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Die Erfindung betrifft einen Formstein, vorzugsweise zur Erstellung von Erdreichabdeckungen oder Wänden, insbesondere Betonstein, Betonwerkstein, Pflasterstein, zumindest mit einer äußeren Schicht hergestellt aus Wasser, hydraulischem Bindemittel und Zuschlagstoffen, sowie wahlweise weiteren Stoffen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fugenmaterial und einen Verband aus Steinen.
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Bekannt ist die Verwendung photokatalytisch wirksamer Stoffe zur Schadstoffreduzierung. Mit derartigen Stoffen können beispielsweise Stickoxide aus Autoabgasen bei Sonnenlicht reduziert werden. Photokatalytisch wirksame Stoffe können auch bei der Herstellung von Formsteinen hinzugefügt werden. Formsteine aus Beton sind hergestellt zumindest aus Wasser, Zement und Zuschlagstoffen mit unterschiedlichen Körnungen. Wasser und Zement binden ab und bilden so eine feste Matrix für die Zuschlagstoffe. Es besteht nun die Möglichkeit photokatalytisch wirksame Stoffe dem Zement hinzuzugeben, so dass der abgebundene Zement selbst photokatalytisch wirkt und die Zuschlagstoffe umhüllt. Bei mechanischer Beanspruchung oder einer auf die Oberfläche des Formsteins einwirkenden Verwitterung wird zuerst die abgebundene Zementschicht abgetragen, während die körnigen Zuschlagstoffe freigelegt werden. Entsprechend verringert sich die photokatalytisch wirksame Oberfläche des Formsteins. Dieser Effekt ist noch größer, wenn die körnigen Zuschlagstoffe durch die Beanspruchung durchtrennt werden. Es kommt zu einer signifikanten Reduzierung der photokatalytischen Aktivität an der Oberfläche des Formsteins.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Formsteins mit dauerhaft hoher photokatalytischer Aktivität der Oberfläche.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Zuschlagstoffe photokatalytisch wirksam ist. Demnach geht die photokatalytische Wirkung nicht vorrangig vom abgebundenen Zement des Formsteins, sondern von den enthaltenen Zuschlagstoffen aus. Diese werden durch mechanische Beanspruchung oder Verwitterung ohnehin freigelegt bzw. freigehalten. Die photokatalytische Aktivität der Oberfläche des Formsteins bleibt deshalb dauerhaft hoch. Bei dem hydraulischen Bindemittel handelt es sich insbesondere um Zement. Entsprechend ist der Formstein vorzugsweise ein Betonstein. Die äußere Schicht des Formsteins wird auch als Vorsatzschicht oder Deckschicht oder Oberflächenschicht bezeichnet, der übrige Teil des Formsteins als Kernschicht oder Kernbeton. Die äußere Schicht ist im Hinblick auf Anforderungen an die Oberfläche des Steins ausgebildet, etwa bezüglich Farbe, Struktur, Abriebfestigkeit oder hier photokatalytische Wirksamkeit. Im Extremfall erstreckt sich die äußere Schicht über die gesamte Dicke des Formsteins, so dass keine Kernschicht vorhanden ist.
