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Baustofflehre 2010
Thomas A. BIER& K. Dombrowski
Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg,
Spezielle Baustofflehre
Holz und Holzwerkstoffe
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Baustofflehre 2010
Holz und Holzwerkstoffe
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Baustofflehre 2010
Holz und Holzwerkstoffe
Literatur:
Ambrozy, H.G.; Giertlova, Z.: Holzwerkstoffe Technologie –
Konstruktion – Anwendung. Springer Wien…2005
Bautechnik, Fachkunde Bau. Verlag Europa Lehrmittel
Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe
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Baustofflehre 2010
Der Baustoff Holz
Holz: - ältester für das Bauen in großem Umfang genutzter Baustoff
natürlicher, organischer Rohstoff
nachwachsender Rohstoff
Bedeutung durch:
technische Eigenschaften und
konstruktive Verwendung
Verwertung von Biomasse und Energie
ökologische Bewertung und Vielfalt
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Baustofflehre 2010
Die Geschichte des Baustoffes Holz
aus: Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe
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Baustofflehre 2010
Die Geschichte des Baustoffes Holz
aus: Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe
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Baustofflehre 2010
Die Geschichte des Baustoffes Holz
aus: Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe
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Baustofflehre 2010
Die Geschichte des Baustoffes Holz
aus: Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe
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Baustofflehre 2010
Der Baustoff Holz
Je Baumart Holz mit spezifischen Eigenschaften
Jedoch:
Schwankungen durch Einflüsse beim Wachstum:
Physiologische und mechanische Parameter (Baumalter, Größe und Form von
Krone und Stamm)
Umweltparameter (Boden, Klima/Wetter, geogr. Lage…)
Einfluss auf technologische Eigenschaften wie: Rohdichte, Quellen, Schwinden,
Dauerhaftigkeit des Holzes, …
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Baustofflehre 2010
Aufbau des Holzes
Chemische Zusammensetzung;
Elementanalyse:
50 % Kohlenstoff
43-44 % Sauerstoff
5-6 % Wasserstoff
1 % andere (Nähr)-Elemente
Stickstoff ca. 0,1%
Mineralstoffe (Asche) ca. 0,6%
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Baustofflehre 2010
Zusammensetzung aus chemischen Verbindungen
Zellulose (Gerüst) Faser mit sehr hoher Zugfestigkeit ca. 40 – 55 %
Hemizellulose Fähig zum Aufbau neuer Zellen ca. 15 – 35 %
Lignin Kittstoff ca. 20 – 30 %
Harze, Fette, Eiweiß,
Gerb- und Farbstoffe ca. 2 - 7 %
Aufbau des Holzes
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Baustofflehre 2010
Physikalische Eigenschaften der die Holzmasse bildenden chemischen Verbindungen
Zellulose: natürlicher Hochpolymer mit überwiegend kristalliner Struktur
=> hohe Zugfestigkeit
Hemizellulose und Lignin: natürliche Hochpolymere mit überwiegend amorpher Struktur
=> geringere Festigkeit sowie
=> ausgeprägtes zeitabhängiges plastisches Verhalten (analog zu Kunststoffen).
Aufbau des Holzes
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Baustofflehre 2010
Kambium: Wachstumsschicht, teilungsfähige Zellen
Teilung in: Xylem (Holzzellen, nach innen)
Phloem (Rindenzellen, nach außen)
Splint, Kern,Mark
Rinde: Bast und Borke
Aufbau des Holzes
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Baustofflehre 2010
Aufbau des Holzes
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Baustofflehre 2010
Aufbau des Holzes
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Baustofflehre 2010
Aufbau des Holzes
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Baustofflehre 2010
Aufbau des Holzes
Darstellung im „Schälschnitt“
Markröhre: abgestorbenes Grundgewebe
Kambium: Schicht mit teilungsfähigen Zellen
Splintholz: lebendes Holz
Kernholz: totes Holz
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Baustofflehre 2010
Aufbau des Holzes
Wachstum und Jahrringe
Frühholz:
dünnwandig weitlumige Zellen (Transport
der Nährflüssigkeit)
Spätholz:
dickwandige, englumige Zellen (Festigung
des Stammes)
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Baustofflehre 2010
Aufbau des Holzes Darstellung im Quer- , Radial- und Tangentialschnitt
Längsrichtung: Röhrenförmige Zellen (1-8 mm)
Jahrring: Frühholz und Spätholz
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Baustofflehre 2010
Holz ist ein anisotroper Baustoff
Anisotropie/ anisotrop = unterschiedliche Materialeigenschaften
in verschiedenen Richtungen
(Gegenteil: isotrop, d.h. Eigenschaften richtungsunabhängig, z.B. Stahl)
- Holz: organischer Stoff aus länglichen Zellen mit Orientierung in Stammrichtung Holzeigenschaften (wie z. B. die Festigkeit) richtungsabhängig
- Anisotropes Verhalten von Holz Modell:
Langgestreckte Zellen vergleichbar mit Röhrchenstruktur
die einzelnen Röhrchen verlaufen parallel zur Stammrichtung
Aufbau des Holzes
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Baustofflehre 2010
In Längsrichtung wesentlich andere Eigenschaften als in Querrichtung!
