Holz

Zu den universell einsetzbaren Baustoffen gehören Holz und Holzwerkstoffe, die in vielfältigen Formen angeboten werden (z.B. unbearbeitetes Holz, Schichtholz, Sperrholz, Tischlerplatte, Holzspan- und Holzfaserwerkstoffe). Holz dient bereits seit Jahrtausenden als Brennstoff und Baumaterial.

Rohstoff

Holz ist der Hauptbestandteil von Bäumen, es besteht neben Wasser aus Cellulose (ca. 50%), Hemicellulose (15 - 35%) und Lignin (20 -35%). Daneben sind noch verschiedene Holzbegleitstoffe (z.B. Harze, Gerbstoffe) enthalten.

Aus Cellulose und Hemicellulose (Polysaccharide) werden Fasern gebildet (sogenannte Fibrillen), aus denen überwiegend das Gerüst der Zell- und Gefäßwände aufgebaut ist. Lignin ist ähnlich wie Cellulose aufgebaut, aber weniger belastbar. Es ist für den eigentlichen Holzcharakter der Pflanzenzellen verantwortlich. Harze sind in den Zellgängen gebildete ätherische Öle. Sie haben eine Wundheilende Funktion bei inneren und äußeren Verletzungen des Baumes. In der Regel ist der Gehalt bei Nadelhölzern größer als bei Laubbäumen. Da Harze wasserunlöslich sind, behindern sie den Wassereintritt ins Holz. Dies führt zu Problemen bei der Anwendung von Anstrichstoffen und Klebern. Gerbstoffe finden sich hauptsächlich in der Rinde und im Kern des Stammes. Sie wirken als Schutz gegen Holzschädigende Pilze und Insekten.

Frisch geschlagenes Holz enthält beträchtliche Mengen an Wasser, die ein Drittel bis die Hälfte des Gesamtgewichts ausmachen können. Während der Trocknung verändert Holz seine Form, daher muss sie abgeschlossen sein, bevor es weiterverarbeitet wird. Holz kann entweder an der Luft (Dauer: mehrere Monate) oder in einer Kammer bei erhöhten Temperaturen (i.d.R. bis 100 °C, Dauer: wenige Tage) getrocknet werden.

Der Stamm eines Baumes besteht aus Kern- und Splintholz. Der Mittelteil des Stammes (Kern) wird aus abgestorbenen Zellen gebildet, die keine Feuchtigkeit mehr transportieren können. Dadurch nimmt die Holzfeuchtigkeit ab. Es können Färb- und Gerbstoffe, Harze und Fette eingelagert werden. Holz, das aus diesem Bereich gewonnen wird, ist dadurch schwerer, härter und widerstandsfähiger gegen Schädlinge. Als Splintholz werden die äußeren, jüngeren Schichten des Stammes bezeichnet. Es ist heller gefärbt und besteht aus lebenden, aktiven Zellen, die den Flüssigkeitstransport nach innen übernehmen.
Hölzer werden allgemein in Weich- und Harthölzer unterteilt. Unter Weichholzarten versteht man solche Baumarten, die kein Kernholz ausbilden, sondern nur über das weichere Splintholz verfügen (z.B. Birke, Erle, Ahorn und Weide). Harthölzer verfügen dagegen über zentrales Kernholz, besonders vielen Holzfasern mit dicken Wänden und engen Gefäßen. Beispiele sind Eiche, Buchsbaum, Lärche oder Ebenholz (auch Kernholzbäume genannt). Unter Reifholzarten versteht man die Arten, bei denen der Kern beim Altern abstirbt. Dadurch ist bei diesen Hölzern kein Farbunterschied zwischen Kern- und Splintholz vorhanden (z.B. Tanne, Fichte, Rotbuche, Linde).

Laubhölzer haben ein höheres Eigengewicht und sind schwerer zu bearbeiten als Nadelhölzer. Außerdem weisen sie eine höhere Querdruckfestigkeit auf und somit ein höheres Quell- und Schwindvermögen.

Tropenhölzer (z.B. Palisander, Teak, Mahagoni) sind sehr beständig gegenüber Feuchtigkeit und zeichnen sich durch eine schwache, geradlinige, astfreie Maserung aus. Durch unkontrolliertes Abholzen tropischer Hölzer werden jedoch weite Teile des Regenwaldes vernichtet, was mit zu globalen klimatischen Veränderungen beiträgt. Um dieser Entwicklung entgegen zu wirken, ist ein Zertifikat eingeführt worden, das sogenannte FSC-Label (Forest Stuartship Council). Es wird für Tropenholz vergeben, das in nachhaltiger Waldbewirtschaftung gewonnen wird. Um diese Problematik zu umgehen, sollten nach Möglichkeit grundsätzlich nur heimische Hölzer verwendet werden.

Aufgrund von Schäden (z.B. Blitz- oder Frostrisse, Insekten- oder Pilzbefall) oder bestimmten Wachstumsmerkmalen (z.B. Krümmungen, Schrägfaser, Drehwuchs, Äste oder Harzgallen) werden Hölzer in verschiedene Güteklassen eingeteilt (0 - IV, mit Güteklasse 0 als qualitativ hochwertigste Klasse).

Für die Beschreibung der Dichte werden beim Baustoff Holz wegen seines kapillaren Stoffgefüges verschiedene Definitionen verwendet. Abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft wird von der Holzstruktur mehr oder weniger Wasser aufgenommen. Dadurch ändert sich das Volumen des Holzes (durch Quellen bzw. Schwinden) und dementsprechend die Dichte.

