Eigenschaften und Merkmale von Holz und Holzwerkstoffen

Wesentliche Eigenschaften von Holz als einem natürlichen Baumaterial sind dessen Inhomogenität, Hygroskopizität, Porosität und Anisotropie – dazu im Folgenden mehr. Nadelhölzer sind entwicklungsgeschichtlich älter als Laubhölzer, ihr Zellaufbau ist im Vergleich zu diesen weniger differenziert. Die Eigenschaften unterschiedlicher Holzarten können stark voneinander abweichen (siehe Tabelle Abb. 1).

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Holz ist ein Naturprodukt und kann je nach Art, Standort und Wuchsbedingungen Inhomogenitäten aufweisen. So können Störungen des Faserverlaufs wie Äste, Harzgallen, Einschlüsse, Drehwüchsigkeit zu starken Unterschieden der Eigenschaften innerhalb der Werkstoffe führen. Bei gewissen Arten unterscheiden sich Kern- und Splintholz in ihren Eigenschaften sehr, beispielsweise in der Resistenz gegenüber Feuchteschäden.

^{Makroskopischer Aufbau von Holz; Abb: Baunetz (si), Berlin}

Aufnahme und Abgabe von Feuchtigkeit: Änderung des Volumens

Die hygroskopische Eigenschaft von Holz sorgt dafür, dass es Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnimmt oder an sie abgibt. Dabei verändert es sein Volumen teilweise deutlich. Die Rohdichte der in Deutschland heimischen Hölzer liegt bei einer Holzfeuchte von 12% (Normalfeuchte Innenraum) zwischen 470 (Fichte) bis 690 (Buche) kg/m³. Mit etwa 90 N/mm verfügt Bauholz aus Nadelholz zwar über eine deutlich geringere Zugfestigkeit als Baustahl mit etwa 370 N/mm², nachdem es jedoch nur ungefähr 1/16 des Gewichts aufweist, zeichnet es sich durch ein wesentlich besseres Verhältnis von Eigengewicht zu Festigkeit aus. Die Druckfestigkeit von Holz beträgt etwa 50% der Zugfestigkeit, die Scherfestigkeit jedoch nur etwa 10%

Zugfestigkeit abhängig von der Faserrichtung

Für die Nutzung von Holz bedeutsam ist sein anisotropes Verhalten. In Abhängigkeit von der Faserrichtung hat es sehr unterschiedliche Eigenschaften. Das betrifft einerseits die Festigkeit: Während die Zugfestigkeit längs zur Faser mit etwa 80 N/mm^² (60-150 N/mm² bei astfreiem, geradfaserigem Nadelholz) sehr hoch ist, ist sie quer zur Faser mit etwa 0,5 N/mm^² kaum nutzbar (bei fehlerfreien, kleinen Proben auch 1,5-4,0 N/mm²). Die Druckfestigkeit in Faserrichtung beträgt etwa das Dreieinhalbfache der Druckfestigkeit quer zur Faser. Gerade bei hohen Lastkonzentrationen wie im mehrgeschossigen Bauen mit Holz sollte daher „Querholz“ in Lastrichtung vermieden werden, um Setzungen durch Querholzpressung zu vermeiden.

Die Anisotropie des Holzes macht sich jedoch auch hinsichtlich des Quell- und Schwindverhaltens unter veränderter Feuchtigkeit bemerkbar. Während es sich in Faserrichtung kaum in seinen Abmessungen verändert (0,01% pro 1% Holzfeuchteänderung), kann es quer zur Faser radial zum Stammquerschnitt um 0,17% und tangential um 0,30% quellen oder schwinden. Seitenbretter neigen daher dazu, sich zu verwinden („schüsseln“), während Kern- oder Riftbretter sehr formstabil sind.

^{Durch Schwinden verzerrte Holzquerschnitte; Abb.: Baunetz (si), Berlin}

Holzverarbeitung: Steigerung der günstigen Materialeigenschaften

Die Verarbeitung des Rohstoffs Holz zu Holzwerkstoffen ist meist darauf ausgerichtet, Inhomogenität und Anisotropie zu reduzieren und die günstigen Eigenschaften des Materials zu steigern. Das wird sowohl durch Sortierung und Trocknung erreicht, als auch durch Zerkleinerung und Verklebung zu Platten oder Balken. So werden Lagenwerkstoffe aus Brettern und Furnieren hergestellt oder Span- und Faserplatten aus Holzresten. Die jeweiligen Kennwerte der einzelnen Hölzer wurden zusammengefasst in der DIN 68364: Kennwerte von Holzarten – Rohdichte, Elastizitätsmodul und Festigkeiten.

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