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Die Erfindung betrifft einen Verbundformstein
hergestellt durch Aufbringen einer Oberplatte als Deckschicht auf
einen mit einer Bindermasse versehenen, durch einen Formgebungsprozess
hergestellten Auflagekörper
und ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundformsteine.
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Formsteine und insbesondere Pflastersteine/Pflasterelemente,
Terrassen- und Gehwegplatten sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Sie dienen
zur Gestaltung von Gartenanlagen, sowie auch zur Befestigung von
begeh- und befahrbaren Flächen.
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Natursteine sind optische Unikate
mit langer Lebensdauer und hohem Prestige, Merkmale, die mit industriell
gefertigtem Beton- oder Betonwerkstein in der Oberfläche nicht
erzielt werden können.
Vorteile eines Natursteins sind der hohe ästhetische Wert, die große Materialvielfalt
und die reiche Farb-, Struktur- und Qualitätsauswahl. Hierdurch sehen
sich immer mehr Architekten, Planer und Bauherren veranlasst, auf
Natursteinprodukte, auch wenn diese wesentlich teurer sind, zurückzugreifen.
Natursteinpflasterungen haben aber als Boden verlegt teilweise den Nachteil,
gegenüber
Beton- oder Betonwerksteinen technisch schlechtere Nutzflächen mit
geringerer Belastbarkeit auszubilden. Überdies kann eine Verlegung
oftmals nur von Fachkräften
und nicht maschinell durchgeführt
werden. Als Nachteile können
daher genannt werden: die hohen Material- und Arbeitskosten. und
das vielfach fehlende handwerkliche Können, den Naturstein fachgerecht
zu verarbeiten.
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Betonwerksteine sind aus Zement,
Quarzsand und Zuschlagsstoffen hergestellt. Sie werden industriell
gefertigt und lassen sich in jeder gewünschten Form kostengünstig und
in großen
Stückzahlen
und mit geringen Fertigungstoleranzen herstellen. Sie haben den
Vorteil gegenüber
gesägten, glattwandigen
Natursteinen, dass die Flankenflächen (Seitenflächen) und
die Verlegeseite (Fußseite)
produktionsbedingt rauh sind, was eine bessere „Verkrallung" im Verlegebett und
bei der Verfugung ergibt. Sie können,
indem die Materialstärke
und Fugengeometrie verändert
wird, für
hohe Flächenbelastungen ausgelegt
werden. Beton- oder Betonwerksteine können maschinell oder von Hilfskräften und
Heimwerkern leicht und schnell verlegt werden. Aufgrund der vorgenannten
Eigenschaften lassen sich, im Gegensatz zum Natursteinprodukt, kostengünstig optimale technische
Nutzflächen
auch für
höchste
Belastungen herstellen.
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Nachteilig ist aber, dass auch durch
Strukturierung und Einfärbung
der Beton- oder Betonwerksteinoberflächen die gewünschte Natursteinoptik i.d.R.
nur unzureichend erzielt wird. Die Oberflächen verschmutzen, im Gegensatz
zu Natursteinprodukten, zumeist sehr schnell oder zumindest schneller und
haben daher, je nach Verwendung, oft mit nur ca. 10 bis 15 Jahren
eine wesentlich geringere Lebensdauer.
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Diese strukturierten Betonteile,
z.B. mit imitierten Granitoberflächen,
sind geschliffen oder mit rauer Oberfläche in unterschiedlichen Platten-,
Quader- oder Säulenformaten
im Baufachhandel erhältlich.
Ihr Erscheinungsbild wird maßgeblich
durch die eingesetzten Zuschlagstoffe, aber auch durch etwaige Oberflächenbearbeitung
beeinflusst. Es sind aber auch in Betonformkörper eingebettete Natursteine bekannt,
z.B. aus der
EP 0 566
084-A1 .
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Natursteine haben eine andere thermische Ausdehnung
und Wasseraufnahmefähigkeit
als Beton. In Außenbereichen
verlegt sind diese Werkstoffe über
Jahrzehnte extremen Wettereinflüssen,
wie beispielsweise hohen Temperaturunterschieden, Frost/Tauzyklen
und permanenter Nässe
ausgesetzt. Folglich muss die Haftschicht eines Verbundwerkstoffes,
wie z.B. eines Verbundwerkstoffes aus Naturstein und Beton, in der
Lage sein, die aus den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
der beiden Materialien sowie die aus den mechanischen Belastungen
resultierenden Biegezug-, Scher- und Druckkräfte dauerhaft durch anhaltende
Elastizität
zu kompensieren. Des Weiteren darf die Haftschicht auch durch permanente
Feuchtigkeit oder Nässe
nicht aufquellen oder ihre Haftfähigkeit
verlieren, um eine dauerhafte Verbindung auch der unterschiedlichsten Materialien über Jahrzehnte
zu garantieren.
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Die vorliegende Erfindung hat sich
zur Aufgabe gesetzt, die Vorteile eines Betonwerkstoffes zu nutzen
und gleichzeitig deren Nachteile zu eliminieren, insbesondere aber
Formsteine mit Kopfflächen von
hohem ästhetischen
Wert in reicher Farb- und Strukturvielfalt
zur Verfügung
zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Verbundformstein
nach Anspruch 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen
genannten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der Erfindung möglich.
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Die Erfindung betrifft einen Verbundformstein
hergestellt durch Aufbringen einer Oberplatte als Deckschicht auf
einen mit einer Bindermasse versehenen, durch einen Formgebungsprozess
hergestellten Auflagekörper.
