Bärande utomhusträ (IPOS)

Projektet pågick mellan september 2017 och november 2020.

Delprojektet Bärande utomhusträ (DP4) i IPOS handlade om att ta vidare den kunskap som finns om kemisk modifiering av trä. Kemisk modifiering innebär att man genom att impregnera träet med biocidfria medel får ett material som blir betydligt mindre fuktkänsligt vilket i sin tur ger en ökad beständighet, mindre fuktdeformationer och bättre formstabilitet.

En modifieringsteknik är acetylering, vilken har använts i många år för icke-bärande tillämpningar (deckning, utemöbler med mera). Kunskaperna om användbarheten för bärande konstruktioner är dock begränsad och det är detta som projektet Bärande utomhusträ ville ändra på. Ett långsiktigt mål med projektet var naturligtvis en ökad användning av trä i byggandet, framförallt byggandet av bärande utomhuskonstruktioner. Bärande utomhuskonstruktioner i trä ger också en betydande möjlighet att skapa signalvärden – att för allmänheten visa vad träet kan och att visa vad branschen kan åstadkomma med miljövänliga processer.

Inom projektet genomfördes olika typer av provningar (mekaniska egenskaper, ytegenskaper beständighet med mera). Vidare användes en kommersiell anläggning för modifiering för materialframtagning. Gemensamma aktiviteter inom delprojektet omfattade arbetsmöten och styrelsemöten. Workshops och seminarier genomfördes i första hand i samverkan med Koordineringsprojektet.

Deltagare

Lunds universitet, KTH, Rise AB, Novana AB, TMF, Accsys, Akzo Nobel, InnoVentum, Koskisen, Miebach, Modvion, Moelven Töreboda, Rotho Blaas, Simonin och Vanhälls Såg.

Budget

Projektets budget var 4 720 000 SEK.

Projektets bidrag till en biobaserad samhällsekonomi

Behovsägare: Tillverkare av trä och träprodukter (modifierat trä för utomhusbruk, sågverk, plywood och limträtillverkare)

Adresserad utmaning 1: Ökad konkurrenskraft för trä som tillgängligt och enkelt att använda i byggandet.
Bidrag till lösning: Genom ökad kunskap om möjligheterna med acetylerat trä, kommer vi att kunna substituera dagens toxiska impregneringsmetoder. Med bättre beständighet och med ökad dimensionsstabilitet (som man får i det acetylerade materialet) kan man genom förenklade utformningar minska totalkostnaderna för till exempel brokonstruktioner som idag behöver ha ett omfattande, och fördyrande, konstruktivt träskydd.

Adresserad utmaning 2: Förändrad syn på träets användning i bärande konstruktioner utomhus.
Bidrag till lösning: Genom projektets synlighet och tillämpade karaktär har modifierat trä för bärande konstruktioner diskuterats i vidare kretsar. I projektet har bland annat praktiska konsekvenser för dimensionering enligt Eurokod undersökts och resultat har presenterats i vetenskapliga sammanhang.

Adresserad utmaning 3: Ökat värde för inhemska träslag
Bidrag till lösning: I projektet har inhemska träslag använts. Resultaten visar att furu kan acetyleras, med mycket små ändringar av nu kommersiella processer. Dessutom visar resultaten från projektet att, även om mekaniska egenskaper förändras av acetyleringen, kan det acetylerat virket användas i bärande tillämpningar. Tillämpning av acetylering på björk kommer att kräva mer omfattande processändringar.

Därför var detta viktigt

Projektet bidrog till en förändrad syn på träets användning i bärande utomhuskonstruktioner. Om träet skulle kunna ta en naturlig plats även inom infrastrukturbyggandet där det idag spelar en mycket undanskymd roll (till exempel brobyggande och större tornkonstruktioner (vindkraftverk, telemaster)) kan omställningen till biobaserad ekonomi bli tydligare. Symbolvärdet av att använda synligt trä i utomhuskonstruktioner/infrastrukturer är stort och projektet är ett steg på vägen mot att skapa synliga, tydliga och goda exempel för ett stärkt miljömedvetande i samhället.

Vad gäller hållbar utveckling, medför användningen av modifierat trä, baserat på till exempel acetylering, att toxiska substanser kan fasas ut. Vidare medför en allmänt ökad tillgänglighet till och ökat intresse för det lastbärande träet, en möjlighet för det svenska hållbara skogsbruket. Här har projektet framför allt bidragit genom att kunna påvisa att det med mycket små förändringar sannolikt skulle fungera att acetylera inhemska träslag (istället för de importerade träslag som idag används).

Förväntade resultat

Ny kunskap om möjligheterna med modifierat trä för bärande konstruktioner, med målsättningen att skapa nya marknader och högre värden för deltagande företag genom miljösmarta biobaserade produkter för byggandet.

Konkreta resultat som förväntades:

• processparametrar vid modifiering för tillämpning på fura och björk
• det modifierade trämaterialets ytegenskaper, relevanta för limbarhet och ytbehandling
• materialegenskaper för bärande konstruktioner: hållfasthet, styvhet och duktilitet
• förbandslösningar
• utformning av bärande utomhuskonstruktioner, fokus på hållbarhet och begränsat underhåll.

