Nachwuchsgruppe: Langzeitverhalten von klebstoffgebundenen Holz mit Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) und Holz-Beton-Verbund (HBV) Hybridsystemen für gebaute Nachhaltigkeit

Abstract

Projektbeschreibung: Die Ziele dieses Projekts bestand darin, die Leistungsfähigkeit von adhäsiv verbundenen FKV-Holz- und HBV-Systemen durch detaillierte Untersuchungen in fünf Arbeitspaketen zu analysieren. AP1 konzentrierte sich auf die Analyse der Mikrostrukturen und Grenzflächen von Holz-Klebstoff-Gewebe (in FRP auf Englisch) und Holz-Klebstoff-Beton-Systemen sowie auf die mechanischen Eigenschaften der einzelnen Materialien wie Fasern, Klebstoff, FKV, Beton und Holz, die in diesen Systemen verwendet werden. AP2 zielte darauf ab, die Grenzflächenhaftfestigkeit und strukturelle Integrität von kleinskaligen FKV-Holz- und HBV-Proben durch mechanische Tests zu charakterisieren, mit dem Ziel, die Grenzflächeneigenschaften in beiden Systemen zu optimieren. Verschiedene Oberflächenmodifikationen wurden auf FKV, Klebstoff, Holz und Beton angewendet, um die Grenzflächenhaftung zwischen Fasergewebe-Klebstoff, Klebstoff-Holz und Beton-Klebstoff zu verbessern. AP3 bewertete die Dauerhaftigkeit von FKV-Holz- und HBV-Systemen unter verschiedenen Bedingungen des Umweltalterungsprozesses, einschließlich der Auswirkungen von Zeit-Temperatur-, Zeit-Feuchtigkeits-, Zeit-Temperatur-Feuchtigkeits-Kombinationen, erhöhten Temperaturen, Salzwasser, Alkalien sowie Frost-Tau- und Trocken-Nass-Zyklen. AP4 untersuchte das Langzeitverhalten von FKV-Holz- und HBV-Systemen unter Kriechbelastung, indem die Langzeitverformung von kleinskaligen Proben an Verbindungsstellen oder Paneelen aufgezeichnet wurde. Ziel war es, das viskoelastische Verhalten dieser Verbundsysteme im Zeitverlauf zu verstehen. Abschließend bewertete AP5 das Langzeitverhalten großformatiger, adhäsiv verbundener FKV-Holz- und HBV-Deckenpaneele unter kombinierten mechanischen und umweltbedingten Einflüssen. Diese Paneele wurden Außenumgebungen ausgesetzt und permanenten Biegebeanspruchungen unterworfen, wobei die Durchbiegung in der Feldmitte über die Zeit überwacht wurde, um die Entwicklung der Kriechdurchbiegung zu bestimmen. Ein Vorhersagemodell wurde entwickelt, um die Durchbiegung in der Feldmitte über die gesamte Lebensdauer zu schätzen. Projektergebnisse: Die Nachwuchsforschungsgruppe hat bedeutende Fortschritte in den Bereichen Kurzzeit- und Langzeitverhalten von naturfaserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe, Naturfaser- und textilverstärkter Beton, klebstoffgebundene Holz-Beton-Verbundsysteme (HBV) sowie faserverstärkte Polymer (FKV)-Holz-Verbundhybridstrukturen für eine nachhaltige gebaute Umwelt erzielt. Vier Postdoktoranden, neun HiWi-Studierende sowie 35 Bachelor- und Masterarbeiten und Fallstudien wurden betreut und erfolgreich abgeschlossen. Darüber hinaus haben 5 Mitglieder/in ihre Doktorarbeiten erfolgreich verteidigt, und zwei Mitglieder warten auf ihre Verteidigung/Einreichung. Die Forschungsgruppe hat eine umfangreiche wissenschaftliche Produktion vorzuweisen, darunter 38 Fachzeitschriftenartikel, 9 internationale Konferenzbeiträge mit Artikeln, 9 Buchkapitel sowie 3 Artikel, die sich in der Begutachtung oder Vorbereitung befinden. Diese Veröffentlichungen wurden innerhalb kurzer Zeit über 2,200-Mal zitiert. Zudem organisierte die Gruppe 20 Kolloquien, hielt 75 interne Präsentationen und präsentierte ihre Forschungsergebnisse in 14 öffentlichen Vorträgen. Darüber hinaus fungierte sie als Gastherausgeber für 4 Sonderausgaben in renommierten Fachzeitschriften. Die Verbreitung der Forschungsergebnisse erfolgte in vielfältiger Weise: Die Gruppe nahm an 14 bedeutenden Fachmessen und Veranstaltungen teil (z. B. Internationales Holzbau-Forum, Hannover Messe, LIGNA, BAU, und verschiedene nationale/internationale Konferenzen) und