IBÖM07: SUB-STONE - Entwicklung eines hybriden Leichtbetonwandelementes aus mineralisierten Holzzuschlägen mit Naturfaserverstärkung für den Außenbereich

Abstract

Ziel des Forschungsvorhabens SUB-STONE war die Entwicklung eines hybriden Leichtbetons aus mineralisierten Holzzuschlägen in Kombination mit einer lastabtragenden Verstärkung durch Naturfasern. Dieses Material sollte exemplarisch in Form eines konstruktiven Wandelements für den Außenbereich zur Anwendung kommen und die technische Umsetzbarkeit sowie das wirtschaftliche Potenzial demonstrieren. Ausgangspunkt für das Vorhaben ist der aktuelle Forschungsfokus auf die Reduktion der CO₂-Emissionen bei der Herstellung von Beton. Das Projekt zielte darauf ab, durch den Einsatz alternativer, nachwachsender Rohstoffe – insbesondere von Holz – und deren mineralisierte Verarbeitung in einem zementären System, eine signifikant verbesserte Gesamtbilanzierung (energetisch, ökologisch, ökonomisch) zu erreichen. Im Unterschied zur konventionellen Leichtbetonherstellung, bei der vorwiegend Blähton oder Blähglas als Zuschläge sowie Bewehrungsstahl oder synthetische Textilfasern zur Lastübertragung eingesetzt werden, sollten im Projekt mineralisierte Holzspäne die Rolle der Leichtzuschläge übernehmen. Die Tragwirkung wurde durch eine textile Bewehrung aus beschichteten Naturfasern realisiert. Einen entscheidenden Einfluss auf die Dauerhaftigkeit und Festigkeit des Betons haben die Inhaltsstoffe des Holzes. Diese können sich negativ auf Frisch- und Festbetoneigenschaften auswirken. Eine gezielte Mineralisierung erlaubt es jedoch, lösliche Holzbestandteile wie Zucker, Stärke und Phenole zu binden. Dies verbessert nicht nur die Verträglichkeit mit der Betonmatrix, sondern wirkt sich auch günstig auf das Quell- und Schwindverhalten des Holzes aus. Zudem erhöht die durch die Mineralisierung erzeugte spezifische Oberfläche die mechanische Verzahnung innerhalb des Gefüges und trägt zu einer stabilen Mikrostruktur bei. Darüber hinaus bietet das Verfahren das Potenzial, Holzreste aus anderen Produktionsprozessen – beispielsweise aus der Brettsperrholzproduktion – einer hochwertigen stofflichen Nutzung zuzuführen. Auch Kalamitätshölzer, die derzeit überwiegend energetisch verwertet werden, können durch das entwickelte System in nachhaltige Bauprodukte integriert werden. Damit verfolgt das Vorhaben ein zentrales Prinzip der Bioökonomie: die stoffliche Kaskadennutzung von Rohstoffen. Für den Einsatz als konstruktives und lastabtragendes Leichtbetonbauteil sollen biobasierte Naturfasern, wie etwa Flachs, als textile Zugbewehrung in den statisch beanspruchten Bereichen Anwendung finden. Diese Fasern bieten ähnliche Verstärkungsleistungen wie herkömmliche Glasfasern, sind jedoch weniger spröde, nachwachsend und CO₂-neutral. Während petrochemische Alternativen wie Carbon- oder Glasfasern energieintensiv in der Herstellung sind und hohe Kosten verursachen, stellen Naturfasern eine nachhaltige und wirtschaftlich attraktive Alternative dar.