Im Forschungsvorhaben „HolzFKV-HolzHBV-Bau“ untersuchte eine Nachwuchsgruppe des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, wie sich geklebte Holz-Faser-Kunststoff- und Holz-Beton-Verbundsysteme unter verschiedenen Belastungen und Umweltbedingungen über lange Zeiträume verhalten.
Die Ergebnisse liefern wichtige Grundlagen für den Einsatz dieser Holz-Hybridmaterialien im Bauwesen, stärken den Wissenstransfer in die Baupraxis und etablieren wissenschaftliche Expertise auf einem noch wenig erforschten Gebiet. Das Vorhaben wurde über die FNR vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) gefördert.
Holz zählt zu den vorteilhaftesten Baustoffen für nachhaltiges Bauen: Es lässt sich gut verarbeiten, besitzt eine hohe Festigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht und hinterlässt einen geringen CO₂-Fußabdruck. Gleichzeitig hat Holz als Baustoff auch materialbedingte Grenzen: Die Zug- und Druckfestigkeit ist senkrecht zur Faserrichtung geringer und Holz reagiert auf Feuchtigkeit aus der Umgebung.
Hybrider Verbund soll Schwächen von Holz reduzieren
Holz mit anderen Werkstoffen zu hybriden Verbundsystemen zu kombinieren, ist ein vielversprechender Ansatz. Dadurch lassen sich die jeweiligen Stärken dieser Materialien nutzen und gleichzeitig die materialbedingten Schwächen von Holz reduzieren. Doch über das Langzeitverhalten dieser für das Bauwesen so interessanten Holzhybridsysteme ist noch wenig bekannt.
Hier setzte das Forschungsvorhaben „HolzFKV-HolzHBV-Bau“ an. Seit 2018 untersuchte eine Nachwuchsgruppe unter der Leitung von Professor Dr. Libo Yan vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) und dem iBMB der TU Braunschweig die kurz- und langfristigen Eigenschaften verschiedener Holz-Hybridverbunde und ihrer einzelnen Materialien mit einer multiskaligen Forschungsmethode. Neben Holz wurden dabei pflanzliche Naturfasern und Textilien, Glas- und Kohlefasern, Klebstoffe, faserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe (FKV) und Recyclingbeton betrachtet.
Geeignete Oberflächenbehandlungen verbessern Bindungsverhalten
In zahlreichen Experimenten ergründete das Team die Mikrostruktur sowie die chemischen und mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe und ihre Wechselwirkungsmechanismen. Dabei entwickelten sie geeignete Oberflächenbehandlungen für ein verbessertes Bindungsverhalten der Materialien.
Um das Langzeitverhalten der Material-Verbünde zu ermitteln, wurden eigens für die verschiedenen Belastungen und Umweltbedingungen Lebenszyklus-Vorhersagemodelle entwickelt und die Verbünde schließlich getestet. Die nun vorgelegten Ergebnisse und Daten fördern den Einsatz von Hybridbaustoffen im Bauwesen und verbessern das Verständnis über die Dauerhaftigkeit bestehender Hybridstrukturen.
Erfolgreiche Nachwuchsförderung
Aus Sicht der Nachwuchsförderung war das Projekt ebenfalls sehr erfolgreich. Neben dem Nachwuchsgruppenleiter arbeiteten vier Postdoktorandinnen und Postdoktoranden sowie neun studentische Hilfskräfte im Projekt mit. Insgesamt entstanden im Umfeld der Forschungsarbeiten 35 Bachelor- und Masterarbeiten. „Vor allem freut es mich, dass sechs Studierende aus unserem Team während des Projekts erfolgreich promoviert haben“, betont Projektleiter Dr. Libo Yan. Zwei weitere Doktoranden arbeiten noch an ihren Dissertationen.
Auch international stoßen die Forschungsergebnisse auf großes Interesse: Die Publikationen aus dem Projekt wurden bislang mehr als 2.400-mal in der wissenschaftlichen Literatur zitiert und über 9.000-mal auf ResearchGate aufgerufen. Weitere Informationen >>>