1.1 De branddriehoek
- een brandbare stof
- een bepaalde temperatuur (ontbrandingstemperatuur)
- een bepaalde hoeveelheid zuurstof (aanwezig in de lucht).
Een verbranding is een scheikundige reactie van brandbare stof met zuurstof, die gepaard gaat
met warmte en vuurverschijnselen. Voor elke verbranding zijn altijd drie verbrandingsfactoren noodzakelijk:
Deze drie factoren kan men voorstellen als drie zijden van een driehoek, de zogenaamde
branddriehoek. Als van een driehoek een of meer zijden worden weggenomen, is de driehoek verbroken en zal hij in elkaar zakken. Worden van een brand(driehoek) een of meer verbrandingsfactoren weggenomen, dan is brand niet meer mogelijk. Met andere woorden: de brand is geblust! Dit idee is het basisprincipe van de brandbestrijdingstheorie. Door zijn eenvoud heeft de branddriehoek internationaal betekenis gekregen als symbool voor het verbrandingsproces.
Een brandbare stof is een stof die reageert met zuurstof. Een voorbeeld is koolstof. Bijna alle brandbare stoffen bevatten koolstof. Koolstof vormt het belangrijkste brandbare element van deze stoffen. Bij een verbranding gaat de koolstof een verbinding aan met de zuurstof. Er ontstaat dan als verbrandingsproduct een andere stof met andere eigenschappen, namelijk kooldioxide (CO2). Het kooldioxide dat sterk verhit wordt, zal met de andere verbrandingsproducten, zoals waterdamp en rook, stijgen. Er zijn stoffen, die de verbinding van de brandbare stof met de zuurstof versnellen of vertragen. Deze stoffen worden katalysatoren genoemd. De temperatuur waarbij een brandbare stof tot ontbranding overgaat, wordt de ontbrandingstemperatuur genoemd. De hoogte van de ontbrandingstemperatuur is niet voor alle stoffen gelijk. Een stuk papier kan bijvoorbeeld makkelijker aangestoken worden dan een brok steenkool.
De ontbrandingstemperatuur ligt zelfs niet per stof vast, maar is bijvoorbeeld ook afhankelijk van de aard van de stof, de afmetingen en de vorm. Denk maar eens aan een houtblok en een hoop houtwol. De houtwol zal veel eerder ontbranden dan het blok hout. De zuurstof die voor de verbranding nodig is, wordt onttrokken aan de omringende lucht. Delucht rondom ons is voor bijna 21% zuurstof. Ongeveer 78% is stikstof en minder dan 1% wordt gevormd door andere gassen, waaronder kooldioxide. Het chemische symbool hiervoor is CO2. Voor de ademhaling van mens en dier is de zuurstof uit de ons omringende lucht onmisbaar. De kenmerkende eigenschappen van zuurstof zijn:
- het is geen brandbaar gas
- het onderhoudt en bevordert de verbranding.
Zuurstof heeft als chemisch symbool O2. Wanneer een stof zich verbindt met zuurstof, noemen we dit oxideren.Bij een volledige verbranding van koolstof is er voldoende zuurstof aanwezig en ontstaat er uitsluitend kooldioxide. Als bij een verbranding minder zuurstof aanwezig is dan voor een volledige verbranding noodzakelijk is, spreken we van een onvolledige verbranding. Naast kooldioxide worden dan uit de koolstof ook roet en koolmonoxide (kolendamp) gevormd. Koolmonoxide is een zeer gevaarlijk gas. Het is buitengewoon giftig en bovendien brandbaar en explosief. Het chemische symbool voor koolmonoxide is CO. Bij bijna elke binnenbrand is minder zuurstof aanwezig dan voor een volledige verbranding noodzakelijk is. Er is dus zeer giftige koolmonoxide aanwezig. Tijdens de blussing zal het koolmonoxidegehalte bovendien sterk stijgen door de onvolledige verbranding die tijdens de blussing plaatsvindt. Als er voor een onvolledige verbranding zelfs te weinig zuurstof aanwezig is, gaat de brand uit. De brand kan in dat geval wel weer oplaaien als er meer zuurstof bij komt.
1.2 Het verbrandingsproces
De meeste brandbare stoffen zullen bij verhitting dampen of gassen afscheiden, die zich met de zuurstof uit de lucht mengen. Er ontstaat daardoor een brandbaar mengsel, dat met vlamverschijnselen verbrandt. We bekijken een voorbeeld. Een kaars is gemaakt van stearine. Bij een brandende kaars smelt de stearine om de pit. De vloeibare stearine wordt in de pit opgezogen en zal boven de pit brandbare dampen afgeven. Deze gas- of dampzone is duidelijk te zien als een kleine, donkere plek die om en boven de pit hangt. Om deze dampzone is een lichtgevende zone zichtbaar. In deze lichtgevende zone is de temperatuur hoger dan in de dampzone.
