Technologie des Holzes

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1 Bauen mit Holz Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer Seminar 4 SWS (Diplom A) oder 6 LP (Master A) Hörerkreise: A / BI / FCM / LA mündl. Prüfung am Semesterende Beachte: Dieses Skript ist nur für Teilnehmer der Veranstaltung Bauen mit Holz - Technologie des Holzes im Wintersemester 2018/2019 an der TU Kaiserslautern. Eine Vervielfältigung bzw. Weitergabe an Dritte ist ohne Zustimmung der Rechteinhaber nicht gestattet.

2 Dennis Röver Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 2

3 Festigkeiten Relative Änderung des Elastizitätsmoduls von Holz bei Temperatureinwirkung nach Sulzberger (Niemz, P.;Sonderegger, W. (2017): Holzphysik. Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe. Carl Hanser Fachbuchverlag) X Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 3

4 Festigkeiten Minderung der mechanischen Holzeigenschaften bei 100 C gegenüber den Werten bei 20 C (nach (Glos & Henrici, 1990)) (Niemz, P.;Sonderegger, W. (2017): Holzphysik. Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe. Carl Hanser Fachbuchverlag) Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 4

5 Restquerschnitt einer Holzstütze nach 60 min Brandbelastung Querschnitt Brandeinwirkung auf einen Biegebalken Restquerschnitt kalt Tragfähig Frangi, A. ETH Zürich, Institut für Baustatik und Konstruktion IBK Schopbach, H.(2016): Ungeschützte Holzbauteile im Brandfall. Holzbau Quadriga. 5/2016. S Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 5

6 Querschnitt Restquerschnitt einer Holzstütze nach 60 min Brandbelastung Holz Pyrolysefront Holzkohle Schopbach, H.(2016):Ungeschützte Holzbauteile im Brandfall.Holzbau Qadriga. 5/2016. S Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 6

7 Querschnitt Restquerschnitt einer Holzstütze nach 60 min Brandbelastung Abbrandrate: abhängig von der Temperatureinwirkung Holz Pyrolysefront Holzkohle abhängig von der Holzart für Fichte: β 0.7 mm/min. Einfluss der Holzfeuchte und der Rohdichte gering Frangi A, Zürich Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 7

8 Querschnitt Restquerschnitt einer Holzstütze nach 60 min Brandbelastung Intaktes Holz Holz Pyrolysefront Holzkohle Pyrolyse: Zersetzung des Holzes unter Bildung von Holzkohle und brennbaren Gasen (ab ca. 250 C) Kohleschicht schützt das innere Holz vor Wärmeeinwirkung (geringe Wärmeleitfähigkeit) Die Holzkohleschicht wird von oben her oxidiert und abgetragen, wächst aber aus der PF nach Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 8

9 100 C 150 C Erwärmung des Materials, Holztrocknung, Verlust an freiem und gebundenem Wasser Abbau des Lignins und der Hemizellulose, Beginn der Veränderung der Zellulose, Bildung von Zersetzungsgasen Intaktes Holz Querschnitt Pyrolyse: Zersetzung des Holzes unter Bildung von Holzkohle und brennbaren Gasen (ab ca. 250 C) 270 C 290 C Zersetzung der Zellulose. Starke Bildung von Zersetzungsgasen Beginn der Bildung eine Holzkohlenschicht. Mit Pilotflamme kann Gas entzündet werden. Gewichtsverlust des Holzes steigt rapide (bis 39 M-%) Kohleschicht schützt das innere Holz vor Wärmeeinwirkung (geringe Wärmeleitfähigkeit) Die Holzkohleschicht wird von oben her oxidiert und abgetragen, wächst aber aus der PF nach Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 9

10 400 C Flammenausbreitung an der Oberfläche; maximale Bildung brennbarer Gase Intaktes Holz Querschnitt 500 C 700 C 1100 C Starke Bildung glühender ligninreicher Schichten; Brandausbreitung in die Holztiefe Abbrennen des Holzkohlenrückstandes; vollständiges Abbrennen der Zersetzungsgase an der Oberfläche. Produktion der brennbaren Zersetzungsprodukte beendet; Material vollständig zerstört, es bleiben nicht brennbare mineralische Bestandteile des Holzes in Asche zurück Pyrolyse: Zersetzung des Holzes unter Bildung von Holzkohle und brennbaren Gasen (ab ca. 250 C) Kohleschicht schützt das innere Holz vor Wärmeeinwirkung (geringe Wärmeleitfähigkeit) Die Holzkohleschicht wird von oben her oxidiert und abgetragen, wächst aber aus der PF nach Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 10

11 Querschnitt Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 11

12 Querschnitt Restquerschnitt einer Holzstütze nach 60 min Brandbelastung Bemessung: Methode mit reduziertem Querschnitt F = A f Methode mit reduzierten Festigkeiten F = A f Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 12