Effekter av projektet förväntades vara en förändrad syn på träets användning i bärande utomhuskonstruktioner. Därtill att träet skulle få en naturlig plats inom infrastrukturbyggandet där det idag spelar en mycket undanskymd roll. Som exempel kan nämnas brobyggande och större tornkonstruktioner (vindkraftverk, telemaster), där träet idag enbart används för konstruktioner i den mindre skalan.

Konkreta resultat

Tekniska frågor som undersökts/lösts

Projektet har visat att det finns en teknisk potential i att använda acetylerat trä för bärande utomhuskonstruktioner. Det har vidare visats att dagens kommersiella industriprocess för icke lastbärande trä, där importerad Radiata Pine används, troligtvis är möjlig att använda för splint av furu med endast små förändringar. En utmaning med att använda furu istället för Radiata pine, som projektet identifierat, är relaterad till detektering av kärnved och att kunna sortera ut permeabelt råmaterial.

Projektet har studerat acetylering av massiv björk, och det visar sig att detta är utmanande. Sannolikt krävs betydande utveckling och kalibrering av speciellt torkningssekvensen i acetyleringsprocessen. Acetylering av björkfaner är möjlig, även om betydande sprickbildning kan förekomma. I en del tillämpningar är dock sådan sprickbildning inte avgörande.

Projektet har visat att acetylerat trä är mer krävande att limma och acetylerad björk (lövträ) är svårare att limma än acetylerad tall (barrträ). Valet av möjliga limsystem bland de som finns på marknaden idag är ganska begränsat. Vissa kommersiellt tillgängliga limsystem kan användas men skulle behöva vidareutveckling av limprocessen (härdningstid / temperatur / tryck). PRF är det mest robusta limmet och har bäst limprestanda på både acetylerad furu och björk.

En orsak till begränsad limbarhet med befintliga limsystem tycks vara att, när det gäller vätning beter sig acetylerat trä annorlunda jämfört med omodifierat trä. Även om acetylerad björk inte är mycket mer hydrofobt än omodifierad björk, är det acetylerade materialt betydligt mindre benäget att ta upp vatten när det utsätts för ett antal vätningscykler.

Inverkan av acetylering på vissa av träets mekaniska egenskaper brottenergi är stor, 35-50% minskad brottenergi har uppmätts, beroende på relativ fuktighet i omgivande luft (trä i jämvikt med sin omgivning). Minskningen av brottenergin beror i stor utsträckning, men inte enbart, på den lägre jämviktsfukthalten i acetylerat trä jämfört med obehandlat trä. Samtidigt visar försök att styvhet och hållfastheten i tryck i fiberriktningen (hålkanttryck) är oförändrade respektive högre än för omodifierat trä.

Konstruktionsregler, till exempel Eurokod 5, behöver troligen anpassas för situationer där brottenergin är viktig. Det bör noteras att i nuvarande Eurokod 5 anges inte brottenergi som en explicit parameter (denna är istället inbakad i vissa dimensioneringsuttryck).

Ta del av delprojektets leverabellista.

Läs mer om resultaten i projektets sammanfattande rapport.

Resultatens effekter och potential

Förändringar som skulle kunna komma ut av projektet är framför allt att företag som idag producerar för gör-det-själv-marknaden och för icke-bärande ändamål, skulle kunna börja producera för bärande konstruktioner/ändamål. Volymer som skulle komma ifråga torde därmed öka avsevärt, så mycket att frågan om uppskalning av nuvarande industri kan komma att bli utmaningen.

Samhälleliga förutsättningar

Det enskilt största samhälleliga hindret för en fortsatt utveckling inom området är kopplat till lagstiftningen via Eurokoderna och ev. via produktgodkännande. Eftersom tekniken att använda acetylerat trä i bärande konstruktioner inte har använts (i någon nämnvärd omfattning) finns en osäkerhet kring marknad eftersom den tekniska acceptansen kan bli svagare om t ex materialvärden inte finns definierade i Eurokod.

Extern synlighet

Förutom vad som nämnts under ”Leverabler”, bland annat sex konferenser, har projektet omnämnts i BioInnovations nyhetsbrev/hemsida, och presentationer har hållits i samband med ”Stora Trähus”. Vidare har nyheter om möten, nya publikationer med mera annonserats via LinkedIn.

Nästa steg

Delar av projektgruppen kommer med all sannolikhet att söka fortsatt finansiering för området ”Bärande utomhusträ”. Det har visat sig finnas brister vad gäller kunskaper om träkonstruktioners långtidsegenskaper, varför mer grundläggande forskning behövs om trämaterialets egenskaper: skjuvegenskaper för både vanligt och modifierat trä. I mer tillämpade projekt ser vi behov av ytterligare insatser för att kunna utveckla värdekedjor, modifieringsprocesser och optimala tillämpningsområden där det acetylerade träet har sina största fördelar/konkurrenskraft. Idealt vore om man i en större forskningssatsning kunde satsa på både de mer grundläggande frågorna och de mer tillämpade.

Presentation från IPOS avslutningsseminarium i januari 2021:

Presentation från BioInnovations årskonferens i december 2020: