Eigenschaften verschiedener Holzarten bei der Anwendung im Außenbereich

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1 Bautechnik / Holzbau Eigenschaften verschiedener Holzarten bei der Anwendung im Außenbereich PD Dr. habil. Gerald Koch Stand 1/ fundiertes, anwendungsorientiertes, aktuelles Wissen zum Download

2 Inhalt 1 Einleitung Anforderungen an Hölzer im Außenbereich Rohdichte Holzfeuchte - Quell-/ Schwindverhalten - Stehvermögen Natürliche Dauerhaftigkeit Bearbeitbarkeit Gesetzliche und normative Regelungen Holzartenbeschreibungen Tropenhölzer Einheimische Laubhölzer Nadelhölzer Nicht geeignete Hölzer für den Außenbereich Austauschhölzer Verfügbarkeit und Zertifizierung Modifizierte Hölzer und Holzwerkstoffe Thermische Modifizierung Acetyliertes Holz (Accoya ) Wood-Plastic-Composites (WPC) Plattenwerkstoffe für den Außenbereich Ursachen für Reklamationen bei der Verwendung von Holz im Außenbereich Verfärbungen durch Eisen-Gerbstoff-Reaktionen Rissbildungen durch Feuchte und Wuchsspannungen Art- und Herkunftsnachweis international gehandelter Hölzer Mikroskopische Holzartenbestimmung Genetischer Herkunftsnachweis Bilanz der Arbeit am Thünen-Kompetenzzentrum Holzherkünfte Anhänge Abbildungsverzeichnis Literaturverzeichnis Zur Person... 50

3 1 Einleitung Holz als natürlich nachwachsender Roh- und Werkstoff wird vielseitig als konstruktives oder gestalterisches Element im Außenbereich eingesetzt. Insbesondere für die Verwendung im Garten- und Landschaftsbau (GaLaBau) besteht seit mehreren Jahren eine große Nachfrage nach geeigneten dauerhaften Holzarten und Holzprodukten (Koch 2009, 2012). Die aktuelle Marktsituation ist dadurch gekennzeichnet, dass etablierte tropische Hölzer wie z.b. Bangkirai oder Red Balau durch zahlreiche Austauschhölzer, sog. lesser k o spe ies und modifizierte Hölzer substituiert werden. Weiterhin werden von öffentlichen und privaten Verbrauchern zunehmend Anforderungen an den Nachweis von Holz aus nachhaltiger Bewirtschaftung (z.b. Zertifizierung nach FSC - Standard = Forest Stewardship Council) gestellt, die für viele tropische Baumarten nicht erfüllt werden können. Mit dem Inkrafttreten der Europäischen Holzhandelsverordnung (EUTR, seit März 2013) ist das Inverkehrbringen von Holz oder Holzerzeugnissen aus illegalem Einschlag verboten (Koch 2015). Diese neuen Entwicklungen im internationalen Handel mit Holz und Holzprodukten erfordern eine genaue und zweifelsfreie Bestimmung der Hölzer sowie ihrer spezifischen Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten, die in diesem Beitrag detailliert beschrieben werden. 2 Anforderungen an Hölzer im Außenbereich Die mögliche Auswahl an Hölzern und Holzwerkstoffen zur individuellen Verwendung im GaLa- Bau ist vielfältig (Abbildung 1). Je nach Verwendungszweck werden dabei hohe Anforderungen in Bezug auf Dauerhaftigkeit, mechanische Stabilität und Formbeständigkeit bei Klimawechsel gestellt (Koch 2006-a). Zusätzliche Wünsche des Verbrauchers sind lange Nutzungsdauer sowie dekoratives Aussehen bei gleichzeitig geringem Aufwand für Pflege und Instandhaltung. Der Hersteller legt besonderen Wert auf gleichmäßige Qualität und gute Bearbeitbarkeit. Falls eine Behandlung mit Oberflächen- und Holzschutzmitteln notwendig ist, wird auch eine gute Imprägnierbarkeit gefordert. Neben diesen technischen Anforderungen werden von öffentlichen und privaten Verbrauchern in zunehmendem Maße auch ökonomische und ökologische Aspekte, wie Gestehungskosten, kontinuierliche Versorgung und nachhaltige Bewirtschaftung (z.b. Zertifizierung nach FSC- oder PEFC- Standard) nachgefragt und gefordert. In der folgenden Übersicht sind die wichtigsten Anforderungsprofile, getrennt nach Markt-, Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften für die Verwendung von Hölzern im Außenbereich dargestellt, wobei die Markteigenschaften, wie z.b. Zertifizierung und Preisniveau zunehmend an Bedeutung gewinnen (Koch 2006-b). [4]

