DE102020108785A1

DE102020108785A1 - Betonstein, Flächenbelag sowie Verfahren zum Herstellen eines Betonsteins

Info

Publication number: DE102020108785A1
Application number: DE102020108785.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Godelmann
Original assignee: Godelmann Pflasterstein GmbH and Co KG
Current assignee: Godelmann GmbH and Co KG
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-09-30
Also published as: PL3889352T3; HUE061146T2; EP3889352B1; ES2935569T3; EP3889352A1; EP3889351A1; PT3889352T

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Betonstein (1), insbesondere in Form eines im Verbund verlegbaren Flächenelementes zur Erstellung eines Flächenbelages, umfassend zumindest einen, mehrschichtig ausgebildeten Betonsteinkörper (2) mit zumindest einer ebenen Betonsteinunterseite (2.1) und einer dieser gegenüberliegenden im Wesentlichen flachen Betonsteinoberseite (2.2), wobei der Betonsteinkörper (2) zumindest eine die Betonsteinoberseite (2.2) bildende erste Betonsteinschicht (2a), zumindest eine an die erste Betonsteinschicht (2a) anschließende, wasserdurchlässige zweite Betonsteinschicht (2b) sowie eine an die zweite Betonsteinschicht (2b) unmittelbar anschließende dritte Betonsteinschicht (2c) aufweist, wobei die die dritte Betonsteinschicht (2c) die Betonsteinunterseite (2.1) bildet, die zur Auflage auf einer Bettungsschicht (3) eines Untergrundes vorgesehen ist, und wobei die zwischen der ersten und dritten Betonsteinschicht (2a, 2c) angeordnete zweite Betonsteinschicht (2b) zur Aufnahme und Speicherung von Wasser ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist die dritte Betonsteinschicht (2c) zumindest teilweise wasserdurchlässig. Ebenfalls sind Gegenstand der Erfindung ein daraus hergestellter Flächenbelag sowie ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines derartigen Betonsteins.

Description

Die Erfindung betrifft einen Betonstein gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Flächenbelag gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 sowie ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines Betonsteins gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 13.
Betonsteine, insbesondere Pflastersteine, Treppenstufen, Mauer- und Begrenzungssteine aus Beton sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Betonsteine werden häufig im Straßen-, Verkehrswege- und Landschaftsbau zur Herstellung von Flächenbelägen, Mauern, Treppen oder sonstigen fest mit dem Boden verbauten Bauwerken eingesetzt.
Beispielsweise in urbanen Gebieten sind häufig große Bereiche der Oberfläche als begehbare oder befahrbare Verkehrsflächen wie Straßen, Wege, Plätze oder Parkplätze ausgebildet und mit aus derartigen Betonsteinen, insbesondere Pflastersteinen oder -platten gebildeten Flächenbelägen bedeckt. Die Betonsteine bzw. Pflastersteine aus Beton werden vorzugsweise auf einer Bettungsschicht des Untergrundes im Verbund verlegt, und zwar derart, dass zwischen benachbarten Pflaster- bzw. Formsteinen Fugen entstehen. Die Fugen werden mit geeigneten, meist sandartigen Fugenmaterialien verfüllt. Solche, in Form von Pflastern ausgebildete Flächenbeläge sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
Bei allen mit einem Flächenbelag versehenen Flächen muss darauf geachtet werden, dass das auf die Oberfläche des Flächenbelags auftreffende Niederschlagswasser möglichst effektiv und ausreichend abgeführt wird. Bei den oberhalb genannten Pflastern aus Formsteinen erfolgt das Abführen des auftreffenden Niederschlagswassers in der Regel durch Versickern, wobei das Niederschlagswasser je nach Beschaffenheit der Formsteine, insbesondere je nach Art des zur Herstellung der Formsteine verwendeten Betons, lediglich über einen Versickerungsweg durch die Fugen oder aber über einen Versickerungsweg durch die Fugen und die Formsteine selbst versickern kann.
Aus der DE 10 2012 100 616 B4 ist beispielsweise bereits ein Flächenbelag aus zweischichtig ausgebildeten Formsteinen bekannt, welche unterhalb einer im Wesentlichen wasserundurchlässigen Schicht an der Oberfläche eine wasseraufnehmende, wasserdurchlässige Schicht aufweisen. Aufgrund der wasserdurchlässigen Ausbildung der unteren Schicht kann das Niederschlagswasser sowohl über die Fugen als auch zumindest teilweise über die wasserdurchlässige Schicht in Richtung der Bettungsschicht nach unten abfließen und trifft dadurch näherungsweise flächig auf der Bettungsschicht auf, wodurch ein so genanntes Verblocken der Fugen reduziert werden kann.