De koolstofdeeltjes die zich in de stearinedamp bevinden, kunnen door een tekort aan zuurstof niet volledig verbranden. Ze gaan gloeien en vormen de lichtgevende zone. Aan de buitenzijde staat de lichtgevende zone rechtstreeks in contact met de zuurstof van de buitenlucht. Er vindt hier dus een volledige verbranding plaats. De zone die op deze manier als een schil om de lichtgevende zone zit, wordt de verbrandingszone genoemd. Hij is heel zwak blauw van kleur en bijna onzichtbaar. De volgende proef illustreert dat de verbrandingszone zich om de lichtgevende zone bevindt. Wanneer een luciferhoutje een ogenblik in de vlam wordt gehouden, ontstaan op de lucifer twee brandvlakken waar de lichtgevende zone aan de buitenlucht grenst. Tussen de schroeiplekken blijft het hout gaaf. Zoals gezegd: de verbrandingszone bevindt zich om de lichtgevende zone. Een andere proef toont aan dat de donkere kern die door de lichtgevende zone omhuld wordt, de gas- of dampzone is. Wanneer een dun gIazen buisje in de kern wordt gehouden, kan aan het andere eind van het buisje de uitstromende damp worden aangestoken. De oorspronkelijke vlam van de kaars wordt kleiner omdat hier de brandbare dampen worden afgetapt. Uit deze proef blijkt ook dat de gevormde verbrandingsproducten door de verhitting omhoog worden gestuwd.
Bij stoffen die met vlamverschijnselen verbranden, worden dus drie zones onderscheiden:
- gas- of dampzone.
- lichtgevende zone.
- verbrandingszone.
De temperatuur is het hoogst in de verbrandingszone en het laagst in de gas- of dampzone. De zuurstof die voor de verbranding nodig is, stroomt aan de onderzijde toe. De zuurstof heeftnog een normale Temperatuur zodat bij de basis van de vlammen een zekere afkoeling plaatsvindt. Als u een vinger laag bij de vlam houdt, zult u weinig warmte van de vlam voelen. Dit komt doordat verse zuurstof wordt aangevoerd, terwijl een gedeelte van de verbrandingswarmte wordt onttrokken om de brandbare stof (in dit geval stearine) te laten smelten. Door het smelten worden nieuwe brandbare dampen geproduceerd om de verbranding in stand te houden.
Houdt u de vinger op grotere hoogte boven de verbrandingszone, dan zult u de hitte onmiddellijk voelen. De toestromende zuurstof verbindt zich met de brandbare stof tot CO2. Die wordt in de verbrandingszone sterk verhit. De CO2 stijgt op samen met de andere verbrandingsproducten zoals waterdamp, dat door de verhitting in stoom overgaat. In de gas- of dampzone gaan de gevormde gassen eveneens omhoog. Er ontstaat dus een trek in opwaartse richting.
1.3 Branduitbreiding
Meestal zal een brand zich niet beperken tot het oorspronkelijk object. Bij voldoende zuurstoftoevoer kan een brand zich uitbreiden naar andere objecten in de omgeving. Vuur heeft niet alleen de neiging zich zo lang mogelijk te handhaven, maar het zal zich ook willen uitbreiden. De temperatuur die tijdens een brand steeds hoger wordt, werkt een mogelijke uitbreiding van de brand in de hand. Men zal in de eerste plaats bedacht moeten zijn op de uitbreiding naar boven, omdat hitte omhoog gaat. Als de uitbreiding naar boven niet mogelijk is omdat zich hier geen brandbare materialen bevinden, breidt het vuur zich naar de zijkanten uit en zelfs naar beneden. De uitbreidingsmogelijkheden van een brand kunnen we symbolisch voorstellen als de zes zijden van een kubus. We noemen dit de kubusgedachte.
Bij het uitbreiden van een brand binnen een ruimte spreken we van brandvoortplanting. Dit kan binnen korte tijd gebeuren; er zijn gevallen bekend waarin binnen zes minuten een woonkamer kompleet in brand stond. Als er sprake is van een uitbreiding van een brand binnen een gebouw via een scheidingswand of open verbinding, zoals een wand, deur, luik of trap, spreken we van branddoorslag. Ook dit kan erg snel gaan. Zodra er sprake is van uitbreiding van een brand via de buitenlucht, is er sprake van brandoverslag (niet te verwarren met vlamoverslag). Het maakt niet uit of de uitbreiding van de brand aan hetzelfde gebouw plaatsvindt of van het ene gebouw naar het andere gaat. Bij brandoverslag spelen hittestraling, vlammen en vliegvuur een grote rol. Dus: een uitbreiding van een brand via de buitenlucht is brandoverslag. Een uitbreiding van een brand binnen in het gebouw is branddoorslag.
Branddoorslag
Brandoverslag