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In Deutschland ist Laubholz als nachwachsende Ressource vorhanden. In langlebigen Produkten verwendet kann es eine hervorragende Kohlenstoffsenke sein. Jedoch wird fast die Hälfte der geernteten Laubhölzer energetisch genutzt. Es ergibt sich eine paradoxe Situation. Der Übergang zu einer holzbasierten Bioökonomie setzt auf die Nutzung natürlicher Kohlenstoffsenken unter Zuhilfenahme nachwachsender Rohstoffe. Laubholz in langlebigen Produkten genutzt, ermöglicht eine langfristige Kohlenstoffspeicherung und erweitert das Angebotspotenzial der Ressource. Dies sind wichtige Schritte in der Erreichung der Ziele des Klimaschutzplans 2050. Ein Umdenken in der Laubholznutzung und eine neue strategische Ausrichtung der Forst- und Holzwirtschaft, die dazu beiträgt, dieses Ziel zu erreichen, erfordert eine klare, gemeinsame Vision. Auf Basis einer dreistufigen Wertschöpfungskettenanalyse wird untersucht, wie die Wertschöpfungskette Laubholz zur Entwicklung der holzbasierten Bioökonomie beitragen kann. Eine höhere Wertschöpfung von Laubholz unterstützt den Übergang zur holzbasierten Bioökonomie und erhöht die Versorgungssicherheit. Transparente Laubholzströme zeigen noch unter Wert genutzte Mengen und ermöglichen eine optimierte Zuordnung der Laubholzströme. Es werden neue Strategien und politische Empfehlungen zur Erhöhung der stofflichen Nutzung von Laubholz für Industrie, Verbände und politische Entscheidungsträger entwickelt und bewertet. Vorliegende Arbeit erweitert den Stand des Wissens, indem die gesamte Wertschöpfungskette Holz betrachtet wird. Erstmalig wurde ein konsistenter Datensatz für die Wertschöpfungskette Laubholz für Deutschland erstellt. Die Arbeit basiert auf der Verknüpfung einer systematischen Literaturrecherche, einer Materialflussanalyse und einer hybriden Delphi-SWOT-Analyse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wertschöpfungskette Laubholz den Übergang zu einer holzbasierten Bioökonomie durch die Erhöhung der stofflichen Laubholznutzung unterstützt.
Die Zielstellung der Arbeit war es, die Faserstofferzeugung für die Herstellung von Holzfaserdämmstoffen zu untersuchen, um zu einem besseren Verständnis der dort stattfindenden physikalischen Vorgänge beizutragen. Für die Bearbeitung der Zielstellung wurden physikalische Experimente zur Faserstofferzeugung im Labormaßstab mit dem TMP-Verfahren (Thermo Mechanical Pulp) und dem RMP-Verfahren (Refiner Mechanical Pulp) sowie den Holzarten Fichte (Picea abies Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.) durchgeführt. Aus den grundlegenden Untersuchungen zur Prozessführung der labortechnischen Faserstofferzeugung konnte eine Vorgehensweise abgeleitet werden, mit der reproduzierbare Ergebnisse in der Untersuchung von Mahlscheiben erzielt werden. Die Untersuchung der Sorption von Wasserdampf durch Hackschnitzel in Sattdampfatmosphäre mit einem Sattdampfdruck zwischen 1 bar und 9 bar respektive einer Temperatur von 120 °C bis 180 °C wurde mittels einer gravimetrischen Messeinrichtung ermittelt. Mit dieser in situ Bestimmung der Holzfeuchte wurde eine vom Sattdampfdruck und der Ausgangs-Holzfeuchte abhängige Absorption vonWasser nachgewiesen, die mit der berechneten Wärmemenge zur Erwärmung der Hackschnitzel assoziiert ist. Die Holzfeuchte nach Entspannung des Sattdampfdrucks war unabhängig von der Höhe des Sattdampfdrucks und stellte sich oberhalb der Ausgangs-Holzfeuchte ein. Der zeitliche Verlauf derWasseraufnahme und -abgabe erfolgte simultan zum Anstieg und Abfall des Sattdampfdrucks. Die Untersuchungen zur spezifischen elektrischen Leistungsaufnahme im TMP-Verfahren zeigten ferner, dass signifikante Unterschiede bezüglich der Holzarten, der Aufschlusstemperaturen und der Mahlscheibenmuster bestanden. Die Faserstofferzeugung mit der Holzart Buche zog, im Vergleich zur Holzart Fichte, eine geringere spezifische elektrische Leistungsaufnahme nach sich. Mit steigender Aufschlusstemperatur nahm die spezifische elektrische Leistungsaufnahme bei beiden untersuchten Holzarten ab und die Differenzen zwischen den Mahlscheibenmustern wurden geringer. Im RMP-Verfahren konnte die prinzipielle Machbarkeit der Faserstofferzeugung für Holzfaserdämmstoffe mit einem speziell entwickelten Mahlscheibenmuster belegt werden. Aus den Versuchen zur Faserstofferzeugung wurde die Erkenntnis gewonnen, dass neben dem Erweichungsverhalten der Holzarten, insbesondere die Gestaltung der Mahlscheibe mit der Reduzierung der spezifischen elektrischen Leistungsaufnahme einherging. Aus den weiteren Untersuchungen zum elektrischen und thermischen Energiebedarf in der Faserstofferzeugung entstand die