Haltbarkeit von Massivholz

Da sich Massivholzsysteme weiterentwickeln und in der Bauwirtschaft zunehmend etablieren, ist es von entscheidender Bedeutung, ihre Langlebigkeit unter Beweis zu stellen – insbesondere an Stellen, die während der Nutzungsdauer der Bauwerke schwer zugänglich oder schwer zu ersetzen sind –, um Vertrauen in diese Elemente als tragfähige, langfristige und nachhaltige Alternative zu Beton und Stahl zu schaffen.

Die Haltbarkeit von Massivholz wird, wie bei jedem Holzwerkstoff, von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Dieser Artikel befasst sich mit den wichtigsten Faktoren, die bei der Planung und Ausarbeitung von Massivholzkonstruktionen zu berücksichtigen sind, sowie mit der Bedeutung der Fertigungsprozesse der Bauteile, der kurzfristigen Beanspruchung und der längerfristigen Beanspruchung für den Projekterfolg.

Die natürliche Haltbarkeit von Holz

Die natürliche Haltbarkeit (Verrottungsbeständigkeit) von Holz hängt von der Baumart und der Holzart – Splintholz oder Kernholz – ab.

Kernholz ist in der Regel haltbarer als Splintholz, und Laubhölzer sind in der Regel haltbarer als Nadelhölzer. 

Sich jedoch bei jeder Anwendung ausschließlich auf die natürliche Haltbarkeitsklasse einer Holzart zu verlassen, um eine langfristige Haltbarkeit zu gewährleisten, kann unbeabsichtigte Folgen haben. Dazu können ein erhöhtes Emissionsprofil des Materials, ein höherer Materialverlust bei der Aussortierung von optischen Mängeln und letztlich höhere Projektkosten gehören.

Wood SolutionsDer Rat von Wood Solutions an Designer lautet: Konzentrieren Sie sich eher auf die Details der Holzkonstruktion als auf die Haltbarkeitsklassen der Holzarten.

Feuchtigkeit

Holz – seien es herkömmliche Schnittholzprodukte oder Verbundwerkstoffe wie GLT, LVL oder CLT – ist anfällig für biologischen Verfall, wenn der Feuchtigkeitsgehalt nicht kontrolliert wird. Dies kann zu Maßinstabilitäten, hartnäckigem Schimmelbefall im Gebäude, Korrosion der Befestigungselemente und einem Verlust der strukturellen Integrität führen.

In der Regel ist Holz frei von Fäulnis, wenn der Feuchtigkeitsgehalt unter 20 % liegt.

Wenn der Feuchtigkeitsgehalt 22 % übersteigt, kann eine längere Einwirkung zum Einsetzen von Fäulnis führen. 

Wenn der Feuchtigkeitsgehalt 28 % übersteigt, kommt es zu einem raschen biologischen Verfall durch Pilze. Dies ist zugleich der Schwellenwert für die Korrosion von Metallverbindungselementen, auf die moderne Holzkonstruktionen in hohem Maße angewiesen sind – siehe diesen Artikel von Filip Cirovic zur Materialauswahl für Schrauben.

In der Praxis sind für Schnittholz und Holzwerkstoffe, bei denen Holzlamellen unter Verwendung von Klebstoffen zu GLT, LVL oder CLT verbunden werden, deutlich niedrigere Feuchtigkeitsgehalte erforderlich (siehe Tabelle 1).

Exposition während der Herstellung

Die meisten, wenn nicht sogar alle Holzwerkstoffprodukte werden aus abgelagertem oder kammergetrocknetem Holz hergestellt. Einige Anbieter bieten ihre Verbundprodukte aus thermisch modifiziertem oder acetyliertem Holz an. Diese Verfahren senken den Feuchtigkeitsgehalt und verändern die Mikrostruktur des Holzes, wodurch die Haltbarkeit weiter verbessert wird.

Unabhängig vom Ausgangsmaterial wirkt sich der Feuchtigkeitszustand nicht nur auf die Haltbarkeit der Holzfasern aus, sondern auch auf die Haltbarkeit der Klebstoffe und die langfristige Stabilität der Klebeverbindungen.

Tabelle 1. Grenzwerte für den Feuchtigkeitsgehalt von Holzwerkstoffen und Klebstoffen

Da der Großteil der Herstellung von Holzwerkstoffen in Innenräumen stattfindet, sollte die Einwirkung von Feuchtigkeit kein Problem darstellen; doch wie bei jeder technischen Spezifikation müssen Mindestanforderungen an die Leistungsfähigkeit klar definiert und Erwartungen festgelegt werden, um sicherzustellen, dass alle Beteiligten auf einem einheitlichen Stand sind und die Haltbarkeit nicht beeinträchtigt wird.

Exposition während der Bauarbeiten

Sobald das technische Produkt den Hersteller verlassen hat und vor Ort abgenommen wurde, hat der Hersteller möglicherweise nur noch begrenzte Einflussmöglichkeiten auf die Exposition. 

Mögliche Expositionsszenarien – Die Hauptursache für die Feuchtigkeitsbelastung von Holz während der Bauphase ist Niederschlag. Je nach Mikroklima am Standort ist eine kurzfristige Belastung (für Zeiträume von bis zu 3 Monaten) wahrscheinlich kein wesentliches Problem. Eine anhaltende Belastung durch starken Niederschlag, längere Regenperioden oder Überschwemmungen kann jedoch zu einem übermäßigen Feuchtigkeitsgehalt führen, was Verformungen, Rissbildung und Fäulnis zur Folge hat.

