Gülzow-Prüzen (pm) – Forschungsergebnisse zum Langzeitverhalten von Holz-Verbundsystemen bringen einer Nachwuchsgruppe viel Anerkennung.
Im Forschungsvorhaben „HolzFKV-HolzHBV-Bau“ untersuchte eine Nachwuchsgruppe des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, wie sich geklebte Holz-Faser-Kunststoff- und Holz-Beton-Verbundsysteme unter Belastung und verschiedenen Umweltbedingungen über lange Zeit verhalten. Die Ergebnisse zum Langzeitverhalten von Holz-Verbundsystemen liefern wichtige Grundlagen für den Einsatz dieser Holz-Hybridmaterialien im Bauwesen. Zugleich stärken sie den Wissenstransfer in die Baupraxis und etablieren wissenschaftliche Expertise auf einem bislang wenig erforschten Gebiet. Das Vorhaben wurde über die FNR vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) gefördert.
Potenziale und Grenzen von Holz
Holz zählt zu den besten Baustoffen für nachhaltiges Bauen. Es lässt sich gut verarbeiten und bietet eine hohe Festigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht. Außerdem hinterlässt es einen geringen CO₂-Fußabdruck. Gleichzeitig hat Holz als Baustoff materialbedingte Grenzen. Die Zug- und Druckfestigkeit ist senkrecht zur Faserrichtung geringer. Zudem reagiert Holz auf Feuchtigkeit aus der Umgebung.
Holz-Hybridverbunde im Bauwesen
Holz mit anderen Werkstoffen zu hybriden Verbundsystemen zu kombinieren, ist ein vielversprechender Ansatz. So lassen sich die jeweiligen Stärken der Materialien gezielt nutzen. Gleichzeitig können die materialbedingten Schwächen von Holz reduziert werden. Allerdings ist über das Langzeitverhalten dieser für das Bauwesen interessanten Holzhybridsysteme noch wenig bekannt.
Verbesserte Oberflächenbehandlung
Hier setzte das Forschungsvorhaben „HolzFKV-HolzHBV-Bau“ an. Seit 2018 untersuchte eine Nachwuchsgruppe unter der Leitung von Professor Dr. Libo Yan vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) und dem iBMB der TU Braunschweig die kurz- und langfristigen Eigenschaften verschiedener Holz-Hybridverbunde. Untersucht wurden auch die einzelnen Materialien wie Holz, pflanzliche Naturfasern und Textilien, Glas- und Kohlefasern, Klebstoffe, faserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe (FKV) und Recyclingbeton. Dabei kam eine multiskalige Forschungsmethode zum Einsatz.
In zahlreichen Experimenten ergründete sein Team die Mikrostruktur sowie die chemischen und mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe. Darüber hinaus untersuchte es ihre Wechselwirkungsmechanismen. Dabei entwickelten die Forschenden geeignete Oberflächenbehandlungen für ein verbessertes Bindungsverhalten der Materialien.
Vorhersagemodelle für das Langzeitverhalten von Holz-Verbundsystemen
Um das Langzeitverhalten der Material-Verbünde zu ermitteln, entwickelten die Forschenden eigens Lebenszyklus-Vorhersagemodelle für verschiedene Belastungen und Umweltbedingungen. Anschließend testeten sie die Verbünde. Die nun vorgelegten Ergebnisse und Daten fördern den Einsatz von Hybridbaustoffen im Bauwesen. Zudem verbessern sie das Verständnis für die Dauerhaftigkeit bestehender Hybridstrukturen.
Erfolgreiche Nachwuchsförderung
Auch aus Sicht der Nachwuchsförderung war das Projekt sehr erfolgreich. Neben dem Nachwuchsgruppenleiter arbeiteten vier Postdoktorandinnen und Postdoktoranden sowie neun studentische Hilfskräfte im Projekt mit. Insgesamt entstanden im Umfeld der Forschungsarbeiten 35 Bachelor- und Masterarbeiten. Nachwuchsgruppenleiter Libo Yan sagt: „Vor allem freut es mich, dass sechs Studierende aus unserem Team während des Projekts erfolgreich promoviert haben.“ Zwei weitere Doktoranden arbeiten noch an ihren Dissertationen.
Internationales Interesse wächst
Auch international stoßen die Forschungsergebnisse auf großes Interesse. Die Publikationen aus dem Projekt wurden bislang mehr als 2.400-mal in der wissenschaftlichen Literatur zitiert. Außerdem wurden sie über 9.000-mal auf ResearchGate aufgerufen.
Medieninteresse an Demonstrator
Nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Öffentlichkeit finden die Arbeiten Beachtung. Dafür nutzt das Team einen Demonstrator eines neuen Fußbodensystems aus Brettsperrholzplatten und Recyclingbeton, die mit Klebstoff verbunden sind. Der verwendete Beton enthält zehn Prozent Reisschalenasche als Zementersatz. Zudem ist er mit pflanzlichen Textilfasern verstärkt.
Weiterführende Informationen:
Nachwuchsgruppe: Langzeitverhalten von klebstoffgebundenen Holz mit Faser-Kunststoff-Verbund und Holz-Beton-Verbund Hybridsystemen für gebaute Nachhaltigkeit – Akronym: HolzFKV-HolzHBV-Bau – Fraunhofer-Institut für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) – https://wald.fnr.de/index.php?id=17913&fkz=22011617
Projektinfos des Fraunhofer WKI: https://www.wki.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/2021/langzeitverhalten-von-klebstoffgebundenen-holz-fkv-hbv-hybridsystemen.html
Quelle: FNR