Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers, einen Schichtkörper, sowie dessen Verwendung als Bauteil im Hochbau.

Stand der Technik

Der nachwachsende Rohstoff Holz wird seit Urzeiten als Baustoff eingesetzt und hat gegenüber mineralischen Baustoffen wie Beton neben seiner Nachhaltigkeit zusätzliche Vorteile, insbesondere eine hohe Zugfestigkeit bei geringer Dichte und eine ansprechende Ästhetik. Nachteile von Holz als Baustoff liegen primär in der mangelnden Brandfestigkeit und der akustischen Leitfähigkeit, was den Brand- und Schallschutz aufwendig macht, sowie im Quell- und Schwindverhalten unter Einfluss von Feuchtigkeit. Die Kombination von Holz mit einem mineralischen Baustoff als Hybridsystem kann die Vorzüge der beiden Baustoffe miteinander verknüpfen, wobei das Holz die Zugkräfte und der mineralische Baustoff die Druckkräfte aufnehmen kann. Beispielsweise kann dies für Deckenkonstruktionen genutzt werden, die über eine hohe Traglast und Biegesteifigkeit bei relativ geringem Eigengewicht und niedriger Gesamthöhe verfügen und deshalb auch für grosse Spannweiten eingesetzt werden können, bei guten Brand- und Schallschutzeigenschaften. Für die Erzielung solcher Eigenschaften ist es entscheidend, die grundverschiedenen Materialien Holz und mineralischer Baustoff durch ein geeignetes Verbindungsverfahren möglichst schubfest und dauerhaft miteinander zu verbinden, was im Stand der Technik verschiedentlich versucht wurde.

Das typische Vorgehen beim Verbinden von Holz mit einem mineralischen Baustoff wie Beton besteht darin, einen ausgehärteten Betonkörper mittels metallischen Befestigungssystemen wie Schrauben, Bolzen, Klammern oder Ankern mechanisch mit dem Holz zu verbinden. Solche Verbindungen sind zwar stabil und belastbar, aber aufwändig in der Herstellung und optisch oft unbefriedigend. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, durch Einkerbungen (Kerven) oder Schlitze im Holz eine mechanisch stabile Verzahnung mit dem Beton herzustellen, beispielsweise indem der flüssige Beton in Kontakt mit dem Holzkörper aushärtet. Solche Verbindungen weisen aber oft eine ungenügende Stabilität und Dauerhaftigkeit auf, nicht zuletzt aufgrund von Bewegungen im Holz durch Schwinden oder Ausdehnen aufgrund veränderter Feuchtigkeit oder mechanischer Belastung. Auch das Verkleben von Holz mit ausgehärtetem Beton ist bekannt. Das Verkleben bedarf typischerweise aber einer aufwändigen Vorbehandlung der Betonoberfläche, bei welcher die Zementhaut auf der Betonoberfläche mechanisch entfernt wird, um Aushärtungsstörungen des Klebstoffs zu vermeiden und eine stabile, belastbare Verbindung zu gewährleisten.

In WO 99/02796 und in M. Brunner et al., Materials and Structures (2007) 40:119- 126, wird das Verkleben von Holz mit Beton mittels eines Klebstoffes in einem nass-in-nass Verfahren und die dabei auftretenden Schwierigkeiten beschrieben. Die so erhaltenen Schichtkörper brechen bei mechanischer Belastung oder durch das Quell- und Schwindverhalten des Holzes bei wechselnder Feuchtigkeit oft an den Klebstoffgrenzflächen. Zudem wird die Aushärtungsreaktion des Klebstoffs durch den frischen Beton oft derart gestört, dass keine ausreichenden Haftkräfte aufgebaut werden und somit keine belastbare und/oder dauerhafte Verbindung entsteht.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hybridsystem enthaltend Holz und einen mineralischen Baustoff zur Verfügung zu stellen, welches einfach herstellbar ist, geeignet ist als Bauelement im Hochbau und die Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Überraschenderweise wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers wie in Anspruch 1 beschrieben gelöst. Dabei wird ein Holzkörper mit einer flüssig aufgebrachten härtbaren Zusammensetzung enthaltend mindestens ein organisches Bindemittel, bevorzugt auf Epoxidharz- oder Polyiso- cyanat-Basis, und mindestens 80 Gewichts-% mineralische Füllstoffe überschichtet.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist einfach und schnell durchführbar. Die flüssig aufgebrachte Zusammensetzung härtet schnell aus, zeigt kaum Schwund, ist früh belastbar und gibt keine Feuchtigkeit oder Nässe ab wie zementös abbinden- de mineralische Baustoffe. Auch ohne aufwändige Vorbehandlung der Holzoberfläche entsteht eine ausgezeichnete Haftung der ausgehärteten Zusammensetzung auf dem Holzkörper. Der erhaltene Schichtkörper ist mechanisch belastbar und schlagzäh. Er verfügt bereits bei geringer Schichtstärke der applizierten Zusammensetzung und ohne Armierung mit Stahl, Geweben oder Fasern über eine hohe Druckfestigkeit und hohe Vibrationssteifigkeit. Zudem zeigt er einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizient, gute Wärmedämmeigenschaften, keine Empfindlichkeit auf Korrosion und ist besonders unempfindlich gegenüber der Einwirkung von Feuchtigkeit oder Frost, wobei die wasserundurchlässige ausgehärtete Zusammensetzung den Holzkörper quasi imprägniert.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Herstellung von Schichtkörpern, welche hervorragend geeignet sind als nachhaltige Bauteile im Hochbau, insbesondere als Deckenelemente, wo hohe Ansprüche in Bezug auf Ästhetik, Schalldämmung, Festigkeit und Beständigkeit bestehen. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren die Verwendung von Laubholz im Baubereich, welches aufgrund der im Vergleich zu Fichtenholz hohen Tendenz zur Wasseraufnahme oft nicht einsetzbar ist, insbesondere in Kombination mit Frischbeton. Die im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzte Zusammensetzung wirkt auch als Feuchtigkeitssperre und schützt die Holzseite des Schichtkörpers vor von oben her eindringendem Wasser. Die aus dem Verfahren erhaltenen Schichtkörper sind vergleichsweise leicht, stabil und belastbar und besonders geeignet als nachhaltige Bauteile im Hochbau, insbesondere als Deckenelement.

Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand weiterer unabhängiger Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass

- ein Holzkörper bereitgelegt wird,

- eine härtbare Zusammensetzung im flüssigen Zustand auf diesen aufgetragen wird

- und die Zusammensetzung aushärtet, wobei die Zusammensetzung mindestens ein organisches Bindemittel und mindestens 80 Gewichts-% mineralische Füllstoffe bezogen auf die gesamte Zusammensetzung enthält.

Als „mineralischer Füllstoff“ wird ein pulverförmiges oder körniges anorganisches Material bezeichnet.

Als „Schlacke“ wird ein glasig oder kristallin erstarrtes Material bezeichnet, das als Nebenprodukt insbesondere bei der Gewinnung von Metallen in der Erzverhüttung, dem Metallrecycling oder bei der Abfallverbrennung entsteht und in zerkleinerter Form geeignet ist als mineralischer Füllstoff. Es handelt sich um ein Stoffgemisch, dessen Hauptinhaltsstoffe CaO, SiO2, AI2O3, MgO und FeO sind. Mit „Poly“ beginnende Substanznamen wie Polyamin oder Polyol bezeichnen Substanzen, die formal zwei oder mehr der in ihrem Namen vorkommenden funktionellen Gruppen pro Molekül enthalten.

Als „Am in Wasserstoff“ werden die Wasserstoffatome von primären und sekundären Aminogruppen bezeichnet.

Als „Molekulargewicht“ wird die molare Masse (in Gramm pro Mol) eines Moleküls bezeichnet. Als „mittleres Molekulargewicht“ wird das Zahlenmittel Mn einer polydispersen Mischung von oligomeren oder polymeren Molekülen bezeichnet, welches üblicherweise mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) gegen Polystyrol als Standard bestimmt wird.

Als „lagerstabil“ wird eine Zusammensetzung bezeichnet, die bei Raumtemperatur in einem geeigneten Gebinde während längerer Zeit, typischerweise während mindestens 3 Monaten bis zu 6 Monaten und mehr, aufbewahrt werden kann, ohne dass sie sich durch die Lagerung in einem für ihren Gebrauch relevanten Ausmass verändert.

Als „Topfzeit“ einer härtbaren Zusammensetzung wird die maximale Zeitspanne zwischen dem Mischen der Komponenten bis zur Applikation bezeichnet, in der die vermischte Zusammensetzung in einem ausreichend fliessfähigen Zustand ist und die Holzoberfläche gut benetzen kann.

Als „Raumtemperatur“ wird eine Temperatur von 23 °C bezeichnet. Alle im Dokument erwähnten Industriestandards und Normen beziehen sich auf die zum Zeitpunkt der Einreichung der Erstanmeldung gültigen Fassungen, sofern nicht anders angegeben.

Gewichtsprozente (Gewichts-%) bezeichnen Massenanteile eines Bestandteils einer Zusammensetzung bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, falls nichts anderes angegeben ist. Die Begriffe „Masse“ und „Gewicht“ werden im vorliegenden Dokument synonym benutzt.

Bevorzugt besteht der Holzkörper aus Laubholz oder Nadelholz, bevorzugt Buchenholz oder Fichtenholz. Diese Holzarten sind mechanisch belastbar und im Bauwesen weit verbreitet.

Insbesondere besteht der Holzkörper aus Buchenholz. Dieses ist breit verfügbar und besonders hart und belastbar. Wegen seiner hohen Quellfähigkeit unter Feuchtigkeitseinfluss wird es bisher als Baustoff aber eher selten eingesetzt.

Als Holzkörper geeignet sind alle Arten von Formkörpern aus Holz. Bevorzugt sind Formkörper, welche mindestens eine ebene Fläche aufweisen.

Der Holzkörper wird bevorzugt so bereitgelegt, dass oben eine waagrechte, ebene Fläche zu liegen kommt, im Folgenden auch als "Oberseite" bezeichnet.

Bevorzugt weist der Holzkörper die Form eines Würfels oder eines Quaders auf, insbesondere eines Quaders. Im Fall eines Quaders ist dieser bevorzugt so positioniert, dass eine der grössten Flächen oben liegt und somit die Oberseite bildet. Die senkrecht zur Oberseite stehende Seite wird im Folgenden auch als "Dicke" bezeichnet.

Bevorzugt weist der Holzkörper eine Dicke im Bereich von 10 bis 300 mm, bevorzugt 20 bis 200 mm, auf. Die Dicke des Holzkörpers (H) ist in Figur 1 als DH bezeichnet beispielhaft dargestellt.

Bevorzugt weist die Oberseite des Holzkörpers eine Länge im Bereich von 0.3 bis 20 m, besonders bevorzugt 1 bis 10 m, auf. Die Länge des Holzkörpers (H) ist in Figur 1 als L bezeichnet beispielhaft dargestellt. Bevorzugt weist die Oberseite des Holzkörpers eine Breite im Bereich von 50 bis 2'000 mm, bevorzugt 100 bis 1 '500 mm, insbesondere 150 bis 1'000 mm, auf. Die Breite des Holzkörpers (H) ist in Figur 1 als B bezeichnet beispielhaft dargestellt. Bevorzugt hat der Holzkörper die Form eines Quaders, wobei die Länge grösser ist als die Breite und die Breite grösser ist als die Dicke. Ein solcher Holzkörper kann auch als Brett, Balken oder Latte bezeichnet werden.

Der Holzkörper kann aus unverleimtem Massivholz bestehen.

Bevorzugt besteht der Holzkörper aus verleimtem und/oder verzahntem Schichtholz oder Stabschichtholz. Dies ermöglicht grosse Holzkörper von hoher mechanischen Belastbarkeit und dimensionalen Stabilität, insbesondere Holzkörper von 1 m Länge oder mehr und 150 mm Breite oder mehr.

Bevorzugt ist das Holz in einem trockenen, gelagerten Zustand, wie es für die Verwendung als Baumaterial typischerweise ist.

Der Holzkörper kann vor dem Applizieren der härtbaren Zusammensetzung vorbehandelt werden. Bevorzugt wird der Holzkörper von Staub befreit.

Eine mechanische Vorbehandlung in Form von Aufrauen oder Einfräsen von Rillen oder Schlitzen ist möglich, ist für eine gute Verbindung aber nicht notwendig und somit nicht bevorzugt.

Eine Vorbehandlung mittels Aktivatoren oder Primern ist möglich. Insbesondere für eine härtbare Zusammensetzung auf Epoxidharz-Basis ist eine Vorbehandlung mittels Aktivatoren oder Primern für eine gute Haftung aber nicht notwendig.

Bevorzugt ist der Holzkörper beim Aufbringen der flüssigen härtbaren Zusammensetzung an den Aussenseiten, beispielsweise in Verlängerung der Seitenkanten, mit Schalungselementen versehen, so dass die Zusammensetzung nach dem Aufträgen auf dem Holzkörper verbleibt und nicht abfliessen kann. In Figur 1 ist die Dicke DH des Holzkörpers (H) beispielhaft ersichtlich. Die Schalungselemente werden bevorzugt so angebracht, dass sie die Dicke DH des Holzkörpers rund herum umschliessen und nach oben so weit herausragen, dass sie beim vollständigen Auffüllen des gebildeten Volumens mit der flüssigen Zusammensetzung eine komplette Verschalung bilden. Bevorzugt entspricht die Höhe der Schalungselemente der Dicke D des Schichtkörpers, wie in Figur 1 beispielhaft dargestellt.

Als Schalungselemente geeignet sind Bretter oder sonstige Vorrichtungen, welche nach dem Erhärten der härtbaren Zusammensetzung entfernt werden, wie im Betonbau üblich.

Bevorzugt umfasst die härtbare Zusammensetzung mindestens zwei getrennt verpackte Komponenten, die vor oder während dem Aufbringen der flüssigen Zusammensetzung vermischt werden.

Bevorzugt ist die härtbare Zusammensetzung frei von Zement.

Bevorzugt weist die flüssige Zusammensetzung bei der Applikation eine weitgehend selbstverlaufende, gut giessbare Konsistenz auf, um die Oberfläche des Holzkörpers gut zu benetzen.

Bei der Applikation verhindern die bevorzugt angebrachten Schalungselemente das Abfliessen der applizierten Zusammensetzung. Bevorzugt bilden die Schalungselemente zusammen mit der Oberseite des Holzkörpers eine Giessform, bei welcher die Oberseite des Holzkörpers den Boden bildet. Bevorzugt ragen die Schalungselemente soweit über die Oberseite des Holzkörpers hinaus, dass die Tiefe der Giessform der gewünschten Schichtdicke der härtbaren Zusammensetzung entspricht.

