DE102021118256A1

DE102021118256A1 - Zementfreier formbeständig ausgehärteter körper, verfahren zur herstellung eines solchen körpers, zementfreie, frombeständig aushärtende mischung und verwendung von meta-kaolin in einer zementfreien mischung

Info

Publication number: DE102021118256A1
Application number: DE102021118256.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Brunkhorst
Original assignee: braun-steine GmbH; Braun Steine GmbH
Current assignee: braun-steine GmbH; Braun Steine GmbH
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2023-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen zementfreien formbeständig ausgehärteten Körper (112), der aus einer Mischung (110) gebildet ist, die wenigstens einen alkalischen Aktivator und einen Mineralzusatz aufweist, wobei der alkalische Aktivator in der Mischung (110) bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 5 bis 35 Gewichts% vorliegt, wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbaren Bestandteil zumindest Meta-Kaolin aufweist.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines zementfreien formbeständig ausgehärteten Körpers (112) sowie eine zementfreie formbeständig aushärtende Mischung 110.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen zementfreien, formbeständig ausgehärteten Körper, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen zementfreien, formbeständig ausgehärteten Körpers, eine zementfreie, formbeständig aushärtende Mischung und eine Verwendung von Meta-Kaolin in einer zementfreien formbeständig aushärtenden Mischung.
Häufig werden begehbare oder befahrbare Formsteine aus Beton als Bodenelemente verwendet. Diese bestehen häufig aus einem relativ groben Kernbeton und einer darauf angeordneten Schicht aus einem Vorsatzbeton. Es ist bekannt, befahrbare oder begehbare Betonflächen, beispielsweise Industrieböden, mit Hartstoffmörtelschichten, Harz oder Acrylfarbe bestehend aus Ein- oder Zweikomponente zu applizieren, um deren Oberfläche gegen mechanische Beanspruchung zu schützen oder mit einer bis zu 10 mm dicken Vorsatzschicht zu gestalten. Häufig treten nach einiger Zeit Defekte wie Ablösen der Beschichtung und dergleichen auf, insbesondere bei Böden, welche der Witterung ausgesetzt sind. Die Kanten der Schichten können durch die Belastung brechen, und etwaige Kalkausscheidungen verschlechtern das Oberflächenbild.
Zudem ist die Herstellung von Skulpturen oder ähnlichen aus Beton bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines zementfreien, formbeständig ausgehärten Körpers mit einer umweltfreundlichen Zusammensetzung.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines derartigen Körpers.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung einer zementfreien, formbeständig aushärtenden Mischung mit einer umweltfreundlichen Zusammensetzung.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Verwendung von Meta-Kaolin in einer formbeständig aushärtenden Mischung, mit welcher verschiedene Keramikkörper und/oder Betonkörper umweltfreundlich hergestellt werden können.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, den Figuren und der Beschreibung.
Es wird ein zementfreier, formbeständig ausgehärteter Körper vorgeschlagen, der aus einer Mischung gebildet ist, die wenigstens einen alkalischen Aktivator aufweist, wobei der alkalische Aktivator in der Mischung bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 5 bis 35 Gewichts% vorliegt, wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbaren Bestandteil zumindest Meta-Kaolin aufweist.
Der Körper kann einen Formstein, eine Skulptur, ein Sonderteil, einen Freiformkörper, eine Fliese, einen anderen geeigneten Vollkörper, ein Steinerzeugnis, eine Oberflächenschicht auf einem beliebigen Körper, einen Wandputz, einen gegossenen Bodenbelag, eine gegossene Decke oder eine verfüllte Mauer ausbilden. Hierbei kann der Körper unter anderem steinartig sein, insbesondere in der Art eines Betonsteins.
Der Körper, der aus der Mischung gebildet ist, kann Eigenschaften einer üblichen Keramik aufweisen, wobei die Mischung, im Gegensatz zu einer üblichen Keramik, in vorteilhafter Weise ohne gebrannt zu werden formbeständig aushärtet.
Der Körper, der aus der Mischung gebildet ist, kann Eigenschaften eines üblichen Betons aufweisen, wobei die Mischung im Gegensatz zu üblichen Beton in vorteilhafter Weise keinen Zement umfasst, um formbeständig im alkalischen Milieu auszuhärten.
Im Wesentlichen zementfrei soll bedeuten, dass zur Herstellung der Bindungen und zum Erzeugen von Bindungskräften im Körper kein Zement zugesetzt wird. Dies soll nicht ausschließen, dass als Zuschlag, beispielsweise zur Erzielung dekorativer Effekte oder als Füllmittel oder zur Wiederverwertung, gegebenenfalls zerbrochene oder zermahlene Betonsteine zugegeben werden können. Dies schließt auch nicht aus, dass zermahlene Betonsteine oder deren Bestandteile mit anderen Anteilen des Mineralzusatzes oder mit der alkalischen Lösung reagieren.
Insbesondere kann der erfindungsgemäße Körper ein so genannter Vollstein sein, welcher eine Dicke aufweist, die 10 mm überschreitet. Die Oberfläche des Körpers kann porös ausgebildet sein oder so geschlossen, dass ein Durchtritt von Feuchte aus dem Volumen durch die Oberfläche möglich ist. Ein Brennen oder ein Flammschmelzen des Körpers bei hohen Temperaturen zur Erzeugung einer dichten Oberfläche ist nicht notwendig. Die Feuchtedurchlässigkeit der Oberfläche bzw. des Volumens des Körpers ist im Gegenteil erwünscht.
Ferner ist denkbar, dass auf einem Erzeugnis auch eine Art Vorsatzschicht aufgebracht sein kann. Der erfindungsgemäße Körper kann die Vorsatzschicht ausbilden. Diese kann im Wesentlichen aus denselben Grundzutaten der Mischung bestehen sowie beispielsweise für dekorative Zwecke mit weiteren Zusätzen versehen sein. Hierbei kann das Erzeugnis beispielsweise ein Betonstein und/oder ein Formstein sein, welcher einen üblichen, zementhaltigen Kernbeton und die Vorsatzschicht aufweist. Die Mischung kann als Vorsatzschicht auf dem Kernbeton ausgetragen werden.
Optional ist weiterhin denkbar, dass ein Formstein gebildet wird, bei dem der aus der Mischung gebildete Körper anstelle eines üblichen zementhaltigen Kernbetons vorhanden ist und auf dem als Vorsatzschicht eine gebrannte Schicht angeordnet ist. Vorteilhaft kann die gebrannte Schicht eine fertiggestellte Fliese sein, die auf den Körper aufgebracht wird oder auf welche, insbesondere auf deren Rückseite, die Mischung zur Bildung des Körpers gegossen wird. Beim Aushärten der Mischung verbindet sich diese sehr gut mit der Fliese.
Optional ist weiterhin denkbar, dass ein Formstein gebildet wird, bei dem der aus der Mischung gebildete Körper anstelle eines üblichen zementhaltigen Kernbetons vorhanden ist und auf dem als Vorsatzschicht eine weitere zementfreie Mischung angeordnet ist. Damit lassen sich beispielsweise sehr dekorative Effekte erzielen.
Bekannte Formsteine aus Beton werden üblicherweise aus den Ausgangsstoffen Zement, Wasser und Gesteinskörnungen hergestellt. Weiterhin können Zusatzmittel und Zusatzstoffe hinzugefügt werden. Beim Abbinden bildet sich eine Betonmatrix. Die Rohstoffe stammen meist aus der Region der Betonwerke, wodurch ein fertiger Beton bereits durch seine Farbe oder Beschaffenheit geprägt sein kann.
Erfindungsgemäß kann eine derartige Betonmatrix oder Steinmatrix nicht nur durch einen klassischen Zement als Bindemittel gebildet werden, der Calciumsilikate als sogenannte Klinkerphasen enthält und eine hydraulische Aktivitätseigenschaft hat, wodurch sich bei Wasserzugabe ein Binder aus Calciumsilikathydrat-Phasen (CSH-Phasen) und/oder Sodium-Alumino-Silicate-Hydrate (NASH) und/oder Potassium-Alumino-Silicate-Hydrate (KASH) ausbildet. Es zeigt sich vorteilhaft, dass Zement erfindungsgemäß durch einen umweltfreundlichen alkaliaktivierbaren, alumosilikatischen Bestandteil des Mineralzusatzes ersetzt werden kann. Vorteilhaft können ausgesprochen umweltfreundliche Stoffe eingesetzt werden, insbesondere ist der Körper zementfrei.
Die Mischung kann aus wenigstens einem trockenen alkaliaktivierbaren Bestandteil, einem alkalischen Aktivator und einer Flüssigkeit aufgebaut sein. Hierbei können der alkaliaktivierbare Bestandteil und wenigstens ein Füllstoff, als Leimpulver vorliegen. Alternativ kann wenigstens ein Füllstoff auch in einem Zuschlag vorliegen. Der alkalische Aktivator kann in Wasser gelöst vorliegen und die Flüssigkeit ausbilden. Durch das Hinzufügen der alkalischen Lösung und/oder anderer geeigneter Flüssigkeit kann das trockne Leimpulver einen zähflüssigen Steinleim als Dispersion ausbilden. Durch die Reaktion zwischen dem alkaliaktivierbaren Bestandteil und dem alkalischen Aktivator bilden sich insbesondere in der Oberflächenschicht polymere Netzwerke durch Polykondensation aus.
Vorteilhaft kann die Mischung im Wesentlichen aus einer Lösung eines alkalischen Aktivators und Leimpulver gebildet sein.
Im Folgenden wird unter dem Mineralzusatz eine Mischung aus dem Leimpulver und falls vorhanden dem Zuschlag verstanden. Hierbei kann der Anteil des Leimpulvers im trockenen Mineralzusatz mindestens 15 Gewichts% sein. Der Anteil des Zuschlags, welcher mindestens eine reaktive recyclierte Gesteinskörnung und/oder wenigstens eine inerte Gesteinskörnung als Füllstoff, umfassen kann, kann im trockenen Mineralzusatz maximal 85 Gewichts% des Mineralzusatzes ausmachen.
Der Zuschlag kann wenigstens einen inerten Bestandteil Füllstoff weisen. Hierbei kann Füllstoff im Leimpulver oder im Zuschlag oder im Leimpulver und im Zuschlag vorhanden sein. Dieser Füllstoff kann, beispielsweise ein Zirkoniumsilikat und/oder Zirkoniumdioxid sein. Der Zuschlag kann zudem einen reaktiven Bestandteil aufweisen. Das Mischungsverhältnis zwischen dem alkalischen Aktivator zum Leimpulver kann abhängig vom Anteil des Zuschlags im Mineralzusatz und abhängig vom Anteil des reaktiven Bestandteils im Zuschlag sein. Beispielsweise liegt ein günstiges Gewichts-Verhältnis von alkalischem Aktivator zum Leimpulver in der Mischung bei 1:1, wenn der Zuschlag 45% Betonbruch oder einen anderen geeigneten reaktiven Bestanteil umfasst. Wird der reaktive Bestanteil im Zuschlag reduziert oder der Anteil des Zuschlags reduziert, dann kann der Anteil des alkalischen Aktivators reduziert werden.
Da die Mischung keinen oder, falls zerkleinerter Beton als Zuschlag zugegeben wird, nur geringe Mengen an wiederverwerteten Zement umfasst, wird in vorteilhafter Weise bei der Herstellung der Rohstoffe für die Mischung, bei der Herstellung der Mischung und bei der Herstellung des Körpers weniger Kohlendioxid frei gesetzt als bei Mischungen und Körpern, welche Zement zum Bilden der Verbindungen und zum Abbinden aufweisen und welche zum Abbinden gebrannt werden müssen.
Unter einer Betonmatrix kann im Folgenden ein zementfreies Element verstanden werden, welches durch das Abbinden und die durch das Abbinden entstehenden Bindungskräfte zwischen den Ausgangsstoffen und den Zusatzmitteln und Zusatzstoffen gebildet wird.
Der Mineralzusatz kann ferner im Zuschlag oder im Leimpulver wenigstens einen gegenüber dem alkalischen Aktivator bei Herstellungsbedingungen und Gebrauchsbedingungen im Wesentlichen inerten Bestandteil des Mineralzusatzes als Füllstoff aufweisen, wie etwa Zirkoniumsilikat (Zr[SiO4]), insbesondere als Zirkonsand, und/oder Zirkoniumdioxid (ZrO₂). Zirkoniumdioxid kann in dotierter oder nicht dotierter Form eingesetzt sein.
Meta-Kaolin kann auch als Tonerde, insbesondere als so genannte weiße Tonerde, zugegeben werden. Generell vorteilhaft sind alkaliaktivierbare alumosilikatische Bestandteile von Erden oder Tonerden. Alkaliaktivierbare Bestandteile, insbesondere Meta-Kaolin, sorgen für eine gute Abbindung der Mischung.
In der Mischung erhöht die Zugabe von Meta-Kaolin weiterhin die Plastizität der Mischung. Um die Plastizität weiter zu erhöhen, kann auch zusätzlich Kaolin zugegeben werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Mischung mit Aufwalzen, Aufpressen, 3D-Druck aufzutragen.
Es werden bei der Herstellung des Körpers vorteilhaft verschiedene Bindungskräfte ausgenutzt, die vorzugsweise nacheinander wirksam werden können. Anfangs kann ein hydraulisches Abbinden erfolgen. Nachfolgend können unter Aufnahme von CO₂ weitere Bindungen stattfinden Hierbei können stabile Oberflächenschichten gebildet werden. Tiefer im Volumen können aufgrund eines Kohlendioxid CO₂ andere Reaktionen erfolgen, welche ein zuverlässiges Aushärten eines Kerns oder von Bereichen des Volumens des Körpers, welche hinter den Oberflächenschichten liegen, ermöglichen.
Hierbei kann die Fertigstellung über mehrere Zwischenschritte mit einem Verkieseln enden. Dies kann durch geeignete Zusätze gezielt erfolgen. Hiermit lässt sich ein Entschalen des Formsteins aus der Gießschale oder einer Gießform verbessern. Dies ist besonders für eine kommerzielle Serienproduktion vorteilhaft.
Durch zusätzliche Reaktionen kann das Aushärten von dicken Körpern mit beispielsweise über 10 mm Breite, Tiefe und Höhe, erleichtert und/oder verbessert werden, wodurch das schnelle Aushärten der Oberflächenschicht als unkritisch angesehen werden kann.
Mit besonderem Vorteil ist der so hergestellte Körper feuchtedurchlässig, insbesondere wasserdampfdurchlässig und kann anstelle üblicher, mit Zement hergestellten Betonsteinen eingesetzt werden.
Bei dem wasserdampfdurchlässigen, formbeständig ausgehärteten, zementfreien Körper kann im Wesentlichen Wasserdampf aus dem Volumen beispielsweise durch die Oberfläche des Körpers entweichen. Wasser im Körper kann verdunsten. Flüssiges Wasser tritt praktisch nicht durch die Oberfläche in das Volumen des Körpers bzw. des Formsteins. Der Wasserdampfdiffusionswiderstand oder auch Dampfsperrwert wird durch die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl angegeben.
Diese ist ein dimensionsloser Materialkennwert, der in der Norm DIN EN ISO 10456 von Mai 2010 und der DIN 4108-4 von März 2017 definiert ist. Die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl ist durch die Verwendung der Inhaltsstoffe, der Dichte der Masse und/oder durch nachträgliches mechanisches und/oder chemisches Verdichten möglichst erhöht und entspricht mindestens den bekannten Werten eines herkömmlichen Betons. Typische Werte der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl für trockenen Beton liegen bei mindestens 130 µ, für nassen Beton bei mindestens 80 µ.
Bei einem erfindungsgemäßen Körper insbesondere bei einem Formstein können diese Werte vorteilhaft auch darüber liegen.
Der Zuschlag im Mineralzusatz kann in einer Ausgestaltung der Mischung recyclierte Gesteinskörnung aufweisen, beispielsweise zerkleinerten Beton und/oder zerkleinerten Ziegel. Die recyclierte Gesteinskörnung kann zusätzlich mit Inhaltsstoffen des Leimpulvers reagieren. Diese Reaktion kann zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem alkaliaktivierbaren Bestandteil im Leimpulver erfolgen. Zudem können bei der Reaktion zwischen der recyclierten Gesteinskörnung und alkaliaktivierbaren Bestandteil im Leimpulver andere Bindungen und Bindungskräfte ausgebildet werden als bei der Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und alkaliaktivierbaren Bestandteil im Leimpulver.
Der Mineralzusatz kann weitere Additive, beispielsweise Puzzolanerde und/oder Trass und/oder Tuff, aufweisen. Die Puzzolanerde und/oder der Trass und/oder der Tuff kann ebenfalls mit der recyclierten Gesteinskörnung reagieren. Diese Reaktion kann zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und alkaliaktivierbaren Bestandteil im Leimpulver und/oder zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen der recyclierte Gesteinskörnung und alkaliaktivierbaren Bestandteil im Leimpulver erfolgen. Zudem können bei der Reaktion zwischen der recyclierten Gesteinskörnung und der Puzzolanerde und/oder dem Trass und/oder dem Tuff andere Bindungen und Bindungskräfte ausgebildet werden als bei den anderen Reaktionen.
Ein weiteres Additiv kann ein Fließmittel, beispielsweise ein Glycerin, sein. Das Fließmittel kann die Thixotropie der Mischung verändern. Zudem kann die der Mineralzusatz zum Modellieren Schamottekörner bzw. gebrannter Ton und/oder Ziegelmehl und/oder zerkleinerten, gebrannten Ziegelstein umfassen. Auf die Additive kann verzichtet werden, aber diese können eine Produktionssicherheit erhöhen. Zudem kann die Mischung Farbpigmente aufweisen, welche die optische Wirkung des Körpers und des Formsteins verändern.
Zudem kann zusätzlich Wasser hinzugefügt werden. Das Wasser könnte auch zum Teil oder ganz ersetzt werden durch eine alkalische Lösung, z. B. Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhyroxidlösung. Durch das Wasser kann die Konsistenz der Mischung beeinflusst werden.
Hierbei kann durch Zusätze und/oder die Additive in vorteilhafter Weise die Aushärtungsdauer beeinflusst werden. Die Mischungsverhältnisse der Komponenten im Mineralzusatz oder in der Mischung können an eine Produktionsart und an eine gewünschte Aushärtungsdauer angepasst sein.
Statt einem Brennen des Körpers erfolgt ein Schmelzen und Verkieseln der Konstituenten der Mischung, was bei deutlich geringeren Temperaturen als beim Brennen erfolgt.
Es zeigt sich, dass anstelle von Zement erfindungsgemäß auch ein alkaliaktivierbarer, alumosilikatischer Bestandteil des Mineralzusatzes vorgesehen sein kann, um ein hydraulisches Aushärten nicht nur an der Oberfläche, sondern auch im Körpervolumen zu erreichen.
Der alkalische Aktivator, beispielsweise Wasserglas, stellt ein alkalisches Bindemittel dar, mit dem der alkaliaktivierbaren Anteil des Mineralzusatzes aufgrund des hohen pH-Werts reagieren kann. Der alkalische Aktivator dient als Quelle für Wasser zur Bildung von Calcium-Silikatphasen (CSH-Phasen) und/oder Sodium-Alumino-Silicate-Hydrate (Natrium-Aluminium-Silikat-Hydrat, NASH) und/oder Potassium-Alumino-Silicate-Hydrate (Kalium-Aluminium-Silikat-Hydrat, KASH). Insbesondere Wasserglas als alkalischer Aktivator dient vorteilhaft zur Verkieselung des Körpers. Günstiger Weise ist damit ein hoher pH-Wert der Mischung von wenigstens pH=10 darstellbar.
Günstiger Weise kann als alkalischer Aktivator Wasserglas in Form von Natriumwasserglas (Natriumsilikat) oder Kaliwasserglas (Kaliumsilikat) vorgesehen sein. Vorteilhaft ist die Verwendung von Kaliwasserglas. Das Wasserglas bzw. die Wasserglaslösung, kann teilweise durch Natriumcarbonat und/oder Kaliumcarbonat und/oder durch Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid ersetzt sein. Vorteilhaft ist jeweils eine Lösung von Natriumcarbonat und/oder Kaliumcarbonat und/oder durch Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid mit 230 bis 330 g Feststoff auf 1000 g Wasser. Vorzugsweise kann die Hälfte der Wasserglaslösung durch Natriumcarbonatlösung und/oder Kaliumcarbonatlösung und/oder durch Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung ersetzt sein.
Vorzugsweise kann als alkalischer Aktivator eine Kaliumsilikatlösung eingesetzt werden, mit einer handelsüblichen Konzentration von höchstens 40 Gewichts% (K₂O+SiO₂) mit einem Molverhältnis MR von mindestens MR=3,2, wobei die Kaliumsilikatlösung SiO₂ mit mindestens 67 Gewichts% und K₂O mit höchstens 33 Gewichts% enthält. Mit besonderem Vorteil liegt der pH-Wert der Mischung zur Bildung des Körpers deutlich im alkalischen Bereich, vorzugsweise über 10, besonders bevorzugt bei mindestens 12. Auf diese Weise ist eine zuverlässige alkalische Aktivierung der alkaliaktivierbaren Bestandteile des Minerals-Zusatzes möglich.
Insbesondere kann der Körper ein alkaliaktiviertes Geopolymer sein.
Die Mischung wird in die Form zum Gießen des Körpers gegeben.
Weiterhin können loser Sand und/oder Splittkörner in die Mischung gegeben werden und diese Mischung dann in die Form gegeben werden. Vorteilhaft kann eine Marmorierung durch einen zusätzlichen partiellen Auftrag und/oder durch teilweises Mischen mit einer unter der Mischung liegenden, noch nicht ausgehärteten Oberfläche und/oder beim Einbringen in die Gießform beispielsweise durch partiellen Eintrag der Mischung, durch Rütteln, Rühren und dergleichen.
Es zeigt sich, dass ein mit der Mischung hergestellter Körper hinsichtlich Abrieb und Widerstandsfähigkeit gegenüber Frost, Nässe und Abrieb deutliche Verbesserungen zeigt. Insbesondere die Zugabe von Zirkon ergibt eine günstige große Härte der Oberfläche.
Der Körper zeigt eine Oberfläche, bei der besonders vorteilhaft ein unerwünschtes Ausblühen von Kalk und dergleichen deutlich reduziert ist oder ganz unterbunden werden kann.
Günstiger Weise ist der Körper für Feuchte durchlässig, sodass Feuchtigkeit, insbesondere Wasserdampf, aus dem Körper herausdiffundieren kann, was die Gefahr von Abplatzungen der Oberfläche deutlich reduziert. Der Körper kann in diesem Sinne als diffusionsoffen angesehen werden. Die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl ist durch die Verwendung der Inhaltsstoffe, der Dichte der Masse und/oder durch nachträgliches mechanisches und/oder chemisches Verdichten möglichst erhöht und entspricht mindestens den bekannten Werten eines herkömmlichen Betons. Typische Werte der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl für trockenen Beton liegen bei mindestens 130 µ, für nassen Beton bei mindestens 80 µ.
Es wird ein Schutz des Körpers und dessen Oberfläche vor organischen und anorganischen Verschmutzungen erreicht. Der Körper ist in vorteilhafte Weise umweltschonend, nachhaltig, recycelbar, sowie gesundheitlich unbedenklich.
Durch entsprechende Zusätze kann das Aussehen des Körpers oder das Aussehen der Oberfläche des Körpers beeinflusst werden. Der Körper kann mit einer pigmentierten oder transparente Oberfläche hergestellt sein und von matt über seidenmatt bis glänzend bereitgestellt werden. Die Oberfläche hat ein attraktives, natürliches Aussehen ähnlich einer Glasschicht. Der Glanzgrad der Oberfläche des Körpers kann günstiger Weise durch Variation der Dicke einer günstigen Oberflächenschicht aus einer dem Körper vergleichbaren zementfreien Mischung als Top-Coat oder durch zusätzlichen Auftrag mit Wasserglas, insbesondere Kaliwasserglas, variiert werden. Mit reflektierenden Zusätzen, beispielsweise tafelförmigen oder plättchenförmigen Glimmeranteilen, kann die Oberfläche des Körpers verändert werden.
Ein derartiger Körper kann vielseitig eingesetzt werden. Es ist eine variantenreiche Farbgestaltung möglich, und eine Oberflächenschicht kann gegebenenfalls eine Deckschicht bilden. Diese Oberflächenschicht kann als Vorsatz auf dem Körper angeordnet sein. Ebenso sind Verzierungen mit der Oberflächenschicht möglich sowie dekorative Strukturen an der Oberfläche darstellbar.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Körpers kann als alkalischer Aktivator Wasserglaslösung und/oder Wasserglaslösung gemischt mit Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung eingesetzt werden. Günstig ist eine Lösung mit 230 bis 330 g Feststoff auf 1000 g Wasser. Vorteilhaft kann die Hälfte der Wasserglaslösung durch Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung ersetzt werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Körpers kann dieser im fertigstellten Gebrauchszustand ungesintert oder zumindest bereichsweise ungesintert vorliegen. Auf diese Weise ist eine kalthärtende Keramik möglich. Ein Brennen oder ein Flammschmelzen der Oberfläche bei hohen Temperaturen von mehr als 700°C bis über 1000 °C ist nicht notwendig oder sogar unerwünscht, da ein derartiges Sintern des Körpers die erwünschte Feuchtedurchlässigkeit der Oberfläche verringert oder ganz unterbindet. Ein zumindest lokales Flammschmelzen an der Oberfläche kann jedoch optional eingesetzt werden, um gefällige dekorative Oberflächenstrukturen zu erzeugen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Körpers kann Meta-Kaolin in der Mischung in Bezug auf das Gewicht bzw. den Anteil des Leimpulvers im Mineralzusatz im Bereich von 4 bis 55 Gewichts% vorliegen. Meta-Kaolin kann hierbei im Leimpulver, beispielsweise einen Anteil von 20 Gewichts% ausmachen, und kann als Pulver beigegeben sein, vorzugsweise mit einer Korngröße von höchstens 40 µm, vorzugsweise von höchstens 15 µm. Der Anteil von Tonerde im Leimpulver kann beispielsweise zwischen 30 und 50 Gewichts% ausmachen.
Die alkaliaktivierbaren Mineral-Zusätze stellen in der Mischung keine Stellmittel dar oder weisen diesbezüglich gegebenenfalls eine lediglich untergeordnete Zusatzwirkung auf.
Die hauptsächliche Funktion in der erfindungsgemäßen Mischung besteht darin, dass der alkaliaktivierbare Mineralzusatz durch einen Alkaliaktivator in der Oberflächenschicht polymere Netzwerke durch Polykondensation ausbilden kann. Vorzugsweise kann als Alkaliaktivator eine Kaliumsilikatlösung in Form einer Wasserglaslösung (Kaliwasserglas) eingesetzt werden, mit einer Konzentration von höchstens 40 Gewichts% (Feststoff Kaliumsilikat), beispielsweise mit 230 bis 330 g Feststoff auf 1000 g Wasser.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Körpers kann der Mineralzusatz wenigstens einen Bestandteil als Zuschlag aufweisen, insbesondere im Bereich von 10 bis 85 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Mineralzusatzes in der Mischung. Der wenigstens eine Bestandteil kann zumindest durch die Wasserglaslösung benetzt werden. Zusätzlich können kalkhaltige Bestandteile des Mineralzusatzes als Kalkträger eine Rissbildung in der Oberflächenschicht durch Calciumsilikate reduzieren oder unterbinden, welche Schwindungsverluste oder Schrumpfungsverluste kompensieren können.
Bevorzugt kann der Zuschlag Schamott und/oder gebrochenes und zermahlenes Steingut und/oder gebrochenes und zermahlenes Steinzeug , und/oder Ziegelmehl und/oder gebrochene und zermahlene Betonsteine sein, insbesondere mit einer Körnung 0 bis 0,2 mm und/oder 0 bis 0,5 mm und/oder 0 bis 1 mm und/oder einer Körnung von 0 bis 2 mm. Typischerweise kann eine Körnung mittels einer Siebanalyse bestimmt werden. Es können auch aus üblichen Betonmischungen bekannte Zuschläge wie z. B. Gesteinskörnung, Splitt mit einer Körnung von 0 bis 5 mm, 0 bis 8 mm, 2 bis 8 mm und dergleichen, Sande mit einer Körnung von 0 bis 1 mm, 0 bis 2 mm und dergleichen eingesetzt werden. Hierbei kann zwischen inerten Bestandteilen und reaktiven Bestandteilen im Zuschlag unterschieden werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Körpers kann der Mineralzusatz als alkaliaktivierbarem Bestandteil einen Muskovit, insbesondere einen Meta-Muskovit, enthalten welcher in Mischung bezogen auf den Anteil des Leimpulvers im Bereich von im Bereich von 2 bis 20 Gewichts% vorliegt. Unter dem Anteil wird hierbei das Gewicht des Leimpulvers im Mineralzusatz verstanden. Der Muskovit kann beispielsweise mit einer Körnung von 1 bis 2 mm, als dekorative Glanz-Elemente in der Oberflächenschicht, insbesondere in Form eines Glimmerpuders einer mittleren Korngröße von 15 µm vorliegen. Ferner können als alkaliaktivierbarer Bestandteil des Mineralzusatzes calcinierte Tone zugegeben werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Körpers kann die Mischung wenigstens ein organisches und/oder anorganisches Farbpigmentpulver, insbesondere alkalibeständiges Farbpigmentpulver, und/oder wenigstens eine organische und/oder anorganische Farbpigmentsuspension, insbesondere alkalibeständige Farbpigmentsuspension, enthalten. Hierbei kann das Farbpigmentpulver in der Mischung bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 0,7 bis 1,5 Gewichts% vorliegen. Unter dem Anteil wird hierbei das Gewicht des Mineralzusatzes verstanden Das Farbpigmentpulver kann beispielhaft bezogen auf den Anteil des Leimpulvers 3 bis 6 Gewichts% ausmachen.
Es zeigt sich vorteilhaft, dass der Farbeindruck des Körpers sehr intensiv ist und sich eine ungewöhnlich brillante Färbung einstellt. Günstiger Weise können in dem Körper sogar verschiedenfarbige Muster erzeugt werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Körpers kann die Mischung durch Additive in der Matrix des Körpers, welche beispielsweise in der Mischung bezogen auf den Anteil des Leimpulvers im Bereich von 0,1 bis 2 Gewichts% vorliegen, komplett in sich amorph verbunden sein, beispielsweise mit siliziumorganischen Verbindungen und Polydispersionen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Körpers kann der Anteil an Füllstoff im Leimpulver oder im Zuschlag in Form von Zirkoniumsilikat (Zr[SiO₄]) in der Mischung als Zirkonsand, und/oder in Form von Zirkoniumdioxid in der Mischung als Zirkoniumdioxidpulver ZrO₂ vorliegen.
Es ergibt sich eine günstige Abriebfestigkeit und Verschleißfestigkeit der Oberfläche des Körpers.
Der Körper kann insbesondere einen begehbaren und/oder befahrbaren Formstein ausbilden. Der Formstein kann zementfrei, formbeständig ausgehärtet sein
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines zementfreien, formbeständig aushärtenden Körpers vorgeschlagen, wobei eine Mischung zur Bildung des Körpers wenigstens einen alkalischen Aktivator, insbesondere wässrige alkalische Aktivatorlösung, und einen Mineralzusatz aufweist wobei der alkalische Aktivator in der Mischung bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 5 bis 35 Gewichts% vorliegt, wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbaren Bestandteil Meta-Kaolin aufweist.
Der Mischung kann wenigstens ein trockener alkaliaktivierbaren Bestandteil, ein alkalischer Aktivator und eine Flüssigkeit zugegeben werden. Hierbei können der alkaliaktivierbare Bestandteil und ein Füllstoff, als Leimpulver vorliegen. Der Füllstoff kann hierbei wenigstens einen inerten Bestandteil Zirkoniumsilikat und/oder Zirkoniumdioxid aufweisen. Alternativ kann der Füllstand auch Bestandteil eines Zuschlags sein. Der alkalische Aktivator kann in Wasser gelöst vorliegen und die Flüssigkeit ausbilden. Durch das Hinzufügen der alkalischen Lösung und/oder anderer geeigneter Flüssigkeit kann das trockne Leimpulver einen zähflüssigen Steinleim als Dispersion ausbilden. Durch die Reaktion zwischen dem alkaliaktivierbaren Bestandteil und dem alkalischen Aktivator bilden sich insbesondere in der Oberflächenschicht polymere Netzwerke durch Polykondensation aus.
Vorteilhaft kann die Mischung im Wesentlichen aus einer Lösung eines alkalischen Aktivators und Leimpulver gebildet sein. Zusätzlich kann der Mischung ein Zuschlag zugeben werden.
Im Folgenden wird unter dem Mineralzusatz eine Mischung aus dem Leimpulver und falls vorhanden dem Zuschlag verstanden. Hierbei kann der Anteil des Leimpulvers im trockenen Mineralzusatz mindestens 15 Gewichts% sein. Der Anteil des Zuschlags, im trockenen Mineralzusatz maximal 85 Gewichts% ausmachen. Hierbei kann der Zuschlag einen Anteil mit mindestens einer reaktiven, recyclierte Gesteinskörnung, beispielsweise zerkleinerten Beton und/oder Ziegelmehl und/oder zerkleinerte Ziegel, und einen Anteil mit wenigstens einen inerten Füllstoff umfassen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann als alkalischer Aktivator Wasserglaslösung eingesetzt werden und/oder Wasserglaslösung gemischt mit Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung eingesetzt werden.
Mit besonderem Vorteil liegt der pH-Wert der Mischung zur Bildung der Oberflächenschicht deutlich im alkalischen Bereich, vorzugsweise mindestens bei 10, besonders bevorzugt bei mindestens 12. Auf diese Weise ist eine zuverlässige alkalische Aktivierung der alkaliaktivierbaren Bestandteile des Minerals-Zusatzes möglich. Auf eine Zugabe von Säure kann verzichtet werden.
Zirkoniumdioxid kann dotiert oder nicht dotiert vorliegen. Eine Dotierung ist günstig, wenn die Mischung auf höhere Temperaturen erhitzt wird.
Die Mischung kann wie eine übliche Lasur, Kaltglasur oder Farbbeschichtung oder wie eine übliche Zementmischung in eine Gießform gesprüht, gerollt, gedruckt, gegossen, getaucht und dergleichen werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Mischung in einem Strangpressverfahren oder durch Pressen in eine vorgegebene Form gebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Mischung in einem Drycast- und/oder Wetcastverfahren in die gewünschte Form gebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Mischung durch rütteln, schlagen, gießen, pressen, formen und dergleichen in eine gewünschte Form gebracht werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Mischung bei einer Verarbeitungstemperatur von mindestens 5°C, vorzugsweise von mindestens 8°C, aufgetragen und/oder gegossen und/oder extrudiert und/oder gerüttelt und/oder geschlagen und/oder gepresst und/oder gestaucht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Mischung bei einer Verarbeitungstemperatur von höchstens 50°C, vorzugsweise von höchstens 30 °C, aufgetragen und/oder gegossen und/oder extrudiert und/oder gerüttelt und/oder geschlagen und/oder gepresst und/oder gestaucht werden.
Dies erlaubt eine sichere Verarbeitung der Mischung. Ein Brennen oder ein Flammschmelzen des Körpers bei hohen Temperaturen zur Erzeugung einer dichten Oberfläche und/oder eines festen Kerns ist nicht notwendig. Die Feuchtedurchlässigkeit der Oberfläche und/oder des Volumens ist im Gegenteil erwünscht.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann Meta-Kaolin im Bereich von 4 bis 55 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Leimpulvers der Mischung zugegeben werden. Meta-Kaolin kann hierbei im Leimpulver, beispielsweise einen Anteil von 20 Gewichts% ausmachen, und kann als Pulver beigegeben werden. Meta-Kaolin kann vorzugsweise mit einer Korngröße von höchstens 40 µm, vorzugsweise von höchstens 15 µm zugegeben werden. Der Anteil von Tonerde im Leimpulver kann beispielsweise zwischen 30 und 50 Gewichts% ausmachen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann der Mischung wenigstens Bestandteil des Mineralzusatzes als Zuschlag zugegeben werden, insbesondere im Bereich von 10 bis 85 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Mineralzusatzes. Hierbei kann ein Anteil des Zuschlags inert sein und ein weiterer Anteil des Zuschlags kann Bindungen und Bindungskräfte zu anderen Bestandteilen der Mischung ausbilden.
Insbesondere kann dem Zuschlag als inerten Bestandteil ein Füllstoff, beispielsweise Schamott und/oder gebrochenes und zermahlenes Steingut und/oder gebrochenes und zermahlenes Steinzeug und/oder Zirkoniumsilikat und/oder Zirkoniumdioxid zugegeben sein. Als reaktiven Bestandteil kann dem Zuschlag Ziegelmehl und/oder recyclierte Gesteinskörnung, beispielsweise zerkleinerter Beton und/oder zerkleinerte Ziegel zugegeben werden, insbesondere mit einer Körnung 0 bis 0,2 mm und/oder 0 bis 0,5 mm und/oder 0 bis 1 mm und/oder einer Körnung von 0 bis 2 mm.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann der Mischung ein weiterer alkaliaktivierbarer Bestandteil des Mineralzusatzes in Form von Muskovit zugegeben werden, mit einem Anteil von 2 bis 20 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Leimpulvers. Insbesondere kann Muskovit in Form eines Glimmerpulvers mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 15 µm zugegeben werden. Muskovit, auch als Glimmer bekannt, ergibt dekorative Glanz-Effekte in der Oberflächenschicht, insbesondere mit einer Körnung von etwa 1 bis 2 mm.
Ferner können als alkaliaktivierbarer Bestandteil des Mineralzusatzes calcinierte Tone zugegeben werden.
Als günstige Additive mit 0,1 bis 9 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Leimpulvers können beispielsweise siliziumorganische Verbindungen als Haftvermittler, Polymerdispersionen, Spreitungsmittel, Thixotropiermittel und dergleichen zugegeben werden. Ebenso können wasserabweisende Additive zugegeben werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann der Mischung wenigstens ein organisches und/oder anorganisches Farbpigmentpulver, insbesondere ein alkalibeständiges Farbpigmentpulver, und/oder wenigstens eine organische und/oder anorganische Farbpigmentsuspension, insbesondere eine alkalibeständige Farbpigmentsuspension, zugegeben werden, insbesondere bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 0,7 bis 1,5 der Mischung zugegeben wird. Hierbei kann das Farbpigmentpulver 1 bis 6 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Mineralzusatzes ausmachen. Vorteilhaft ergibt sich ein brillanter Farbeindruck des Körpers. Zudem kann die optische Wirkung des Körpers durch die Farbpigmente verändert werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann der Mischung der Anteil an Zirkoniumsilikat als Zirkonsand, und/oder der Anteil an Zirkoniumdioxid als Zirkoniumdioxidpulver zugegeben werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann auf die Oberfläche des zementfreien Körpers zusätzlich eine Kaliwasserglaslösung aufgetragen werden.
Optional kann durch zusätzlichen Auftrag einer Kaliwasserglaslösung ein zusätzlicher Top-Coat auf den zementfreien Körper aufgetragen werden. Seidenmatte bis glänzende Oberflächen sind dadurch möglich.
Vorteilhaft ist die Verwendung von einer Mischung aus wenigstens einem trockenen alkaliaktivierbaren Bestandteil, einem alkalischen Aktivator, einem trockenen inerten Füllstoff, und einer Flüssigkeit zur Herstellung eines Vollkörpers, insbesondere eines begehbaren oder befahrbaren Formsteins oder eines anderen geeigneten feuchtedurchlässigen, insbesondere wasserdampfdurchlässigen Körpers. Hierbei kann der alkaliaktivierbare Bestandteil und der Füllstoff, als Leimpulver der Mischung zugegeben werden. Der alkalische Aktivator kann in Wasser gelöst werden und die Flüssigkeit ausbilden. Durch das Hinzufügen der alkalischen Lösung und/oder anderer geeigneter Flüssigkeit kann das trockne Leimpulver einen zähflüssigen Leim als Dispersion ausbilden. Durch die Reaktion zwischen dem alkaliaktivierbaren Bestandteil und dem alkalischen Aktivator bilden sich insbesondere in der Oberflächenschicht polymere Netzwerke durch Polykondensation aus. Der Mischung kann zusätzlich ein Zuschlag zugegeben werden.
Die Mischung, aus welcher der Körper gebildet wird, kann Eigenschaften einer ungebrannten Keramik und/oder von Ton aufweisen, wobei die Mischung in vorteilhafter Weise ohne gebrannt zu werden und ohne Zement formbeständig in einem alkalischen Milieu aushärtet und einen steinartigen, zementfreien und formbeständig ausgehärteten Körper ausbildet.
Der durch dieses Verfahren gebildete Körper, kann Eigenschaften einer üblichen Keramik aufweisen, wobei die Mischung, im Gegensatz zu einer üblichen Keramik, in vorteilhafter Weise ohne gebrannt zu werden formbeständig aushärtet.
Der durch dieses Verfahren gebildete Körper, kann Eigenschaften eines üblichen Betons aufweisen, wobei die Mischung, im Gegensatz zu einem üblichen Beton in vorteilhafter Weise keinen Zement umfasst, um formbeständig auszuhärten.
Da die Mischung keinen oder, falls zerkleinerter Beton als Zuschlag zugegeben wird, nur geringe Mengen an wiederverwerteten Zement umfasst, wird in vorteilhafter Weise bei der Herstellung der Rohstoffe für die Mischung, bei der Herstellung der Mischung und bei der Herstellung des Körpers weniger Kohlendioxid frei gesetzt als bei Mischungen und Körpern, welche Zement zum Bilden der Verbindungen und zum Abbinden aufweisen und welche zum Abbinden gebrannt werden müssen.
Beispielsweise kann der Zuschlag in einer Ausgestaltung der Mischung reaktive, recyclierte Gesteinskörnung, beispielsweise zerkleinerten Beton und/oder zerkleinerte Ziegel umfassen. Ein reaktiver Anteil des Zuschlags wirkt auf den Aushärtungsprozess ein. Hierbei kann die reaktive, recyclierte Gesteinskörnung zusätzlich mit Inhaltsstoffen des Leimpulvers reagieren. Diese Reaktion kann zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Leimpulver erfolgen. Zudem können bei der Reaktion zwischen der recyclierte Gesteinskörnung und dem Leimpulver andere Bindungen und Bindungskräfte ausgebildet werden als bei der Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Leimpulver. Der Mischung können weitere Additive beispielsweise Puzzolanerde und/oder Trass und/oder Tuff zugegeben werden. Die Puzzolanerde und/oder der Trass und/oder der Tuff kann ebenfalls mit der recyclierten Gesteinskörnung reagieren. Diese Reaktion kann zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Leimpulver und/oder zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen der recyclierte Gesteinskörnung und dem Leimpulver erfolgen. Zudem können bei der Reaktion zwischen der recyclierte Gesteinskörnung und der Puzzolanerde und/oder dem Trass und/oder dem Tuff andere Bindungen und Bindungskräfte ausgebildet werden als bei den anderen Reaktionen.
Ein weiteres Additiv, welches zugegeben werden kann, kann ein Fließmittel, beispielsweise ein Glycerin, sein. Das Fließmittel kann die Thixotropie der Mischung verändern. Weitere die Aushärtung steuernde Zusätze können aus der Lebensmittelindustrie stammen und Verdickungsmittel und/oder Festigungsmittel z.B. E520 Aluminiumsulfat und/oder Geliermittel und/oder Alkohol sein. Zudem kann der Mischung zum Modellieren Schamottekörner bzw. gebrannter Ton zugegeben werden. Auf die Additive kann verzichtet werden, aber diese können eine Produktionssicherheit erhöhen.
Hierbei kann durch die Zusätze bzw. die Additive die Aushärtungsdauer beeinflusst werden. Die Mischungsverhältnisse der Komponenten in der Mischung können an eine Produktionsart und an eine gewünschte Aushärtungsdauer angepasst sein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine zementfreie, formbeständig aushärtende Mischung mit zumindest einem alkalischen Aktivator, einen Mineralzusatz und einem aushärtungssteuernden Zusatz vorgeschlagen, wobei der alkalische Aktivator in der Mischung bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 5 bis 35 Gewichts% vorliegt, wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbaren Bestandteil zumindest Meta-Kaolin sowie als wenigstens einen inerten Bestandteil Zirkoniumsilikat und/oder Zirkoniumdioxid als Füllstoff aufweist.
Die Mischung kann aus wenigstens einem trockenen alkaliaktivierbaren Bestandteil, einem alkalischen Aktivator, einem trockenen inerten Füllstoff und einer Flüssigkeit aufgebaut sein. Hierbei können der alkaliaktivierbare Bestandteil und der Füllstoff, als Leimpulver vorliegen. Der alkalische Aktivator kann in Wasser gelöst vorliegen und die Flüssigkeit ausbilden. Durch das Hinzufügen der alkalischen Lösung und/oder anderer geeigneter Flüssigkeit kann das trockne Leimpulver einen zähflüssigen Steinleim als Dispersion ausbilden. Durch die Reaktion zwischen dem alkaliaktivierbaren Bestandteil und dem alkalischen Aktivator bilden sich insbesondere in der Oberflächenschicht polymere Netzwerke durch Polykondensation aus. Weitere Bindungsreaktionen können durch einen Zuschlag mit reaktiven Anteil erzeugt werden.
Vorteilhaft kann die Mischung im Wesentlichen aus einer Lösung eines alkalischen Aktivators und Leimpulver gebildet sein.
Im Folgenden wird unter dem Mineralzusatz eine Mischung aus dem Leimpulver und falls vorhanden dem Zuschlag verstanden. Hierbei kann der Anteil des Leimpulvers im trockenen Mineralzusatz mindestens 15 Gewichts% sein. Der Anteil des Zuschlags, welcher mindestens eine recyclierte Gesteinskörnung, beispielsweise zerkleinerten Beton und/oder zerkleinerte Ziegelsteine, und/oder mindestens einen Füllstoff umfassen kann, kann im trockenen Mineralzusatz maximal 85 Gewichts% des Mineralzusatzes ausmachen.
Die Mischung ist in vorteilhafter Weise umweltschonend, nachhaltig, recycelbar, sowie gesundheitlich unbedenklich.
Da die Mischung keinen oder, falls zerkleinerter Beton als Zuschlag zugegeben ist, nur geringe Mengen an wiederverwerteten Zement umfasst, wird in vorteilhafter Weise bei der Herstellung der Mischung und des Körpers weniger Kohlendioxid frei gesetzt als bei Mischungen und Körpern, welche Zement zum Bilden der Verbindungen aufweisen.
Der Körper, der aus dieser Mischung gebildet ist, kann Eigenschaften einer üblichen Keramik aufweisen, wobei die Mischung, im Gegensatz zu einer üblichen Keramik, in vorteilhafter Weise ohne gebrannt zu werden formbeständig aushärtet.
Der auf aus dieser Mischung gebildete Körper, kann Eigenschaften eines üblichen Betons aufweisen, wobei die Mischung, im Gegensatz zu einem üblichen Beton in vorteilhafter Weise keinen Zement umfasst, um formbeständig im alkalischen Milieu auszuhärten.
In der Mischung können bei der Herstellung von Körpern vorteilhaft verschiedene Bindungskräfte ausgenutzt werden, die vorzugsweise zeitlich versetzt, insbesondere nacheinander wirksam werden können. Anfangs kann ein hydraulisches Abbinden erfolgen und die Fertigstellung über mehrere Zwischenschritte mit einem Verkieseln enden. Dies kann durch geeignete Zusätze gezielt erfolgen. Hiermit lässt sich ein Entschalen des Körpers beispielsweise eines Formsteins aus der Gießschale verbessern, da die Aushärtung über das ganze Volumen des Körpers erfolgen kann. Dies ist besonders für eine kommerzielle Serienproduktion vorteilhaft, bei der beispielsweise Formsteine relativ schnell entschalt werden.
Hierbei kann die Mischung einen Zuschlag umfassen. Der Zuschlag kann in einer Ausführungsform der Mischung recyclierte Gesteinskörnung, beispielsweise zerkleinerten Beton und/oder zerkleinerte Ziegel umfassen. Dieser Zuschlag wirkt auf den Aushärtungsprozess ein. Die recyclierte Gesteinskörnung kann zusätzlich mit Inhaltsstoffen des Leimpulvers reagieren. Diese Reaktion kann zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Mineralzusatz erfolgen. Zudem können bei der Reaktion zwischen der recyclierte Gesteinskörnung und dem Leimpulver andere Bindungen und Bindungskräfte ausgebildet werden als bei der Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Leimpulver. Die Mischung kann weitere Additive beispielsweise Puzzolanerde und/oder Trass und/oder Tuff aufweisen. Die Puzzolanerde und/oder der Trass und/oder der Tuff kann ebenfalls mit der recyclierten Gesteinskörnung reagieren. Diese Reaktion kann zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Leimpulver und/oder zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen der recyclierten Gesteinskörnung und dem Leimpulver erfolgen. Zudem können bei der Reaktion zwischen der recyclierten Gesteinskörnung und der Puzzolanerde und/oder dem Trass und/oder dem Tuff andere Bindungen und Bindungskräfte ausgebildet werden als bei den anderen Reaktionen.
Ein weiteres Additiv kann ein Fließmittel, beispielsweise ein Glycerin, sein. Das Fließmittel kann die Thixotropie der Mischung verändern. Weitere die Aushärtung steuernde Zusätze können aus der Lebensmittelindustrie stammen und Verdickungsmittel und/oder Festigungsmittel z.B. E520 Aluminiumsulfat, Geliermittel und/oder Alkohol sein. Zudem kann die Mischung zusätzlich Wasser umfassen, welches die Konsistenz der Mischung beeinflusst. Ein Wassergehalt der Mischung kann an die gewünschte Verarbeitungsart der Mischung und die darin enthaltenen Komponenten angepasst werden. Vorteilhaft ist ein zusätzlicher Wassergehalt von 18 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Leimpulvers bei einem günstigen Gewichts-Verhältnis von alkalischer Aktivatorlösung zu Mineralzusatz in der Mischung von 1:1.
Durch die Zusätze bzw. die Additive kann in vorteilhafter Weise die Aushärtungsdauer beeinflusst werden. Die Additive können jeweils bezogen auf den Anteil des Leimpulvers im Bereich 0,1 bis 9 Gewichts% in der Mischung vorliegen. Unter Anteil wird hierbei das Gewicht des Leimpulvers verstanden. Die Mischungsverhältnisse der Komponenten in der Mischung können an eine Produktionsart und an eine gewünschte Aushärtungsdauer angepasst sein.
Die Mischung kann beispielsweise gelöste Additive umfassen. Als günstige Additive können beispielsweise siliziumorganische Verbindungen als Haftvermittler, Polymerdispersionen, Spreitungsmittel, Thixotropiermittel und dergleichen zugegeben werden. Ebenso können wasserabweisende Additive, welche bezogen auf den Anteil des Leimpulvers im Bereich 0,1 bis 9 Gewichts% vorliegen, der Mischung zugegeben werden.
Die Mischung kann zum Modellieren Schamottekörner bzw. gebrannter Ton umfassen.
Auf die Additive kann verzichtet werden. Alternativ kann durch die Additive eine Produktionssicherheit erhöht werden.
Statt einem Brennen des Körpers beispielsweise des Formsteins erfolgt ein Schmelzen und Verkieseln der Konstituenten der Mischung, was bei deutlich geringeren Temperaturen als beim Brennen erfolgen kann.
Die Mischung kann in vorteilhafter Weise für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Die Mischung kann sowohl Eigenschaften von Beton als auch Eigenschaften von Keramik aufweisen. Dadurch kann die Mischung in Abhängigkeit ihrer Konsistenz beispielsweise in eine Form und/oder Schale gegossen werden. Das Gießen in eine Form und/oder eine Schale ist insbesondere zum Bilden von Skulpturen, Formsteinen, Sonderteilen, Freiformkörpern, und anderen geeigneten Vollkörpern vorteilhaft. Alternativ kann die Mischung in einem Strangpressverfahren in die gewünschte Form gebracht werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Mischung durch Pressen, Schlagen, Rütteln in die gewünschte Form gebracht werden. Beispielsweise könnten Fliesen gepresst werden, wobei die Fliesen dünner sind als ein Formstein. Des Weiteren kann die Mischung durch ein Drycastverfahren und/oder durch ein Wetcastverfahren in die gewünschte Form gebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Mischung eine Oberflächenschicht auf einem beliebigen Körper und/oder einen Wandputz, und/oder einen gegossenen Bodenbelag und/oder eine gegossene Decke und/oder eine verfüllte Mauer ausbilden.
Die alkaliaktivierbaren Mineral-Zusätze stellen in der Mischung keine Stellmittel dar oder weisen diesbezüglich gegebenenfalls eine lediglich untergeordnete Zusatzwirkung auf.
Die hauptsächliche Funktion in der erfindungsgemäßen Mischung besteht darin, dass der alkaliaktivierbare Mineralzusatz durch einen Alkaliaktivator in der Oberflächenschicht polymere Netzwerke durch Polykondensation ausbilden kann. Vorzugsweise kann als Alkaliaktivator eine Kaliumsilikatlösung in Form einer Wasserglaslösung (Kaliwasserglas) eingesetzt werden, mit einer Konzentration von höchstens 40 Gewichts% (Feststoff Kaliumsilikat).
Der alkalische Aktivator, beispielsweise Wasserglas, stellt ein alkalisches Bindemittel dar, mit dem der alkaliaktivierbaren Anteil des Mineralzusatzes aufgrund des hohen pH-Werts reagieren kann. Der alkalische Aktivator dient als Quelle für Wasser zur Bildung von Calcium-Silikatphasen (CSH-Phasen) und/oder Sodium-Alumino-Silicate-Hydrate (NASH) und/oder Potassium-Alumino-Silicate-Hydrate (KASH). Insbesondere Wasserglas als alkalischer Aktivator dient vorteilhaft zur Verkieselung des Körpers. Günstiger Weise ist damit ein hoher pH-Wert der Mischung von wenigstens pH=10 darstellbar. Besonders bevorzugt liegt der pH-Wert bei mindestens 12. Auf diese Weise ist eine zuverlässige alkalische Aktivierung der alkaliaktivierbaren Bestandteile des Minerals-Zusatzes möglich.
Vorzugsweise kann als alkalischer Aktivator eine Kaliumsilikatlösung eingesetzt werden, mit einer handelsüblichen Konzentration von höchstens 40 Gewichts% (K₂O+SiO₂) mit einem Molverhältnis MR von mindestens MR=3,2, wobei die Kaliumsilikatlösung SiO₂ mit mindestens 67 Gewichts% und K₂O mit höchstens 33 Gewichts% enthält.
Der Mineralzusatz weist alkaliaktivierbare Bestandteile auf, die mit dem alkalischen Aktivator reagieren, wie etwa Meta-Kaolin.
Der Mineralzusatz kann ferner wenigstens einen gegenüber dem alkalischen Aktivator bei Herstellungsbedingungen und Gebrauchsbedingungen im Wesentlichen inerten Bestandteil des Mineralzusatzes als Füllstoff aufweisen, wie etwa Zirkoniumsilikat (Zr[SiO4]), insbesondere Zirkonsand, und/oder Zirkoniumdioxid (ZrO₂). Zirkoniumdioxid kann in dotierter oder nicht dotierter Form eingesetzt sein. Dieser Zusatz kann Bestandteil des Leimpulvers und/oder des Zuschlags sein.
Weiterhin können loser Sand und/oder Splittkörner in die Mischung gegeben werden und diese Mischung dann in die Form und/oder Schale gegeben werden. Vorteilhaft kann eine Marmorierung durch einen zusätzlichen partiellen Auftrag und/oder durch teilweises Mischen mit einer unter der Mischung liegenden, noch nicht ausgehärteten Oberfläche und/oder beim Einbringen in die Gießform beispielsweise durch partiellen Eintrag der Mischung, durch Rütteln, Rühren und dergleichen.
Vorzugsweise ist der Mineralzusatz als feines, mehlartiges Pulver oder in körniger Form als Sand zugegeben. Zirkoniumsilikat (Zr[SiO₄]) ist vorzugsweise in Form von Zirkonsand zugegeben und Zirkoniumdioxid (ZrO₂) als Zirkoniumdioxidpulver, in dotierter oder nicht dotierter Form. Günstiger Weise kann die Korngröße des Zirkonsands und/oder des Zirkoniumdioxidpulvers mit einer Mahlfeinheit von höchstens 6 µm eingegeben werden, um eine möglichst große Oberfläche der Körner als Verbund zu ermöglichen.
Es zeigt sich, dass ein mit der Mischung hergestellter Formstein oder ein anderer aus der Mischung hergestellter Körper hinsichtlich Abrieb und Widerstandsfähigkeit gegenüber Frost, Nässe und Abrieb deutliche Verbesserungen zeigt. Insbesondere die Zugabe von Zirkon ergibt eine günstige große Härte der Oberfläche.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der zementfreien Mischung kann der alkalische Aktivator als Wasserglaslösung vorliegen und/oder Wasserglaslösung gemischt mit Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung sein.
Günstiger Weise kann als alkalischer Aktivator Wasserglas in Form von Natriumwasserglas (Natriumsilikat) oder Kaliwasserglas (Kaliumsilikat) vorgesehen sein. Vorteilhaft ist die Verwendung von Kaliwasserglas. Das Wasserglas bzw. die Wasserglaslösung, kann teilweise durch Natriumcarbonat und/oder Kaliumcarbonat und/oder durch Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid ersetzt sein. Vorteilhaft ist jeweils eine Lösung von Natriumcarbonat und/oder Kaliumcarbonat und/oder durch Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid mit 230 bis 330 g Feststoff auf 1000 g Wasser. Vorzugsweise kann die Hälfte der Wasserglaslösung durch Natriumcarbonatlösung und/oder Kaliumcarbonatlösung und/oder durch Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung ersetzt sein.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der zementfreien Mischung kann Meta-Kaolin einen Anteil von 4 bis 55 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Leimpulvers ausmachen. Meta-Kaolin kann als Pulver beigegeben sein, vorzugsweise mit einer Korngröße von höchstens 40 µm , vorzugsweise von höchstens 15 µm.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der zementfreien Mischung kann der Mineralzusatz wenigstens einen Zuschlag aufweisen, welcher einen inerten Bestandteil umfasst. Der Zuschlag kann einen Anteil von 10 bis 85 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Mineralzusatzes ausmachen. Hierbei kann der wenigstens eine inerte Bestandteil Schamott und/oder gebrochenes und zermahlenes Steingut und/oder gebrochenes und zermahlenes Steinzeug sein, insbesondere mit einer Körnung 0 bis 0,2 mm und/oder 0 bis 0,5 mm und/oder 0 bis 1 mm und/oder einer Körnung von 0 bis 2 mm. Typischerweise kann eine Körnung mittels einer Siebanalyse bestimmt werden. Es können auch aus üblichen Betonmischungen bekannte Zuschläge wie z. B. Gesteinskörnung, Splitt mit einer Körnung von 0 bis 5 mm, 0 bis 8 mm, 2 bis 8 mm und dergleichen, Sande mit einer Körnung von 0 bis 1 mm, 0 bis 2 mm und dergleichen eingesetzt werden.
Der Zuschlag kann einen reaktiven Anteil beispielsweise eine recyclierte Gesteinskörnung umfassen. Die recyclierte Gesteinskörnung kann aus zerkleinerten Beton und/oder Ziegelmehl und/oder zerkleinerten Ziegeln gebildet sein.
Der wenigstens eine inerte Bestandteil kann zumindest durch die Wasserglaslösung benetzt werden. Zusätzlich können kalkhaltige Bestandteile des Mineralzusatzes als Kalkträger eine Rissbildung in der Oberflächenschicht durch Calciumsilikate reduzieren oder unterbinden, welche Schwindungsverluste oder Schrumpfungsverluste kompensieren können.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der zementfreien Mischung kann der Mineralzusatz als alkaliaktivierbarem Bestandteil einen Muskovit, insbesondere einen Meta-Muskovit aufweist, welcher einen Anteil von 2 bis 20 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Leimpulvers ausmachen kann. Beispielsweise kann der Muskovit eine Körnung von 1 bis 2 mm, als dekorative Glanz-Elemente in der Oberflächenschicht, insbesondere in Form eines Glimmerpuders einer mittleren Korngröße von 15 µm aufweisen. Ferner können als alkaliaktivierbarer Bestandteil des Mineralzusatzes calcinierte Tone zugegeben sein.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Mischung kann wenigstens ein organisches und/oder anorganisches Farbpigmentpulver, insbesondere ein alkalibeständiges Farbpigmentpulver, und/oder wenigstens eine organische und/oder anorganische Farbpigmentsuspension insbesondere eine alkalibeständige Farbpigmentsuspension in der Mischung enthalten sein. Der Anteil des organischen und/oder anorganischen Farbpigmentpulvers und/oder der organische und/oder anorganische Farbpigmentsuspension kann 0,7 bis 1,5 Gewichts% in Bezug auf das Gewicht des Mineralzusatzes ausmachen. In Bezug auf das Leimpulver kann das Farbpigmentpulver 1 bis 6 Gewichts% ausmachen. Vorteilhaft ergibt sich ein brillanter Farbeindruck des aus der Mischung hergestellten Körpers beispielsweise des Formsteins. Die Farbpigmente können eine optische Wirkung des Körpers und des Formsteins verändern.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Meta-Kaolin zur Verwendung in einer zementfreien Mischung, insbesondere zur Herstellung eines begehbarer oder befahrbarer Formsteins mit einem im Wesentlichen zementfreien, steinartigen und formbeständig ausgehärteten Körper, der aus dieser Mischung gebildet ist beschrieben, wobei das Meta-Kaolin wirkt im Mineralzusatz als alkaliaktivierbarer Bestandteil. Meta-Kaolin kann als Pulver beigegeben sein, vorzugsweise mit einer Korngröße von höchstens 40 µm, vorzugsweise von höchstens 15 µm. In der Mischung kann die Zugabe von Meta-Kaolin weiterhin die Plastizität der Mischung in vorteilhafter Weise erhöhen. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Mischung mit Aufwalzen, Aufpressen, 3D-Druck aufzutragen. Meta-Kaolin kann auch als Tonerde, insbesondere als so genannte weiße Tonerde, zugegeben werden. Generell vorteilhaft sind alkaliaktivierbare alumosilikatische Bestandteile von Erden oder Tonerden. Alkaliaktivierbare Bestandteile, insbesondere Meta-Kaolin, sorgen für eine gute Abbindung der Mischung.
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:

1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Mischung in eine Form gegeben wird;
2 ein Ausführungsbeispiel mit partiell in eine Gießform eingegebener Mischung;
3 ein Ausführungsbeispiel mit krümeligem, gebrochenen Material der Mischung in einer Gießform; und
4 ein Formstein mit einer Mischung als zusätzlicher Vorsatzschicht an der Oberfläche.

Ausführungsformen der Erfindung
Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas anderes deutlich macht.
Die beschriebenen Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung nach 1 wird ein Körper 112, welcher einen Formstein 100 ausbildet hergestellt, der als begehbare und befahrbare Fläche im Außenbereich der Witterung ausgesetzt ist.
Alternativ kann ein gebildeter Körper 112 auch eine Skulptur, ein Sonderteil, ein Freiformkörper, eine Fliese, ein anderer geeigneter Vollkörper, eine Oberflächenschicht auf einem beliebigen Körper, ein Wandputz, ein gegossener Bodenbelag, eine gegossene Decke oder eine verfüllte Mauer sein. Hierbei kann der Körper das Aussehen eines üblichen Betonsteins aufweisen.
Es wird in einem Schritt S100 eine Mischung 110 hergestellt, die wenigstens einen alkalischen Aktivator und einen Mineralzusatz aufweist, wobei der alkalische Aktivator in der Mischung bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 5 bis 35 Gewichts% vorliegt. Der Mineralzusatz umfasst als alkaliaktivierbaren Bestandteil zumindest Meta-Kaolin.
Der alkaliaktivierbare Bestandteil und ein Füllstoff liegen im dargestellten Ausführungsbeispiel als trockenes Leimpulver vor. Der Füllstoff kann Zirkoniumsilikat und/oder Zirkoniumdioxid sein. Dieser kann im Leimpulver und/oder im Zuschlag zugeben sein.
Im Folgenden wird unter dem Mineralzusatz eine Mischung aus dem Leimpulver und falls vorhanden dem Zuschlag verstanden. Hierbei kann der Anteil des Leimpulvers im trockenen Mineralzusatz mindestens 15 Gewichts% sein. Der Anteil des Zuschlags, welcher mindestens eine Gesteinskörnung umfassen kann, kann im trockenen Mineralzusatz maximal 85 Gewichts% sein.
Der alkalische Aktivator, liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel als Wasserglaslösung vor. Vorzugsweise wird eine handelsübliche Kaliwasserglaslösung mit 40 % Kaliwasserglas-Feststoff-Konzentration eingesetzt. In einem Schritt S102 wird diese Mischung in eine Gießform 10 gegeben.
Bei höheren Schichtdicken des zementfreien Körpers 112 bzw. des Formsteins 100, beispielsweise von mehr als 100 mm, ist ein Aushärten dann möglich, wenn eine Austrocknung durch gleichmäßige Erwärmung und ausreichend Luft an möglichst viele Seiten des Formsteins 100 gelangen kann, sodass eine Verkieselung durch Aufnahme von Kohlendioxid CO₂ aus der Luft erfolgen kann. Optional kann ein mehrmaliger Auftrag dünner Schichten der Mischung erfolgen.
Die Mischung 110 umfasst einen aushärtungssteuernden Zusatz, beispielsweise Verdickungsmittel, Geliermittel, Festigungsmittel z.B. E520 Aluminiumsulfat, Alkohol, Glycerin oder eine Kombination aus wenigstens zwei aushärtungssteuernden Zusätzen. Hierbei kann unteranderen durch den aushärtungssteuernden Zusatz oder die aushärtungssteuernden Zusätze verschiedene Bindungskräfte im herzustellenden Körper ausgenutzt werden, die vorzugsweise nacheinander wirksam werden.
Die Mischung 110 umfasst zudem den aushärtungssteuernden Zuschlag, welcher recyclierte Gesteinskörnung, insbesondere zerkleinerter Beton aufweist. Die recyclierte Gesteinskörnung kann zusätzlich mit Inhaltsstoffen des Mineralzusatzes reagieren. Diese Reaktion kann zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Leimpulver erfolgen. Zudem können bei der Reaktion zwischen der recyclierte Gesteinskörnung und dem Leimpulver andere Bindungen und Bindungskräfte ausgebildet werden als bei der Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Leimpulver. Der Zuschlag kann zusätzlich einen inerten Bestanteil beispielsweise Schamottekörner und/oder gebrannten Ton als Füllstoff umfassen. Zudem kann der Zuschlag alternativ oder zusätzlich Ziegelmehl und/oder zerkleinerten, gebrannten Ziegelstein als recyclierte Gesteinskörnung umfassen. Das Ziegelmehl kann im Zuschlag einen Anteil von 5 bis 50% ausmachen.
Die Mischung 110 kann weitere Additive beispielsweise Puzzolanerde und/oder der Trass und/oder der Tuff, aufweisen. Die Puzzolanerde und/oder der Trass und/oder der Tuff kann ebenfalls mit der recyclierte Gesteinskörnung reagieren. Diese Reaktion kann zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen dem alkalischen Aktivator und dem Leimpulver und/oder zeitlich versetzt zur Reaktion zwischen der recyclierte Gesteinskörnung und dem Leimpulver erfolgen. Zudem können bei der Reaktion zwischen der recyclierte Gesteinskörnung und der Puzzolanerde und/oder dem Trass und/oder dem Tuff andere Bindungen und Bindungskräfte ausgebildet werden als bei den anderen Reaktionen. Hierbei kann durch die Zusätze bzw. die Additive die Aushärtungsdauer beeinflusst werden. Die Mischungsverhältnisse der Komponenten in der Mischung können an eine Produktionsart und an eine gewünschte Aushärtungsdauer angepasst sein.
Statt einem Brennen des Körpers 112 beispielsweise des Formsteins 100 erfolgt ein Schmelzen und Verkieseln der Konstituenten der Mischung, was bei deutlich geringeren Temperaturen als beim Brennen erfolgen kann.
Die Mischung 110 kann zum Erzielen einer vorgegeben Konsistenz Wasser und/oder ein Fließmittel zur Veränderung der Thixotropie zugegeben werden.
Die Mischung 110 bildet einen Körper 112, der abriebfest und witterungsbeständig ist.
Die Mischung 110 kann wie eine übliche Lasur, Kaltglasur oder Farbbeschichtung in die Gießform eingebracht werden, beispielsweise gesprüht, gerollt, gedruckt, gegossen, getaucht und dergleichen und anschließend gepresst werden. Zudem ist ein Extrudieren vorstellbar. Des Weiteren kann die Mischung 110 auf einen vorhandenen Körper aufgebracht werden.
Zur besseren Verarbeitung kann die Mischung 110 bei einer Verarbeitungstemperatur von mindestens 5 °C, vorzugsweise von mindestens 8 °C, aufgetragen werden. Bei einer leicht erhöhten Verarbeitungstemperatur von höchstens 50 °C, vorzugsweise von höchstens 30 °C, kann der Abbindeprozess der Mischung vorteilhaft beschleunigt werden. Eine Verarbeitung bei höherer Temperatur, etwa ein Sintern bei Temperaturen nahe 1000 °C ist nicht vorgesehen.
Optional kann die Mischung 110 mit Füllstoffen und/oder alkaliaktivierbaren Bestandteilen des Mineralzusatzes und/oder Farbpigmenten versehen werden, die gegenüber der stark alkalischen Aktivatorlösung, beispielsweise Wasserglaslösung, inert sind. Es können vorteilhaft anorganische, unlösliche Pigmente verwendet werden, wie anorganische Eisenoxidpigmente, Chromoxidpigmente, Bismutvanadatpigmente oder auch anorganisch-organische Hybridpigmente, optional dazu auch aufhellende Oxide wie z. B. Titandioxid.
Ferner ist denkbar, dass auf einem Erzeugnis auch eine Art Vorsatzschicht aufgebracht sein kann. Der erfindungsgemäße Körper 112 kann die Vorsatzschicht ausbilden. Diese kann im Wesentlichen aus denselben Grundzutaten der Mischung 110 bestehen sowie beispielsweise für dekorative Zwecke mit weiteren Zusätzen versehen sein. Hierbei kann das Erzeugnis beispielsweise ein Betonstein und/oder ein Formstein 100 sein, welcher einen üblichen, zementhaltigen Kernbeton und die Vorsatzschicht aufweist. Die Mischung 110 kann als Vorsatzschicht auf dem Kernbeton ausgetragen werden Optional ist denkbar, dass aus der Mischung 110 ein Formstein 100 gebildet wird, bei dem der aus der Mischung 110 gebildete Körper 112 anstelle eines üblichen zementhaltigen Kernbetons vorhanden ist und auf dem als Vorsatzschicht eine gebrannte Schicht angeordnet ist. Vorteilhaft kann die gebrannte Schicht eine fertiggestellte Fliese sein, die auf den Körper 112 aufgebracht wird oder auf welche, insbesondere auf deren Rückseite, die Mischung 100 zur Bildung des Körpers gegossen wird. Beim Aushärten der Mischung verbindet sich diese sehr gut mit der Fliese.
Optional ist weiterhin denkbar, dass ein Formstein 100 gebildet wird, bei dem der aus der Mischung 110 gebildete Körper 112 anstelle eines üblichen zementhaltigen Kernbetons vorhanden ist und auf dem als Vorsatzschicht eine weitere zementfreie Mischung 110 angeordnet ist. Damit lassen sich beispielsweise sehr dekorative Effekte erzielen.
Eine beispielhafte Rezeptur der Mischung 110 enthält beispielsweise 1 kg Mineralzusatz und 200 g alkalischen Aktivator. Der Mineralzusatz weist 766 g Zuschlag und 234 g Leimpulver auf.
Das den alkaliaktivierbaren Bestandteil und den Füllstoff aufweisende Leimpulver im Mineralzusatz weist hierbei beispielhaft folgende trockene Anteile auf:

70,2 g bzw. 30 % Tonerde,
23,4 g bzw. 10 % Quarzmehl,
46,8 g bzw. 20 % Meta-Kaolin,
46,8 g bzw. 20 % Kalifeldspat,
23,4 g bzw. 10 % Zirkonsilikat und
23,4 g bzw. 10 % Wollastonit.

Die Prozentangaben sind hierbei Gewichtsprozent und beziehen sich auf das Gewicht des Leimpulvers.
Der Anteil des Zuschlags im Mineralzusatz weist hierbei beispielhaft folgende Anteile auf:

345 g bzw. 45 % recyclierte Gesteinskörnung und
421 g bzw. 55 % Gesteinskörnung.

Die Prozentangaben sind hierbei Gewichtsprozent und beziehen sich auf das Gewicht des Zuschlags.
Der alkalische Aktivator weist beispielhaft folgende Anteile auf:

180 g bzw. 90 % Wasserglaslösung und
20 g bzw. 10 % Wasser

Die Prozentangaben sind hierbei Gewichtsprozent und beziehen sich auf das Gewicht des alkalischen Aktivators.
Die Wasserglaslösung weist im beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Konzentration von ca. 28 % Kaliwasserglas (K2O:SiO2) im Wasser auf. Beispielsweise sind in 1000 g Wasser ca. 280 g Kaliwasserglas enthalten.
Eine weitere beispielhafte Rezeptur der Mischung 110 enthält beispielsweise 1 kg Mineralzusatz und 200 g alkalischen Aktivator. Der Mineralzusatz weist 766 g Zuschlag und 234 g Leimpulver auf.
Das den alkaliaktivierbaren Bestandteil und den Füllstoff aufweisende Leimpulver im Mineralzusatz weist hierbei beispielhaft folgende trockene Anteile auf:

117 g bzw. 50 % Tonerde,
23,4 g bzw. 10 % Quarzmehl,
46,8 g bzw. 20 % Meta-Kaolin,
23.4 g bzw. 10 % Kalifeldspat,
11,7 g bzw. 5 % Zirkonsilikat und
11,7 g oder 5 % Wollastonit.

153,0 g bzw. 20 % recyclierte Gesteinskörnung und
613 g bzw. 80 % Gesteinskörnung.

Die Prozentangaben sind hierbei Gewichtsprozent und beziehen sich auf das Gewicht des Zuschlags.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen einen Aluminiumanteil in der Zusammensetzung des trockenen Leimpulvers durch calzinierte Tonerde zu erhöhen. Im Leimpulver sind mindestens 25% calz. Tonerde enthalten. Durch Reduktion der Siliziumanteile, z.B. weniger Quarzmehl u./o. Zirkonsilikat kann der Anteil an Tonerde erhöht werden. Beispielsweise kann Quarzmehl und Zirkonsilikat um jeweils 5% reduziert werden um eine Erhöhung von calz. Tonerderde um 10% zu erzielen.
Der alkalische Aktivator weist beispielhaft folgende Anteile auf:

100 g bzw. 50 % Wasserglaslösung und
100 g bzw. 50 % Wasser

Die Prozentangaben sind hierbei Gewichtsprozent und beziehen sich auf das Gewicht des alkalischen Aktivators.
Die Wasserglaslösung weist im beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Konzentration von ca. 28 % Kaliwasserglas (K2O:SiO2) im Wasser auf. Beispielsweise sind in 1000 g Wasser ca. 280 g Kaliwasserglas enthalten.
In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist zusätzliche Flüssigkeit beispielsweise Wasser auf. Das zusätzliche Wasser könnte auch zum Teil oder ganz ersetzt werden durch eine alkalische Lösung, z. B. Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhyroxidlösung.
Die genannten Werte sind beispielhaft, es sind je nach Anwendung und gewünschten Eigenschaften der Mischung viele Variationen umsetzbar, welche nicht näher beschrieben sind.
Die Mischung 110 kann weitere Zusätze umfassen, beispielsweise Farbpigmente, Glycerin, Puzzolanerde, Trass, Tuff, Kalk. Calciumhydroxid und Calciumcarbonat und weitere geeignete Zusätze sowie eine Kombination der genannten oder eine Kombination einzelner der genannten Zusätze.
Bei Zugabe einer organischen und/oder anorganischen Farbpigmentsuspension zur Mischung, insbesondere bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 0,7 bis 1,5 Gewichts% in der Mischung, ergibt sich ein brillanter Farbeindruck des Körpers 112 bzw. des Formsteins 100.
Die Verwendung von Meta-Kaolin zur Verwendung in einer zementfreien Mischung 110, insbesondere zur Herstellung eines begehbarer oder befahrbarer Formsteins 100 mit einem im Wesentlichen zementfreien Körper 112, der aus dieser Mischung 110 gebildet ist, ist nicht explizit in den Figuren dargestellt. Das Meta-Kaolin wirkt im Mineralzusatz als alkaliaktivierbarer Bestandteil.
Meta-Kaolin kann auch als Tonerde, insbesondere als so genannte weiße Tonerde, zugegeben werden. Generell vorteilhaft sind alkaliaktivierbare alumosilikatische Bestandteile von Erden oder Tonerden. Alkaliaktivierbare Bestandteile, insbesondere Meta-Kaolin, sorgen für eine gute Abbindung der Mischung 110.
In der Mischung 110 erhöht die Zugabe von Meta-Kaolin weiterhin die Plastizität der Mischung 110. Um die Plastizität weiter zu erhöhen, kann auch zusätzlich Kaolin zugegeben werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Mischung 110 mit Aufwalzen, Aufpressen, 3D-Druck aufzutragen.
Die 2 bis 4 zeigen verschiedene Applikationen der Mischung 110.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit partiell in eine Gießform 10 eingegebener Mischung 110 zur Herstellung eines Körpers 112 insbesondere eines Formsteins 100, auf welche anschließend weitere Schichten der Mischung 110 gegossen werden. Alternativ kann Gießform 10 auch anstelle durch ein schichtweises Auffüllen mit der Mischung 110 auch durch sofortiges vollständiges Auffüllen mit der Mischung 110 gefüllt werden. Hierbei kann die Mischung 110 in einem Zug in die Gießform 10 geben werden, bis die Gießform 10 gefüllt ist.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer der Mischung 110 in einer Gießform 10, welche den Körper 112 des Formsteins 100 bildet.
4 zeigt eine Gießform 10, die bereits eine Mischung 110 enthält, auf die eine weitere Mischung 110 gegeben wird. Auf diese Weise kann ein Formstein 100 gebildet werden, der aus umweltfreundlichen Stoffen besteht. Die erste Mischung 100 bildet einen Körper 112 in der Art eines Kernbetons, während die obere Mischung 110 eine Art Vorsatzbeton bildet. Dies erlaubt zudem dekorative Effekte des Formsteins 100. Die Herstellung des Formsteins 100 kann auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen, wobei zuerst die Mischung 110 für die dünnere Vorsatzschicht in eine Gießform 10 eingegeben wird, die dann mit der Mischung 110 für den Kernbeton abgedeckt wird.

Claims

Zementfreier formbeständig ausgehärteter Körper (112), der aus einer Mischung (110) gebildet ist, die wenigstens einen alkalischen Aktivator und einen Mineralzusatz aufweist, wobei der alkalische Aktivator in der Mischung (110) bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 5 bis 35 Gewichts% vorliegt, wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbaren Bestandteil zumindest Meta-Kaolin aufweist.
Körper nach Anspruch 1, wobei der alkalische Aktivator als Wasserglaslösung vorliegt und/oder Wasserglaslösung gemischt mit Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung.
Körper nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Körper (112) im fertiggestellten Gebrauchszustand ungesintert und/oder ungebrannt oder zumindest bereichsweise ungesintert und/oder ungebrannt vorliegt.
Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Meta-Kaolin in der Mischung (110) bezogen auf den Anteil eines Leimpulvers im Mineralzusatz im Bereich von 4 bis 55 Gewichts% vorliegt.
Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mineralzusatz wenigstens einen Bestandteil als Zuschlag aufweist, insbesondere im Bereich von 10 bis 85 Gewichts%, insbesondere wobei der wenigstens eine Bestandteil Schamott und/oder gebrochenes und zermahlenes Steingut und/oder gebrochenes und zermahlenes Steinzeug, und/oder Ziegelmehl und/oder Gesteinskörnung und/oder gebrochene und zermahlene Betonsteine ist, insbesondere mit einer Körnung 0 bis 0,2 mm und/oder 0 bis 0,5 mm und/oder 0 bis 1 mm und/oder einer Körnung von 0 bis 2 mm. insbesondere, wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbarem Bestandteil einen Muskovit, insbesondere einen Meta-Muskovit, aufweist welches in Mischung (110) bezogen auf den Anteil des Leimpulvers im Bereich von 2 bis 20 Gewichts% vorliegt, insbesondere mit einer Körnung von 1 bis 2 mm, insbesondere in Form eines Glimmerpulvers mit einer mittleren Teilchengröße von 15 µm.
Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung (110) wenigstens ein organisches und/oder anorganisches Farbpigmentpulver, insbesondere ein alkalibeständiges Farbpigmentpulver, und/oder wenigstens eine organische und/oder anorganische Farbpigmentsuspension, insbesondere eine alkalibeständige Farbpigmentsuspension, enthält, insbesondere wobei das alkalibeständige Farbpigmentpulver in der Mischung (110) bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 0,7 bis 1,5 Gewichts% vorliegt.
Verfahren zur Herstellung eines zementfreien formbeständigen ausgehärteten Körpers (112) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (112) aus einer Mischung (110) gebildet wird, die wenigstens einen alkalischen Aktivator und einen Mineralzusatz aufweist, wobei der alkalische Aktivator in der Mischung (110) bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 5 bis 35 Gewichts% vorliegt, wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbare Bestandteile zumindest Meta-Kaolin aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei als alkalischer Aktivator Wasserglaslösung und/oder Wasserglaslösung gemischt mit Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Mischung (110) bei einer Verarbeitungstemperatur von mindestens 5 °C, vorzugsweise von mindestens 8 °C, aufgetragen wird und/oder wobei die Mischung (110) bei einer Verarbeitungstemperatur von höchstens 50 °C, vorzugsweise von höchstens 30 °C, aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Meta-Kaolin bezogen auf den Anteil eines Leimpulvers im Mineralzusatzes im Bereich von 4 bis 55 Gewichts% zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Mischung (110) wenigstens ein Bestandteil des Mineralzusatzes als Zuschlag zugegeben wird, insbesondere bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 10 bis 85 Gewichts% in der Mischung (110), insbesondere wobei als Füllstoff Schamott und/oder gebrochenes und zermahlenes Steingut und/oder gebrochenes und zermahlenes Steinzeug und/oder Ziegelmehl und/oder Gesteinskörnung und/oder gebrochene und zermahlene Betonsteine zugegeben wird, insbesondere mit einer Körnung 0 bis 0,2 mm und/oder 0 bis 0,5 mm und/oder 0 bis 1 mm und/oder einer Körnung von 0 bis 2 mm, insbesondere wobei der Mischung (110) ein weiterer alkaliaktivierbarer Bestandteil des Mineralzusatzes in Form von Muskovit, insbesondere Meta-Muskovit, zugegeben wird, insbesondere mit bezogen auf den Anteil eines des Leimpulvers im Mineralzusatz einem Anteil von 2 bis 20 Gewichts%.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der Mischung (110) wenigstens ein organisches und/oder anorganisches Farbpigmentpulver, insbesondere ein alkalibeständiges Farbpigmentpulver, und/oder wenigstens eine organische und/oder anorganische Farbpigmentsuspension, insbesondere eine alkalibeständige Farbpigmentsuspension, zugegeben wird, insbesondere bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes, im Bereich von 0,7 bis 1,5 der Mischung (110) zugegeben wird.
Zementfreie, formbeständig aushärtende Mischung (110) mit zumindest einem alkalischen Aktivator, einen Mineralzusatz und einem aushärtungssteuernden Zusatz, wobei der alkalische Aktivator in der Mischung (110) bezogen auf den Anteil des Mineralzusatzes im Bereich von 5 bis 35 Gewichts% vorliegt, wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbaren Bestandteil zumindest Meta-Kaolin aufweist.
Mischung nach Anspruch 13, wobei der alkalische Aktivator als Wasserglaslösung vorliegt und/oder Wasserglaslösung gemischt mit Natriumkarbonatlösung und/oder Kaliumkarbonatlösung und/oder Natriumhydroxidlösung und/oder Kaliumhydroxidlösung.
Mischung nach Anspruch 13 oder 14, wobei Meta-Kaolin bezogen auf das Gewicht eines Leimpulvers im Mineralzusatz einen Anteil von 4 bis 55 Gewichts% ausmacht.
Mischung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Mineralzusatz wenigstens einen Zuschlag aufweist, und insbesondere einen bezogen auf das Gewicht des Mineralzusatzes Anteil von 10 bis 85 Gewichts% ausmacht, insbesondere wobei wenigstens eine inerter Bestandteil Schamott und/oder gebrochenes und zermahlenes Steingut und/oder gebrochenes und zermahlenes Steinzeug ist, insbesondere mit einer Körnung 0 bis 0,2 mm und/oder 0 bis 0,5 mm und/oder 0 bis 1 mm und/oder einer Körnung von 0 bis 2 mm, insbesondere wobei der Mineralzusatz als alkaliaktivierbarem Bestandteil einen Muskovit, insbesondere einen Meta-Muskovit aufweist, welcher bezogen auf das Gewicht eines Leimpulvers im Mineralzusatz einen Anteil von 2 bis 20 Gewichts% ausmacht, insbesondere mit einer Körnung von 1 bis 2 mm, insbesondere in Form eines Glimmerpulvers mit einer mittleren Teilchengröße von 15 µm.
Mischung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei wenigstens ein organisches und/oder anorganisches Farbpigmentpulver, insbesondere ein alkalibeständiges Farbpigmentpulver, und/oder wenigstens eine organische und/oder anorganische Farbpigmentsuspension, insbesondere eine alkalibeständige Farbpigmentsuspension, enthalten ist, insbesondere einen bezogen auf das Gewicht des Mineralzusatzes Anteil von 0,7 bis 1,5 Gewichts% ausmacht.
Meta-Kaolin zur Verwendung in einer zementfreien formbeständig aushärtenden Mischung (110), insbesondere zur Herstellung eines begehbaren oder befahrbarer Formsteins (100) mit einem im Wesentlichen zementfreien, formbeständigen, ausgehärteten Körper (112), der aus dieser Mischung (110) gebildet ist, wobei das Meta-Kaolin im Mineralzusatz als alkaliaktivierbarer Bestandteil wirkt.