4 Im Folgenden werden die wichtigsten Gebrauchseigenschaften: natürliche Dauerhaftigkeit, mechanische Kennwerte, Stehvermögen und Bearbeitungseigenschaften für die Verwendung von Holz im Außenbereich (GaLaBau) ausführlich beschrieben. 2.1 Rohdichte Die mechanischen Eigenschaften des Holzes hängen neben dem Faserverlauf im Wesentlichen von der Rohdichte, d.h. dem Verhältnis von Masse zu Volumen des Holzkörpers ab. Entsprechend ihrer Definition (DIN 1306:1984) liefert die Rohdichte Hinweise auf diejenigen Holzeigenschaften, die vom spezifischen Raumanteil der Zellwandsubstanz mitbestimmt werden. So nehmen mit steigender Rohdichte im Allgemeinen die Steifigkeiten und Festigkeiten, sowie die Härte, der Abnutzungswiderstand und die Wärmeleitfähigkeit zu. Dichtere Holzarten weisen aber häufig auch größere Quell- und Schwindmaße und damit verbundene Formänderungen auf (z.b. Schwab 1981). Tabelle 1: Vergleich der Kennwerte Rohdichte und Härte für ausgewählte Hölzer im GaLaBau Holzart Rohdi hte [g/ ] Härte a h Bri ell [N/ ] Ba gkirai, -, -, -- Bili ga, -, -, -- Massara du a, -, -, -- Ro i ie, -, -, -- Eiche, -, -, Douglasie, -, -, Lär he, -, -, Die Dichte ist grundsätzlich vom Feuchtegehalt (Holzfeuchte = u) abhängig, da die Masse des Holzgewebes bei Wasseraufnahme stärker zunimmt als das Holzvolumen. Zumeist wird die Rohdi hte ρ N nach DIN 52182:1976 angegeben, die für den Holzfeuchtegehalt gilt, der sich im sog. Normalklima bei 20 C/65% rel. Luftfeuchte einstellt und holzartenspezifisch zwischen u = 12-15% variiert (Tabelle 1). Auch die anderen feuchteabhängigen Holzeigenschaften (Festigkeiten und Elastizität) werden bei Normalklima ermittelt. Für den praktischen Einsatz im Außenbereich werden Hölzer mit sehr unterschiedlichen Anforderungen an die Dichte nachgefragt und verwendet. So erfordern konstruktive Bauteile wie z.b. Terrassendielen oder Ständer für Carports höhere Rohdichten als gestalterische Elemente wie z.b. Zäune. Die Rohdichten der wichtigsten Hölzer für den Außenbereich sind in den einzelnen Holzartenbeschreibungen (ab Seite 16) aufgeführt. [6]

