Buchenholzprodukt für bewitterte Tragwerke: dauerhaft, formstabil, hochfest
Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Graf, Dipl.-Ing. Reiner Klopfer,
Zielsetzung des Forschungsvorhabens war die effektive Steigerung der stofflichen Substitutionswirkung und der CO2- Speicherwirkung durch die Verwendung von Holzbauprodukten aus modifiziertem, heimischem Buchenholz für frei der Witterung ausgesetzter Tragwerke.
In diesem interdisziplinären Forschungsteam aus Wissenschaft und Wirtschaft wurden stabförmige Bauteile aus acetyliertem Buchen-Furnierschichtholz (LVL) entwickelt. Der Prozess der Acetylierung von Buchenfurnieren und die daraus durch Heiß- und Kaltverklebung hergestellten Lamellen und Bauelemente konnte mit den Industriepartnern technisch umgesetzt werden
Es konnte nachgewiesen werden, dass gegenüber nativem Buchen LVL eine deutlich höhere Formstabilität vorhanden ist, das Schwind- und Quellverhalten wird um ca. 80% reduziert (Anti-Shrink Efficiency ASE). Die Dauerhaftigkeit gegenüber biogenen Abbauprozessen (Holz zerstörende Pilze) wurde untersucht und erforscht. Während natives Buchenholz als sehr anfällig bekannt ist und in die schlechteste Dauerhaftigkeitsklasse (DC 5, DIN EN 350) eingestuft wird, kann das acetylierte Buchen LVL in die beste Dauerhaftigkeitsklasse (DC 1) eingeordnet werden und steht damit mit den Tropenhölzern wie z.B. Teak auf einer Stufe. Auch unter anspruchsvollen marinen Bedingungen zeigte das Material nach 3-jährigem Test keinen Befall durch Bohrmuscheln.
Bei den mechanischen Eigenschaften konnten sehr hohe Festigkeiten nachgewiesen werden, die mit am Markt vorhandenem Buchen LVL vergleichbar sind. Es konnte nachgewiesen werden, dass die hohen charakteristischen Biegefestigkeitswerte von über 75 N/mm² der acetylierten LVL-Lamellen auch bei feuchten und nassen Umgebungsbedingungen erhalten bleiben (Abb. 1). Auch bei Keilzinkenverbindungen und Verbindungsmitteln wie Stabdübeln konnten sehr gute Ergebnisse erzielt werden.
Damit konnte nachgewiesen werden, dass sich dauerhafte, formstabile und hochfeste LVL Lamellen für BSH Träger aus heimischem Buchenholz herstellen und verarbeiten lassen. Damit können Holzbauprodukte für Brücken- und Turmtragwerke (Abb, 3) bereitgestellt werden. Weitere Anwendungsfelder sehen wir im Bereich Mobilität, wie E-Ladestationen aus Holz, Parkraumüberdachungen (Abb. 2), Maut- und Schilderbrücken. Vorhandene Kenntnisse der Formbarkeit des Materials aus dem Möbelbau in gebogenen Strukturen können auch im Fahrzeugbau sowie im Bereich der Stadtmöblierung zur Anwendung kommen. Im Bereich Windenergieanlagen -hier auch im marinen Off-Shore-Bereich- sehen wir weitere Anwendungschancen. Die sehr hohe Formstabilität prädestiniert das Material auch für Tragwerke im Bereich höherer relativer Luftfeuchte (Nutzungsklasse NKL 2) in denen natives Buchen LVL an deren Grenzen kommt.
Finanzierung und Kooperationspartner
Die finanzielle Förderung erfolgt von Juni 2021 bis Juni 2025 durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) als Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Kooperationspartner ist die Georg-August-Universität Göttingen, Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte, Prof. Dr. Holger Militz.
Unterstützung aus der Industrie kommt von:
- Accsys Technologies, NL-6827 Arnhem;
- Deutsche Holzveredelung Schmeing GmbH & Co. KG, D-57399 Kirchhundem; Germany
Abbildung. 1:Ergebnisse der Biegefestigkeitsprüfungen unter verschiedenen Klimabedingungen und bei Wassersättigung (links) von nativen und acetylierten Buchen LVL Lamellen (rechts).
Abbildung. 2: Rendering der Parkplatzüberdachung mit der Option einer späteren Aufstockung. Gefördertes Forschungsprojekt des Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität des Landes Rheinland-Pfalz (MKUEM).
Abbildung. 3: visionäres Bauwerk „Der Pfalzturm“ mit frei bewitterter Gitterschale aus acetyliertem Buchen LVL.
Vorversuche aus acetylierten Buchenhölzern, die untere Brettlage (rechts im Bild) besteht aus stehenden Furnieren aus Buche