- Zugfestigkeit in Längsrichtung des Röhrchenbündels sehr groß
- jedoch: in Querrichtung nur sehr geringe Zugfestigkeit,
da Röhrchen leicht auseinander gezogen werden können
Ähnliches bei Druckbeanspruchung:
- in Querrichtung Röhrchen leicht zusammen zudrücken
- in Längsrichtung dafür wesentlich größerer Kraftaufwand,
um Versagen zu erzwingen
Druckfestigkeit in Längsrichtung < Zugfestigkeit in Längsrichtung
Aufbau des Holzes
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Baustofflehre 2010
Holz - Eigenschaften
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Baustofflehre 2010
Vorteile
- elastische Eigenschaften (zwischen Stahl und
Leder beim Verhältnis Festigkeit und
Dehnbarkeit)
- Warnfähigkeit (vor Reißen der Fasern vorher hörbar)
- niedriger Schallwiderstand (gute Akustik)
- geringe Stromleitung
- geringe Wärmeleitung
Holz - Eigenschaften
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Baustofflehre 2010
Vorteile
Holz - Eigenschaften
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Baustofflehre 2010
Vorteile
- hohe Widerstandsfähigkeit gegen chemische
Einflüsse (Säuren, Laugen, Salze)
- gut bearbeitbar
- hoher Vorfertigungsgrad
- nachwachsender Rohstoff
- physiologisch angenehm
- eventuelle Fehler häufig an Oberfläche erkennbar
Holz - Eigenschaften
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Baustofflehre 2010
Nachteile
- Anisotropie (Eigenschaften richtungsabhängig)
- brennbar
- Gefahr der Verwitterung
- Gefahr der Schädigung durch holzzerstörende
Pilze und Insekten
Holz - Eigenschaften
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Baustofflehre 2010
Holz - Eigenschaften
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Baustofflehre 2010
Leichte Verfärbung bis völlige Zerstörung durch Fäulnis
Wachstumsvoraussetzungen sind eine Holzfeuchte zwischen 20 und 25 % und Temperaturen zwischen 3 und 38 °C
Pilze können längere Trocken- bzw. Kälteperioden überstehen nach Eintritt günstiger Bedingungen weiter wachsen.
Holz – Eigenschaften
Pilzschäden
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Baustofflehre 2010
Schaden durch
echten Hausschwamm
Pilzschäden
Quelle: DI Th. Baron, Weimar
Weißer
Porenschwamm
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Baustofflehre 2010
Schaden durch Hausbock
Schäden durch Insekten
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Baustofflehre 2010
Baum- und Forstschädlinge:
- befallen stehendes Holz
(Kiefernspinner, Borkenkäfer, Holzwespe)
Bauholzschädlinge:
- befallen gelagertes und verarbeitetes Holz
(Hausbock; Nage-, Poch- und Klopfkäfer,
Parkett- und Brauner Splintholzkäfer)
Schädigung durch Raupen oder Larven
über Jahre, erkennbar an Ausfluglöchern
Schäden durch Insekten
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Baustofflehre 2010
Dichte - Definitionen
Schlangenholz
(Brosimum
guaianensis)
mit 1,35-1,38 g/cm³
als Rohdichte-highlight
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Baustofflehre 2010
Dichte - Holzarten
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Baustofflehre 2010
Holzfeuchtigkeit
Holzfeuchten über 100 % möglich
Feuchteänderungen Änderung des Volumens, der Festigkeit und der
Verformungseigenschaften eines Holzbauteils.
Hygroskopischer Bereich:
Bis zum Fasersättigungspunkt uF = 28 % wird Wasser in Dampfform in
den Zellwänden gebunden
Kapillarer Bereich:
oberhalb des Fasersättigungspunktes werden die Hohlräume mit
freiem Wasser gefüllt.
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Baustofflehre 2010
Holzfeuchtigkeit - Messungen
Holzfeuchtebestimmung
Darrverfahren nach DIN 52183
Elektrische Widerstandsmessung
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Baustofflehre 2010
Holzfeuchtigkeit - Anforderungen
Gleichgewichts- bzw. Ausgleichsfeuchte
In der Regel sollen die Hölzer mit ihrer Gleichgewichtsfeuchte im Gebrauchszustand
(DIN 1052-1- 4.2.1) eingebaut werden.
Dies ist die Holzfeuchte bei der ein Gleichgewicht zwischen dem Umgebungsklima
und der hygroskopischen Bindungskraft vorhanden ist.
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Baustofflehre 2010
Quellen und Schwinden
Das Schwindmaß α [%] gibt die Längenänderung je 1% Holzfeuchteänderung an.
Das Schwindmaß ist je nach Faser- und Jahrringverlauf unterschiedlich groß.
