Projekte stellen Kombimaterialien vor

Beton wird mit Holz und Flachs nachhaltiger

Kombination mit Holz macht Beton leichter. © Alireza Fadai

Alternativen zu reinen Betonkonstruktionen sind gesucht. Zuschläge aus nachwachsenden Rohstoffen sollen das Produkt nachhaltiger, aber auch leichter machen. Zwei Projekte zur Integration von Holz und Flachs haben Ergebnisse vorgestellt.

Bei Holzleichtbeton wird Kies durch verschiedene Zuschläge aus Holz wie Hackschnitzel oder Sägemehl ersetzt. Damit sich dieser Verbundwerkstoff als Baumaterial durchsetzen kann, müssen jedoch wichtige Fragen, etwa zur Tragfähigkeit, geklärt werden. Damit hat sich ein Projekt befasst, das der Wissenschaftsfonds FWF förderte.

Im Fokus stand die Entwicklung von tragenden Bauteilen aus Holz und Holzleichtbeton, wobei sowohl die Frage zur Tragfähigkeit als auch ökologische und ökonomische Aspekte integriert wurden. Ziel ist ein ressourcenschonender Baustoff, der hauptsächlich auf dem nachwachsenden Rohstoff Holz basiert. Er soll zudem einfach anzuwenden und zu recyceln sein. "Wir forschen an einer neuen Generation von Holzleichtbeton. Jeder soll sie im Baumarkt kaufen und selbst mischen können, wie heute Normalbeton. Unser Ziel ist kein High-Tech-, sondern ein Low-Tech-Produkt, das ökologische und ökonomische Ansprüche erfüllt", sagt Projektleiter Alireza Fadai, Professor für Ressourceneffiziente Tragwerksplanung am Institut für Architekturwissenschaften der Technischen Universität Wien.

Eine der zentralen Herausforderungen bestand für Fadai und sein Team etwa darin, aus einer Vielzahl an Varianten die optimale Mischung von Zement und Holzpartikeln zu konzipieren. Wie gut sich beide Komponenten verbinden, hängt von etlichen Variablen ab, wie zum Beispiel Holzart, Länge und Gewicht der Holzpartikel, Wassermenge oder Zementart.

Als zentraler Bestandteil von tragenden Holz-Holzleichtbeton-Verbundsystemen muss auch Holzleichtbeton allen Ansprüchen in punkto Tragfähigkeit, Brand- und Schallschutz sowie thermische Isolation gerecht werden. Ein großes Plus ist zudem das geringere Gewicht.

Bereits heute wird oft, auch mehrgeschossig, mit Holz gebaut – allerdings kommt der Baustoff Holzleichtbeton eher bei nicht-tragenden Elementen zum Einsatz. Der Grund besteht in dem Problem, die Tragfähigkeit zu prognostizieren. Die Entwicklung einer Messmethode hatte im Forschungsprojekt eine zentrale Rolle. Fadai adaptierte bewärhte Verfahren für die Holz-Holzleichtbeton-Verbundsysteme. Diese Strategie soll deren Anwendbarkeit in der Praxis vereinfachen.

Sowohl Holz als auch Holzleichtbeton sind lebendige Baustoffe und verformen sich unter Druck, ein Phänomen, das als "kriechen" bezeichnet wird. Da man bei deren Kombination bisher aber nicht abschätzen konnte, wie stark, brauchte es spezielle Versuche. "Wir haben Trageversuche bis zum Bruch durchgeführt und die Ergebnisse in die computergenerierten Modelle integriert und evaluiert", erklärt Fadai. Zusätzlich zu diesen Bauteilversuchen, um die Tragfähigkeit der Verbundkonstruktionen zu ermitteln, wurden Langzeitversuche unter Dauerlast durchgeführt. Diese lieferten eine zentrale Erkenntnis: Die Verformungen nehmen über die Jahre zu.

Neben dem Mischungsverhältnis und dem Bemessungstool wird in punkto Nachhaltigkeit auch auf die Verbindungen zwischen Holz und Holzleichtbeton geachtet. Lassen sich die einzelnen Teile gut trennen, ist es einfacher, sie zu recyceln. So könnten sie entweder in den Produktzyklus, als Beigabe zu Holzleichtbeton, oder durch Verheizen in den Energiekreislauf rückgeführt werden. Aktuell forscht Fadai bereits dazu, aber weil sowohl die Zerlegbarkeit als auch die Gießbarkeit des Holzleichtbetons noch Fragen aufwirft, wurde bereits ein Förderantrag für ein EU-Projekt eingereicht.

Textilbeton ist ein Baustoff der Zukunft. Er hat eine hohe Lebensdauer, ermöglicht vielseitige Geometrien und leichte Konstruktionen. Anstatt mit Stahl ist er mit Carbon- oder Glasfasergewebe verstärkt. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI ersetzt diese Gewebe jetzt durch umweltfreundliche Naturfasern. Damit kann die CO2-Bilanz des Betons bei gleicher Performance verbessert und die Herstellungskosten können reduziert werden. Die Forscher setzen auf Flachs, der sich im Spinn- oder Webverfahren weiterverarbeiten lässt. Je nach Bauteilanforderung ergänzen die Forscher den Flachs durch einzelne Stränge aus Polymerfaser und kreieren so ein Mixgewebe. Damit es nicht verwittert, kommt ein Hochleistungsbeton zum Einsatz, dessen Gefügedichtheit die Fasern praktisch vollständig vor schädlichen Einflüssen schützt. Zudem wird das gewebte Textil mit natürlichen Harzen modifiziert.

Das Flachstextil wird lagenweise in das jeweilige Bauteil eingebracht. Da die Steifigkeit des Textils einstellbar ist, lässt es sich in die gewünschte Form legen. Denkbar sind etwa gekrümmte Formen wie Kuppeln oder gerundete Wandelemente. Anschließend wird der flüssige Beton auf das Textil gegossen. Der Beton ist eine Eigenentwicklung des Zentrums für leichte und umweltgerechte Bauten. Bei der Entwicklung wurde besonderes Augenmerk darauf gerichtet, nur geringe Mengen an Primärrohstoffen zu verwenden, um ökologische Nachhaltigkeit zu erreichen. Eine bauaufsichtliche Zulassung steht noch aus. FWF / Fraunhofer Institut für Holzforschung / pgl

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