Besonderheiten des Werkstoffes Holz

Verfasst von Dr. Ernst Kürsten. Veröffentlicht in Artikel

Hier sind jetzt nicht alle Aspekte behandelt, die in der Vorlesung angesprochen werden, sondern nur einige, die die Studierenden für ihre Hausarbeiten ausgewählt haben!

Ein erster Beitrag geht auf den Aufbau des Holzes ein: https://www.youtube.com/watch?v=vAqQJb4FVMA

  1. Besonders wichtig zu verstehen ist, dass und warum Holz anisotrop und inhomogen ist!
  2. Welche Auswirkungen hat die Anisotropie für die Verwendung des Holzes?

Zur weiteren Einführung in dieses Thema gibt es ein Video, dass einige besondere Eigenschaften des Holzes und deren Nutzung im Bauwesen zeigt und zugleich einen Einblick in Zukunftstrends der Holzverwendung gibt:

https://www.youtube.com/watch?v=fhQRTa1G2Ps

  1. Nennen Sie fünf positive Eigenschaften von Holz als Baustoff.
  2. Wie verhält sich Holz im Brandfall?

 

Holz und Wasser

Holz und WasserIn dem folgenden Video wird das Thema Holztrocknung aus der Sicht eines Tischlers erläutert. Was der Sprecher "Feuchtigkeitswert" nennt, wird fachlich korrekt als "Holzfeuchte" bezeichnet. Diese unterscheidet sich vom "Wassergehalt" dadurch, dass sich erstere auf die Masse des Wassers im Holz bezogen auf die Holztrockenmasse bezieht, wohingegen der Wassergehalt den Anteil des Wassers bezogen auf die Gesamtmasse des Holzes (mit dem Wasser) bezeichnet. Vom Wassergehalt wird normalerweise nur bei Holzhackschnitzeln (zur Energiegewinnung) gesprochen.

Eine zweite "Unsauberkeit" sind die Erläuterungen zur Luftfeuchte: Die Trocknung funktioniert am besten bei einer niedrigen relativen Luftfeuchte und wenn die Wasseraufnahmefähigkeit der Luft besonders groß ist. Da der maximale Wasser(dampf)gehalt der Luft exponentiell mit der Lufttemperatur steigt, trocknet Holz natürlich im Sommer schneller, wenn die relative Luftfeuchte nicht gerade nach einem Starkregen bei 100% liegt. (Hinweis zu dem Foto: Wenn Holz immer ganz nass ist, können sich holzzerstörende Pilze darin nicht entwickeln, da ihnen der Sauerstoff fehlt!)

https://www.youtube.com/watch?v=35u5HGuegLU

Um die folgenden Fragen vollständig zu beantworten, kann es allerdings auch helfen, Informationen anderweitig einzuholen (z.B. über https://www.befestigungsfuchs.de/blog/das-schwinden-und-quellen-von-holz/ und eine Online-Präsentation: https://www.youtube.com/watch?v=pA3lAlGkxCA)

  1. Welche drei unterschiedlichen Schwindungsrichtungen gibt bei Holz und wie groß sind die jeweiligen Schwindungswerte?
  2. Wo liegt in etwa der Fasersättigungsbereich und was passiert bei Unterschreitung dieses Wertes im Zuge der Holztrocknung?
  3. Wie ist die Holzfeuchte definiert und wie hoch ist sie unter verschiedenen Bedingungen?

 

 Holzschutz

Holz ist ein biologisch abbaubarer nachwachsender Rohstoff. Der Abbau erfolgt vor allem durch Insekten und Pilze. Die Holzfeuchte spielt eine entscheidende Rolle für deren Entwicklungsmöglichkeiten. Im folgenden Video wird die "harmloseste" Form des Pilzbefalls vorgestellt, nämlich die Bläue. Sie kann sich gleich nach der Fällung eines Baumes im Rundholz, im gesägten Schnittholz oder auch erst unter Lackschichten entwickeln.

https://www.youtube.com/watch?v=3ZDQQ14TtY0

  1. Was sind Auslöser für die Bläue und welche Baumarten sind häufig betroffen?
  2. Welcher Teil des Baumes wird befallen?
  3. Was unterscheidet die Bläue von der Weißfäule und Braunfäule?

 

Holzmodifizierung

Wenn durch bauliche Maßnahmen nicht sicher verhindert werden kann, dass Holz über einen längeren Zeitraum mehr als 20% Holzfeuchte hat, ist es durch Pilzbefall gefährdet, wenn es keine hohe natürliche Dauerhaftigkeit hat. Da aber (sehr) dauerhafte Holzarten knapp sind und hauptsächlich in den den Tropen vorkommen (Details dazu!), wurden Möglichkeiten entwickelt, weniger dauerhafte Holzarten so zu verändern, dass sie kaum kaum noch Wasser aufnehmen und damit auch fast nicht mehr quellen und schwinden können. Dazu müssen die Hydroxylgruppen an den Zellulosemolekülen in den Zellwänden, an die sich das Wasser anlagert, blockiert oder zerstört werden. Da dies in den Vorlesungsfolien hauptsächlich durch Zeichnungen dargestellt, aber nicht erläutert wird, wird das hier nachgeholt:

Diese OH-Gruppen – als kleine braune Kugeln dargestellt - spielen eine besondere Rolle bei den drei rechten Verfahren auf Folie 47 und auf Folie 50 sieht man, wie die Wassermoleküle beim Quellen der Holzzellwände an die darin befindlichen OH-Gruppen (der Zellulosemoleküle) andocken. Das kann verhindert werden, indem man (Folie 47 von links nach rechts)

  1. Das Holz mit Wachs tränkt, d.h. die Zellhohlräume mit Wachs füllt und damit das Eindringen des Wassers in das Holz weitgehend verhindert
  2. Die Zellwände z.B. unter Druck mit Ölen (oder Silikonen) füllt und damit das Eindringen des Wassers in die Zellwände blockiert
  3. Die OH-Gruppen in den Zellwänden durch Chemikalien ersetzt (z.B. bei der Acetylierung)
  4. Oder durch bestimmte Stoffe blockiert (bei der „Vernetzung“), dass die Wassermoleküle da nicht mehr rankommen und das Holz dauerhaft „gequollen ist!
  5. Bei der Hitzebehandlung werden die OH-Gruppen abgesprengt und deshalb können die Wassermoleküle sich dann nicht mehr andocken.

Die "Holzmodifizierung" stellt eine "moderne" Form des Holzschutzes dar, durch die Pilz- oder auch Insektenbefall verhindert werden soll. Neben der thermischen Modifizierung ist die Acetylisierung eines der in der Praxis am meisten angewandten Verfahren. Dazu ein "Werbevortrag":

https://www.youtube.com/watch?v=wt3GWd_cCHc

  1. Wie läuft die Behandlung ab?
  2. Was wird durch die Acetylierung erreicht? Welche Nachteile gehen aber auch mit einher? (siehe Vorlesungsfolien!)
  3. Was passiert durch die Behandlung im Holz?

 

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