Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Holz, Feuchte-Wärme, Druck-Verfahren, Termik
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im vorliegenden Bericht wird über die Ergebnisse des Forschungsprojektes „Innovatives Feuchte-Wärme-Druck-Verfahren zur thermischen Modifizierung von Holz“ berichtet, in des-sen Rahmen die Eigenschaften von hygrothermisch behandeltem Holz untersucht wurden. Dazu wurden aus je drei Stämmen der Holzarten Buche, Esche, Eiche, Fichte, Kiefer und Tanne Bretter aus dem Splint- und Kernbereich gewonnen. Jedes Brett wurde nach der technischen Trocknung auf 10 bis 12 % entsprechend der drei Untersuchungsvarianten in drei Teile von etwa 120 cm Länge aufgetrennt. Die Behandlung des Holzes erfolgte durch ein hygrothermisches Kesseldruckverfahren beim Projektpartner Ets Röthlisberger SA in Glovelier (Schweiz) in einer Pilotanlage des dänischen Anlagenherstellers "WTT-Wood Treatment Technology“. Folgende Varianten wurden für jede Holzart untersucht: unbehan-deltes, getrocknetes Vergleichsholz, bei 160°C behandeltes Holz und bei 180°C behandeltes Holz.
Die Versuche gliedern sich in einen holztechnologischen und einen holzbiologischen Teil. In der ersten Versuchsphase wurden Kennwerte zum Quell- und Schwindverhalten, dem Sorp-tionsverhalten, der Dimensionsstabilität sowie der Festigkeitseigenschaften ermittelt. Im An-schluss daran wurden in einer zweiten Phase holzbiologische Versuche zur Ermittlung der Pilzresistenz der behandelten Hölzer durchgeführt.
Als Ergebnis der thermischen Behandlung zeigte sich eine starke Abnahme des Quell- und Schwindverhaltens bei allen hygro-thermisch behandelten Hölzern. Bei allen Holzarten war weiterhin für die behandelten Hölzer eine Verringerung der Sorptionsfähigkeit festzustellen. Bereits ab einem relativen Luftfeuchtigkeitsgehalt von 20% sind deutlich Unterschiede im Holzfeuchtigkeitsgehalt zwischen dem unbehandelten und den thermisch behandelten Höl-zern erkennbar. Die verringerte Feuchtigkeitsaufnahme führte für alle untersuchten Holzarten zu einer Dimensionsstabilisierung. Um den Einfluss der thermischen Behandlung auf die Festigkeitseigenschaften der behandelten Hölzer zu beurteilen, wurden Untersuchungen zum Masseverlust, zur Brinell-Härte, Biegefestigkeit und Biege-E-Modul sowie zur Bruch-schlagarbeit an, im Normalklima konditionierten, fehlerfreien Normproben durchgeführt.
Weiterhin war die Darrdichte der thermisch behandelten Hölzer entsprechend dem Sub-stanzabbau gegenüber der unbehandelten Variante verringert. Die Normal-Rohdichte (kondi-tioniert bei 20°C und 65% relativer Luftfeuchtigkeit) verringerte sich zusätzlich durch die re-duzierte Feuchtigkeitsaufnahme des behandelten Holzes.
Infolge der thermischen Behandlung nahm grundsätzlich die Festigkeit des Holzes ab. So verringerte sich beispielsweise die Bruchschlagarbeit infolge der thermischen Behandlung bei Buche und Esche bei höherer Temperatur deutlich. Nach der Behandlung mit 160°C war die Bruchschlagarbeit für Buche um 39 % und bei einer 180°C-Behandlung um 55 % redu-ziert. Esche und Eiche wiesen ähnlich hohe Rückgänge auf. Für die Nadelhölzer wurden hingegen etwas geringere Abnahmen der Bruchschlagarbeit beobachtet. Die Ergebnisse zeigten für alle Holzarten ebenfalls eine deutliche Reduktion der Biegefestigkeit durch die thermische Behandlung. Am stärksten war der Rückgang bei Fichte und Buche. Dort verrin-gerte sich die Biegefestigkeit jeweils um etwa 37% (bei einer Behandlungstemperatur von 160°C). Die Steifigkeit der Hölzer, ausgedrückt durch den Elastizitätsmodul blieb überwie-gend auf dem gleichen Niveau wie beim unbehandelten Holz. Allerdings ist hierbei zu be-rücksichtigen, dass die geringere Ausgleichsfeuchtigkeit der thermisch behandelten Proben zur Ermittlung höherer Biegefestigkeits- und Steifigkeitskennwerte beitrug.