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Vorteilhafterweise ist zumindest ein Teil der Zuschlagstoffe mit photokatalytisch wirksamen Stoffen dotiert oder enthält diese Stoffe, vorzugsweise nur an der Oberfläche der betreffenden Zuschlagstoffe. Demnach können die photokatalytisch wirksamen Stoffe in die Oberfläche der Zuschlagstoffe eingebracht oder eingearbeitet sein, etwa durch Diffusion, mechanischen Druck oder andere Verfahren. Ein Vorteil dabei ist, dass die Zuschlagstoffe Gestalt und Volumen beibehalten können.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Zuschlagstoffe mit einer photokatalytisch wirksamen Beschichtung versehen ist, insbesondere mit einer aus Zement gebildeten oder zementartigen Beschichtung. Vorzugsweise ist die Beschichtung hart und bei der Herstellung der äußeren Schicht des Formsteins nicht löslich, also auch im fertigen Formstein vorhanden. Ein Partikel des betreffenden Zuschlagstoffs besteht dann aus Kern und Beschichtung. Vorzugsweise ist die Beschichtung bruchfester und widerstandsfähiger als das abgebundene hydraulische Bindemittel in der äußeren Schicht des Formsteins.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Teil der Zuschlagstoffe nicht photokatalytisch wirkt. Somit ist nur ein bestimmter Anteil der insgesamt vorhandenen Zuschlagstoffe photokatalytisch wirksam. Möglich ist so die Zuordnung von Eigenschaften zu ausgewählten Teilen der Zuschlagstoffe.
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Vorteilhafterweise handelt es sich bei den photokatalytisch nicht wirksamen Zuschlagstoffen zumindest um Gesteinskörnungen, deren Korngröße von der Korngröße der photokatalytisch wirksamen Zuschlagstoffe abweicht. Vorzugsweise weichen die Korngrößen der nicht photokatalytisch wirksamen Zuschlagstoffe ganz oder überwiegend von der Korngröße der photokatalytisch wirksamen Zuschlagstoffe ab. Realisierbar ist dies durch gezielte Zugabe photokatalytisch wirksamer Zuschlagstoffe einer bestimmten Korngröße, bestimmten Korngrößengruppen oder einer Bandbreite von Korngrößen. Je nach Herstellungsverfahren können die photokatalytisch wirksamen Zuschlagstoffe bestimmter Korngrößen die nicht wirksamen Zuschlagstoffe derselben Korngrößen ersetzen oder aber ergänzen.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zuschlagstoffe eine künstlich hergestellte Gesteinskörnung enthalten, welche selbst photokatalytisch wirkt, nämlich eine Gesteinskörnung aus einem künstlich hergestellten photokatalytischen Gestein, welches vorzugsweise zu einer gewünschten Kornfraktion zerkleinert ist, und/oder dass die Zuschlagstoffe eine mineralische natürliche Gesteinskörnung enthalten, die mit einem Photokatalysator oberflächendotiert oder beschichtet ist. Vorzugsweise wird entweder eine der beiden genannten Gesteinskörnungen zu 100% verwendet oder aber eine Mischung aus beiden Gesteinskörnungen.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das künstlich hergestellte, photokatalytisch wirksame Gestein, welches zerkleinert oder nicht zerkleinert als Zuschlagstoff vorgesehen ist, aus hydraulischem Bindemittel, Wasser und Zuschlagstoffen gebildet ist, und dass mindestens ein Teil dieser zuletzt genannten Zuschlagstoffe photokatalytisch wirksam ist. Somit kann es sich bei den Zuschlagstoffen in der äußeren Schicht bzw. in der Vorsatzschicht des Formsteins um eine Ansammlung kleiner Formsteine mit photokatalytischen Eigenschaften handeln. Die gewünschtes Eigenschaften sind auf diese Weise besonders gut gezielt einstellbar. Auch hier sind die kleinen Formsteine vorzugsweise bruchfester und widerstandsfähiger als das abgebundene hydraulische Bindemittel in der äußeren Schicht des Formsteins.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das hydraulische Bindemittel in der äußeren Schicht des Formsteins Photokatalysatoren enthält, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das insgesamt vorgesehene hydraulische Bindemittel. Letzteres kann beispielsweise zu 95% aus Zement und zu 5% aus dem Photokatalysator Titandioxid (TiO2) bestehen. Bei dieser Berechnung werden in den Zuschlagstoffen ggf. vorhandene Bindemittel nicht einbezogen.
