DE102022112012A1

DE102022112012A1 - Baustoff oder Bindemittel und Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung einer Faser als Bestandteil eines Baustoffes oder Bindemittels

Info

Publication number: DE102022112012A1
Application number: DE102022112012.0A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2023-11-16
Also published as: WO2023218085A1

Abstract

Ein Bindemittel oder ein Baustoff soll zumindest eine Faser umfassen, auf welche vor ihrer Zugabe zu dem Bindemittel oder dem Baustoff Bakterien aufgebracht wurden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Bindemittel oder einen Baustoff umfassend zumindest eine Faser, auf welche vor ihrer Zugabe zu dem Bindemittel oder dem Baustoff Bakterien aufgebracht wurden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes oder eines Bindemittels sowie die Verwendung einer Faser, auf welche Bakterien aufgebracht wurden, als Bestandteil eines Baustoffes oder eines Bindemittels.
Stand der Technik
Bindemittel und Baustoffe wie beispielsweise Beton, welchem zur Reparatur etwaiger auftretender Risse oder dergleichen Bakterien zugesetzt werden, sind bekannt. Das Einbringen der Bakterien in den Baustoff ist oftmals aufwändig und teuer, ebenso die Herstellung geeigneter Trägermaterialien für die Bakterien.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führen die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel betrifft die vorliegende Erfindung ein Bindemittel umfassend zumindest eine Faser, auf welche vor ihrer Zugabe zu dem Bindemittel Bakterien aufgebracht wurden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet die zumindest eine Faser vorzugsweise eine Gruppe, Art oder Sorte von Fasern, und nicht beispielsweise eine einzelne, oft nur unter dem Mikroskop erkennbare Spinnfaser und auch nicht beispielsweise ein einzelnes Filament.
Bei dem Bindemittel kann es sich beispielsweise um Zement oder ein zementartiges Gemisch, um Kalk oder um ein Puzzolan handeln. Das Bindemittel kann also ausgewählt sein aus der Gruppe Zement, Kalk und Puzzolane. Unter Puzzolanen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise künstliche oder natürliche Gesteine verstanden, welche beispielsweise Siliciumdioxid, Tonerde, Kalkstein, Eisenoxid oder alkalische Stoffe enthalten, und vorzugsweise in Verbindung mit Calciumhydroxid und Wasser bindefähig sind.
Gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel betrifft die vorliegende Erfindung einen Baustoff, umfassend zumindest ein Bindemittel und zumindest einen Zuschlagstoff sowie zumindest eine Faser, auf welche vor ihrer Zugabe zu dem Baustoff Bakterien aufgebracht wurden.
Der Baustoff kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Beton, Mörtel und Putz.
Das im Baustoff enthaltene Bindemittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe Zement, Kalk und Puzzolane. Hierbei gelten hinsichtlich des Bindemittels die obigen Ausführungen zu dem Bindemittel gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Es kann beispielsweise an Beton enthaltend als Bindemittel Zement gedacht sein. Weiterhin kann an Beton enthaltend als Bindemittel Kalk und/oder andere Puzzolane gedacht sein.
Ferner kann an Mörtel enthaltend als Bindemittel Zement gedacht sein. Weiterhin kann an Mörtel enthaltend als Bindemittel Kalk und/oder andere Puzzolane gedacht sein.
Analoges gilt für den Baustoff Putz.
Der Zuschlagstoff kann ein Füllstoff, beispielsweise eine Gesteinskörnung sein.
