DE202024000312U1

DE202024000312U1 - Wall construction made of stone slabs and CO2-based carbon fibers as a carbon sink

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Publication number: DE202024000312U1
Application number: DE202024000312.4U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 2024-02-19
Filing date: 2024-02-19
Publication date: 2024-06-11
Anticipated expiration: 2034-02-20

Abstract

Tragendes Wandelement für Gebäude mit zwei symmetrisch angeordneten Träger-Platten aus Stein, Naturstein, Kunststein, Keramik, Beton, Glas oder glashaltigem Material,
- wobei eine querschnittserhöhende, isolierende Schicht aus Isolationsmaterial zwischen beiden Träger-Platten die Gesamtanordnung aussteift,
- wobei die Träger-Platten mit einer faserhaltigen Matrix auf Wasserglassbasis stabilisiert ist,
- wobei das tragende Wandelement oben und unten eine Lasteinleitungskonstruktion aufweist, die über dauerhafte schubsteife Verklebungen mit den Träger-Platten verbunden ist und diese somit kraftschlüssig verbinden,
- wobei die querschnitterhöhende Isolationsschicht aus einer Schüttung von CO₂-basiertem Kohlenstoff mit hoher Porosität besteht
- wobei die beiden Trägerplatten jeweils aus unterschiedlichem oder gleichartigem Plattenmaterial bestehen,
- und wobei das Fasermaterial der Armierung aus Lignin-basierten Carbonfasern besteht. Load-bearing wall element for buildings with two symmetrically arranged support panels made of stone, natural stone, artificial stone, ceramic, concrete, glass or glass-containing material,
- whereby a cross-section-increasing, insulating layer of insulation material between both carrier plates stiffens the overall arrangement,
- the carrier plates are stabilized with a fibrous matrix based on water glass,
- the load-bearing wall element has a load introduction structure at the top and bottom, which is connected to the support panels via permanent shear-resistant adhesives and thus connects them in a force-fitting manner,
- the cross-sectionally increasing insulation layer consists of a filling of CO ₂ -based carbon with high porosity
- whereby the two carrier plates each consist of different or similar plate material,
- and wherein the fibre material of the reinforcement consists of lignin-based carbon fibres.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wandkonstruktion, wie sie bereits in der EP08874021.2 beschrieben wird. Diese Wandkonstruktion hat einen symmetrischen Aufbau aus druckstabilen Platten, die in einem bestimmten Abstand gehalten sind. Zwischen den Platten befindet sich die isolierende Schicht, welche die Konstruktion über den Querschnitt aussteift. Die beiden Platten nehmen die Druckkräfte auf und bestehen aus besonders druckstabilem Material wie Naturstein, Kunststein aller Arten, Beton und sonstigem Steingut, sowie Keramik bis hin zu glashaltigen Substanzen oder Glas - im folgenden Steingut genannt - die zwar druckstabil, in der Regel aber auch durch eine spröde und bruchgefährdete Struktur gekennzeichnet sind. Hier sind besonders Natursteine wie Granit, granitähnliche Gesteine, wie Gneis, sowie Marmor, Kalkstein, hochdruckfeste moderne Keramiken, Glaskeramik oder Glas zu erwähnen, sowie alle sonstigen Materialien aus Stein oder Keramik, natürlich oder künstlich entstandenem Steingut. Die beiden Platten können jeweils aus dem gleichen Material bestehen, oder auch jeweils aus unterschiedlichem Material, zum Beispiel die äußere Steinscheibe aus Naturstein und die Innere Steinscheibe aus Beton.The present invention relates to a wall construction as already described in EP08874021.2. This wall construction has a symmetrical structure made of pressure-resistant panels that are kept at a certain distance. Between the panels is the insulating layer that stiffens the construction across the cross-section. The two panels absorb the pressure forces and are made of particularly pressure-resistant material such as natural stone, artificial stone of all types, concrete and other earthenware, as well as ceramics and even glass-containing substances or glass - hereinafter referred to as earthenware - which, although pressure-resistant, are usually also characterized by a brittle structure that is prone to breakage. Natural stones such as granite, granite-like rocks such as gneiss, as well as marble, limestone, high-pressure-resistant modern ceramics, glass ceramics or glass are particularly worth mentioning here, as well as all other materials made of stone or ceramic, natural or artificial earthenware. The two panels can be made of the same material or of different materials, for example the outer stone panel made of natural stone and the inner stone panel made of concrete.

Diese Materialien zeichnen sich einerseits durch eine hohe Belastbarkeit bei Druckbeanspruchung bei einem vergleichsweise geringen spezifischen Gewicht aus, solche Materialien sind aber auch relativ instabil bei Zug- und Biegebelastung, insbesondere dann, wenn Sie möglichst dünn gehalten werden sollen und materialsparend und insbesondere so leichtgewichtig wie möglich ausgelegt werden sollen.On the one hand, these materials are characterized by a high load-bearing capacity under compressive stress at a comparatively low specific weight, but such materials are also relatively unstable under tensile and bending stress, especially if they are to be kept as thin as possible and designed to save material and, in particular, to be as lightweight as possible.

Zusätzliches Ziel ist es in dieser Erfindung möglichst viel Kohlenstoff in dem Isolations-Material zu binden, welches die Gesamtkonstruktion aussteift, um das Baumaterial insgesamt CO₂-negativ zu machen.An additional aim of this invention is to bind as much carbon as possible in the insulation material, which stiffens the overall construction, in order to make the building material overall _CO2 -negative.

