-
Die
Erfindung betrifft ein Funktionsbauelement und ein Verfahren zu
dessen Herstellung. Ein derartiges Funktionsbauelement wird beispielsweise
als Schallschutzwand oder als Isolationswand eingesetzt.
-
Ein
herkömmliches
Funktionsbauelement umfasst drei Schichten: eine tragende Innenschicht,
eine Funktionsschicht und eine Außenschicht. Die tragende Innenschicht
sorgt für
die strukturelle Festigkeit, die Funktionsschicht stellt eine gewünschte Funktion
bereit, wie z. B. Wärmedämmung oder
Schalldämpfung,
und die Außenschicht
hält die
Funktionsschicht an der Tragschicht fest, deckt die Funktionsschicht
ab und bildet beispielsweise einen nach außen sichtbaren Teil einer Fassadenverkleidung.
Die Schichten sind über
Verbindungselemente wie Stifte, Anker oder dergleichen mechanisch
verbunden.
-
An
den Verbindungsstellen können
insbesondere bei wechselhaften Umweltbedingungen, wie z. B. größeren Temperaturschwankungen,
Risse an der Innenschicht und/oder der Außenschicht entstehen, so dass
die Verbindungselemente ausreißen
können
und das Funktionsbauelement Schaden erleidet.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Funktionsbauelement und
ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, wonach das
Funktionsbauelement einen vereinfachten und stabileren Aufbau sowie eine
längere
Haltbarkeit aufweist.
-
Um
die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, stellt die Erfindung das
Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauelements nach Anspruch
1 bereit, umfassend die Schritte: a) Erzeugen einer Dispersion mit
einer flüssigen
und abbindbaren Trägerkomponente
als Hauptphase und mindestens einer darin verteilten Funktionskomponente
als Nebenphase; b) Einleiten eines Entmischungsvorgangs der Dispersion; und
c) Abbinden der Dispersion in einem Teilentmischungszustand, so
dass die Konzentration der Funktionskomponente zu einer Seite des
Funktionsbauelements hin zunimmt. Durch die starke Anreicherung
der Funktionskomponente an einer Seite des Funktionsbauelements
wird eine Konstruktion geschaffen, die es erlaubt, in dem Funktionsbauelement
verschiedene Eigenschaften miteinander zu vereinen, die sonst nur
in Mehrschichtbauteilen erreicht werden. In dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Funktionsbauelement wird beispielsweise ein fließender Übergang
von der statisch tragenden Trägerkomponente
zur Funktionskomponente bewerkstelligt. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte, monolithische Funktionsbauelement vereint die Vorteile
der erleichterten Herstellung und der besseren Haltbarkeit, um den
hohen Ansprüchen
an moderne Funktionsbauelemente gerecht zu werden, und bietet gegenüber einem herkömmlichen
Funktionsbauelement diverse Vorteile im Hinblick auf Material-,
Produktions- bzw. Herstellungskosten, Ökobilanz und Einfachheit.
-
Bevorzugte
Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.
-
Es
kann sich als hilfreich erweisen, wenn die Trägerkomponente ein Bindemittel
aufweist, das wenigstens einen Anteil eines hydraulischen Bindemittels,
eines latent hydraulischen Bindemittels, eines puzzolanisch reagierenden
Bindemittels oder eines Kunststoffs umfasst. Derartige Bindemittel
sind für
Baustoffe gut geeignet.
-
Es
kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Trägerkomponente wenigstens einen
Anteil an Zement, Gips, Anhydrit, Lehm, Ton, Bitumen, Polyurethan
oder einem anderen künstlichen
Bindemittel aufweist. Derartige Bindemittel sind für Baustoffe
besonders gut geeignet.
-
Um
das mit der vorliegenden Erfindung erzielbare Ergebnis weiter zu
verbessern, kann die Trägerkomponente
eine depolymerisierte Flüssigkeit,
vorzugsweise depolymerisiertes Wasser enthalten. Dazu wird Wasser
vorzugsweise mit einem Depolymerisator, Zement als Bindemittel und
weiteren Additiven versetzt, und in einem Hochleistungsleistungsmischer
vermischt, um eine Suspension zu bilden. Diese Suspension wird dann als
Trägerkomponente
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
eingesetzt. Als Funktionskomponente werden Sand und/oder Kies mit
einer Korngröße < 2 mm bzw. < 16 mm beigemengt
und mit der Trägerkomponente
beispielsweise in einem Fahrmischer vermischt. Die Verwendung der
depolymerisierten Flüssigkeit, insbesondere
des depolymerisierten Wassers, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
hat die Vorteile, dass sich die als Trägerkomponente zu verwendende
Suspension nicht entmischt und eine hervorragende Homogenität aufweist,
dass hochfester Beton durch niedrige Wasser/Zement-Werte herstellbar
ist, dass hohe Früh-
und Endfestigkeiten erzielbar sind, und dass der Beton eine hohe
Dichtheit und einen großen
Widerstand gegen chemische Angriffe aufweist. Die Verwendung der
depolymerisierten Flüssigkeit,
insbesondere des depolymerisierten Wassers, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
hat bei der Verarbeitung die besonderen Vorteile, dass ein Rütteln der
die Trägerkomponente
und die Funktionskomponente(n) umfassenden Dispersion nicht erforderlich
ist, sondern sich die Dispersion von selbst verdichtet und entlüftet, so
dass die Produktion ruhig ablaufen kann. Weitere Vorteile sind:
keine Übertragung
von Schwingungen während
des Einbringens; eine geringerer Schalungsverschleiß; verkürzte Betonierzeiten
und kürzere
Entstehungsfristen; bessere Umschließung aufwendiger und enger
Bewehrungen; keine Verdichtungsfehler; schnelle Selbstnivellierung
und höhere
Einbauleistungen.
-
Es
kann von Vorteil sein, wenn eine Funktionskomponente eine Vielzahl
von Gasbläschen
umfasst. Die in der Trägerkomponente
eingeschlossenen Gasbläschen
verleihen dem Funktionsbauelemente hervorragende isolierende und
schalldämpfende
Eigenschaften. Vorzugsweise ist die Konzentration der Gasbläschen derart
gewählt,
dass die Gasbläschen
an einer Seite des herzustellenden Funktionsbauelements unmittelbar benachbart
angeordnet sind und das Funktionsbauelement an dieser Seite eine
Schaumstruktur aufweist. Eine offene bzw. offenzellige Schaumstruktur
bietet i. d. R. gute Schalldämpfungseigenschaften,
während
eine geschlossene bzw. geschlossenzellige Schaumstruktur gute Wärmedämmungseigenschaften
aufweist.
-
Es
kann sich aber auch als vorteilhaft erweisen, wenn eine Funktionskomponente
eine Vielzahl von Feststoff-Partikeln umfasst. Die Feststoff-Partikel
können
gezielt nach dem einzustellenden Eigenschaftsprofil des Funktionsbauelements
ausgewählt
werden und sorgen für
eine größere Festigkeit
des Funktionsbauelements gegenüber
den Gasbläschen.
Vorzugsweise ist die Konzentration der Feststoff-Partikel derart
gewählt, dass
die Feststoff-Partikel an einer Seite des herzustellenden Funktionsbauelements
unmittelbar benachbart angeordnet sind und sich gegenseitig berühren.
-
Es
kann hilfreich sein, wenn die Partikel eine für die Trägerkomponente undurchdringbare
Struktur aufweisen. Dadurch werden die Partikel von der Trägerkomponente
lediglich ummantelt, nicht aber durchsetzt, so dass sie nach Fertigstellung
des Funktionsbauelements ihre bestimmungsgemäße Funktion dauerhaft und zuverlässig erfüllen. Dieser
Effekt kann beispielsweise durch Depolymerisation eines in der Trägerkomponente enthaltenen
Wassers begünstigt
werden, so dass auch großporige
Partikel von der Trägerkomponente
lediglich ummantelt, nicht aber durchsetzt werden.
-
Es
kann aber auch hilfreich sein, wenn die Partikel Gaseinschlüsse aufweisen.
Die Gaseinschlüsse verleihen
dem Funktionsbauelemente – wie
auch die Gasbläschen – hervorragende
isolierende und schalldämpfende
Eigenschaften, weisen aber gegenüber
den Gasbläschen
eine größere Festigkeit
und Beständigkeit
auf.
-
Es
kann auch von Vorteil sein, wenn die Partikel ein Wärmedämmungsmaterial
und/oder Schalldämpfungsmaterial
enthalten. Das Wärmedämmungsmaterial
und/oder Schalldämpfungsmaterial
kann in Gestalt der Partikel im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
besonders einfach und wirkungsvoll in das monolithische Funktionsbauelement
integriert und eingebettet werden, so dass das Funktionsbauelement
hervorragende isolierende und schalldämpfende Eigenschaften mit hervorragenden
statischen Eigenschaften vereint.
-
Es
kann sich als nützlich
erweisen, wenn die Partikel zumindest einen Anteil eines natürlichen
Stoffs, vorzugsweise eines pflanzlichen Stoffs wie Holz, Stroh,
Kork, Naturgummi, oder eines natürlichen
Gesteins wie Sand, Kies, vulkanisches Gestein wie Perlit oder Bims;
oder eines synthetischen Stoffs wie Kunststoff, Styropor oder künstliches
Gestein wie Blähton,
enthalten. Derartige Stoffe sind i. d. R. kostengünstig verfügbar, besitzen
hervorragende isolierende und/oder schalldämpfende Eigenschaften und sind
i. d. R. witterungsbeständig.
Beispielsweise können
Autoreifen oder diverse andere Rest-, Entsorgungs- und/oder Abfallprodukte
recycelt werden und in zerkleinerter Form (z. B. durch schreddern)
als Funktionskomponente eingesetzt werden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
derartige Stoffe besonders einfach und besonders wirkungsvoll in
das monolithische Funktionsbauelement integriert und eingebettet
werden, so dass das Funktionsbauelement hervorragende isolierende
und schalldämpfende
Eigenschaften mit hervorragenden statischen Eigenschaften vereint.
-
Es
kann nützlich
sein, wenn eine Funktionskomponente eine gegenüber der Trägerkomponente unterschiedliche
Dichte aufweist. Dadurch kann der Entmischungsvorgang unter dem
Einfluss der Schwerkraft erheblich erleichtert werden.
-
Es
kann sich als praktisch erweisen, wenn der Schritt a) und das Rühren der
Dispersion und/oder der Schritt b) das Schütteln der Dispersion umfasst.
Durch Rühren
der Dispersion kann die Funktionskomponente gleichmäßig in der
Trägerkomponente
verteilt werden. Durch Schütteln
der Dispersion kann der Entmischungsvorgang erheblich beschleunigt
werden.
-
Es
kann sich als günstig
erweisen, wenn der Schritt b) das Entmischen der Dispersion unter
dem Einfluss der Schwerkraft umfasst. Dieser Schritt kann ohne gesonderte
Hilfsmittel bewerkstelligt werden.
-
Es
kann sich als nützlich
erweisen, wenn eine Verstärkungskomponente
in die Trägerkomponente
eingebettet wird. Dadurch kann die Verstärkungskomponente in einer gewünschten
Position und/oder Ausrichtung in der Trägerkomponente angeordnet und
verankert werden.
-
Es
kann sich als besonders nützlich
erweisen, wenn die Verstärkungskomponente
ein Bewehrungselement enthält.
Dadurch kann die Festigkeit des Funktionsbauelements signifikant
vergrößert werden.
Die Verstärkungskomponente
kann eine Bewehrung oder Armierung aus Metall oder Kunststoff sein,
oder ein faserhaltiges bzw. textiles Verstärkungsmaterial umfassen.
-
Ein
besonders bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft
ein monolithisches Funktionsbauelement, hergestellt durch das Verfahren
nach einem der vorangegangenen Ausführungen, wobei das Funktionsbauelement
als Funktionsbauplatte ausbildet ist. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Funktionsbauelement vereint die positiven Eigenschaften
eines herkömmlichen
mehrschichtigen Funktionsbauelements in sich, und weist demgegenüber eine
erheblich kompaktere Struktur auf. Auf Verbindungselemente zur Verbindung
der unterschiedlichen Schichten eines herkömmlichen mehrschichtigen Funktionsbauelements
kann vollständig
verzichtet werden. Somit weist das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Funktionsbauelement auch einen erheblich vereinfachten
Aufbau mit erheblich verringerter Versagensanfälligkeit auf.
-
Es
kann hilfreich sein, wenn das Funktionsbauelement als Wärmedämmelement
und/oder als Schallschutzelement ausgebildet ist. Derartige Funktionsbauelemente
lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut
herstellen. Vorzugsweise wird das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Funktionsbauelement als Fassadenverkleidungselement
eingesetzt.
