Erprobt: Geklebte Verbundbauteile aus Holz und Beton für den Brückenbau

(17.5.2022) Verbundbaueile aus Holz und Beton kombinieren die Vorteile beider Werkstoffe: Leichtigkeit, Biegsamkeit und Nachhaltigkeit von Holz mit Druckfestigkeit und Tragfähigkeit von Beton. Sie großflächig und durchgängig aneinanderzufügen, ist in der Praxis jedoch eine Herausforderung. Jetzt haben Forscher des Fachgebiets Bauwerkserhaltung und Holzbau der Uni Kassel die Herstellung von Holz-Beton-Tragwerken für den Brückenbau mit Hilfe von Klebstoffen vereinfacht und in Belastungstests erprobt.

Geklebte Holz-Beton-Verbundkonstruktion: Maßstabsgetreuer Test-Verbundbalken mit einer Spannweite von 8 m. (Foto © Uni Kassel) 

Zur Erinnerung: Holz-Beton-Verbundkonstruktionen werden im Hoch- und Brückenbau als ressourcenschonendes Baumaterial eingesetzt. Die gängigen Herstellungsverfahren nutzen metallische Verbindungen wie Schrauben oder Bolzen, wodurch in jedem Fall der Einsatz von Ortbeton erforderlich ist.

Auf diese konventionelle Verbindung verzichten Forscher des Fachgebiets Bauwerkserhaltung und Holzbau der Uni Kassel. Sie konnten stattdessen belegen, dass es mit hochgefüllten Epoxidharzklebstoffen oder einem Polymermörtel möglich ist, großflächig verklebte Bauteile von mehreren Metern Länge herzustellen, die zudem für den Einsatz als Schwerlast-Brücken geeignet sind.

Klebeverbund mit Polymermörtel

„Die Klebetechnik bietet gegenüber herkömmlichen Verbindungsmittelmethoden viele Vorteile hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Biegesteifigkeit. Besonders vorteilhaft ist an dieser Konstruktionsart zudem der Einsatz vorgefertigter Stahlbetonfertigteile zu nennen. Diese sind einfach zu handhaben, müssen auf der Baustelle nicht aushärten und sind in der Gesamtbetrachtung damit oftmals günstiger als herkömmliche Baumethoden“, beschreibt Jens Frohnmüller, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fachgebiets.

Bei den Versuchen zeigte sich auch, dass der neuartige Polymermörtel aufgrund seiner Zähigkeit beim Auftragen auf die Holzbalken besser zu handhaben ist als gängige Epoxidharzklebstoffe und auch Unebenheiten an den Oberflächen der Werkstoffe besser überbrücken kann. Zudem wird der Klebstoff nicht flächig, sondern in Streifen aufgetragen. So kann die Klebefläche an die auftretende Beanspruchung angepasst werden.

In Belastungstest hielten die Verbundbalken mit einer Spannweite von 8 m einer Last von bis zu 446 Kilonewton stand. „Umgerechnet sind das etwa 45 Tonnen, also kann eine Brücke aus diesem geklebtem Holz-Beton-Verbund einen voll beladenen Schwerlasttransporter aushalten - oder etwa 30 VW-Golfs gleichzeitig“, erklärt Jens Fronmüller. Der Klebeverbund blieb bis zum endgültigen Versagen des Trägers immer vollständig erhalten. Für das endgültige Versagen war entweder ein Zugversagen des Holzes oder ein Druckversagen des Betons verantwortlich.

Darüber hinaus konnten die Forscher zwei Berechnungsmodelle validieren. Mit diesen lassen sich alle wichtigen Eigenschaften der Verbundträger, insbesondere die konkrete Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten vorhersagen. „Die Ergebnisse der Modelle stimmen mit den Ergebnissen aus den Versuchen sehr gut überein. Sie sind ein zuverlässiges Werkzeug, das wir Ingenieuren an die Hand geben können, die mit dieser Methode arbeiten wollen. Die so verklebten Bauteile eignen sich gut für den Brückenbau zum Beispiel im Forst, wo sie oft schwere Lasten der Fahrzeuge aushalten müssen“, resümiert Prof. Werner Seim, Leiter des Fachgebiets.