Acetyliertes Buchen-Furnierschichtholz - Buchenholzprodukt für bewitterte Tragwerke: dauerhaft, formstabil, hochfest - Akronym: AceBuFu

Abstract

Im Teilvorhaben 1 wurden die mechanischen Kennwerte von acetyliertem Buchen Furnierschichtholz (LVL) umfassen untersucht. Die durchgeführten Arbeiten und Prüfungen gliedern sich in die Abschnitte grundlegende mechanische Kennwerte, Holzverbindungen und Verbindungsmittel, Dauerfestigkeit und Anwendung im bewitterten Außenbereich. Die wichtigsten Ergebnisse sind im Folgenden kurz zusammengefasst:

_Grundlegende mechanische Kennwerte:_ Mit im Projekt hergestellten, acetylierten Buchen Furnierschichtholz ließen sich durchweg hohe mechanische Kennwerte ermitteln, die die Leistungsfähigkeit des Materials kennzeichnen. In der Regel wurden charakteristische Werte im Bereich von BauBuche oder darüber erreicht. Bei einigen Kleinprüfkörpern wirkten sich die herstellungsbedingten Risse bei Furnieren negativ aus, die war bei größeren Prüfkörpern nicht mehr signifikant. Die ermittelten Kennwerte können als erste Anhaltspunkte für eine Bemessung von Tragstrukturen herangezogen werden.

_Holzverbindungen und Verbindungsmittel:_ Für die untersuchten Verbindungsmittel konnten ebenfalls gute bis hohe Materialfestigkeiten ermittelt werden, die wiederum mit dem Produkt BauBuche auf einem vergleichbaren Niveau liegen. Für die Anwendung im bewitterten Außenbereich zeigte sich die hohe Leistungsfähigkeit mit gleichbleibenden Festigkeiten unter nassen Umgebungsbedingungen. Mit Hilfe von Keilzinkenverbindungen wird es möglich sein aus -in absehbarer Zeit- noch kurzen hergestellten Platten längere Elemente für Träger zu erzeugen. Die Festigkeitsverluste der Keilzinkung sind berechenbar, die Anordnung von Zinkenstößen in einem Träger kann geplant werden.

_Dauerfestigkeit:_ Bei den Langzeitversuchen konnte im Vergleich zu BauBuche eine geringe Kriechzahl nachgewiesen werden. Auch im bewitterten Außenbereich lag dieser Kennwert auf einem niedrigen Niveau. Die Versuche werden weitergeführt.

Alle Versuche zu mechanischen Kennwerten und mit Verbindungsmitteln an wassersatten Prüfkörpern belegen, dass keine oder nur geringe Festigkeitseinbußen zu verzeichnen sind. Damit ist eine hohe Leistungsfähigkeit im Außenbereich gegeben, bei Anwendung von Abminderungsfaktoren würden damit deutliche Tragfähigkeitsreserven übrig bleiben.

_Anwendung im bewitterten Außenbereich:_ Im Projekt wurden Anwendungsfelder herausgearbeitet, die den ermittelten Eigenschaften und Kennwerten entsprechen. Damit können neben Brücken und Türmen auch „neuere“ Felder der Mobilität und im Bereich von Windkraftanlagen mit einem neuen und Leistungsfähigen Material erschlossen werden.

_Zusammenfassung:_ Die Ergebnisse des Teilvorhabens belegen die grundsätzliche Eignung von acetyliertem Furnierschichtholz im bewitterten Außenbereich. Die hohen mechanischen Kennwerte auch im wassersatten Zustand belegen diese Leistungsfähigkeit. Aus acetyliertem Buchen-Furnierschichtholz steht erstmalig für bewitterte Konstruktionen ein Holzwerkstoff aus heimischem Holz zur Verfügung, welcher sowohl hohe Formstabilität, hohe Dauerhaftigkeit und hohe mechanische Kennwerte für tragende Baukomponenten besitzt. Damit werden im Ingenieurholzbau neue Maßstäbe gesetzt.

