Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Die Zukunft des Bauens Recycling im Bau
Hybride Holzkonstruktionen Strategien zur Ressourceneffizienz, Verwertung, Down- und Upcycling
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Verbundstrukturen Institut für Bauingenieurwesen, Technische Universität Berlin
aus: K. Richter, H. Gugerli (1996): Holz und Holzprodukte in vergleichenden Ökobilanzen; Holz als Roh- und Werkstoff 54 (1996), S. 225-231
Konstruktion Primärenergieinhalt PEI [MJ/m²]
GWP
nicht erneuerbar erneuerbar (nutzbar)
GWP
Decken
Außenwände über Terrain
Holz im Verbund mit Beton LCT
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin ARUP
HBV-Decken ersetzen 66% der Beton- menge in den Decken
Holzstützen
Holzhybrid Fassade
Holzkern oder Stahlbetonkern
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Beispiel: LCT1, Dornbirn großflächige, vorfabrizierte HBV-Decken und Fassadenelemente mit sichtbaren Stützen
Bauablauf im Holzbau: Großflächige, vorfabrizierte, vergleichsweise leichte Decken- und Fassadenfertigteile werden mit möglichst wenigen Verbindungen schnell montiert.
Möglichkeit zur Demontage dieser großen Bauteile ist damit prinzipiell gegeben Recycling von Bauteilen prinzipiell möglich
© CREE
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Beispiele für die Fertigteilbauweise im Betonbau
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Recycling, ein kleines Beispiel aus Marwitz Lagerung, Logistik, Bestellung, Verwaltung
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Recycling von großen, tragenden Bauteilen Fragen: Antworten: Abmessungen ? Geometrie-Scan Tragfähigkeiten ? Bestandspläne, Statik Schädigungen ? Qualität ? ZfP, Nachrechnungen Ausbau und Einbau Transport Lagerung Logistik Verfügbarkeit Qualitätssicherung Rechtsraum Gewährleistung Ausbau und Einbau Fügetechnologie Verbindungen Fügetechnologie
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Voraussetzung für das Recycling von kleineren Bauteilen:
wenige, sehr tragfähige, lösbare Verbindungen mit großer Steifigkeit statt viele kleine, weiche, unlösbare Verbindungen Voraussetzung für das Recycling der Baustoffe:
Bauteile aus einheitlichem Material Reduktion der Schichtenanzahl in den Bauteilen (z.B. Fassaden) Trennbarkeit
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Beispiel: Entwicklung von Bauelementen aus einem Material
Trockenrohdichte ρtr < 800 kg/m3 Wärmeleitfähigkeit λtr,10 < 0,2 W/mK Druckfestigkeit flck,cube = 7,0 N/mm²
50 cm dicke Außenwände aus Infraleichtbeton
Prof. Mike Schlaich, TU-Berlin
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Ressourceneffizienz Erweiterung des Anwendungsbereichs von Holzkonstruktionen Erhöhung der Lebensdauer von Holzkonstruktionen Erhöhung der Tragfähigkeit von Holzkonstruktionen
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Forschungsprojekt der TU-Berlin: Hybridbauteile aus Holz und Polyurethan Prof. Dr. Ing. Volker Schmid, Prof. Dr.-Ing. Frank Vogdt, Dipl.-Ing. Özkan Yildiz, Dipl.-Ing. Falk Schaudienst
© Hufton+Crow
© V Schmid
Konstruktiver Holzschutz
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin ARUP
© V. Schmid
Witterungsschutz ohne Verb lechung!
