Bauwerke bestehen heutzutage größtenteils aus Mauerwerk, Stahl und Beton. Insbesondere Stahlbeton garantiert eine hohe Gesamtstabilität – schließlich vereint er die große Druckfestigkeit von Beton mit der hohen Zugfestigkeit von Stahl. Das Manko: Stahlbeton herzustellen, zu verarbeiten und wiederzuverwerten verschlingt große Mengen an Energie. Holz dagegen ist klimafreundlich, wächst schnell nach und lokal verfügbar. Allerdings ist es nicht so stabil wie Stahlbeton, vor allem die Zug- und Druckfestigkeiten senkrecht zur Faserrichtung fallen vergleichsweise niedrig aus. Verbindet man Holz jedoch mit anderen Materialien zu hybriden Holzwerkstoffen verbessern sich die mechanischen Eigenschaften. „Kombiniert mit Faserverbundkunststoffen oder Beton könnten selbst Holzarten und Sortierklassen eingesetzt werden, die sich bisher nicht für die Bauindustrie eignen“, erklärt Professor Libo Yan, Nachwuchsgruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut (Fraunhofer WKI).
Fraunhofer WKI untersucht Langzeitverhalten von hybriden Holzwerkstoffen
Während zum Kurzzeitverhalten solcher Hybridwerkstoffe bereits verschiedene aktuelle Studien erschienen sind, ist zum Langzeitverhalten nur wenig bekannt. Eine Nachwuchsforschergruppe will diese Lücke schließen und hat Untersuchungen am Fraunhofer WKI in Braunschweig begonnen. „Unser Ziel ist es, den Anteil von Holz im Hochbau signifikant zu erhöhen“, sagt Yan. Er verweist darauf, dass der Holzbau am deutschen Baumarkt bislang erst einen Anteil von zehn bis 15 Prozent erreicht. Die Forscherinnen und Forscher untersuchen deshalb Kombinationen aus Holz und Beton ebenso wie Holz, dem Carbonfasern oder Flachs in einer Polymermatrix zusätzliche Stabilität verleiht. Was die Kombination von Schnittholz und Beton angeht hat das Team eine neue Methode entwickelt, die Materialien mit Polyurethan oder Epoxidharz zu verbinden und dadurch den Produktionsprozess um bis zu 15 Prozent zu beschleunigen. Üblicherweise werden dazu Stahlnägel, Stahlplatten und Stahlnetze genutzt.
Kurzzeitversuche und Langzeittests
Vor den Langzeittests gilt es für die Forscherinnengruppe jedoch Kurzzeitversuche durchzuführen. Dazu verbindet sie die Materialien. Anschließend spannen sie die äußeren Holzteile ein und bringen auf den Beton eine definierte Kraft auf, um herauszufinden, ab welchem Druck die Klebeschicht bricht. Aus diesen und weiteren Messungen entwickelt sie ein theoretisches Modell. Via Mikroskop untersuchen sie zudem die Mikrostruktur der Klebestelle. „Wir wollen eine Korrelation zwischen dem makroskopischen Verhalten und der Mikrostruktur herstellen“, erläutert Yan. Langzeitversuche sollen das erstellte Modell validieren. Für zwei Jahre werden fünf bis sechs Meter lange Hybridpaneele dann Regen, Sonne und Wind ausgesetzt. Über die Ergebnisse können die Forscher:innen ihr theoretisches Modell optimieren. Hat die Theorie den Praxisvergleich hinter sich, lässt sie sich für die Vorhersage des Langzeitverhaltens nutzen und die Forscher:innen können berechnen, wie sich die Holz-Hybridmaterialien über einen Zeitraum von 50 Jahren verhalten. Quelle: Fraunhofer WKI / jb
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