5 Bangkirai Botanische Bezeichnung: Shorea spp., Untergattung Shorea Familie: DIPTEROCARPACEAE Ver reitu g: S d- u d S dostasien (Indien, Indochina, Philippinen bis Java) Weitere wichtige Handelsnamen: (yellow) balau (MY); selangan batu No.1 (MY-Sabah) Kurzzeichen nach DIN EN : SHBL Eigenschaften: Gewicht frisch [kg/m 3 ] Rohdichte lufttrocken (12-15% u) [g/cm 3 ] 0,65--0,94--1,16 Druckfestigkeit (12-15% u) [N/mm 2 ] Biegefestigkeit (12-15% u) [N/mm 2 ] Elastizitätsmodul (Biegung) (12-15% u) [N/mm 2 ] Härte (JANKA) zur Faser (12-15% u) [kn] Härte (BRINELL) zur Faser [N/mm 2 ] (berechnet) Trocknungsschwindmaß (frisch bis 12-15% u) [%] radial 3,7 tangential 6,5 Differentielles Schwindmaß [%/%] radial 0,16--0,19 tangential 0,37--0,43 ph-wert 4,7 (schwach sauer) Natürliche Dauerhaftigkeit (DIN-EN 350-2) Klasse 2(--3) Bearbeitbarkeit: Bangkirai ist ein schweres Holz mit entsprechend hohen Festigkeitseigenschaften. Tangentiale Flächen sind mit Hartmetall est kte Werkzeuge gut zu ear eite, ei radiale Flächen ist die Bearbeitung wegen des ausgeprägte We hseldreh u hses ers h ert. F r Nagel- und Schraubverbindungen muss vorgebohrt werden. Trocknung: Das Holz hat mittlere bis hohe Quell- und Schwindwerte und ein noch befriedigendes Stehvermögen, die Angleichgeschwindigkeit der Holzfeuchte ist gering. Es trocknet langsam und neigt zu Rissbildung (überwiegend Oberflächen- und Endrisse) wie auch zu Verformung. Stärkere Dimensionen (> 50 ) erforder ei e sehr orsi htige Tro k u gsf hru g. Verwendung: Als Ko struktio sholz i Auße au, au h i Hafe au f r trage de Bauteile ittlerer is hoher e ha is her Bea spru hu g u d f r Terrasse diele, De ks o Mole ; Br ke au, Schwimmstege, Schwellen, Lärm- und Sichtschutzwände, Zaunanlagen. Anmerkungen: Eisenmetalle verursachen in Verbindung mit Feuchtigkeit eine starke, graublaue Verfärbung (Eisen-Gerbstoff-Reaktion), so dass unempfindliche Verbindungsmittel und Beschläge erforderlich sind. [16]

6 Ne e de klassis he Fur iersperrhölzern werden auch speziell für den Außenbereich entwickelte HPL-Plattenwerkstoffe (= Hochdruck Schichtpressstoffplatten) im GaLaBau eingesetzt. Die HPL-Platten bestehen aus durchgehend geschichteten Papierbahnen, die mit härtbaren (duroplastischen) Kunstharzen (Acryl-Polyurethan-Harzen) getränkt werden, wodurch ein sehr witterungsbeständiger und stabiler Werkstoff entsteht (Paulitsch 1989). Die HPL-Platten zeichnen sich insgesamt durch eine hohe Abriebfestigkeit, hohe Beständigkeit gegenüber Feuchteeinflüssen und Hitzebeständigkeit bis 250 C aus. Für die zumeist farbigen Dekorschichten werden eingefärbte bzw. bedruckte Melaminharzfolien verwendet. 5. Ursachen für Reklamationen bei der Verwendung von Holz im Außenbereich In vielen Fällen führen unzureichende Kenntnisse über die Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften der Hölzer zu Qualitätsminderungen in Form von nachträglichen Verfärbungen und Rissbildungen (Koch 2007). Am häufigsten werden in diesem Zusammenhang dunkelbraune bis schwarze fleckenförmige Verfärbungen reklamiert, die durch nachträgliche Kontaminierungen der Holzoberflächen mit Eisen entstehen (siehe Abbildung 13). Abbildung 13: Ausgeprägte Verfärbungen von Holzoberflächen (Terrassendiele der Holzart Bangkirai) durch eine nachträgliche Kontaminierung mit Eisen, sog. Eisen-Gerbstoff-Reaktionen. Nachweis der Eisen-Gerbstoff-Reaktion (roter Farbumschlag) durch das Reagenz Kalium-Thiocyanat (kleiner Bildausschnitt) sowie Entfernung (Auswaschung) der Verfärbungen durch eine Behandlung mit Oxalsäure (linke Bildhälfte). 5.1 Verfärbungen durch Eisen-Gerbstoff-Reaktionen In der Praxis werden diese Verfärbungen als Eisen-Gerbstoff-Reaktionen bezeichnet und kommen vor allem bei Hölzern wie z.b. Bangkirai, Bilinga, Eiche, Robinie (Laubhölzer), aber auch bei Douglasie und Lärche (Nadelhölzer) vor, die natürlicherweise einen hohen Gehalt an wasserlöslichen = hydrolysierbaren Gerbstoffen besitzen. Ursächlich entstehen die Verfärbungen durch chemische Reaktionen von Eisenionen mit den natürlichen Gerbstoffen des Holzes, wobei es durch Oxidationsvorgänge zur Ausbildung der dunkelbraunen bis schwarzen Reaktionsprodukte (chemisch = Brenzcatechin) kommt. Hauptursache für die Kontaminierung der Holzoberfläche [37]