Auch gilt es bei großflächig angelegten und mit Flächenbelägen versehenen Verkehrsflächen aus städteplanerischer Sicht zu beachten, dass derartige Verkehrsflächen insbesondere in den Sommermonaten zu einem erheblichen Anteil zu einer überdurchschnittlichen innerstädtischen Erwärmung beitragen. Über die tagsüber auftreffende Sonneneinstrahlung werden die Flächenbeläge aufgeheizt, speichern diese Wärme und geben diese Nachts als Wärmestrahlung wieder ab. Dieses Phänomen wird als „urbaner Hitzeinseleffekt“ bezeichnet. Hierdurch kann in Stadtgebieten im Vergleich zu ländlichen Gebieten insbesondere Nachts eine zusätzliche Erwärmung um mehrere Grad Celsius hervorgerufen werden. Um diesen urbanen „Hitzeinseleffekt“ entgegenzuwirken, ist es bereits bekannt, eine gesteigerte Wasserverdunstung vorzusehen, da bekanntlich bei der Verdunstung von Wasser Verdunstungskälte entsteht. Daher ist es wünschenswert, eine erhöhte Verdunstungsrate auch über spezielle Flächenbeläge urbaner Verkehrsflächen zu erreichen.
Gemäß einem in Deutschland angedachten Entwässerungsplan ist zukünftiges Ziel der Erhalt des natürlichen Wasserhaushaltes in Siedlungsgebieten, um Schäden durch Starkregen einzugrenzen. Optimaler Weise sollen zwischen 34 % und 92 % des Niederschlagswassers demnach verdunsten und transpirieren und der Rest im Grund versickern, d.h. dem Grundwasser wieder zugeführt werden.
Daher besteht ein Bedarf an Flächenbelägen, die in der Lage sind, Wasser aufzunehmen und zu speichern und das zwischengespeicherte Wasser bei Wärmeeinwirkung über Verdunstung wieder an die Umgebung abzugeben.
Derartige Flächenbeläge sind bereits aus der US2014/0048542 A1 und der JP2006283447 A bekannt. Nachteilig ist bei derartigen Flächenbelägen jedoch eine spezifische Vorbereitung des Untergrundes erforderlich, welche mit einem deutlichen Mehraufwand und somit höheren Kosten verbunden sind.
Auch ist aus der EP 3 153 625 B1 bereits ein Betonstein und ein daraus hergestellter Flächenbelag bekannt. Der Betonstein weist ebenfalls einen mehrschichten Aufbau auf und ist zur Auflage auf eine Bettungsschicht eines Untergrundes und zum Verlegen im Verbund ausgebildet. Hierbei umfasst der Formstein zumindest eine entlang der Oberseite des Formsteins angeordnete wasserundurchlässige, erste Schicht und zumindest eine daran unmittelbar anschließende wasserdurchlässige, zweite Schicht sowie zumindest eine an die zweite Schicht anschließende dritte Schicht. Die dritte Schicht ist als wasserundurchlässige Schicht ausgebildet und auf der zur Auflage auf die Bettungsschicht vorgesehenen Unterseite des Betonsteins angeordnet und die zwischen der ersten und dritten Schicht angeordnete zweite Schicht ist zur Aufnahme und Speicherung von Wasser ausgebildet. Aufgrund der Wasserundurchlässigkeit der dritten Schicht kann es zu einer Bildung von Staunässe und damit zu einer Übersättigung der zweiten Schicht kommen, wodurch das Einsetzen des Verdunstungseffektes zeitlich verzögert oder bei einer zu geringen Erwärmung des Betonsteins nur bedingt einsetzt. Die Verdunstungseigenschaften eines derartigen Betonsteins sind daher begrenzt. Auch kann die Bildung von Staunässe im Betonstein bei einem Frost- / Tauwechsel zu einer Beschädigung des Betonsteins führen.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Betonstein, insbesondere einen Pflasterstein aus Beton anzugeben, der im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Verdunstungseigenschaften aufweist. Die Aufgabe wird durch einen Betonstein gemäß Patentanspruch 1, einen Flächenbelag gemäß Patentanspruch 10 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Betonsteins gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Betonsteine im Sinne der Erfindung können insbesondere Pflastersteine und Platten aus Beton sein, welche im Verbund auf einer Bettungsschicht verlegbar sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist die dritte Betonsteinschicht des erfindungsgemäßen Betonsteins zumindest teilweise wasserdurchlässig. Unter einer zumindest teilweise wasserdurchlässigen Schicht wird im erfindungsgemäßen Sinne eine Betonsteinschicht verstanden, bei der Wasser zwar durch diese Schicht hindurchdringen kann, jedoch zeitverzögert und/oder im Vergleich zu einer wasserdurchlässigen Betonsteinschicht mit einer verminderten oder reduzierten Geschwindigkeit. Auch ist diese Schicht an sich nicht zur Aufnahme und Speicherung von Wasser ausgebildet, sondern ermöglicht lediglich eine Wasserdurchlässigkeit in einem gewissen Umfang. Besonders vorteilhaft wird damit erfindungsgemäß das Entstehen von Staunässe in der zweiten Betonsteinschicht vermieden, d.h. die von der zweiten wasserdurchlässigen Betonsteinschicht aufgenommene