Erforscht: Holz-Beton-Verbunddecken kleben statt schrauben

(15.2.2023) In einem Forschungsprojekt haben die Technische Universität Berlin und die Cordes Holzbau GmbH eine statisch effiziente und steife Verbindungstechnologie für Holz- und Beton-Verbund-Decken (HBV-Decken) entwickelt, die Kosteneinsparungen gegenüber dem Stand der Technik verspricht.

Traglastversuche mit nass-in-nass-verklebten Holz-Beton-Verbunddecken. Quelle: EuK-Verbundstrukturen, Technische Universität Berlin 

Zur Erinnerung: HBV-Decken kombinieren die Vorteile der Werkstoffe Holz und Beton in einem Bauteil. Sie dienen der CO₂-Reduktion und -speicherung, besitzen einen guten Schall- und Brandschutz und eine geringe Schwingungsneigung. In Massivbauten eingesetzte HBV-Decken können die CO₂-Emissionen im Rohbau um ca. ein Drittel reduzieren. Allerdings sind sie teurer als reine Holz- oder Stahlbetondecken, was vor allem an der kostenintensiven Verbindungstechnologie zwischen Holz- und Betonschicht liegt. Hier setzte das Vorhaben von TU Berlin und Cordes Holzbau an. Die Partner entwickelten den Ansatz einer Nass-in-Nass-Verklebung, welche die bislang üblichen Verbindungsmittel Schrauben, Kerven und Lochbleche ersetzt. Bei der Nass-in-Nass-Ver­klebung gießt man den frischen Beton direkt auf die noch feuchte Klebstoffschicht auf. Dies lässt auch bei unebenen Holzträgern einen lückenlosen Verbund zwischen Holz und Betonplatte erwarten.

In Versuchsreihen stellte sich ein Epoxidharz als aus technischer und ökonomischer Sicht am besten geeigneter Klebstoff für das Vorhaben heraus. Epoxidharze mit hohen Anteilen biobasierter Rohstoffe erwiesen sich zwar bei gleicher Traglast als grundsätzlich ebenso gut geeignet. Aufgrund höherer Preise und aktuell fehlender bauaufsichtlicher Prüfzertifikate verfolgten die Forscher diese Klebstoff-Option jedoch nicht weiter. Auch Polyurethane wurden verworfen, da sie bei Wasserzugabe zur Schaumbildung neigen.

Schubversuche in Kombination mit Berechnungen zeigten, dass eine Teilverklebung der Komponenten ausreicht, also keine vollflächige Klebstoffschicht erforderlich ist. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit der Verbindungstechnologie weiter.

Holz-Dehnen und Beton-Schwinden

Normalerweise treten im Holzbau Dehnungen aufgrund von Holzfeuchteänderungen nur in geringem Maße auf und können durch entsprechende Bewegungen der Konstruktion nahezu spannungsfrei abgetragen werden. Bei einer starr verklebten HBV-Decke führen die Prozesse Holz-Dehnen und Beton-Schwinden jedoch zu Spannungen in der Klebefuge, die im schlimmsten Fall zum plötzlichen Versagen des Bauteils führen könnten. Um dieses Risiko einzugrenzen, führten die Forscher verschiedene theoretische Berechnungen und einen praktischen Kurzzeitversuch durch. Im Ergebnis lag die im Versuch ermittelte, tatsächliche Tragfähigkeit über dem Niveau der Berechnungen, ein vorzeitiges Versagen fand nicht statt. Das Projektteam sieht zum Aspekt der realen Spannungsverteilung in der Klebefuge jedoch noch weiteren Forschungsbedarf.

Neben marktüblichem Brettschichtholz aus Nadelholz wurde auch ein Produkt aus Buchenfurnierschichtholz in den Prüfkörpern verwendet, um zu untersuchen, ob dieses vergleichsweise neue, hochfeste, aber teurere Material signifikant bessere Ergebnisse erreicht. Dies war in den Versuchen nicht der Fall.

Die TU Berlin und Cordes Holzbau wollen weitere Untersuchungen zum Brandschutz und zur Dauerhaftigkeit der Verklebung durchführen, was für eine bauaufsichtliche Zulassung für die neu entwickelten nass-in-nass-verklebten HBV-Decken hilfreich wäre.

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert. Der Abschlussbericht ist unter den Förderkennzeichen 22008917 und 22010717 abrufbar.

Weitere Informationen zu Holz-Beton-Verbunddecken können per E-Mail an Cordes Holzbau angefordert werden.