-
Es
kann sich als günstig
erweisen, wenn das Funktionsbauelement zwischen zwei gegenüberliegenden
Seiten drei Zonen mit im Wesentlichen gleicher Dicke aufweist, wobei
erste und zweite Randzonen die gegenüberliegenden Seiten des Funktionsbauelements
definieren und eine Übergangszone
zwischen den Randzonen definiert ist, wobei ein Volumenanteil einer
Funktionskomponente in der einen Randzone kleiner als/gleich 25%
ist, in der Übergangszone
größer als
25% und kleiner als/gleich 75% ist und in der anderen Randzone größer als
75% ist. Derartige Volumenanteile haben sich in Versuchen bewährt.
-
Es
kann sich als besonders günstig
erweisen, wenn der Volumenanteil einer Funktionskomponente in der
einen Randzone kleiner als/gleich 10% ist, in der Übergangszone
größer als
10% und kleiner als/gleich 90% ist und in der anderen Randzone größer als
90% ist. Derartige Volumenanteile haben sich in Versuchen besonders
bewährt.
-
Es
kann sich als praktisch erweisen, wenn die Konzentration einer Funktionskomponente
zwischen zwei gegenüberliegenden
Seiten des Funktionsbauelements im Wesentlichen linear oder exponentiell
ansteigt. Dadurch kann das Eigenschaftsprofil des Funktionsbauelements
für bevorzugte
Anwendungen des Funktionsbauelements besonders vorteilhaft eingestellt
werden.
-
Es
kann auch nützlich
sein, wenn das Funktionsbauelement zwei Funktionskomponenten aufweist, deren
Konzentrationen zu unterschiedlichen Seiten des Funktionsbauelements
hin zunehmen. Dadurch kann das Eigenschaftsprofil des Funktionsbauelements
in den einzelnen Zonen des Funktionsbauelements besonders vorteilhaft
eingestellt werden.
-
Es
kann sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn das Funktionsbauelement
als Dachelement ausgebildet ist. Das Funktionsbauelement kann wahlweise
als Gesamtdach oder als Dachstein (vgl. Dachziegel) ausgebildet
sein, wobei eine Vielzahl von Dachsteinen das Gesamtdach bildet.
Dabei kann die Seite des Funktionsbauelement, an welcher die Funktionskomponente
angereichert ist, entweder nach außen oder nach innen gerichtet
sein, je nachdem, welche Funktion (z. B. Wärmedämmung und/oder Schalldämpfung)
gewünscht wird.
-
Es
kann sich auch als praktisch erweisen, wenn das Funktionsbauelement
als Fußbodenelement
ausgebildet ist. Das Funktionsbauelement kann wahlweise als Gesamtfußboden oder
als Fußbodenstein
(vgl. Kachel) ausgebildet sein, wobei eine Vielzahl von Fußbodenstein
den Gesamtfußboden
bildet. Dabei kann die Seite des Funktionsbauelement, an welcher
die Funktionskomponente angereichert ist, entweder nach oben oder
nach unten gerichtet sein, je nachdem, welche Funktion (z. B. Wärmedämmung und/oder
Schalldämpfung)
gewünscht
wird.
-
Es
kann sich auch als hilfreich erweisen, wenn das Funktionsbauelement
mit einem Farbstoff versetzt ist. Dadurch kann das Funktionsbauelement
nach optischen und ästhetischen
Gesichtspunkten ausgelegt und gestaltet werden.
-
Bevorzugte
Ausführungen
der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen detailliert beschrieben.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Dispersion für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
herzustellendes Funktionsbauelement nach Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
2 zeigt
eine schematische Ansicht der Dispersion für das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
herzustellende Funktionsbauelement in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
3 zeigt
eine schematische Ansicht der Dispersion für das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
herzustellende Funktionsbauelement nach Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
4 zeigt
eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Funktionsbauelements mit einer Matrix und einem Zuschlagstoff zur
Erläuterung
eines mathematischen Modells des Funktionsbauelements.
-
5 zeigt
ein Diagramm zur Darstellung der Konzentrationen der Matrix und
des Zuschlagstoffs des Funktionsbauelements im Verhältnis zum
Abstand von einer Grundfläche
des Funktionsbauelements.
-
Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauelements,
umfassend die Schritte: a) Erzeugen einer Dispersion 1 mit
einer flüssigen
und abbindbaren Trägerkomponente 2 als
Hauptphase und mindestens einer darin verteilten Funktionskomponente 3 als
Nebenphase; b) Einleiten eines Entmischungsvorgangs der Dispersion 1;
und c) Abbinden der Dispersion 1 in einem Teilentmischungszustand, so
dass die Konzentration der Funktionskomponente 3 zu einer
Seite S1 des Funktionsbauelements hin zunimmt.
