Bei Holztragwerken erfolgt die Verbindung der einzelnen Holzelemente in der Regel über metallische Befestigungsmittel. Im Fraunhofer-Projekt „Oekostab“ wurde eine nachhaltige Alternative entwickelt: eine Verbindung aus Laubholzstäben – fixiert über Klebstoffe auf Basis natürlicher Proteine.
Holztragwerke nutzt man im konstruktiven Holzbau zum Beispiel zur Überbrückung großer Spannweiten im Dach- und Deckenbereich. Ihre einzelnen Bestandteile werden traditionell über Stahlbleche/-winkel verbunden, die Befestigung erfolgt mit Bolzen, Dübeln oder Schrauben aus Stahl . Alternativ verwendet man mit Epoxid- oder Polyurethanharzen eingeklebte Stahlstäbe. Letzteres ermöglicht eine höhere Biegekapazität und Steifigkeit der Verbindungen. Die genannten Varianten haben eines gemeinsam: Für die Verbindung der einzelnen Holzteile kommen holzfremde Materialien zum Einsatz – vor allem Stahl.
Holz mit Holz verbinden
Im Forschungsprojekt „Oekostab“ des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (Fraunhofer IFAM) wurden nun Möglichkeiten ausgelotet, Holz mit Holz zu verbinden. Konkret ging es um eine Alternative zu der Verbindungsmethode mit den eingeklebten Stahlstäben. Untersucht wurde, ob man Holztragwerke nicht auch mithilfe von Laubholzstäben zusammenhalten könnte.
Bei der im Projekt entwickelten Lösung werden diese Holzstäbe zudem mit Klebstoffen auf Basis tierischer Proteine eingeklebt. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert. Der Abschlussbericht steht hier als kostenloser PDF-Download bereit.
Zum Hintergrund: Holztragwerke kommen im Bauwesen in unterschiedlichen Konstruktionsvarianten zum Einsatz – beispielsweise in Form von Brettschichtholz -Stäben, als Kastenträger oder als klassische Fachwerk -Verbindungen. Vor allem wenn es darum geht, größere Spannweiten ab 20 m zu überbrücken – etwa im Industrie- und Hallenbau –, sind sie eine wirtschaftliche Lösung. Für Holztragwerke verwendet man meist Hölzer oder Holzwerkstoffe aus Nadelholz , bei der Verbindungstechnik dominiert bislang Stahl.
Die Oekostab-Lösung ist unter ökologischen und praktischen Gesichtspunkten in mehrfacher Hinsicht sinnvoll. Erstens fallen bei der Herstellung von Laubholzstäben weitaus weniger CO2-Emissionen an als bei Stahlstäben. Zweitens ist eine vermehrte Verwendung von Laubholz im Bauwesen ohnehin unumgänglich, weil in Zeiten von Klimawandel und Waldumbau künftig mehr Laub- als Nadelholz zur Verfügung stehen wird. Drittens eignet sich Laubholz wegen seiner im Vergleich zu Nadelholz höheren Festigkeit besser für die Stabverbindungen. Viertens schließlich sind auch die eingesetzten Protein-Klebstoffe nachhaltiger und wohngesünder als herkömmliche synthetische Kleber.
Klebstoffe aus Tierproteinen
Aber eignen sich eingeklebte Laubholzstäbe auch für die Verbindungsaufgaben in großen Holztragwerken, wo sie schließlich auch lastabtragende Funktionen übernehmen müssen? Die Untersuchungen im Rahmen des Oekostab-Projekts stimmen diesbezüglich optimistisch.
Die Forschenden testeten Stäbe aus den drei Laubholzarten Buche, Esche und Eiche. Eingeklebt wurden sie in Probe-Kanthölzer aus Fichtenholz – und zwar mit nachhaltigen Klebstoffen auf Proteinbasis. Genauer gesagt wurde als Kleber technische Gelatine verwendet, die man zusammen mit Gallussäure und Füllstoffen zu einem so genannten Glutinleim verarbeitet hat. Technische Gelatine wird aus tierischem Bindegewebseiweiß hergestellt.
Vielversprechende Tests
Nachdem die ersten kleineren Tests vielversprechend verliefen, wurden Großbauteilversuche durchgeführt. Dabei überzeugte die Verbindungsvariante nach Angaben des Fraunhofer IFAM durch eine Klebkraft, die mit handelsüblichen petrochemischen Klebstoffen vergleichbar sei. Die mit Glutinleim in Fichtenholz verklebten Laubholzstäbe hätten stabile Verbindungen geschaffen, die den Anforderungen im konstruktiven Holzbau gerecht würden.
Baustoff-Fachwissen verständlich erklärt: Jetzt Newsletter abonnieren!
Der BaustoffWissen-Newsletter bringt Sie thematisch immer auf den neuesten Stand. Sie erhalten die Branchen-News dann zwei Mal monatlich.
Die Tests erfolgten freilich unter normalen Raumtemperatur-Bedingungen und bei entsprechend unkritischer Raumluftfeuchtigkeit. Was noch aussteht, sind daher Untersuchungsergebnisse zur Langzeitbeständigkeit der proteinbasierten Klebstoffe – auch bei höherer Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
Das Fraunhofer IFAM konnte beim Projekt Oekostab übrigens auf das Know-how mehrerer Praxispartner zurückgreifen. Die Fritz Häcker GmbH + Co. KG stellte den Glutinleim bereit. Die Firmen Pollmeier Massivholz GmbH & Co. KG und Pirmin Jung Deutschland GmbH engagierten sich beratend rund um das Thema konstruktiver Holzbau.
