Verbindungstechnik 06. Nov 2020 Von Martin Ciupek/Fraunhofer WKI

Neue Klebetechnik für Baubranche verbindet effizient Holz und Beton

Holz-Beton-Verbundelemente könnten durch eine neue Klebetechnik für die Baubranche attraktiver werden. Ein am Fraunhofer-Institut für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) in Braunschweig entwickeltes Verfahren erhöht die wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit gegenüber klassischen Betonelementen, sodass künftig mehr nachwachsende Rohsoffe im Bauwesen eingesetzt werden könnten.

Durch die neue Schnellklebetechnik lassen sich tragfähige Holz-Beton-Verbundelemente mit langen Spannweiten sicher herstellen.
Foto: Universität Kassel / Jens Frohnmüller

Holz dient in der Baubranche nicht nur der Optik. „In der Kombination von Holz und Beton werden die spezifischen Druck- und Zugfestigkeiten der Materialien ideal kombiniert. Vorteile der Verwendung ergeben sich außerdem für den Schall- und den baulichen Brandschutz“, erläutert Malte Mérono. Er ist Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) im Bereich der Holz-Beton-Verbundelemente (HBV-Elemente). Diese können im mehrgeschossigen Hochbau beispielsweise als Deckenelemente eingesetzt werden. Gegenüber reinem Betonbau und reinem Holzbau vereinen sie die Vorteile der einzelnen Baumaterialien. Wahlweise wird für die HBV-Elemente meist Fichten- oder Buchenholz verwendet, das nahezu überall in Deutschland lokal verfügbar ist. Das Material speichert somit für lange Zeit CO2 im Bauteil. Gleichzeitig reduziert es das Bauteilgewicht, was nachhaltige Leichtbaulösungen ermöglicht.

Verbindungstechnik ist der Schlüssel

Dass derartige Verbundbauteile bisher nicht stärker eingesetzt wurden, liegt unter anderem in der bisher verwendeten Verbindungstechnik. Bisher wurden HBV-Elemente beispielsweise durch Schrauben miteinander verbunden oder durch den Verguss von Frischbeton auf Holzbauteile realisiert. Die Verschraubung der Elemente ist allerdings sehr zeitaufwendig und durch den Einsatz von Frischbeton ergeben sich ein unerwünschter erhöhter Feuchteeintrag sowie eine längere Bauzeit. Aus dem Grund sind HBV-Elemente im Vergleich zur reinen Betonbauweise auf vielen Standorten wirtschaftlich und technisch nicht konkurrenzfähig.

Mit einer neuen Schnellklebetechnik soll sich das ändern. Entwickelt wurde diese von Forschenden des Fraunhofer WKI in Zusammenarbeit mit dem Institut für Füge- und Schweißtechnik der TU Braunschweig sowie dem Fachgebiet „Bauwerkserhaltung und Holzbau“ der Universität Kassel. Laut Fraunhofer WKI ist die schnelle und einfache Fügetechnik für die Montage von HBV-Elementen auf der Baustelle und für die Vorfertigung im Werk geeignet.

Suche nach dem passenden Klebstoff

Die Suche nach einem passenden Klebstoff brachte wichtige Erkenntnisse, auch zu den Montageprozessen. Denn bisher wurde angenommen, dass sich ausschließlich sandgestrahlte Betonoberflächen für Klebungen eignen. Das konnte im Projekt widerlegt werden. Die Forschenden fanden heraus, dass sich zweikomponentige Epoxide (2K-EP), aber auch heißhärtende einkomponentige Polyurethane (1K-PU) auch für das Kleben auf schalglatten Betonoberflächen eignen.

In den Experimenten wurde belegt, dass schalglatte Betonoberflächen für die Verklebung in HBV-Elementen genutzt werden können, sofern frisch applizierter Klebstoff zwischen Holz- und Betongefüge eingebettet wird. Gleichzeitig wurde darin deutlich, dass der zunächst favorisierte Heißklebstoff (Hotmelt-Klebstoff) dafür nicht geeignet ist. „Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Betons kam es zu einer unzureichenden Benetzung der Betonoberfläche durch den Klebstoff“, erklärt Projektleiter Mérono. Ursprünglich war im Projekt vorgesehen, zur Fugenheizung Streckmetalle mit Hotmelt-Klebstoff vorzubeschichten und somit ein Halbzeug zur Herstellung von HBV-Elementen zu fertigen.

Die Forschenden kommen letztlich zu dem Ergebnis, dass schalungsglatte Betonoberflächen mit Fichten- und Buchenholz geklebt werden können, wenn konsequent auf Trennmittel in der Betonherstellung verzichtet wird. Durch diese Vorgehensweise werde die Herstellung von HBV-Elementen einfacher und damit auch wirtschaftlich attraktiver.

Die relevanten Erfahrungen und Herstellungsschritte zur Anwendung der Heißklebetechnik von HBV-Elementen wurden in Kooperation mit dem Internationalen Verein für Technische Holzfragen e. V. (iVTH) in Form eines kompakten Dokuments zusammengefasst und werden der Industrie zur Verfügung gestellt.

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