AT524706B1

AT524706B1 - Wärmedämmendes Füllmaterial

Info

Publication number: AT524706B1
Application number: ATA50084/2021A
Authority: AT
Inventors: Döberl Egon
Original assignee: Egon Doeberl
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-10-15
Also published as: CA3207742A1; WO2022170376A1; DE112022000059A5; AT524706A1; CH719013B1; EP4291540A1; US20240109810A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trockenmischung eines wärmedämmenden Füllmaterials zur Hinterfüllung und/oder zur Auffüllung, wobei das Füllmaterial ein zementbasiertes Bindemittel und ein Wärmedämmmaterial umfasst und wobei das Wärmedämmmaterial neu geschäumte Monokorn Polystyrolkugeln sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung der Trockenmischung und nach dem Verfahren errichtete Hinterfüllungen oder Auffüllungen.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein wärmedämmendes Füllmaterial zur Hinterfüllung oder Auffüllung.

[0002] Eine Hinterfüllung oder Auffüllung mit wärmedämmendem Füllmaterial dient allgemein zum Auffüllen von Hohlräumen und kann als Bodendämmung oder als Dämmung hinter Wänden eingebracht werden.

[0003] Eine Hinterfüllung dient oft dazu, um einen in einer ausgehobenen Grube (oder sonstigen Vertiefung z.B. bei Innenpool) platzierten Pool seitlich zu umschließen, also den Spalt zwischen Pool und Grubenwand (oder einer sonstigen Wand, z.B. Gebäudewand) bis zu einer gewissen Höhe aufzufüllen. Oben auf der Hinterfüllung wird in der Regel ein Stahlbetonringanker platziert.

[0004] Für die Bodenplatte des Pools kann eine Auffüllung mit wärmedämmendem Füllmaterial erfolgen, welches meist eine andere Zusammensetzung aufweist als die Hinterfüllung, um die Anforderungen hinsichtlich Druckfestigkeit zu erfüllen.

[0005] Bei der Hinterfüllung von Pools in Form von Einstückbecken wird bereits seit Jahren anstatt Magerbeton, Kies oder Polystyrolbeton verwendet.

[0006] Der Vorteil ist die wärmedämmende Wirkung und somit die „Warmhaltung“ des Badewassers im Pool.

[0007] Bisher wird dafür ausschließlich oder zumindest großteils recycliertes Mahlgut als dämmender Zuschlag zum Leichtbeton verwendet.

[0008] Durch die Hydrationswärme beim Abbinden des Bindemittels, welches vorwiegend aus Zement besteht, entstehen hohe Temperaturen insbesondere in voluminösen Hinterfüllungsräumen, da die Hydrationswärme nur schlecht durch die dichte Mörtelmatrix entweichen kann.

[0009] Beispielsweise kann so an einem Sommertag eine Kerntemperatur von ca. 80-90°C entstehen. Dies kann zur Beschädigung von Leitungen und Einbauteilen aus Kunststoff sowie der Poolaußenwand führen. Natürlich tritt dieses Problem auch bei anderen Auf- oder Hinterfüllungen auf, wenn das Füllmaterial in einer großen Menge, insbesondere in einer großen Schichtstärke eingebracht wird, und temperaturempfindliche Elemente im Füllmaterial vorliegen, oder an diesem anliegen. Ein Beispiel dafür sind Gewölbehinterfüllungen. Ein zusätzliches Problem ist, dass bei diesen hohen Temperaturen auch das Polystyrolmahlgut schrumpfen kann, sodass die stützende Wirkung aufgrund der dadurch entstehenden Hohlräume stark minimiert wird.

[0010] Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes wärmedämmendes Füllmaterial zur Hinterfüllung oder Auffüllung bereit zu stellen.

[0011] Für die Lösung wird ein wärmedämmendes Füllmaterial zur Hinterfüllung oder Auffüllung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße wärmedämmende Füllmaterial umfasst ein zementbasiertes Bindemittel und ein Wärmedämmmaterial, wobei das Wärmedämmmaterial neu geschäumte Monokorn Polystyrolkugeln sind. Bei den neu geschäumten Monokorn Polystyrolkugeln handelt es sich um expandierte Polystyrolkugeln bzw. expandierte Polystyrolperlen, bzw. können die neu geschäumten Monokorn Polystyrolkugeln auch als neu expandierte Monokorn Polystyrolkugeln bezeichnet werden.

