SHR op de radio, over scheurvorming in verbrand hout

Een deel van het antwoord op de vraag van de luisteraar heeft te maken met het grote warmte-isolerend vermogen van de verkoolde laag die bij brand rondom het hout ontstaat en houtconstructies zo juist beschermt. Daar waar metalen balken bij grote hitte vrij plotseling slap worden, zorgt de verkoolde laag ervoor dat hout bij brand zijn sterkte lang behoudt en instorting vaak wordt voorkomen. Meer kennis over het ontstaan van het scheurpatroon in de verkoolde laag kan leiden tot een verdere verbetering van de brandwerendheid van constructiehout en dat is ook de reden dat de gestelde vraag onderwerp is van actueel onderzoek.

In de blokken hout in een openhaard zie je iets vergelijkbaars gebeuren. Bij een temperatuur van ongeveer 200°C brandt het hout nog niet, maar dan verandert het wel al plotseling van zijn vaste vorm in een rubberachtige vorm en tegelijkertijd zet het behoorlijk uit (glas-transitietemperatuur). Het buitenste laagje, waarin dat gebeurt, zit echter vast aan het diepere, koudere en nog intacte hout en dat houdt die uitzetting juist tegen. In het buitenste laagje ontstaan stuikbreukjes daar waar de krachten het grootst zijn of het materiaal het zwakst is. Als je hout ooit hebt gespleten (gekliefd) dan weet je dat dit het makkelijkst gaat langs de stralen en parallel aan de jaarringen. Dit verklaart het kubisch patroon gedeeltelijk. Hout breekt moeilijk haaks op de vezel maar omdat het ook in de lengte zwelt en vastzit aan de stugge ondergrond ontstaan ook in de lengterichting op regelmatige afstanden breukjes. Dit proces gebeurt steeds opnieuw in het volgende dunne laagje en telkens met hetzelfde breukpatroon. Naarmate de buitenste houtlaagjes met breukjes verder van het intacte hout komen te liggen worden ze blootgesteld aan steeds hogere temperaturen en vooral rondom de breukjes zal de temperatuur in het hout snel stijgen en zal het hout daar thermisch worden aangetast. Hierbij valt het hout in kleinere componenten uiteen en het zijn deze componenten die feitelijk verbranden (=pyrolyse uiteenvallen van hout rond 300°C in vaste deeltjes en gas).

Niet heel toevallig is dit jaar een studie uitgekomen (Baroudi, D., Ferrantelli, A., Yan Li, K., & S. Hostikka. 2017. A Thermomechanical explanation fort he topology of crack patterns observed on the surface of charred wood and particle fibreboard. Combustion and flame, arXiv:1604.01249v3, 11 april 2017) waarin op basis van deze uitgangspunten een computermodel is gemaakt dat behoorlijk nauwkeurig het breukpatroon kan nabootsen en dat daarmee de uitgangspunten onderbouwt.


Deel dit artikel op LinkedIn: