Zentrum für leichte und umweltgerechte Bauten ZELUBA®

Forschungsprojekt

Entwicklung eines Leichtbetons mit Zuschlägen aus Buchenholz

Betonfertigteile weisen eine sehr hohe Masse bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit auf, sodass es naheliegt, beide Eigenschaften zu optimieren. Um eine Verbesserung dieser Eigenschaften zu realisieren, sollten innerhalb dieses Vorhabens die mineralischen Komponenten durch Holzbestandteile ersetzt werden.

© Foto Fraunhofer WKI

Maximale Druckkraft der Leichtbetonproben, aufgetragen über die Rohdichte der Proben

© Foto Fraunhofer WKI

Maximale Druckkraft der Leichtbetonproben nach 24 Stunden, aufgetragen über den Gehalt an CaCl² je Liter Anmachwasser

Das Ziel des Vorhabens sollte mit Hilfe systematischer Untersuchungen hinsichtlich

  • der optimalen Partikelform und -größe,
  • des Aushärteprozesses im Zusammenwirken mit den Holzinhaltsstoffen,
  • der Handhabbarkeit und Fertigungsparameter innerhalb des Produktionsprozesses und
  • des Verhaltens bei hygrothermischen und mechanischen Beanspruchungen

erreicht werden.

Die Untersuchungen innerhalb des Produktionsprozesses hinsichtlich der optimalen Form und Größe der Holzpartikel zeigen, dass sich möglichst runde oder kubische Formen am besten verarbeiten lassen. Mit Strands oder gar Scrimber lassen sich zwar im Labor mit handgefertigten Proben sehr gute Festigkeitseigenschaften, insbesondere Biegefestigkeiten, erzielen. Die längliche Form verhindert jedoch eine flüssige Verarbeitung und führt zu Problemen innerhalb der Produktion, sowohl bei der Mischung als auch beim Transport. Abbildung 1 zeigt den Einfluss der Rohdichte auf die Druckfestigkeit. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass in einem bestimmten Bereich geringfügige Änderungen der Rohdichte große Auswirkungen auf die Druckfestigkeit haben. Holzinhaltsstoffe wie Zucker haben bekanntlich einen derart großen Einfluss auf den Aushärteprozess, dass Maßnahmen getroffen werden müssen, diesen Einfluss zu minimieren oder gar umzukehren.

© Foto Fraunhofer WKI

Maximale Druckkraft der Leichtbetonproben nach 24 Stunden, aufgetragen über die Art der Vorbehandlung der Holzpartikel

© Foto Fraunhofer WKI | Anja Lütte

Schwachstelle zwischen Zement (links) und korrespondierendem Holz (rechts); die unteren Bilder zeigen die Holzfasern gelb eingefärbt.

© Foto Fraunhofer WKI | Anja Lütte

Schwachstelle Haftfestigkeit an ebenen Flächen (ovale Markierung); raue Oberfläche mit fehlerfreier Haftung

Dazu wurden Versuche durchgeführt,

  • mit Hilfe von CaCl2 den Aushärteprozess zu beschleunigen,
  • mit Hilfe von Hydrophobierungsmitteln die Holzinhaltsstoffe zu isolieren und
  • mit Vorbehandlungen die wasserlöslichen Holzinhaltsstoffe aus den Partikeln heraus zu lösen.

Während die Behandlung mit Hydrophobierungsmitteln und das Herauslösen durch Wasserlagerung nur wenig Erfolg gebracht hat, bewirkt die Zugabe von CaCl2 eine deutliche Aushärtebeschleunigung. Abbildung 2 zeigt den Einfluss von CaCl2 auf die Frühfestigkeit der Druckfestigkeit, also 24 Stunden nach Fertigung der Proben. Das Herauslösen der Holzzucker mithilfe einer Wasserlagerung zeigte sich bei den hier durchgeführten Versuchen als wenig erfolgreich (Abb. 3). Abbildung 4 zeigt das Problem der Haftfestigkeit von Zement auf der Holzoberfläche. Bei glatten Oberflächen löst sich der Zement ohne nennenswerten Faserbelag; bei sehr rauen Oberflächen findet offensichtlich eine Verzahnung zwischen Zement und Holz statt, die zu einer höheren Festigkeit führt (Abb. 5).

Mittels Holzpartikeln lässt sich Leichtbeton herstellen und einzelne Eigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit lassen sich verbessern. Auch die Probleme, die durch die Holzinhaltsstoffe und der damit verbundenen Aushärteverzögerung entstehen, lassen sich durch die Zugabe von Aushärtebeschleunigern beherrschen. Die hygrischen Eigenschaften und die Dauerhaftigkeit bei mehreren hygrothermischen Lastwechseln wurden bisher noch nicht untersucht, ebenso wenig die Möglichkeiten der Nutzung von Bewehrungen zu Steigerung der Zugfestigkeit. Die Untersuchungen werden weiter fortgeführt.

Förderung

Projektpartner: Universalbeton Heringen

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über Spitzencluster BioEconomy

Projektträger: Forschungszentrum Jülich