Forschende am Fraunhofer WKI entwickeln nachhaltige Sandwichelemente aus Holzschaum und Textilbeton

In der Bauindustrie kommen Holzfaserwerkstoffe bereits häufig zum Einsatz. In den bisher verwendeten Produkten wie Span- oder Grobspanplatten sind in der Regel petrochemische Bindemittel enthalten.

In einem früheren Forschungsprojekt hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer WKI bereits einen Holzschaum entwickelt, der ohne künstliche Bindemittel auskommt.

Nun haben sie in Kooperation mit dem Institut für Füge- und Schweißtechnik der TU Braunschweig das Potenzial des Holzschaums für den praktischen Einsatz in der Bauindustrie näher untersucht. Gemeinsam entwickelten sie ein Sandwichelement, das aus einem Holzschaumkern besteht, der beidseitig mit einer dünnen Schicht aus textilbewehrtem Beton versehen ist.

Sandwichelemente, als Materialkombination mit einem relativ dicken und schubstarren Kern und einer möglichst dünnen Deckschicht, haben viele Vorteile. Sie ergeben steife und tragfähige, aber trotzdem leichte Bauteile. Da Sandwichelemente darüber hinaus über eine gute Wärmedämmung und einen guten Schallschutz verfügen, werden sie bereits vielfach im Hochbau verwendet.

Die Forschenden am Fraunhofer WKI hatten sich in diesem Projekt zum Ziel gesetzt, die Sandwichelemente durch den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen und die Vermeidung von Bindemitteln nachhaltiger zu machen. Das ist ihnen gelungen.

»Durch die Verwendung unseres Holzschaums mit einer dünnen Textilbeton-Deckschicht kann der Anteil besonders nachhaltiger Baustoffe in Gebäuden erhöht werden«, fasst Projektleiterin Dr. Frauke Bunzel zusammen.

Der Holzschaum besteht ausschließlich aus Holzfasern. Die relativ druckstabile Strukturfixierung der Holzfasern wird in einem speziellen Herstellungsverfahren mithilfe der holzeigenen Bindungskräfte erreicht. Als Rohstoffquelle kann neben allen Baumarten oder lignocellulosehaltigen Einjahrespflanzen auch Altholz als Recyclingmaterial genutzt werden.

»Auf diese Weise entsteht ein vielseitig einsetzbares Produkt, das nicht nur nachhaltig ist, sondern auch genauso leistungsfähig wie vergleichbare Holzfaserwerkstoffe mit petrochemischen Bindemitteln«, erklärt Bunzel.

Um im Bau eingesetzt zu werden, muss der Holzschaum als Sandwich-Kernwerkstoff Mindestanforderungen in Bezug auf die Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeit erfüllen. Die Forschenden haben daher unterschiedliche Holzarten mit verschiedenen, praktikablen Rohdichten hergestellt und umfassend untersucht, um so die besten Kombinationsmöglichkeiten festzustellen.

»Wir haben außerdem die Verfahrenstechnik zur Herstellung des Holzschaums weiterentwickelt. Insbesondere für die Art des Schäumens und die effiziente Trocknung haben wir Fortschritte erzielt«, berichtet Bunzel.

Die Forschenden am Institut für Füge- und Schweißtechnik der TU Braunschweig ermittelten im Rahmen des Projekts, dass beim Fügen des Holzschaumkerns mit den textilverstärkten Betondeckschichten verschiedene Techniken anwendbar sind. Konstruktionsklebstoffe aus der Holztechnik haften gut auf den ausgehärteten Betondeckschichten und können daher je nach Anforderungen im Innen- oder Außenbereich eingesetzt werden.

Alternativ besteht die Möglichkeit, den Beton aus der flüssigen Phase direkt auf den offenporigen Holzschaumkern aufzugießen. Auch mit diesem Fügeverfahren sind die Sandwichelemente für den Innen- und Außenbereich geeignet. Durch das direkte Aufgießen kann auf Klebstoff verzichtet werden. Dadurch lassen sich die Sandwichelemente später einfacher recyceln.

»Wir haben erprobt, dass die von uns erzeugten Sandwichelemente ausreichend tragfähige und thermisch sowie akustisch wirksame Bauteile ergeben«, so das Fazit von Bunzel. Der Holzschaumkern bietet eine nachhaltige Alternative zu den bisher im Bau eingesetzten Kernwerkstoffen auf petrochemischer Basis. Die Sandwichelemente können für leichte Vorhangfassadenelemente sowie im Innenausbau eingesetzt werden.

Das Projekt wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative »Zukunft Bau« des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit gefördert.

Zum Hintergrund
Nachhaltigkeit durch Nutzung nachwachsender Rohstoffe steht seit über 70 Jahren im Fokus des Fraunhofer WKI. Das Institut mit Standorten in Braunschweig, Hannover und Wolfsburg ist spezialisiert auf Verfahrenstechnik, Naturfaser-Verbundkunststoffe, Holz- und Emissionsschutz, Qualitätssicherung von Holzprodukten, Werkstoff- und Produktprüfungen, Recyclingverfahren sowie den Einsatz von organischen Baustoffen und Holz im Bau. Nahezu alle Verfahren und Werkstoffe, die aus der Forschungstätigkeit hervorgehen, werden industriell genutzt.

https://www.wki.fraunhofer.de/de/presse-medien/2019/PI_2019-09_Nachhaltige-Sandw…