Schwachstellen – Die Schwachstellen variieren je nach dem jeweiligen Holzwerkstoff. Bei Holzwerkstoffen wie CLT, GLT, LVL oder keilgezinkten Verbundbauteilen kommt es auf die Widerstandsfähigkeit der Klebefugen gegenüber Feuchtigkeitseinwirkung an – wobei Klebstoffe auf Phenol- und Resorcinharzbasis im Vergleich zu Melamin-Harnstoff-Formaldehyd- oder vernetzten PVA-Klebstoffen eine höhere Beständigkeit gegenüber anhaltender Feuchtigkeitseinwirkung aufweisen dürften.

Befestigungsdurchführungen können ebenfalls als Eintrittsstellen für Feuchtigkeit dienen, insbesondere an horizontalen Flächen, an denen das Wasser nicht abfließen kann.

Ungeschützte Kanten, wie beispielsweise die Kanten von Sperrholz, können durch Kapillarwirkung Feuchtigkeit aufnehmen, wenn sie nicht behandelt werden oder wenn zwischen benachbarten Elementen kein ausreichender Abstand zur Erleichterung der Trocknung vorhanden ist.

Maßnahmen zur Risikominderung – Im Bauwesen sind eine sorgfältige Planung der Materialliefertermine, die Terminierung der Bauarbeiten zur Vermeidung von Perioden mit starken Regenfällen sowie die Bereitstellung ausreichender geschützter Lagerflächen auf der Baustelle wichtige Maßnahmen zur Risikominderung. Natürlich ist das Wetter schwer vorhersehbar, innerstädtische Baustellen können beengt sein, und es gibt oft Szenarien, die außerhalb der Kontrolle des Herstellers oder Bauunternehmers liegen und dazu führen können, dass Holz übermäßiger Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Nick Hewson von Aboralis hat sich auf die Entwicklung von Feuchtigkeitsmanagementplänen für vorgefertigte Holzprodukte konzentriert und plädiert dafür, dass Planer und Bauherren die Feuchtigkeit bei der Planung ebenso berücksichtigen wie die Sicherheit. Dabei wird ein risikobasierter Bewertungsansatz verwendet, um Wahrscheinlichkeit und Folgen zu ermitteln und Anforderungen für Schutzmaßnahmen festzulegen – sei es Entwässerung, Membranen oder Beschichtungen – sowie eine Überwachung mit eingebauten Sensoren, um Eigentümer zu warnen, wenn ein Leck auftritt, das die Integrität der Konstruktion beeinträchtigen könnte.

Partner von Spec Toolbox Rothoblass bietet eine neuartige Lösung für CLT-Hersteller – eine selbstklebende Folie, die den Platten bis zu 12 Wochen lang Schutz bietet, transparent ist und die Handhabung sowie die Arbeiten auf der Baustelle (einschließlich der Montage) ermöglicht.

Es sind auch temporäre Acrylbeschichtungen auf Wasserbasis erhältlich, die Massivholz während des Transports und der Montage einen ähnlichen Schutz bieten.

Langfristige Exposition

Inwieweit Holzwerkstoffe langfristig Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, hängt von der Form und der Funktion des jeweiligen Bauteils ab. So ist es beispielsweise unwahrscheinlich, dass innere Bauteile wie Deckenplatten und Stützen, die das primäre Tragwerk eines Gebäudes bilden, langfristig unkontrollierten Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. 

Außenwände, Säulen, Treppen, Balken, Geländer, sichtbare Dachsparren – all diese Anwendungsbereiche können dazu führen, dass Holzprodukte wiederholten Nässe- und Trocknungszyklen, UV-Strahlung und unter Umständen erheblichen täglichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Der Schlüssel zu einer guten Feuchtigkeitsregulierung und Langlebigkeit liegt im Detail. Für die Feuchtigkeitsregulierung ist es entscheidend, Entwässerungsebenen, Feuchtigkeitssperren, Luftzwischenräume oder physikalische Barrieren vorzusehen.

Bei Außenanwendungen ist es entscheidend, den Einfluss von Nässe und Trockenheit, Erwärmung und Abkühlung sowie UV-Strahlung zu kontrollieren. Dies lässt sich durch Beschichtungen, Abschirmungen und eine durchdachte Konstruktion unter Berücksichtigung von Schrumpfung erreichen. Die Auswahl korrosionsbeständiger Befestigungselemente und die Festlegung von Befestigungsmustern, die das Eindringen von Feuchtigkeit und die Belastung benachbarter Bauteile verringern, sind bei Außenanwendungen ebenfalls von entscheidender Bedeutung.

Da Holzbauwerke aus dem 7. Jahrhundert noch immer genutzt werden, ist klar, dass langlebige Holzgebäude entwickelt und realisiert werden können.

Designern weltweit steht eine Vielzahl von Ressourcen zur Verfügung, die sich mit der Auslegung von Holzkonstruktionen im Hinblick auf ihre Langlebigkeit befassen. Zusätzlich zu den Fußnoten im Artikel sind einige wichtige Literaturangaben in Tabelle 2 verlinkt.

Tabelle 2: Eine Auswahl globaler Referenzwerte zur Haltbarkeit