Oberplatte und Auflagekörper sind über die
Kopffläche
des Auflagekörpers
versehen, mit einer pastös
aufgebrachten und verfestigten, vorzugsweise mineralstoffhaltigen
Bindermasse dauerhaft verbunden, wobei die Kopffläche des
Auflagekörpers
zur optimalen Aufnahme der Bindermasse, vorzugsweise wannenförmig zur
Aufnahme der Bindermasse ausgeprägt
und ggf. zusätzlich
auf der Kopffläche
strukturiert ist.
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Die Oberplatte ist vorzugsweise 0,5
bis 3 cm stark.
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Der Auflagekörper hat vorzugsweise eine Stärke von
2 bis 16 cm, kann aber beispielsweise auch bis zu 20 cm stark sein
und ist in interschiedlichsten Volumenausdehnungen herstellbar,
hat jedoch vorzugsweise im wesentlichen Quaderform, wobei Kopf-
und Fußfläche des
Auflagekörpers
vorzugsweise im wesentlichen planparallele Flächen bilden. Die Seitenflächen sind
vorzugsweise annähernd senkrecht
zur Kopffläche
ausgerichtet.
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Die Bindermasse bildet eine Zwischenschicht,
die nach Außen
im wesentlich allseitig durch den Auflagekörper und die Oberplatte begrenzt
ist.
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Die Seitenflächen des erfindungsgemäßen Verbundformsteins
können
insbesondere im Bereich des Auflagekörpers Nocken und ggf. zusätzlich Ausnehmungen
aufweisen, so dass die Nocken eines Verbundformsteins bei Verlegen
im Verbund in korrespondierende Ausnehmungen angrenzender Verbundformsteine
als seitliche Verzahnungen eingreifen. Sind korrespondierende Ausnehmungen
zum Eingreifen nicht vorhanden wirken die Nocken als Abstandhalter
beim Verlegen im Verbund und als Transportsicherung.
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Die seitlichen Verzahnungen können formschlüssige Verbindungen
ausbilden, die flächenhaft oder
mittels ineinander greifender Verzahnungselemente erfolgen, etwa
in Form formschlüssig
ineinander greifender Abstandhalter an den Seitenwandungen. Durch
die Abstandshalter können
Zwischenräume
bzw. Fugen zwischen den verlegten Pflastersteinen geschaffen werden,
die eine sichere Verkeilung bzw. Verzahnung zwischen den Steinen
und eine bessere Entwässerung
der verlegten Fläche
ermöglichen.
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Die Nocken und die ggf. zusätzlich vorhandenen
Ausnehmungen erleichtern auch ein passgenaues Verlegen im Verbund
und sorgen für
gleichmäßige Fugenabstände und
zusätzliche
Stabilität
im Pflasterverbund. Der hohe Widerstand gegen Verdrehung / Verkippung
ist insbesondere bei Verkehrsflächen
mit hohen Horizontalbeanspruchungen (Steigungen o.ä.) vorteilhaft.
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Die Verzahnung sorgt für eine bessere
Gesamtverbindung der verlegten Fläche gegenüber Materialien, wo keine Verzahnung
vorgesehen ist. Die Verzahnung ist vorzugsweise so ausgebildet,
dass diese gleichzeitig den Abstand für die spätere Fuge der verlegten Fläche ergibt
und auch als Transportsicherung wirkt.
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Die Nocken können über die gesamte Höhe des Auflagekörpers ausgeführt sein,
vorzugsweise reichen Sie sogar über
der Gesamthöhe
des Auflagekörpers
in Richtung auf die Oberplatte hinaus, z.B. 1 bis 6 mm, vorzugsweise
2 bis 4 mm, über
der Gesamthöhe
des Auflagekörpers,
und dienen dann vorzugsweise als seitlicher Anschlag und zum Zentrieren
der Oberplatte. Der über
der Gesamthöhe
herausragende Teil ist vorzugsweise angeschrägt, vorzugsweise im 40 bis
60° Grad
Winkel ausgeführt
um nicht im Fugenbild sichtbar zu sein. Der Abstandshalter hat in
diesem über
die Auflagefläche
erhöhten
Teil eine Winkelform, wobei vorzugsweise der kürzere Schenkel der Winkelform
flach an der Oberplatte anliegt.
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Der Auflagekörper weist vorzugsweise an den
Seitenflächen
Abstandhalter (Nocken) auf. Diese Abstandhalter sind vertikal an
verschiedenen Stellen der Außenfläche so angeordnet,
dass die Verbundformsteine in verschiedenen Verbänden (etwa Läufer-, Kreuz-
oder Fischgrätverband)
verlegt werden können.
Die Abstandhalter werden in Abhängigkeit von
den Abmessungen des Verbundformsteins, seiner Höhe und dem Verwendungszweck
in unterschiedlicher Stärke,
Breite und Ausformung ausgebildet. Die Abstandhalter verhindern
ein Aneinanderstoßen
der Oberplatten, sowohl während
des Transports als auch beim Verlegen und stellen sicher, dass im verlegten
Zustand ein Mindestfugenmaß eingehalten und
eine fachgerechte Fugenfüllung
ermöglicht
wird. Die Abstandhalter/Nocken können
auch so ausgebildet werde, dass sie mit einer Sollbruchstelle versehen
sind. Dadurch wird erreicht, dass bei der Verlegung die gewünschte Fugenbreite
hergestellt wird, gleichzeitig jedoch verhindert wird, dass dauerhaft Beton
an Beton stößt. Vielmehr
brechen die Abstandhalter bei auftretenden Belastungen an den Sollbruchstelle
und das Fugenfüllmaterial übernimmt, wie
konstruktiv vorgesehen, die Funktionen der Kraftübertragung und der Pufferwirkung.
