Hunton, u.å; Boverket ,u.å).

Metod

Kvalitativ metod, denna uppsats har arbetat med sammanställning och analys av befintlig information. Faktasökning skedde i facklitteratur, uppslagsverk, standarder och föreskrifter, produktdatablad och testrapporter. Intervjuer genomfördes med en forskare på RISE, Alar Just. Intervju som används som källa har transkriberats och bifogats uppsatsen.

Metoden har givit goda resultat men vissa svårigheter har även uppstått. Intervjuer och platsbesök har ställts in på grund av rådande covid-19-situation och har omdirigerats till Skype-samtal vilket inte alltid är lika givande som att träffas i person och ha en diskussion. Dock har intervjuperson varit positivt inställd till uppföljande mejl och intervjuer.

Problematik som uppstått vid faktainsamling är att det oftast bara är tillverkare som publicerar information om en produkt, som livscykelanalyser och dylikt, även om produkten i fråga är en

“standardiserad produkt” och information från tredje part har varit svårare att hitta. Detta innebär att om en producent inte vill publicera information om till exempel tillverkningsprocesser eller liknande är det svårt att hitta utförlig information om ämnet. Tiden är också en faktor som skapat en del hinder, om en frågeställning identifierats sent i processen och information om ämnet är knapphändig så är det svårt att få kontakt och få ut information från företag på grund av långa ledtider.

Metoden justerades även på sådant sätt att informationsinhämtningen om ett byggnadsmaterial som anses standardiserad, det vill säga används inom svensk och eller europeisk standard, men som levereras av flera tillverkare avgränsas till en och inte flera tillverkare. Det resoneras att ett byggnadsmaterial som funnits på marknaden under årtionden tillverkas på ett snarlikt sätt av konkurrerande tillverkare samt har liknande om inte identiska egenskaper.

Sent i processen kom vi över den föreslagna designekvation för lerputs, som nyligen tagits fram i syftet att genom beräkningar kunna dimensionera brandskydd för KL-trä. Ekvationen som anger tiden för start av förkolning bakom lerputs har använts för att kunna uppskatta rimliga tjocklekar för framtida brandtest av lerskivor.

Resultat

Genom att studera beräkningar på hur traditionella gipsskivor för brandskydd till KL-trä fungerar, har vi med hjälp av nyligen framtagna designekvationer för lera som putsmaterial, gjort ansatser för och beräknat hur lera som skivmaterial kan fungera som brandskydd till KL-trä. Beräkningarna är utförda enligt metoden för reducerat tvärsnitt som beskrivs i ​Eurokod 5​ med tillägg från ​Brandsäkra trähus version 3, Material properties of clay and lime plaster for structural fire design ​(DOI 10.1002/fam.2798) samt ​Improved fire design models for Timber Frame Assemblies - Guidance document COST Action FP 1404 “Fire Safe Use of Bio-Based Building Products”​ (DOI 10.3929/ethz-b-000319524) och återfinns i Bilaga 1.1-1.7.

Beräkningarna ska ses som en uppskattning till hur lera som skivmaterial kan bete sig tillsammans med KL-trä vid brand. De antaganden som gjorts är att ​start av förkolning (t​_ch​)​ är likt lera som putsmaterial samt att ​nedfallstiden (t​f​)​ är likt gipsskivor av Typ F. Uppskattningen visar på att lera som skivmaterial

är ett intressant alternativ att testa i fullskaligt brandtest. Se diagram 4.1 och 4.2 där beräkningarna bekräftar vikten av att nedfallstiden blir tillräcklig. Tabell 4.1 föreslår olika exempel på uppbyggnader av KL-trä med skydd av LEMIX clayboards från Claytec​Ⓡ​ att testa.

Diagram 4.1​ Skillnad på förkolningsdjup vid olika nedfallstider och referensvärde från gipsskiva

Diagram 4.2​ Skillnad på förkolningsdjup vid olika nedfallstider och referensvärde från gipsskiva

Nedfallstiden måste testas i stort brandtest med elementstorlekar på 3x3 meter och resultatet påverkas av hur snabbt förkolning eller den mekaniska nedbrytningen av materialet sker, samt om infästningen placeras med för stora avstånd, för nära skivans kant eller att längd i icke förkolnat trä är otillräcklig. Därför kan brandtesten med fördel utföras med modifikation av olika bindemedel i skivmaterialet, längd, avstånd och placering av infästningar.

En väsentlig skillnad mellan lera som puts och lera som skivor är att det uppstår skarvar mellan skivorna. Skarvarna bör därför täckas genom att använda minst två skivlager och att förskjutningen över skarvarna är tillräckligt stor. Figur 4.1 tillsammans med Tabell 4.1 hur uppbyggnad bör ske vid stort brandtest.

Figur 4.1​ Illustration av uppbyggnad för brandtest enligt EN 13381-7, Brandteknisk provning av byggnadsdelar – Bidrag till brandmotstånd – Del 7: Skydd av träkonstruktioner

Ett motståndskraftigt tvärsnitt kräver också ett lim som står emot höga temperaturer för att undvika att delaminering sker.

För att erhålla designekvationer, så att alternativa material kan användas, dimensioneras och verifieras genom beräkningar krävs att brandtest utförs enligt standarden ​EN 13381-7:2019 Brandteknisk

provning av byggnadsdelar – Bidrag till brandmotstånd – Del 7: Skydd av träkonstruktioner​. Där

fastställer man start av förkolning, förkolningshastighet bakom beklädnad och nedfallstid av beklädnad genom tester i stor skala 3x3m och modellskalan 1x1m.

Tabell 4.1 ​Förslag på tvärsnitt att testa enligt EN 13381-7

Beklädnad Dimensioner Fäststdon​ l​f, req

160 KLT (40/20/40/20/40) 22 LERSKIVA 50 160 KLT (40/20/40/20/40) 22 LERSKIVA 22 LERSKIVA 70

Diskussion och slutsatser

Diskussion

Många alternativa och standardiserade byggnadsmaterial marknadsförs förhållandevis aggressivt att de är miljövänliga. Det vi ser hos de alternativa materialen är dock bristfällig dokumentation att bekräfta miljöegenskaperna med. Standardiserade material så som gipsskivor och mineralull har mycket utförlig dokumentation att luta sig mot vilket gör dom mycket konkurrenskraftiga på en byggmarknad där byggnadsverk ska certifieras efter så många miljösystem som möjligt.

Magnesiumoxidsskivorna marknadsförs som gröna och miljövänliga, lätta att återvinna men

dokumentering som bekräftar detta hittades inte inom den här uppsatsens tidsram även fast försök till kontakt med producenter gjordes tidigt i projektet. En stor del av produktionen ligger i Kina vilket kan försvåra konkurrensen med till exempel lerputs eller lerskivor där stor del av produktionen ligger i Europa och där produktionen har potential till att ha förhållandevis låg miljöpåverkan samt kortare transporter.

Lera framstår som det material som har störst potential att konkurrera med traditionella material som gipsskivan. Lera som puts eller skiva verkar har många potentiella fördelar inom klimatpåverkan,

inomhusklimat, brandisolering samt användning på byggarbetsplatsen. Vidare studier måste dock utföras för att bekräfta detta. En lerskiva med liknande eller bättre egenskaper vid brand som en gipsskiva skulle mycket troligen få stort genomslag i dagens miljömedvetna byggindustri och speciellt inom byggnation av träbyggnader.

Träfiberisolering för sig själv är långt ifrån jämförbart med mineralullsisolering, dock skulle det vara intressant att se hur träfiberisolering fungerar vid brand när den jobbar i system med KL-träelement och lerskivor där KL-träelementet står för en stor del av brandisoleringsförmåga till skillnad från en träregelstomme med mellanliggande mineralullsisolering. Träfiberisolering är i dag mest lämpad för byggnader upp till två våningar.

Rådande situation i omvärlden under vårterminen 2020 försvårade och förhindrade vissa praktiska moment som hade varit av stor nytta i arbetet. Till exempel kunde inga intervjuer utföras i person då situationen med covid-19 var ny och osäker och restriktioner infördes på löpande band, intervjuer kunde utföras över Skype men det är långt ifrån ett substitut för ett levande samtal i person. Inga platsbesök kunde heller utföras, likt intervjuer i person hade platsbesök i kombination med frågestund och diskussion bidragit stort till arbetet och varit mycket vägledande.

