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Die Erfindung betrifft einen Flächenbelag und ein zugehöriges Fugenmaterial gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 15.
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Flächenbeläge umfassend eine Vielzahl von im Verbund auf einer Bettungsschicht verlegten Formsteinen aus einem zementartigen Material, insbesondere aus Beton sind hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die Versickerung des auf die Oberfläche eines derartigen Flächenbelages auftreffenden Niederschlagswassers erfolgt im Wesentlichen auf zwei Wegen, und zwar über die Fugen und/oder über den zur Herstellung des Flächenbelages verwendeten Formstein aus Beton an sich.
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Bei Verwendung von herkömmlichen wasserundurchlässigen Formsteinen aus Beton erfolgt die Versickerung von Niederschlagswasser ausschließlich über die Fugen. Damit Niederschlagswasser durch die Fuge gelangen kann, sind diese ausreichend breit zu wählen und/oder mit einem sehr grobkörnigen Fugenmaterial zu füllen. In beiden Fällen ist die eigentliche Stabilisierungsfunktion der Fuge beeinträchtigt, was zu Schäden am Verband führen kann. Grobe Fugenmaterialien haben außerdem den Nachteil, dass sie nahezu keinen Schadstoffrückhalt bereitstellen, da dieser von der inneren Oberfläche des Materials abhängig ist.
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Alternativ können aus einem haufwerksporigen Beton hergestellte Formsteine zur Erstellung des Flächenbelages Verwendung finden, d. h. zusätzlich zur Versickerung über die Fugen ist auch eine Versickerung des Niederschlagswassers über den Formstein an sich möglich. Nachteilig ist die Oberfläche derartiger Formsteine aufgrund der offenporigen Ausgestaltung nicht beliebig gestaltbar. Darüber hinaus bestehen Einschränkungen im Hinblick auf die Festigkeit und die Tausalzbeständigkeit derartiger haufwerksporiger Formsteine, und zwar kann es aufgrund der offenporigen Struktur zu salzbedingten Sprengungen der Textur, insbesondere bei Frost auch zur Beschädigung des jeweiligen Formsteins kommen.
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Aufgrund der bestehenden gesetzlichen Anforderungen an eine nachhaltige Regenwasserbewirtschaftung kommt der Reinigung des Niederschlagswassers vor der Zuführung an das Grundwasser eine immer größere Bedeutung zu. Zur Vermeidung einer Verunreinigung des Grundwassers sind insbesondere Flächenbeläge wünschenswert, die zum Reinigen von mit Schadstoffen wie Mineralölen oder Schwermetallen belasteten Niederschlagswasserabflüssen ausgebildet sind. Insbesondere bei Verkehrsflächen wird das Niederschlagswasser bedingt durch Brems- und Reifenabrieb sowie Tropfverlusten der Kraftfahrzeuge häufig mit Schwermetallen und Kohlenwasserstoffen versetzt, die das Grundwasser stark verunreinigen können.
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Ferner sind natürliche und künstliche Molekularsiebe in der Form von natürlichen und künstlichen Zeolithen bekannt, welche ein hohes Adsorptionsvermögen insbesondere für gelöste Stoffe einer bestimmten Molekülgröße aufweisen. Durch eine geeignete Wahl eines Molekularsiebes können Moleküle einer bestimmten Molekülgröße beispielsweise aus Niederschlagswasser ausgefiltert werden. Derartige Molekularsiebe weisen eine große innere Oberfläche und einen einheitlichen Porendurchmesser auf, der in der Größenordnung der Durchmesser der zu adsorbierenden Moleküle liegt. Der Porendurchmesser wird hierbei häufig in der Einheit Ångström (Å) angegeben, wobei 3Å = 0,3 nm entsprechen.
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Ein gattungsgemäßer Flächenbelag ist beispielsweise der
DE 20 2004 021 768 U1 und der
DE 20 2008 001 836 U1 zu entnehmen. Die
DE 20 2004 021 768 U1 beschreibt beispielsweise ein Fugenfüllgemisch für Pflasterungen zum Verfüllen der Lücken zwischen zwei Pflastersteinen, beispielsweise aus Beton. Entsprechend beschreibt die
DE 20 2008 001 836 U1 einen Pflasterstein sowie eine Oberflächenbefestigung aufgebaut aus einer Vielzahl von Pflastersteinen, wobei sich zwischen den Pflastersteinen Fugen befinden, die mit einem Fugenmaterial verfüllt sind.
