ASTM E84 und FRP

ASTM E84 ist ein vergleichendes Prüfverfahren zur Bewertung des Oberflächenbrandverhaltens von Baustoffen. Es liefert zwei Kennwerte: den Flame Spread Index (FSI) und den Smoke Developed Index (SDI). Dabei handelt es sich um relative Prüfergebnisse und nicht um physikalische Messwerte in technischen Einheiten. Bei FRP-Werkstoffen beschreiben die angegebenen Werte die im E84-Verfahren geprüfte Konfiguration unter den dort geltenden Prüfbedingungen. Sie sollten daher nicht automatisch als allgemeingültige Eigenschaften aller FRP-Produkte derselben übergeordneten Werkstoffkategorie verstanden werden.

Was ASTM E84 tatsächlich misst

Das Verfahren wird allgemein als Steiner-Tunnel-Test bezeichnet. Bei der Standardanordnung wird eine nominell 24 ft lange und 20 in breite Probe im Tunnel montiert, wobei die zu prüfende Oberfläche nach unten in einer Deckenposition liegt. Während einer kontrollierten Luftströmung und einer Flammenbeaufschlagung werden die Flammenausbreitung entlang der Probe und die Rauchdichte während der 10-minütigen Prüfung erfasst.

Der Flame Spread Index beschreibt die relative Ausbreitung der Flamme entlang der Probe. Die Referenzskala basiert auf ausgewählten Referenzoberflächen, darunter Faserzementplatte und Rot-Eiche-Parkett ausgewählter Qualität. Da der FSI ein Index und kein direkt gemessener physikalischer Wert ist, sollte er als vergleichendes Ergebnis des Prüfverfahrens interpretiert werden. FSI-Werte können auch über 100 liegen.

Der Smoke Developed Index wird aus den während der Prüfung erfassten Messwerten der Rauchdichte abgeleitet. Auch der SDI ist ein relativer Index und sollte weder als direkte Messung der Rauchmasse noch als eigenständiger Maßstab für die gesamte Brandgefahr interpretiert werden. ASTM E84 weist außerdem darauf hin, dass zwischen FSI und SDI nicht zwangsläufig ein direkter Zusammenhang besteht.

Wie die Bereiche für Klasse A, B und C verwendet werden

In Bauvorschriften und Spezifikationen werden Werkstoffe auf Grundlage ihrer ASTM-E84-Ergebnisse häufig drei Klassen zugeordnet:

  • Klasse A: FSI 0–25 und SDI 0–450
  • Klasse B: FSI 26–75 und SDI 0–450
  • Klasse C: FSI 76–200 und SDI 0–450

Diese Klassenbereiche werden nicht von ASTM E84 selbst definiert. Sie werden innerhalb von Bauvorschriften und Spezifikationssystemen verwendet, wobei die konkreten Anforderungen je nach Rechtsraum, Nutzung, Einbauort oder Anwendung unterschiedlich sein können. Deshalb sollte ein Werkstoff stets anhand der für das jeweilige Projekt geltenden Klassifizierungsanforderung bewertet werden.

Warum die ASTM-E84-Ergebnisse von FRP von der Konfiguration abhängen

FRP ist ein Verbundwerkstoff und kein einzelner, einheitlicher Werkstoff. Viele industrielle FRP-Produkte kombinieren Glasfaserverstärkung mit einer duroplastischen Harzmatrix sowie Füllstoffen, Additiven, Oberflächenschichten oder weiteren Konstruktionsmerkmalen. Änderungen an Harzformulierung, Füllstoffgehalt, Faser-Harz-Zusammensetzung, Dicke, Oberflächenzustand oder Aufbau können das im Tunneltest beobachtete Flammen- und Rauchverhalten beeinflussen.

Deshalb sollte ein ASTM-E84-Ergebnis aus einer bestimmten FRP-Konfiguration nicht automatisch auf ein anderes Produkt oder einen anderen Aufbau übertragen werden. Beispielsweise kann nicht angenommen werden, dass ein geformtes Gitter mit einem bestimmten Harz- und Füllstoffsystem dasselbe E84-Ergebnis aufweist wie ein pultrudiertes Profil mit einer anderen Formulierung und Konstruktion.