Bevorzugt wird die härtbare Zusammensetzung in einer Schichtdicke im Bereich von 10 bis 300 mm, bevorzugt 20 bis 200 mm, insbesondere 30 bis 100 mm, appliziert. Die Schichtdicke der härtbaren Zusammensetzung (Z) ist in Figur 1 als Dz bezeichnet beispielhaft dargestellt.

Die härtbare Zusammensetzung wird bevorzugt so appliziert, dass eine waagrechte Oberfläche entsteht. Gegebenenfalls wird die Oberfläche Zusammensetzung gegen Ende der Applikation geglättet, beispielsweise mittels eines Spachtelwerkzeugs oder einer Maurerkelle. Zusätzlich kann eine mit Stacheln ausgerüstete Walze zum Einsatz kommen, um auf der Oberfläche vorhandene Luftblasen aufzustechen und so zu beseitigen.

Bevorzugt wird die härtbare Zusammensetzung innerhalb der Topfzeit appliziert.

Anschliessend erfolgt das Aushärten der applizierten härtbaren Zusammensetzung.

Bevorzugt erfolgt das Aushärten der Zusammensetzung bei Umgebungstemperatur, gegebenenfalls unter Einwirkung von Feuchtigkeit. Dabei vernetzt das organische Bindemittel durch chemische Reaktion der enthaltenen Reaktivgruppen. Die Dauer des Aushärteprozesses ist abhängig von den Umgebungsbedingungen und den verwendeten Inhaltsstoffen der härtbaren Zusammensetzung. Typischerweise werden vorhandene Schalungselemente nach etwa 12 bis 24 Stunden entfernt und der Schichtkörper erreicht bei Raumtemperatur nach einigen Tagen bis Wochen seine Endfestigkeit.

Als organisches Bindemittel der härtbaren Zusammensetzung geeignet sind alle Arten von organischen Bindemitteln, insbesondere solche auf Basis von Epoxidharzen, Polyisocyanaten, über Silangruppen vernetzenden Polymeren, ungesättigten Polyesterharzen, Acrylharzen oder weiteren Polymeren mit vernetzungsfähigen Reaktivgruppen.

Bevorzugt ist das organische Bindemittel vor der Applikation auf mindestens zwei separat verpackte, lagerstabile Komponenten verteilt, wobei der mineralische Füllstoff zumindest teilweise als zusätzliche, separat verpackte Komponente vorhanden sein kann. Es ist aber auch möglich, dass das organische Bindemittel in nur einer separat verpackten Komponente vorliegt, wobei insbesondere ein Teil der Reaktivgruppen des organischen Bindemittels in einer blockierten Form vorliegen und beispielsweise durch Hydrolyse während und nach der Applikation durch die Einwirkung von Feuchtigkeit freigesetzt werden, und/oder die Reaktivgruppen des organischen Bindemittels durch die Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzen, wie insbesondere im Fall von Polyisocyanaten. Bevorzugt ist das organische Bindemittel der härtbaren Zusammensetzung ausgewählt aus a) Epoxidharzen und Härtern für Epoxidharze und b) Poly- isocyanaten und Vernetzern für Polyisocyanate. Solche Zusammensetzungen ermöglichen eine schnelle Aushärtung, hohe Haftkräfte auf dem Holzkörper und gute mechanische Eigenschaften des erhaltenen Schichtkörpers ohne Verformungen des Holzkörpers durch Schwund oder Unverträglichkeiten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das organische Bindemittel der härtbaren Zusammensetzung mindestens ein Epoxidharz und mindestens einen Härter für Epoxidharze. Eine solche Zusammensetzung ermöglicht eine ausgezeichnete Haftung der ausgehärteten Zusammensetzung auf dem Holzkörper, ohne eine Vorbehandlung der Holzoberfläche mit Aktivatoren oder Primern vorauszu setzen, wodurch das erfindungsgemässe Verfahren besonders einfach durchführbar ist. Weiterhin ist eine solche Zusammensetzung bei der Durchführung des Verfahrens besonders unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit, beispielsweise in Form einer hohen Luftfeuchtigkeit oder einer erhöhten Feuchtigkeit des Holzkörpers. Auch dies vereinfacht die Durchführung des Verfahrens.

Bevorzugt umfasst eine solche härtbare Zusammensetzung

- eine erste Komponente enthaltend mindestens ein Epoxidharz, insbesondere ausgewählt aus Bisphenol A-Diglycidylethern, Bisphenol F-Diglycidylethern und Phenol-Novolak-Glycidylethern mit einer mittleren Funktionalität von 2.3 bis 3,

- und eine zweite Komponente enthaltend den Härter für Epoxidharze enthaltend mindestens ein Polyamin mit aliphatisch gebundenen Aminogruppen und mindestens 3 Aminwasserstoffen, und der mineralische Füllstoff ist als Bestandteil der ersten und/oder der zweiten Komponente und/oder als weitere Komponente vorhanden.

Als Epoxidharz geeignet sind insbesondere Epoxid-Flüssigharze. Dies sind technische Epoxidharze, die bei Raumtemperatur fliessfähig sind und eine Glasübergangstemperatur unterhalb von 25°C aufweisen. Diese werden auf bekannte Art und Weise erhalten, insbesondere aus der Glycidylisierung von Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen, insbesondere Polyphenolen, Polyolen oder Aminen, durch Umsetzung mit Epichlorhydrin.

Geeignete Epoxidharze sind insbesondere aromatische Epoxid-Flüssigharze, insbesondere die Glycidylether von

- Bisphenol A, Bisphenol F oder Bisphenol A/F, wobei A für Aceton und F für Formaldehyd steht, welche als Edukte zur Herstellung dieser Bisphenole dienten. Im Fall von Bisphenol F können auch Stellungsisomere vorhanden sein, insbesondere abgeleitet von 2,4'- oder 2,2'-Hydroxyphenylmethan.

- Dihydroxybenzol-Derivaten wie Resorcin, Hydrochinon oder Brenzcatechin;

- weiteren Bisphenolen oder Polyphenolen wie Bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)- methan, 2,2-Bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)propan (Bisphenol-C), Bis(3,5-di- methyl-4-hydroxyphenyl)methan, 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-Bis(3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-Bis(4-hydroxy-3-tert.butyl- phenyl)propan, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)butan (Bisphenol-B), 3,3-Bis(4-hydro- xyphenyl)pentan, 3,4-Bis(4-hydroxyphenyl)hexan, 4,4-Bis(4-hydroxyphenyl)- heptan, 2,4-Bis(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 2,4-Bis(3,5-dimethyl-4-hydro- xyphenyl)-2-methylbutan, 1 ,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan (Bisphenol-Z),

1 , 1 -Bis(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan (Bisphenol-TMC), 1 ,1- Bis(4-hydroxyphenyl)-1 -phenylethan, 1 ,4-Bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]- benzol (Bisphenol-P), 1 ,3-Bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzol (Bisphenol- M), 4,4'-Dihydroxydiphenyl (DOD), 4,4'-Dihydroxybenzophenon, Bis(2-hydroxy- naphth-1 -yl)methan, Bis(4-hydroxynaphth-1 -yl)methan, 1 ,5-Dihydroxynaph- thalin, T ris(4-hydroxyphenyl)methan, 1 , 1 ,2,2-T etrakis(4-hydroxyphenyl)ethan, Bis(4-hydroxyphenyl)ether oder Bis(4-hydroxyphenyl)sulfon;