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Die photokatalytisch wirksamen Zuschlagstoffe bzw. Gesteinskörnungen werden mit einem hydraulischen Bindemittel, Wasser und anderen rezepturtypischen Zusatzstoffen gebunden. Das hydraulische Bindemittel kann selbst frei von Photokatalysatoren sein oder bereits vorgemischte Photokatalysatoren enthalten. Ferner kann zusätzlich ein Photokatalysator, beispielsweise TiO2-Pulver als Feststoff oder als Schlämme der Rezeptur beigegeben werden, so dass die photokatalytische Aktivität des Formsteins dann durch den photokatalytischen Zuschlagstoff zum einen und den separat hinzudosierten Photokatalysator zum anderen erreicht wird. Dieser separat hinzudosierte Photokatalysator wird vom hydraulischen Bindemittel, insbesondere Zementleim gebunden oder dockt direkt an die Oberfläche der Gesteinskörnungen an.
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Erfindungsgemäß hergestellte Formsteine zeichnen sich ferner dadurch aus, dass insbesondere bei Verwendung von künstlich hergestellten und gebrochenen Gesteinskörnungen die Formsteine auch bei Behandlung der Oberfläche durch Schleifen oder durch mechanische Beanspruchung keine Reduzierung in der photokatalytischen Aktivität erleiden, da durch die Oberflächenbeanspruchung der Anteil an photokatalytisch wirkenden Flächen an der Formsteinoberfläche nicht reduziert wird. Derartig hergestellte Formsteine können einer jeglichen Art der mechanischen Oberflächenbeanspruchung unterzogen werden, ohne eine Reduzierung in der photokatalytischen Aktivität zu erfahren. Die Formsteine, insbesondere Pflastersteine, wirken dauerhaft photokatalytisch in Bezug auf den Abbau von anorganischen und organischen Gasmolekülen sowie flüssigen Verschmutzungen.
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In Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die äußere Schicht des Formsteins zumindest teilweise mechanisch bearbeitet, insbesondere angeschliffen ist. Durch Entfernen des abgebundenen hydraulischen Bindemittels ist sichergestellt, dass die photokatalytische Eigenschaft der Zuschlagstoffe maximal wirksam sein kann.
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Vorteilhafterweise ist als Photokatalysator Titandioxid vorgesehen. Dieser Werkstoff ist erprobt und in großen Mengen verfügbar.
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Bestandteil der Erfindung ist auch ein neues Fugenmaterial, insbesondere für die Verfugung von Pflasterflächen oder Wänden, vorzugsweise Betonwänden. Das Fugenmaterial weist erfindungsgemäß einen photokatalytisch wirksamen Zuschlagstoff, insbesondere eine photokatalytische Gesteinskörnung auf. Bei der genannten photokatalytischen Gesteinskörnung handelt es sich um eine Gesteinskörnung mit den in der vorangegangenen Beschreibung dargestellten Eigenschaften bzw. mit der in der vorangegangenen Beschreibung angegebenen Herstellungsweise. Das Fugenmaterial kann wasserdurchlässig oder wasserundurchlässig eingestellt sein. Photokatalytisches Fugenmaterial unterstützt dabei die Reinigungsabläufe, die beispielsweise durch benachbarte Formsteine mit photokatalytischen Eigenschaften selbst hervorgerufen werden, reduziert aber insbesondere das Wachstum von Algen und Moosen an der Oberfläche des Fugenmaterials.
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Schließlich ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verband aus Steinen, zwischen denen Fugen vorgesehen sind, insbesondere eine Pflasterfläche oder eine Wand, wobei die Fugen zumindest teilweise mit Fugenmaterial verfüllt sind. Erfindungsgemäß enthalten das Fugenmaterial und/oder die Steine einen photokatalytisch wirksamen Zuschlagstoff, insbesondere eine photokatalytische Gesteinskörnung. Zuschlagstoff bzw. Gesteinskörnung sind wie zuvor in der Beschreibung dargestellt ausgebildet oder hergestellt. Somit können Steine oder Fugenmaterial zumindest außenseitig photokatalytisch wirksam sein. Als Steine können aber auch Natursteine oder Formsteine ohne photokatalytisch wirksame Oberfläche verwendet werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 einen Formstein, nämlich Pflasterstein im Querschnitt,
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2 ein einzelnes Korn oder ein einzelnes Partikel eines Zuschlagstoffs für eine äußere Schicht des Formsteins in der Draufsicht,
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3 einen Querschnitt durch ein Korn oder Partikel anderer Art,
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4 einen Querschnitt durch ein Korn oder Partikel weiterer Art.
