Untersuchungen zur Dichte und Dichteverteilung im unverpressten, verpressten und geformten Holz im Rahmen der Forschung und Entwicklung von Formholzprofilen im Bauwesen

Stipendiatin/Stipendiat: Julia Schreiber

Nach einer Erhebung des statistischen Bundesamtes ist die Baubranche Deutschlands mit über 60% an Abfall- und Reststoffaufkommen beteiligt. Um nachfolgende Generationen nicht weiter zu belasten, müssen zukunftsträchtige Baustoffe den Nachweis ihrer Kreislauffähigkeit und Nachhaltigkeit erbringen. Der Baustoff Holz kann dies in besonderer Weise erfüllen. Auch den größer werdenden Umweltproblemen, vor allem dem überhöhten CO2-Ausstoss, kann der Einsatz von Holz als Substitutionsprodukt entgegen wirken. Mit nachhaltig betriebenen Waldökosystemen und daraus erzeugten Holzprodukten, wird eine Erhöhung der Kohlenstofffixierung erreicht.Doch der Einsatz von Holz scheidet oftmals im ?Konkurrenzkampf? vor allem der Baustoffe aus. Zu den Nachteilen von Holz in technischen Anwendungen gehört die relative geringe Festigkeit im Vergleich zu Strukturwerkstoffen, wie z.B. Stahl. Aber auch die gängigen Holzprodukte sind mit Nachteilen behaftet. So ist die Erzeugung von Holzprodukten seit Jahrzehnten durch zwei unverrückbare Säulen kennzeichnet; dem Auftrennen des Stammholzes und dem anschließenden Fügen mittels synthetischer Bindemittel. Dabei entstehen nicht nur Schnitt- bzw. Materialverluste von bis zu 50%, es werden zudem hohe Mengen an Energien für die Herstellung verbraucht. Naturwissenschaft und Technik sollten daher die Voraussetzungen für eine effizientere Nutzung dieser natürlichen Ressource Holz schaffen, da kein anderer Baustoff die ökologischen Anforderungen so wie Holz erfüllen kann.Ein Schritt zu neuen innovativen Holzprodukten mit verbesserten mechanischen Eigenschaften sind Formholzprofile. Unter Druck und Temperaturen von 140°C wird Holz bis auf die Hälfte seines Volumens verdichtet. Dabei werden die Holzzellen nach Erweichen des Lignins ?gefaltet? und in einen plastifizierten Zustand versetzt. Nach dem Verdichten lassen sich die Kanthölzer aufgrund von Verformungsreserven zu technisch wertvollen Profilen formen, wie man sie bisher aus dem Stahlbau kennt. Das Verfahren und das Formholzprofil sind mittlerweile patentiert und erste Marktanalysen zeigen positive Resonanzen. Daher soll sich dieses Projekt mit der Forschung und Weiterentwicklung des Formholzprofils beschäftigen. Die bisherigen grundlegenden Untersuchungen galten dem mechanischen Verhalten des neuen Produktes. Ergebnisse waren in erster Linie Spannungs- Dehnungsdiagramme. Eine genaue Untersuchung der Dichte fand bisher wenig statt. Da aber die Qualität der mechanischen Eigenschaften von Holz deutlich von der Dichte beeinflusst wird und ein Erhöhen der Dichte ein Steigern der Festigkeit bewirkt, muß die Dichte und der Verdichtungsvorgang in den einzelnen Prozessschritten (Verdichten und Rückformen) systematisch analysiert werden. Dabei sind die Dichteverteilungen für das unverpresste und verpresste Kant- und Rundholz, das Formrohr, sowie für biaxial verdichtete, doppelt gekrümmte Hirnholzplatten, zu untersuchen. Innerhalb dieser Untersuchungen sind Faktoren zu prüfen, welche maßgeblichen Einfluss auf die Dichte haben. Die Faktoren sind u.a. Geometrie des Prüfkörpers, Homogenität der Verdichtung, Anisotropie des Holzes, Jahrringstruktur, Holzfehler, Holzart und Verdichtungsgrad. Um die einzelnen Verdichtungsgrade zu untersuchen, sollen Kant- und Rundhölzer in verschiedenen Graden einfach verdichtet werden, wobei Kantholz auch biaxial verdichtet werden soll. Dabei wird eine Scheibe abgetrennt und ein Dichteprofil mittels Röntgencomputertomographie angefertigt. Der Verdichtungsprozess läuft mit dem Restholz weiter. Bei diesen Verdichtungsvorgängen sind die verschiedenen Einflussfaktoren zu qualifizieren. Für die Formrohre und die doppelt gekrümmten Hirnholzplatten sind ebenfalls Dichteprofile anzufertigen, um die Dichteverteilung vom Endprodukt erfassen zu können. Im Vordergrund stehen zunächst die Holzarten Pappel und Fichte, wobei auch anderen Baumarten untersucht werden sollen.Ziel der Dichteuntersuchungen ist es, eine relativ homogene Dichteverteilung im Endprodukt zu erreichen, was letztlich die Basis für eine optimale Lastverteilung ist. Unter Bezugnahme auf die Einflussfaktoren muss das Verdichten zunächst so gesteuert werden, dass ein Optimum zum bruchfreien Biegen des Holzes erreicht werden kann und damit eine Herstellung der Formholzprofile mit einer möglichst homogenen Dichterverteilung ermöglicht wird.

Förderzeitraum:
01.07.2006 - 30.04.2010

Institut:
Technische Universität Dresden
Fakultät für Bauingenieurwesen
Institut für Stahl- und Holzbau

Betreuer:
Prof. Dr. Peer Haller

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Untersuchungen zur Dichte im Prozessverlauf der Herstellung von Formholzprofilen im Bauwesen
Untersuchungen zur Dichte im Prozessverlauf der Herstellung von Formholzprofilen im Bauwesen