Die Haltbarkeit von Terrassenbelägen wird immer wieder kritisch diskutiert. Es gibt einen Wettstreit zwischen massivem Holz und Holzkompositen (WPC), aber auch zwischen verschiedenen Materialmischungen. Bei einem Forschungsprojekt wurde die Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Beläge genauer untersucht. Prof. Dr. Andreas Krause
I Viele Hersteller geben inzwischen Garantien von bis zu 25 Jahren auf die technische Lebensdauer der Beläge. Im Gegensatz dazu bemängeln Kunden und Gutachter, dass die Beläge zum Teil schon nach nur relativ kurzer Zeit nicht das halten was sie versprechen. Die Langlebigkeit der Terrassenbeläge ist auch ein wichtiges Kriterium für deren Umweltfreundlichkeit. Je länger der Belag hält, desto geringer ist die Umweltwirkung je Fläche (m2) und Zeiteinheit (Jahre).
Fünf Terrassenbeläge im Forschungsprojekt
In einem gemeinsamen Forschungsprojekt des „Das Kunststoffzentrum“ (SKZ), der Universität Göttingen (UGOE) und des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde die Umweltwirkung verschiedener Terrassenbeläge untersucht und ein Versuchsaufbau zur Ermittlung der technische Lebensdauer der Beläge in unterschiedlichen Bewitterungsszenarios entwickelt. Die technische Lebensdauer bezieht sich dabei auf die Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Beläge und nicht auf deren Ästhetik. Dieser Unterschied ist insbesondere wichtig, da Kunden möglicherweise die Beläge vor Ende der technischen Lebensdauer nicht mehr „schön“ finden und deshalb ausgetauscht haben wollen.
Fünf Beläge, davon zwei aus Massivholz und drei aus WPC unterschiedlicher europäischer Hersteller, wurden getestet.
- Bil: Bilinga (Nauclea diderrichii) ist ein westafrikanisches Tropenholz der Dauerhaftigkeitsklasse 1, welches als Terrassenbelag empfohlen wird und im oberen Preis- und Qualitätsniveau angesiedelt ist.
- KDI K: Kesseldruckimprägnierte einheimische Kiefer (Pinus sylvestris) wurde als Alternative ausgewählt. Dieses Holz bildet eher die untere Grenze im Preis- und Qualitätsranking.
- WPC1: Ein Terrassenbelag aus WPC, hergestellt auf Basis von Polyethylen (PE) mit ca. 70 % Holzanteil als Vollprofil mit einer rotbraunen Pigmentmischung zur Farbgebung.
- WPC2: Ein Terrassenbelag mit einer vergleichbaren stofflichen Zusammensetzung wie WPC1, aber als Hohlkammerprofil von einem anderen Hersteller produziert, diente als Vergleich.
- WPC3: Zusätzlich wurde ein Belag auf Basis von PVC mit ca. 50 % Holzanteil ausgewählt, der ebenfalls als Hohlkammerprofil extrudiert wurde. Im Unterschied zu WPC1 und WPC2 wurde dieser mit einer schwarzen Pigmentmischung eingefärbt.
Diese fünf Beläge wurden an vier verschiedenen Standorten im Frühjahr 2011 als je ca. 1 m2 große Terrassenelemente aufgebaut. Es wurden nicht die Aufbauanleitungen der Hersteller befolgt, sondern die Beläge baugleich auf einer Unterkonstruktion aus Lärchenholz befestigt. Je vier Elemente eines Materials wurden wie folgt installiert:
- In der Sonne mit und ohne Benutzung
- Im Schatten mit und ohne Benutzung
Nach jeder Vegetationsperiode (Herbst) 2011 bis 2014 wurden alle Belagbretter abgebaut, bei Raumklima temperiert, gewogen und die Dimension gemessen.
Die mechanische Alterung wurde durch die Messung der Durchbiegung im elastischen Bereich (analog zur Messung von E-Modul) bestimmt. Dazu diente ein Vier-Punkt-Biegeversuchsaufbau mit einem unteren Auflagerabstand von 900 mm, einer Vorlast von 5 kg und einer Prüflast von 40 kg.
Ergebnisse zeigen die Problematik
Die gesamte Bewitterungsdauer betrug vier Vegetationsperioden, rund 1300 Tage. Die verschiedenen Standorte für den Test verursachten eine sehr unterschiedliche Bewitterung der Beläge. In der Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung des Wetters im Untersuchungszeitraum angegeben.
