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Verbesserung des Hagelwiderstandes von Holzbeschichtungen durch eine Verstärkung mit nanofibrilliert

Aktualisiert: 9. Dez. 2023























WHFF Projekt 2016.01

Projektleitung: Dipl. Ing. Tina Künniger


Das Kurzvideo zum Projekt auf Youtube kann unter folgendem Link angesehen werden: https://youtu.be/W9XVAMuSfbE



Das Wichtigste in Kürze

  • Unterschiedliche Beschichtungen für Holz im Aussenbereich, verstärkt mit 0%, 2.5%, 3.5% und 5% nanofibrillierter Cellulose (NFC) wurden untersucht.

  • Die Behagelung, auch mit sehr geringer kinetischer Energie, führte an allen Proben zu Schäden in der Beschichtung in Form von Dellen, Haarrissen, grösseren Rissen und Abplatzungen

  • Während an neuwertigen Oberflächen nur relativ geringe Eindrucktiefen an den Einschlagstellen der Eiskugeln gemessen wurden, waren diese Dellen an den vorbewitterten Proben wesentlich tiefer.

  • NFC konnte an den vorbewitterten Proben zur Reduktion der maximalen Eindrucktiefe und zu einer geringeren Intensität der Risse beitragen

  • Nach 9 monatiger Freibewitterung waren 99% aller Hagelschläge deutlich durch Risse und den darin entstandenen Bewuchs mit Mikroorganismen sichtbar

  • Keine der getesteten Varianten erfüllte die Anforderungen an die Hagelwiderstandsklasse 2.


Projektbeschreibung

Holz ist seit vielen Jahrhunderten ein beliebtes Baumaterial für diverse Teile der Gebäudehülle. Zur Gewährleistung von Funktionalität und langer Dauerhaftigkeit als auch aufgrund ästhetischer Ansprüche werden in der Regel Fenster und Türen, aber auch Bauteile wie beispielsweise Fassaden mit Beschichtungen versehen.

Diese Bauteile sind aufgrund ihrer Lage in der Gebäudehülle mechanischen Einflüssen wie Hagelschlag unterschiedlich stark ausgesetzt. Gerade die heute beliebte Bauweise ohne schützende Vordächer führt dazu, dass Fassaden, aber auch beispielsweise Fensterrahmen und Flügel direkt bewittert werden und im Fall eines Hagelsturms stark beansprucht und gegebenenfalls beschädigt werden.


Es besteht eine direkte Abhängigkeit zwischen Materialtyp und Hagelwiderstand. Im Synthesebericht der Präventionsstiftung der Kantonalen Gebäudeversicherungen aus dem Jahre 2007 wird explizit erwähnt, dass der vermehrte Einsatz von Holz nicht zu einer erhöhten Verletzbarkeit der Gebäudehülle führte.


Allerdings zeigt die derzeitige Zuordnung von Holz im aktuellen Hagelregister die bestehende Problematik. Naturbelassene Hobelware als auch Holz mit einer Hydrophobierung bzw. Dünnschichtlasur (Schichtdicke < 30 μm) sind in die Hagelwiderstandklasse HW 3 (HW 1 = sehr schwacher Ha- gelwiderstand; HW 5 = sehr hoher Hagelwiderstand) eingeordnet. Mit einer Dickschichtlasur oder einem Lack (Schichtdicke > 30 μm) beschichtete Hölzer sind aufgrund ihrer schlechten Performance jedoch bisher NICHT klassifiziert!

Hier muss im Gegensatz zu den unbehandelten oder mit Dünnschichtlasur beschichteten Hölzern nach dem Behageln nicht nur das Aussehen bewertet, sondern auch die Wasserdichtheit geprüft werden.


Für die Untersuchungen wurden vier auf unterschiedlichen Bindemitteln basierende, wasserverdünnbare, weiss pigmentierte Beschichtungen für Holz im Aussenbereich ausgewählt. Wichtige Eigenschaften der Beschichtungssysteme, verstärkt mit 0%, 2.5%, 3.5% und 5% nanofibrillierter Cellulose (NFC), wurden im flüssigen Zustand und als freie Filme charakterisiert. An- schliessend wurden die auf gehobelte Fichtenlamellen aufgebrachten Beschichtungen im Neuzustand und im vorbewitterten Zustand mit Eiskugeln (Ø 20 mm) beschossen, um Hagel zu simulieren. Es wurden zwei Hagelintensitäten gewählt, wobei die höhere den Anforderungen der Hagelwiderstandsklasse 2 entsprach. Die Einschlagstellen wurden direkt nach dem Hagelbeschuss, nach 28 Tagen und nach 9 Monaten Freibewitterung bezüglich Schädigungen wie Dellen, Risse usw. untersucht, dokumentiert und bewertet.


Schlussfolgerungen

Die Behagelung, auch mit sehr geringer kinetischer Energie, führte an allen Proben zu Schäden in der Beschichtung in Form von Dellen, Haarrissen, grösseren Rissen und Abplatzungen. Es konnten deutliche Unterschiede an neuwertigen und vorbewitterten Oberflächen festgestellt werden. Während an neuwertigen Oberflächen nur relativ geringe Eindrucktiefen an den Einschlagstellen der Eiskugeln gemessen wurden, waren diese Dellen an den vorbewitterten Pro- ben wesentlich tiefer.


Bei sehr geringen Schussgeschwindigkeiten korrelierten die gemessenen Eindrucktiefen mit der Intensität der entstandenen Risse. Bei grösseren Schussgeschwindigkei- ten kam es generell zu stärkeren Rissen, unabhängig von der gemessenen Eindrucktiefe.

NFC konnte an den vorbewitterten Proben zur Reduktion der maximalen Eindrucktiefe und zu einer geringeren Intensität der Risse beitragen.

Nach 9 monatiger Freibewitterung waren 99% aller Hagelschläge deutlich durch Risse und den darin entstandenen Bewuchs mit Mikroorganismen sichtbar. Keine der getesteten Varianten erfüllte die Anforderungen an die Hagelwiderstandsklasse 2.


Vollständiger Bericht zum Download:

2016.01_Schlussbericht_Verbesserter_Hagelwiderstand_mittels_nanofibrillierter_Cellulose
.pd
Download PD • 5.84MB

Mehr Informationen zum Projekt finden Sie auf ARAMIS.




Das Projekt wurde von der Wald- und Holzforschungsförderung Schweiz WHFF-CH des Bundesamt für Umwelt BAFU und der Konferenz für Wald, Wildtiere und Landschaft KWL der Kantone unterstützt.

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