Grundierung
2-3 mm gesprühtes 2K-Polyurethan
Deckbeschichtung für UV-Schutz
Hybridbauteile aus Holz und Polyurethan
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin ARUP
© V. Schmid
Zugtest mit Schulterstäben aus PU-Membran
Dehnung 200% - 300%
Haftzugtest
Rissüberbrückung Rissöffnung von 0 mm auf 5 mm
-30° C
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Tests mit künstlich gealterter, 2-3 mm dicken PU-Membranen
© F. Schaudienst, TU-Berlin
Ermüdungstests in der Klimakammer bei -10° C
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
© Ö. Yildiz, TU-Berlin
Wasserdampfdurchlasswiderstand gemessen als äquivalente Luftschichtdicke sd
3 mm PU Beschichtung 1,8
36 mm Konstruktionsvollholz 1,8
12 mm Furnierschichtholz 1,8
3 mm PU Beschichtung 1,8
36 mm Konstruktionsvollholz 1,8
12 mm Furnierschichtholz 1,8
3 mm PU Beschichtung 1,8
36 mm Konstruktionsvollholz 1,8
12 mm Furnierschichtholz 1,8
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Langzeit - Bewitterungstest
Klasse 3 Klasse 2
kmod = 0,7 kmod = 0,9
kmod (+ 29%)
Tragfähigkeit abhängig von der Nutzungsklasse
frei bewittert: Ziel für PUR:
kdef ( - 60%)
Kriechverformungen abhängig von der Nutzungsklasse
frei bewittert: Ziel für PUR:
Klasse 3 Klasse 2
kdef = 2,0 kdef = 0,8
Klasse 2
kmod = 0,9
Ziel für PUR: Ziel für PUR:
Klasse 2
kdef = 0,8
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© V. Schmid
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Umwelteinwi rkungen
Varia
nte
PUR
Varia
nte
WDV
S
Varia
nte
Holzs
tülp
scha
lung
Varia
nte
Fase
rzem
entp
latt
e
00,05
0,10,15
0,20,25
0,30,35
0,40,45
AP [k
g SO
2/m
2 ]
AP gesamt 80a
Varia
nte
PUR
Varia
nte
WDV
S
Varia
nte
Holzs
tülp
scha
lung
Varia
nte
Fase
rzem
entp
latt
e 0
20
40
60
80
100
GW
P 100
[kg
CO2/
m2 ]
GWP100 gesamt 80a
Varia
nte
PUR
Varia
nte
WDV
S
Varia
nte
Holzs
tülp
scha
lung
Varia
nte
Fase
rzem
entp
latt
e
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
PEI ne
[MJ/
m2 ]
PEIne gesamt 80a
Treibhauspotential Versauerungspotential Primärenergiebedarf
Außenwand mit PUR-Beschichtung
Wärmedämm- verbundsystem
farbig lasierte Holzstülpschalung
Faserzementplatten
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
b)
7 mm
Kombinierte Längs- und Ecken ausrunden Scherbeanspruchung vermeiden
Ausführungsqualität
© V Schmid © V Schmid
Upcycling
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Studentenpavillon aus Holz, upcycling Polyurethan- pressplatten und Polyurethanbeschichtung
© V Schmid
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Herstellung durch Upcycling aus Resten von PU-Dämmplatten
①
②
③ ②
© Puren
© Puren
© Puren
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Polyurethan-Pressplatten
© M. Dörbaum, TU-Berlin
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
© M. Dörbaum, TU-Berlin © M. Dörbaum, TU-Berlin
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Purenit® vgl.: Spanplatten
charakteristische Biegefestigkeit 4,5 N/mm² 14 N/mm² charakteristischer E-Modul 500 N/mm² 2150 N/mm²
Rohdichte [kg/m³] B
iege
fest
igke
it [N
/mm
²]
Biegefestigkeit und Rohdichte
© M. Dörbaum, TU-Berlin
© M. Dörbaum, TU-Berlin
© M. Dörbaum, TU-Berlin
© FG Entwerfen und Konstruieren – Verbundstrukturen, TU-Berlin
purenit®
verrottetes Holz
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Anwendungsbeispiel: Feuchtigkeitsgefährdetes Holz
© V. Schmid © Puren
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Anwendungsbeispiel: Attikaelement
© Puren © Puren
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© M. Dörbaum, TU-Berlin © M. Dörbaum, TU-Berlin © M. Dörbaum, TU-Berlin
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Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid, TU-Berlin
Studentenpavillon aus Holz, upcycling Polyurethan-Pressplatten und Polyurethanbeschichtung
© V. Schmid
© V. Schmid
© V. Schmid
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Studentenpavillon aus Holz, upcycling Polyurethan-Pressplatten und Polyurethanbeschichtung
© V. Schmid © V. Schmid
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Die Zukunft des Bauens Recycling im Bau
Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Verbundstrukturen Institut für Bauingenieurwesen, Technische Universität Berlin