Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Das Ziel des Projekts war es, durch die Angabe von Eigenschaftswerten, Bemessungsgrundlagen und von Anforderungen an die Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle für die gesamte Produktionskette die technischen Rahmenbedingungen zu schaffen, dass homogenes und kombiniertes Buchen-Brettschichtholz der Festigkeitsklassen GL40, GL48 und eventuell GL55 vermehrt als qualitätsgesichertes Bauprodukt in Form von Biegeträgern und Stützen in der Feuchteklasse 1 (bzw. Nutzungsklasse 1 gemäss EC 5) eingesetzt werden kann. Im Projekt sollten sämtliche Prozess-Schritte bei der Produktion von Buchen-Brettschichtholz untersucht werden.
Das Projektteam setzte sich zusammen aus Forschungsinstituten (Empa, Abt. Ingenieur-Strukturen; ETH Zürich, Inst. für Baustatik & Konstruktion und Berner Fachhochschule / Inst. für Werkstoffe und Holztechnologie), Sägereien (Corbat Holding SA, Vendlincourt; Richard Löt-scher AG, Burgdorf; Sägerei Koller, Attelwil; Konrad Keller AG, Unterstammheim), Sortiermaschinen-Herstellern (Microtec GmbH, Bressanone/Brixen (Italien); Brookhuis Applied Technologies WOOD, Enschede (Niederlande)), der BSH-produzierenden Firma Neue Holzbau AG, Lungern, den Klebstoff-Lieferanten DeMeth GmbH, Einsiedeln und Henkel & Cie. AG, Sempach Station, sowie dem Fachverband Holzindustrie Schweiz.
Im Projekt konnten indikative Parameter identifiziert und zugehörige Grenzwerte festgelegt werden, welche die zuverlässige Festigkeitssortierung von Buchenbrettern in die Zugfestigkeitsklassen T22, T33, T42 und T50 erlauben. Es wurde eine Methode entwickelt, mit welcher es möglich ist, die von blossem Auge nur schwierig erkennbare, für die Zugfestigkeit von Buchen-Brettern jedoch äusserst wichtige Schrägfasrigkeit, apparativ zu bestimmen.
Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, auf einer Produktionsanlage für Brettschichtholz aus Nadelholz, Buchen-Brettschichtholz herzustellen. Die entsprechenden Keilzinkenprofile und die Ausführung der Keilzinkung mit einem 1K-PUR-Klebstoff in Zonen ohne Äste und Schrägfasrigkeit, sowie die Berücksichtigung der Schnittart der Bretter bei der Festlegung der Einstellparameter, führten zu Keilzinkenfestigkeiten, welche ausreichen, um Buchen-Brettschichtholz der Festigkeitsklassen GL40 und GL48 zu produzieren. Die Anforderungen für GL55 wurden ebenfalls erreicht. Für diese hohe Festigkeitsklasse ist allerdings Optimierungspotential bei der Keilzinkung vorhanden.
Sowohl mit einem für die Verklebung von Buche zugelassenen PRF-Klebstoffsystem, als auch mit einem 1K-PUR-Klebstoff in Kombination mit einem Primer, ist es möglich, ausreichend schubfeste und delaminierungsbeständige Flächenverklebungen von Buchen-Brettern für die Produktion von Brettschichtholz der Festigkeitsklassen GL40, GL48 und GL55 zu realisieren.
In den Biegeversuchen an den Buchen-Brettschichtholzträgern ergaben sich charakteristische Werte der Biegefestigkeit, welche den Ziel-Festigkeitsklassen GL40, GL48 und GL55 entsprachen bzw. diese übertrafen. Bei den Prüfkörpern der Festigkeitsklasse GL55 waren in den allermeisten Fällen Keilzinkenbrüche für das Versagen der Träger massgebend. Neben den Keilzinkungen zeigte sich die Schrägfasrigkeit auch bei den Trägern als ein die Festigkeit massgeblich beeinflussender Parameter.