Wassermenge ist dadurch einstellbar bzw. besser regulierbar, und zwar derart, dass verbesserte Verdunstungseigenschaften des Betonsteins bzw. Betonpflastersteins entstehen. Auch wird hierdurch effektiv eine Beschädigung des Betonsteins bei Auftreten von Staunässe und einem Frost-/Tauwechsel vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante besteht die dritte Betonsteinschicht aus einem feinen splitt- und/oder sandreichen Beton. Abhängig von der gewünschten Wasserdurchlässigkeit kann dem feinen splitt- und/oder sandreichen Beton auch noch grobkörnig zerkleinertes Steinmaterial zugesetzt sein. Durch die Verwendung eines feinen splitt- und/oder sandreichen Betonmaterials mit ggf. einem grobkörnigeren Splittanteil zur Herstellung der dritten Betonsteinschicht wird eine teilweise Wasserdurchlässigkeit erreicht, wobei der Grad dessen durch die jeweilige Mischung zumindest teilweise durch den zugegebenen Anteil an Sand und/oder Splitt und/oder die jeweils verwendete Körnung einstellbar ist. Vorteilhaft entstehen bei dem genannten Betonmaterial in der dritten Betonsteinschicht kleine Poren und/oder Hohlräume, die eine Kapillarwirkung erzeugen. Aufgrund dieser Kapillarwirkung kann beispielsweise über die dritte Betonsteinschicht auch noch in der Bettungsschicht vorhandene Feuchtigkeit der zweiten Betonsteinschicht zugeführt werden, wodurch die Verdunstungseigenschaften des Betonsteins noch weiter verbessert werden können.
In einer weiteren Ausführungsvariante besteht die zweite Betonsteinschicht aus einem haufwerksporigen Kernbeton. Durch die Verwendung eins haufwerksporigen Betonmaterials zur Herstellung der zweiten Betonsteinschicht ist eine optimale Aufnahme und Speicherung von Wasser im Betonstein möglich.
Vorteilhaft ist der Betonstein einstückig oder einteilig hergestellt, d.h. alle drei Betonsteinschichten werden in einem Herstellungsverfahren in Form eines Gesamtsteins hergestellt.
Weiterhin vorteilhaft ist die erste Betonsteinschicht durch eine zumindest teilweise wasserdurchlässige oder wasserundurchlässige Vorsatzbetonschicht gebildet. Durch die Verwendung einer zumindest teilweisen wasserdurchlässigen Vorsatzbetonschicht kann auch über die erste Betonsteinschicht der zweiten, wasserspeichernden Betonsteinschicht Niederschlagswasser zugeführt werden oder auch im Verdunstungsfall wieder entweichen. Die wasserundurchlässige Ausgestaltung der Vorsatzbetonschicht ermöglicht die gezielte Zuführung des Niederschlagswassers über die Fugen bzw. das darin befindliche Fugenmaterial, so dass besonders vorteilhaft auch noch eine effektive Filterung des Niederschlagswassers über diesen Versickerungsweg möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die dritte Betonsteinschicht eine Schichtdicke auf, die zwischen 1% und 10% der Gesamthöhe des Betonsteinkörpers, bevorzugt zwischen 1% und 5% der Gesamthöhe des Betonsteinkörper, beträgt. Vorteilhaft beträgt die Schichtdicke der dritten Betonsteinschicht zwischen 2 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 3 mm und 5 mm. Bei diesen Schichtdicken konnten optimale Verdunstungsergebnisse erzielt werden.
Weiterhin vorteilhaft weist die zweite Betonsteinschicht eine Schichtdicke auf, die zwischen 60% und 90% der Gesamthöhe des Betonsteinkörpers, bevorzugt zwischen 70% und 85% der Gesamthöhe des Betonsteinkörpers, beträgt. Die zweite Betonsteinschicht bildet damit einen Großteil des Betonsteinkörpers aus, so dass eine hohe Wassermenge aufnehmbar und wieder abgebbar ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wasserdurchlässigkeit der dritten Betonsteinschicht im Vergleich zur Wasserdurchlässigkeit der zweiten Betonsteinschicht um wenigstens 30%, vorzugsweise um 50% reduziert. Hierdurch ist eine ausreichende Sättigung der zweiten Betonsteinschicht mit Niederschlagswasser möglich, jedoch eine Übersättigung dessen wird effektiv verhindert. Die Verdunstungseigenschaften des Betonsteins werden effektiv verbessert.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein aus den erfindungsgemäßen Betonsteinen hergestellter Flächenbelag, der eine Vielzahl von auf einer Bettungsschicht eines Untergrundes durch Pflastern im Verbund verlegter mehrschichtiger Betonsteine umfasst. Jeder Betonstein weist zumindest eine erste Betonsteinschicht, eine wasserdurchlässige zweite Betonsteinschicht und eine dritte, zumindest teilweise wasserdurchlässige Betonsteinschicht auf, wobei zwischen benachbarten Betonsteinen des Flächenbelags Fugen ausgebildet sind und wobei die Fugen mit einem im Wesentlichen splitt- und/oder sandartigen Fugenmaterial verfüllt sind und einen Versickerungsweg zum Ableiten von Niederschlagswasser von einer Oberfläche des Flächenbelags ausbilden.
