Spezielle Baustofflehre Holz und Holzwerkstoffe · Physikalische Eigenschaften der die Holzmasse...

Baustofflehre 2010

Thomas A. BIER& K. Dombrowski

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg,

Spezielle Baustofflehre

Holz und Holzwerkstoffe

Baustofflehre 2010

Holz und Holzwerkstoffe

Baustofflehre 2010

Holz und Holzwerkstoffe

Literatur:

Ambrozy, H.G.; Giertlova, Z.: Holzwerkstoffe Technologie –

Konstruktion – Anwendung. Springer Wien…2005

Bautechnik, Fachkunde Bau. Verlag Europa Lehrmittel

Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe

Baustofflehre 2010

Der Baustoff Holz

Holz: - ältester für das Bauen in großem Umfang genutzter Baustoff

natürlicher, organischer Rohstoff

nachwachsender Rohstoff

Bedeutung durch:

technische Eigenschaften und

konstruktive Verwendung

Verwertung von Biomasse und Energie

ökologische Bewertung und Vielfalt

Baustofflehre 2010

Die Geschichte des Baustoffes Holz

aus: Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe

Baustofflehre 2010

Die Geschichte des Baustoffes Holz

aus: Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe

Baustofflehre 2010

Die Geschichte des Baustoffes Holz

aus: Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe

Baustofflehre 2010

Die Geschichte des Baustoffes Holz

aus: Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe

Baustofflehre 2010

Der Baustoff Holz

Je Baumart Holz mit spezifischen Eigenschaften

Jedoch:

Schwankungen durch Einflüsse beim Wachstum:

Physiologische und mechanische Parameter (Baumalter, Größe und Form von

Krone und Stamm)

Umweltparameter (Boden, Klima/Wetter, geogr. Lage…)

Einfluss auf technologische Eigenschaften wie: Rohdichte, Quellen, Schwinden,

Dauerhaftigkeit des Holzes, …

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes

Chemische Zusammensetzung;

Elementanalyse:

50 % Kohlenstoff

43-44 % Sauerstoff

5-6 % Wasserstoff

1 % andere (Nähr)-Elemente

Stickstoff ca. 0,1%

Mineralstoffe (Asche) ca. 0,6%

Baustofflehre 2010

Zusammensetzung aus chemischen Verbindungen

Zellulose (Gerüst) Faser mit sehr hoher Zugfestigkeit ca. 40 – 55 %

Hemizellulose Fähig zum Aufbau neuer Zellen ca. 15 – 35 %

Lignin Kittstoff ca. 20 – 30 %

Harze, Fette, Eiweiß,

Gerb- und Farbstoffe ca. 2 - 7 %

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Physikalische Eigenschaften der die Holzmasse bildenden chemischen Verbindungen

Zellulose: natürlicher Hochpolymer mit überwiegend kristalliner Struktur

=> hohe Zugfestigkeit

Hemizellulose und Lignin: natürliche Hochpolymere mit überwiegend amorpher Struktur

=> geringere Festigkeit sowie

=> ausgeprägtes zeitabhängiges plastisches Verhalten (analog zu Kunststoffen).

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Kambium: Wachstumsschicht, teilungsfähige Zellen

Teilung in: Xylem (Holzzellen, nach innen)

Phloem (Rindenzellen, nach außen)

Splint, Kern,Mark

Rinde: Bast und Borke

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes

Darstellung im „Schälschnitt“

Markröhre: abgestorbenes Grundgewebe

Kambium: Schicht mit teilungsfähigen Zellen

Splintholz: lebendes Holz

Kernholz: totes Holz

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes

Wachstum und Jahrringe

Frühholz:

dünnwandig weitlumige Zellen (Transport

der Nährflüssigkeit)

Spätholz:

dickwandige, englumige Zellen (Festigung

des Stammes)

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes Darstellung im Quer- , Radial- und Tangentialschnitt

Längsrichtung: Röhrenförmige Zellen (1-8 mm)

Jahrring: Frühholz und Spätholz

Baustofflehre 2010

Holz ist ein anisotroper Baustoff

Anisotropie/ anisotrop = unterschiedliche Materialeigenschaften

in verschiedenen Richtungen

(Gegenteil: isotrop, d.h. Eigenschaften richtungsunabhängig, z.B. Stahl)

- Holz: organischer Stoff aus länglichen Zellen mit Orientierung in Stammrichtung Holzeigenschaften (wie z. B. die Festigkeit) richtungsabhängig

- Anisotropes Verhalten von Holz Modell:

Langgestreckte Zellen vergleichbar mit Röhrchenstruktur

die einzelnen Röhrchen verlaufen parallel zur Stammrichtung

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

In Längsrichtung wesentlich andere Eigenschaften als in Querrichtung!

