Im Forschungsvorhaben »HolzFKV-HolzHBV-Bau« untersuchte eine Nachwuchsgruppe des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, wie sich geklebte Holz-Faser-Kunststoff- und Holz-Beton-Verbundsysteme unter verschiedenen Belastungen und Umweltbedingungen über lange Zeiträume verhalten. Die Ergebnisse liefern wichtige Grundlagen für den Einsatz dieser Holzhybridmaterialien im Bauwesen, stärken den Wissenstransfer in die Baupraxis und etablieren wissenschaftliche Expertise auf einem noch wenig erforschten Gebiet. Das Vorhaben wurde über die FNR vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) gefördert.
Holz zählt zu den besten Baustoffen für nachhaltiges Bauen: Es lässt sich gut verarbeiten, besitzt eine hohe Festigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht und hinterlässt einen geringen CO2-Fußabdruck. Gleichzeitig hat Holz als Baustoff auch materialbedingte Grenzen: Die Zug- und Druckfestigkeit ist senkrecht zur Faserrichtung geringer und Holz reagiert auf Feuchtigkeit aus der Umgebung.
Holzhybridverbünde
Holz mit anderen Werkstoffen zu hybriden Verbundsystemen zu kombinieren, ist ein vielversprechender Ansatz. Dadurch lassen sich die jeweiligen Stärken dieser Materialien nutzen und gleichzeitig die materialbedingten Schwächen von Holz reduzieren. Doch über das Langzeitverhalten dieser für das Bauwesen so interessanten Holzhybridsysteme ist noch wenig bekannt.
Verbesserte Oberflächenbehandlung
Hier setzte das Forschungsvorhaben »HolzFKV-HolzHBV-Bau« an. Seit 2018 untersuchte eine Nachwuchsgruppe unter der Leitung von Professor Dr. Libo Yan vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) und dem iBMB der TU Braunschweig die kurz- und langfristigen Eigenschaften verschiedener Holzhybridverbünde und ihrer einzelnen Materialien wie Holz, pflanzliche Naturfasern und Textilien, Glas- und Kohlefasern, Klebstoffe, faserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe (FKV) und Recyclingbeton mit einer multiskaligen Forschungsmethode.
In zahlreichen Experimenten ergründete sein Team die Mikrostruktur sowie die chemischen und mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe und ihre Wechselwirkungsmechanismen. Dabei entwickelten sie geeignete Oberflächenbehandlungen für ein verbessertes Bindungsverhalten der Materialien.
Vorhersagemodelle
Um das Langzeitverhalten der Materialverbünde zu ermitteln, wurden eigens für die verschiedenen Belastungen und Umweltbedingungen Lebenszyklus-Vorhersagemodelle entwickelt und die Verbünde schließlich getestet. Die nun vorgelegten Ergebnisse und Daten fördern den Einsatz von Hybridbaustoffen im Bauwesen und verbessern das Verständnis über die Dauerhaftigkeit bestehender Hybridstrukturen.
Erfolgreiche Nachwuchsförderung und Interesse der Wissenschaftsgemeinschaft
Auch aus Sicht der Nachwuchsförderung war das Projekt sehr erfolgreich. Neben dem Nachwuchsgruppenleiter arbeiteten vier Postdoktorandinnen und -doktoranden sowie neun studentische Hilfskräfte im Projekt mit. Insgesamt entstanden im Umfeld der Forschungsarbeiten 35 Bachelor- und Masterarbeiten. Nachwuchsgruppenleiter Libo Yan: »Vor allem freut es mich, dass sechs Studierende aus unserem Team während des Projekts erfolgreich promoviert haben.« Zwei weitere Doktoranden arbeiten noch an ihren Dissertationen.
Auch international stoßen die Forschungsergebnisse auf großes Interesse: Die Publikationen aus dem Projekt wurden bislang mehr als 2.400-mal in der wissenschaftlichen Literatur zitiert und über 9.000-mal auf ResearchGate aufgerufen.
Medieninteresse an Demonstrator
Nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Öffentlichkeit finden die Arbeiten Beachtung. Dafür nutzt das Team einen Demonstrator eines neuen Fußbodensystems aus Brettsperrholzplatten und Recyclingbeton, die mit Klebstoff verbunden sind. Der verwendete Beton enthält zehn Prozent Reisschalenasche als Zementersatz und ist mit pflanzlichen Textilfasern verstärkt.
Weiterführende Informationen
Nachwuchsgruppe: Langzeitverhalten von klebstoffgebundenem Holz mit Faser-Kunststoff-Verbund und Holz-Beton-Verbund Hybridsystemen für gebaute Nachhaltigkeit – Akronym: HolzFKV-HolzHBV-Bau | Fraunhofer-Institut für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI)
Link zur Projektdatenbank der FNR
Projektinfos des Fraunhofer WKI