-
Die
wichtigsten Begriffe werden nachstehend erläutert:
Eine Dispersion 1 ist
im Rahmen dieser Beschreibung ein heterogenes Gemenge aus mindestens
zwei Stoffen, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder
chemisch miteinander verbinden. Dabei wird ein Stoff (Nebenphase
bzw. Funktionskomponente) möglichst
fein in einem anderen Stoff (Hauptphase bzw. Trägerkomponente) verteilt. Die
einzelnen Phasen können
dabei deutlich von einander abgegrenzt werden und durch physikalische
Methoden wieder voneinander getrennt werden (z. B. filtern, zentrifugieren),
oder entmischen sich von selbst (sedimentieren). Enthält die Dispersion 1 eine
flüssige
Hauptphase und eine feste Nebenphase, so ist von einer Suspension
die Rede. Die Nebenphase bzw. Funktionskomponente kann im Rahmen
der Erfindung in beliebiger Form, z. B. gasförmig (als Gasbläschen),
fest (z. B. als Feststoff-Partikel, insbesondere als Granulat, Schüttgut, Körner, Kapseln,
etc.), flüssig
(z. B. Paraffin) oder als Mischphase (fest Hülle mit flüssigem/gasförmigem Kern) vorliegen.
-
Eine
Trägerkomponente 2 ist
im Rahmen dieser Beschreibung eine Komponente, die ein Bindemittel enthält, um die
Dispersion 1 in einem gewünschten Zustand abzubinden.
Die Trägerkomponente 2 bildet
eine Matrix M des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden
Funktionsbauelements. Die Matrix M selbst kann aus Zement bzw. aus
einem Wasser-Zement-Gemisch oder anderen hydraulischen Bindemitteln mit
latent hydraulischen bzw. in Kombination mit puzzolanisch reagierenden
Bindemitteln und/oder in Kombination mit Kunststoffen oder nur aus
Kunststoffen und/oder Kunststoffkombinationen bestehen.
-
Eine
Funktionskomponente 3, 4 ist im Rahmen dieser
Beschreibung jeder Zuschlagstoff, welcher der Trägerkomponente 2 beigemischt
werden kann, um dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden
Funktionsbauelement eine bestimmte Funktion, insbesondere Wärmedämmungs-
bzw. Isolierungsfunktion und/oder Schalldämpfungsfunktion, zu verleihen.
Jede Funktionskomponente 3, 4 der Dispersion 1 liegt
in diskreten Einheiten (Bläschen,
Körner,
Kapseln, Streifen, Späne,
etc. in hohler oder poröser
Form oder aus Vollmaterial) und in feiner Verteilung in der Trägerkomponente 2 vor.
Der größte Durchmesser
der diskreten Einheiten beträgt
vorzugsweise 0,1 mm bis 10 mm, bevorzugt, 1 mm bis 5 mm. Der Volumenanteil
der Funktionskomponente 3, 4 am Gesamtvolumen
der Dispersion 1 bzw. am Gesamtvolumen des herzustellenden
Funktionsbauelements beträgt
vorzugsweise zwischen 25% und 75%, bevorzugt zwischen 40% und 60%, besonders
bevorzugt 50%. Besonders geeignete Zuschlagstoffe sind: a) natürliche Stoffe,
z. B. pflanzliche Stoffe wie Holz, Stroh, Kork oder Naturgummi;
natürliches
Gestein wie Sand, Kies, vulkanisches Gestein wie Perlit oder Bims;
und b) synthetische Stoffe wie Kunststoff, Synthetikgummi oder Styropor;
und künstliches
Gestein wie Blähton.
Auch andere Zuschlagstoffe sind in Betracht zu ziehen. Um dem nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
herzustellenden Funktionsbauelement verschiedene Funktionen zu verleihen,
können
der Trägerkomponente 2 verschiedene
Funktionskomponente 3, 4 beigemischt werden.
-
Das
Verfahren wird beispielhaft beschrieben mit einer Dispersion 1,
die eine Trägerkomponente 2, eine
erste Funktionskomponente 3 und eine zweite Funktionskomponente 4 aufweist,
wobei die erste Funktionskomponente 3 eine geringere Dichte
als die Trägerkomponente 2 aufweist
und die zweite Funktionskomponente 4 eine höhere Dichte
als die Trägerkomponente 2 aufweist.