- Zugfestigkeit in Längsrichtung des Röhrchenbündels sehr groß

- jedoch: in Querrichtung nur sehr geringe Zugfestigkeit,

da Röhrchen leicht auseinander gezogen werden können

Ähnliches bei Druckbeanspruchung:

- in Querrichtung Röhrchen leicht zusammen zudrücken

- in Längsrichtung dafür wesentlich größerer Kraftaufwand,

um Versagen zu erzwingen

Druckfestigkeit in Längsrichtung < Zugfestigkeit in Längsrichtung

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Holz - Eigenschaften

Baustofflehre 2010

Vorteile

- elastische Eigenschaften (zwischen Stahl und

Leder beim Verhältnis Festigkeit und

Dehnbarkeit)

- Warnfähigkeit (vor Reißen der Fasern vorher hörbar)

- niedriger Schallwiderstand (gute Akustik)

- geringe Stromleitung

- geringe Wärmeleitung

Holz - Eigenschaften

Baustofflehre 2010

Vorteile

Holz - Eigenschaften

Baustofflehre 2010

Vorteile

- hohe Widerstandsfähigkeit gegen chemische

Einflüsse (Säuren, Laugen, Salze)

- gut bearbeitbar

- hoher Vorfertigungsgrad

- nachwachsender Rohstoff

- physiologisch angenehm

- eventuelle Fehler häufig an Oberfläche erkennbar

Holz - Eigenschaften

Baustofflehre 2010

Nachteile

- Anisotropie (Eigenschaften richtungsabhängig)

- brennbar

- Gefahr der Verwitterung

- Gefahr der Schädigung durch holzzerstörende

Pilze und Insekten

Holz - Eigenschaften

Baustofflehre 2010

Holz - Eigenschaften

Baustofflehre 2010

Leichte Verfärbung bis völlige Zerstörung durch Fäulnis

Wachstumsvoraussetzungen sind eine Holzfeuchte zwischen 20 und 25 % und Temperaturen zwischen 3 und 38 °C

Pilze können längere Trocken- bzw. Kälteperioden überstehen nach Eintritt günstiger Bedingungen weiter wachsen.

Holz – Eigenschaften

Pilzschäden

Baustofflehre 2010

Schaden durch

echten Hausschwamm

Pilzschäden

Quelle: DI Th. Baron, Weimar

Weißer

Porenschwamm

Baustofflehre 2010

Schaden durch Hausbock

Schäden durch Insekten

Baustofflehre 2010

Baum- und Forstschädlinge:

- befallen stehendes Holz

(Kiefernspinner, Borkenkäfer, Holzwespe)

Bauholzschädlinge:

- befallen gelagertes und verarbeitetes Holz

(Hausbock; Nage-, Poch- und Klopfkäfer,

Parkett- und Brauner Splintholzkäfer)

Schädigung durch Raupen oder Larven

über Jahre, erkennbar an Ausfluglöchern

Schäden durch Insekten

Baustofflehre 2010

Dichte - Definitionen

Schlangenholz

(Brosimum

guaianensis)

mit 1,35-1,38 g/cm³

als Rohdichte-highlight

Baustofflehre 2010

Dichte - Holzarten

Baustofflehre 2010

Holzfeuchtigkeit

Holzfeuchten über 100 % möglich

Feuchteänderungen Änderung des Volumens, der Festigkeit und der

Verformungseigenschaften eines Holzbauteils.

Hygroskopischer Bereich:

Bis zum Fasersättigungspunkt uF = 28 % wird Wasser in Dampfform in

den Zellwänden gebunden

Kapillarer Bereich:

oberhalb des Fasersättigungspunktes werden die Hohlräume mit

freiem Wasser gefüllt.

Baustofflehre 2010

Holzfeuchtigkeit - Messungen

Holzfeuchtebestimmung

Darrverfahren nach DIN 52183

Elektrische Widerstandsmessung

Baustofflehre 2010

Holzfeuchtigkeit - Anforderungen

Gleichgewichts- bzw. Ausgleichsfeuchte

In der Regel sollen die Hölzer mit ihrer Gleichgewichtsfeuchte im Gebrauchszustand

(DIN 1052-1- 4.2.1) eingebaut werden.

Dies ist die Holzfeuchte bei der ein Gleichgewicht zwischen dem Umgebungsklima

und der hygroskopischen Bindungskraft vorhanden ist.

Baustofflehre 2010

Quellen und Schwinden

Das Schwindmaß α [%] gibt die Längenänderung je 1% Holzfeuchteänderung an.

Das Schwindmaß ist je nach Faser- und Jahrringverlauf unterschiedlich groß.

Das Schwind- und Quellmaß ist von der Rohdichte abhängig

Holzarten mit einer großen Rohdichte verformen sich stärker als leichtere

Holzarten. Maßgebend ist der Anteil der Zellwandmasse.

