Nachhaltiges Bauen mit nachwachsenden Rohstoffen
Holzwerkstoffe
Allgemeines
Definition
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Holzwerkstoffe sind Materialien, die durch das Zusammenpressen verschiedener Holzstücke entstehen. Dies geschieht in der Regel unter Einwirkung von Temperatur. Die Holzteile werden zu verschiedenen Größen und Arten wie Bretter, Stöcke, Furniere, Furnierstreifen, Späne und Fasern verarbeitet.
Die Verwendung von Holzresten und unbelastetem Gebrauchtholz ist üblich. Diese verschiedenen Komponenten werden mit Bindemitteln miteinander verleimt. Der Herstellungsprozess führt zu einer hohen Homogenität der Materialien.
Die negativen Einflüsse von Holzfehlern wie Risse, Äste, Fäulniswachstum werden durch die Verarbeitung nahezu aufgehoben. Die Homogenität des Materials führt zu einer zuverlässigeren Bestimmung der technischen Eigenschaften der Holzwerkstoffe.
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Geschichtliche Einordnung
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Holzwerkstoffe werden hauptsächlich in der Bau- und Möbelindustrie eingesetzt. Die Entwicklung von Holzwerkstoffen hat die breite Verwendung von Holz ermöglicht. So können z. B. große Spannweiten von Holzträgern erreicht werden, Dach-, Wand- und Deckenelemente für Holzhäuser können werkseitig vorgefertigt werden, und der Rohstoff Holz kann viel effektiver und ressourcenschonender verarbeitet werden.
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Die ersten Holzwerkstoffe wurden bereits in den 1950er Jahren eingesetzt. Seitdem wurde eine breite Palette von Holzwerkstoffen entwickelt, und auch in Zukunft werden immer wieder neue Anwendungsgebiete erschlossen werden.
Anbau
Fast die Hälfte der Fläche Österreichs ist mit Wald bedeckt. Zentrales Ziel des österreichischen Forstgesetzes ist es, den Wald mit seiner multifunktionalen Wirkung durch eine nachhaltige Waldbewirtschaftung zu erhalten.
Die gesamte Waldfläche Österreichs beträgt ca. 48 Prozent. Somit ist der Wald das dominierende Landschaftselement Österreichs. Die Österreichische Waldinventur (ÖWI) zeigt eine stetige Zunahme der Waldfläche, des Holzvorrats sowie des Holzzuwachses auf. Rund 1.135 Mio. Festmeter Holz bzw. 3,4 Milliarden Bäume stehen im Wald zur nachhaltigen Nutzung bereit. Diesbezüglich liegt Österreich im europäischen Spitzenfeld, da nicht nur ausreichend Holz vorhanden ist, sondern auch mehr nachwächst, als geerntet wird. Von den jährlich nachwachsenden 30,4 Millionen Vorratsfestmetern werden nur rund zwei Drittel genutzt
Bauphysikalische Eigenschaften
Je nach Produkt weisen Holzwerkstoffe, westlich niedriger aber auch wesentlich höhere Festigkeiten im Vergleich zu Massivholz auf. Span- und Faserpaletten haben eine eher geringe Festigkeit, während Furnier- oder Massivholzwerkstoffe eine deutlich höhere Festigkeit als Massivholz aufweisen.
Die spezifische Anordnung der Holzkomponenten hat einen wesentlichen Einfluss auf die Belastbarkeit der Materialien. Das für Massivholz typische Quellen und Schwinden wird durch die Verarbeitung des Ausgangsmaterials auf ein Minimum reduziert.
Zu den vorteilhaften technischen Eigenschaften der Holzwerkstoffe kommt hinzu, dass sie in vielen verschiedenen Abmessungen in Plattenform, in großen Längen oder Querschnitten erhältlich sind.
Die Abmessungen sind standardisiert, das erleichtert das Lagern und die Planung und verkürzt die Montagezeit.
Die Verbindung von Holzwerkstoffen untereinander ist mit Klebstoffen oder mechanischen Verbindungselementen einfach zu bewerkstelligen.
