Wasseraufnahme und Wasserabgabe (Trocknung) unter verschiedenen Bedingungen für Brettschichtholz

Diplomarbeit von Frank Vogel

Zusammenfassung:

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist zu klären, ob die nach VOB § 4 #5 verlangten Schutzmaßnahmen gegen Niederschlagswasser ausreichend sind.

Des weiteren soll diese Arbeit die Frage beantworten, ob große Holzquerschnitte in Konstruktionen, die der Nutzungsklasse 2 zuzuordnen sind mit einem geeigneten Hirnholz- und Seitenholzschutz gegen eine übermäßige Feuchteauf- und Feuchteabgabe geschützt werden können.

Dazu wurden 17 Versuche durchgeführt. Dabei wurden Leimhölzer mit den Abmessungen 0,30 x 0,32 x 1,50 m als Probekörper verwendet. Die Versuche unterteilten sich in 3 große Serien. Der erste Teilbereich war eine einseitige Wassereinwirkung des Hirnholzes (mit und entgegen der Schwerkraft) oder des Seitenholzes. Im zweiten Abschnitt wurden die Probekörper vollständig (sechsseitig) befeuchtet. Im dritten Bereich wurden die Probekörper bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt über 23 Massenprozent gewässert, teilweise mit Imprägnierungen behandelt oder mit Klemmungen versehen und anschließend in einer Trockenkammer in einem Zeitraum von vier Tagen getrocknet.

Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass auf einen wirksamen Holzschutz bei einer Wassereinwirkung oder bei der Trocknung nicht verzichtet werden darf. Die Wasseraufnahmekoeffizienten der imprägnierten Prüfkörper lagen teilweise sogar sehr deutlich unter den Wasseraufnahmekoeffizienten der ungeschützten Prüfkörper.

Weiterhin konnte mit den Versuchen aufgezeigt werden, dass rund 25 % des Feuchtigkeitshaushaltes des Holzes über das Seitenholz getätigt wird.

Inhaltsverzeichnis:

1.	Feuchtigkeitshaushalt des Bauholzes	7
1.1	Erläuterung der relevanten Begriffe	7
1.1.1	Holzfeuchtigkeit	7
1.1.2	Wassereindringkoeffizient	8
1.1.3	Wasseraufnahmekoeffizient	10
1.1.4	Sorption	11
1.1.5	Trocknung	14
1.2	Berechnungsmethoden	15
1.2.1	Wassereindringkoeffizient	15
1.2.2	Wasseraufnahmekoeffizient	17
2.	Versuche	19
2.1	Vorversuche	22
2.1.1	Vorversuch mit Imprägnierung	23
2.1.2	Vorversuch ohne Imprägnierung	24
2.1.3	Auswertung	26
2.2	Versuche mit stehenden Prüfkörpern	27
2.2.1	Versuch 1, Wasseraufnahme über unteres ungeschütztes Hirnholz	27
2.2.2	Versuch 2, Wasseraufnahme über oberes ungeschütztes Hirnholz	35
2.2.3	Versuch 3, Wasseraufnahme über unteres geschütztes Hirnholz	41
2.2.4	Versuch 4, Wasseraufnahme über unteres geklemmtes Hirnholz	45
2.2.5	Auswertung	50
2.3	Versuche mit liegend angeordneten Prüfkörpern und einseitiger Wasseraufnahme	54
2.3.1	Versuch 5, einseitige Wasseraufnahme über Seitenholz, Seitenholz nicht imprägniert	54
2.3.2	Versuch 6, einseitige Wasseraufnahme über Seitenholz, Seitenholz und Hirnholz geschützt	60
2.3.3	Auswertung	66
2.4	Versuche liegend mit sechsseitiger Wasseraufnahme	71
2.4.1	Versuch 7, Holz nicht imprägniert	71
2.4.2	Versuch 8, Seitenholz und Hirnholz imprägniert	76
2.4.3	Versuch 9, Hirnholz geklemmt, Seitenholz imprägniert	81
2.4.4	Versuch 10, Hirnholz geschützt, Seitenholz unbehandelt	86
2.4.5	Auswertung	90
2.5	Trocknungsversuche	93
2.5.1	Versuch 11, unbehandeltes Holz	94
2.5.2	Versuch 12, Holz nach dem Wässern mit kompletter Imprägnierung	100
2.5.3	Versuch 13, Hirnolz geklemmt, Seitenholz imprägniert	105
2.5.4	Versuch 14, mit Seitenholzimprägnierung	111
2.5.5	Versuch 15, einseitig gewässert, komplett imprägniert	117
2.5.6	Auswertung	123
3.	Fazit der Diplomarbeit	127
3.1	Auswertung der kompletten Versuche	127
3.1.1	Hirnholz	127
3.1.2	Seitenholz	128
3.1.3	komplett befeuchteter Holzquerschnitt	129
3.2	Feuchtigkeitshaushalt des Holzes	129
3.2.1	Hirnholz	130
3.2.2	Seitenholz	130
3.2.3	Vergleich	130
4.	Anhang	131
4.1	Verzeichnis der Bilder	131
4.2	Verzeichnis der Tabellen	133
4.3	Ergebnisse zur Versuche in tabellarischer Form	137
4.1.1	Vorversuche	137
4.1.2	Versuch 1	144
4.1.3	Versuch 2	149
4.1.4	Versuch 3	153
4.1.5	Versuch 4	157
4.1.6	Auswertung	159
4.1.7	Versuch 5	161
4.1.8	Versuch 6	168
4.1.9	Auswertung	175
4.1.10	Versuch 7	179
4.1.11	Versuch 8	182
4.1.12	Versuch 9	185
4.1.13	Versuch 10	188
4.1.14	Auswertung	191
4.1.15	Versuch 11	193
4.1.16	Versuch 12	196
4.1.17	Versuch 13	199
4.1.18	Versuch 14	202
4.1.19	Versuch 15	205
4.1.20	Auswertung	208
4.4	Zeichnungen zur Anordnung der Messpunkte	210
4.5	Literaturverzeichnis	215

