Bauprodukte

Arten, Eigenschaften und Modifizierungsverfahren

Die modernen Holzbauprodukte für das Bauwesen sind Konstruktionsvollholz (KVH), Balkenschichtholz (BASH), Brettschichtholz (BSH), Brettsperrholz (BSP) und Furnierschichtholz (LVL).

Gallerie

Konstruktionsvollholz (KVH) sind allseitig gehobelte Vollholzprodukte aus Kanthölzern, die technisch getrocknet und mittels Vollkeilzinkenverbindung kraftschlüssig zu Endloshölzern verbunden sind. Da für die Keilzinkenverklebung Holzfeuchtigkeiten zwischen 12 und 15% vorliegen und KVH erst nach dem Trocknen in Form gehobelt wird, ist damit ein Vollholzprodukt auf dem Markt, das für Innenbereiche (NKL 1) ästhetische und formstabile Bauteile zur Verfügung stellt.

Balkenschichtholz (BASH) besteht aus zwei oder drei (als Duo- bzw. Triobalken bezeichneten) flachseitig miteinander verklebten Bohlen oder Kanthölzern. Festigkeiten, Steifigkeiten und Oberflächen entsprechen den KVH-Produkten. Brettsperrholz (BSP) besteht aus mindestens drei rechtwinklig miteinander verklebten Brettlagen, die in „Allgemein bauaufsichtlicher Zulassung“ (AbZ) symmetrisch zur Mittellage geregelt sind. Theoretisch können BSP-Platten für zweiachsige Lastabtragungen eingesetzt werden. Da die Produktionsbreite aus Transportgründen auf ca. 3,30 Meter beschränkt ist, sind de facto für übliche Bauaufgaben einachsige Lastabtragungen vorhanden. Die Decklagen der BSP-Platten sind faserparallel in Tragrichtung angeordnet.

Tragfähigkeit und Querschnitt
KVH-, BASH- und BSP-Produkte aus Vollquerschnitten finden in Wohn-, Schul- und Bürogebäuden sowie Kindergärten Anwendung. Die Tragfähigkeit und die Gebrauchstauglichkeit von biegebeanspruchten Trägern aus Vollquerschnitten hängt maßgeblich von der Trägerhöhe (h) ab, die die Größe des Trägheits- und des Widerstandsmoments bestimmt. Das Trägheits- und das Widerstandsmoment sind rein geometrische Größen, wodurch Tragfähigkeit und Steifigkeit der Bauteile steuerbar sind. Das Trägheitsmoment wird z.B. beim Gebrauchstauglichkeitsnachweis der Durchbiegung maßgebend und lautet für Rechteckquerschnitte: b * h³/12 (mit b = Bauteilbreite), das Widerstandsmoment wird beim Tragfähigkeitsnachweis maßgebend und lautet: b * h²/6. Da die Querschnittsabmessungen – und hierbei vor allem die Querschnittshöhe – von KVH-, BASH- und BSP-Produkten für biegebeanspruchte Bauteile begrenzt sind, sind auch die stützenfreien Spannweiten begrenzt.

Brettschichtholz und Furnierschichtholz
Für die Tragfähigkeit weit gespannter Tragwerke oder hoch belasteter Tragwerke geringerer Spannweite sind größere Querschnittsabmessungen (Trägheits- und Widerstandsmomente) nötig. Bauprodukte aus BSH und LVL-Produkte finden dann Anwendung. Brettschichtholz (BSH) nach DIN EN 14080: Holzbauwerke – Brettschichtholz und Balkenschichtholz – Anforderungen besteht aus beliebig vielen, festigkeitssortierten Brettlamellen mit maximal 45 mm Dicke, die faserparallel zu Trägern verklebt sind. Durch die Festigkeitssortierung, die visuell und/oder maschinell erfolgen kann, sind Festigkeitsklassen der BSH-Träger aus Nadelholz von GL 24 bis GL 30 (Glulam = glued-laminated timber = Brettschichtholz) möglich. GL 24 und GL 28 sind Standardprodukte, wobei der jeweilige Zahlenwert die charakteristische Biegefestigkeit in N/mm² angibt.

Mehr als 95% aller BSH-Träger im Ingenieurholzbau sind gegenwärtig aus Brettlamellen aus Fichtenholz. Furnierschichtholz (LVL) wird aus 3-4 mm dicken Schälfurnieren hergestellt. LVL wird geregelt durch die „Allgemein bauaufsichtliche Zulassung” oder die „Europäische Technische Bewertung” (ETA). Neben Furnierschichtholzträgern aus Fichtenholz (z.B. Kerto: AbZ Z-9.1-100) werden im Ingenieurholzbau vermehrt Träger aus Buchenholzfurnieren eingesetzt (z.B. Träger BauBuche GL 75: ETA-14/0354). Der Vorteil von Trägern aus Buchenfurnierschichtholz sind die erhöhten Festigkeiten und Steifigkeit gegenüber Nadelholzprodukten. Ganz allgemein sind gegenüber Vollholz aus Nadelholz C24 die Festigkeiten 3-mal und die Steifigkeit 1,5-mal so hoch. Gegenüber LVL-Trägern aus Fichtenholzfurnieren sind die Festigkeiten 1,5-mal und die Steifigkeit 1,2-mal so hoch.