Vor- & Nachteile
Vorteile
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verschiedenste Größen, Festigkeiten oder Querschnitte können erreicht werden
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standardisierte Abmessungen erleichtern die Lagerung und Montage
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Nachhaltiges Herstellungsverfahren durch wenig Entstehung von Verschnitt
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Einfache Verbindung von Holzwerkstoffen untereinander
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Nachteile
zusätzlicher Energieaufwand bei der Herstellung
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Je nach Werkstoff werden Harze und Kleber verwendet,
die giftige Gase abgeben können
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Baustoffe
Vollholzwerkstoffe
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Vollholzwerkstoffe oder auch Werkstoffe auf Vollholz Basis sind sämtliche Werkstoffe, die aus zusammengesetzten Massivholz Elementen bestehen. Seit Ende der achtziger Jahre gewinnen diese zunehmend an Bedeutung. Das liegt zum einen an der wachsenden Bedeutung des Holzes als ökologischer Baustoff aber auch durch die Entwicklung synthetischer Klebstoffe mit hoher Zuverlässigkeit die bei der Herstellung von Holzwerkstoffen zum Einsatz kommen.
A. Herstellung
Wie bei allen anderen Holzwerkstoffen wird auch das Holz zunächst in Strukturelemente zerlegt um anschließend diese, je nach Baustoff, neu anzuordnen. Im Fall der Vollholzwerkstoffe handelt es sich dabei um Schnittholz oder dünne Bretter. Diese werden anschließend plattenförmig oder stabförmig mittels Bindemittel und Zusatzstoffen zusammengefügt. Welche Bindemittel und Zusatzstoffe verwendet werden hängt wieder von den unterschiedlichen Baustoffen ab.
B. Einsatzgebiete und - arten
Ja nach Kategorie der Vollholzwerkstoffe (plattenförmig, stabförmig, Verbund-Elemente) finden sie Einsatz im konstruktiven Holzbau, für Fassadenverkleidungen, für die Möbelherstellung und im Innenausbau.
C. Bauphysikalische Eigenschaften
Die Bauphysikalischen Eigenschaften von Vollholzwerkstoffen können mit ähnlichen Werten für Massivholz angeführt werden. Dazu sieht man in Tabelle 1 charakteristische Werte. Jedoch ist immer zu beachten, das diese Werte je nach Holzart variieren.
Massivholz, also auch Vollholzwerkstoffe, werden der Baustoffklasse D nach DIN EN 13501-1 „normalentflammbar“ eingestuft mit einer Rauchentwicklung der Klasse s2 und einem brennenden Abtropfen/Abfallen von d0. Sie bildet Außerdem eine Verkohlungsschicht, die einen weiteren Abbrand hemmt. Charakteristische Abbrandwerte sind der Tabelle 2 zu entnehmen.
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D. Vor- und Nachteile
Ein Vorteil von Vollholzwerkstoffen ist die gezielte Beeinflussung der Eigenschaften. Je nach Bedarf können bestimmte Festigkeiten erreichen werden, die Anisotropie angepasst werden, die Homogenität erhöhen werden und größere Abmessungen erreicht werden. Unter dem Aspekt der Nachhaltig gesehen ist die Herstellung von Holzwerkstoffen ebenfalls gut, denn das Stammholz kann hierfür komplett verarbeitet werden. Es entstehen so gut wie keine Abfälle.
Ein Nachteil der hierbei zu nennen ist, das für die Herstellung der Holzwerkstoffe noch einmal mehr Energie benötigt wird und so der Anteil der grauen Energie steigt.
Furnierholzwerkstoffe
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Furnierholzwerkstoffe sind Holzwerkstoffe die aus mehreren zusammengeleimten Furnierholzschichten bestehen. Furniere wurden schon im alten Ägypten bekannt. Hier ist die Vermutung, dass die Ägypter über die Eigenschaften des Holzes bescheid wussten und um diese zu optimieren,
mit Furnierholzwerkstoffen gearbeitet haben. Diese Werkstoffe verloren aber wieder an Bedeutung und wurden erst Mitte des 19. Jahrhunderts wiederentdeckt. Holztechniker griffen die Idee des Absperrens der Holzeigenschaften auf und entwickelten den Werkstoff Furniersperrholz. Dadurch begann die industrielle Herstellung von Furnierholz und Furnierholzwerkstoffe fanden immer größer werdenden Anklang.
A. Herstellung
Bei der Furnierholzherstellung werden aus abgelängten und entrindeten Stammstücken eines Baumes dünne Furniere herausgeschält. Die Teile des Baums werden meist in Gruben oder Kammern mit Wasserdampf oder heißem Wasser vorbehandelt um mögliche Spannungen im Holz abzubauen. Diese Vorbehandlung verbessert zudem die Geschmeidigkeit, die Schälbarkeit und die Tränkbarkeit.
