Qualitätsprüfung und -bewertung

Forschungsprojekt

»SpeedTeCC«

Wirtschaftliche Herstellung hochwertiger Holz-Beton-Verbundelemente unter Anwendung einer innovativen Schnellklebtechnik und Einsatz von Laubholz

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Füge- und Schweißtechnik (TU Braunschweig) und dem Fachgebiet Holzbau und Bauwerkserhaltung (Universität Kassel) entwickeln wir Verfahren und Technologien zur schnellen und einfachen Herstellung von hochwertigen Holz-Beton-Verbundelementen unter Anwendung einer innovativen Schnellklebtechnik. Die neuartige Fügetechnik soll die baulichen Eigenschaften, die Wirtschaftlichkeit und die Wiederverwendbarkeit von Holz-Beton-Verbundelementen verbessern und somit zu einem vermehrten Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen im Massivbau beitragen. Dabei berücksichtigen wir insbesondere die Nutzung von Laubholz als regional verfügbare Rohstoffquelle.

© Gregor Wisner | TU Braunschweig

Geklebter Holz-Beton-Verbund (Klebung mit einem konduktiv beheizten Hotmelt-Klebeband); Prüfkörper für Druck-Scher-Versuche

In Holz-Beton-Verbund-Konstruktionen (HBV-Konstruktionen) werden die spezifischen Druck- und Zugfestigkeiten von Beton und Holz in hervorragender Weise kombiniert, z. B. als Deckenbauteile. Darüber hinaus weisen HBV-Elemente verbesserte Eigenschaften beim Schall- und baulichen Brandschutz wie auch eine erhöhte Tragfähigkeit bei geringer Bauteilhöhe auf. Neben seiner Tragfunktion übernimmt der Beton auch den baukonstruktiven Schutz des Holzes und wirkt in Zusammenhang mit der Gebäudeklimatisierung als Speichermasse. Die Verwendung von Holz stärkt außerdem den zunehmenden Wunsch nach der Verwendung nachwachsender Rohstoffe im Baubereich, die auch häufig sehr gut regional beschafft werden können.

Der Verbund von HBV-Elementen wird bisher hauptsächlich durch mechanische Verbindungsmittel (z. B. Schrauben) oder durch eine mechanische Passung (kammartiges Ineinandergreifen von direkt nass eingegossenem Beton in Nuten der Holz-Konstruktion) hergestellt. Neben hohen Kosten für entsprechende Montagearbeiten sind das Eintreten von Feuchtigkeit in angrenzende Bauteile wie auch das Schwinden des Betons bis hin zu Spannungen und Schlupf im Bereich der Nuten als mögliche Nachteile zu nennen.

Geklebte HBV-Elemente für Hochbauten stellen ein leistungsfähiges, in mehrfacher Hinsicht optimiertes Bauelement dar und wären eine völlig neue Produktgruppe. Unter anderem lässt sich durch die Verklebung im Gegensatz zum mechanischen Fügen ein starrer Verbund erzielen. Außerdem ermöglicht der in diesem Forschungsprojekt verfolgte Einsatz einer konduktiven Schnellklebetechnik mit speziellen Klebebändern eine schnelle, ausführungstechnisch einfache und sichere Bautechnik für die Baustellenmontage. Auch die Wiederverwendbarkeit (re-useability) nach Ende der Nutzungszeit einzelner Komponenten und Bauteile stellt einen weiteren Vorteil dar; diese ist wertvoller einzustufen als die bisher übliche einfache stoffliche Verwertung mit dem »Downcycling« von Beton zu Betongranulat und der thermischen Verwertung von Holz.

Diese neuartige Fügetechnik ist branchenüberreifend einsetzbar (Holzbau / Massivbau) und soll der stark mittelständisch geprägten Bauwirtschaft in den relevanten Zweigen des Holzbaus sowie der Stahlbeton-Fertigteilindustrie und den Montagefirmen zugutekommen. Weitere Branchen wie Klebstoffhersteller und Anlagenhersteller von Prozesswärme, basierend auf konduktiven Techniken profitieren ebenfalls von den wissenschaftlichen Vorarbeiten im geplanten Vorhaben.

 

Verfahren und Technologien

Klebebänder für das konduktive Schnellkleben (erstmals untersucht in IGF-Vorhaben Nr. 17.311 N) sind bislang nicht käuflich zu erwerben und stellen ein neues Produkt dar. Auch Spannungs- und Stromquellen zur konduktiven elektrischen Beheizung von neuartigen Klebebänder sind speziell auf diese Anwendung hin zu entwickeln.

Die Herstellung des Verbunds zwischen Holz und Beton mit konduktiv-resistiver Heißklebung ist ebenfalls ein neues Verfahren. Ein wesentliches Merkmal ist die von der Umgebungstemperatur weitgehend unabhängige Baustellenklebung beim Zusammenbau, die hohe Reaktionskinetik durch Heißkleben von Duromeren mit einem sehr hoch einstellbaren Glasübergangsbereich und sogar das Lösen der Verbindung beim Rückbau mit dem gleichen Verfahren.

Die statische, dynamische und bauphysikalische Bemessung von geklebten HBV-Tragelementen stellt eine neue Dienstleistung dar. In Anlehnung hieran wird eine neue Qualitätssicherung der Bauweise benötigt, die wiederum als Serviceleistung angesehen werden kann.

Das Forschungsprojekt schafft das Basiswissen für den Entwurf und die Bemessung sowohl von konventionell geklebten als auch schnell geklebten HBV-Verbundkonstruktionen. Diese geklebte Bauweise ist bislang nicht genormt. Für jede Anwendung bedarf es daher einer sogenannten »Zustimmung im Einzelfall«. Dies ist ein entscheidendes Hemmnis bei der Markteinführung, welches durch die wissenschaftliche Ermittlung der Bemessungsgrundlagen und die Bereitstellung einer Prüfmethodik beseitigt werden soll.

Die im Forschungsprojekt entwickelten Bemessungsgrundlagen und die Prüfmethodik werden auf europäischer Ebene in die Diskussion zur Weiterentwicklung normativer Regeln eingebracht. Da derzeit keine vergleichbaren wissenschaftlichen Untersuchungen bekannt sind, kann davon ausgegangen werden, dass die Weiterentwicklung normativer Regeln zur Prüfmethodik und die Bereitstellung normativer Regeln für die Konstruktion und Bemessung geklebter HBV-Bauteile aus dem Forschungsprojekt maßgeblich mitgestaltet werden.

Forschungsstellen

  • Technische Universität Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs)
  • Universität Kassel, Fachgebiet Holzbau und Bauwerkserhaltung (FHB)
  • Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, Braunschweig

Förderung

Fördermittel: 
Das IGF-Forschungsvorhaben Nr. 19417 N wird über die AiF e. V. im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. 

Das Projekt wird durch den Internationalen Verein für Technische Holzfragen e. V. (iVTH) gemeinsam mit dem Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V. (DVS) als Forschungsvereinigungen betreut.

 

Projektlaufzeit: 
1.4.2017 bis 30.09.2019