-
Die
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden nachfolgend erläutert:
In
Schritt a) wird die Dispersion 1 in einer Mischeinrichtung
derart vermischt, dass die Funktionskomponenten 3, 4 in
diskreten Einheiten und in feiner Verteilung in der Trägerkomponente 2 vorliegen.
Durch Rühren
der Dispersion 1 werden die Funktionskomponenten 3, 4 gleichmäßig über das
Volumen der Dispersion 1 verteilt. Anschließend wird
die Dispersion 1 in eine Form umgefüllt, welche einen Umriss des
herzustellenden Funktionsbauelements definiert. Die Form wird beispielsweise
von Schalungselementen auf einer Schalungsunterlage gebildet. 1 zeigt
eine schematische Ansicht der Dispersion 1 nach Schritt
a) des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei Bedarf kann ein Bewehrungsstahl (nicht gezeigt) als eine Verstärkungskomponente
in einem von der Dispersion 1 durchsetzbaren Volumen der
Form angeordnet werden, um das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Funktionsbauelement gezielt zu verstärken. Durch
Umfüllen
der Dispersion 1 in die Form wird die Verstärkungskomponente
in der Dispersion 1 eingebettet und von der Dispersion 1 ummantelt.
-
In
Schritt b) wird ein Entmischungsvorgang der Dispersion 1 eingeleitet.
Der Entmischungsvorgang der Dispersion 1 wird beispielsweise
dadurch eingeleitet, dass die Dispersion 1 für einen
vorgegebenen Zeitraum von vorzugsweise 10 min bis 90 min, bevorzugt
20 min bis 80 min, besonders bevorzugt 30 min bis 60 min, ungerührt stehen
gelassen wird. Aufgrund der unterschiedlichen Dichten der Trägerkomponente 2 und
der Funktionskomponenten 3, 4 entmischen sich
die Komponenten der Dispersion 1 unter dem Einfluss der Schwerkraft
von selbst. Durch Rütteln
der Dispersion 1 bzw. durch Vibration der Schalungsunterlage,
kann der Entmischungsvorgang bei Bedarf beschleunigt werden. Die
Funktionskomponente 3 steigt aufgrund der geringeren Dichte
in der Trägerkomponente 2 zu
einer Seite S1 auf und die Funktionskomponente 4 sinkt
aufgrund der größeren Dichte
in der Trägerkomponente 2 zu
einer Seite S2 ab. 2 zeigt eine schematische Ansicht der
Dispersion 1 in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der mit dem Bezugszeichen G bezeichnete Pfeil zeigt jeweils die
Wirkungsrichtung der Schwerkraft an.
-
In
Schritt c) wird die Dispersion 1 in einem Teilentmischungszustand
derart abgebunden, dass die Konzentration der Funktionskomponente 3 zur
Seite S1 des Funktionsbauelements hin zunimmt und Konzentration
der Funktionskomponente 4 zur Seite S1 des Funktionsbauelements
hin abnimmt. Die Abbindgeschwindigkeit kann derart auf die Entmischungsgeschwindigkeit
eingestellt werden, dass ein gewünschter
Teilentmischungszustand „eingefroren" wird, der für den gewünschten
Anwendungsfall besonders gut geeignet ist. Die Abbindgeschwindigkeit
kann durch Auswahl der Zusammensetzung des in der Trägerkomponente 2 enthaltenen
Bindemittels eingestellt werden. Die Entmischungsgeschwindigkeit
kann beispielsweise durch Rütteln
der Dispersion 1 beeinflusst werden. Je weiter die Entmischung
im abgebundenen Zustand fortgeschritten ist, umso funktionaler ist
das fertige Funktions bauelement ausgelegt. 3 zeigt
eine schematische Ansicht der Dispersion 1 nach Schritt
c) des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Ein
bevorzugtes Funktionsbauelement, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt ist und nachstehend mit Bezug auf die 3 beschrieben
wird, ist als Wärmedämmungswandelement
ausgebildet und wird beispielsweise als Fassadenverkleidung eingesetzt.
