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Kleben statt Schrauben: Holz und Beton in Verbunddecken kosteneffizient verbinden

TU Berlin und Cordes Holzbau entwickeln innovative Verbindungstechnologie

02.09.2022 - Berlin

Kleben statt Schrauben: Holz und Beton in Verbunddecken kosteneffizient verbinden

In einem Forschungsprojekt haben die Technische Universität Berlin und die Cordes Holzbau GmbH eine statisch hocheffiziente und steife Verbindungstechnologie für Holz- und Beton-Verbund-Decken entwickelt, die Kosteneinsparungen gegenüber dem Stand der Technik verspricht. Der von den Partnern entwickelte Ansatz einer Nass-in-Nass-Verklebung ersetzt die bislang üblichen Verbindungsmittel Schrauben, Kerven und Lochbleche.

Holz-Beton-Verbund(HBV)-Decken vereinen die Vorteile der Werkstoffe Holz und Beton in einem Bauteil. Sie dienen der CO2-Reduktion und -speicherung, besitzen einen guten Schall- und Brandschutz und eine geringe Schwingungsneigung. In Massivbauten eingesetzte HBV-Decken können die CO2-Emissionen im Rohbau um ca. 1/3 reduzieren. Allerdings sind sie teurer als reine Holz- oder Stahlbetondecken, was vor allem an der kostenintensiven Verbindungstechnologie zwischen Holz- und Betonschicht liegt.

Hier setzte das Vorhaben von TU Berlin und Cordes Holzbau an. Die Partner entwickelten den Ansatz einer Nass-in-Nass-Verklebung, die die bislang üblichen Verbindungsmittel Schrauben, Kerven und Lochbleche ersetzt. Bei der Nass-in-Nass-Verklebung gießt man den frischen Beton direkt auf die noch feuchte Klebstoffschicht auf. Dies ermöglicht auch bei unebenen Holzträgern einen lückenlosen Verbund zwischen Holz und Betonplatte.

In Versuchsreihen stellte sich ein Epoxidharz als aus technischer und ökonomischer Sicht am besten geeigneter Klebstoff für das Vorhaben heraus. Epoxidharze mit hohen Anteilen biobasierter Rohstoffe erwiesen sich zwar bei gleicher Traglast als grundsätzlich ebenso gut geeignet. Aufgrund höherer Preise und aktuell fehlender bauaufsichtlicher Prüfzertifikate verfolgten die Forschenden diese Klebstoff-Option jedoch nicht weiter. Auch Polyurethane wurden verworfen, da sie bei Wasserzugabe zur Schaumbildung neigen.

Schubversuche in Kombination mit Berechnungen zeigten, dass eine Teilverklebung der Komponenten ausreicht, also keine vollflächige Klebstoffschicht erforderlich ist. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit der Verbindungstechnologie weiter.

Normalerweise treten im Holzbau Dehnungen aufgrund von Holzfeuchteänderungen nur in geringem Maße auf und können durch entsprechende Bewegungen der Konstruktion nahezu spannungsfrei abgetragen werden. Bei einer starr verklebten HBV-Decke führen die Prozesse Holzdehnen und Beton-Schwinden jedoch zu Spannungen in der Klebefuge, die im schlimmsten Fall zum plötzlichen Versagen des Bauteils führen könnten. Um dieses Risiko einzugrenzen, führten die Forschenden verschiedene theoretische Berechnungen und einen praktischen Kurzzeitversuch durch. Im Ergebnis lag die im Versuch ermittelte, tatsächliche Tragfähigkeit über dem Niveau der Berechnungen, ein vorzeitiges Versagen fand nicht statt. Das Projektteam sieht zum Aspekt der realen Spannungsverteilung in der Klebefuge jedoch noch weiteren Forschungsbedarf.

Neben marktüblichem Brettschichtholz aus Nadelholz setzten die Forschenden auch ein Produkt aus Buchenfurnierschichtholz in den Prüfkörpern ein, um zu untersuchen, ob dieses vergleichsweise neue, hochfeste, aber teurere Material signifikant bessere Ergebnisse erreicht. Dies war in den Versuchen nicht der Fall.

Die TU Berlin und Cordes Holzbau wollen nun weitere Untersuchungen zum Brandschutz und zur Dauerhaftigkeit der Verklebung durchführen, was für eine bauaufsichtliche Zulassung für die neu entwickelten nass-in-nass-verklebten HBV-Decken hilfreich wäre.

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Der Abschlussbericht steht auf fnr.de unter den Förderkennzeichen 22008917 und 22010717 zur Verfügung.

Links:

Ansprechpartner:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Ronny Winkelmann
Tel.: +49 3843 6930-325
E-Mail: rwnklmnnfnrd

Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., Foto: EuK-Verbundstrukturen, Technische Universität Berlin

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