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Ausgehend vom dargelegten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Flächenbelag und ein zugehöriges Fugenmaterial anzugeben, welcher bzw. welches die Nachteile des Standes der Technik beseitigt, insbesondere eine Verschmutzung oder Kontaminierung des Untergrundes und/oder des Grundwassers durch Fremd- oder Schadstoffe effektiv zu verhindern. Die Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 oder 15 jeweils durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Flächenbelages ist darin zu sehen, dass das zur Herstellung des Flächenbelages verwendete Fugenmaterial eine Filterschicht zur Entfernung von Schadstoffen aus den Niederschlagswasserabflüssen bildet und aus einem Gemisch aus einem sandartigen Anteil, einem Feinanteil und einem künstlichen Molekularsieb besteht, wobei der Volumenanteil des künstlichen Molekularsiebes bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches zwischen 2% und 10% beträgt. Besonders vorteilhaft werden durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung des Fugenmaterials die über die Fuge versickernden Niederschlagsabflüsse mittels des künstlichen Molekularsiebes von Schadstoffen befreit, wobei ein Lastabtrag des Flächenbelages durch den sandartigen Materialanteil als Stützkorn mit ein geringen Feinanteil weiterhin gewährleistet ist. Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Fugenmaterial gleichmäßig durchströmbar, der vorgeschlagene Volumenanteil des künstlichen Molekularsiebes ermöglicht einen ausreichend Rückhalt der im Niederschlagsabfluss gelösten Schadstoffe und das Fugenmaterial ist nach einem Verblocken leicht austauchbar.
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Weiterhin vorteilhaft beträgt der Volumenanteil des Feinanteils bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches zwischen 1% und 4%, vorzugsweise 2% bis 4%, wobei als Feinteil vorzugsweise Quarzmehl mit einer Korngröße zwischen 0,001 mm und 0,2 mm Verwendung findet. Der sandartige Materialanteil weist eine Korngröße zwischen 0,5 mm und 2 mm auf und ist vorzugsweise durch Granit gebildet. Durch die beschriebene Zusammensetzung des Fugenmaterials ist eine ausreichende Stabilität der Fuge unter Berücksichtigung einer Fugenbreite von 4 mm bis 8 mm gewährleistet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Volumenanteil des sandartigen Materialanteils 92%, der Volumenanteil des Feinanteils 3% und der Volumenanteil des künstlichen Molekularsiebes 5% jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches.
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Besonders vorteilhaft weist das künstliche Molekularsieb eine Korngröße von 1,8 mm bis 2,3 mm aufweist, wobei das künstliche Molekularsieb einen Porendurchmesser von 4Å, 5Å oder 10Å besitzt. Das künstliche Molekularsieb ist vorzugsweise aus einem Material mit der Bezeichnung 13X und der chemischen Zusammensetzung Na2O·Al2O3·2.5 SiO2· nH2O hergestellt. Alternativ kann das künstliche Molekularsieb aus einem Material mit der Bezeichnung 4A und der chemischen Zusammensetzung Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O oder aus einem Material mit der Bezeichnung 5A und der chemischen Zusammensetzung 0.7CaO·0.3Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O hergestellt sein.
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Die Bettungsschicht ist in einer bevorzugten Ausführungsform gegenüber dem Filtermaterial filterstabil ausgebildet. Beispielsweise kann die Bettungsschicht aus einem Materialgemisch mit einer Korngröße zwischen 0 mm und 5 mm hergestellt sein, wobei das Materialgemisch einen Feinanteil mit einer Korngröße von 0,63 mm aufweist, der bezogen auf das Gesamtvolumen des Materialgemisches einen Volumenanteil von höchstens 3% aufweist.
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Weiterhin vorteilhaft sind die Formsteine zweischichtig ausgebildet und weisen eine wasserundurchlässige Vorsatzbetonschicht und eine daran anschließende wasserdurchlässige Kernbetonschicht auf, wobei die wasserdurchlässige Kernbetonschicht vorzugsweise aus haufwerksporigen Beton hergestellt ist. Die Versickerung findet hierbei im Bereich der Vorsatzbetonschicht zunächst ausschließlich über die Fuge und im Anschluss an die Vorsatzbetonschicht flächig über die wasserdurchlässige Kernbetonschicht in Richtung der Bettungsschicht statt.
