Untersuchungen zur Materialfestigkeit zementgebundener Holzfaserplatten in Abhängigkeit der Materialfeuchte

Abstract

In kaum einem anderen Gewerbe ist der Konkurrenzkampf derart groß wie im Baugewerbe. Das Bestreben, das günstigste Angebot legen zu können, steht oft im Gegensatz zu dem wirtschaftlichen Erfolg, der für ein langfristiges Gelingen einer Unternehmung von zentraler Bedeutung ist. Um daher wettbewerbsfähig bleiben zu können und dabei eine gleichbleibende Qualität zu garantieren, müssen immer neuere Bauverfahren, Distributionswege und Materialen gefunden werden. Vor allem bei der Suche nach neuen Baustoffen wird auf die Nachhaltigkeit der Ressourcen heutzutage besonders Wertgelegt und ist mittlerweile, da man sich zwangsläufig mit dem Versiegen konventioneller Energieträger abfinden muss, auch oftmals Bestandteil der Ausschreibungen. Die zementgebundene Holzfaserplatte, welche zu einem Großteil aus dem nachwachsenden und CO2-neutralen natürlichen Rohstoff Holz besteht, erfüllt viele der oben genannten Kriterien und stellt somit einen zukunftsweisenden Baustoff in vielen Bereichen der Bauindustrie dar. Diese Platten werden aus Zement, Holz, Wasser und nur einem geringen Anteil an chemischen Zusätzen (< 2%) hergestellt, weisen hohe Festigkeiten bei hoher Flexibilität und gute Wetterbeständigkeit auf und eignen sich aus diesem Grund für den Einsatz als "verlorene Schalelemente" im Hochbau. Bei dem Konzept, das auf "verlorener Schalung" beruht, werden diese als formgebende Elemente vorgefertigt und vor Ort auf der Baustelle nach dem Positionieren nur noch mit Beton verfüllt. Diese Elemente verbleiben nach dem Erstarren des Frischbetons am Bauteil in einem dauerhaften Verbund mit dem Betonkern und bilden nach außen hin eine weiterverarbeitbare Oberfläche. Die Ihnen hier vorliegende Diplomarbeit hat es sich zum Ziel gesetzt, Ursachen prozessbedingter Schadensfälle zu ergründen und Lösungen für den Einsatz der zementgebundenen Holzfaserplatte zu finden. Dabei wurde die Materialfestigkeit unter dem Einfluss der Plattenfeuchte mit Hilfe von bruchmechanischen Kenngrößen untersucht. Dies erfolgte mittels der in der ÖNORM B 3592 beschriebenen Keilspaltmethode anhand von Würfelproben. Die zementgebundene Holzfaserplatte wurde jeweils so in diese Versuchskörper mit einer Kantenlänge von 15 cm verbaut, dass sowohl der Verbund zwischen Beton und Platte, als auch die Plattenfestigkeit selbst untersucht werden konnte. Nach den Versuchen wurden die Werte für die Verbundrate, die Kerbzugfestigkeit und die spezifische Bruchenergie berechnet. Die untersuchten Proben wurden in die Gruppen "Normal" und "Wassersättigung" eingeteilt, um die Extremfälle der Plattenfeuchtigkeit zu erhalten. Anhand der bruchmechanischen Werte konnten Erkenntnisse gewonnen werden, die den Einfluss der Plattenfeuchtigkeit auf die Materialfestigkeit und dann weiter auf den Verbund bestätigen konnten. Weiter wurden Versuche durchgeführt, die den Einfluss unterschiedlicher Verteilung des hydrostatischen Druckes, wie sie durch unterschiedlich hohe Betonierhorizonte entstehen kann, auf die Verbundqualität zeigten. Hierzu wurden unterschiedlich hohe Betonproben präpariert, wobei der Beton einen Verbund mit der zementgebundenen Holzfaserplatte einging. Nach dem Aushärten wurden diese Proben in einem Zugversuch bis zum Versagen beansprucht. Alle Ergebnisse wiesen eine gewisse Streuung auf, was nicht zuletzt auf die Inhomogenität der zementgebundenen Holzfaserplatte zurückzuführen ist. Dennoch war zu erkennen, dass auf Grund des Vergleiches der bruchmechanischen Kennwerte früherer Versuche und Unterschiede in der Plattenfarbe eine Veränderung der Platte selbst von Charge zu Charge existierten musste. Diese Vermutung konnte mittels des gewählten Verfahrens für die Zementgehaltsanalysen leider weder bestätigt noch widerlegt werden.

In hardly any other profession competition is as high as in construction industry. Pursuance to provide favorable offers is often contrary to economic success, which has crucial importance for a long-term successful outcome of a company. In order to keep up with economic competition and to guarantee consistent quality: new construction methods, distribution channels and materials have to be provided. Nowadays in search of new materials are particularly valued ones that are the most sustainable. Taking to consideration inevitable fact that sources of conventional energy are running low makes sustainable resources even more valuable. The cement-bonded particleboard which is consistent in major part of renewable CO2- neutral raw wood material, fulfills many of the criteria above and by that represents a pioneering building material in many areas of the construction industry. This boards are composed of cement, wood, water and insignificant share of chemical additives (< 2%). They are very flexible, have good weather resistance, and therefore are used as "permanent formwork" in construction. In the approach based on "permanent formwork" this shaping elements are being prefabricated and after being placed as planed at the construction site, they are simply filled with concrete. These elements remain after solidification of the fresh concrete to the component in a permanent bound with the concrete core and form an outwardly further processible surface. Here presented master thesis has set itself a goal to fathom the causes of cases of damage, and to find a solution in the process of using cement-bonded particleboards. The material strength was examined under the influence of humidity and with a help of consumption mechanical characteristics. This was accomplished by using procedure described in ÖNORM B 3592 Wedge Splitting Test based on cube samples. The cement-bonded particleboard was in each cases installed in this experimental body with an edge length of 15 cm, so that the compound between concrete and plate as well as residents of the plate itself can be examined. According to the experiments, the values of the composite rate notched ultimate tensile strength, and the specific fracture energy were calculated. The investigated samples were divided in "normal" and "water saturation" groups to obtain the extreme cases of the plate moisture. Findings that could confirm the influence of the strength of the plates on the materials strength and composite could be based on fracture mechanics values. When filling formworks with concrete different dispersions of hydrostatic pressure emerge. To measure the influence of these dispersions on the composite quality several tests were carried out. Therefore different concrete samples, which were varying in height, were produced. Each of them then created a composite with a cement based wood particle board. After that the hardened concrete samples were pulled until their failure. The tests results differed quite highly. This can be affiliated to the inhomogeneity of the cement bonded wood particle boards. However, it was also assumed that there might be differences between the plates of the single cement sample series. The assumption was made based on the comparison with former results of fracture mechanic tests and the different color of the single plates. Analysis of the cement content wasn't able to confirm or disprove this assumption.