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Der Auflagekörper bildet in Gebrauchslage die
untere Tragschicht des Verbundformsteins. Der Auflagekörper besteht
vorzugsweise aus Beton, kann aber aus anderen geeigneten Werkstoffen,
wie Kunststoff, Metall, Holz, Ton/Keramik oder Hybrid Mischungen
oder Sandwich Konstruktion, hergestellt werden.
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Der Auflagekörper gibt der Oberplatte die
erforderliche Bruch- und Gebrauchsfestigkeit, insbesondere Druck-
und Biegezugfestigkeit, und ist vorzugsweise so ausgewählt, dass
dieser hinsichtlich seines Materialwerts wesentlich kostengünstiger
als das Oberplattematerial ist. Der Auflagekörper wird aus einem gieß-, schütt-, oder
rieselfähigem
Material durch einen Formgebungsprozess hergestellt.
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Der Auflagekörper kann so geformt sein, dass
mehrere Auflagekörper
oder Verbundformsteine ineinander gestapelt werden können, was
Transport- und Lagerkosten einspart. Der Auflagekörper kann
weiterhin mit Hohlräumen
versehen sein, in die ggf. auch Versorgungsleitungen, Leuchtelemente
/ Beleuchtungskörper
und Wärmeträger untergebracht sein
können.
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Der Auflagekörper kann auf der Fußseite millimetergenau
auf die gewünschte
Enddicke durch Sägen,
Kalibrieren oder andere Bearbeitungen gekürzt werden. Unterschiedliche
Dicken des Auflagekörpers
können
entstehen, wenn die aufgesetzten Oberplatte verschiedene Stärken aufweisen.
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Es ist auch Möglich den Auflagekörper an der
Fußseite
in einem abschließenden
Schritt zu verstärken,
um bei unterschiedlichen Oberplattenstärken die erforderliche konstante
Gesamthöhe
herzustellen, etwa durch Aufbringen einer weiteren Betonschicht.
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Der Auflagekörper kann aber auch aus Kunststoffmaterial
hergestellt sein, insbesondere aus recyceltem Kunststoffabfallmaterial.
Der begehbare und befahrbare Verbundformstein bestehend aus einer
Kunststoffauflage, Zwischenschicht und mineralischer Oberplatte
ist trotz im wesentlichen gleicher technischer Werte bei der Druckfestigkeit
und Biegezugfestigkeit dann um ein mehrfaches leichter als herkömmliche
mineralische Formkörper.
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Das eingesetzte Kunststoffmaterial
kann aus Kunststoffmischfraktionen hergestellt sein, welche entweder
als sogenannte Pellets zur weiteren Verarbeitung vorpellettiert
werden oder über
einen sogenannten Prallreaktor vermischt oder anders für den Spritzguss
vorbereitet werden. Der Kern kann auch aus sortiertem oder unsortiertem
Plastikmüll
hergestellt sein. Die verschiedenen geometrischen Formen des Auflagekörpers können mittels „einfacher" und kostengünstiger
Spritzgussformen, hergestellt werden, was zusätzlich die Formgebung insgesamt
kostengünstiger
macht als Beläge
aus Vollnaturstein.
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Zur Verstärkung der Stabilität insgesamt kann
in die Fußseite
des Plastikauflagekörpers
eine entsprechende Gegensatzform eingesetzt werden, um eine geschlossene
Verlegefläche
zu erzielen. Diese Gegensatzform kann so kraftschlüssig hergestellt
sein, dass ein luftdichter Raum entsteht, der für eine Isolationswirkung sorgt,
welche bei entsprechender Witterung die Frostbildung auf der Oberseite der
Platte und somit unter anderem die Unfallgefahr vermindert.
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Dieser Hohlraum kann durch geeignete Maßnahmen
erwärmt
werden; hierzu ist es möglich, die
Gegensatzform z.B. mit Heizdrähten
zu versehen oder anders thermisch aufzuwärmen; die notwendige Energiezufuhr
kann durch geeignete Stecksysteme, welche miteinander verbunden
werden, erfolgen; die Beläge
können
somit günstig
und effektiv erwärmt werden.
In den Kunststoffkern kann eine Beleuchtungseinrichtung eingebracht
werden und der Kern selbst sowie die Oberplatte aus mineralischem
Werkstoff können
so ausgebildet sein, dass sie lichtdurchlässig sind.
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Durch die geometrische Form des Kunststoffkerns
ist es möglich,
die thermische Ausdehnung des Kunststoffkerns zu minimieren.
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Der fertige Belag hat wesentliche
Vorteile gegenüber
herkömmlichen
Belägen
für größere Aufbauhöhen (ab
3cm), dadurch, dass er leichter ist und Sägen und Bohren und andere Bearbeitungen
leichter und kostensparender durchzuführen sind. Weiterhin vermittelt
er gegenüber
Belägen
aus ausschließlich
mineralischen Werkstoffen ein angenehmeres Gehgefühl.
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Beton wird aus einem Gemisch von
Zement, Gesteinskörnungen – auch als
Betonzuschlag bezeichnet – und
Wasser sowie ggf. Zusatzstoffen durch Erhärten des "Zementleims" (= Zement + Wasser) hergestellt. Als "Frischbeton" mit wählbarem Konsistenzbereich
kann der Beton in beliebige Formen und Strukturen gegossen oder
gerüttelt/gepresst
werden. Der Auflagekörper
weist nach Erhärten
eine Druckfestigkeit i.d.R. von 25 N/mm bis deutlich über 60 N/mm2 auf.