Beim Schälen wird das Baumstück an beiden Enden eingespannt und zu einer langen, 0,8 bis 4mm dicken Furnierbahn geschält. Diese wird danach in Stücke geeigneter Größe abgeschnitten. Dabei wird das Furnier gleichzeitig überprüft und Fehlstellen mit größeren Aststellen und Rissen werden entfernt. Danach werden die Furniere technisch getrocknet, beleimt und sortiert (Größe, Dicke und Material). Für die Verleimung wird üblicherweise Phenolharzleim verwendet, da dieser wetterbeständig ist.
Zur Endfertigung des Furniers wird es unter hohem Druck und Drucktemperaturen bis 150° gepresst. Danach werden sie abgekühlt, geschliffen und aufs Endmaß zugeschnitten.
B. Einsatzgebiete und - arten
Die Einsatzgebiete von Furnierholzwerkstoffen sind extrem vielseitig, da es mehrere Verarbeitungsweisen gibt. Der Einsatzbereich ist abhängig von: Plattenaufbau, Form, Haupteigenschaften, mechanischen Eigenschaften, Oberflächenbeschaffung.
Deshalb können Furnierholzwerkstoffe im konstruktiven Holzbau, für Fassadenverkleidungen, für Designverkleidungen, für Möbelherstellung, für spezielle Formteile, im Fahrzeug , Flugzeug- und Bootsbau, aber auch zum Beispiel zur Herstellung von Spezialprodukten wie Ski- und Snowboard Kernen verwendet werden.
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C. Bauphysikalische Eigenschaften
Furnierholzwerkstoffe besitzen eine höhere Festigkeit, Maßhaltigkeit und Formbeständigkeit als Massivholz. Da sich diese aber je nach Werkstoff unterscheiden, werden die spezifischen Eigenschaften in den folgenden Unterkapiteln genauer beschrieben. Aspekte die dabei eine Rolle spielen sind die Dicke der einzelnen Schälfurniere, der Klebergehalt, die Anzahl der Schichten und die Art der Verarbeitung/Verbindung der einzelnen Furnierschichten. Auch die Quell- und Schwindeigenschaften werden zum größten Teil unterdrückt.
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D. Vor- und Nachteile
Ein Vorteil der Furnierholzwerkstoffe ist die Verarbeitung je nach Verwendungszweck. Wie in den oberen Punkten genannt, können die Eigenschaften gut für verschiedenste Einsatzbereiche angepasst werden. Es können verschiedenste Größen, Festigkeiten oder Querschnitte erreicht werden.
Ein weiterer sehr wichtiger Vorteil ist die Nachhaltig des Herstellungsverfahrens. Dabei entsteht kaum Verschnitt, da das Stammstück fast komplett verarbeitet werden kann, wodurch sich die Herstellung auch als sehr preiswert erweist. Des Weiteren können durch die große Oberfläche der einzelnen Furnierschichten schöne Oberflächenbilder geschaffen werden.
Nachteile sind, dass beim Herstellungsverfahren noch zusätzlich Energie aufgewendet werden muss (in der Endfertigung werden die Furnierplatten unter hohem Druck und Drucktemperaturen gepresst). Zusätzlich ändert sich beim Dämpfvorgang der natürliche Farbton des Holzes, wodurch Furnierholzwerkstoffe teilweise unnatürlich wirken.
Ein weiterer Nachteil ist die allmähliche Formaldehyd-Ausgasung falls der Kleber nicht vollständig abgebunden ist. Da der Harzanteil bis etwa 12% betragen kann sind diese Stoffe einerseits bei Hausbränden problematisch, andererseits gilt das private Verbrennen dieser Werkstoffe als Unerlaubter Umgang mit Abfällen, da beim Verbrennen die giftigen Ausgangsstoffe Phenol und
Spanwerkstoffe
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Spanplatten gehören zu den Holzwerkstoffplatten und bestehen aus -in einer, drei oder fünf Schichten verleimten und verpressten Holzspänen unterschiedlicher Größe. Bei Mehrschichtplatten befinden sich die größeren Späne zumeist im Inneren der Platte und das Äußere besteht aus feineren Spänen. Man unterscheidet je nach Ausrichtung und Größe der Späne zwischen Langpressspanplatten, Flachpressplatten und Strangpressplatten. Da der massive Holzverbund aufgehoben ist, haben diese Platten in Richtung der Plattenebene, also Länge und Breite der Platte, nahezu die gleichen Quell-und Schwindeigenschaften, allerdings auch wesentlich geringere Festigkeiten als Vollholz.