Das Schwind- und Quellmaß ist von der Rohdichte abhängig
Holzarten mit einer großen Rohdichte verformen sich stärker als leichtere
Holzarten. Maßgebend ist der Anteil der Zellwandmasse.
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Baustofflehre 2010
Verzerrungen und Schwinden
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Baustofflehre 2010
Holz EigenschaftenNachteile
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Baustofflehre 2010
Holz Eigenschaften
Nachteile
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Baustofflehre 2010
Steifigkeit – E Modul
Übereinstimmendes lineares Verformungsverhalten
unter Zug- und Druckbelastung bis zur
Proportionalitätsgrenze βDP.
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Baustofflehre 2010
Steifigkeit – E Modul
Der Wert des E-Moduls ist vom
Kraft Faserwinkel abhängig
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Baustofflehre 2010
Festigkeit
Holz ist ein stark anisotroper und inhomogener Werkstoff
Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften in den 3 Hauptrichtungen
1. längs zur Holzfaser,
2. radial zu den Jahrringen
3. tangential zu den Jahrringe
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Baustofflehre 2010
Mechanische Eigenschaften - DIN1052
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Baustofflehre 2010
Mechanische Eigenschaften - DIN1052
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Baustofflehre 2010
Weitere Eigenschaften
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Baustofflehre 2010
Verwendung von Holz
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Baustofflehre 2010
Verwendung von Holz
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Baustofflehre 2010
Verwendung von Holz
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Baustofflehre 2010
Verwendung von Holz
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Verwendung von Holz
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Baustofflehre 2010
Verwendung von Holz
Vielleicht eine der
schönsten
Anwendungen für Holz
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Baustofflehre 2010
Lieferformen - Baurundholz
Gütebedingungen nach DIN 4074-2
Gerüste, Landwirtschaftliche Bauten, Rammpfähle, Masten
Durchmesser <14cm - Stange
Durchmesser >14cm - Stamm
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Baustofflehre 2010
Lieferformen - Bauschnittholz
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Baustofflehre 2010
Gefügtes Holz
Holzwerkstoffe (HWS)
technische Bezeichnung für Holz, welches zerlegt und anschließend mit holzfremden Bindemitteln
zusammengefügt wird
Holzwerkstoffe
Kunstharzgebunden Mineralisch gebunden
Brettschichthölzer (BSH),
Lamellenbalken (LB)
Zementgebunden
Lagenhölzer Gipsgebunden (Gipsflachpress-,
Gipsfaser-, Gipskartonplatten)
Spanwerkstoffe Holzwolleleichtbauplatten
Faserplatten
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Gefügtes Holz
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Gefügtes Holz
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Baustofflehre 2010
Gefügtes Holzin Lagen oder Schichten
Brettschicht-
hölzer,
Lamellen-
balken
Lagenhölzer Spanwerkstoffe Faserplatten
Sperrholz
(Furnier-FU, Stab-ST,
Stäbchensperr-holz
STAE)
Flachpressplatten (FP),
(FPY, FPO)
Hartfaserplatten
Schichtholz
(Furnier… FSH,
Mircollam, Kerto
sowie
Massivholz-platten
(Oriented Strand Board
OSB; Spanstreifenholz,
Langspanholz LSL;
Furnierstreifenholz PSL)
Holzfaserplatten:
Mitteldichte MDF
Hochdichte HDF
Mittelharte HFM
StrangPressplatten
(Strangpressvoll-SV,
-röhrenplatte SR)
Weiche Holzfaserplatten
(poröse HFD,
bituminierte BPH,
HF-dämmplatten SBW)
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Gefügtes HolzKonstruktive Vollholzprodukte
Konstruktionsvollholz (KVH),
Duo- oder Triobalken
(Balkenschichtholz,
Lamellenbalken,
Lamellenholz),
Kreuzbalken
KVH®
(gehört zum
Konstruktionsvollholz)
Mit Keilzinkenstoß
verleimtesVollholz mit
definierter Maßhaltigkeit
für sichtbare und nicht
sichtbare Bereiche
Duo-Balken®
(gehört zum
Balkenschichtholz)
Mit Keilzinkenstoß
verleimter Balken aus
zwei miteinander
verklebten Vollhölzern
gleicher
Querschnittsmaße,
sonstige Eigenschaften
wie KVH®
Trio-Balken®
(gehört zum
Balkenschichtholz)
Mit Keilzinkenstoß
verleimter Balken aus
drei miteinander
verklebten Vollhölzern
gleicher
Querschnittsmaße,
sonstige Eigenschaften
wie KVH
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Brettschichtholz· Definition: Brettschichtholz besteht aus mindest
drei breitseitig faserparallel verleimten Brettern oder
Brettlagen aus Nadelholz.
· Dicke der Bretter > 6 mm < 33 mm ( < 40mm) bei
geraden Bauteilen, wenn die Bauteile keinen
extremen klimatischen Wechselbeanspruchungen
ausgesetzt sind.
Verbindung der Bretter in Längs-
richtung durch Keilzinkenverbin-
dung (Verleimung) DIN 68140
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Baustofflehre 2010