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Als Gesteinskörnungen werden Gemenge aus
ungebrochenen und/oder gebrochenen Körnern aus natürlichen
und/oder künstlichen
mineralischen Stoffen eingesetzt, z.B. verschieden großen Körnern von
Sand, Kies, Splitt, Schotter, Blähton
bzw. Blähschiefer
(Leichtbeton), Schlacken und/oder Eisenoxid.
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Weiterhin können übliche Zuschlagsstoffe wie
Betonverflüssiger,
Luftporenbildner, (Farb-) Pigmente; Betondichtungsmittel, Erstarrungsbeschleuniger,
Erstarrungsverzögerer;
Stabilisatoren, Verflüssiger
Fliessmittel, Einpresshilfen, Micro- und Nanosilica, Gesteinsmehle,
Kunststoffdispersionen, Fasern und / oder Chromatreduzierer zugesetzt
sein.
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Werden Zement und Wasser zu einem
Brei verrührt,
so wird dieser allmählich
fest. Der Zementleim entwickelt sich über Versteifen (Erstarren)
und Erhärten
zu Zementstein. Diese Verfestigung beruht auf der Bildung wasserbeständiger (hydraulischer) Verbindungen.
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Für
die Verdichtung des Betons gibt es verschiedene Möglichkeiten:
etwa bewehrten Stampfen, Stochern und Rütteln. Der Auflagekörper kann
auch aus bewehrten Beton bestehen, d.h. Bewehrungseinlagen (Rundstahl,
Strahlmatten, Fasern, Vliesen etc.). Während der Beton die Druckfestigkeit
aufweist, übernimmt
der zugfestere Stahl bzw. die anderen genannten Komponenten die
auftretenden Zugspannungen.
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Beton ändert durch Kriechen, Schwinden und
besonders durch die jahreszeitlich unterschiedlichen Temperatureinflüsse sein
Volumen. Je 100 K Temperaturunterschied ändert ein 10 m langes Bauteil
z.B. etwa um 10 mm seine Länge.
Auch hieraus entstehen Zug- und
Druckspannungen.
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Der Auflagekörper weist eine obere Auflagefläche auf,
die zur Fußfläche im wesentlichen
planparallel ausgeführt
ist. Die Auflagefläche
ist als strukturiert dreidimensionale Oberfläche ausgebildet. Die Struktur
kann unterschiedlicher- Gestalt sein. Gemeinsam ist allen Oberflächenstrukturen,
dass sie einen äußeren erhabenen
Rand entlang der Seitenkanten des Auflagekörpers aufweisen und der obere Rand
eine zur Fußfläche im wesentlichen
planparallele Auflagefläche
ausbildet. Durch den äußeren Rand
und ggf. weitere Erhöhungen
werden in der Kopffläche
eine oder mehrere Wannen zur Aufnahme der Bindermasse ausgebildet.
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Darüber hinaus befinden sich in
der durch den äußeren Rand
aufgespannten Fläche
vorzugsweise mehrere erhabene Auflageflächen als weitere Auflagestützen. Oberer
Rand und die erhabenen Teilauflageflächen bilden bevorzugt eine
zur Fußfläche planparallele
gemeinsame Tragfläche.
Die inneren erhabenen Teilauflageflächen sind hierzu nicht höher als
die Randauflageflächen,
ggf. niedriger, vorzugsweise gleich hoch ausgebildet. Die erhabenen
Auflageflächen
können
etwa Pyramidenform aufweisen oder als wellenförmige, zickzack- und oder rillenförmige Erhöhungen ausgebildet
sein.
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Durch die ungleichmäßige Oberflächenstruktur
ergibt sich eine größere Fläche für die Verklebung/Verbindung
mit der Oberplatte und durch die inneren Auflageflächen eine
höhere
Scher-, Biegezug und Druckstabilität, um die bei Befahren entstehenden
Kräfte
aufzunehmen und den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der
verwendeten Materialien bestmöglich
Rechnung zu tragen.
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Der umlaufende äußere Rand der Auflagefläche in Wannenform
kann gemäß einer
weiteren Ausführungsform
aber auch durchbrochen sein, um an definierter Stelle überschüssige Bindermasse
abzugeben. Die Durchbrechungen können
etwa Durchtrittsflächen
in der Größe von 0,2
bis 1 cm2 aufweisen. Vorzugsweise weist
der Auflagekörper
nur 1 bis 6 Durchbrechungen pro Seitenfläche des Auflagekörpers auf.
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Die Schichtdicke der Bindermasse
beträgt vorzugsweise
im Mittel 2 bis 12 mm, besonders bevorzugt 3 bis 5 mm.
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Es ist auch möglich den Auflagekörper ausgehend
von der Kopffläche
mit weiteren sich in Richtung der Fußfläche erstreckenden Hohlräumen, vorzugsweise
bis zu einer Tiefe von 2/3 der Gesamtstärke des Auflagekörpers, zu
versehen. Die Hohlräume dienen
der Material- und Gewichtsersparnis und nehmen weiterhin überschüssige Bindermasse
auf, was einen positiven Einfluss auf die Haftverbindung hat. So
kann das Gesamtvolumen aller Vertiefungen/Hohlräume 5 bis 75 Volumen% des Gesamtvolumens
des Auflageköpers
ausmachen.
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Die weiteren sich in Richtung der
Fußfläche erstreckenden
Hohlräume
können
so geformt sein, dass sie sich nach unten hin im Durchmesser verbreitern,
damit die Bindermasse von oben eindringt, sich pastös nach unten
ausbildet und so nach dem Erhärten
verkeilt.
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Vorzugsweise werden die Hohlräume, insbesondere
die sich von der Kopffläche
in Richtung der Fußfläche erstreckenden
Hohlräume
nicht vollständig
von Bindermasse ausgefüllt,
damit Hohlräume verbleiben,
die thermischer Materialausdehnung gegenüber als Puffer dienen.