Erkenntnis, dass neben dem Sattdampfdruck respektive der Aufschlusstemperatur die spezifische elektrische Leistungsaufnahme in Beziehung mit der Konsistenz der Faserstoffe nach dem Aufschluss steht. Die Analyse zur Beschaffenheit der Faserstoffe wurde mit der Kollektivmethode Luftstrahl- Prüfsiebung und der Individualmethode quantitative Bildanalyse durchgeführt. Mit beiden Methoden konnten Unterschiede in den Dispersitätseigenschaften bezüglich der Holzarten, der Aufschlusstemperaturen und der Mahlscheibenmuster nachgewiesen werden. Sowohl mit der Luftstrahl-Prüfsiebung als auch mit der quantitativen Bildanalyse wurde festgestellt, dass die Feinheit der Partikel mit steigender Aufschlusstemperatur zunimmt. Die Wärmeleitfähigkeit wurde im Zweiplattenverfahren an Faserstoffprobekörpern ermittelt, die mit einer aerodynamischen Vlieslegung gebildet wurden. Korrelationstabellen zur Identifizierung von funktionalen Zusammenhängen zwischen Dispersitätseigenschaften und der Wärmeleitfähigkeit lassen den Schluss zu, dass die Feinheit der faserartigen Partikel in Beziehung mit der Wärmeleitfähigkeit stehen. Insgesamt boten spezielle Mahlscheibenmuster ein hohes Potenzial, um den elektrischen und thermischen Energiebedarf im Prozess der Faserstofferzeugung zu senken und die Beschaffenheit der Faserstoffe für die Herstellung von Holzfaserdämmstoffen zu optimieren.
Beech circular hollow laminated veneer lumber sections for temporary soil nailing applications
(2019)
Beech Laminated Veneer Lumber (LVL) circular hollow sections for use as temporary geotechnical soil nailing systems are developed within this thesis. Due to their permanent subsoil cement embedment, combined with high water saturation and permanent loading, the timber sections will lose strength and stiffness over time. Taking into account a duration of load factor for permanent loading of two years, it is recommended to reduce the short term tensile and bending strength of beech circular hollow sections to be used as geotechnical soil nails by 80%. In addition to the determination of material properties on small, clear specimens and full-sized cross-sections, an appropriate surface gluing quality between the veneers is fundamental to this subsoil application of the permanently cement-embedded, engineered timber product. The circular cross-section geometry and the permanently high-alkaline environment of the structural member is not covered by presently standardised testing and conditioning methods for examining LVL surface bond line quality. Standardised test methods had to be modified to determine bonding parameters for the circular, hollow LVL sections. As cement grout ensures the bond between the wooden nails and soil for the mobilisation of a soil reinforcement effect, a reliable connection between cement and wood is required. However, soluble wood constituents may inhibit cement hydration in the contact surface between the timber nails and cement. Pull-off tests on clear LVL specimens with different cement and wood surface modifications as well as the results of large-scale push-out tests are therefore presented. But to permanently ensure the contact between the wood and cement, a high degree of saturation above wood fibre saturation is necessary to keep the hollow sections in a swollen state without moisture-dependent wood shrinking. As no publications of wood moisture development in subsoil were available, long-term tests were performed, measuring the moisture content of subsoil-stored LVL in dependence on the soil moisture content, the suction and the precipitation during a time span of one year. Besides a negative cement influence on the material strength, a positive effect of cement coating on subsoil fungal destruction was realised, resulting in a significantly increased lifetime of cement-coated wood compared to uncoated wood. For temporary soil nailing applications, fungal wood deterioration was found to be of minor importance. But the reduced material strength due to a severe alkaline attack of wood demands a re-consideration of current soil nailing design methods, usually based on a mechanical limit equilibrium analysis of a rigid body motion where just tensile forces of the reinforcement elements are considered, and accompanying forces like bending moments and shear forces are neglected. Distributed fibre optic strain measurements of a steel-reinforced soil nail wall during a time span of six weeks reveal considerable nail curvatures, which are negligible in the case of ductile soil nails with low diameters, but are a significant factor for beech circular hollow laminated veneer lumber sections of larger diameters and brittle material behaviour.