DE19503513A1 - Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Mehrschichtbauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung und Anwendung von Mehr­ schichtbauelementen, die in der Ausführung als Schichtstein und/oder großflächiger Tragschicht den Anforderungen einer öko­ logischen Anwendung im Wege- und Straßenbau sowie der Flä­ chenbefestigung gerecht werden. Diese Lösung zeigt darüber hinaus neben einer nach unten in Richtung Planum bzw. Auflagefläche zunehmenden Wasserdurchlässigkeit ein nichtspröd­ brüchiges Druckfestigkeitsverhalten sowie körperschall-, schwin­ gungs- und wärmedämmendes Verhalten.

Die bekannten technischen Lösungen bestehen darin, daß ökolo­ gisch günstige Flächenbefestigungen mit Öffnungen und Durchbrü­ chen versehen werden (DE-PS 27 43 317), Taschen für den Wasserablauf erhalten (DE-PS 28 00 560) oder mit Wasser aufneh­ menden Öffnungen und Wasserabflußmöglichkeiten (DE-PS 29 10 644) ausgestattet sind.

Andere Lösungen nutzen den Strukturaufbau eines Steins aus Gra­ nulat (DE-OS 36 30 825), um die Wasserdurchlässigkeit zu errei­ chen oder sie sehen nach unten sich erweiternde Hohlräume mit einem Dränagesystem vor (DE-PS 37 19 245).

Des weiteren sind Verfahren bekannt, die Pflastersteine bzw. Flä­ chenbefestigungen mit einer schallabsorbierenden Oberfläche ver­ sehen (DE-PS 39 33 413) und die als Füllmaterial oder Oberflächen­ schicht rückgewonnene Altstoffe verwenden (DE-PS 40 32 281). Es wurden in der Literatur auch Pflastersteine beschrieben, die aus einem Elastomergranulat mit einem elastomeren Bindemittel beste­ hen (DE-OS 34 33 547).

In DE-GM 93 03 498) wird ein mehrschichtiges, wärmedämmendes und Schwingungen dämpfendes Bauelement vorgestellt, welches eine Hohlräume enthaltende, die Wärmedämmung und Schwin­ gungsdämpfung bewirkende Kernschicht und wenigstens eine die Kernschicht schützende, mechanisch stärker belastbare Deck­ schicht aufweist. Die Kernschicht enthält dabei angeschmolzene Teile aus thermoplastischem Kunststoff und besteht weiterhin aus streifenförmig-stückig zerkleinertem und vermischtem Füllmaterial aus Papier und/oder Karton und dünnschichtigem, thermoplasti­ schem Kunststoff. Die Bestandteile des Füllmaterials sind durch eine von den Kunststoffbestandteilen ausgehende Schmelzverkle­ bung miteinander und mit den Deckschichten fest verbunden.

Die Nachteile dieser bekannten Lösungen bestehen darin, daß die Herstellungsverfahren und die Anwendung der Erzeugnisse be­ sondere Maßnahmen erfordern, um einen den ökologischen Anfor­ derungen gerecht werdenden Einsatz der Flächenbefestigung zu ermöglichen.

In WO 93/16009 wird ein Verfahren zur Herstellung von Werkstof­ fen für wärme-, schall-, schwingungs- und strahlungsdämpfende mineralisch gebundene Bauglieder mit nichtsprödbrüchigem Verhal­ ten bei Druck- und Biegebeanspruchung beschrieben. Nach diesem Verfahren werden die Ausgangsstoffe (zerkleinerte unsortierte Materialien und Materialschnitzel der Kunststoff-, Textil-, Leder- und Kunstlederindustrie) einer schockartigen Wärmeeinstrahlung ausgesetzt, um sie zu inertisieren und zu aktivieren, bevor sie mit kristallbildenden wäßrigen Lösungen von mineralischen Abbinde­ beschleunigern und mineralischen Bindemitteln gemischt werden. Die formbare Füllstoffmischung läßt sich in herkömmlichen Form­ anlagen verdichtet zu mineralisch gebundenen Baugliedern wie Pflanzlochplatten, Dämmplatten, Hohlblocksteinen oder Wand­ leichtbauelementen verarbeiten.