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Im Verfahren der Herstellung der
Auflagekörper
lässt sich
die Oberflächengeometrie
der Auflagefläche
des Auflagekörpers
einschließlich
der sich in Richtung der Fußfläche erstreckenden
Hohlräume durch
die Art des Oberstempels in einfacher Weise ausprägen, ggf.
werden auch zwei Oberstempel eingesetzt, einer für das Einbringen der in Richtung
der Fußfläche sich
erstreckenden Hohlräume
und einer vorzugsweise nachfolgend für das Ausbilden der strukturierten
Auflagefläche.
Der mit weiteren Hohlräumen
versehene Auflagekörper
weist im Unterschied zu dem Vollkörper eine Gewichts- und Materialeinspaarung
auf. Ein solcher Auflagekörper
kann auch für
sich genommen als Pflasterstein eingesetzt werden.
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Die Oberplatte als Deckschicht kann
aus Feinsteinzeug, Keramik und/oder Naturstein sowie anderen Materialien
wie Glas, Holz, Gummi etc. bestehen. Sie weist vorzugsweise eine
Quaderform auf.
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Die Oberplatte, insbesondere aus
formgefertigten Materialien, kann zur Verkrallung mit dem Bindemittel
und dem Auflagekörper
verschiedene geometrische Formen aufweisen.
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Die Verbindungsfläche kann auch durch mechanisches
Aufrauhen wie stocken, strahlen, scharrieren, fräsen, hobeln etc. bearbeitet
sein um eine vergrößerte Klebefläche zu erzielen.
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Als Natursteine bezeichnet man natürlich vorkommende
Steine aus verschiedenen Grundbestandteilen, z. B. Kalkstein, Dolomit,
Sandstein etc. Nachfolgend sind einige geeignete Natursteinmaterialien
genannt: Vulkanite wie Granit, Syrenit, Diorit, Gabbro, Basalt,
Diabas, Rhyolit, Trachyt, Sedimentite wie Psephite, Konglomerate,
Brekzie, Sandgesteine einschließlich
der Kalksandsteine, Schiefer, Travertin , Dolomitstein und Muschelkalk,
sowie Metamorphite wie Orthogneis, Quarzit, Glimmerschiefer, Phyllite
und Paragneise.
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Granit ist eines der bekanntesten
und wichtigstes Tiefengesteine und besteht aus Feldspat, Quarz (20-40/50%)
und Glimmer (0-10%). Glimmer verleiht dem Granit den Kontrast und
sorgt für
eine gewisse Spaltbarkeit des Gesteins; Feldspat und vor allem Quarz
geben die Härte,
der Feldspatanteil bestimmt die Farbe des Gesteins.
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„DiamondQuartzite" ist ein Spaltmaterial,
das zu über
80% in Schichtstärken
zwischen 1,0 und 2,0 cm verfügbar
ist und deren reichhaltiges Vorkommen im Tagebau abgebaut werden
können.
Quarzit zählt zur
Natursteingruppe mit dem höchsten
Härtegrad. Die
natürlichen
Schichtdicken und Rauhigkeit der Quarzitoberflächen erfordern zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Verbundsteine
keine weitere Bearbeitung. Lediglich der übliche Materialzuschnitt ist vorzunehmen.
Die Oberflächenrauhigkeiten
erfüllen zum
einen alle Voraussetzungen für
eine dauerhafte Verbindung und zum anderen eine dauerhaft rutschhemmende,
verschleißarme
Bodenbelagsoberfläche.
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Andere Natursteinvorkommen mit ähnlicher Härte wie
z.B. Granite sind nur in-Blockabbauweise abbaubar. Granite müssen mit
Diamant- oder Gattersägen
zu Platten zersägt
und beide Oberflächen müssen für die Verwendung
als Oberplatte mechanisch nachbearbeitet werden.
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Die Oberplatte weist vorzugsweise
folgende Längen-
(längste
Seite) zu Dickenausdehnung auf: größer 3 zu 1, insbesondere größer 5 :
1. Die Platte kann durch Spalten oder bearbeitet, wie sägen, hergestellt
sein.
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Beim Feinsteinzeug handelt es sich
um ein durchgesintertes künstlich
hergestelltes keramisches Produkt. Es ist sehr kompakt und weist
weiterhin eine sehr niedrige Porosität auf, durch die es besondere mechanische
und chemische Eigenschaften erhält, wie
z.B. Frostbeständigkeit,
d.h., ein Produkt, das man auch in kalten Klimazonen gut für Wand- und Bodenbeläge im Außenbereichen
verwenden kann. Das Feinsteinzeug ist zudem sehr widerstandsfähig gegen
Chemikalien und Reinigungsmittel, hat eine sehr starke Abriebbeständigkeit
und einen hohen Grad an Bruchfestigkeit. Dadurch ist es hervorragend geeignet
für Flächen mit
intensivem Publikumsverkehr und in Industrieanlagen. Hinzu kommt
noch die leichte Reinigung.
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Die Suche nach neuen Erscheinungsformen hat
zu einer Reihe von Behandlungen des Endprodukts geführt, wie
z.B. das Polieren, wodurch zwei verschiedene Arten entstanden sind:
Naturbelassenes und poliertes Feinsteinzeug. Das naturbelassene (erhält keinerlei
Nachbehandlung nach dem Brennen) weist ein natürliches Aussehen auf und imitiert z.T.
sogar Steine, die in der Natur vorzufinden sind, wie Schiefer, Marmor,
Pflastersteine, etc. Bei poliertem Feinsteinzeug wird das Material
nach dem Brennen poliert, wodurch es einen starken Glanz erhält und die
Oberflächenoptik
polierten Marmors nachgeahmt wird.