A. Herstellung
Zur Herstellung von Holzspanwerkstoffen werden Holzspäne aus Vollholz- und Sägeholzresten, Kunstharzleime und Additive unter Druck- und Wärmeeinwirkung verpresst. Spanwerkstoffe sind heute die bedeutendsten Holzwerkstoffe.
Als Rohmaterial wird überwiegend Nadelholz verwendet, das in Hackern und Zerspanern zerkleinert wird. Neben Holzspänen können auch alternative Materialien wie Flachsschäben, Bambus oder Stroh als Rohstoffe genutzt werden.
Bei einer maschinellen Sichtung werden die Späne gesiebt, anschließend aus einer Leimflotte beleimt und zu einem Vlies verstreut. Bei Temperaturen um 200 °Celsius wird das Vlies in Endlosbandpressen, Ein- oder Mehretagenpressen zu Platten verpresst. Die Platten werden dann durch Lagerung, Schleifen und Besäumen fertiggestellt.
B. Einsatzgebiete und - arten
Flachpressplatten: Flachpressplatten sind die größte Untergruppe der Spanplatten. Unterschiedlich große beleimte Späne werden in drei bis fünf Schichten zu Platten verpresst. Die äußere Schicht besteht aus dem feineren Spanmaterial und wird zur Mitte immer gröber. Flachpressplatten können im Holzbau als aussteifende und mittragende Beplankung für Wände und Decken eingesetzt werden. Die V100G-Platten (Verleimung begrenzt wetterbeständig) können als Außenbekleidung und für Dachschalungen verwendet werden. Im Ausbau dienen Flachpressplatten als Trennwand Beplankung, als Wand- und Deckenbekleidung und als Fußbodenplatte.
Nichttragende Spanplatten : Diese Platten werden für Sonderzwecke, vorwiegend für akustisch wirksame und dekorative Wand- und Deckenverkleidung, verwendet
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C. Bauphysikalische Eigenschaften
Bei starken Klimaschwankungen (20°C/30% rel. Luftfeuchte bis 20°C/90% rel. Luftfeuchte) findet man für Spanplatten der Normtypen Änderungen in Länge und Breite von 0,3% bis0,4%. Die Dickenänderungen betragen dabei ca. 2% bis 3%. Im Laborversuch beträgt die Dickenquellung nach einer Unterwasserlagerung von 2 h ca. 4% bis 8%. Nach einer Lagerzeit von 24 h darf der Wert 16% (V20) bzw. 12% (V100) nicht überschreiten.
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D. Vor- und Nachteile
Ein Vorteil ist, dass der Hauptbestandteil von Spanplatten Holzabfälle wie Holzspäne, Sägemehl und Holzspäne ist und somit Spanplatten ein vorwiegend recyceltes Produkt sind. Spanwerkstoffe weisen ein gutes Stehermögen/Formstabilität auf. Von Vorteil ist auch die große Produktbandbreite, Spanplatten sind in allen Stärken und fast jedem Maß möglich. Spanplatten verzeichnen eine gute Biegefestigkeit. Auch das Preis/Leistungsverhältnis ist positiv zu bewerten.
Der größte Nachteil von Spanplatten ist die Verwendung von Formaldehyd-Harzen als Bindemittel. Wenn das Harz zerfällt, können die Platten gesundheitsschädliches Formaldehyd abgeben. Seit den 80er Jahren dürfen nur noch Platten mit der Emissionsklasse E1 verarbeitet werden (=0,1 ppm) Spanplatten sind nicht direkt lackierbar und haben eine hohe Feuchtigkeitsaufnahme, wenn diesbezüglich das Material nicht behandelt wurde.
Holzfaserwerkstoffe
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Holzfaserwerkstoffe sind Stoffe, die aus Sägenebenprodukten, Holz, aber auch aus holzhaltigen Fasern nachwachsender Pflanzen wie Flachsschäben oder Rapsstroh hergestellt werden. Häufig wird bei der Herstellung ein Klebstoff beigemengt, sodass ein Verbundwerkstoff entsteht, bei dem die vorteilhaften Eigenschaften beider Verbundpartner kombiniert werden. In verschiedenen Verfahren werden fein zerfaserte Holzspäne in einen Werkstoff verpresst, welcher sowohl in Quer- als auch Längsrichtung gleichermaßen homogene Eigenschaften aufweist. Als Materialien dienen Rest- und Durchforstungsholz (bevorzugt Nadelhölzer wie Fichte und Kiefer) und Recyclingholz, aber auch nachwachsende Rohstoffe wie Stroh, Hanf und Bambus kommen zum Einsatz.