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Einen Formstein, nämlich einen Pflasterstein 10 aus Beton zeigt 1. Der Pflasterstein 10 weist zwei übereinander angeordnete Schichten auf, eine dickere, untere Kernschicht 11 und eine dünnere, obere Vorsatzschicht bzw. Außenschicht 12. Der Pflasterstein 10 wird beispielsweise beim Pflastern eines Weges so gesetzt, dass eine Oberseite 13 der Außenschicht 12 frei liegt und dem Verschleiß ausgesetzt ist.
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Zumindest die Außenschicht 12 ist mit photokatalytisch wirksamen Bestandteilen versehen. Als Photokatalysator wird insbesondere Titandioxid verwendet. Konkret ist in der hier gezeigten Ausführungsform nur ein Teil der Außenschicht 12 photokatalytisch wirksam.
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Die Außenschicht 12 ist wie der Pflasterstein 10 im Übrigen aus Beton hergestellt, also auf der Basis einer Mischung aus Wasser, Zement als hydraulischem Bindemittel und Gesteinskörnungen als Zuschlagstoffe sowie ggf. weiteren Stoffen, etwa zur Steuerung der Fließfähigkeit. Wasser und Zement sind abgebunden und bilden einen Zementstein, welcher die Gesteinskörnungen umgibt. Einzelne Partikel 14 bzw. Körner der Gesteinskörnungen sind in 1 gezeichnet, ebenso der umgebende Zementstein 15. Die zeichnerische Darstellung ist stark vereinfacht. Üblicherweise sind mehr verschiedene Partikel in dichterer Packung vorhanden.
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In einer ersten Ausführungsform ist der Zementstein 15 frei von photokatalytisch wirksamen Stoffen, während die Gesteinskörnungen, also die einzelnen Partikel 14 photokatalytisch wirksam sind. Zugleich sind die Gesteinskörnungen verschleißfester als der Zementstein 15. Dadurch wird durch Umwelteinflüsse, Verschleiß durch Verkehr usw. an der Oberseite 13 eher der Zementstein abgetragen als die Partikel 14. Folglich liegen stets photokatalytisch wirksame Komponenten des Pflastersteins 10 an dessen Oberseite 13 frei. Die in Autoabgasen enthaltenen Stickoxide können wirksam abgebaut werden.
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Die 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Partikel, wie sie alternativ Verwendung finden können.
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Gemäß 2 hat das Partikel 14 eine äußere Form ähnlich einem Kieselstein, vorzugsweise handelt es sich um einen Naturstein, dessen Oberfläche mit einem Photokatalysator dotiert ist. Es kann sich aber auch um einen künstlich hergestellten Stein handeln.
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In 3 gezeigt ist der Querschnitt eines weiteren Partikels 16. Dieser besteht aus einem Kern 17 und einer Außenhülle 18, Der Kern 17 ist vorzugsweise ein Naturstein, kann aber auch ein künstlich hergestellter Stein sein. Die Außenhülle 18 ist analog zur Außenschicht 12 gebildet, nämlich aus einer Flüssigkeit, einem Bindemittel und Zuschlagstoffen.
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Zuschlagstoffe und/oder Bindemittel können photokatalytisch wirksame Substanzen sein oder enthalten. Auch kann der Zuschlagstoff zugleich Bindemittel sein. Die gesamte Außenhülle 18 wirkt photokatalytisch. Demnach lässt die Wirkung nicht nach, wenn die Außenhülle 18 durch Verschleiß dünner wird.
