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, …

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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%

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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

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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

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Kambium: Wachstumsschicht, teilungsfähige Zellen

Teilung in: Xylem (Holzzellen, nach innen)

Phloem (Rindenzellen, nach außen)

Splint, Kern,Mark

Rinde: Bast und Borke

Aufbau des Holzes

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Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes

Baustofflehre 2010

Aufbau des Holzes

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Aufbau des Holzes

Darstellung im „Schälschnitt“

Markröhre: abgestorbenes Grundgewebe

Kambium: Schicht mit teilungsfähigen Zellen

Splintholz: lebendes Holz

Kernholz: totes Holz

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Aufbau des Holzes

Wachstum und Jahrringe

Frühholz:

dünnwandig weitlumige Zellen (Transport

der Nährflüssigkeit)

Spätholz:

dickwandige, englumige Zellen (Festigung

des Stammes)

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

Längsrichtung: Röhrenförmige Zellen (1-8 mm)

Jahrring: Frühholz und Spätholz

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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

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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

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Holz - Eigenschaften

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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

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Vorteile

Holz - Eigenschaften

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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

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Nachteile

- Anisotropie (Eigenschaften richtungsabhängig)

- brennbar

- Gefahr der Verwitterung

- Gefahr der Schädigung durch holzzerstörende

Pilze und Insekten

Holz - Eigenschaften

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Holz - Eigenschaften

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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

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Schaden durch

echten Hausschwamm

Pilzschäden

Quelle: DI Th. Baron, Weimar

Weißer

Porenschwamm

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Schaden durch Hausbock

Schäden durch Insekten

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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

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Dichte - Definitionen

Schlangenholz

(Brosimum

guaianensis)

mit 1,35-1,38 g/cm³

als Rohdichte-highlight

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Dichte - Holzarten

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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.

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Holzfeuchtigkeit - Messungen

Holzfeuchtebestimmung

Darrverfahren nach DIN 52183

Elektrische Widerstandsmessung

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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.

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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.

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Verzerrungen und Schwinden

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Holz EigenschaftenNachteile

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Holz Eigenschaften

Nachteile

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Steifigkeit – E Modul

Übereinstimmendes lineares Verformungsverhalten

unter Zug- und Druckbelastung bis zur

Proportionalitätsgrenze βDP.

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Steifigkeit – E Modul

Der Wert des E-Moduls ist vom

Kraft Faserwinkel abhängig

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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

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Mechanische Eigenschaften - DIN1052

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Mechanische Eigenschaften - DIN1052

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Weitere Eigenschaften

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Verwendung von Holz

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Verwendung von Holz

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Verwendung von Holz

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Verwendung von Holz

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Verwendung von Holz

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Verwendung von Holz

Vielleicht eine der

schönsten

Anwendungen für Holz

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Lieferformen - Baurundholz

Gütebedingungen nach DIN 4074-2

Gerüste, Landwirtschaftliche Bauten, Rammpfähle, Masten

Durchmesser <14cm - Stange

Durchmesser >14cm - Stamm

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Lieferformen - Bauschnittholz

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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

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Gefügtes Holz

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Gefügtes Holz

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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)

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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

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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

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