Weiterhin vorteilhaft weisen die Betonsteine des Flächenbelages jeweils einen Betonsteinkörper mit jeweils mehreren Betonsteinseiten auf, die über die Fugen und das darin aufgenommene Fugenmaterial einen Einlassweg für Niederschlagswasser in die wasserdurchlässige, zweite Betonsteinschicht der Betonsteine bilden.
Ebenfalls vorteilhaft besteht das Fugenmaterial aus einem Gemisch aus einem splitt- und/oder sandartigen Anteil, einem Feinanteil und einem künstlichen Molekularsieb zur Entfernung von Schadstoffen aus den Niederschlagswasser. Hierdurch ist eine effektive Filterung des Niederschlagswassers vor der Aufnahme und Speicherung in der zweiten Betonsteinschicht möglich.
Ebenfalls ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Betonsteins, bei dem nach Bereitstellung einer Schalung in einem ersten Schritt zur Herstellung der zumindest teilweise wasserdurchlässigen ersten Betonsteinschicht feiner splitt- und/oder sandreicher Beton in die Schalung eingebracht wird, bei dem in einem zweiten Schritt zu Herstellung der wasserdurchlässigen zweiten Betonsteinschicht zusätzlich haufwerksporiger Kernbeton in die Schalung eingebracht wird und bei dem in einem dritten Schritt zur Herstellung der dritten Betonsteinschicht Vorsatzbeton in die Schalung eingebracht wird, wobei das eingebrachte Betonmaterial anschließend verdichtet und ausgehärtet wird und nach dem Aushärten die Schalung entfernt wird. Hierdurch ist eine optimierte Fertigung des Betonsteins in einem Arbeitsgang möglich. Vorzugsweise werden mehrere Betonsteine lageweise hergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden der in die Schalung eingebrachte feine splitt- und/oder sandreiche Beton und der haufwerksporige Kernbeton vor dem Einbringen des Vorsatzbetons in einem Zwischenschritt vorverdichtet.
Weiterhin vorteilhaft werden der feine splitt- und/oder sandreiche Beton mit ersten Betonverteilermittel dünnflächig und anschließend der haufwerksporige Kernbeton mit einem zweiten Betonverteilermittler dickflächig darüber in die Schalung eingebracht sowie die eingebrachten beiden Betonschichten mittels eines Stempels in der Schalung vorverdichtet.
Die Ausdrucke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich 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 oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische, Ansicht eines erfindungsgemäßen Betonsteins,
2 einen schematische Schnitt durch den erfindungsgemäßen Betonstein gemäß 1,
3 einen schematischen Schnitt durch einen Flächenbelagabschnitt hergestellt unter Verwendung der erfindungsgemäßen Betonsteine gemäß der 1 und 2,
4 einen schematischen und vergrößert dargestellten Schnitt durch den Flächenbelagabschnitt gemäß 3 zur Erläuterung des Versickerungswegs und
5 einen schematischen und vergrößert dargestellten Schnitt analog zu 4 mit eingezeichnetem Verdunstungsweg.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
In 1 ist beispielhaft eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Betonsteins 1 und in 2 ein schematischer Schnitt entlang einer parallel zur Mittenlängsachse MLA und der Längsachse LA des Betonsteins 1 verlaufenden Schnittebene dargestellt.
Der Betonstein 1 ist vorzugsweise in Form eines im Verbund verlegbaren Flächenelementes zur Erstellung eines Flächenbelages ausgebildet. Im vorliegenden werden unter Betonstein oder Betonplatte im Wesentlichen baugleiche Elemente verstanden, die zur Erstellung eines Flächenbelages in an sich bekannter Weise verwendbar sind. Diese werden abhängig von gewählten Verlegemuster miteinander verzahnt und oberflächenbündig zueinander verlegt, so dass ein vorzugsweise ebener Flächenbelag 10 entsteht.
Ein erfindungsgemäßer Betonstein 1 umfasst zumindest einen mehrschichtig ausgebildeten Betonsteinkörper 2 mit zumindest einer ebenen Betonsteinunterseite 2.1 und einer dieser gegenüberliegenden im Wesentlichen flachen Betonsteinoberseite 2.2, welche vorzugsweise die Trittfläche bzw. befahrbare Fläche oder auch Verkehrsfläche bildet. Die konkrete Ausgestaltung der seitlichen Flächenabschnitte des Betonsteins 1 ist für die Erfindung nicht relevant, d.h. die konkrete Querschnittsform des Betonsteins 1 kann nahezu beliebig gewählt werden, ohne dass hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Betonstein 1 quaderförmig ausgebildet und weist jeweils zwei gleichflächige und einander gegenüberliegende Betonsteinseiten 2.3, 2.4 auf. Die Betonsteinunterseite 2.1 und die Betonsteinoberseite 2.2 verlaufen senkrecht bzw. näherungsweise senkrecht zu der Mittellängsachse MLA des Betonsteinkörper 2 bzw. Betonstein 1, wobei die Betonsteinseiten 2.4 senkrecht und die Betonsteinseiten 2.3 parallel zu der Längsachse LA des Betonsteinkörper 2 bzw. Betonstein 1 orientiert sind.