Die hohen Festigkeitseigenschaften von Buchenfurnierschichtholz werden sinnvoll in normalkraftbeanspruchten Tragwerken wie Fachwerken und Bögen eingesetzt, da die Spannungsverteilung über den Querschnitt konstant ist, der Querschnitt dadurch voll ausgenutzt ist und deshalb ein Minimum an Materialverbrauch entsteht. Die höheren Herstellungskosten von LVL aus Buchenholz im Vergleich zu Nadelholzprodukten können durch Kosteneinsparungen im Materialverbrauch ausgeglichen werden.

Modifizierungsverfahren für erhöhte Dauerhaftigkeit
Die genannten modernen Holzbauprodukte aus Nadel- oder Laubhölzern sind in erster Linie für den nicht bewitterten Bereich vorgesehen. Kennzeichnend für den bewitterten Bereich sind wechselnde und zum Teil hohe Holzfeuchtewerte, die sich auf das Schwind- und Quellverhalten sowie auf die Dauerhaftigkeit auswirken. Um das Holz dimensionsstabiler und dauerhafter gegenüber holzschädigenden Organismen zu machen, wurden besondere Formen der Holzvergütung – die Modifizierungsverfahren – entwickelt:

  • Hitzebehandlung (thermally modified timber TMT)
  • Chemische Modifizierung (chemically modified timber CMT)
  • Modifizierung durch Einlagerung, z.B. von Harzen oder Wachsen
  • Modifizierung durch Oberflächenveränderung, z.B. Verkieselungsmittel auf Silikatbasis

Diese Modifizierungen verzichten auf die im traditionell durchgeführten chemischen Holzschutz üblichen Biozide und toxischen Substanzen. Bei den Hitzebehandlungen werden die Hölzer spröder und verlieren einen Teil ihrer Festigkeitseigenschaften. Einlagerungsverfahren und Modifizierungen durch Oberflächenveränderungen sind am Markt nicht für tragende Zwecke verfügbar, sodass im Folgenden nur die chemischen Modifizierungsverfahren beschrieben werden.

Die CMT-Verfahren werden in Autoklaven unter Vakuum, Druck und Temperaturerhöhung durchgeführt. Dabei werden reaktive Substanzen eingesetzt, die mit den funktionalen Gruppen der Zellwände (z.B. Hydroxyl-Gruppen) reagieren können. Bei der Acetylierung (Produktname Accoya) werden die Hydroxylgruppen durch Acetylgruppen ersetzt, bei der Furfurylisierung (Produktname Kebony) dringen die Substanzen in die Zellwand ein, es kommt zu einer Polymerisation und Vernetzung der Substanzen mit funktionalen Gruppen in der Zellwand.

Beide Produkte mit einer bauaufsichtlichen Zulassung für tragende Zwecke nutzen als Holzart die Monterey-Kiefer (Pinus radiata). Die Hölzer werden als Bretter oder Bohlen gehandelt und können zu Brettschichthölzern (BSH) verklebt werden. Damit wird eine Verringerung des Schwind- und Quellverhaltens von 70 bis 80 Prozent und eine Dauerhaftigkeit, die mit der Tropenholzart Teak vergleichbar ist (Dauerhaftigkeitsklasse DK 1 nach DIN EN 350: Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten – Prüfung und Klassifizierung der Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten gegen biologischen Angriff) erreicht. Chemisch modifizierte Hölzer sind für tragende Bauprodukte der Außenanwendung geeignet (Abb. 4).

Ein weiteres Verfahren mit der Substanz Dimethyloldihydroxyethyleneurea (DMDHEU, Produktname Belmadur) ist derzeit nicht am Markt verfügbar.

Autoren: Jürgen Graf, Reiner Klopfer

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Einführung

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Grundlagen

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Für tragende Bauteile aus Konstruktionsvollholz (KVH) gibt es bestimmte Qualitäts- und Verarbeitungskriterien.

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Vollholz

Die Qualitäts- und Verarbeitungskriterien für Konstruktionsvollholz (KVH), das für tragende Bauteile verwendet wird, beziehen sich auf die Holzarten Fichte, Tanne, Kiefer, Lärche und Douglasie.

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Brettsperrholz

Brettsperrholz besteht in der Regel aus kreuzweise miteinander verleimten Lagen von Brettern.

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Brettsperrholz (BSP) ist ein flächiger, als Platte oder Scheibe verwendbarer Holzwerkstoff aus jeweils kreuzweise miteinander verleimten Lagen von Brettern.

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Balkenschichtholz

Balkenschichtholz besteht aus miteinander verleimten Bohlen oder Kanthölzern.

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Balkenschichtholz wird meist als Deckenbalken eingesetzt, und wenn erhöhte Formstabilität oder größere Querschnitte gefordert sind, als mit Konstruktionsvollholz möglich sind.

Mehrschichtplatten

Mehrschichtplatten bestehen aus drei oder fünf verleimten, dünnen Brettlagen (hier eine Drei-Schicht-Platte).

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Mehrschichtplatten ähneln Brettsperrholz, bestehen jedoch aus drei oder fünf Brettlagen, die zu vergleichsweise dünnen Platten verleimt sind.

Baufurniersperrholz

Baufurniersperrholz (BFU) besteht aus mehreren, kreuzweise verleimten Lagen Schälfurnier.

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Für den sehr formstabilen Plattenwerkstoff mit zweiachsiger Spann-/Tragrichtung werden meist Nadelhölzer wie Fichte, Kiefer, Seekiefer, Douglasie oder Hemlocktanne verwendet.

Furnierschichtholz

Furnierschichtholz besteht aus mehreren Lagen Schälfurnier, die miteinander verleimt sind.

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Herkömmliche Spanplatten finden meist im Ausbau Verwendung.

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Weiche Holzfaserplatte

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