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Die Oberplatte kann mittels des in
dem europäischen
Patent
EP 1 124 774 und
in der
EP 0 825 917-B1 (entspricht
der
US 6,167,879 ) beschriebenen Verfahrens
oberflächenveredelt
sein. Der Offenbarungsgehalt dieser Schutzrechte wird hiermit durch Verweisung
auch zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht.
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Durch die spezielle Oberflächenbehandlung der
Kopfseite der Oberplatte, umfassend eine Laserbehandlung und ggf.
in Kombination mit einer nachfolgenden Imprägnierbehandlung wird, oder
nur eine Imprägnierbehandlung
wird eine schmutzabweisende und rutschfeste Oberfläche geschaffen,
die als Boden- und Treppenbelag vielseitig einsetzbar ist. Die Oberflächenbehandlung
ist besonders bevorzugt bei Natursteinoberflächen einsetzbar.
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Die Bindermasse enthält neben
Wasser und Gesteinskörnungen
zumindest ein Bindemittel. Das Bindemittel ist vorzugsweise eine
wässrige
Polymerdispersion ggf. zusammen mit einem Zement-Bindemittel eingesetzt.
Die Bindermasse härtet
durch den Kontakt mit Feuchtigkeit.
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Gewichtsmäßiger Hauptbestandteil der
Bindermasse nach Trocknem sind Gesteinskörnungen, etwa Feinsand, insbesondere
Quarzsand mit einer Körnung
von 0 bis 2 mm, insbesondere 0 bis 0,1 mm. Weiterhin ist vorteilhaft
ein Zement, etwa Z325 Portlandzement, zugemischt.
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Die Bindermasse wird auf der Kopfseite
des Auflagekörpers
aufgetragen bzw. vorzugsweise in Form von pastösen Strängen oder definierten Punkten
abgelegt, wobei die Kopfseite des Auflagekörpers eine Wannenform aufweist
und die Ablageflächen
für die
Bindermasse durch die äußeren oberen
Wannenrandbereiche begrenzt werden. Die an die Seitenflächen des
Auflagekörpers
grenzende oberen Wannenrandbereiche werden nicht mit Bindermasse,
z.B. Klebemörtel,
belegt. Ein Ausdringen der aufgetragenen Bindermasse bei Aufsetzen
der Oberplatte als Deckschicht auf den Auflagekörper wird durch den äußeren Wannenrand
weitestgehend verhindert bzw. definiert dort zugelassen, wo hierfür Durchbrechungen
vorhanden sind. Bezogen auf das zwischen äußerer Randauflage und planparalleler
Abschlussfläche
dieser Randauflage gebildete Hohlraum-Innenvolumen wird vorzugsweise
mindestens soviel Volumen Bindermasse aufgetragen, wie dem oberen Hohlraum-Innenvolumen (ausgenommen
den sich ggf. in Richtung der Fußfläche erstreckenden Hohlräumen) entspricht,
um sicher zu stellen, dass eine vollflächige Klebeverbindung unter
weitest gehendem Ausschluss von Hohlstellen entsteht.
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Das Bindemittel kann, je nach Material
des Auflagekörpers,
auch aus Acrylat-, ein- und
zweikomponentiges Polyurethan-, Thermoplast-, Duoplast- oder Epoxyverbindungen
bestehen, welche z.B. auch reaktiv sein können.
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Die wässrige Polymerdispersion ist
in Wasser suspendiert / dispergiert und vorzugsweise ein Polymer,
welches neben Styrol und/oder Butadien-Einheiten zumindest ein polares
Monomer oder polare Gruppen, wie z.B. Carboxylgruppen z.B. in Form
von Acrylat, Methacrylat oder Vinylacetat-Gruppen/Monomeren aufweist.
Für die
Hydrolysebeständigkeit
ist es wichtig, dass das Polymer eine Kohlenstoffkette als Grundgerüst aufweist
(Carbon-Backbone), die polare Seitengruppen trägt.
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Geeignet sind etwa Vinylacetatterpolymere in
wässriger
Dispersion, carboxylierte Butadiene-Styrol-Methaacrylate-Polymerlatices
oder Polyurethan-Dispersion.
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Der Verbundformstein kann die aus
dem Stand der Technik üblichen
Formen aufweisen etwa Würfel-,
Binder- oder Anderthalber-, Doppelstein-, Prismenstein-, Kopf- oder
Bischofsmützenform.
Der erfindungsgemäße Verbundformstein
wird vorzugsweise als Pflasterelement für Außenanlagen wie Geh- und Fahrwege
und Terrassen eingesetzt. Hierzu wird er im Verbund als Pflasterdecke
auf einer Bettung, vorzugsweise mittels einer Fugenfüllung verlegt.
Als Fugenmassen können
neben üblichen
mineralischen Füllstoffen
auch Fugenmassen, welche Zement, Bitumen als Bindemittel und /oder
Zusätze
von Kunststoffbindemitteln enthalten, eingesetzt werden.
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Durch die Geometrie der Pflastersteine
wird ein Verbund der Steine untereinander bewirkt und ein Loslösen von
Einzelsteinen durch die Einwirkung von Verkehrslasten und -kräften vermieden.
Die erfindungsgemäßen Verbundformsteine
könne etwa
im Reihenverband, Fischgrät-
oder Keperverband, Schuppenbögen,
Diagonalverband, Block – oder Parkettverband,
Kreuzfugenverband, Läuferverband oder
im Römischen
Verband verlegt werden.