Zur Beurteilung der Resistenz der thermisch behandelten Hölzer gegenüber pilzbedingtem Holzabbau, erfolgten Laborversuche in Anlehnung an ENV 807 (CEN/TS 15083-2: Moder-fäule – Erdkontaktversuche) und an EN 113 (CEN/TS 15083-1: Basidiomyceten – Agarblock-tests). Alle Prüfkörper wurden vor Versuchsbeginn einer Auswaschung nach EN 84 unterzo-gen, welche gewöhnlich vor biologischen Laborversuchen durchgeführt wird.
Als Ergebnis wurde bei allen Holzarten ein deutlich geringerer befallsbedingter Masseverlust bei den thermisch behandelten Prüfkörpern beobachtet. Insbesondere zeigte sich bei den Laubhölzern, dass der Masseverlust weiter reduziert war, wenn die Hölzer bei 160°C statt bei 180°C behandelt wurden. Erwartungsgemäß zeigte das unbehandelte Buchenholz den größten Masseverlust, aber auch den stärksten Effekt der thermischen Behandlung. Die Ein-stufung in Dauerhaftigkeitsklassen (DHK) gemäß CEN/TS 15083-2 ergab für die thermisch behandelten Laubhölzer – insbesondere für Buchenholz – eine deutlich höhere DHK. Je nach Behandlungsstufe, konnte die Dauerhaftigkeit bis zur DHK 1 gesteigert werden.
Für die Agarblocktests wurden ähnlich gute Ergebnisse erzielt. Erwartungsgemäß zeigten wiederum die thermisch behandelten Holzproben einen deutlich niedrigeren Masseverlust (d.h. erhöhte Pilzresistenz) als unbehandelte Holzproben. Der positive Effekt der thermi-schen Behandlung zeigte sich für Nadelhölzer deutlicher bei der Temperaturvariante 180°C. Hier lag der höchste erreichte Masseverlust bei 10 %, während die Behandlungsstufe 160°C zu einem Masseabbau von bis zu 26 % bei Kiefern Splintholz führte. Bei den Laubhölzern resultierte bereits die niedrigere Temperaturbehandlung (160°C) in eine deutlich verbesserte Pilzresistenz bei den Holzarten Buche und Esche. Auf Grundlage der Ergebnisse wurde eine vorläufige Einstufung der geprüften Holzproben in natürliche DHK nach CEN/TS 15083-1 vorgenommen. Die thermische Behandlung führte bei allen Prüfholzarten (außer Kiefern Kernholz 160°C) zu einer Steigerung der natürlichen Dauerhaftigkeit. Insbesondere die stär-kere thermische Behandlung (180°C) bewirkte eine deutliche Verbesserung der Dauerhaftig-keit z.B. von Buchenholz. So änderte sich die DHK von 5 (nicht dauerhaft) für unbehandelte Proben in DHK 2 (dauerhaft), zum Teil auch DHK 1 (sehr dauerhaft). Beispielsweise änderte sich die Klassifikation von Esche und Tanne von ursprünglich „nicht dauerhaft“ (DHK 5) zu „sehr dauerhaft“ (DHK 1) nach thermischer Behandlung bei 180°C.
Trotz eines verbesserten Quell- und Schwindverhaltens der behandelten Hölzer sollte je nach Gebrauchsbedingungen weiterhin mit einem Arbeiten des Holzes gerechnet werden. Für Anwendungen im Außenbereich erscheint für von Natur aus nicht oder nur wenig dauer-hafte Hölzer eine höhere Behandlungsintensität erforderlich. Hierbei sind je nach Produkt jedoch die verminderten Festigkeitseigenschaften zu berücksichtigen. Von einem Einsatz im Lasten tragenden Bereich sollte wie bei anderen thermischen Modifizierungsverfahren vor-erst abgesehen werden. Da im Rahmen dieser Untersuchung ausschließlich fehlerfreie Normprüfkörper verwendet wurden, sind die Ergebnisse nicht auf Produkte in Gebrauchs-größe übertragbar. Hier ist nicht zuletzt die Qualität des Ausgangsmaterials sowie die Art und Weise des Gebrauchs entscheidend. Insbesondere sind langfristige Freilandversuche erforderlich, um die ermittelten Resistenzen gegenüber holzzerstörenden Organismen auch unter realen Klimabedingungen zu bestätigen und eine Zuordnung zu Gebrauchsklassen nach DIN 335-1 zu ermöglichen.
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