Die Druckfestigkeit parallel zur Faserrichtung wurde an gedrungenen Stützen mit verschieden grossen Querschnittsabmessungen ermittelt und liegt für die Brettschichtholz-Festigkeitsklas-sen GL40h, GL48h und GL55h zwischen 58.2 und 65.8 N/mm2 (Mittelwert). Die Bruchwerte streuten nur wenig und das Versagen war äusserst duktil. Knickversuche an 2.40 und 3.60 m langen, beidseitig gelenkig gelagerten Stützen mit Querschnittsabmessungen von 200 mm × 200 mm zeigten, dass die Anwendung der für Brettschichtholz aus Nadelholz gülti-gen Knickkurven zur Bemessung von Buchen-Brettschichtholz-Stützen zu Ergebnissen auf der unsicheren Seite führt. Eine Festlegung der Knickkurven für Nadelholz- und Buchen BSH basierend auf denselben Grundlagen (insb. betreffend der zu berücksichtigenden Imperfektionen) sollte angestrebt werden. Für Buchen-Brettschichtholz wurden im Projekt angepasste Knickkurven mit korrigierten Beiwerten βc und λrel,0 vorgeschlagen.
Zugversuche an Bündeln, bestehend aus mindestens 3 verklebten Lamellen, können die deutlich aufwendigeren Biegeversuche ersetzen, sofern die Prüfkörper eine bezüglich Lage und Anzahl repräsentative Verteilung der Keilzinkenverbindungen in den einzelnen Lamellen aufweisen. Das Verhältnis zwischen den charakteristischen Werten der Zugfestigkeit parallel zur Faserrichtung und der Biegefestigkeit liegt zwischen 0.92 (GL40, GL48) und 0.96 (GL55) und damit höher als der in der EN 14080:2013 erwähnte Wert für Brettschichtholz aus Nadelholz.
Die Ermittlung der Schubfestigkeit der Buchen-Brettschichtholzträger bereitete Schwierigkeiten, da es zurzeit noch kein standardisiertes Verfahren gibt und weil die lokal in die Prüfkörper einzuleitenden Kräfte auf Grund der sehr hohen Schubfestigkeit sehr gross sind. Im Projekt wurden verschiedene Arten von Schubversuchen durchgeführt und verglichen und es wurde eine neue Prüfkonfiguration (asymmetrischer 4-Punkt-Biegeversuch) entwickelt. Die ermittelten Schubfestigkeiten lagen je nach Art der Prüfung zwischen 8 N/mm2 (Druckscherversuch) und 17 N/mm2 (3-Punkt-Biegeversuch an Trägern mit kurzer Spannweite und I-Querschnitt und von geringer Höhe (h = 200 mm)). Um Schubbrüche in der Praxis zu verhindern, sollten die Bemessungswerte der Schubfestigkeit entsprechend vorsichtig festgelegt werden. Sie liegen dann aber immer noch deutlich höher als bei Brettschichtholz aus Nadelholz.
Sowohl die Biegefestigkeit als auch die Schubfestigkeit von Buchen-Brettschichtholz unterliegen einem Volumeneinfluss in analoger Grössenordnung zu Brettschichtholz aus Nadelholz. Aus den Versuchen konnten Korrekturfaktoren zur Berücksichtigung des Einflusses der Bauteilgrösse auf die Biege- und auf die Schubfestigkeit angegeben werden.
Zusammenfassend haben die Projektergebnisse gezeigt, dass es mit entsprechenden Massnahmen in der Produktion (Trocknung und Festigkeitssortierung der Bretter; Keilzinkung (in ungestörten Zonen der Bretter) und Flächenverklebung mit geeigneten Klebstoffsystemen) möglich ist, Buchen-Brettschichtholz der Festigkeitsklassen GL40, GL48 und GL55 herzustellen.
Festzuhalten ist, dass mit den Ergebnissen des hier vorgestellten Projekts die Anwendung von Buchen-Brettschichtholz lediglich in der Feuchte- bzw. Nutzungsklasse 1 abgedeckt ist. Versuche zur Dauerhaftigkeit oder zum Einfluss der Holzfeuchte auf die Festigkeiten und Steifigkeiten waren nicht geplant und sind auch nicht durchgeführt worden.
Die Produktion von Buchen-Brettschichtholz muss analog zu derjenigen von Brettschichtholz aus Nadelholz qualitätsgesichert und -kontrolliert erfolgen. Es gibt derzeit allerdings noch keine Europäische Produktnorm für Brettschichtholz aus Laubholz. Die EN 14080, welche die Anforderungen an die Produktion von Brettschichtholz und Balkenschichtholz aus Nadelholz regelt, kann als Richtschnur dienen. Allerdings gilt es zu beachten, dass die Ansprüche an die Keilzinken-Verbindungen, die Flächenverklebung, die Holzfeuchte etc. deutlich höher sind als bei Nadelholz.
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