Untersuchungen an Brettschichtholz mit nat¨¹rlich basierendem Klebstoff

Motivation

Mit der Energiewende und dem erkl?rten Ziel der Klimaneutralit?t m¨¹ssen auch Umstellungen im Bauwesen einhergehen. Die Verwendung ressourcenschonender Baustoffe liegt dabei im Fokus. Holz als nachwachsender Rohstoff bietet eine Vielzahl an Verwendungsm?glichkeiten. In Hinblick auf eine immer st?rkere Nachfrage an naturbelassenen Materialien k?nnen z. B. Brettstapelelemente bereits einen Beitrag dazu leisten, emissionsarme Konstruktionen herzustellen. Auch zum Beginn der Brettschichtholzherstellung wurden nat¨¹rliche Klebstoffe wie Kasein-Leim verwendet. Um deren Verwendungsm?glichkeiten in heutigen Konstruktionen zu ¨¹berpr¨¹fen, sollen zu Beginn des 20. Jahrhunderts hergestellte Brettschichtholztr?ger im Folgenden auf ihr Tragverhalten untersucht werden.

Aufgabenstellung

Zur Bewertung historischem Brettschichtholzes standen dreizehn Tr?ger aus einem 1913 errichteten Geb?ude zur Verf¨¹gung (siehe Abb.1). Die untersuchten Tr?ger wurden bauzeitlich in Hetzer Bauweise gefertigt. Aus nicht f¨¹r die 4-Punkt-Biegeversuche ben?tigten Abschnitten der Tr?ger wurden weitere Probek?rper hergestellt. Diese dienten dazu, die Druckfestigkeit in Faserrichtung, die Scherfestigkeit der Klebefugen, die Rohdichte sowie den Feuchtegehalt zu bestimmen. Des Weiteren war Teil der Aufgabenstellung, die zur Klebung eingesetzte Leimart chemisch zu analysieren und die verwendete Holzart mikroskopisch zu bestimmen. Im Anschluss der 4-Punkt-Biegeversuche sollte anhand der Ergebnisse die Tragf?higkeit in Hinsicht auf die urspr¨¹ngliche Verwendung als Mittelpfetten beurteilt werden.

Ergebnisse

Zum Zeitpunkt der Anlieferung der Tr?ger bei der Fachhochschule Potsdam waren die Tr?ger in einem insgesamt als schlecht zu beurteilenden Zustand. Dieser Zustand ist zum einen auf die ungesch¨¹tzte Lagerung der Tr?ger unmittelbar nach dem Ausbau (zu dieser Zeit sehr regnerisch) und zum anderen auf die mehrj?hrige Lagerung im Freien unter einfachen Abdeckplanen zur¨¹ckzuf¨¹hren. W?hrend der Lagerung unter den Abdeckplanen ist es durch L?cher in diesen und ein Verschieben der Planen wiederholt zum Auffeuchten der Tr?ger und zu Wasseransammlungen gekommen. Vor allem die liegende Lagerweise der Tr?ger f¨¹hrte durch den I-Querschnitt partiell zu Wasseransammlungen auf dem Steg, da ein direktes Ableiten durch den Ober- und Untergurt behindert wurde. Das spiegelt sich in den ermittelten Scherfestigkeiten der Leimfugen wider, die einen Mittelwert von fv = 6,315 N/mm? zwischen Untergurt (L3/Steg) und Steg sowie Obergurt und Steg aufweisen. Dagegen konnte f¨¹r die Scherfestigkeit der Leimfugen untereinander (L1/L2 und L2/L3) ein Mittelwert von fv = 8,67 N/mm? ermittelt werden. Die Steifigkeitseigenschaften bez¨¹glich des ermittelten Elastizit?tsmoduls sind ebenfalls als zu gering zu bewerten. Das Holz der Fichte und Tanne weist in der Regel einen Elastizit?tsmodul von 11.000 N/mm? nach [DIN 68364, 2003] auf. Der berechnete Elastizit?tsmodul liegt im Mittel bei einem Wert von E ¡Ö 7.849 N/mm?. Die verminderte Steifigkeit der Tr?ger l?sst auf eine schubweiche bzw. gesch?digte Verbindung der einzelnen Tr?gerelemente untereinander schlie?en. Somit sind auch die durch den 4-Punkt-Biegeversuch ermittelten, geringen Biegefestigkeiten zum Teil auf die Vorsch?digungen (vorzeitiges Versagen auf Schub) zur¨¹ckzuf¨¹hren. Die Tr?gergeometrie ist bei der Betrachtung des Schubversagens ebenfalls zu ber¨¹cksichtigen. Dieser Aspekt kann z. B. anhand der Finiten-Elemente-Methode n?her betrachtet werden. Die Werte der Druckfestigkeit und Rohdichte entsprechen den Angaben der DIN 68364 [DIN 68364, 2003] f¨¹r Fichten- und Tannenholz. Die mikroskopische Untersuchung von D¨¹nnschnittpr?paraten belegt ebenfalls die Verwendung von Fichtenholz. Da nicht alle Tr?ger dahingehend untersucht wurden, ist das Vorhandensein von Tannenholz jedoch nicht auszuschlie?en. Beide Holzarten weisen die gleichen Festigkeitseigenschaften auf. Des Weiteren zeigen sie, dass noch keine Sch?digung der Holzstruktur durch holzzerst?rende Pilze stattgefunden hat. Bei den verarbeiteten Tr?gerbestandteilen (Lamelle, Stege und Obergurte) ist festzustellen, dass zum Teil gro?e ?ste oder Astansammlungen in ung¨¹nstigen Bereichen (auftretende Zugspannungen) vorgefunden wurden. Die zur Klebung verwendete Leimart konnte durch chemische Untersuchungen auf einen proteinbasierten Leim eingegrenzt werden. Diese bestehen in der Regel aus Glutin oder Kasein. Weitere Untersuchungen legen nahe, dass zur Herstellung der Hetzer-Tr?ger ein Kaseinleim verwendet wurde. Die Tr?ger konnten abschlie?end keiner normativ geregelten Festigkeitsklasse zugeordnet werden. Die ¨¹ber 100-j?hrige Standzeit und die Tatsache, dass augenscheinlich keine der Mittelpfetten verst?rkt oder ausgetauscht werden musste, zeugen von einer ausreichenden Bemessung der Tr?ger und Festigkeit des verwendeten Leims.