A. Herstellung
Holzfaserwerkstoffe können in zwei verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Es wird zwischen dem Trocken- und dem Nassverfahren unterschieden, bei denen Holzfasern unter Druck, Temperatur und oftmals unter Beigabe von Klebstoff in Platten gepresst werden. Auf die Herstellung wird in den Unterpunkten E1.1. detaillierter eingegangen.
B. Einsatzgebiete und - arten
Holzfaserwerkstoffe werden oftmals aus Resten wie Späne, Äste und Recyclingholz hergestellt, sodass diese Werkstoffe sehr wirtschaftlich sind und wesentlich preisgünstiger als Produkte aus Massivholz. Die großformatigen Platten eignen sich für den Möbelbau und Beplankung.
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C. Bauphysikalische Eigenschaften
Holzfaserwerkstoffe bieten einen guten Hitze- und Schallschutz. Da es ein Naturbaustoff ist, dünsten nach dem Einbau keine schädlichen Stoffe aus. Auf Grund seiner Dampfdiffusions-offenheit wirkt er ebenfalls wie ein Feuchtigkeitspuffer. Ein weiterer positiver Aspekt ist die höhere Wärmespeicherkapazität von Holzfasern im Vergleich zu mineralischen Baustoffen, welche ermöglicht, dass überschüssige Wärmeenergie aufgenommen werden kann. Durch eine hohe Rohdichte und die Faserstruktur haben diese Werkstoffe eine schallabsorbierende Wirkung.
Holzfasern werden in die Baustoffklasse B2 „normal entflammbar“ eingestuft, je nach Ausführung kann auch eine höhere Feuerwiderstandszeit von bis zu 90 Minuten erreicht werden. Im Brandfall verhalten sich Holzfaserwerkstoffe ähnlich wie Massivholz und entwickelt ebenfalls eine Verkohlungsschicht, die den weiteren Abbrand hemmt.
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D. Vor- und Nachteile
Holzfaserstoffe sind natürliche Produkte und somit ökologisch, umweltverträglich und nach Rückbau sehr gut recycelbar oder sogar wieder verwendbar. Sie besitzen gute Dämmeigenschaften, sorgen für ein gesundes Raumklima, lassen sich individuell zuschneiden und sind vielseitig einsetzbar. Ein Nachteil ist der geringere Feuerwiderstand im Vergleich zu anderen Baustoffen.
E. Beispiele Bauteilaufbau einzelner Holzfaserwerkstoffe
Holzfaserwerkstoffe werden aus Holzfasern und gegebenenfalls Klebstoff in Platten gepresst. Je nach Art der Platte werden die Schichten in verschiedenen Streurichtungen zu einem Vlies übereinander angeordnet und dann zu einer massiven Platte gepresst.
Holzverbundwerkstoffe
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Grundsätzlich ist die Abgrenzung von Holzverbundwerkstoffen zu den übrigen Holzwerkstoffkategorien nicht immer eindeutig. Im Allgemeinen ist eine Kombination unterschiedlicher Holzwerkstoffe oder eines Holzwerkstoffes mit einem anderen Material -kann auch Holz sein- dafür entscheidend.
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Es gibt
- Wood-Plastic-Composites (WPC)
- Mineralisch gebundene Holzwerkstoffe
- Stab- und Stäbchensperrholz
- Parkett-Verbundplatten
Projekte
Ferienhaus bei Coquimbo
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Das Holzhaus befindet sich in der Dünenlandschaft der chilenischen Küstenwüste und sticht durch sein ungewöhnliches Raumkonzept und die klare Konstruktion hervor. Der Architekt Cristian Izquierdo verwendete für die Konstruktion lediglich heimisches Kiefernholz. Das Dach wird von einem außen umlaufenden Stützkranz sowie vier unterschiedliche ausgerichteten Wänden getragen und besteht aus insgesamt drei Balkenlagen. Sowohl das Dach als auch die geschlossenen Wände werden durch Sandwichpaneele gebildet, die sich wiederum aus einem innenliegenden Dämmstoffkern und zwei außenliegenden Deckschichten aus OSB zusammensetzen.