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Im Unterschied zu Natursteinpflaster
kann der erfindungsgemäße Verbundformstein
auf ein vorbereitetes Pflasterbett versetzt werden und bedarf nicht
einer Bettung in der er zur Korrektur der Ebenflächigkeit mit einem Pflasterhammer
ausgerichtet wird.
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Die erfindungsgemäßen Verbundformsteine können als
begeh- und befahrbares Außenbelagsmaterial
auch für
höchste
Flächenbelastungen
Verwendung finden und stellen ein Produkt dar, das so einfach wie
ein Beton- oder Betonwerkstein verlegt werden kann. Der Belag ist
auch vom ungeübten Heimwerker
einfach zu verlegen Der Verbundstein kann auch in Aussen- und Innenbereichen
als Ersatz z.B. für
Betonwerksteinplatten Verwendung finden. Die Gesamtstärke kann,
je nach Verwendung zwischen 2 und 7 cm betragen, wobei die Oberplatte
vorzugsweise eine Stärke
von unter 1,3 cm aufweist.
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Die Verbundsteinplatte kann auch
für Innenbereiche
oder für
die Anwendung von Terrassenplatten etc. in Gesamtstärken unter
3 cm hergestellt werden, um z.B. mit einer Oberplatte aus Feinsteinzeug ausgerüstet zu
werden, welches als Vollmaterial derzeit in Stärken über 1,5 cm nicht bzw. nur mit
hohem technischen und kostenmäßigem Aufwand
hergestellt werden können.
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Der Erfindung liegt weiterhin die
Aufgabe zugrunde, ein brauchbares maschinelles Verfahren zum Herstellen
der erfindungsgemäßen Verbundformsteine
bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch
die im Anspruch 16 gekennzeichneten Verfahrensmerkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
sind Gegenstand der Ansprüche 17
bis 21.
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Auf einem Rütteltisch wird in einem Formrahmen,
der dem herzustellenden Auflagekörper
entspricht, eine definierte Volumenmenge Beton eingebracht und durch
Rütteln
verdichtet und durch einen Stempel in Bezug auf die Kopffläche ausgeformt.
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Die Rüttelkräfte können in einer bei Betonstein-Formmaschinen
an sich bekannten Weise aufgebracht werden, d. h. durch Rütteln der
Form und/oder des Stempels, vorzugsweise aber durch Rüttelschwingungen
des Rütteltischs
und/oder durch Rütteln
einer Stempel-Auflast. Der Formstein kann auch in industrieüblicher
Art und Weise durch Pressen bzw. Stampfen verdichtet werden.
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Der Auflagekörper, hier die Auflagefläche für die Oberplatte,
wird vorzugsweise vor dem Aufbringen der Bindermasse mit Wasser
angefeuchtet. Dem Wasser kann zur Verbesserung der Haftwirkung als Haftverbesserer
ein Polymer, wie dieses weiter oben definiert ist (unter wässrige Polymerdispersion),
im Gewichtsverhältnis
von 1 : 9 bis 1 : 50 beigemischt werden. Das Aufbringen erfolgt
vorzugsweise mittels einer Dosiervorrichtung im Sprühverfahren.
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Der Stempel konturiert die Kopffläche des Auflagekörpers und
prägt insbesondere
den umlaufenden Rand aus, welcher der Oberplatte als Auflagefläche dient.
Soweit gewünscht
werden auch die weiteren sich in Richtung der Fußfläche erstreckenden Hohlräume durch
den selben oder einen weiteren Stempel eingebracht. Hierzu werden
vorzugsweise fingerförmige,
zylindrische oder konisch spitz zulaufende Stifte an der Stempelfläche montiert
und bei Absenken des Stempels in die Betonmasse eingefahren. Diese
sind vorzugsweise in Richtung der Flächennormale der Stempelfläche ausgerichtet.
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Das Ausformen kann durch Hochfahren
des Formrahmens und/oder des Stempels erfolgen. Die Stempelfläche kann
nach dem Stempelvorgang bzw. nach einer Anzahl von Stempelvorgängen von
anhaftenden Betonresten befreit werden.
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Der ausgeformte und formstabile Auflagekörper wird
oberflächlich
mit der pastösen
Bindermasse belegt, vorzugsweise mittels Dosierdüsen, unter denen der Auflagekörper mit
nach oben gerichteter wannenförmiger
Kopffläche
hindurchbewegt wird. Die Bindermasse wird aber nicht auf den umlaufenden äußeren Randflächen abgelegt.
Weiterhin bevorzugt wird die Bindermasse als pastöser Strang oder
definierten Punkten abgelegt dessen Höhe die Höhe der Auflagepunkte/Auflageflächen der
Kopffläche
des Auflagekörper überschreitet.
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Oberplatte und Auflagekörper werden
nachfolgend seitenflächenbündig aufeinander
abgesenkt, wobei die Annäherung
vorzugsweise unter leichter Rotation um die Annäherungsachse, ggf. auch unter leichter
Vibrationsbewegung entlang der Annäherungsachse, erfolgt. Zum
Zusammenbringen von Oberplatte und Auflagekörper wird der Auflagekörper vorzugsweise
taktförmig
gefördert.
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Das Zentrieren der Oberplatte mit
der Auflagefläche
kann durch vorheriges Ausmessen des Auflagekörpers und entsprechender Positionierung über die übermittelten
Daten erfolgen.
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Die Oberplatte kann durch einen Greifer,
insbesondere eines Saugkopfgreifer geführt sein. Die nachfolgende
Fixierung bzw. der Andruck der Oberplatte kann durch stationäre Rollenelemente
oder mitgeführte
Druckelemente erfolgen. Zwecks schneller Härtung kann der Verbundformstein
nachfolgend einer thermischen Behandlung unterzogen werden. Diese
erfolgt vorzugsweise durch Verfahren des Verbundformsteins in einem
auf 25 bis 75 °C,
idealerweise 40 °C,
temperierten Raum, z.B. einem „Patanosta" oder einem „Abbindetunnel", welcher zusätzlich eine definierte
Luftfeuchtigkeit zwischen idealerweise 90 bis 100% aufweisen kann.