Im Teilvorhaben 2 wurde die technologische Machbarkeit der Herstellung von Furnierschichtholz (LVL) aus acetyliertem Buchenholz umfassend untersucht. Die Arbeiten gliederten sich in die Bereiche Modifikation, Verklebung, Fertigungsprozesse und Dauerhaftigkeit. Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

_Acetylierung und Furniercharakterisierung:_ Die Acetylierung der Buchenfurniere wurde mit reproduzierbaren WPG-Werten von ca. 23–25 % erfolgreich durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Modifikation zu einer signifikant reduzierten Wasseraufnahme und einer verbesserten Dimensionsstabilität führt (ASE bis zu 80 %). Gleichzeitig wurden Rissbildung und Sprödigkeit als zentrale Herausforderungen identifiziert, insbesondere bei breiten Furnieren. In der Folge wurde die Furnierbreite auf 600–1000 mm begrenzt. Die Mikroskopie bestätigte die Modifikation auf Zellwandebene. Die Ergebnisse bildeten die Grundlage für eine praxisnahe Sortierung und Verarbeitung.

_Verklebung:_ Die Untersuchungen zur Kalt- und Heißverklebung mit MUF, PRF und PUR zeigten, dass insbesondere PRF und PUR für acetyliertes Buchen-LVL geeignet sind. MUF war weniger leistungsfähig, insbesondere in Keilzinkenverbindungen. PRF- und PUR-Verbindungen erreichten gute Scherzugfestigkeiten sowie hohe Holzbruchanteile – auch nach Wasserlagerung oder Kochwechseltest. Die Penetration der Klebstoffe konnte mikroskopisch bestätigt werden, war jedoch nicht gleichmäßig. Erhöhte pH-Werte und hydrophobere Oberflächen nach der Acetylierung beeinflussten das Adhäsionsverhalten messbar.

_Materialfeuchte sowie Quell- und Schwindverhalten:_ Auch unter wechselnden Klimabedingungen wiesen die Proben eine deutlich geringere Feuchteaufnahme auf. Die Anti-Swelling-Effizienz (ASE) lag je nach Charge im Bereich von 70–80 %. Die reduzierte Gleichgewichtsfeuchte, bestätigt durch DVS-Messungen, unterstreicht das Potenzial des Materials für Anwendungen im Außenbereich.

_Dauerhaftigkeit und Bewitterung:_ Die durchgeführten Dauerhaftigkeitsprüfungen, zeigten eine in allen Fällen signifikant verbesserte Dauerhaftigkeit der acetylierten LVL-Proben im Vergleich zu unbehandeltem Material. Dabei wurde kein Pilzbefall bzw. Befall von Bohrmuschel festgestellt. Ebenfalls zeigten die acetylierten Prüfkörper weniger Rissbildung Pilzbefall in einer Schnellbewitterung im Vergleich zu unbehandelten Prüfkörpern. Ergänzend wurden ausgewählte LVL-Probekörper im Außenbereich exponiert, um das Langzeitverhalten unter realen Witterungsbedingungen zu beobachten. Diese Freilandbewitterung soll Aufschluss über mögliche Verfärbungen, Oberflächendegradation und strukturelle Veränderungen im mehrjährigen Verlauf geben und damit die Laborergebnisse validieren.

_Industrielle Herstellung:_ Die industrielle Fertigung von LVL-Platten aus acetyliertem Furnier gelang sowohl im Labor als auch beim Industriepartner. Dabei zeigte sich, dass die Furniere – infolge ihrer geringeren Materialfeuchte – während der Heißverpressung kaum verdichtet wurden. Dennoch erreichten die hergestellten Platten eine höhere Dichte als unbehandelte Referenzen, was auf die Massezunahme durch die chemische Modifikation zurückzuführen ist. Bei der Verarbeitung traten vereinzelt Verzüge auf, die durch gezieltes „Stürzen“ der Furniere minimiert werden konnten.

_Zusammenfassung:_ Die Ergebnisse des Teilvorhabens belegen die prinzipielle Eignung acetylierten Buchenfurniers als Grundlage für tragende Holzprodukte im Außenbereich. Die Kombination aus chemischer Modifikation und angepassten Klebstoffsystemen liefert leistungsfähige, formstabile LVL-Produkte. Das Teilvorhaben trägt damit zur Erweiterung der stofflichen Buchenholznutzung in Nutzungsklasse 3 bei und bietet eine biobasierte Alternative zu konventionellen, energieintensiven Baustoffen.