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Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Fugenmaterial zum Verfugen eines Flächenbelages umfassend eine Vielzahl von im Verbund auf einer Bettungsschicht verlegten Formsteinen aus Beton, welches besonders vorteilhaft aus einem Gemisch aus einem sandartigen Anteil, einem Feinanteil und einem künstlichen Molekularsieb gebildet ist, wobei der Volumenanteil des künstlichen Molekularsiebes bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches zwischen 2% und 10% beträgt. Das erfindungsgemäße Fugenmaterial kann zur Herstellung von Flächenbelägen Verwendung finden, bei denen zumindest ein oberflächennahes Versickern des Niederschlagswasserabflusses über die Fuge erfolgt und eine Reinigung des Niederschlagswasserabflusses von Schadstoffen gewünscht ist. Das erfindungsgemäße Fugenmaterial ist schnell und einfach beispielsweise in einem Hochleistungs-Zwangsmischer durch Mischen herstellbar, wobei die Mischung im trockenen Zustand stattfindet.
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Der Volumenanteil des Feinanteils bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches beträgt zwischen 1% und 4%, vorzugsweise 2% bis 4%, wobei als Feinanteil vorzugsweise Quarzmehl mit einer Korngröße zwischen 0,001 mm und 0,2 mm Verwendung findet. Der vorzugsweise durch Granit gebildete sandartige Materialanteil weist eine Korngröße zwischen 0,5 mm und 2 mm auf. Besonders gute Ergebnisse werden mit einem Fugenmaterial erreicht, bei dem der Volumenanteil des sandartigen Materialanteil 92%, der Volumenanteil des Feinanteils 3% und der Volumenanteil des künstlichen Molekularsiebes 5% jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches beträgt.
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Das zur Herstellung des Fugenmaterials verwendete künstliche Molekularsieb weist eine Korngröße von 1,8 mm bis 2,3 mm und einen Porendurchmesser von 4Å, 5Å oder 10Å auf. Vorzugsweise wird das künstliche Molekularsieb aus einem Material mit der Bezeichnung 13X und der chemischen Zusammensetzung Na2O·Al2O3·2.5SiO2·nH2O hergestellt. Alternativ kann das künstliche Molekularsieb aus einem Material mit der Bezeichnung 4A und der chemischen Zusammensetzung Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2Ooder aus einem Material mit der Bezeichnung 5A und der chemischen Zusammensetzung 0.7CaO·0.3Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O hergestellt werden.
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Zudem ergeben sich Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und/oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Es zeigen:
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1 beispielhaft in vereinfachter Darstellung einen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Flächenbelag hergestellt durch Pflastern unter Verwendung einer Vielzahl von Formsteinen aus Beton und
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2 beispielhaft eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flächenbelag gemäß 1 hergestellt durch Pflastern unter Verwendung einer Vielzahl von zweischichtigen Formsteinen aus Beton unterschiedlicher Wasserdurchlässigkeit.
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In 1 ist beispielhaft anhand einer schematischen Zeichnung ein vertikaler Schnitt durch einen erfindungsgemäßen wasserdurchlässiger Flächenbelag 1 dargestellt.
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Der Flächenbelag 1 ist aus einer Vielzahl von im Verbund auf einer Bettungsschicht 2 verlegten Formsteinen 3, 3', 3'' aus Beton durch Pflastern hergestellt, wobei einander benachbarte Formsteine 3, 3', 3'' Fugen 4, 4' ausbilden, die mit einem vorzugsweise sandartigen Fugenmaterial 5 gefüllt sind und einen Versickerungsweg VW zum Ableiten von Niederschlagswasserabflüssen von der Oberfläche 1' des Flächenbelages 1 in die Bettungsschicht 2 bereitstellen.
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Die Bettungsschicht 2 ist gegenüber dem Fugenmaterial 5 filterstabil ausgebildet und bevorzugt aus einem Materialgemisch mit einer Korngröße von 0 bis 5 mm hergestellt, wobei das Materialgemisch einen Feinanteil mit einer Korngröße kleiner 0,63 mm aufweist, der einen Volumenanteil bezogen auf das Gesamtvolumen des Materialgemisches von höchstens 3% beträgt.
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Unter einem Flächenbelag im Sinne der Erfindung wird eine begehbare und/oder befahrbare gepflasterte Fläche verstanden, welche im Wesentlichen dadurch erstellt ist, dass auf der Bettungsschicht 2 aus einem geeigneten Material Formsteine 3, 3', 3'' aus einem zementgebunden Material, vorzugsweise aus Beton in Fuge 4, 4' verlegt werden und anschließend die Fugen 4, 4' in an sich bekannter Weise mit dem Fugenmaterial 5 gefüllt werden. Die Breite der Fugen 4, 4' beträgt vorzugsweise zwischen 4 mm und 8 mm.
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Die Formsteine 3, 3', 3'' sind vorzugsweise quaderförmig ausgebildet und weisen eine Oberseite, eine Unterseite und mehrere Umfangsseiten auf. Die Oberfläche 1' des Flächenbelages 1 wird hierbei durch die Oberseiten der im Verbund verlegten Formsteine 3, 3', 3'' gebildet, wobei die Formsteine 3, 3', 3'' mit ihrer jeweiligen Unterseite auf der Bettungsschicht 2 aufliegen.
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Das Fugenmaterial 5 wird nach Verlegen der Formsteine 3, 3', 3'' trocken in die Fugen 4, 4' eingefegt. Im Anschluss daran wird der Flächenbelag 1 abgerüttelt und nochmals nachverfugt. Nach einem Zeitraum von ca. 2 Wochen sind die Fugen 4, 4' zu kontrollieren und ggf. erneut nachzufugen.
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In einer ersten in 1 dargestellten Ausführungsvariante sind die zur Herstellung des Flächenbelages 1 verwendeten Formsteine 3, 3', 3'' aus einem wasserundurchlässigen Beton hergestellt, d. h. die Versicherung von Niederschlagsabflüssen erfolgt ausschließlich über die Fugen 4, 4'.
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Erfindungsgemäß bildet das Fugenmaterial 5 eine Filterschicht zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Niederschlagswasserabflüssen aus und besteht aus einem Gemisch aus einem sandartigen Anteil, einem Feinanteil und einem künstlichen Molekularsieb, wobei der Volumenanteil des künstlichen Molekularsiebes bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches zwischen 2% und 10% beträgt. Hierbei weist das künstliche Molekularsieb vorzugsweise eine Korngröße von 1,8 mm bis 2,3 mm auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante beträgt der Volumenanteil des künstlichen Molekularsiebes bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches zwischen 4% und 6%. Das künstliche Molekularsieb weist beispielsweise ein Porendurchmessern bzw. Porenweiten zwischen 3Å und 10Å, vorzugsweise 4Å, 5Å oder 10Å auf. Der Porendurchmessern bzw. die Porenweite ist hierbei auf die Größe der zu adsorbierenden Schadstoffteile abgestimmt.
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Künstliche Molekularsiebe in Form von künstlichen Zeolithen weisen im Vergleich zu natürlichen Zeolithen ein größeres Adsorptionsvermögen auf, d. h. ein Volumenanteil von 2% bis 10% des dem Fugenmaterial 5 enthaltenen künstlichen Molekularsiebes reicht aus, dass das Fugenmaterial 5 weiterhin den bautechnischen Anforderungen genügt und die Schadstoffe, insbesondere Schwermetalle, Kohlenstoffverbindungen etc. effektiv aus den Niederschlagswasserabflüssen ausgefiltert werden können, und zwar beim Versickern über die Fugen 4, 4'.
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Das verwendete künstliche Molekularsieb setzt sich über einen Zeitraum von mehreren Jahren zu und verliert dadurch zumindest teilweise an Absorptionsvermögen. Daher ist das Fugenmaterial 5 zumindest im zur Oberfläche 1' des Flächenbelages 1 befindlichen Bereich in regelmäßigen Abständen auszutauschen, wobei die zeitlichen Abstände durchaus ein oder zwei Jahrzehnte umfassen können.
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Bevorzugt wird ein aus einem Material mit der Bezeichnung 13X und der chemischen Zusammensetzung Na2O·Al2O3·2.5SiO2·nH2O hergestelltes künstliches Molekularsieb zur Herstellung des Fugenmaterials 5 verwendet, welches eine Porenweite bzw. einen Porendurchmesser von 10Å aufweist. Alternativ kann ein aus einem Material mit der Bezeichnung 4A und der chemischen Zusammensetzung Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O oder ein aus einem Material mit der Bezeichnung 5A und der chemischen Zusammensetzung 0.7CaO·0.3Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O hergestelltes künstliches Molekularsieb eingesetzt werden. Diese weisen eine Porenweite bzw. einen Porendurchmesser von 4Å bzw. 5Å auf.
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Das Fugenmaterial 5 wird vorzugsweise in einem Hochleistungs-Zwangsmischer gemischt, und zwar im trockenen Zustand. Zunächst wird der sandartige Materialanteil in den Mischer eingefüllt und bei laufendem Mischer der Feinanteil zugegeben und im Anschluss daran das künstliche Molekularsieb eingemischt. Der Mischungsvorgang beträgt beispielsweise zwischen 3 und 5 Minuten. Das fertige Fugenmaterial 5 wird anschließend in Säcken oder in so genannte „Big-Bags” abgefüllt und ist bis zur Verwendung trocken zu lagern.
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Der Volumenanteil des Feinanteils bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches beträgt beispielsweise zwischen 1% und 4%, vorzugsweise 2% bis 4%, wobei als Feinanteil vorzugsweise Quarzmehl mit einer Korngröße zwischen 0,001 mm und 0,2 mm Verwendung findet. Der sandartige Materialanteil weist vorzugsweise eine Korngröße zwischen 0,5 mm und 2 mm auf. Vorzugsweise wird als sandartiger Materialanteil Granit verwendet.
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Das Fugenmaterial 5 kann beispielsweise aus einem Gemisch aus Granit mit einer Korngröße von 0,5 mm bis 2 mm, Quarzmehl mit einer Korngröße von 0,001 mm bis 0,2 mm und einem künstlichen Molekularsieb mit einer Korngröße von 1,8 mm bis 2,3 mm gebildet sein, wobei der Volumenanteil des Granitanteils beispielsweise 92%, der Volumenanteil des Quarzmehlanteils 3% und der Volumenanteil des künstlichen Molekularsiebes 5% jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches beträgt.
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In einer zweiten in 2 dargestellten Ausführungsvariante finden zweischichtige Formsteine 3, 3', 3'' zur Herstellung des Flächenbelages 1 Anwendung. Die Formsteine 3, 3', 3'' weisen hierbei eine wasserundurchlässige Vorsatzbetonschicht 3.1, 3.1', 3.1'' und eine daran anschließende wasserdurchlässige Kernbetonschicht 3.2, 3.2', 3.2'' auf, wobei die wasserdurchlässige Kernbetonschicht 3.2, 3.2', 3.2'' aus einem haufwerksporigen Beton hergestellt ist. Hierbei findet die Versickerung der Niederschlagswasserabflüsse im Bereich der Oberfläche 1' des Flächenbelages aufgrund der wasserundurchlässige Vorsatzbetonschicht 3.1, 3.1', 3.1'' zunächst ausschließlich über die Fugen 4, 4' statt. Erreicht der über die Fugen 4, 4' versickernde Niederschlagswasserabfluss die wasserdurchlässige Kernbetonschicht 3.2, 3.2', 3.2'', so kann dieser zusätzlich über die wasserdurchlässige Kernbetonschicht 3.2, 3.2', 3.2'' flächig weiter in Richtung der Bettungsschicht 2 abfließen. Die wasserundurchlässige Vorsatzbetonschicht 3.1, 3.1', 3.1'' weist beispielsweise eine Dicke zwischen 10 mm und 30 mm, vorzugsweise 20 mm auf, wohingegen die Dicke der wasserdurchlässigen Kernbetonschicht 3.2, 3.2', 3.2'' beispielsweise zwischen 50 mm und 80 mm, vorzugsweise 60 mm beträgt. Die Dicke der Bettungsschicht 2 kann beispielsweise zwischen 30 und 50 mm gewählt werden. Durch das Vorsehen einer wasserdurchlässigen Kernbetonschicht 3.2, 3.2', 3.2'' ist besonders vorteilhaft ein flächiges Auftreffen des Niederschlagsabflusses auf die Bettungsschicht 2 möglich, so dass die Gefahr eines Verblockens der kompletten Fuge deutlich reduziert wird.
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Die Formsteine 3, 3', 3'' können an den Längs- und/oder Querseiten Abstandselemente aufweisen, welche annähernd gleichmäßig Breite Fugen 4, 4' mit einer Mindestfugenbreite gewährleisten.
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Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen und Änderungen der Erfindung möglich sind, ohne dass hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flächenbelag
- 1'
- Oberfläche
- 2
- Bettungsschicht
- 3, 3', 3''
- Formsteine
- 3.1, 3.1', 3.1''
- Vorsatzbetonschicht
- 3.2, 3.2', 3.2''
- wasserdurchlässige Kernbetonschicht
- 4, 4'
- Fugen
- 5
- Fugenmaterial
- VW
- Versickerungsweg