- Novolaken, welche insbesondere Kondensationsprodukte von Phenol oder Kresolen mit Formaldehyd bzw. Paraformaldehyd oder Acetaldehyd oder Crotonaldehyd oder Isobutyraldehyd oder 2-Ethylhexanal oder Benzaldehyd oder Furfural sind;

- aromatischen Aminen, wie Anilin, Toluidin, 4-Aminophenol, 4,4'-Methylendi- phenyldiamin, 4,4'-Methylendiphenyldi-(N-methyl)amin, 4,4'-[ 1 ,4-Phenylen- bis(1 -m ethylethyliden)]bisani lin (Bisanilin-P) oder 4,4'-[1 ,3-Phenylen-bis(1 - methylethyliden)]bisanilin (Bisanilin-M). Weitere mögliche Epoxidharze sind aliphatische oder cycloaliphatische Poly- epoxide, insbesondere

- Glycidylether von gesättigten oder ungesättigten, verzweigten oder unverzweigten, zyklischen oder offenkettigen di-, tri- oder tetrafunktionellen C2- bis Cso-Alkoholen, insbesondere Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Hexandiol, Octandiol, Polypropylenglykolen, Dimethylolcyclohexan, Neopen- tylglykol, Dibromoneopentylglykol, Rizinusöl, Trimethylolpropan, Trimethylol- ethan, Pentaerythrol, Sorbit oder Glycerin, oder alkoxyliertes Glycerin oder alkoxyliertes Trimethylolpropan;

- ein hydriertes Bisphenol-A-, -F- oder -A/F-Flüssigharz, beziehungsweise die Glycidylisierungsprodukte von hydriertem Bisphenol-A, -F oder -A/F;

- ein N-Glycidylderivat von Amiden oder heterocyclischen Stickstoffbasen, wie Triglycidylcyanurat oder Triglycidylisocyanurat, oder Umsetzungsprodukte von Epichlorhydrin mit Hydantoin.

Bevorzugt sind aromatische Epoxid-Flüssigharze, insbesondere mit einem mittleren Epoxid-Equivalentgewicht im Bereich von 156 bis 210 g/eq.

Bevorzugt ist das Epoxidharz ausgewählt aus Bisphenol A-Diglycidylethern, Bisphenol F-Diglycidylethern und Phenol-Novolak-Glycidylethern mit einer mittleren Funktionalität von 2.3 bis 3. Diese weisen eine gut handhabbare Viskosität auf und ermöglichen härtbare Zusammensetzungen mit guter Verarbeitbarkeit und hoher Festigkeit und Beständigkeit nach der Aushärtung.

Bevorzugt sind weiterhin Epoxidharze, welche zumindest teilweise auf nachwachsenden Rohstoffen beruhen, insbesondere Epoxidharze aus der Umsetzung von biobasierten hydroxyfunktionellen Verbindungen mit biobasiertem Epichlorhydrin. Besonders bevorzugt sind Vanillin-basierte Epoxidharze wie insbesondere Vanil- linalkohol-Diglycidylether oder die Glycidylether von Bisvanillin-Derivaten, sowie Glycerol-basierte Epoxidharze wie insbesondere die Glycidylether von Glycerol oder Polyglycerol. Solche Epoxidharze ermöglichen besonders nachhaltige Schichtkörper. Bevorzugt enthält die erste Komponente dieser Ausführungsform mindestens einen Epoxidgruppen-haltigen Reaktivverdünner, wie insbesondere Butandiol- diglycidylether, Hexandioldiglycidylether, Trimethylolpropandi- oder triglycidylether, Phenylglycidylether, Kresylglycidylether, Guaiacolglycidylether, 4-Methoxyphenyl- glycidylether, p-n-Butylphenylglycidylether, p-tert.Butylphenylglycidylether, 4- Nonylphenylglycidylether, 4-Dodecylphenylglycidylether, Cardanolglycidylether, Benzylglycidylether, Allylglycidylether, Butylglycidylether, Hexylglycidylether, 2- Ethylhexylglycidylether, oder Glycidylether von natürlichen Alkoholen wie insbesondere Cs- bis C10- oder C12- bis C14- oder C13- bis Ci s-Alkylglycidylether. Bevorzugt sind Butandioldiglycidylether, Hexandioldiglycidylether, C12- bis C14- Alkylglycidylether oder eine Kombination dieser Reaktivverdünner.

Die zweite Komponente dieser Ausführungsform enthaltend den Härter für Epoxidharze enthält mindestens ein Polyamin mit aliphatisch gebundenen Aminogruppen und mindestens 3 Am in wasserstoffen.

Geeignete solche Polyamine sind insbesondere N-Benzyl-1 ,2-ethandiamin, N- Benzyl-1 ,2-propandiamin, N-Benzyl-1 ,3-bis(aminomethyl)benzol, N-(2-Ethylhexyl)-

1.3-bis(aminomethyl)benzol, 2,2-Dimethyl-1 ,3-propandiamin, 1 ,3-Pentandiamin (DAMP), 1 ,5-Pentandiamin, 1 ,5-Diamino-2-methylpentan (MPMD), 2-Butyl-2-ethyl- 1 ,5-pentandiamin (C11-Neodiamin), 1 ,6-Hexandiamin, 2,5-Dimethyl-1 ,6-hexan- diamin, 2,2(4),4-Trimethyl-1 ,6-hexandiamin (TMD), 1 ,7-Heptandiamin, 1 ,8-Octan- diamin, 1 ,9-Nonandiamin, 1 ,10-Decandiamin, 1 ,11-Undecandiamin, 1 ,12-Dodecan- diamin, 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ,4-Diaminocyclohexan, 1 ,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan,