Als Reindichte (rH) von Holz wird die Dichte der wasser- und hohlraumfreien Holzhauptbestandteile bezeichnet. Für alle Holzarten ergibt sich dabei im Mittel ein Wert von etwa 1.500 kg/m3.
Die Rohdichte/Darrdichte (rO) von Holz ist die Dichte des wasserfreien Holzkörpers. Dabei werden alle Hohlraumanteile (Kapillarsystem, Zell- und Gefäßvolumen) sowie alle eingelagerten Holzinhaltsstoffe berücksichtigt. Je nach Holzart, Wuchsbedingungen eines Baumes und Baumteil variiert die Darrdichte zwischen 60 und 1.300 kg/m3.

Mit dem Begriff Normal-Rohdichte (rO,N) wird das Verhältnis der Masse des Holzes, die sich bei einem mittleren Holzfeuchtesatz von 12 Gewichtsprozenten einstellt (Holzgleichgewichtsfeuchtesatz), zu dem bei diesen Bedingungen erreichten Volumen beschrieben. Je nach Holzart liegt der Wert für die Normal-Rohdichte zwischen 450 und 800 kg/m3.

Der Quotient aus der Masse des trockenen Holzes und dem Volumen, das es aufgrund von Wassereinlagerung im mikrokapillaren Hohlraumsystem maximal einnehmen kann (maximales Quellmaß), wird als Raumdichte (R) bezeichnet. Die Raumdichte liegt je nach Holzart zwischen 400 und 700 kg/m3.

Eigenschaften

Normal-Rohdichte  Fichte, Tanne 470 kg/m3
Lärche 590 kg/m3
Eiche 670 kg/m3 Buche 690 kg/m3  
Wärmeleitfähigkeit (l)  0,16W/m • K
mittlere Wärmespeicherung, warme Oberfläche  
Verhalten gegenüber Feuchtigkeit  Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl:
= 15 - 40 (in Abhängigkeit von der Aufnahmefähigkeit der Zellen),
Schutz gegen Witterungseinflüsse erforderlich  
Mechanische Eigenschaften  Holz ist ein micellarer Baustoff,dadurch sehr unterschiedliche Zug- und Druckfestigkeit, sowie Elastizität, u.a. 

Holz muss gegen den Befall von Insekten und Pilzen geschützt werden. Die Verwendung von Holzschutzmitteln sollte jedoch sehr genau geprüft werden, da diese Mittel i.d.R. gesundheitsschädlich sind.

Grundsätzlich ist die Anwendung von Holzschutzmitteln gemäß DIN 68 800 nur noch für tragende Hölzer im nicht Witterungsgeschützten Außenbereich vorgeschrieben. Zunächst sollten daher alle Möglichkeiten des konstruktiven Holzschutzes ausgeschöpft werden. Weitergehende Informationen - insbesondere zu umweltfreundlichen Holzschutzmitteln - sind in Übersichten des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt, Berlin) erhältlich.

Verwendung im Bauwesen

Im Hochbau werden Nadelhölzer (NH) aus ganz Europa vorwiegend als Bauholz verwendet, z.B. Fichte, Rot- und Pechtanne, Weiß- und Edeltanne, Kiefer, Föhre, Lärche. Von den Laubholzarten werden hauptsächlich Buchen, Rotbuchen und Eichen, für Beläge auch Eschen oder Kastanien eingesetzt.

Bauholz wird in Baurundholz, Bauschnittholz sowie Brettschichtholz unterschieden. Holz ohne Äste und Rinde wird als Baurundholz verwendet. Latten, Bretter, Bohlen, Kanthölzer und Balken werden unter dem Sammelbegriff Bauschnittholz zusammengefasst. Bretter und Bohlen werden entweder gehobelt, ungehobelt, gespundet oder als Profilbretter eingesetzt.

Brettschichtholz besteht aus mehr als zwei mit ihren Breitseiten waagerecht übereinander verleimten Einzelbrettern (Stärke: 70 mm).

Die „rechten Seiten“ befinden sich außen. Der Grund hierfür liegt in der Vermeidung von Querzugsbeanspruchungen bei klimatischen Veränderungen. Sie werden in beliebiger Länge und Höhe sorgfältig hergestellt und weisen daher hohe Spannweiten und eine hohe Tragfähigkeit auf.

Umweltverträglichkeit

Holz als CO2-Speicher (in einem Kilogramm Holz sind im Durchschnitt 1,8 kg oder ca. 900 I CO2 gebunden) leistet einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der CO2-Bilanz. In der Nachnutzung als Brennstoff kann aus Holz wieder Energie gewonnen werden. Diese Energie deckt ein Mehrfaches der Produktionsenergie. Bei der Verbrennung entsteht keine zusätzliche CO2-Belastung der Atmosphäre (= CO2-Neutralität).

Rohstoffe  Als nachwachsender Rohstoff ausreichend verfügbar Tropenholz aus unkontrolliertem Abbau nur begrenzt verfügbar 
Herstellung  Heimische Hölzer unproblematisch,
Tropenholz aufgrund weiter Transportwege sehr energieintensiv  
Primärenergiebedarf  für heimische Hölzer 100 - 150 kWh/m3
incl. technischer Trocknung ca. 500 kWh/m3
(zum Vergleich: Brennwert für Nadelholz = ca. 1.500 kWh/m3)  
Verarbeitung, Nutzung  Bei Belastung mit Holzschutzmitteln gesundheitsschädlich,
bei Staubbelastung von
• Hartholz: Gefahr der Sensibilisierung
• Eichen- und Buchenholz: krebserzeugend  
Entsorgung  Wieder verwendbar bei zerstörungsfreiem Ausbau,
sonst stoffliche Verwertung zu Holzwerkstoffen, häufig thermische Verwertung