Slutsatser

● Vilka byggmaterial finns i dag på marknaden (ett urval) som kan vara alternativ till gipsskivor, mineralull?

Lera i puts- och skivformat. Magnesiumoxidskivor. Träfiberisolering.

● Vilka egenskaper har materialen, vilken dokumentation finns, på vilket sätt är de ett rimligt alternativ?

Lera:

Lera i puts- och skivformat visar stor potential ur brandteknisk-, inomhusklimat- och miljömässig synpunkt men vidare studier måste göras. Dock framstår lera som det bästa alternativa materialet att gå vidare med i det kommande projektet.

Träfiberisolering:

Träfiberisolering uppnår brandklass E vilket innebär att den är svårantändlig med övertändning sker inom 2 minuter vid en 100 kW brand. Träfiberisolering för sig själv kommer inte i

närheten av samma prestanda som mineralullsisolering.

Magnesiumoxid:

Magnesiumoxidskivor har god potential ur brand- och fuktteknisk synpunkt. Dock är kvalitetssäkringen osäker och risk finns för komplikationer med fukt. Vidare studier krävs. ● Hur ska de alternativa produkterna sättas samman och testas i ett system med

KL-träelement? (Vägguppställningar, olika väggsnitt)

Liknande tvärsnitt som med mineralull och gipsskivor. Se illustrerande Figur 4.1. Vidare studier måste dock göras på olika tjocklekar av beklädnadsmaterial, se exempel i Bilaga 1.1-1.7, samt

täthet av infästningsmaterial.

● Hur ser branddimensioneringskraven ut i dag för KL-trä?

Enligt BBR ska bärande konstruktioner utformas på ett betryggande sätt, så stadga och

motstånd uppnås även vid händelse av brand. Risken för personskada och svårighetsgraden att utrymma en byggnad styr hur länge den måste motstå brandförloppet. Verifiering av

utformningen är också kravställd men idag saknas gemensam standard för detta. Nästa version av eurokod där instruktioner för KL-trä för första gången är inkluderade beräknas komma först 2024.

● Hur arbetar RISE, vad krävs för att utföra brandtester?

RISE är en oberoende forskningsinstitution som ägs av svenska staten. De arbetar med tester, certifieringar och innovationer för ett hållbart samhälle. För att utföra brandtester krävs att utförande och utrustning görs enligt EN 13381-7. Rådande pandemi har tyvärr omöjliggjort planerade studiebesök i detta arbete.

● Standarder

Det är av stor vikt att harmoniserade standarder införs på europeisk nivå för att säkerställa kvaliteten i producerade alternativa byggnadsmaterial ur byggnadsteknisk, brandteknisk, och miljömässig synpunkt.

Fortsatta studier

● Undersöka lerskivors brandegenskaper genom testning med KL-trästomme och eftersträva att framta en designekvation för att beräkna förkolningshastigheten i bakomliggande KL-trä, undersöka brandegenskaper i skarvar samt nedfallstid.

● Undersöka magnesiumoxidskivors brandegenskaper i system med KL-trästomme i syfte att framta en designekvation för att beräkna förkolningshastighet i bakomliggande KL-trä samt nedfallstid.

● Undersöka träfiberisoleringens brandegenskaper i system med KL-trästomme klädd med lerskivor.

● Undersöka miljöpåverkan (livscykelanalys, LCA) av lerskivor och träfiberisolering och jämföra med gipsskivor och mineralull.

● Undersöka miljöpåverkan (livscykkelanalys, LCA) av magnesiumoxidsskivor och jämföra med gipsskivor.

Referenslista

Källa: Boverket (2019). ​Byggregler – en historisk översikt från BABS till BBR​. Hämtad 2020-05-25, från https://www.boverket.se/sv/byggande/uppdrag/avslutade-uppdrag/oversyn-av-boverkets-byggregler/bygg regler--en-historisk-oversikt/