Abgeleitet von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfin­ dung, Mehrschichtbauelemente herzustellen, die im eingebauten Zustand den Festigkeitsanforderungen an herkömmliche Flächen­ befestigungen genügen und keine zusätzlichen Herstellungs- bzw. Anwendungsmaßnahmen zur Gewährleistung der ökologischen Ein­ setzbarkeit erfordern.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Patent­ ansprüchen 1 und 2 angegeben. Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nach der Lehre der Erfindung wird ein Mehrschichtbauelement bzw. ein Schichtstein hergestellt, welche als Flächenbefestigung verwendet werden können, in denen die Eigenschaften der Deck­ schicht mit nichtsprödbrüchigen, elastischen und hochfesten Eigen­ schaften der Tragschicht mit nach unten erhöhter Wasserdurch­ lässigkeit und damit Frost-Tau-Wechselbeständigkeit kombiniert werden, wobei diese Tragschicht im wesentlichen aus speziell vor­ behandeltem Recycling-Material besteht. Die auf die Trag­ schicht aufzubringende Deckschicht kann entsprechend der gewünschten Oberflächeneigenschaften der Flächenbefestigung gewählt werden und als Oberflächenschutzschicht z. B. aus Beton, Asphaltbeton oder Dränasphalt bestehen.

Kennzeichnendes Merkmal des Mehrschichtbauelement- bzw. Schichtsteinaufbaus ist die Kombination von einstellbaren Oberflä­ cheneigenschaften, die aus herkömmlichen Baumaterialien, wie zum Beispiel Beton oder Bitumen resultieren, mit hochfestem nichtsprödbrüchigem und elastischem Verhalten bei Gewährlei­ stung von Wasserdurchlässigkeit und Frost-Tau-Wechselbestän­ digkeit im Grundkörper. Dabei wird die Tragschicht bzw. der Grundkörper aus mineralisch gebundenem, speziell (durch schock­ artige Wärmebehandlung, Inertisierung, Mineralisierung) vorbe­ handeltem Füllstoff gebildet, der aus recycelten hochpolymeren Erzeugnissen von Industrie oder Haushalten, beispielsweise nach WO 93/16009, entstanden ist.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtsteines kann da­ durch erfolgen, daß in einer herkömmlichen Form zur Herstellung von Betonsteinen bzw. mittels herkömmlicher Straßenbaumaschi­ nen eine Schicht aus eigenschaftsmodifiziertem, mineralisch ge­ bundenem Füll- bzw. Werkstoff insbesondere aus recycelten hochpolymeren Erzeugnissen von Industrie und Haushalten und eine Deckschicht eingebracht werden, und nachfolgend eine Ver­ pressung bzw. Verdichtung der Deck- und Tragschichten erfolgt.

Nach einer Verfahrensvariante für den Schichtstein kann in die Form als erste Schicht eine Deckschicht eingebracht werden. Unmittelbar auf diese Deckschicht wird der eigenschaftsmodifizierte, mineralisch gebundene Füll- bzw. Werkstoff insbesondere aus recycelten hochpolymeren Erzeugnissen von Industrie und Haus­ halten zur Bildung der Tragschicht des Schichtsteins (Grundkörper) aufgebracht und danach erfolgt die gemeinsame Verdichtung des Formeninhaltes. Nach Abschluß des Verdichtungsvorganges kann der geformte Schichtstein sofort aus der Form entnommen werden.

Nach einer Variante für das Mehrschichtbauelement in seiner öko­ logischen Anwendung im Straßenbau kann der bisher übliche Schichtenaufbau des Oberbaus mit aus verschiedenen Baustoffen bestehenden Frostschutz-, Trag- und Binderschichten vorteilhaft abgelöst werden, wenn der neuartige eigenschaftsmodifizierte, hochfeste, nichtsprödbrüchige, wasserdurchlässige und sich durch Frost-Tau-Wechselbeständigkeit auszeichnende mineralisch ge­ bundene Werkstoff eingesetzt wird. Die erforderlichen Eigenschaf­ ten der Frostschutz-, Trag- und Binderschicht werden dabei in einer Schicht vereint. Die notwendige Schichtstärke kann einlagig oder in mehrlagigen Schichtungen ausgebracht und nach jeder Schichtlage verdichtet werden. Es entsteht eine durchgängig mine­ ralisch gebundene Tragschicht, auf die die vorgesehene Deck­ schicht aufgebracht wird.

Das Tragverhalten der Tragschicht ist abhängig vom Verdichtungs­ druck bzw. vom Verdichtungsgrad des vorbehandelten Füllstoffes während des Formvorganges. Die einzuhaltenden Parameter rich­ ten sich nach den Anforderungen an das Tragverhalten des jeweili­ gen Straßentyps oder der Flächenbefestigung. Erfahrungsgemäß kann der Verdichtungsdruck zwischen 1,0 und 12,5 N/mm² bzw. der Verdichtungsgrad zwischen 25 und 60% der Einfüllhöhe des Aus­ gangsmaterials für die Tragschicht bzw. der Flächenbefestigung betragen, je nachdem, ob als Anwendungsgebiet Geh- und Radwege, Wohn-, Anlieger- und Sammelstraßen sowie Parkplätze oder Straßentypen anderer Bauklassen vorgesehen sind.

Die Schichtstärke der Deckschicht wird bestimmt durch das gefor­ derte Tragverhalten des Mehrschichtbauelementes und seine Ein­ satzbedingungen. Die Deckschicht kann aus Beton, Asphaltbeton oder Dränasphalt ausgeführt werden.

Der speziell vorbehandelte Füllstoff überträgt die durch die Vorbe­ handlung nach WO 93/16009 erhaltenen Eigenschaften der Wasser­ durchlässigkeit, des Wärme- und Schalldämmverhaltens sowie der hohen Elastizität und Festigkeit auf das Mehrschichtbauele­ ment und impliziert somit die günstigen Eigenschaften einer öko­ logisch anwendbaren Flächenbefestigung.

Diese erfindungsgemäßen mehrschichtigen Bauelemente können als Schichtstein in herkömmlicher Weise, auch maschinell, wie Pflastersteine oder Platten verlegt oder schichtweise wie im Straßen­ bau aufgewalzt werden.

Durch genügend große Fugenbildungen für den Wasserdurchlaß in einer wasserundurchlässigen Deckschicht ist ein zusätzliches Drä­ nagesystem in der Flächenbefestigung nicht erforderlich. Sehr günstig auf die Wasserableitung wirkt sich aus, wenn weitere Trag­ schichten und ein verbesserter Unterbau aus dem zur Formung des mehrschichtigen Bauelementes benutzten Füllstoff ausgebracht wird. Dadurch können zusätzliche Dränagemaßnahmen eingespart werden und es verringert sich die Höhe der einzubringenden Frost­ schutzschichten. Gleichzeitig entfallen anteilig Aushub und Ab­ transport von anstehendem Boden.

Eine gezielte Wasserführung im Unterbau, insbesondere die ver­ meidung aufsteigenden Grundwassers, sowie einen Schutz des Untergrundes gegen Verschmutzung durch Versickern von Benzin, Oel oder mit gasförmigen Schadstoffen verunreinigtem Wasser ge­ währt die Einbringung von gasdurchtrittshemmenden Konstruktions­ schichten nach WO 93/16009, z. B. auf Parkplätzen, Rastplätzen und im Tankstellenbereich.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Patentansprü­ che verwiesen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungs­ beispielen.

Die Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Herstellungsform mit den enthaltenen Materialschichten für die Herstellung eines mehrschichtigen Bauelementes in der Ausführung eines Schicht­ steines.

In die Form 3 einer herkömmlichen Betonsteinformanlage, deren Bodenfläche 6 mit einer Trennschicht 4 (z. B. Folie) ausgelegt ist, wird eine etwa 20 mm starke Betonschicht 1 eingefüllt.

Auf diese Betonschicht wird eine zementgebundene Füllstoff­ mischung 2 aus vorbehandelten, mineralisierten und inertisierten zerkleinerten Kunststoffmaterialien, vorzugsweise als Mischung von Sink- und Leichtfraktion und zerkleinerten textilen Industrie­ erzeugnissen aufgebracht.

Der Textilanteil der Füllstoffmischung 2 beträgt bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel etwa 10 . . . 18%.

Die Verdichtung des Forminhaltes mittels Stempel 5 erfolgt mit einem Verdichtungsdruck von vorzugsweise 4,5 N/mm² in einem Ar­ beitsgang. Dabei entstehen zwischen den Schichten homogene Übergänge des Zementleimes als Bindemittel für die Betonschicht 1 und die Füllstoffmischung 2, die eine durchgängige Ausbildung des Zementsteines zur Folge haben und damit ein einheitliches Strukturgerüst schaffen.

Zur Gestaltung von Wegen, Straßen oder Plätzen kann das Mehr­ schichtbauelement in großflächiger Form ausgebracht werden. Dazu wird die als Schüttung aufgebrachte Schicht 2 aus mineralisch bindendem elastischen und wasserdurchlässigen Material in einem oder mehreren Walzgängen aufgewalzt. Eine Deckschicht aus Be­ ton 1 wird zur Oberflächenentwässerung und der Verhinderung von Dehnungsrissen mit rasterförmig in Längs- und Querrichtung oder in den Diagonalrichtungen verlaufenden Fugen geringer Breite durch aufgelegte und nach dem Aushärten wieder entfernte Gitter aus festen Materialien oder durch dünnstegige Gitter 7 aus dem Material der Tragschicht, die in der Deckschicht verbleiben, im nachfolgendem Arbeitsgang aufgebracht und gleichfalls ange­ walzt. Die entstandene Mehrschichtstruktur zeigt Fig. 2 und Fig. 3.

Claims (7)

1. Mehrschichtbauelement in der Ausführung als Schichtstein oder großflä­ chige Tragschicht unter Verwendung eigenschaftsmodifizierter Werk­ stoffe, die u. a. durch schockartige Bestrahlung, Inertisierung und Mischung mit mineralischen Abbindebeschleunigern und mineralischen Bindemitteln solcher Ausgangsprodukte wie recycelte hochpolymere Erzeugnisse aus Industrie und Haushalt hergestellt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (1) als Deckschicht aus entsprechend der gewünsch­ ten Oberflächeneigenschaften gewähltem Material (z. B. Beton, Asphaltbe­ ton, Dränasphalt) ausgebildet ist und der untere Teil des Mehrschichtbau­ elementes, der den Grundkörper (2) des Steines oder die Tragschicht (2) bildet, aus einer elastischen und wasserdurchlässigen Schicht in der Form von verdichteten mineralisch gebundenen eigenschaftsmodifizierten Werkstoffen ausgeführt ist, wobei kein gesondertes Bindemittel zwischen dem oberen Teil als Deckschicht des Mehrschichtbauelementes und dem Grundkörper oder der Tragschicht erforderlich ist.

2. Verfahren zur Herstellung des Schichtsteines nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer herkömmlichen Form zur Herstellung von Betonsteinen eine Schicht aus eigenschaftsmodifizierten mineralisch ge­ bundenen Füll- bzw. Werkstoffen insbesondere aus recycelten hoch­ polymeren Erzeugnissen von Industrie und Haushalten und eine Deck­ schicht eingebracht und nachfolgend gemeinsam verdichtet bzw. verpreßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine her­ kömmliche Form zur Herstellung von Betonsteinen als erste Schicht eine Deckschicht (1) eingebracht wird, und unmittelbar auf diese Deckschicht (1) ein eigenschaftsmodifizierter, mineralisch gebundener Füll- bzw. Werkstoff insbesondere aus recycelten hochpolymeren Erzeugnissen von Industrie und Haushalten zur Bildung des Grundkörpers (2) aufgebracht wird und danach eine gemeinsame Verdichtung erfolgt, und nach Ab­ schluß des Verdichtungsvorganges der geformte Schichtstein sofort aus­ formbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht im Normalfall bis zu 25% der Gesamthöhe des Schichtstei­ nes ausmacht, jedoch die Höhe der Deckschicht entsprechend der Bela­ stung an die Erfordernisse der Tragschicht angepaßt werden kann.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungsdruck bei der Herstellung des Schichtsteines in Ab­ hängigkeit von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials für den Grundkörper zwischen 1,0 und 12,5 N/mm² beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Entformung des Schichtsteines eine Ausdehnung des ela­ stischen Grundkörpers (2) und damit Ausstellung der Seitenflächen des Grundkörpers in Pyramidenstumpfform unterhalb, in Abhängigkeit von der aufgebrachten Deckschicht erfolgen kann, wodurch bei Aneinander­ reihung der Schichtsteine eine Fugenbildung eines als Pflasterstein ge­ nutzten Schichtsteine gegeben ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem eigen­ schaftsmodifizierten mineralisch gebundenen Werkstoff ein fester, nichtsprödbrüchiger und wasserdurchlässiger Grundkörper als Trag­ schicht (2) auf dem Planum in der Länge und Breite einer künftigen Straße oder Flächenabdeckung geschaffen und darauf eine Deckschicht, wahlweise wasserdurchlässig oder wasserundurchlässig ausgerüstet, an­ geordnet wird, wodurch ein einstellbarer Grad der Oberflächenentwässe­ rung erreicht werden kann.