13 Werkstoffe im Brandfall Nagelplatten sind eine gefährliche Schwachstelle des Binders. Tragfähigkeitsverlust im Brandfall; Verkohlung des Holzes durch hohe Wärmeleitfähigkeit des Nagels. Richter, C. Außerdem: plastische Verformung von Verbindungselementen aus Stahl. Die Anschlüsse müssen daher gesondert geschützt werden Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 13

14 Brandschutz Brandschutzkonzepte: Bauliche Maßnahmen: - Kapselung der Elemente mit nichtbrennbaren Materialien z.b. Gipskarton-feuerschutzplatten Das im Gips chemisch gebundene Wasser verdampft im Brandfall und führt zu einem Kühlungseffekt dessen Dauer von der Stärke der Gipskartonfeuerschutzplatte abhängt. Die vom Feuer abgewandte Oberfläche der Platte erwärmt sich bis zum Verdampfen des Wassers auf ca. 110 C; mit zunehmender Plattenstärke steigt auch die Dauer des Kühlungseffektes. - Sprinkleranlagen Der Brandschutz einer Sprinkleranlage beruht auf Kühlung und Stickung des Brandherdes. Beim Erreichen einer definierten Maximaltemperatur nahe der Sprinklerdüse wird diese geöffnet und gibt Wasser oder einen Wassernebel frei Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 14

15 Brandschutz Chemische Maßnahmen Ablation Intumeszenz Abtragung einer Schicht Holzschicht wird imprägniert mit Flammschutzadditiven (Feuerschutzsalze). Entzündung behindern Verbrennung erschweren, Verkohlungsfördern feuerstickend Am besten durch Kesseldruckverfahren einbringbar. Einbringmengen > 200g/m² bzw. > 40 kg/m³ Bis F60 Dämmschichtbildner Schutz vor hoher Temperaturbeanspruchung. Aufschäumen einer Schicht Reduktion der Sauerstoffzufuhr Reduktion der Wärmeleitfähigkeit ++ Applikation wie Anstrichstoff durch Streichen Spritzen, Rollen -- relativ empfindliche Oberfläche. Theoretischer Schutz: bei Stahl 60 min bei Holz 12 min Bis F Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 15

16 Brandschutz Dennis Röver Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 16

17 Thermoholz Thermoholz (Thermisch modifizierter Holz) Durch Teilpyrolyse in sauerstoffarmer Atmosphäre (1-2 Tage bei 170 C bis 250 C) Partieller Abbau von Hemizellulosen Dauerhafte Veränderung über den gesamten Querschnitt Veränderung hydrophiler OH-Gruppen + Verringerung des Q/S-Maß + Erhöhung der Dauerhaftigkeit - Verringerung der Festigkeit durch Versprödung - Schwierige Verklebbarkeit Dunkle Farbe / Rauchiger Geruch Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 17

18 Überblick Verbindungsmittel H.J. Blaß H.J. Blaß (u.v.m.) H.J. Blaß H.J. Blaß H.J. Blaß Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 18

19 Überblick Verbindungsmittel Eingeklebte Stangen Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 19

20 Überblick Verbindungsmittel Eingeklebte Stangen Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 20

21 Überblick Verbindungsmittel Eingeklebte Stangen Steiger, R. (2012): In Brettschichtholz eingeklebte Gewinde-stangen Stand des Wissens zu einer leistungsfähigen Verbindungstechnik. 18. Internationales Holzbau-Forum. Garmisch Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 21

22 Überblick Verbindungsmittel Eingeklebte Bleche Bathon, L. (2011): Effiziente Holz-Stahl-Klebeverbindungen Entwicklung und Anwendung. Holzbautag Biel Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 22

23 Überblick Verbindungsmittel Eingeklebte Bleche Bathon, L. (2011): Effiziente Holz-Stahl-Klebeverbindungen Entwicklung und Anwendung. Holzbautag Biel Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 23

24 Überblick Verbindungsmittel Stiftförmige Verbindungsmittel Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 24

25 Überblick Verbindungsmittel Stiftförmige Verbindungsmittel Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 25

26 Überblick Verbindungsmittel Stiftförmige Verbindungsmittel Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 26

27 Überblick Verbindungsmittel Stiftförmige Verbindungsmittel DIN EN (2008): Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten Teil 1-1: Allgemeines Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN : AC: A1: Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 27

28 Überblick Verbindungsmittel Stiftförmige Verbindungsmittel DIN EN (2008): Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten Teil 1-1: Allgemeines Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN : AC: A1: Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 28

29 Überblick Verbindungsmittel Stiftförmige Verbindungsmittel Holz / Furnierschichtholz f h,k = 0, ,001 d p k F v,rk = f h,1,k t 1 d DIN EN (2008): Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten Teil 1-1: Allgemeines Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN : AC: A1: Technologie des Holzes Dipl.-Ing. Dennis Röver Dipl.-Ing. Reiner Klopfer 29