[0012] Verfahren zur Herstellung von expandierten Polystyrolkugeln sind nach dem Stand der Technik bekannt, wobei als Ausgangsstoff harte, perlförmige Polystyrol-Granulate dienen, die im Zuge der Herstellung mit einem Treibmittel imprägniert werden, welches Treibmittel durch die Zufuhr von Wärme beim Vorschäumen verdampft, sodass sich die kompakten Polystyrol-Perlen um das 20 bis 50-fache ihres Volumens aufblähen und sodann als expandierte Polystyrolkugeln vorliegen.

[0013] Die bei der gegenständlichen Erfindung eingesetzten Polystyrolkugeln sind somit Hohlkugeln.

[0014] Neu geschäumt (bzw. expandiert) bedeutet, dass die Polystyrolkugeln als solche herge-

stellt werden und nicht durch Recycling, insbesondere Zerkleinern von Polystyrolelementen, gewonnen werden. Beim Zerkleinern von Altpolystyrol zu Recyclat entsteht ein großer Anteil kleiner Partikeln und Staub. Dadurch wird ein wesentlich höherer Bindemittel- und Wasseranteil benötigt.

[0015] Monokorn bedeutet, dass die Polystyrolkugeln als einzelne Kugeln bzw. Perlen vorliegen. Die Polystyrolkugeln liegen als loses Schüttgut vor.

[0016] Durch die Verwendung von neu geschäumten Monokorn Polystyrolkugeln verringert man die zu bindende bzw. zu benetzende spezifische Oberfläche und somit den Bindemittelbedarf.

[0017] Da die Hydrationswärme vom Bindemittelgehalt abhängt, kann bereits dadurch eine Reduktion der Temperatur erreicht werden. Durch das Monokorn entsteht zudem eine Kugelmatrix mit Zwischenräumen, durch welche Wärme besser abtransportiert werden kann. Das erfindungsgemäße Füllmaterial heizt sich beim Aushärten weniger auf und kühlt schneller ab.

[0018] Dadurch erreicht man auch an voluminösen Auf- oder Hinterfüllungsstellen eine Reduktion der Kerntemperatur um bis zu 40 Grad Celsius.

[0019] Dadurch kommt es zu keiner Beschädigung von temperaturempfindlichen Einbauteilen.

[0020] Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die runde Form des Zuschlagstoffes beim Verfüllen mit Druckluftförderung ein schnelles automatisches Verteilen des Füllmaterials gewährleistet wird. Dadurch können auch formempfindliche Konstruktionen ohne großen Aufwand und ohne zusätzliche Sicherungsmaßnahmen schnell aufgefüllt oder hinterfüllt werden. Dadurch entsteht wesentlich geringerer Druck auf empfindliche Einbauteile, da die Reibung der Polystyrolkugeln wesentlich geringer ist als bei gemahlenem Polystyrol.

[0021] Auch eine schädliche ungleichmäßige Verteilung des Bindemittels in der Materialmatrix, wie sie bei Verwendung von gemahlenem Alt-Polystyrol als Dänmmmaterial auftreten kann, kann so stark minimiert werden.

[0022] Man erhält eine homogene gleichmäßige Mischmatrix.

[0023] Bevorzugt enthält das Füllmaterial Polystyrolkugeln, welche ein spezifisches Gewicht von 8-40 kg/m® vorzugweise 12-18kg/m* aufweisen. Bevorzugt beträgt die mittlere Korngröße 2-12 mm vorzugsweise 3-5 mm. Anders formuliert liegt der Durchmesser der Polystyrolkugeln bevorzugt im Bereich von 2-12 mm, vorzugsweise 3-5 mm.

[0024] Bevorzugt beträgt der Anteil der Polystyrolkugeln des Füllmaterials zwischen 8 und 40 kg/m®, vorzugsweise zwischen 12 und 18 kg/m®.

[0025] Bevorzugt beträgt der Bindemittelanteil des Füllmaterials zwischen 20 - 125 kg/m®, vorzugsweise 45-85 kg/m®. Als Zement wird ein Portlandzement, insbesondere ein hochwertiger Portlandzement bevorzugt. Bevorzugt wird CEM | 52,5R.

[0026] Das Bindemittel kann Zusätze (Betonzusatzmittel) aufweisen.

[0027] Zur Erhöhung der spezifischen Oberfläche kann 0,5 - 10%, bevorzugt 1-3%, amorphe Kieselsäure (in Pulverform oder flüssig) zugegeben werden.

[0028] Die Frischmörtel-Rohdichte (FMD) des Füllmaterials beträgt vorzugsweise zwischen 70 und 150 kg/m®.

[0029] Die Trockenrohdichte (DMD) des Füllmaterials beträgt vorzugsweise zwischen 60 und 135 kg/m®.

[0030] Bevorzugt enthält das Füllmaterial keine Gesteinskörnung.

[0031] Die für das Einbringen (insbesondere durch Druckluftförderung) angemischte Formulierung des Füllmaterials weist bevorzugt folgende Zusammensetzung auf:

[0032] Zement: 20 bis 125 kg/m®, vorzugsweise 45 bis 85 kg/m®

[0033] Polystyrolkugeln: 8 bis 40 kg/m®, vorzugsweise 12 bis 18 kg/m* Wasser: 10 bis 50 I/m®, vorzugsweise 18 bis 35 I/m®.

[0034] Wobei die Polystyrolkugeln einem Durchmesser im Bereich von 2-12 mm, bevorzugt 3-5 mm, aufweisen.

[0035] Dem Wasser oder der angerührten Mischung können Betonzusatzmittel und/oder Additive zugegeben sein.

[0036] Die in den zu befüllenden Raum einzubringende Mischung liegt in erdfeuchtem Zustand vor. Die Mischung ist somit bedingt fließfähig (Da die runde Kugel nur mit Bindemittel benetzt sind, weisen diese eine geringe Reibung auf, sodass sich diese gut verteilen bzw. gut verteilen lassen, weil diese aneinander abrollen) und muss beim Einbringen verteilt und leicht angedrückt werden. Durch die erdfeuchte Einbringung der Mischung, verbleiben zwischen den mit feuchtem Bindemittel benetzten Polystyrolkugeln auch Freiräume mit Luft. Diese Freiräume sind dabei nicht geschlossen, sondern stehen in Verbindung, sodass Luftkanäle im Material vorliegen, durch welche Wärme des Aushärtprozesses gut ableitbar ist. Anders formuliert, ist die frisch eingebrachte Mischung offenzellig porös. Dies erklärt sich dadurch, dass der Bindemittelanteil gering ist, sodass nur eine dünne Bindemittelschicht an den Polystyrolkugeln vorliegt. Die Polystyrolkugeln sind somit nicht in einer Bindemittelmatrix eingeschlossen, wie dies bei flüssigem oder breiigem Mörtel, Schaumbeton und/oder Beton mit wärmedämmenden Partikeln der Fall ist. Bei der gegenständlichen Erfindung liegt das Bindemittel zumindest an den Kontaktpunkten der Polystyrolkugeln vor. Zur Abgrenzung zu Schaum- oder Porenbeton ist anzumerken, dass die gegenständliche Mischung keine Schaumkomponente oder Luftporenbildner enthält; zudem sind die Luftporen von Schaum- oder Porenbeton geschlossenzellig.

[0037] Die Wasserzugabemenge beträgt bevorzugt zwischen 1,8 und 3,5 Liter pro 100 Liter Trockenmischung, insbesondere zwischen 2 und 3 Liter pro 100 Liter Trockenmischung.

[0038] Das gegenständliche Füllmaterial wird bevorzugt zur Auf- oder Hinterfüllung verwendet, wenn im zu füllenden Raum wärmeempfindliche Element vorliegen, oder wärmeempfindliche Element am zu füllenden Raum anschließen, insbesondere wenn der Raum voluminös ist. Bevorzugt wird das gegenständliche Füllmaterial zur Füllung von Räumen verwendet, deren Stärke (Ausdehnung in Richtung mit geringster Abmessung) zumindest 10 cm, insbesondere zumindest 15 cm beträgt. Als Stärke ist bei Bodenfüllungen die Höhe der Füllung anzusehen, bei Hinterfüllungen die Ausdehnung senkrecht auf die zu hinterfüllende Fläche.

[0039] Besonders bevorzugt wird das Füllmaterial zur Hinterfüllung von Poolwänden verwendet.

[0040] Bei Verwendung des Füllmaterials zur Errichtung einer Bodenplatte von Pools wird bevorzugt, dass dieses gegenüber der Hinterfüllung des Pools eine um 10-30% erhöhten Bindemittelanteil aufweist, aufgrund der höheren Anforderung hinsichtlich Druckfestigkeit.

[0041] Eine weitere bevorzugte Verwendung ist die Hinterfüllung von Gewölben.

[0042] Bei Verwendung des Füllmaterials kann es zum Schutz vor zu schneller Austrocknung (z.b. aufgrund von Sonneneinstrahlung) erforderlich sein, das Füllmaterial nach dem Einbringen abzudecken. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dafür ein luftdurchlässiges, perforiertes oder atmungsaktives Material, wie eine luftdurchlässige Folie oder Plane verwendet wird, um die Wärmeableitung an der Oberfläche der Füllung nicht durch die Abdeckung zu behindern.

[0043] Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Hinterfüllung und/oder zur Bodenauffüllung unter Verwendung des erfindungsgemäßen wärmedämmenden Füllmaterials, wobei dieses mit Wasser zu einer erdfeuchten Mischung angemischt wird und in den zu be- oder hinterfüllenden Raum eingebracht wird, wobei das Füllmaterial im Raum mit einer Kugelmatrixstruktur vorliegt, wobei in den Zwischenräumen der mit Bindemittel benetzten Polystyrolkugeln Luft vorliegt.

[0044] Auf der Baustelle kann die erdfeuchte Konsistenz geprüft werden, indem die Mischung zu einer Kugel geformt wird („Schneeballtest“). Die richtige Konsistenz ist erreicht, wenn die Mischung die Kugelform behält und erst zerfällt, wenn von oben mit dem Finger auf die Kugel gedrückt wird. Der Mischung sollte einen leichten Glanz an der Oberfläche besitzen. Zerfällt die Kugel sofort nach dem Formen, ist die Konsistenz zu trocken und die Mischung lässt sich nicht ausreichend verdichten. Ist die Konsistenz zu nass, behält die Kugel nach dem Formen nicht

mehr ihre Form und weist an der Oberfläche einen Film aus Zementleim auf.

[0045] Die Erfindung umfasst zudem eine mit dem erfindungsgemäßen wärmedämmendem Füllmaterial errichtete Hinterfüllung oder Bodenauffüllung, wobei diese mit einer Kugelmatrixstruktur vorliegt, wobei in den Zwischenräumen der durch Bindemittel verbundenen Polystyrolkugeln Luft vorliegt.

[0046] Die Kugelmatrixstruktur ist offenzellig.

[0047] Bevorzugt kann warme Luft innerhalb der Kugelmatrixstruktur aufsteigen, insbesondere an deren Oberfläche entweichen.

[0048] Bevorzugt wird die Oberfläche der Kugelmatrixstruktur nach deren Erhärten mit einer nachfolgend aufgebrachten Schicht eines anderen Materials (Beispielsweise Beton oder Estrich) verschlossen.

[0049] Zur schematischen Veranschaulichung der Struktur des verfüllten Füllmaterials sind folgenden Zeichnungen beigefügt:

[0050] Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Gitterstruktur des verfüllten Füllmaterials in 3D Ansicht.

[0051] Fig. 2 veranschaulicht schematisch die Gitterstruktur des verfüllten Füllmaterials mit Schnitt durch das an der jeweiligen Kugel anhaftende Bindemittel.