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4 zeigt im Querschnitt ein weiteres Partikel 19, welches in besonderer Weise hergestellt ist. Das Partikel 19 ist insgesamt analog der Außenschicht 12 hergestellt, nämlich aus Flüssigkeit, Bindemittel und Zuschlagstoffen, insbesondere aus Wasser, Zement und Gesteinskörnungen. Bindemittel oder Zuschlagstoffe können photokatalytisch wirksam sein oder entsprechende Substanzen enthalten.
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Außerdem kann das Partikel 19 Produkt eines Mahl- oder Brechvorgangs sein. Beispielsweise wird ein künstlich hergestelltes photokatalytisches Gestein zu der gewünschten Kornfraktion zerkleinert bzw. gebrochen. Bei dem künstlichen Gestein kann es sich beispielsweise um Betonbrocken handeln, welche photokatalytische Eigenschaften aufweisen.
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In der Außenschicht 12 können die verschiedenen Partikel 14, 16, 19 jeweils rein oder in beliebiger Mischung enthalten sein. Auch können in der Außenschicht 12 zusätzlich Gesteinskörnungen enthalten sein, die nicht photokatalytisch wirksam sind.
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Die photokatalytisch wirksamen Gesteinskörnungen liegen vorzugsweise im Größenbereich von 0 bis 8 mm. Bevorzugt sind auch Teilbereiche, nämlich Gesteinskörnungen von 1 bis 3 mm und/oder 0,1 bis 1 mm.
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Ebenfalls bevorzugt zum Einsatz kommende Korngrößen sind 0/2 und 1/3.
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Der Anteil der photokatalytisch wirksamen Gesteinskörnungen an den insgesamt in der Außenschicht 12 vorhandenen Gesteinskörnungen kann zwischen 0 und 100% liegen, solange der Anteil größer 0 ist. Vorzugsweise werden 30% der Gesteinskörnungen durch photokatalytisch wirksame Gesteinskörnungen ersetzt, insbesondere als Ersatz von Sand und Brechsand 1/3.
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In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich der Zementstein 15 in der Außenschicht 12 photokatalytisch wirksam. Dies kann erreicht werden durch Zugabe von Photokatalysatoren zum hydraulischen Bindemittel oder durch Beimischung zu dem bei der Herstellung von Beton anfallenden Zementleim, entweder als Feststoff oder als Schlämme. Möglich ist auch eine Beigabe erst zur fertigen Mischung aus Zementleim und Zuschlagstoffen.
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Genauso wie die zuvor beschriebene Außenschicht 12 kann auch ein Fugenmaterial, insbesondere für die Verfugung von Pflasterflächen oder Wänden, vorzugsweise Betonwänden, ausgebildet sein und einen photokatalytisch wirksamen Zuschlagstoff enthalten. Das Fugenmaterial kann beispielsweise zwischen im Verband angeordneten Pflastersteinen 10 vorgesehen sein. Der Schadstoffabbau durch die gepflasterte Fläche wird so nochmals verbessert. Zugleich kann das Wachstum von Algen und Moosen zwischen den Pflastersteinen wirksam reduziert werden.
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Anstelle von Pflastersteinen können beliebige andere Arten von Formsteinen verwendet werden, etwa Betonwerksteine oder Sichtbetonwände, Lärmschutzwände usw.
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Für alle dargestellten Anwendungsfälle gilt, dass die Formsteine sowohl flüssigkeitsundurchlässig als auch flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pflasterstein
- 11
- Kernschicht
- 12
- Außenschicht
- 13
- Oberseite
- 14
- Partikel
- 15
- Zementstein
- 16
- Partikel
- 17
- Kern
- 18
- Außenhülle
- 19
- Partikel
