Doktoratsinitiative "DokIn'Holz"

Holz - Mehrwertstoff mit Zukunft

H4: Innovative Laubholzverwendung

Dissertant:Markus GRABNER (TU Graz)
Betreuer:Gerhard SCHICKHOFER (TU Graz)
Ko-Betreuer:Ulrich HÜBNER (FVHÖ)
Wirtschaftspartner:Fachverband der Holzindustrie Österreichs (FVHÖ)

Hintergrund und Zielsetzung

Die Preise für Sägerundholz werden bei Nadelholz um 1,8 % und bei Laubholz um 2,7 % pro Jahr bis 2030 steigen [1]. In Österreich, der Schweiz, Frankreich und Deutschland nimmt der Laubholzanteil in den Wäldern zu und liegt aktuell in Österreich bei 20 %. Die Produktion der Sägeindustrie besteht aber zu über 97 % aus Nadelschnittholz, obwohl 15 % des Einschlags Laubholz ist. Die zunehmende energetische Verwertung (2011: 71 % vom Laubholz) und die zu erwartenden steigenden Energie- und Transportkosten bedingen steigende Preise und eine Verknappung bei sägefähigem Rundholz. Der effiziente Umgang mit dem Werkstoff Fichte/Tanne und die stoffliche Laubholz-Verwendung werden zwangsläufig an Bedeutung gewinnen. 

Ziel der angestrebten Dissertationsarbeit ist es, die vorhandenen Grundlagen zu Festigkeitssortierung, zur Verklebung und den mechanischen Eigenschaften im Bauteilmaßstab von heimischen Laubhölzern auszubauen. Auf Grund der teils bereits bekannten und erwarteten hohen Leistungsfähigkeit von Laubholzwerkstoffen  wird auch darauf zu achten sein, geeignete und ebenfalls hochleistungsfähige Verbindungssysteme zu entwickeln. Es ist angedacht, Systemverbinder unter Berücksichtigung von selbstbohrenden Holzschrauben (in Hirnholzzonen) und Verklebungen zu untersuchen, um der Leistungsfähigkeit der erwähnten Laubholzarten gerecht werden zu können. Nur in dieser Kombination wird es letztendlich möglich sein, querschnittsoptimierte und wirtschaftliche Tragsysteme (wie Fachwerklösungen) in Laubholz realisieren zu können.

Stand des Wissens

Brettschichtholz (BSH) aus Buche [2], Edelkastanie, Eiche oder Furnierschichtholz aus Buche wurden in den letzten Jahren zur Marktreife entwickelt. Brettsperrholz-Wandelemente und BSH aus Birke wurden 2011 in einem Grazer Mehrfamilienhaus verbaut. Die Forschungs- und Entwicklungstätigkeit in diesem Themenbereich hat an Breite gewonnen. So befassen sich Institute in Österreich, der Schweiz, Frankreich, Großbritannien, den Niederlanden und Deutschland mit der Erforschung von Laubholzarten mit dem klaren Ziel, Materialien und Produkte für den Baubereich zur Marktreife zu entwickeln. In der Schweiz waren und sind die Arbeiten der ETH Zürich wegweisend und beispielgebend für den Einsatz von Buchenholz im Baubereich. Bereits in den 80iger-Jahren ist es dort gelungen, Tragsysteme in Laubholz zu realisieren, welche bis heute im Baubereich zu finden sind. An der TU Graz wird seit mehr als 15 Jahren an Laubholzthemen geforscht [3]–[5], wobei die Laubholzarten Buche, Esche, Robinie, Birke, Pappel, Edelkastanie, Götterbaum und Esche Berücksichtigung fanden und derzeit Projekte zur Birke und Pappel bearbeitet werden.

Literatur

[1] Heap J, Hirsch F, Ellul D (2011) The European forest sector outlook study II 2010–2030, Genf: United Nations, ISBN 978-92-1-117051-1.

[2] Studiengemeinschaft Holzleimbau e. V. (2009 ) BS-Holz aus Buche und BS-Holz Buche-Hybridträger, Berlin: Deutsches Institut für Bautechnik, 7. Okt. – Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-9.1-679.

[3] Schickhofer G, Hasewend B (1999) Mechanische und physikalische Kenngrößen. In: Entwicklung widerstandsfähiger Laubholzprodukte mit dem Hartholz der Robinie. Graz: Lignum Research, Mai  — Bericht Nr. LR9801/2.

[4] Hübner U, Leeb W (2007) Grading criteria for beech and ash used as building material. In: Proceedings of the 3rd European Hardwood Conference The Beauty of Hardwood, 3.-4. September, Sopron/Ungarn, ISBN 978-963-9871-08-3.

[5] Hübner U (2013) Mechanische Kenngrößen von Buchen-, Eschen- und Robinienholz für lastabtragende Bauteile, Dissertation (vor Einreichung), Betreuer: G. Schickhofer, TU Graz.

Arbeitshypothese und methodischer Ansatz

Aufbauend auf einer Literatur- und Marktrecherche, insbesondere nach Klärung der Vor- und Nachteile einzelner Laubholzarten hinsichtlich ihrer Kenngrößen und im Benchmark mit der Fichte, gilt es, gezielt für jede Holzart respektive Holzartengruppe Einsatzbereiche für den Baubereich zu definieren und dahingehend Produkt- und Strukturüberlegungen zu treffen. Darauf aufbauend gilt es für den jeweiligen Einsatz respektive in Abstimmung auf das Potenzial des Laubholzes geeignete Verbindungstechnologien zu definieren und ihr Tragverhalten zu modellieren. Die Modelle betreffend das Tragverhalten der Produkte und der Verbindungstechnik sind mittels Prüfungen, Versuche und/oder numerischer Analysen zu verifizieren.

Erwartete Ergebnisse

Wesentliche Ergebnisse sollen das Vorliegen der maßgebenden und bemessungsbestimmenden Kenngrößen für eine Auswahl von Laubholzarten sein sowie die mit diesen korrespondierenden Eigenschaften von Verbindungssystemen. Damit sind einerseits laborbestimmte und andererseits auf Modellüberlegungen basierende Eigenschaften gemeint. Nur diese erlauben in Folge einen sicheren und effizienten Einsatz dieser dann neuen Holzprodukte im Baubereich.

Beitrag zu den Programmzielen

Wie bereits oben erwähnt, soll damit erreicht werden, dass wirtschaftlich im Sinne der Kenngrößen und des Vorhandenseins ausreichender Kubaturen uns umgebende Laubholzarten den Weg in den Baubereich finden. Damit kann erreicht werden, dass die stoffliche Nutzung unserer Laubholzressourcen im Vordergrund steht und die energetische Nutzung an die zweite Stelle gesetzt wird. Das damit zusammenhängende Wertschöpfungspotenzial kann, alleine bei Betrachtung der im Vergleich zu Nadelholzarten bereits bekannten und zum Teil doppelt so hohen Werkstoffkenngrößen, erahnt werden. Es lohnt sich, diese bis dato unternutzten Ressourcen vertiefend zu betrachten und in den Fokus unserer Forschungstätigkeiten zu setzen.

 

dokinholz.tuwien.ac.at