-
Die
Dispersion 1 zur Herstellung dieses Funktionsbauelements
umfasst die folgenden Komponenten:
- – Trägerkomponente 2:
Wasser-Zement-Gemisch mit einem Wasser-Zement-Wert <= 0,3, Volumenanteil der
Trägerkomponente 2 am
Gesamtvolumen der Dispersion 1: 50 Vol-%;
- – Erste
Funktionskomponente 3: Blähton/Lipor, Volumenanteil der
ersten Funktionskomponente 3 am Gesamtvolumen der Dispersion 1:
25 Vol-%;
- – Zweite
Funktionskomponente 4: Sand, Volumenanteil der zweiten
Funktionskomponente 4 am Gesamtvolumen der Dispersion 1:
25 Vol-%.
-
Die
erste Funktionskomponente 3 weist eine geringere Dichte
auf als die Trägerkomponente 2 und
die zweite Funktionskomponente 4 weist eine höhere Dichte
auf als die Trägerkomponente 2.
-
Durch
Einstellung der Abbindgeschwindigkeit auf die Entmischungsgeschwindigkeit,
wird die Dispersion 1 in dem schematisch dargestellten
Teilentmischungszustand abgebunden, so dass das Funktionsbauelement
zwischen zwei gegenüberliegenden
Seiten S1, S2 drei Zonen Z1, Z2, Z3 mit im Wesentlichen gleicher Dicke
aufweist, wobei erste und zweite Randzonen Z1, Z3 die gegenüberliegenden
Seiten S1, S2 des Funktionsbauelements definieren und eine Übergangszone
Z2 zwischen den Randzonen Z1, Z3 definiert ist, wobei ein Volumenanteil
einer Funktionskomponente 3 in der einen Randzone Z3 kleiner
als/gleich 10% ist, in der Übergangszone
Z2 größer als
10% und kleiner als/gleich 90% ist und in der anderen Randzone Z1
größer als 90%
ist. Bei der zweiten Funktionskomponente 4 verhält sich die
Konzentration im Wesentlichen umgekehrt zur ersten Funktionskomponente 3.
Die Konzentrationen der Funktionskomponenten 3, 4 steigen
zwischen den gegenüberliegenden
Seiten S1, S2 des Funktionsbauelements im Wesentlichen linear oder
exponentiell an, wobei die Konzentration der Funktionskomponente 3 zur
Seite S1 des Funktionsbauelements hin zunimmt und zur Seite S2 hin
abnimmt, und die Konzentration der Funktionskomponente 4 zur
Seite S2 des Funktionsbauelements hin zunimmt und zur Seite S1 hin
abnimmt.
-
Ein
mathematisches Modell eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Funktionsbauelements wird nachfolgend mit Bezug auf
die 4 und 5 beschrieben.
-
4 zeigt
eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Funktionsbauelements
mit einer Matrix M und einem Zuschlagstoff Z.
-
Die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Funktionsbauplatte umfasst die Dimension a × b × c, wobei
a × b
= Grundfläche
F und c = Dicke. Die Dimensionen a und b betragen vorzugsweise zwischen
50 cm und 1000 cm, bevorzugt zwischen 100 cm und 500 cm, besonders
bevorzugt zwischen 200 cm und 300 cm, und die Dimension c beträgt vorzugsweise
zwischen 10 cm und 50 cm, bevorzugt zwischen 20 und 40 cm, besonders
bevorzugt in etwa 30 cm. Innerhalb einer Matrix M, die im Rahmen
dieser Beschreibung auch als Trägerkomponente 2 bezeichnet
wird, wird mindestens ein Zuschlagstoff Z, der im Rahmen dieser Beschreibung
als Funktionskomponente 3, 4 bezeichnet wird,
in einer Art eingearbeitet, dass die Konzentration K(Z) dieses Zuschlagstoffes
Z beispielsweise in Abhängigkeit
seiner Dichte ρ(Z)
innerhalb der Matrix (M) zur Entfernung X von seiner Grundfläche F kontinuierlich
ansteigt oder abfällt.
Die Konzentration der Matrix K(M) in Entfernung zur Fläche F ergibt
sich dann aus 100 – K(Z)
als Funktion zur Qualität
an der betreffenden Stelle innerhalb der Bauplatte. Bedeutend für die funktionale
Wirkungsweise der Bauplatte ist, dass das Konzentrationsgefälle der
Komponenten in ihrer Entfernung zur Fläche F stetig ist und somit
eine Anhäufung
von signifikant gleichen Qualitäten
innerhalb der Bauplatte ausgeschlossen wird.
-
Jeder
Qualitätswert
definiert sich dann somit immer in Abhängigkeit von seiner Entfernung
von der Fläche
F entsprechend: dQ/dX = f(X)wobei Q die
Summe der Qualitäten
wiederspiegelt. Q = q + q2 +
q3 ... q*wobei q = Druckfestigkeit, q2 =
Wärmeleitzahl,
q3 = Schalldämpfung, etc.
-
5 zeigt
ein Diagramm zur Darstellung der Konzentrationen der Matrix K(M)
und des Zuschlagstoffs K(Z) des Funktionsbauelements im Verhältnis zum
Abstand x von einer Grundfläche
F des Funktionsbauelements.
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird ein monolithisches Kombinations-/Funktionsbauelement hergestellt, in
welchem durch Schaffung eines kontinuierlichen Konzentrationsgefälles zumindest
einer Funktionskomponente bzw. Zuschlagstoffs Z innerhalb des Monoliths
punktuell differenzierte Qualitätsmerkmale aufgebaut
werden, so dass die gleichzeitige multifunktionale Nutzung dieser
Eigenschaften über
das gesamte Funktionsbauelement ermöglicht wird.
-
Eine
beispielhafte Beton-Dispersion in der Festigkeitsklasse C25/C30
(Normalbeton) umfasst die folgende Rezeptur:
| Trägerkomponente: | |
| Zement | 190,00
kg |
| Flugasche | 90,00
kg |
| Steinmehl,
Korngröße < 0,125 mm | 30,00
kg |
| Wasser
(aufbereitet/depolymerisiert) | 93,00
kg |
| Additiv | 2,70
kg |
| Funktionskomponente(n): | |
| Sand/Kies | 2062,00
kg |
-
Eine
beispielhafte Beton-Dispersion in der Festigkeitsklasse C35/C40
(Normalbeton, hochfließfähig) umfasst
die folgende Rezeptur:
| Trägerkomponente: | |
| Zement | 240,00
kg |
| Steinmehl,
Korngröße < 0,125 mm | 160,00
kg |
| Wasser
(aufbereitet/depolymerisiert) | 130,00
kg |
| Additiv | 4,00
kg |
| Funktionskom
ponente(n): | |
| Sand
0–4 mm
Korngröße | 1111,00
kg |
| Kies
4–8 mm
Korngröße | 740,00
kg |
-
Eine
beispielhafte Beton-Dispersion in der Festigkeitsklasse C8/C10 (Leichtbeton,
Dichte 800 kg/m
3) umfasst die folgende Rezeptur:
| Trägerkomponente: | |
| Zement | 220,00
kg |
| Steinmehl,
Korngröße < 0,125 mm | 180,00
kg |
| Wasser
(aufbereitet/depolymerisiert) | 120,00
kg |
| Additiv | 4,00
kg |
| Schaumbildner | 1,30
kg |
| Funktionskomponente(n): | |
| Liapor – Sand 0–4 mm Korngröße | 100,00
kg |
| Liapor
8–12 mm
Korngröße | 260,00
kg |
-
Eine
beispielhafte Beton-Dispersion in der Festigkeitsklasse C10/C12
(Leichtbeton, schalldämmend, Dichte
1200 kg/m
3) umfasst die folgende Rezeptur:
| Trägerkomponente: | |
| Zement | 240,00
kg |
| Steinmehl
(D < 0,125 mm) | 160,00
kg |
| Wasser
(aufbereitet/depolymerisiert) | 120,00
kg |
| Additiv | 4,00
kg |
| Schaumbildner | 1,20
kg |
| Funktionskomponente(n): |
| Gummischrot
2–8 mm
Korngröße 830,00
kg |
-
Eine
beispielhafte Beton-Dispersion in der Festigkeitsklasse C55/C65
(Hochleistungsbeton) umfasst die folgende Rezeptur:
| Trägerkomponente: | |
| Zement | 387,00
kg |
| Flugasche | 48,60
kg |
| Wasser
(aufbereitet/depolymerisiert) | 119,00
kg |
| Additiv | 6,80
kg |
| Funktionskomponente(n): | |
| Sand
0–2 mm
Korngröße | 1960,00
kg |
-
Die
tatsächlichen
Massen der in der Dispersion Bestandteile können +/–10%, vorzugsweise +/–5%, bevorzugt < +/–1% von
den aufgelisteten Werten abweichen.