Für eine technische Prüfung ist daher nicht nur die Frage relevant, ob ein FRP-Werkstoff einen FSI- oder SDI-Wert besitzt, sondern vor allem welches Produkt und welche Konfiguration tatsächlich geprüft wurden.

Was in einem ASTM-E84-Prüfbericht für ein FRP-Produkt geprüft werden sollte

Bei der Prüfung eines E84-Berichts für ein FRP-Produkt sollte zunächst die genaue Material- oder Produktbezeichnung der geprüften Probe festgestellt werden. Anschließend sind die verfügbaren Angaben zum Harzsystem, zu Füllstoffen oder zur flammhemmenden Formulierung, zur Dicke, zum Oberflächenzustand und zum Aufbau der Probe zu prüfen. Der Bericht sollte außerdem die für die Prüfung verwendete geltende Ausgabe von ASTM E84 angeben.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen die Auflage- und Abstützbedingungen. ASTM E84 ermöglicht es, Proben selbsttragend auszuführen oder sie mit zusätzlichen Trägermaterialien oder anderen Mitteln in Prüfposition zu halten. Die Norm weist darauf hin, dass eine Abstützung unterhalb der Probe den gemeldeten Flame Spread Index gegenüber einer Prüfung ohne solche Abstützung verringern kann. Ergebnisse aus unterschiedlichen Abstützungsanordnungen sind daher nicht automatisch austauschbar.

Auch das Verhalten des FRP während der Prüfung ist bei der Interpretation eines niedrigen FSI relevant. Wenn ein Werkstoff so stark schmilzt, abtropft oder delaminiert, dass die Kontinuität der Flammenfront unterbrochen wird, ist der daraus resultierende niedrige Flame Spread Index möglicherweise nicht direkt mit einem Werkstoff vergleichbar, der während der Prüfung in seiner Position verbleibt.

Wichtige Grenzen bei der Interpretation von ASTM E84 für FRP

ASTM E84 liefert vergleichende Informationen über die Flammenausbreitung an einer Oberfläche und die Rauchdichte unter kontrollierten Laborbedingungen. Das Verfahren misst weder die Wärmeübertragung durch die geprüfte Oberfläche noch kann ein FSI allein einen Werkstoff als nicht brennbar klassifizieren. Das Ergebnis berücksichtigt außerdem nicht alle Faktoren, die das Brandgefährdungs- oder Brandrisikoverhalten unter realen Brandbedingungen beeinflussen können.

Bei FRP ist diese Abgrenzung besonders wichtig, weil die geprüfte Oberfläche, der Aufbau, die Abstützung und die Materialformulierung Teil des Prüfkontexts sind. Ein niedriger Index sollte daher als Ergebnis der geprüften Konfiguration verstanden werden und nicht als allgemeingültige Aussage über das Brandverhalten jedes Produkts derselben allgemeinen FRP-Kategorie.

Welche Rolle ASTM E84 bei der Auswahl von FRP spielt

ASTM E84 kann vergleichende Informationen zum Brandverhalten liefern, wenn die Oberflächenbrandcharakteristik Teil der Projektanforderungen ist. Bei industriellen und infrastrukturellen FRP-Anwendungen hängen die relevanten Anforderungen an das Brandverhalten jedoch vom Produkt, seinem vorgesehenen Einsatz, der Einbausituation sowie der maßgeblichen Bauvorschrift oder Spezifikation ab.

Der praktische Nutzen eines ASTM-E84-Ergebnisses ist daher am größten, wenn die geprüfte Konfiguration eindeutig mit dem spezifizierten Produkt übereinstimmt. Wenn sich diese Angaben unterscheiden, sollte der E84-Wert nicht automatisch übertragen werden.

Zusammengefasst liefert ASTM E84 zwei relative Kennwerte – FSI und SDI –, die die Flammenausbreitung und Rauchdichte nach einem festgelegten Prüfverfahren beschreiben. Bei FRP hängt die Aussagekraft dieser Werte von der tatsächlich geprüften Konfiguration ab. Ein E84-Ergebnis lässt sich am zuverlässigsten nutzen, wenn das geprüfte Produkt eindeutig identifiziert, der Prüfkontext verstanden und das Ergebnis mit der für das konkrete Projekt geltenden Anforderung verglichen wird.