Der Baustoff gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel und das Bindemittel gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel enthalten zumindest eine Faser, d.h. eine Art, Gruppe oder Sorte Fasern, welche ausgewählt sein kann aus der Gruppe organischer Naturfasern, anorganischer Naturfasern, Chemiefasern, Regeneratfasern und Holzfasern. Organische Naturfasern können tierischen oder pflanzlichen Ursprungs sein.
Organische Naturfasern tierischen Ursprungs können beispielsweise Wolle, feine Tierhaare, grobe Tierhaare oder Seiden sein. Als Wolle kommen beispielsweise Schafswolle, Angora, Kaschmir und dergleichen in Betracht. Als grobe Tierhaare kommen beispielsweise Rosshaar oder Schweineborsten in Betracht. Als Seiden kommen beispielsweise Maulbeerseide oder Spinnenseide in Betracht.
Organische Naturfasern pflanzlichen Ursprungs können beispielsweise Samenfasern, Bastfasern und Hartfasern in Betracht. Als Samenfasern kommen beispielsweise Baumwolle oder Pflanzenseide in Betracht. Als Bastfasern kommen beispielsweise Bambusfasern, Hanffasern, Brennnesselfasern und Leinen, d.h. Leinfasern in Betracht. Weiterhin kann an Fasern aus Schilf, Stroh oder Heu gedacht sein. Gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindungen sind Pflanzenfasern, d.h. organische Naturfasern pflanzlichen Ursprungs besonders bevorzugt.
Besonders bevorzugt sind die Pflanzenfasern Hanffasern, Leinen und Brennesselfasern. Die Faser kann also besonders bevorzugt ausgewählt sein aus der Gruppe Hanffasern, Leinen und Brennesselfasern.
Die Bakterien, welche in dem Baustoff gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel und in dem Bindemittel gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden, können zur Biomineralisation fähig sein. Im Allgemeinen kann also an mineralbildende Bakterien, insbesondere an kalkbildende Bakterien gedacht sein. Beispielsweise können Bakterien der Art Sporosarcina pasteurii, der Art Bacillus cohnii oder der Art Bacillus pseudofirmus eingesetzt werden.
Die Fasern verbessern die Eigenschaften des Baustoffes oder des Bindemittels, indem sie beispielsweise dessen Festigkeit, Haltbarkeit und Belastbarkeit in ähnlicher Weise erhöhen, wie dies bei der Zugabe von Stahlfasern der Fall wäre. Allerdings sind die vorgenannten Fasern, insbesondere die organischen Naturfasern und ganz besonders die Pflanzenfasern, im Vergleich zu Stahlfasern deutlich umweltschonender und günstiger in der Herstellung und auch bei der Entsorgung eines mit dem Bindemittel oder aus dem Baustoff hergestellten Bauteils.
Das Aufbringen der Bakterien auf die Fasern kann einerseits bezwecken, den Bakterien einen geeigneten Träger zur Verfügung zu stellen, mit welchem diese als Bestandteil des Baustoffes oder Bindemittels in den Baustoff oder das Bindemittel eingebracht werden können.
Andererseits können die Fasern als Ausgangsstoff für Stoffwechselprozesse der Bakterien dienen. Zum einen können die Bakterien sich von den Fasern ernähren oder mit Hilfe der Fasern und auf den Fasern reproduzieren. Zum anderen können die Fasern Ausgangsstoffe für solche Stoffwechselprozesse der Bakterien liefern welche als Biomineralisation aufzufassen sind, bei denen also mineralische Produkte gebildet werden.
Diese mineralischen Produkte, beispielsweise Phosphate oder Carbonate, können die Bakterien aus entsprechenden Quellen, d.h. Ausgangsstoffen enthaltend eine Phosphor- oder Calcium-Quelle, bilden. Diese mineralischen Produkte können Risse oder Fehlstellen füllen und somit reparieren, welche sich beispielsweise während oder nach dem Abbinden von Beton, d.h. während oder nach dessen Trocknen und Erhärten bilden. Es ist hierbei auch möglich, dass zumindest ein Teil der Bakterien im Baustoff, beispielsweise im Beton insofern überlebt oder zumindest soweit erhalten bleibt, dass zumindest die die Biomineralisation ermöglichenden Stoffwechselprozesse noch lange Zeit, d.h. über Jahre und sogar Jahrzehnte hinweg erhalten bleiben. Die Bakterien können hierbei über Jahre und sogar Jahrzehnte hinweg ruhend und inaktiv sein. Beim Auftreten von Rissen oder ähnlichen Fehlern im Baustoff, beispielsweise im Beton können die Bakterien aktiv werden und die gewünschten Biomineralisation mittels entsprechender Stoffwechselprozesse durchführen. Beispielsweise können Bakterien der Art Sporosarcina pasteurii, der Art Bacillus cohnii und der Art Bacillus pseudofirmus dazu fähig sein, über Jahrzehnte hinweg ruhend und inaktiv zu sein, und erst nach Kontakt mit Luft und Feuchtigkeit, d.h. wenn Risse oder Fehlstellen beispielsweise in einem aus dem Baustoff wie etwa Beton hergestellten Bauteil auftreten, aktiv zu werden. Die Fasern, auf welche die Bakterien erfindungsgemäss aufgebracht wurden, dienen hierbei als Träger und als Lieferanten für die Ausgangsstoffe der bakteriellen Stoffwechselprozesse, sozusagen also als Lebensraum und Nahrung.
Baustoffe wie beispielsweise Beton, in den Bakterien mit der vorbeschriebenen Fähigkeit eingebracht wurden, etwaige auftretende Risse reparieren zu können, werden teilweise als selbstheilende Baustoffe, bspw. selbstheilender Beton, bezeichnet.
Die erfindungsgemäss eingesetzten Fasern, insbesondere Pflanzenfasern, sind günstig, einfach in der Handhabung und das nachfolgend näher beschriebene Aufbringen der Bakterien und das Einbringen der mit Bakterien versetzten Fasern in das Bindemittel oder in den Baustoff ist einfach und kostengünstig möglich.
Dem Bindemittel oder dem Baustoff gemäss den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann Schiefer als Additiv zugesetzt werden. Vorzugsweise kann das Schiefer-Additiv in Form von Splitt, Schotter, Sand oder Mehl verwendet werden.
Ist ein aus dem Baustoff hergestelltes Bauteil, beispielsweise ein Betonbauteil wie eine Wand oder dergleichen, noch im Wesentlichen intakt, so sorgt das Schiefer-Additiv dafür, dass die Fasern konserviert und vor Feuchtigkeit geschützt sind. Ein derart hergestelltes Betonbauteil ist gemäss Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weniger anfällig für schädliche Einflüsse wie oxidative Agenzien, Wasser, Säuren, Frost, aber auch mechanische Belastung. Kommt es aufgrund langer oder intensiver Einwirkung derartiger oder anderer schädlicher Einflüsse beispielsweise doch zur Bildung von Rissen oder dergleichen, so kann das Schiefer-Additiv für eine basische Umgebung sorgen, welche von einigen der zur Biomineralisation fähigen Bakterien bevorzugt werden.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Baustoff, beispielsweise Beton, Mörtel oder Putz, aus folgenden Komponenten bestehen: Einer organischen Naturfaser, welche vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe Hanffasern, Leinen und Brennesselfasern; einem Bindemittel, welches ausgewählt ist aus der Gruppe Zement, Kalk und Puzzolane; zumindest einem Zuschlagstoff; wobei auf die Faser vor ihrer Zugabe zu dem Baustoff Bakterien aufgebracht wurden, welche zur Biomineralisation fähig sind, insbesondere Bakterien der Art Sporosarcina pasteurii, der Art Bacillus cohnii oder der Art Bacillus pseudofirmus. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel enthält der Baustoff keinen Stahl, keine Stahlfasern, keine Bakterizide, keine toxischen Zusatzstoffe wie beispielsweise Abbindebeschleuniger oder Wasserabweiser.
Die vorliegende Erfindung umfasst neben dem vorbeschriebenen Bindemittel und dem vorbeschriebenen Baustoff weiterhin gemäss einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes oder eines Bindemittels umfassend folgende Schritte:

- Aufbringen von Bakterien auf eine Faser
- Vermischen der Faser mit zumindest einem weiteren Bestandteil des Bindemittels oder des Baustoffs.

Hinsichtlich Details zum Bindemittel, zum Baustoff, zu den Fasern und zu den Bakterien im Hinblick auf das vorgenannte Verfahren wird auf die Ausführungen zu dem Baustoff und dem Bindemittel gemäss den weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwiesen.
Das Aufbringen der Bakterien auf die Faser erfolgt hierbei vorzugsweise vor dem Vermischen der Faser mit weiteren Bestandteilen des Baustoffs oder des Bindemittels.
Die Faser kann beispielsweise in einer Bakterien-Suspension suspendiert, mit dieser vermischt, besprüht, in diese getränkt oder mit dieser beträufelt werden. Weitere Varianten zum Aufbringen der Bakterien auf die Faser sind denkbar.
Es kann auch daran gedacht sein, die Faser vor deren Zugabe zum Baustoff oder zum Bindemittel zwecks Vermehrung der Bakterien zu inkubieren. Die Faser kann also mit den Bakterien inokuliert werden. Dies Inkubation kann über mehrere Stunden oder Tage hinweg erfolgen. Hierbei kann ein evolutiver Selektionsprozess der Bakterien vor deren Zugabe zum Baustoff oder Bindemittel erfolgen, so dass nach dem Aushärten und Trocknen des Baustoffs, beispielsweise des Betons, diejenigen Bakterien auf den Fasern in grosser Zahl vorhanden sind, welche sich auf den ausgewählten Fasern hinsichtlich deren Eigenschaft als Träger und Lieferant von Ausgangsstoffen für den bakteriellen Stoffwechsel am wohlsten fühlen.
Ein derart hergestellter Baustoff oder ein derart hergestelltes Bindemittel ist besonders langlebig und daher besonders nachhaltig. Allein die Langlebigkeit erhöht die Nachhaltigkeit des Baustoffs oder Bindemittels bereits enorm. Weiterhin kann durch den Einsatz der Fasern, insbesondere, wenn Pflanzenfasern oder andere Fasern natürlichen Ursprungs verwendet werden, auf toxische, umweltbelastende und beispielsweise schwer abbaubare Zusatzstoffe verzichtet werden, welche im Stand der Technik für diejenige Erhöhung der Belastbarkeit sorgten, die erfindungsgemäss von den Fasern bereitgestellt werden kann.
Selbstverständlich können für den erfindungsgemässen Baustoff, das erfindungsgemässe Bindemittel und das erfindungsgemässe Verfahren eine Art oder mehrere Arten von Bakterien eingesetzt werden. Ferner können eine oder mehrere Arten, Sorten oder Gruppen von Fasern eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung einer Faser, auf welche Bakterien aufgebracht wurden, als Bestandteil eines Baustoffes oder eines Bindemittels. Für Details zu den Baustoffen oder Bindemitteln, der Faser und der Bakterien wird auf die weiter oben beschriebenen Bindemittel und Baustoffe gemäss den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwiesen.

Claims

Bindemittel umfassend zumindest eine Faser, auf welche vor ihrer Zugabe zu dem Bindemittel Bakterien aufgebracht wurden.
Bindemittel nach Anspruch 1, welches ausgewählt ist aus der Gruppe Zement, Kalk und Puzzolane.
Baustoff umfassend zumindest ein Bindemittel und zumindest einen Zuschlagstoff sowie zumindest eine Faser, auf welche vor ihrer Zugabe zu dem Baustoff Bakterien aufgebracht wurden.
Baustoff gemäss Anspruch 3, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe Beton, Mörtel und Putz.
Baustoff nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe Zement, Kalk und Puzzolane.
Baustoff oder Bindemittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Faser ausgewählt ist aus der Gruppe organische Naturfaser, anorganische Naturfaser, Chemiefaser, Regeneratfaser, Holzfaser.
Baustoff oder Bindemittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bakterien zur Biomineralisation fähig sind.
Baustoff oder Bindemittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, welchem ein Schiefer-Additiv zugesetzt wurde.
Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes oder eines Bindemittels umfassend folgende Schritte: - Aufbringen von Bakterien auf eine Faser - Vermischen der Faser mit zumindest einem weiteren Bestandteil des Bindemittels oder des Baustoffs.
Verwendung einer Faser, auf welche Bakterien aufgebracht wurden, als Bestandteil eines Baustoffes oder eines Bindemittels.