Die Orte Göttingen und Karlsruhe zeigten große Unterschiede in der Bewitterung. Göttingen hatte in diesem Zeitraum die geringste durchschnittliche Temperatur und eine mittlere Niederschlagsmenge, aber die meisten Regentage. Im Gegensatz dazu waren die Temperatur und die Sonnenscheindauer in Karlsruhe am höchsten und die Regentage eher gering, bei gleichzeitig hoher Niederschlagsmenge. Kein Unterschied wurde zwischen den verschiedenen Expositionsarten Sonne oder Schatten bzw. benutzt oder unbenutzt gefunden. Aus diesem Grund wird auf eine weitere Unterscheidung zwischen der Exposition verzichtet.
WPC nimmt zu, Holz nimmt ab
Eine Übersicht der Veränderungen in Gewicht und Dimension findet sich in Tabelle 2. Es ist deutlich zu sehen, dass alle WPC eine Gewichtszunahme verzeichnen. Die Ursache dafür liegt darin, dass die WPC nach der Produktion nahezu trocken sind, dann aber Feuchtigkeit in die Holzzellwand aufnehmen.
Die Massivholzbeläge zeigen eine geringe Abnahme des Gewichtes, was vermutlich durch Feuchtigkeitsabnahme zu erklären ist, da das Holz relativ nass eingebaut wurde. Ein Längenwachstum der Beläge, welches ein übliches Phänomen von WPC ist, wurde kaum beobachtet. Nur die PVC basierten WPC (WPC3) zeigten eine Längenzunahme von ca. 0,5 %. Alle WPC-Beläge zeigten jedoch eine gewisse Zunahme in Breite und Dicke, die von der Feuchtigkeitsaufnahme verursacht wird.
In der oberen Grafik (l.) ist die Veränderung der Durchbiegung der Beläge dargestellt. Eine Zunahme der Durchbiegung entspricht dabei einer Abnahme der Steifigkeit (E-Modul). Es ist zu sehen, dass alle Materialien eine Zunahme der Durchbiegung zu verzeichnen haben. Diese ist in der ersten Vegetationsperiode besonders hoch, wird aber mit der Zeit immer geringer. Während die Zunahme der Durchbiegung der meisten Materialien zwischen 10 und 20 % in vier Jahren liegt, ist die Zunahme bei WPC3 zum Teil mehr als dreimal so hoch. So hat sich die Steifigkeit von WPC3 in diesem Zeitraum fast halbiert. Es ist jedoch auch hier eine Stabilisierung über die Zeit zu beobachten. Über die Ursachen für dieses Verhalten kann hier nur spekuliert werden. Bei der Herstellung von WPC bilden die Formulierungen zusammen mit dem Herstellungsverfahren ein komplexes System, das am Ende die Eigenschaften determiniert. Interessant ist, dass auch das Massivholz (Bilinga und KDI Kiefer) in den ersten Jahren eine Zunahme der Durchbiegung verzeichnet, die auf vergleichbarem Niveau liegt wie WPC1 und WPC2.
Wesentlicher Einfluss durch den Standort
In der rechten Grafik oben ist die Zunahme der Durchbiegung in Abhängigkeit des Standortes verzeichnet. Bei den Holzbelägen zeigt sich kein signifikanter Unterschied zwischen den Standorten. Bei den WPC ist klar erkennbar, dass der Standort einen wesentlichen Einfluss aufweist. Je nach Material ist der Unterschied stärker oder schwächer ausgeprägt. Es wird vermutet, dass insbesondere die geringe Sonnenscheindauer als Maß für generell feuchte Bedingungen die Zunahme der Durchbiegung begünstigt. Dieses Phänomen kann man beim Vergleich von Göttingen mit Karlsruhe sehen. Karlsruhe hat zwar die höchste Niederschlagsmenge, aber weniger Regentage und viel mehr Sonnenstunden.
Ein Material schnitt besonders schlecht ab
In den vier Vegetationsperioden zeigten alle Materialien eine Reduzierung der Steifigkeit. Die jährliche Veränderung wurde jedoch stetig geringer, alle Beläge stabilisieren sich. Ein Material (WPC3) schnitt besonders schlecht ab. Man könnte hier diskutieren, ob nach vier Jahren bereits die technische Lebensdauer erreicht wurde. Verallgemeinerungen für andere WPC auf Basis von PVC lassen sich daraus jedoch nicht ableiten. Der Einbauort der Beläge beeinflusst die Lebensdauer zusätzlich. Dabei scheint in Deutschland jedoch die Feuchtigkeit, z. B. Anzahl der Regentage, wichtiger zu sein als die Sonneneinstrahlung. I
Der Autor
Dr. Andreas Krause ist seit 2013 Professor für Holzkomposite und Verfahrenstechnologie im Zentrum Holzwirtschaft der Universität Hamburg. Sein Hauptforschungsgebiet sind die Thermoplastischen Holzkomposite (WPC).
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