Textprobe:

Kapitel 1.1.4, Sorption:

Unter dem Begriff Sorption versteht man die Wasserdampfaufnahme und Wasserdampfabgabe eines porösen Baustoffes. Die Feuchte eines Baustoffes wird von den Sorptionseigenschaften bestimmt, wenn sich kein Kondenswasser bildet oder von außen kein Wasser in den Baustoff eindringen kann. Die Sorptionsfeuchte, auch Gleichgewichtsfeuchte genannt, stellt sich, wie der Name schon sagt, im Gleichgewicht mit der Luftfeuchtigkeit ein.

In diesem Zusammenhang wird zwischen der Adsorption, als Wasserdampfaufnahme bei der Zunahme der reinen Luftfeuchtigkeit, und Desorption als Wasserdampfabgabe bei Abnahme der relativen Luftfeuchte unterschieden. Die Sorption wird in 3 verschiedene Phänomene unterteilt, die Chemisorption, die Physisorption und die Kapillarkondensation.

Die Chemisorption ist eine starke chemische Bindung von Molekülen an der Porenoberfläche. Sie ist nicht reversibel.

Die Physisorption ist eine schwache physikalische Bindung, ähnlich den van – der – Waalsschen Bindung, von Molekülen an der Porenoberfläche. Dieser Prozess ist prinzipiell reversibel, weil sich die Chemie des Stoffes durch diesen Vorgang nicht ändert.

Die Kapillarkondensation findet in kleinen Poren statt, da hier durch Oberflächenkräfte der Sättigungsdampfdruck des Wassers heruntergesetzt ist. Dieser Vorgang ist verzögert reversibel, in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit.

Der Anteil der Chemisorption ist in den meisten Fällen vernachlässigbar. In der Regel wird der wesentliche Anteil der Sorption von der Physisorption und der Kapillarkondensation übernommen.

Die Porenstruktur eines Baustoffes bestimmt im Wesentlichen das Sorptionsverhalten. Die Größe der inneren Oberfläche beeinflusst direkt den Anteil der Physisorption. Der Anteil der Kapillarkondensation findet nur in Poren mit einem Durchmesser <100 nm statt. Damit ist der Anteil der Kapillarkondensation fest mit dem Volumenanteil dieser Porengröße verbunden. Da die Kapillarkondensation nur verzögert reversibel ist, ist in Trocknungsversuchen (Desorption) mit zu kurzer Dauer eine höhere Sorptionsfeuchte zu beobachten als beim Befeuchten (Adsorption). Dieses Phänomen kann man als Hysterese bezeichnen. Die genaue Definition der Hysterese lautet: Das Zurückbleiben einer Wirkung hinter der sie verursachenden veränderlichen physikalischen Größe.

In Fällen, die keine Hysterese aufzeigen ist anzunehmen, dass die Kapillarkondensation keinen oder nur einen sehr geringen Anteil an der Sorption darstellt. Der Einfluss der Kapillarkondensation und damit der Hysterese ist in der Regel auf den Bereich hoher Luftfeuchten beschränkt.

Graphisch trägt man die Sorption als Sorptionsisotherme auf. Sie zeigt den Zusammenhang zwischen der Stofffeuchte, der Luftfeuchtigkeit und einer bestimmten Temperatur an. Mit Hilfe der Isotherme kann man die Stofffeuchte in Abhängigkeit von der Luftfeuchte bestimmen. Bei besonders porösen Baustoffen ist der Einfluss der Temperatur verhältnismäßig klein und kann damit vernachlässigt werden.

Trocknung:

Die Trocknung von porösen Baustoffen und somit auch von Holz, geschieht in 2 Abschnitten.

Im ersten Abschnitt bildet das Porenwasser Menisken am äußeren Rand der Kapillaren. Durch die Trocknung schwindet der Körper. An der Oberfläche verdunstet mindestens soviel Wasser, dass diese Menge der Volumenminderung des Körpers entspricht. Die Verdunstungsgeschwindigkeit bleibt über lange Zeit konstant, denn sie ist nicht von der Stoffart, sondern von äußeren Faktoren, wie der Lufttemperatur, der Luftfeuchtigkeit, der Bewegung der Luft und der Wärmestrahlung abhängig.

Im zweiten Abschnitt fällt die Verdunstungsgeschwindigkeit steil ab. Die Trocknung geschieht jetzt nicht nur an der Oberfläche, auch im Inneren des Körpers beginnt nun der Trocknungsprozess. Der dabei entstehende Wasserdampf muss erst einmal zur Bauteiloberfläche hin diffundieren um austreten zu können. Diesen Vorgang beeinflusst das Porengefüge sehr stark, denn der Wasserdampf kann nur durch die Poren an die Oberfläche des Bauteiles gelangen. Der zweite Abschnitt endet mit der Gleichgewichtsfeuchte, die in Kapitel 1.1.4 erklärt wurde.