führte 10 strategische Besuche/Koperation bei Unternehmen und Institutionen durch. Zudem wurde ihre Arbeit durch Medienberichte in Fachpublikationen wie Konstruktiver Holzbau und BaustoffWissen sowie durch eine aktive Präsenz auf ResearchGate und LinkedIn weiter verbreitet. Project objective: The objectives of this junior research project were to study the short- and long-term performance of natural fibre reinforced polymer composites, natural fibre and natural textile reinforced concrete, adhesively bonded fiber reinforced polymer (FRP)-wood and timber-concrete composite (TCC) systems through detailed investigations within five work packages. AP1 focused on analyzing the microstructures and interfaces of timber-adhesive-fabric (in FRP) and timber-adhesive-concrete systems, alongside the mechanical properties of individual materials such as fiber, adhesive, FRP, concrete, and timber used in these systems. AP2 was focused on characterizing the interfacial bond strength and structural integrity of small-scale FRP-timber and TCC samples through mechanical testing, with the objective of optimizing interfacial bond properties in both FRP-timber and TCC systems. Various surface modifications were applied to the FRP, adhesive, timber, and concrete to enhance interfacial adhesion across fiber fabric-adhesive, adhesive-timber, and concrete-adhesive interfaces. AP3 assessed the durability of FRP-wood and TCC systems under various environmental aging conditions, including effects of time-temperature, time-moisture, time-temperature-moisture, elevated temperatures, saltwater, alkalis, and freeze-thaw and dry-wet cycles. AP4 examined the long-term mechanical performance of FRP-wood and TCC systems under creep loading, recording the long-term deformation of small-scale specimens, either at joints or panels, to understand the viscoelastic behavior of these composite systems over time. Finally, AP5 evaluated the long-term performance of large-scale adhesively bonded FRP-wood and TCC ceiling panels under combined mechanical and environmental conditions. These panels were exposed to outdoor environments and subjected to permanent bending loads, with mid-span deflection monitored over time to analyze the development of creep deflection. Predictive models were developed to estimate mid-span deflection throughout service life. Project results: This junior research group project has made significant strides in the fields of natural fibre reinforced polymer composite, natural fibre and textile reinforced concrete, adhesively bonded timber-concrete composite (TCC) and fibre-reinforced polymer (FRP) – wood composite hybrid structures for sustainable built environment. Four post-doc fellows, 9 HiWi students, and 35 Bachelor/Master theses and case studies were supervised and completed. In addition, 5 members successfully defended their doctoral dissertations, and two more members are waiting for their doctoral dissertation defense/submission. The group's extensive output includes 38 journal articles, 9 international conference papers with articles, 9 book chapters, and 3 articles under review or in preparation. Those publications have attracted over 2200 times of citation in a short period. They conducted 20 colloquia, 75 internal presentations, and 14 public presentations. The group guest-edited 4 special issues in prestigious journals in these fields. The group disseminated their research widely, participating in 14 major professional fairs and events (e.g., International Timber Construction Forum, WOODRISE, Hannover Messe, LIGNA, BAU and different national/international conferences) and conducting 10 significant visits/cooperations to companies and institutions. Media coverage in newsletters like Konstruktiver Holzbau and BaustoffWissen, along with an active presence on ResearchGate, LinkedIn, furthered their reach.