[0052] Wie in Fig 1 veranschaulicht ist, bilden die mit Bindemittel benetzten Kugeln 1 des Füllmaterials eine Kugelmatrix mit zufälliger Anordnung der benetzten Kugeln 1. Zwischen den benetzten Kugeln 1 verbleiben Zwischenräume, welche untereinander verbunden sind.

[0053] In den Zwischenräumen kann während dem Aushärten erwärmte Luft innerhalb der Kugelmatrix aufsteigen und an deren Oberfläche entweichen.

[0054] Nach dem Erhärten der Auf- oder Hinterfüllung wird in der Regel eine Schicht eines anderen Materials auf diese aufgebracht, welche die Oberfläche der Auf- oder Hinterfüllung verschließt bzw. versiegelt. Bei der Hinterfüllung eines Pools erfolgt dies durch den Stahlbetonringanker. Die Pool-Bodenplatte wird durch den Pool selbst abgedeckt.

[0055] In Fig. 2 sind ein einige benetzte Kugeln 1 der Kugelmatrix dargestellt. Die Monokornkugeln 2 aus Polystyrol können dabei einen mehr oder weniger stark ausgeprägten Bindemittelbelag 3 aufweisen. Der Bindemittelbelag 3 kann die Monokornkugeln 2 umschließen oder nur partiell an diesen vorliegen, insbesondere im Berührungsbereich der Monokornkugeln 2.

[0056] Bevorzugt wird allerdings ein vollständiger Überzug der Monokornkugeln 2 mit Bindemittel.

[0057] Bevorzugt ist dem Bindemittel ein Farbstoff zugesetzt. Eine vollständige Benetzung bzw. eine gute Durchmischung ist aufgrund des Farbkontrastes des gefärbten Bindemittels zu den bevorzugt weißen Polystyrolkugeln optisch erkennbar.

[0058] Nach dem Aushärten des Bindemittels bleibt die Kugelmatrixstruktur erhalten, wobei die Polystyrolkugeln untereinander durch das erhärtete Bindemittel verbunden sind, wobei in den Zwischenräumen der durch Bindemittel verbundenen Polystyrolkugeln Luft vorliegt.

Claims

Patentansprüche

1. Trockenmischung eines wärmedämmenden Füllmaterials zur Hinterfüllung und/oder zur Auffüllung, wobei das Füllmaterial ein zementbasiertes Bindemittel und ein Wärmedämmmaterial umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmaterial neu geschäumte Monokorn Polystyrolkugeln sind.

2. Trockenmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die expandierten PoIystyrolkugeln mit einer durchschnittlichen Größe im Bereich von 2-12 mm, vorzugsweise 35 mm, vorliegen.

3. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der expandierten Polystyrolkugeln im Bereich von 8-40 kg/m? vorzugweise 12-18 kg/m® liegt.

4. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelanteil des Füllmaterials zwischen 20 und 125 kg/m®, vorzugsweise 45 bis 85 kg/m®, beträgt.

5. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel Portlandzement umfasst.

6. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel als Zusatz amorphe Kieselsäure enthält.

7. Verfahren zur Hinterfüllung und/oder zur Auffüllung unter Verwendung einer Trockenmischung eines wärmedämmenden Füllmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit Wasser zu einer erdfeuchten Mischung angemischt wird und in den zu befüllenden oder hinterfüllenden Raum eingebracht wird, wobei das Füllmaterial im Raum mit einer Kugelmatrixstruktur vorliegt, wobei in den Zwischenräumen der mit Bindemittel benetzten Polystyrolkugeln Luft vorliegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Hinterfüllung oder Auffüllung nach deren Einbringen mit einem luftdurchlässigen oder atmungsaktiven Material, insbesondere einer Plane oder Folie, abgedeckt wird.

9. Hinterfüllung oder Auffüllung, welche nach einem Verfahren der Ansprüche 7 bis 8 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer Kugelmatrixstruktur vorliegt, wobei in den Zwischenräumen der durch Bindemittel verbundenen Polystyrolkugeln Luft vorliegt.

10. Hinterfüllung oder Auffüllung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelmatrixstruktur offenzellig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen