Verfahrens- und Systemtechnik Holzwerkstoffe

Forschungsprojekt

Entwicklung von nachhaltigen Sandwichelementen aus Holzschaum und Textilbeton

Die Außenwände von energieeffizienten Gebäuden bestehen aus komplexen Bauteilen mit mehreren Schichten und weisen daher hohe Wandquerschnitte auf. Um die Wandquerschnitte zu reduzieren, hat die RWTH Aachen schlanke Sandwichelemente konstruiert. Die Außenschicht besteht aus einer dünnen Schicht textilbewehrtem Beton, der Kern aus PUR-Schaum. In Kooperation mit dem Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs) der Technischen Universität Braunschweig entwickeln wir am Fraunhofer WKI eine ökologischere Variante: ein Sandwichelement mit Holzschaum-Kern. 

© Foto Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau

Sandwichelement aus Holzschaum und Textilbeton als Deckenlage

© Foto Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau

Prinzipieller Aufbau der Textilbetonstruktur

Das Holzschaum-Textilbeton-Sandwichelement vereint drei große Vorteile:

  • Der Schaumkern besteht aus einem nachwachsenden Rohstoff ohne Zugabe eines Binders aus fossilen Rohstoffen und ist damit ein reines Naturprodukt.
  • Der Schaumkern kann aus Holzresten regional verfügbarer Holzarten hergestellt werden. Dies spart Transportwege und schont zusätzlich die Ressourcen durch die ganzheitlichere Verwertung von Bäumen.
  • Der Schaum kann sehr viel besser verarbeitet werden als andere Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen, da kein hohes Staubaufkommen zu verzeichnen ist.

Die Außenschicht aus Beton kann wie beim Ausgangsmodell mit PUR-Schaum durch die Bewehrung mit Textilfasern sehr dünn gehalten werden, sodass ein Leichtbauelement mit sehr guten Dämmeigenschaften und Tragfähigkeiten entsteht. Die Leichtbauweise spart Material und Transportenergie. Das Sandwichelement ist recyclebar und sollte aufgrund der eingesetzten Materialien schwer entflammbar sein.

Am Fraunhofer WKI haben wir in einem früheren Projekt bereits einen Holzschaum entwickelt, der wie klassische Kunststoffschäume einsetzbar ist. Für welche Anwendung das neue Sandwichelement im Bau eingesetzt werden kann, hängt von den einstellbaren Eigenschaften des Holzschaums ab. Insbesondere im Hinblick auf Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit müssen die Holzschäume bestimmte Eigenschaften aufweisen, um die geforderte Traglast und den geforderten Dämmwert bei möglichst geringen Bauteilstärken zu gewährleisten. Aus vorherigen Untersuchungen am Fraunhofer WKI ist bekannt, dass die Holzart, aus der der Holzschaum hergestellt wird, und die Rohdichte des Schaumes die Wärmeleitfähigkeit stark beeinflussen. Grob gesagt: Je geringer die Rohdichte desto besser die Wärmeleitfähigkeit. Gleichzeitig sinkt mit der Rohdichte die Druckfestigkeit des Schaumes. Hier gilt es einen optimalen Kompromiss zu finden, um eine möglichst breit gefächerte Einsatzbarkeit des Sandwichelements zu erzielen. Daher stellen wir zunächst Holzschäume mit unterschiedlichen Holzarten und Rohdichten her und charakterisieren die Schaumeigenschaften wie Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Feuchteverhalten.

Anschließend entwickeln wir ein Herstellungsverfahren für das Sandwichelement. Der Holzschaum-Kern und die Textilbeton-Deckschicht müssen eine feste Verbindung eingehen, um die positiven mechanischen Eigenschaften dieser beiden Materialien nutzen zu können. Hierbei verfolgen wir zwei verschiedene Lösungsansätze:

  1. Die einzelnen Bestandteile (Holzschaum und Textilbeton) werden einzeln hergestellt und dann zusammengebracht. Das Verkleben der beiden Materialien nach vorangegangener Oberflächenbehandlung hat den Vorteil, dass durch ausgewählte, im Projekt zu identifizierende Klebstoffe Lasten im Bauteil gezielt abgeleitet werden können.
  2. Die Betondeckschicht wird nach vorangegangener Oberflächenbehandlung um den Holzschaum-Kern gegossen. Hierbei ist es sehr wichtig, die Beständigkeit des Holzschaumes gegenüber basischen Flüssigkeiten zu überprüfen.

Die Herstellung und Auslegung des Textilbetons wird aus den am Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs) durchgeführten Projekten entnommen. Die Festigkeit des Verbunds überprüfen wir mittels Zug-Scher-Prüfungen. Ist ein ausreichender Verbund hergestellt, charakterisieren wir die Materialeigenschaften des Sandwichelements wie Wärmeschutz, Feuchteschutz, Schallschutz und Brandschutz. Aus allen erhaltenen Ergebnissen identifizieren wir dann mögliche Einsatzbereiche des Sandwichelements.

Förderung

Fördermittelgeber:
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit über Forschungsinitiative »Zukunft Bau«

 

Projektträger:
Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung

 

Laufzeit:
1.10.2016 bis 1.10.2018