Der mehrschichtige Betonsteinkörper 2 umfasst zumindest eine die Betonsteinoberseite 2.2 bildende erste Betonsteinschicht 2a, zumindest eine an die erste Betonsteinschicht 2a anschließende, wasserdurchlässige zweite Betonsteinschicht 2b sowie eine an die zweite Betonsteinschicht 2b unmittelbar anschließende dritte Betonsteinschicht 2c, wobei die die dritte Betonsteinschicht 2c die Betonsteinunterseite 2.1 bildet, die zur Auflage auf einer Bettungsschicht 3 eines Untergrundes vorgesehen ist, und wobei die zwischen der ersten und dritten Betonsteinschicht 2a, 2c angeordnete zweite Betonsteinschicht 2b zur Aufnahme und Speicherung von Wasser ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist die dritte Betonsteinschicht 2c zumindest teilweise wasserdurchlässig, wobei unter einer zumindest teilweise wasserdurchlässigen Schicht im vorliegenden Zusammenhang verstanden wird, dass Wasser zwar durch diese Schicht hindurchdringen kann, jedoch zeitverzögert und/oder mit im Vergleich zur zweiten, wasserdurchlässigen Betonsteinschicht 2b verminderten oder reduzierten Flussgeschwindigkeit.
Die dritte Betonsteinschicht 2c ist vorzugsweise hierzu aus einem feinen splitt- und/oder sandreichen Betonmaterial hergestellt, welcher eine zumindest mittelmäßige Wasserdurchlässigkeit aufweist. Ggf. kann noch ein grobkörniger Splittanteil zugesetzt sein.
Der Betonstein 1 bzw. der Betonsteinkörper 2 weist eine Gesamthöhe H auf, welche vorzugsweise der Summe der Schichtdicken Da, Db, Dc der ersten bis dritten Betonsteinschichten 2a, 2b, 2c entspricht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die erste Betonsteinschicht 2a eine erste Schichtdicke Da, die zweite Betonsteinschicht 2b eine zweite Schichtdicke Db und die dritte Betonsteinschicht 2c eine dritte Schichtdicke Dc auf.
Erfindungsgemäß beträgt die dritte Schichtdicke Dc der dritten Betonsteinschicht 2c zwischen 2 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 5 mm. Bezogen auf die Gesamtschichtdicke H des Betonsteins die dritte Schichtdicke Dc aufweist zwischen 1% und 10% der Gesamthöhe H des Betonsteinkörper 2, vorzugsweise zwischen 1% und 5% der Gesamthöhe H des Betonsteinkörper 2.
Zur optimalen Aufnahme und Speicher von Wasser beträgt die zweite Schichtdicke Db der zweiten Betonsteinschicht 2b zwischen 60% und 90% der Gesamthöhe H des Betonsteinkörper 2, bevorzugt zwischen 70% und 85% der Gesamthöhe H des Betonsteinkörper 2.
Die zweite Schichtdicke Db der zweiten Betonsteinschicht 2b beträgt beispielsweise im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. 80% der Gesamthöhe H des Formsteins 1. Ausgehend von einer Gesamthöhe H von beispielweise 10 cm beträgt die erste Schichtdicke Da beispielsweise 1,5 cm, die zweite Schichtdicke Db beispielsweise 8 cm und die dritte Schichtdicke Dc beispielsweise 0,5 cm.
Die erste, die Betonsteinoberseite 2.2 bildende Betonsteinschicht 2a ist durch eine wasserdurchlässige oder wasserundurchlässige Vorsatzbetonschicht gebildet, wobei im Falle der wasserundurchlässigen Ausbildung diese aus einem gefügedichten, undurchlässigen Vorsatzbetonmaterial hergestellt ist. An die erste Betonsteinschicht 2a schließt sich vorzugsweise unmittelbar die zweite Betonsteinschicht 2b an, welche aus einem haufwerksporigen Kernbeton mit einem großen Anteil an Fein- und Mikroporen besteht. Diese haufwerksporige Betonschicht 2b unterstützt die Aufnahme und Speicherung von Wasser und ermöglicht damit ein Eindringen von Wasser über die Betonsteinseiten 2.3, 2.4 in die zweite Betonsteinschicht 2b. Unter thermischen Bedingungen, die eine Verdunstung von Wasser begünstigen, kann das in der zweite Betonsteinschicht 2b zwischengespeicherte Wasser wieder nach außen abgegeben werden, und zwar in Dampfform wiederum über die Betonsteinseiten 2.3, 2.4 und/oder bei einer wasserdurchlässigen Ausbildung der ersten Betonsteinschicht 2a über diese aus dem Betonstein 1 entweichen bzw. an die Umgebung abgegeben werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Betonsteins 1 so genannte Abstandshalter bzw. Abstandsnasen 4 auf, welche beim Verlegen der Betonstein 1 im Verbund gleichmäßige Fugen 5 in annähernd gleichmäßiger Breite gewährleisten und für eine Mindestbreite der Fugen 5 sorgen.
In der 3 ist beispielhaft ein Schnitt durch einem mittels erfindungsgemäß ausgebildeter Betonsteine 1 gebildeter Flächenbelag 10 dargestellt. Der Flächenbelag 10 umfasst eine Vielzahl von auf einer Bettungsschicht 3 eines Untergrundes im Verbund verlegter mehrschichtig ausgebildeter Betonsteine 1. Die zur Herstellung des Flächenbelages 10 verwendeten Betonsteine 1 sind erfindungsgemäß dreischichtig ausgebildet und weisen jeweils eine erste, eine zweite und eine dritte Betonsteinschicht 2a, 2b, 2c auf. Zwischen benachbarten Betonsteinen 1 des Flächenbelags 10 sind Fugen 5 ausgebildet, welche mit einem Fugenmaterial 6 befüllt sind und einen Versickerungsweg zum Ableiten von Niederschlagswasser von der der Bettungsschicht 3 abgewandten Oberfläche des Flächenbelags 10 bilden. Bei der Bettungsschicht 3 handelt es sich um eine herkömmliche Bettungsschicht, die im Wesentlichem aus einem Materialgemisch mit einer Korngröße von 0,1 mm bis 5 mm besteht. Nach dem Verlegen der Betonsteine 1 im Verbund wird das Fugenmaterial 6 trocken in die Fugen 5 eingefegt. Im Anschluss daran wird der Flächenbelag 10 abgerüttelt und ggf. nochmals nachverfugt, d.h. weitere Fugenmaterial 6 in noch nicht vollständig gefüllte Fugen 6 eingefüllt. Dieser Vorgang kann nochmals nach einer bestimmten Zeit wiederholt werden.
Das Fugenmaterial 7 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besteht beispielsweise aus einem Gemisch aus einem Sandanteil, einem Feinanteil und einem künstlichen Molekularsieb und bildet damit eine Filterschicht zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Niederschlagswasser. Alternativ kann jedoch auch herkömmliches Fugenmaterial Verwendung finden, sofern keine Schadstofffilterung gewünscht ist.
Zur Veranschaulichung des an dem Flächenbelag 10 stattfindenden Wasserkreislaufs ist in den 4 und 5 jeweils ein Ausschnitt des Flächenbelages 10 in einer Schnittdarstellung dargestellt, wobei in 4 der Versickerungs- und Aufnahmeweg für Niederschlagswasser und in 5 der Verdunstungsweg für im Betonstein 1 und dort insbesondere in der zweiten Betonsteinschicht 2b zwischengespeichertes Niederschlagswasser angedeutet ist.
Niederschlagswasser trifft auf der Oberfläche des Flächenbelages 10 auf der ersten Betonsteinschicht 2a der Betonsteine 1 auf und sickert vorzugsweise über die Fugen 5 in das Fugenmaterial 6 durch, wobei bei einer zumindest teilweisen wasserdurchlässigen Ausbildung der ersten Betonsteinschicht 2a auch das Niederschlagswasser von dieser geführt wird. Unabhängig davon gelangt zumindest ein Teil des sich in Richtung der Bettungsschicht 4 bewegenden, versickernden Niederschlagswassers vom Fugenmaterial 6 in die zweite Betonsteinschicht 2b, welche vorzugsweise schwammartig das Wasser aufsaugt. Vorzugsweise erfolgt dabei die Zuführung über die an das Fugenmaterial 7 angrenzenden Betonsteinseiten 2.3, 2.4. Der Versickerungs- bzw. Transportweg des Niederschlagswassers ist beispielhaft in 4 mittels schwarzer Pfeile angedeutet. Durch die erfindungsgemäße zumindest teilweise wasserdurchlässige Ausbildung der dritten Betonsteinschicht 2c kann auch ein Teil des in der zweiten Betonsteinschicht 2b aufgenommenen Niederschlagswassers in die Bettungsschicht 3 bzw. den Untergrund abgeführt werden, so dass eine optimale Wasserführung erreicht wird. Insbesondere wird hierdurch eine Übersättigung der zweiten Betonsteinschicht 2b mit Niederschlagswasser vermieden, welche die Verdunstungseigenschaften verschlechtern würde.
Das in der zweiten Betonsteinschicht 2b der Betonsteine 1 zwischengespeicherte Niederschlagswasser kann daher aufgrund erfindungsgemäßen Ausbildung der dritten Betonsteinschicht 2c unter entsprechenden Bedingungen, beispielsweise bei Erwärmung des Flächenbelages 10 durch Sonneneinstrahlung, deutlich besser verdunsten als bei aus dem Stand der Technik bekannten Betonsteinen 3, welche eine wasserundurchlässige dritte Betonsteinschicht vorsehen. Das verdunstende Wasser gelangt in Form von Wasserdampf aus der zweiten Betonsteinschicht 2b des Betonsteins 1 entweder über das Fugenmaterial 6 und/oder über die wasserdurchlässig ausgebildete erste Betonsteinschicht 2a an die Oberfläche, wo es in die darüber liegende Luft abgegeben wird. Ein möglicher Verdunstungsweg des Wassers ist in 5 durch Doppelpfeile angedeutet.
Über die Verdunstung kann einerseits durch die dabei entstehende Verdunstungskälte beispielsweise einem urbanen Hitzeinseleffekt entgegenwirkt und andererseits der natürliche Wasserkreislauf unterstützt und damit der urbane Wasserhaushalt verbessert werden. Das Flächenmaterial 10 eignet sich insbesondere dazu einen wirksamen Beitrag zu einer umweltschonenden Entwässerungsplanung zu leisten, insbesondere eine Evapotranspiration zwischen 34 % und 92 % des Niederschlagswassers zu erreichen.
Auch ist aufgrund des in der dritten Betonsteinschicht 2c erzeugten Kapillareffektes eine Zuführung von Feuchtigkeit aus der Bettungsschicht 3 bzw. dem Untergrund in die zweite Betonsteinschicht 2b möglich, wodurch die Verdunstungseigenschaften des Betonsteins 1 zusätzlich verbessert, insbesondere die Verdunstungsrate erhöht wird.
Die Herstellung bzw. Fertigung des erfindungsgemäßen Betonsteins 1 mit verbesserten Verdunstungseigenschaften kann mittels industrieller Herstellungsverfahren erfolgen, bei denen Betonsteine, vorzugsweise lagenweise, d.h. mehrere Betonsteine gleichzeitig in einer Lage, prozessgesteuert hergestellt werden.
Zunächst wird im Rahmen des Herstellungsverfahrens eine an sich bekannte Betonschalung zur Herstellung von Betonsteinen 1 bereitgestellt. Nach Bereitstellung der Schalung wird in einem ersten Schritt zur Herstellung der zumindest teilweise wasserdurchlässigen ersten Betonsteinschicht 2a feiner splitt- und/oder sandreicher Beton in die Schalung eingebracht und in einem zweiten Schritt zur Herstellung der wasserdurchlässigen zweiten Betonsteinschicht 2b zusätzlich haufwerksporiger Kernbeton in die Schalung eingebracht. Schließlich wird in einem dritten Schritt zur Herstellung der dritten Betonsteinschicht 2a Vorsatzbeton in die Schalung eingebracht, wobei das eingebrachte Betonmaterial anschließend verdichtet und ausgehärtet wird und nach dem Aushärten die Schalung entfernt wird.
Vorzugsweise wird der in die Schalung eingebrachte feine splitt - und/oder sandreiche Beton und der haufwerksporige Kernbeton vor dem Einbringen des Vorsatzbetons in einem Zwischenschritt vorverdichtet werden. Insbesondere können der feine splitt- und/oder sandreiche Beton mit einem ersten Betonverteilermittel dünnflächig und anschließend der haufwerksporige Kernbeton mit einem zweiten Betonverteilermittler dickflächig darüber in die Schalung eingebracht werden sowie die eingebrachten Betonschichten mittels eines Stempels in der Schalung vorverdichtet werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste

1: Betonstein
2: Betonsteinkörper
2a: erste Betonsteinschicht
2b: zweite Betonsteinschicht
2c: dritte Betonsteinschicht
2.1: Betonsteinunterseite
2.2: Betonsteinoberseite
2.3: Betonsteinseite
2.4: Betonsteinseite
3: Bettungsschicht
4: Abstandshalter
5: Fugen
6: Fugenmaterial
10: Flächenbelag
Da: Schichtdicke der ersten Betonsteinschicht
Db: Schichtdicke der zweiten Betonsteinschicht
Dc: Schichtdicke der dritten Betonsteinschicht
H: Gesamthöhe des Betonsteins
MLA: Mittenlängsachse
LA: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012100616 B4 [0005]
US 2014/0048542 A1 [0009]
JP 2006283447 A [0009]
EP 3153625 B1 [0010]

Claims

Betonstein (1), insbesondere in Form eines im Verbund verlegbaren Flächenelementes zur Erstellung eines Flächenbelages, umfassend zumindest einen, mehrschichtig ausgebildeten Betonsteinkörper (2) mit zumindest einer ebenen Betonsteinunterseite (2.1) und einer dieser gegenüberliegenden im Wesentlichen flachen Betonsteinoberseite (2.2), wobei der Betonsteinkörper (2) zumindest eine die Betonsteinoberseite (2.2) bildende erste Betonsteinschicht (2a), zumindest eine an die erste Betonsteinschicht (2a) anschließende, wasserdurchlässige zweite Betonsteinschicht (2b) sowie eine an die zweite Betonsteinschicht (2b) unmittelbar anschließende dritte Betonsteinschicht (2c) aufweist, wobei die dritte Betonsteinschicht (2c) die Betonsteinunterseite (2.1) bildet, die zur Auflage auf einer Bettungsschicht (3) eines Untergrundes vorgesehen ist, und wobei die zwischen der ersten und dritten Betonsteinschicht (2a, 2c) angeordnete zweite Betonsteinschicht (2b) zur Aufnahme und Speicherung von Wasser ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Betonsteinschicht (2c) zumindest teilweise wasserdurchlässig ist.
Betonstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Betonsteinschicht (2c) aus einem feinen splitt- und/oder sandreichen Beton besteht.
Betonstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Betonsteinschicht (2b) aus einem haufwerksporigen Kernbeton besteht.
Betonstein nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betonsteinschicht (2a) durch eine teilweise wasserdurchlässige oder wasserundurchlässige Vorsatzbetonschicht gebildet ist.
Betonstein nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Betonsteinschicht (2c) eine Schichtdicke (Dc) aufweist, die zwischen 1% und 10% der Gesamthöhe (H) des Betonsteinkörper (2), bevorzugt zwischen 1% und 5% der Gesamthöhe (H) des Betonsteinkörper (2) beträgt.
Betonstein nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Betonsteinschicht (2c) eine Schichtdicke (Dc) zwischen 2 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 5 mm aufweist.
Betonstein nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Betonsteinschicht (2c) eine Schichtdicke (Db) aufweist, die zwischen 60% und 90% der Gesamthöhe (H) des Betonsteinkörper (2), bevorzugt zwischen 70% und 85% der Gesamthöhe (H) des Betonsteinkörper (2) beträgt.
Betonstein nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Betonstein einstückig oder einteilig hergestellt ist.
Betonstein nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdurchlässigkeit der dritten Betonsteinschicht (2c) im Vergleich zur Wasserdurchlässigkeit der zweiten Betonsteinschicht (2b) um wenigstens 30%, vorzugsweise um 50% reduziert ist.
Flächenbelag (10) umfassend eine Vielzahl von auf einer Bettungsschicht (3) eines Untergrundes durch Pflastern im Verbund verlegter mehrschichtiger Betonsteine (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeder Betonstein (1) zumindest eine erste Betonsteinschicht (2a), eine wasserdurchlässige zweite Betonsteinschicht (2b) und eine dritte, zumindest teilweise wasserdurchlässige Betonsteinschicht (2c) aufweist, wobei zwischen benachbarten Betonsteinen (1) des Flächenbelags (10) Fugen (5) ausgebildet sind und wobei die Fugen (5) mit einem im Wesentlichen splitt- und/oder sandartigen Fugenmaterial (6) verfüllt sind und einen Versickerungsweg zum Ableiten von Niederschlagswasser von einer Oberfläche des Flächenbelags (10) ausbilden.
Flächenbelag (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonsteine (1) einen Betonsteinkörper (2) mit jeweils mehreren Betonsteinseiten (2.3, 2.4) aufweisen, die über die Fugen (5) und das darin aufgenommene Fugenmaterial (6) einen Einlassweg für Niederschlagswasser in die wasserdurchlässige, zweite Betonsteinschicht (2b) der Betonsteine (1) bilden.
Flächenbelag (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fugenmaterial (6) aus einem Gemisch aus einem splitt- und/oder sandartigen Anteil, einem Feinanteil und einem künstlichen Molekularsieb zur Entfernung von Schadstoffen aus den Niederschlagswasser besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Betonsteins (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem nach Bereitstellung einer Schalung in einem ersten Schritt zur Herstellung der zumindest teilweise wasserdurchlässigen ersten Betonsteinschicht (2a) feiner und/oder sandreicher Beton in die Schalung eingebracht wird, bei dem in einem zweiten Schritt zu Herstellung der wasserdurchlässigen zweiten Betonsteinschicht (2b) zusätzlich haufwerksporiger Kernbeton in die Schalung eingebracht wird und bei dem in einem dritten Schritt zur Herstellung der dritten Betonsteinschicht (2a) Vorsatzbeton in die Schalung eingebracht wird, wobei das eingebrachte Betonmaterial anschließend verdichtet und ausgehärtet wird und nach dem Aushärten die Schalung entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Schalung eingebrachte feine und/oder sandreiche Beton und der haufwerksporige Kernbeton vor dem Einbringen des Vorsatzbetons in einem Zwischenschritt vorverdichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der feine und/oder sandreiche Beton mit ersten Betonverteilermitteln dünnflächig und anschließend der haufwerksporige Kernbeton mit zweiten Betonverteilermitteln dickflächig darüber in die Schalung eingebracht werden sowie die eingebrachten Betonschichten mittels eines Stempels in der Schalung vorverdichtet werden.