Holz-Anhydrit-Verbund: Bestnoten bei Nachhaltigkeit und Bauphysik

(23.7.2009) Forscher der Bauhaus-Universität Weimar suchten nach Wegen, um Decken- und Wandbauteile nachhaltiger zu machen. Mit der Kombination aus Holzbrett-Stapeln und Anhydrit-Estrich haben sie offensichtlich nicht nur eine ökologisch und ökonomisch überzeugende Lösung gefunden; die hybriden Verbundelemente zeichnen sich wohl auch durch eine überzeugende Tragfähigkeit und insbesondere durch bemerkenswert gute bauphysikalische Eigenschaften aus.

Bisher übliche hybride Verbundelemente aus Holz und Beton werden insbesondere dort verbaut, wo erhöhte Anforderungen an Statik, Schwingungsverhalten und Spannweiten bestehen - z.B. bei mehrgeschossigen Häusern, Schulen und Kindergärten oder Brücken. Solche Kombinationen vereinen die Vorteile zweier Welten. Für Holz sprechen bei derartigen massiven Bauteilen:

• hohe Verfügbarkeit,
• hohe Zugfestigkeit,
• Nachhaltigkeit (geringe CO₂-Emissionen bei der Herstellung, CO₂-Einlagerung während der Nutzung und CO₂-neutrale energetische Entsorgung),
• angenehme Oberflächentemperatur,
• vergleichsweise gute Wärmedämmeigenschaften,
• hohe Speicherfähigkeit von Luftfeuchtigkeit,
• geringes Gewicht und
• Ästhetik.

Für Beton sprechen:

• hohe Druckfestigkeit,
• guter Brandschutz und
• guter Schallschutz

Als nachteilig für Holz-Beton-Verbundbauteile gilt der hohe Energieaufwand für die Betonherstellung. Auch raumklimatisch und -akustisch ist Beton schnell an seinen Grenzen.

Anhydrit anstatt Beton

Die Weimarer Forscher suchten deshalb nach Alternativen und wurden mit Anhydrit fündig. Anhydrit - chemisch: Kalziumsulfat - ist ein in der Natur vorkommendes Mineral, das ohne großen Energieaufwand zu Anhydrit-Estrich verarbeitet wird und in dieser Form bereits häufig als Estrich im Wohnungsbau zum Einsatz kommt. Als statisch tragende Schicht einer Holzdeckenkonstruktion wird es bislang allerdings nicht verwendet. Gegenüber Beton hat Anhydrit deutliche ökologische und ökonomische Vorteile, vor allem zeichnet es sich jedoch durch seine hohe Pufferkapazität für die kurzeitige Speicherung raumklimatisch nicht erwünschter Luftfeuchte- und Lufttemperaturschwankungen aus. Hieraus resultiert sein positiver Effekt für das Wohnraumklima.

Die Forscher testeten erstmals den Einsatz als tragendes Element sowie eine neuartige, einfache Herstellung des dazu benötigten, ausreichend kraftschlüssigen Verbundes zwischen der Anhydrit-Schicht und dem Holz. Dieser kommt gänzlich ohne die bislang üblichen Verbindungsmittel aus Stahl aus:

„Wir erreichen je nach Anwendungsfall einen direkten Haftverbund durch die sägerauhe Oberfläche des Holzes oder durch einen formschlüssigen Verbund mittels in die Brettstapel eingefügter Einfräsungen“ erklärt Projektleiter Professor Karl Rautenstrauch. Der Vorteil aus seiner Sicht: Der direkte Verbund ...

• ist nicht nur praktisch unnachgiebig und erhöht durch die sehr geringen Verschiebungen in der Verbundfuge ganz wesentlich die Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit der Bauteile,
• sondern er ist auch viel wirtschaftlicher in der Herstellung.

Abgesehen davon, dass Holz aufgrund seiner vielfältigen positiven Eigenschaften und nachhaltigen Verfügbarkeit ohnehin ein fortschrittliches Material ist, kann für die hier verwendeten Brettstapelelemente (siehe noch einmal Eingangsbild oben) auch Fichtenholz geringerer Sortierqualität, z.B. Seitenware, in größerem Umfang eingesetzt werden.

Die neuartige Baustoffkombination, die im Rahmen des Projektes erfolgreich zahlreiche Belastungstests absolvierte, überzeugte die Fachleute auch durch ihre bauphysikalischen Eigenschaften. Professor Rautenstrauch: „Anhydrit kann in heute üblichen Wohn- und Büroräumen problemlos Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen und wieder abgeben. Die insbesondere bei Außenwandelementen erwünschten, weitestgehend diffusionsoffenen Wandbauteile lassen sich so ohne die sonst übliche Dampfsperre oder -bremse herstellen. Ein derartiger Wandaufbau sorgt für ein angenehmes Raumklima und verhindert gleichzeitig Bauschäden, die normalerweise schon beim kleinsten Defekt in der Sperrschicht auftreten. Das Verbundelement aus dem Mineral mit dem massiven, tragenden Holzkern speichert aber nicht nur Feuchtigkeit, sondern auch Wärme sehr gut und bietet so im Winter eine angenehm warme Wandoberfläche. Im Sommer kann es die tagsüber über die Fensterflächen einstrahlende Wärme zwischenspeichern und in der Nacht gut dosiert wieder abgeben, so dass ein weitgehend konstantes, angenehmes Wohnklima entsteht.“

Letzterem wird künftig aufgrund veränderter Bau- und Wohngewohnheiten (größere Fenster, mehr Energieverbraucher in Wohn- und Arbeitsräumen etc.) mehr und mehr Bedeutung zukommen. Schließlich ist auch die Wärmedämmung dank des an der Außenseite um eine Holzfaserdämmschicht ergänzten, massiven Holzkerns so gut, dass etwa im Vergleich zu einer herkömmlichen Massivbauwand bei gleicher Wandstärke deutlich bessere Dämmwerte erreichbar sind.

Für das Team der Uni Weimar ist das neu entwickelte Material aufgrund der Vielzahl seiner positiven Eigenschaften der Baustoff der Zukunft. Noch fehlt die bauaufsichtliche Zulassung, doch in Sachsen, Bayern und Thüringen haben bereits erste Unternehmen Interesse geäußert, sich darum zu bemühen. Sobald die Zulassung vorliegt, kann die industrielle Produktion der Holz-Anhydrit-Verbundbauelemente beginnen.

Der vollständige Abschlussbericht steht auf fnr.de unter dem Förderkennzeichen 22024505 als PDF-Dokument zur Verfügung. Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) über dessen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert.