DE102022112015A1

DE102022112015A1 - Baustoff oder Bindemittel und Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung einer Faser und eines Schiefer-Additivs als Bestandteil eines Baustoffes oder Bindemittels

Info

Publication number: DE102022112015A1
Application number: DE102022112015.5A
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: WO2023218086A1

Abstract

Ein Bindemittel oder ein Baustoff soll zumindest eine Faser sowie ein Schiefer-Additiv umfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Bindemittel oder einen Baustoff umfassend zumindest eine Faser und ein Schiefer-Additiv. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes oder eines Bindemittels sowie die Verwendung einer Faser und eines Schiefer-Additivs als Bestandteil eines Baustoffes oder eines Bindemittels.
Stand der Technik
Bindemittel und Baustoffe wie beispielsweise Beton sind aus dem Stand der Technik bekannt. Oftmals ist jedoch die mechanische Belastbarkeit, die Beständigkeit gegen schädliche Einflüsse und die Umweltverträglichkeit derartiger Baustoffe und Bindemittel, meist im Hinblick auf einige der im Stand der Technik verwendeten Bestandteile problematisch.
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 sowie ein Schiefer-Additiv. 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.
Es kann daran gedacht sein, eine oder mehrere Arten, Sorten oder Gruppen von Fasern einzusetzen.
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 ein Schiefer-Additiv sowie zumindest eine Faser.
Der Baustoff kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend aus der Gruppe 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 Baustoff kann neben dem Bindemittel, dem Schiefer-Additiv und der Faser einen Zuschlagstoff enthalten. Alternativ das Schiefer-Additiv als Zuschlagstoff verwendet und als einziger solcher Zuschlagstoff im Baustoff enthalten sein.
Enthält der Baustoff neben dem Schiefer-Additiv einen Zuschlagstoff, so kann es sich dabei um einen Füllstoff, beispielsweise eine Gesteinskörnung handeln.
Der Baustoff gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel und das Bindemittel gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel können zumindest eine Faser, d.h. eine Art, Gruppe oder Sorte Fasern, enthalten, 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 vorgenannten Fasern, welche dem Bindemittel oder Baustoff zugegeben werden, erhöhen dessen Festigkeit, Haltbarkeit und Belastbarkeit in ähnlicher Weise, 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.
Der Baustoff oder das Bindemittel können das Schiefer-Additiv in Form von Splitt, Sand, Schotter oder Mehl im Baustoff oder Bindemittel enthalten.
Unter Schiefer in Form von Splitt, welches dem Baustoff oder Bindemittel als Additiv zugesetzt wird, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein Schüttgut aus Steinen verstanden, welche Durchmesser zwischen 2 und 63 Millimeter (mm) aufweisen. Im Gegensatz zu Kies, welcher aus runden Kieselsteinen besteht, besteht Splitt meist aus eher scharfkantigen Bruchsteinen.
Schiefer kann auch in Form von Sand, Schotter oder Mehl als Additiv eingesetzt werden. Sand meint hierbei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein Schüttgut aus Gestein mit einer Korngrösse von 0,063 mm bis 2 mm. Schotter meint vorzugsweise Gestein mit einer Korngrösse zwischen 32 und 63 mm. Mehl meint vorzugsweise Gestein mit einer Korngrösse von unter 0,063 mm.
Das Schiefer-Additiv kann überwiegend oder vollständig in Form von ungeblähtem Schiefer vorliegen. Blähschiefer ist eine poröse und daher leichte Gesteinskörnung, welche in einem bei etwa 1 .200°C ablaufenden Blähprozess industriell erzeugt wird.
Ein überwiegend in Form von ungeblähtem Schiefer vorliegendes Schiefer-Additiv meint im Rahmen der vorliegenden Erfindung Schiefer in Form eines Schüttguts, welches vorzugsweise über 50%, noch bevorzugter über 70% und noch bevorzugter über 90% aus ungeblähtem Schiefer besteht. Ein vollständig in Form von ungeblähtem Schiefer vorliegendes Schiefer-Additiv meint ein Schüttgut, welches keinen geblähten Schiefer enthält.
Ein Schiefer-Additiv, welches überwiegend oder vollständig aus ungeblähtem Schiefer besteht, hat sich als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere der ungeblähte Schiefer wirkt reduzierend, d.h. als Elektronendonor. Dies kann sich positiv auf den Abbindevorgang von beispielsweise Beton auswirken, bei welchem an der Grenzfläche zwischen Zement und Wasser chemische Prozesse wie beispielsweise die Hydratation positiv beeinflusst werden.
Auch nach dem Abbinden des Baustoffs wirkt sich das Schiefer-Additiv, insbesondere der ungeblähte Teil des Schiefers, positiv aus. Beispielsweise ist der Baustoff, bspw. der Beton, wasserabweisender, säurebeständiger, frostresistenter, weniger reaktiv im Hinblick auf Stickstoffverbindungen, mechanisch stabiler, neigt weniger zu Schimmelbildung und Verkeimung sowie zur Schwefelbildung bei der Alterung, als dies ohne das Schiefer-Additiv der Fall wäre. Das Schiefer-Additiv verbessert ferner die Oberflächendichte. Die reduzierende Eigenschaft des Schiefer-Additivs, welche auch nach dem Abbinden erhalten bleiben kann, bewirkt ferner eine anti-oxidative Eigenschaft des aus dem Baustoff hergestellten Bauteils, beispielsweise einer Betonwand oder dergleichen. Dies bewirkt einerseits beispielsweise die vorstehend bereits beschriebene geringere Neigung zur Verkeimung. Andererseits wird sich diese anti-oxidative, d.h. reduzierende Eigenschaft des Schiefer-Additivs auch dann positiv aus, wenn es sich bei dem betreffenden Bauteil um Stahlbeton handelt, da der Stahl dank des Schiefer-Additivs korrosionsbeständiger ist.
Ferner bewirkt die reduzierende Eigenschaft des Schiefer-Additivs, insbesondere wenn es sich um Sand, Mehl oder Splitt aus ungeblähtem Schiefer handelt, eine vorteilhafte Konservierung der zugegebenen Fasern, beispielsweise von organischen Naturfasern wie Pflanzenfasern. Weiterhin schützt das Schiefer-Additiv die vorgenannten Fasern vor Feuchtigkeit. Neben den vorgenannten Vorteilen des Schiefer-Additivs bewirkt diese also eine Konservierung der Fasern, so dass die Haltbarkeit eines aus dem Bindemittel oder Baustoff hergestellten Bauteils sich verlängert und die vorteilhaften Eigenschaften der Fasern länger und auch unter widrigen Umständen erhalten bleiben.
Vor Ihrer Zugabe zu dem Bindemittel oder dem Baustoff können optional Bakterien auf die Faser aufgebracht werden.
Hierbei kann an Bakterien gedacht sein, welche 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.
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. Einerseits können die Bakterien sich von den Fasern ernähren oder mit Hilfe der Fasern und auf den Fasern reproduzieren. Andererseits 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, gebildet werden. 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 Bakterien der Art Sporosarcina pasteurii, der Art Bacillus cohnii und der Art Bacillus pseudofirmus sind dazu fähig, über Jahrzehnte hinweg ruhend und inaktiv zu sein, und erst nach Kontakt mit Luft und Feuchtigkeit, d.h. wenn Risse oder Fehlstellen beispielsweise im Baustoff, beispielsweise im Beton auftreten, aktiv zu werden. Die Fasern, auf welche die Bakterien aufgebracht wurden, dienen hierbei als Träger und als Lieferanten für die Ausgangsstoffe der bakteriellen Stoffwechselprozesse, sozusagen also als Träger 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 ein Aufbringen der Bakterien sowie ein Einbringen der mit Bakterien versetzten Fasern in das Bindemittel oder in den Baustoff ist einfach und kostengünstig möglich.
Kommt es in einem aus dem Baustoff hergestellten Bauteil, beispielsweise einem Betonbauteil, aufgrund langer oder intensiver Einwirkung schädlicher Einflüsse wie Frost, Chemikalien, Säuren, oxidativen Agenzien oder mechanischer Belastung 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; einem Schiefer-Additiv in Form von Splitt, Sand, Schotter oder Mehl, welches überwiegend oder vollständig in Form von ungeblähtem Schiefer vorliegt; zumindest einem Zuschlagstoff. 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:

- Zugabe einer Faser
- Zugabe eines Schiefer-Additivs.

Hinsichtlich Details zum Bindemittel, zum Baustoff, zu den Fasern und zu dem Schiefer-Additiv im Hinblick auf das vorgenannte Verfahren wird auf die Ausführungen zu dem Baustoff und dem Bindemittel gemäss den weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwiesen.
Wie vorstehend im Hinblick auf den Baustoff und das Bindemittel beschrieben, können auch gemäss dem vorliegenden Verfahren Bakterien auf die Faser aufgebracht werden. Das Aufbringen der Bakterien auf die Faser erfolgt hierbei vorzugsweise vor dem Vermischen der Faser mit weiteren Bestandteilen des Baustoffs oder des Bindemittels.
Sollen Bakterien eingesetzt werden, so kann 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. Die 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 optional nur eine Art oder auch mehrere Arten von Bakterien eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung einer Faser und eines Schiefer-Additivs als Bestandteil eines Baustoffes oder Bindemittels. Hierbei werden die Faser und das Schiefer-Additiv in Kombination eingesetzt. Für Details zu den Baustoffen oder Bindemitteln, der Faser und dem Schiefer-Additiv wird auf die weiter oben beschriebenen Bindemittel und Baustoffe gemäss den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwiesen.

Claims

Bindemittel umfassend zumindest eine Faser sowie ein Schiefer-Additiv.
Bindemittel nach Anspruch 1, welches ausgewählt ist aus der Gruppe Zement, Kalk und Puzzolane.
Baustoff umfassend zumindest ein Bindemittel und ein Schiefer-Additiv sowie zumindest eine Faser.
Baustoff gemäss Anspruch 3, enthaltend zumindest einen Zuschlagstoff.
Baustoff gemäss einem der Ansprüche 3 oder 4, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe Beton, Mörtel und Putz.
Baustoff nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 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 das Schiefer-Additiv in Form von Splitt, Sand, Schotter oder Mehl im Baustoff oder Bindemittel enthalten ist.
Baustoff oder Bindemittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schiefer-Additiv überwiegend oder vollständig in Form von ungeblähtem Schiefer vorliegt.
Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes oder eines Bindemittels umfassend die folgenden Schritte: - Zugabe einer Faser - Zugabe eines Schiefer-Additivs.
Verwendung einer Faser und eines Schiefer-Additivs als Bestandteil eines Baustoffes oder Bindemittels.