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Soweit gewünscht kann die Oberplatte mit
einem Imprägniermittel
versehen werden, das in die i.d.R. stark strukturierte Oberfläche gut
eindringt. Das Imprägniermittel
wird zu diesem Zweck vor dem Eingang in den Trockentunnel auf die
Oberfläche
der Oberplatte aufgesprüht.
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Unterstützend können die Oberplatten vor dem
Aufbringen auf den Auflagekörper
erwärmt
werden, vorzugsweise auf ca. 30°C
bis 45°C,
was auch zusätzliche
Vorteile bei der Haftverbindung ergeben kann und um die nachfolgend
durchgeführte
Imprägnierwirkung
zu verbessern, da der Imprägnierwirkstoff
in eine temperierte Oberfläche
wesentlich besser einzieht. Das Erwärmen kann z.B. in einer dem Aufbringen
der Oberplatte auf den Auflagekörper
vorgeschalteten Stapel/Speichervorrichtung erfolgen.
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Besonders bevorzugt ist als Imprägnierer eine
wässrige
Dispersion einer siliziumorgansichen Verbindung in Wasser. Gegenstand
einer solchen Zusammensetzung kann auch ein zusätzliches Dispergierhilfsmittel
sein. Die siliciumorganische Verbindung kann aber auch in einem
Kohlenwasserstoff-Medium wie Testbenzin aufgenommen werden. Als
besonders vorteilhaftes Imprägniermittel
hat sich eine Dispersion eines Alkylalkoxysilans und eines Fluorpolymers
in Wasser erwiesen.
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Der Imprägnierwirkstoff kann aber auch
aus einer wässrigen
Dispersion eines Acrylatcopolymers bestehen. Das Aufbringen des
Imprägnierers
erfolgt vorzugsweise durch eine Dosiervorrichtung und flächigem Auftrag
des Imprägnierers
/ der Imprägnierzusammensetzung,
vorzugsweise im Sprühverfahren,
das Aufbringen kann aber auch mittels anderer Verfahren wie z.B.
aufrollen erfolgen.
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Nach dem Aufbringen des Imprägnierers kann
weiterhin eine Behandlung mit thermischer Hitze, Mikrowellen, UV-
oder IR-Strahlung erfolgen, wobei entweder bei milden Temperaturen
eine Rekristallisation der Oberfläche oder bei hohen Temperaturen
eine Verschmelzung der siliziumorganischen Verbindung mit dem Trägermaterial
erfolgt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird
eine Grenztemperatur von z.B. 75°C
auf der Oberfläche des
mineralischen Werkstoffes nicht überschritten. Der
vorbeschriebene Vorgang kann mehrfach wiederholt werden, so kann
z.B. am Ausgang des sogenannten „Trockentunnels" eine zweite oder
dritte Imprägnierung
der Oberfläche
der Oberplatte erfolgen.
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Die Erfindung wird durch die Figuren
erläutert:
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1 zeigt
eine Aufsicht auf die Kopffläche der
Auflagekörpers
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2 zeigt
den Verbundformstein mit Auflagekörper und Oberplatte entlang
des Schnittes A durch 1,
wobei der Einfachheit halber die in der Ebene B liegenden Hohlräume (16)
ebenfalls in 2 dargestellt
sind. 1 ist die Aufsicht
auf die als C in 2 dargestellte
Fläche.
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Der Auflagekörper (3) weist an
den Seitenflächen
(9) des Auflagekörpers
(3) einen umlaufenden Rand (11) auf. Der Rand
(11) bildet auf der Kopffläche (4) eine Wannenform
auf. Die Oberkante des Randes (11) ist als Randfläche (12)
zur Fußfläche (8) des
Auflagekörpers
(3) als planparallele Fläche ausgebildet, wobei die
Vielzahl der punktförmigen
Teilauflageflächen
(14) gemeinsam mit der Randfläche (12) die Auflagefläche (13)
für die
Fußfläche (7)
der Oberplatte (6) bildet.
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Die punktförmigen Teilauflageflächen (14) sind
Teil der auf der Kopffläche
(4) ausgebildeten Pyramidenstruktur. Statt einer Pyramidenstruktur
sind auch andere Strukturierungen / Konturierungen wie Wellentäler oder
Zick-Zackwälle
möglich.
In den Hohlräumen
(17) wird die pastöse
Bindermasse abgelegt, wobei diese nach dem formschlüssigen Aufsetzen
der Oberplatte (2) durch die Krafteinwirkung in das verbleibende
Volumen der oberen Hohlräume (17)
gepresst wird und diese im wesentlichen vollständig ausfüllen. Die in Richtung der Fußfläche (7) sich
erstreckenden Hohlräume
(16) nehmen nur teilweise Bindermasse auf und dienen unter
anderem als Volumenpuffer für
die Bindermasse.
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Exemplarisch ist an der Seitenwand
des Verbundsteins eine Nocke (18) dargestellt, deren Länge die
Höhe der
Seitenfläche
(9) des Auflagekörpers überschreitet,
die Höhe
der Seitenwand (10) des Verbundformsteins aber unterschreitet
und mit der über den
Auflagekörper
hinausragenden Länge
an der Oberplatte (2) anliegt. Die Spitze der Nocke ist
im 45°Winkel
nach außen
hin abgeschrägt.