1.4-Bis(aminomethyl)cyclohexan, Bis(4-aminocyclohexyl)methan, Bis(4-amino-3- methylcyclohexyl)methan, Bis(4-amino-3-ethylcyclohexyl)methan, Bis(4-amino-3,5- dimethylcyclohexyl)methan, Bis(4-amino-3-ethyl-5-methylcyclohexyl)methan, 1 - Amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexan (IPDA), 2(4)-Methyl-1 ,3-diamino- cyclohexan, 2,5(2,6)-Bis(aminomethyl)bicyclo[2.2.1]heptan (NBDA), 3(4),8(9)- Bis(aminomethyl)tricyclo[5.2.1 .0 ² ’ ⁶ ]decan, 1 ,4-Diamino-2,2,6-trimethylcyclohexan (TMCDA), 1 ,8-Menthandiamin, 3,9-Bis(3-aminopropyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5.5]- undecan, 1 ,3-Bis(aminomethyl)benzol (MXDA), 1 ,4-Bis(aminomethyl)benzol, Bis(2- aminoethyl)ether, 3,6-Dioxaoctan-1 ,8-diamin, 4,7-Dioxadecan-1 ,10-diamin, 4,7- Dioxadecan-2,9-diamin, 4,9-Dioxadodecan-1 ,12-diamin, 5,8-Dioxadodecan-3,10- diamin, 4,7,10-Trioxatridecan-1 ,13-diamin oder höhere Oligomere dieser Diamine, Bis(3-aminopropyl)polytetrahydrofurane oder andere Polytetrahydrofurandiamine, Polyoxyalkylendi- oder -triamine, insbesondere Polyoxypropylendiamine oder Polyoxypropylentriamine wie Jeffamine® D-230, Jeffamine® D-400 oder Jeffamine® T-403 (alle von Huntsman), Furan-basierte Amine wie 2,5-Bis(aminomethyl)furan, 2,5-Bis(aminomethyl)tetrahydrofuran, Bis(5-aminomethylfuran-2-yl)methan, Bis(5- aminomethyltetrahydrofuran-2-yl)methan, 2,2-Bis(5-aminomethylfuran-2-yl)propan oder 2,2-Bis(5-aminomethyltetrahydrofuran-2-yl)propan, oder Diethylentriamin (DETA), Triethylentetramin (TETA), Tetraethylenpentamin (TEPA), Pentaethylenhexamin (PEHA), Dipropylentriamin (DPTA), N-(2-Aminoethyl)-1 ,3-propandiamin (N3-Amin), N,N'-Bis(3-aminopropyl)ethylendiamin (N4-Amin), N,N'-Bis(3-amino- propyl)- 1 ,4-diaminobutan, N5-(3-Aminopropyl)-2-methyl-1 ,5-pentandiamin, N3-(3- Aminopentyl)-1 ,3-pentandiamin, N5-(3-Amino-1-ethylpropyl)-2-methyl-1 ,5-pentan- diamin, N,N'-Bis(3-amino-1-ethylpropyl)-2-methyl-1 ,5-pentandiamin, 3-(2-Amino- ethyl)aminopropylamin, Bis(hexamethylen)triamin (BHMT), N-Aminoethylpiperazin, 3-Dimethylaminopropylamin (DMAPA), 3-(3-(Dimethylamino)propylamino)propyl- amin (DMAPAPA), aminfunktionelle Addukte der genannten Amine mit Epoxiden, Phenalkamine, welche Umsetzungsprodukte von Cardanol mit Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, und Polyaminen darstellen, Polyamidoamine wie insbesondere Umsetzungsprodukte aus einer Dimerfettsäure mit einem stöchiometrischen Überschuss eines Polyamins wie insbesondere DETA, TETA oder TEPA.

Bevorzugt enthält der Härter eine Kombination aus zwei oder mehr solcher Polyamine.

Bevorzugte Polyamine sind MPMD, TMD, 1 ,2-Diaminocyclohexan, 1 ,3-Bis(amino- methyl)cyclohexan, 1 ,4-Bis(aminomethyl)cyclohexan, Bis(4-aminocyclohexyl)- methan, IPDA, 2(4)-Methyl-1 ,3-diaminocyclohexan, MXDA, DETA, TETA, TEPA, N3-Amin, N4-Amin, DPTA, Polyoxypropylendi- oder -triamine mit einem mittlerem Molekulargewicht Mn im Bereich von 200 bis 500 g/mol oder Polyamidoamine, sowie insbesondere Kombinationen dieser Amine. Bevorzugt enthält eine Epoxidharz-basierte härtbare Zusammensetzung weitere Inhaltsstoffe, insbesondere Verdünner wie Benzylalkohol oder Katalysatoren wie Calciumnitrat, Sulfonsäuren oder Phenolgruppen-haltige Amine wie insbesondere 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol, oder weitere in Epoxidharz-Zusammensetzungen üblicherweise eingesetzte Substanzen.

Bevorzugt sind weder das Epoxidharz noch der Härter wasserbasiert. Eine solche härtbare Zusammensetzung enthält bevorzugt nur einen geringen Gehalt an Wasser, bevorzugt weniger als 5 Gewichts-%, insbesondere weniger als 1 Gewichts- %, Wasser bezogen auf die gesamte Zusammensetzung. Eine solche Zusammensetzung ist nach der Aushärtung besonders beständig.

Bevorzugt werden die Komponenten einer solchen Epoxidharz-basierten Zusammensetzung in einem solchen Verhältnis vermischt, dass das molare Verhältnis der Aminwasserstoffe zu den Epoxidgruppen im Bereich von 0.5 bis 1.5, insbesondere 0.7 bis 1.2, liegt. Eine solche Zusammensetzung härtet schnell und störungsfrei aus.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das organische Bindemittel der härtbaren Zusammensetzung mindestens ein Polyiso- cyanat und mindestens einen Vernetzer für Polyisocyanate. Eine solche Zusammensetzung härtet besonders schnell aus, was ein besonders effizientes Verfahren ermöglicht.

Bevorzugt umfasst eine solche härtbare Zusammensetzung

- eine erste Komponente enthaltend einen Vernetzer für Polyisocyanate enthaltend mindestens ein Polyol mit einem mittleren Molekulargewicht von 250 bis 2'000 g/mol und einer mittleren OH-Funktionalität von 1 .7 bis 6,

- und eine zweite Komponente enthaltend mindestens ein Polyisocyanat, und der mineralische Füllstoff ist als Bestandteil der ersten und/oder der zweiten Komponente und/oder als weitere Komponente vorhanden.

Bevorzugt sind bei Raumtemperatur flüssige Polyole. Bevorzugt sind handelsübliche Polyole, wie sie üblicherweise für Polyurethanzusammensetzungen eingesetzt werden, insbesondere Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole, Polyacrylatpolyole, Polyole abgeleitet von natürlichen Fetten oder Ölen, wie insbesondere Rizinusöl oder Umsetzungsprodukte von Rizinusöl mit Ketonharzen, Polykohlenwasserstoffpolyole wie Polybutadienpolyole, sowie Kombinationen solcher Polyole.

Bevorzugt sind Polyole mit einem mittleren Molekulargewicht von 250 bis 1 '000 g/mol.

Bevorzugt sind Polyole mit einer mittleren OH-Funktionalität von 1 .8 bis 4.

Bevorzugt enthält die erste Komponente mindestens einen weiteren Vernetzer, wie insbesondere 1 ,2-Ethandiol, 1 ,3-Propandiol, 2-Methyl-1 ,3-propandiol, 1 ,4-Butan- diol, 1 ,5-Pentandiol, Neopentylglykol, 1 ,6-Hexandiol, 3-Methyl-1 ,5-pentandiol, 1 ,7- Heptandiol, 1 ,8-Octandiol, 1 ,3-Cyclohexandimethanol, 1 ,4-Cyclohexandimethanol, Diethylenglykol oder Triethylenglykol, oder weitere zwei- oder mehrfunktionelle Alkohole wie insbesondere ethoxyliertes Bisphenol-A, propoxyliertes Bisphenol-A, Cyclohexandiol, hydriertes Bisphenol-A, Dimerfettsäurealkohole, 1 ,1 ,1-Trimethy- lolethan, 1 ,1 ,1-Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythritol, Zuckeralkohole wie insbesondere Xylit, Sorbit oder Mannit oder Zucker wie insbesondere Saccharose oder alkoxylierte Derivate der genannten Alkohole oder Mischungen der genannten Alkohole.

Weiterhin kann die erste Komponente weitere Vernetzer enthalten, wie insbesondere Amingruppen-haltige Verbindungen oder zwei- oder mehrfunktionelle Ald- imine oder Ketimine.

Als Polyisocyanat geeignet sind insbesondere Diisocyanate, Oligomere oder Polymere oder Derivate von Diiisocyanaten, Isocyanatgruppen-haltige Umsetzungsprodukte von Diisocyanaten mit Polyolen oder Kombinationen davon.

Geeignete Diisocyanate sind insbesondere Toluoldiisocyanat (TDI), Diphenyl- methandiisocyanat (MDI), Gemische aus MDI und MDI-Homologen (polymeres MDI oder PMDI), 1 ,6-Hexandiisocyanat (HDI), 2,2(4),4-Trimethyl-1 ,6-hexan- diisocyanat (TMDI), 1-Methyl-2,4(6)-diisocyanatocyclohexan (HeTDI), Isopho- rondiisocyanat (IPDI) oder Perhydrodiphenylmethandiisocyanat (H12MDI).

Bevorzugt ist das Polyisocyanat eine bei Raumtemperatur flüssige Form von MDI, insbesondere ein polymeres MDI, ein partiell carbodiimidisiertes MDI oder eine Qualität von MDI mit hohem Gehalt an 2,4'-MDI. Diese Polyisocyanate sind einfach verarbeitbar und/oder ermöglichen besonders hohe Festigkeiten.

Bevorzugt enthält eine Polyisocyanat-basierte härtbare Zusammensetzung weitere Inhaltsstoffe, insbesondere Lösemittel oder Verdünner, Katalysatoren für die Vernetzungsreaktion, Trocknungsmittel wie Molekularsiebe, Haftvermittler wie insbesondere Silane oder Titanate, oder weitere in Polyurethanzusammensetzungen üblicherweise eingesetzte Substanzen.

Eine Polyisocyanat-basierte härtbare Zusammensetzung kann eine geringe Menge Wasser enthalten, insbesondere von 0.005 bis 0.1 Gewichts-% Wasser bezogen auf die gesamte Zusammensetzung. Dadurch kann ein gewisses Aufschäumen der Zusammensetzung bei der Aushärtung erreicht werden, was die Eigenschaften des Schichtkörpers positiv beeinflussen kann. Das Wasser kann als Bestandteil der ersten Komponente vorhanden sein oder in anderer Form beim Vermischen der Komponenten zugegeben werden.

Bevorzugt werden die Komponenten einer solchen Polyisocyanat-basierten Zusammensetzung in einem solchen Verhältnis vermischt, dass das molare Verhältnis der Hydroxylgruppen und gegebenenfalls vorhandener weiterer mit Isocyanaten reaktiven Gruppen zu den Isocyanatgruppen im Bereich von 0.7 bis 1.1 , bevorzugt 0.8 bis 1 .0, liegt. Eine solche Zusammensetzung härtet schnell und störungsfrei aus.

Die härtbare Zusammensetzung enthält in allen Ausführungsformen mindestens 80 Gewichts-% mineralische Füllstoffe. Diese können als eigene Komponente vorliegen und vor oder während der Applikation mit der restlichen Zusammensetzung gemischt werden, und/oder sie können mit weiteren Bestandteilen der Zusammensetzung vorkonfektioniert vorliegen.

Im Fall der vorgängig beschriebenen Epoxidharz-basierten oder Polyisocyanat- basierten Zusammensetzungen umfassend eine erste und eine zweite Komponente sind die mineralischen Füllstoffe als Bestandteil der ersten und/oder der zweiten Komponente und/oder weitere Komponente vorhanden.

Bevorzugt ist zumindest ein Teil der mineralischen Füllstoffe als eigene, dritte Komponente und gegebenenfalls auch als weitere, vierte Komponente vorhanden.

Bevorzugt enthält die härtbare Zusammensetzung mindestens 85 Gewichts-% mineralische Füllstoffe bezogen auf die gesamte Zusammensetzung. Dies ermöglicht, dass bei der Aushärtung besonders wenig Wärme freigesetzt wird, sowie einen besonders geringen Schwund bei der Aushärtung, was ein Verziehen des Schichtkörpers verhindert.

Als mineralischer Füllstoff geeignet ist insbesondere Quarzmehl, Quarzsand, Kalksteinsand, Flusssand, Gesteinskörnung, Schlacke, Calciumcarbonat, Kreide, Schwerspat (Baryt), Dolomit, Wollastonit, Talkum, Titandioxid, Eisenoxide, kalzinierte Kiesel, Tonmineralien, Bimsstein, Perlit, Kalkstein, Kalksteinmehl, Silicastaub, Aluminiumoxid, Zement, Flugasche, Metakaolin, Silicafume, Calciumsulfat oder eine Kombination davon. Die Formen und Grössen können von feinem Mehl über Sandpartikel oder Kies bis zu grossen groben Steinen variieren.

Für den Fall, dass die härtbare Zusammensetzung hydraulische Bindemittel wie Zement enthält, sind diese als Füllstoffe vorhanden und die Zusammensetzung härtet auch ohne diese aus.

Bevorzugt ist die härtbare Zusammensetzung frei von Zement.

Bevorzugt als mineralischer Füllstoff ist Quarz und/oder Schlacke.

Bevorzugt enthält die härtbare Zusammensetzung mindestens 50 Gewichts-% mineralische Füllstoffe ausgewählt aus Quarz und Schlacke bezogen auf die gesamte Zusammensetzung. Eine solche Zusammensetzung ist gut verarbeitbar und ermöglicht besonders hohe Festigkeiten.

Die härtbare Zusammensetzung kann weitere Inhaltsstoffe enthalten, insbesondere

- Fasern, insbesondere Glasfasern, Kohlefasern, Metallfasern, Keramikfasern oder Kunststofffasern wie Polyamidfasern oder Polyethylenfasern,

- Rheologie-Modifizierer, insbesondere Verdicker,

- oberflächenaktive Additive, insbesondere Entschäumer, Entlüfter, Netzmittel, Dispergiermittel oder Verlaufsmittel, oder

- Stabilisatoren gegen Oxidation, Wärme, Licht oder UV-Strahlung oder Biozide.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der mineralischen Füllstoffe mit mindestens einem Dispergiermittel, insbesondere einem Polycarboxylatether, beschichtet. Dies ermöglicht eine besonders gute Fliessfähigkeit der härtbaren Zusammensetzung auch bei hohem Gehalt an mineralischen Füllstoffen, und somit auch eine besonders geringe Exothermie bei der Aushärtung und eine besonders hohe Festigkeit der ausgehärteten Zusammensetzung.

Bevorzugt sind Polycarboxylatether in Form von Kammpolymeren, welche Carbonsäuregruppen und/oder Salze davon und Poly(oxyalkylen)-Seitenketten enthalten. Solche Polycarboxylatether sind als Verflüssiger für beispielsweise Mörtel bekannt und sind kommerziell erhältlich, beispielsweise unter dem Markennamen Viscocrete® (von Sika).

Zum Beschichten der mineralischen Füllstoffe kann das Dispergiermittel aufgesprüht werden, oder es kann, gegebenenfalls in verdünnter Form, mit den mineralischen Füllstoffen vermischt werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Schichtkörper, erhalten aus dem erfindungsgemässen Verfahren. Der Schichtkörper umfasst eine Holzschicht und eine Schicht bestehend aus der beschriebenen ausgehärteten Zusammensetzung. Insbesondere besteht der Schichtkörper aus a) der Holzschicht und b) der Schicht aus der ausgehärteten Zusammensetzung.

Bevorzugt weist der Schichtkörper die Form eines Quaders auf.

In Figur 1 ist ein Schichtkörper wie eben beschrieben beispielhaft dargestellt. Dieser umfasst eine Holzschicht (H) und eine Schicht aus der beschriebenen Zusammensetzung (Z).

Bevorzugt bildet die Unterseite des Quaders die Holzseite und die Oberseite des Quaders die ausgehärtete Zusammensetzung. Bevorzugt ist die Dicke der Holzschicht gleich gross oder grösser als die Dicke der Zusammensetzung. In Figur 1 beispielhaft dargestellt ist die Dicke (DH) der Holzschicht (H) und die Dicke (Dz) der Zusammensetzung (Z).

Bevorzugt sind die Dimensionen des Schichtkörpers derart, dass die Holzschicht die Schicht der applizierten Zusammensetzung zu tragen vermag, ohne unter deren Gewicht in nennenswertem Ausmass verbogen zu werden, wenn keine Stützung, Verstärkung oder Armierung erfolgt.

Bevorzugt weist der Schichtkörper eine Traglast von mindestens 100 kN, bevorzugt mindestens 120 kN, auf, bestimmt an einem Schichtkörper der Dimension 5200 x 320 x 180 mm aus Holz und der ausgehärteten Zusammensetzung, wobei die Holzschicht die Dimension 5200 x 320 x 120 mm und die ausgehärtete Zusammensetzung die Dimension 5200 x 320 x 60 mm aufweisen, mittels 4-Punkt-Bie- gung mit zwei Druckzylindern bei einer Prüfspannweite von 5000 mm, Abstand der Druckzylinder von der Auflage jeweils 1680 mm und Abstand zwischen den Druckzylindern 1640 mm.

Bevorzugt liegt die maximale Verformung dabei im Bereich von 70 bis 250 mm, insbesondere 100 bis 200 mm.

Bevorzugt liegt die Steifigkeit des Verbundquerschnitts dabei bei mindestens 10 ⁹ N/mm ² , insbesondere 10 ¹¹ N/mm ² . Der Schichtkörper ist stabil und beständig. Er kann insbesondere frei im Raum transportiert werden, ohne sich dauerhaft zu verbiegen. Er kann gestapelt werden und mit Hitze, Feuchtigkeit oder UV-Licht in Kontakt kommen, ohne dabei nennenswerte Einbussen der Festigkeit zu erleiden.

Der Schichtkörper kann auch als Brett, Balken, Latte oder Sandwichelement bezeichnet werden.

Der Schichtkörper unterscheidet sich dabei von einem verklebten Artikel. Im erfindungsgemässen Schichtkörper ist die ausgehärtete Zusammensetzung nur auf einer Seite flächig in Kontakt mit der Holzschicht. Bei einem mit einer ausgehärteten Zusammensetzung verklebten Artikel hingegen ist die Zusammensetzung zwischen mindestens zwei Substraten angeordnet, mit welchen die Zusammensetzung in Kontakt steht und welche mittels der Zusammensetzung verklebt sind.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des Schichtkörpers als Bauteil im Hochbau, insbesondere als Deckenelement. Als Deckenelement wird der Schichtkörper insbesondere so eingebaut, dass die Holzseite vom Raum her gesehen die sichtbare Decke bildet und die Seite der ausgehärteten Zusammensetzung gegen das Dach oder ein darüberliegendes Stockwerk gerichtet ist.

Der Schichtkörper aus dem erfindungsgemässen Verfahren ermöglicht den Einbau von statisch tragenden Holzdecken, welche besonders trittschalldämmen, wärmedämmend und stabil sind, keine hydraulischen Bindemittel und nur wenig Zuschlagstoffe benötigen und somit besonders nachhaltig sind.

Beispiele

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele aufgeführt, welche die beschriebene Erfindung näher erläutern sollen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Als „Normklima“ (NK) wird eine Temperatur von 23±1 °C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 50±5% bezeichnet. Die verwendeten Holzkörper aus Buchenholz stellten Buchen-Stabschichtholz dar und stammten von der Firma Fagus Suisse SA. verwendete härtbare Zusammensetzungen:

Zusammensetzung Z1 (auf Epoxidharz-Basis):

Sikadur® 42 LE Plus Komponente A (von Sika), reaktivverdünntes Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A/F-Diglycidylether.

Sikadur® 42 LE Plus Komponente B (von Sika), Härter für Epoxidharze enthaltend Isophorondiamin, Polyetheramin, Triethylentetramin und Benzylalkohol.

Sikadur® 42 LE Plus Komponente C (von Sika), Gemisch von mineralischen Füllstoffen enthaltend ca. 75 Gewichts-% Quarz.

Für die Applikation wurden die flüssigen Komponenten A und B und die Pulverkomponente C im Gewichtsverhältnis A:B:C = 3:1 :32 vermischt und innerhalb von 60 min verarbeitet.

Zusammensetzung Z2 (auf Epoxidharz-Basis):

Sikadur® 42 LE Plus Komponente A (von Sika), reaktivverdünntes Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A/F-Diglycidylether.

Sikadur® 42 LE Plus Komponente B (von Sika), Härter für Epoxidharze enthaltend Isophorondiamin, Polyetheramin, Triethylentetramin und Benzylalkohol.

Sikadur® 42 LE Plus Komponente C (von Sika), Gemisch von mineralischen Füllstoffen enthaltend ca. 75 Gewichts-% Quarz.

Quarzsand 2.0 bis 3.2 mm, abgekürzt als "QS".

Für die Applikation wurden die flüssigen Komponenten A und B, die Pulverkomponente C und der Quarzsand QS im Gewichtsverhältnis A:B:C:QS = 3:1 :22:11 vermischt und innerhalb von 60 min verarbeitet.

Zusammensetzung Z3 (auf Polyisocyanat-Basis):

SikaBiresin® F50 Komponente A (von Sika), Polyolgemisch mit ca. 25 Gewichts-% Aluminniumhydroxid und ca. 5 Gewichts-% Molekularsieb.

SikaBiresin® F50 Komponente B (von Sika), flüssiges MDI. Sikadur® 514 Plus Komponente C (von Sika), Gemisch von mineralischen Füllstoffen enthaltend ca. 70 Gewichts-% Quarz und ca. 15 Gewichts-% Portlandzement.

Für die Applikation wurden die flüssigen Komponenten A und B und die Pulverkomponente C im Gewichtsverhältnis A:B:C = 2:1 :20 vermischt und innerhalb von 30 min verarbeitet.

Zusammensetzung Z4 (auf Polyisocyanat-Basis):

SikaBiresin® F50 Komponente A (von Sika), Polyolgemisch mit ca. 25 Gewichts-% Aluminniumhydroxid und ca. 5 Gewichts-% Molekularsieb.

SikaBiresin® F50 Komponente B (von Sika), flüssiges MDI.

Sikadur® 514 Plus Komponente C (von Sika), Gemisch von mineralischen Füllstoffen enthaltend ca. 70 Gewichts-% Quarz und ca. 15 Gewichts-% Portlandzement.

Quarzsand 2.0 bis 3.2 mm, abgekürzt als "QS".

Für die Applikation wurden die flüssigen Komponenten A und B, die Pulverkomponente C und der Quarzsand QS im Gewichtsverhältnis A:B:C:QS = 2:1 :14:7 vermischt und innerhalb von 30 min verarbeitet.

Herstellung von Schichtkörpern:

Beispiel 1 :

Im Normklima wurden mehrere Schichtkörper hergestellt, indem jeweils ein Holzkörper aus Buchenholz von 40 x 50 x 30 mm auf einer waagrechten Unterlage so positioniert wurde, dass eine Fläche von 40 x 50 mm nach oben zu liegen kam und die Dicke 30 mm betrug. Die Oberfläche wurde mittels eines Pinsels entstaubt.

Der so bereitgestellte Holzkörper wurde anschliessend in eine Schalungsform eingespannt, die die Aussenseiten des Holzkörpers lückenlos umgab und die Oberfläche des Holzkörpers um 30 mm überragte, so dass eine Giessform für die härtbare Zusammensetzung von 30 mm Tiefe entstand.

Anschliessend wurde die frisch vermischte Zusammensetzung Z1 in einer Schichtdicke von 30 mm in die Giessform gegeben, so dass diese ganz gefüllt war, und die Oberfläche mittels Maurerkelle geglättet. Nach 12 h im Normklima wurde die Schalungsform entfernt. Man erhielt einen Schichtkörper von 40 x 50 x 60 mm.

Mehrere solche Schichtkörper wurden nach einer Lagerung über 28 d im Normklima einer Druckscherfestigkeitsprüfung unterzogen. Die Druckscherfestigkeit wurde in Anlehnung an DIN EN 392 an der verklebten Scherfläche von 50 x 40 mm mit einer Prüfgeschwindigkeit von 1 mm/s bestimmt.

Weitere solche Schichtkörper wurden über 28 d im Normklima und anschliessend während 24 h bei Raumtemperatur in Wasser gelagert und im nassen Zustand ebenfalls der Druckscherfestigkeitsprüfung unterzogen.

Das Beispiel 1 zeigte nach 28 d Lagerung im Normklima eine Druckscherfestigkeit von 18 MPa (Mittelwert von 5 Schichtkörpern), wobei der Bruch mehrheitlich in der Holzschicht erfolgte.

Nach der Lagerung während 24 h im Wasser war die Holzschicht jeweils deutlich aufgequollen (Volumenzunahme ca. 30 %), die Schichtkörper aber ansonsten unversehrt. Die Druckscherfestigkeit der nassen Schichtkörper betrug 7 MPa (Mittelwert von 5 Schichtkörpern), wobei der Bruch jeweils an der Grenzschicht zwischen der Zusammensetzung Z1 und dem Holz erfolgte.

Beispiele 2 und 3:

Im Normklima wurden mehrere Schichtkörper hergestellt, indem jeweils ein Holzkörper aus Buchenholz von 1020 x 60 x 30 mm auf einer waagrechten Unterlage so positioniert wurde, dass eine Fläche von 1020 x 60 mm nach oben zu liegen kam und die Dicke 30 mm betrug.

Für das Beispiel 2 wurde die Holzoberfläche mittels eines Pinsels entstaubt und anschliessend die frisch vermischte Zusammensetzung Z1 in einer Schichtdicke von 30 mm in die Giessform gegeben, so dass diese ganz gefüllt war, und die Oberfläche mittels Maurerkelle geglättet.

Für das Beispiel 3 wurde die Holzoberfläche mit Sika® Primer MR Fast (wasserbasierter Zweikomponenten-Epoxyprimer, von Sika) vorbehandelt. Nach einer Ablüftzeit von 24 h wurde die frisch vermischte Zusammensetzung Z3 in einer Schichtdicke von 30 mm in die Giessform gegeben, so dass diese ganz gefüllt war, und die Oberfläche mittels Maurerkelle geglättet.

Nach 12 h im Normklima wurde die Schalungsform entfernt. Man erhielt einen Schichtkörper von 1020 x 60 x 60 mm aus Buchenholz und der ausgehärteten Zusammensetzung.

Mehrere solche Schichtkörper wurden nach einer Lagerung von 28 d im Normklima einer 3-Punkt-Biegung gemäss DIN 512186 mit einer Stützweite von 900 mm, einer Vorlast von 5 N und einer Prüfgeschwindigkeit von 5 mm/min unterzogen, wobei die Biegefestigkeit und die maximale Verformung bestimmt wurden. Zur Bestimmung des E-Moduls wurden weitere solche Schichtkörper einer gleichen Prüfung unterzogen, wobei die Prüfgeschwindigkeit 2 mm/min und der Lastbereich 100 bis 3200 N betrug.

Die Resultate sind in Tabelle 1 angegeben.

Als Vergleich (Referenz) wurde ein nicht beschichteter Holzkörper aus Buchenholz der Dimension 1020 x 60 x 60 mm den gleichen Prüfungen unterzogen und die Resultate ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.

Table 1 : Resultate der 3-Punkt-Biegung der Beispiele 2, 3 und Referenz

Beispiel 4 und 5:

Im Normklima wurden Schichtkörper hergestellt, indem ein Stabschichtholzbalken der Dimension 5200 x 320 x 120 mm aus verleimten Buchenkanthölzern (ca. 2000 x 40 x 40 mm) auf einer waagrechten Unterlage so positioniert wurde, dass eine Fläche von 5200 x 320 mm nach oben zu liegen kam und die Dicke 120 mm betrug. Um den Holzbalken herum wurde eine Schalungsform montiert, so dass auf der Oberfläche eine Giessform von 60 mm Tiefe entstand.

Für das Beispiel 4 wurde die Holzoberfläche mittels eines Pinsels entstaubt und anschliessend die frisch vermischte Zusammensetzung Z2 in einer Schichtdicke von 60 mm in die Giessform gegeben, so dass diese ganz gefüllt war, und die Oberfläche mittels Maurerkelle geglättet.

Für das Beispiel 5 wurde die Holzoberfläche mit Sika® Primer MR Fast (wasserbasierter Zweikomponenten-Epoxyprimer, von Sika) vorbehandelt. Nach einer Ablüftzeit von 24 h wurde die frisch vermischte Zusammensetzung Z4 in einer Schichtdicke von 60 mm in die Giessform gegeben, so dass diese ganz gefüllt war, und die Oberfläche mittels Maurerkelle geglättet.

Nach 12 h im Normklima wurde die Schalungsform entfernt. Man erhielt einen Schichtkörper von 5200 x 320 x 180 mm aus Buchenholz und der ausgehärteten Zusammensetzung, ohne Verwerfungen in Länge, Breite oder Höhe. Insbesondere zeigte der Schichtkörper keine Schwindrisse und kein Verziehen durch Schwinden in der härtbaren Zusammensetzung, auch "Schüsselung" genannt, oder ein Abreissen der Zusammensetzung von der Holzfläche nach dem Aushärten.

Mehrere solche Schichtkörper wurden nach einer Lagerung von 28 d im Normklima einer 4-Punkt-Biegung mit zwei Druckzylindern bei einer Prüfspannweite von 5000 mm unterzogen, wobei der Abstand der Druckzylinder von der Auflage jeweils 1680 mm betrug und der Abstand zwischen den Druckzylindern somit 1640 mm betrug. Aus der gemessenen Kraft-Verformungs-Beziehung in der Trägermitte wurden die Biegesteifigkeit des Verbundquerschnitts (Steifigkeit), die Traglast und die maximale Verformung beim Bruch bestimmt (Mittelwert von 2 Schichtkörpern). Die Resultate sind in Tabelle 2 angegeben.

Table 2: Resultate der 4-Punkt-Biegung der Beispiele 4 und 5