A Gilka-Bötzow 
email: gilka-boetzow@massivbau.tu-darmstadt.de
  
A Heiduschke 
  
P Haller 
  
The velocity of combustion in relation to the density of wood

In this study, the velocity of combustion (charring rate) of wood in relation to the mass density was determined. Three material types: Balsa, undensified and densified spruce and compressed laminated wood with material densities ranging between 155 and 1340 kg/m 3 were investigated. The specimens were exposed for 30 min in a furnace to the ISO 834 Standard Fire. The experimental results show

that the charring rate decreases exponentially with the increase in density. For densities above 800 kg/m 3 the charring rate reaches a constant value and becomes independent of the density. The reason for the non-linear charring behavior is the thermal conductivity of wood which increases with the increase in density. At the same time the isolating performance of the char layer decreases.

Einleitung

In Haller (2004) Der Einfluss der Rohdichte auf die mechanischen Eigenschaften des Holzes ist hinlänglich bekannt [START_REF] Vorreiter | Holztechnologisches Handbuch[END_REF]. Untersuchungen von Haller und Wehsener (2004) haben gezeigt, dass sich Festigkeit und Steifigkeit von Fichtenholz etwa proportional mit dem Verdichtungsgrad bzw. der Rohdichte ändern. Ähnlich verhält sich dies in Bezug auf das Brandverhalten. Hölzer mit Rohdichten von kleiner als 300 kg/m 3 gelten als gut brennbar, jene mit Dichten von 300 bis 1000 kg/m 3 als mittelmäßig brennbar und wiederum jene mit Dichten über 1000 kg/m 3 als schlecht brennbar [START_REF] Niemz | Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe[END_REF].

Nach [START_REF] Vorreiter | Holztechnologisches Handbuch[END_REF] 

Ergebnisse und Diskussion

Abbildung 1 zeigt die ermittelten Abbrandgeschwindigkeiten von Balsa, unverdichteter und verdichteter Fichte sowie KHP in Abhängigkeit der Rohdichte.

Abbildung 1. Rohdichte-Abbrandrate Diagramm Rückverformung ist auf den so genannten "memory effect" des verdichteten Holzes zurückzuführen.

  Abbrandtiefe die Distanz zwischen der ursprünglichen Bauteiloberfläche und der durch Temperatureinwirkung braun verfärbten, aber noch nicht zu Holzkohle umgewandelten, Schicht -der Abbrandgrenze[START_REF] Lache | Abbrandgeschwindigkeit von Vollholz, Brettschichtholz und Holzwerkstoffen, Forschungsbericht[END_REF]. Zur Ermittlung der Abbrandrate gibt es derzeit keine standardisierten Prüfverfahren. Die in der Norm enthaltenen Werte für β 0 bei Normbrandbeanspruchung basieren auf Literaturwerten unterschiedlicher Herkunft. Differenziert wird nur zwischen Nadel-und Laubholz in Abhängigkeit der Rohdichte.

  steigt die Brandgeschwindigkeit B (in %/min) hyperbolisch mit abnehmender Rohdichte, wobei B als das Differential der durch die Verbrennung entstandenen Gewichtsänderung nach der Abbrandzeit definiert ist. Von ihm wurden Hölzer verschiedener Rohdichten von Balsa (160 kg/m 3 ) bis Pockholz (1270 kg/m 3 ) untersucht. Die Ergebnisse dieser Brandversuche können jedoch aufgrund des stark andersartigen Prüfregimes nur eine Tendenz aufzeigen. Die Relevanz von Dichteunterschieden auf die Abbrandgeschwindigkeit innerhalb einer Holzart ist generell nur für die üblichen Dichtestreuungen, nicht jedoch für verdichtetes Material, untersucht worden. In Tabelle 1 sind der Literatur entnommene Abbrandraten zusammengefasst.Tabelle 1. Abbrandraten von Holz, sinngemäß erweitert nachPiazza et al. (2007) 

  Da die Abbrandraten von Holzart zu Holzart deutlich voneinander abweichen können (siehe Tab. 1), beschränken sich die Untersuchungen im Wesentlichen auf Fichtenholz (Picea abies). Aufgrund ihrer geringen bzw. hohen Dichte wurden außerdem Balsa-und Kunstharz-Pressholzproben (KHP) nach DIN 7707 hinzugezogen. Neben unverdichteten Proben wurde verdichtetes Fichtenholz mit Rohdichten von 600 bis 1320 kg/m 3 untersucht. Die Holzfeuchte des verdichteten Materials betrug im Mittel 7,2 % und lag damit ca. 2 % unter jener des unverdichteten Holzes (9 %). Der Einfluss der Holzfeuchte auf die Abbrandrate kann jedoch im Allgemeinen wegen der geringen Bandbreite der Ausgleichsfeuchte (zwischen 7 und 15 %) vernachlässigt werden. Die Herstellung des Pressholzes erfolgte nach einem von Haller und Wehsener (2003) beschriebenen Verfahren. Dabei wird das Material in Heizpressen über Kontaktwärme bis auf ca. 140 °C erwärmt und anschließend unter geringem Druck senkrecht zur Faser um bis zu 70 % verdichtet. Die in dieser Arbeit beschriebenen Brandversuche orientieren sich an dem in Lache (1992) beschriebenen Verfahren. Es wurde jedoch auf eine kontinuierliche Messung der Abbrandgeschwindigkeit verzichtet, da in der vorher genannten Arbeit gezeigt werden konnte, dass der Abbrand über die Zeit als konstant angesehen werden kann. Die Versuche wurden bei der Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbH mit einem Kleinprüfstand nach DIN 4102-8 durchgeführt. Die Geometrie des Probekörpers wurde an die vorhandene Ofenöffnung angepasst. Es handelte sich um eine Zusammenstellung mehrerer Kleinproben variierender Breite (200 × 70 × Breite) auf einer Trägerplatte, die in einem 5 cm breiten Fichtenholzrahmen zusammengefasst waren. Dieser sollte eine größere gleichzeitige Versuchsanzahl ermöglichen und verhindern, dass die Proben seitlich ausweichen können. Insgesamt wurden drei Rahmen mit 51 Einzellamellen geprüft. Die Probekörper wurden einer 30-minütigen Brandbelastung senkrecht zur Faser nach Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) ausgesetzt. Nach Ende des Versuchs wurden die Prüfkörper abgelöscht und die verkohlte Holzschicht bis auf die Abbrandgrenze abgetragen. Zur Ermittlung des Restquerschnitts wurden die Probekörper aufgetrennt und die verbliebenen Querschnittshöhen in Lamellenmitte ermittelt.

Figure 1 .

 1 Figure 1. Density-charring rate diagram Es wird deutlich, dass die Abbrandrate etwa exponentiell mit steigender Rohdichte abnimmt. Wählt man eine Trendkurve potenzieller Form so ergibt sich die Abbrandrate β ρ in Abhängigkeit der Rohdichte ρ zu: ρ β ρ 120 = mit 74 0 2 , R =(1)

Table 1 .

 1 Charring rates of wood

	Holzart	Feuchte	Rohdichte	Abbrandrate	Quelle
		u	ρ	β 0	
		[%]	[kg/m 3 ]	[mm/min]	
	Allgemein	-	> 290	0,65	DIN EN 1995-1-2
	Laubholz	-	> 450	0,50	DIN EN 1995-1-2
				(ohne Buche)