Baustofflehre 2010

Verzerrungen und Schwinden

Baustofflehre 2010

Holz EigenschaftenNachteile

Baustofflehre 2010

Holz Eigenschaften

Nachteile

Baustofflehre 2010

Steifigkeit – E Modul

Übereinstimmendes lineares Verformungsverhalten

unter Zug- und Druckbelastung bis zur

Proportionalitätsgrenze βDP.

Baustofflehre 2010

Steifigkeit – E Modul

Der Wert des E-Moduls ist vom

Kraft Faserwinkel abhängig

Baustofflehre 2010

Festigkeit

Holz ist ein stark anisotroper und inhomogener Werkstoff

Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften in den 3 Hauptrichtungen

1. längs zur Holzfaser,

2. radial zu den Jahrringen

3. tangential zu den Jahrringe

Baustofflehre 2010

Mechanische Eigenschaften - DIN1052

Baustofflehre 2010

Mechanische Eigenschaften - DIN1052

Baustofflehre 2010

Weitere Eigenschaften

Baustofflehre 2010

Verwendung von Holz

Baustofflehre 2010

Verwendung von Holz

Baustofflehre 2010

Verwendung von Holz

Baustofflehre 2010

Verwendung von Holz

Baustofflehre 2010

Verwendung von Holz

Baustofflehre 2010

Verwendung von Holz

Vielleicht eine der

schönsten

Anwendungen für Holz

Baustofflehre 2010

Lieferformen - Baurundholz

Gütebedingungen nach DIN 4074-2

Gerüste, Landwirtschaftliche Bauten, Rammpfähle, Masten

Durchmesser <14cm - Stange

Durchmesser >14cm - Stamm

Baustofflehre 2010

Lieferformen - Bauschnittholz

Baustofflehre 2010

Gefügtes Holz

Holzwerkstoffe (HWS)

technische Bezeichnung für Holz, welches zerlegt und anschließend mit holzfremden Bindemitteln

zusammengefügt wird

Holzwerkstoffe

Kunstharzgebunden Mineralisch gebunden

Brettschichthölzer (BSH),

Lamellenbalken (LB)

Zementgebunden

Lagenhölzer Gipsgebunden (Gipsflachpress-,

Gipsfaser-, Gipskartonplatten)

Spanwerkstoffe Holzwolleleichtbauplatten

Faserplatten

Baustofflehre 2010

Gefügtes Holz

Baustofflehre 2010

Gefügtes Holz

Baustofflehre 2010

Gefügtes Holzin Lagen oder Schichten

Brettschicht-

hölzer,

Lamellen-

balken

Lagenhölzer Spanwerkstoffe Faserplatten

Sperrholz

(Furnier-FU, Stab-ST,

Stäbchensperr-holz

STAE)

Flachpressplatten (FP),

(FPY, FPO)

Hartfaserplatten

Schichtholz

(Furnier… FSH,

Mircollam, Kerto

sowie

Massivholz-platten

(Oriented Strand Board

OSB; Spanstreifenholz,

Langspanholz LSL;

Furnierstreifenholz PSL)

Holzfaserplatten:

Mitteldichte MDF

Hochdichte HDF

Mittelharte HFM

StrangPressplatten

(Strangpressvoll-SV,

-röhrenplatte SR)

Weiche Holzfaserplatten

(poröse HFD,

bituminierte BPH,

HF-dämmplatten SBW)

Baustofflehre 2010

Gefügtes HolzKonstruktive Vollholzprodukte

Konstruktionsvollholz (KVH),

Duo- oder Triobalken

(Balkenschichtholz,

Lamellenbalken,

Lamellenholz),

Kreuzbalken

KVH®

(gehört zum

Konstruktionsvollholz)

Mit Keilzinkenstoß

verleimtesVollholz mit

definierter Maßhaltigkeit

für sichtbare und nicht

sichtbare Bereiche

Duo-Balken®

(gehört zum

Balkenschichtholz)

Mit Keilzinkenstoß

verleimter Balken aus

zwei miteinander

verklebten Vollhölzern

gleicher

Querschnittsmaße,

sonstige Eigenschaften

wie KVH®

Trio-Balken®

(gehört zum

Balkenschichtholz)

Mit Keilzinkenstoß

verleimter Balken aus

drei miteinander

verklebten Vollhölzern

gleicher

Querschnittsmaße,

sonstige Eigenschaften

wie KVH

Baustofflehre 2010

Brettschichtholz· Definition: Brettschichtholz besteht aus mindest

drei breitseitig faserparallel verleimten Brettern oder

Brettlagen aus Nadelholz.

· Dicke der Bretter > 6 mm < 33 mm ( < 40mm) bei

geraden Bauteilen, wenn die Bauteile keinen

extremen klimatischen Wechselbeanspruchungen

ausgesetzt sind.

Verbindung der Bretter in Längs-

richtung durch Keilzinkenverbin-

dung (Verleimung) DIN 68140

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010