Dabei handelt es sich vorwiegend um hochporöse Kohle, entweder pflanzliche Kohle oder synthetisch hergestellte Kohle, die in die Isolationsschicht eingebracht wird. Diese Kohle dient dem Zweck eine guten thermischen Isolierung und verringert das Gewicht der Isolationsschicht und sie speichert Kohlenstoff in hoch konzentrierter Form.This is mainly highly porous coal, either vegetable coal or synthetically produced coal, which is introduced into the insulation layer. This coal serves the purpose of good thermal insulation and reduces the weight of the insulation layer and it stores carbon in a highly concentrated form.

Die vorliegende Erfindung schlägt einen Weg vor, solche dünn ausgelegten Stein bzw. Steingutplatten oder Keramik- bzw. Kunststeinplatten, die nachhaltig auf preiswerte Weise stabilisiert werden, und auf dem hier vorgeschlagenen Weg zum selbsttragenden Wandelement werden zusätzlich als Kohlenstoffsenke zu ertüchtigen. Der Stein, die Keramik oder das Glas und sonstige druckstabile Materialien wie dünne Betonplatten - generell hier als das Steingut gezeichnet - welche bisher rein als Fassadenverkleidung zusätzliches Gewicht für den Bau von Gebäuden bedeutet, werden nunmehr selbst zum tragenden Element der Hauswand und die Isolationsschicht zusammen mit der Carbonfaser, wenn sie aus organischem Öl hergestellt werden, zur effiziente Kohlenstoffsenke und ist in der Lage aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit im Brandfall, Beton zu setzen. Gabbrogesteine sind bis 1050°C formstabil, sie verlieren an Druckfestigkeit, bleiben jedoch selbst in Form von schlanken Platten in der Lage Drucklasten aufzunehmen, wenn die Wand durch Brandlasten geschwächt wird. Normaler Bau-Beton ist nicht in der Lage im Fall der Verwendung dünner Platten so hoher Brandlasten zu überstehen, ohne jegliche Tragfähigkeit zu verlieren. Das ist wichtig für künftiges Leichtbaupotenzial im Baubereich.The present invention proposes a way of strengthening such thin stone or earthenware slabs or ceramic or artificial stone slabs, which are sustainably stabilized in a cost-effective manner and, in the way proposed here, become self-supporting wall elements, as carbon sinks. The stone, ceramic or glass and other pressure-stable materials such as thin concrete slabs - generally referred to here as earthenware - which previously meant additional weight for the construction of buildings purely as facade cladding, now become the load-bearing element of the house wall itself and the insulation layer together with the carbon fiber, if made from organic oil, become an efficient carbon sink and are able to set concrete due to their high temperature resistance in the event of a fire. Gabbro rocks are dimensionally stable up to 1050°C, they lose compressive strength, but remain able to absorb compressive loads even in the form of slim slabs if the wall is weakened by fire loads. Normal construction concrete is not able to withstand such high fire loads without losing any load-bearing capacity when thin panels are used. This is important for future lightweight construction potential in the building sector.

Wichtig ist dabei, dass solche Wandelemente in weiten Temperaturbereichen formstabil bleiben und der „Bi-Metalleffekt“ unterdrückt wird. Um dieses Ziel zu erreichen ist es nicht nur nötig, die Steingutplatten oder Keramikplatten gegen Zug und damit verbundenen Bruch zu stabilisieren, sondern auch einen auf der zu stabilisierenden Steinseite an der Grenzfläche zwischen zu stabilisierendem Stein und Isolationsschicht Ausdehnungsverteilung einzustellen, deren Gradient praktisch gegen Null geht, damit die Steinplatte weder zu der einen Seite, noch zu der anderen Seite, auch bei wechselnden Temperaturen, gebogen wird und somit die sichtbare Fläche großflächig gerade und eben bleibt und nicht schüsseln.It is important that such wall elements remain dimensionally stable over a wide temperature range and that the "bi-metal effect" is suppressed. To achieve this goal, it is not only necessary to stabilize the earthenware or ceramic panels against tension and the associated breakage, but also to set an expansion distribution on the side of the stone to be stabilized at the interface between the stone to be stabilized and the insulation layer, the gradient of which is practically zero, so that the stone slab is not bent to one side or the other, even at changing temperatures, and the visible surface thus remains straight and even over a large area and does not bowl.

Dafür ist wichtig, dass die isolierende Zwischenschicht so porös ist, dass das fasermaterial in der Lage ist, die Ausdehnung aller Komponenten zu beherrschen, ohne das die Grenzschichten sich voneinander trennen. Einen solchen Weg schlägt die Erfindung mit einem symmetrischen Wandaufbau vor, wobei das Merkmal der Ebenheit der Steinplatte in weiten Temperatur- und Druckbereichen zu einem wesentlichen Kern der Erfindung wird, in Kombination mit einem zweiten kennzeichnenden Merkmal der Nutzung des Fassadenelements selbst als tragendes Teil, einer zugstabilen Faserschicht, die vorzugsweise aus pflanzlich basiertem Kohlenstoff hergestellt wird oder ersatzweise aus energiearmen Fasern wie Glasfasern oder Steinfasern bestehen.For this, it is important that the insulating intermediate layer is so porous that the fiber material is able to control the expansion of all components without the boundary layers separating from one another. The invention proposes such a way with a symmetrical wall structure, whereby the feature of the flatness of the stone slab in wide temperature and pressure ranges becomes an essential core of the invention, in combination with a second characteristic feature of the use of the facade element itself as a load-bearing part, a tensile-stable fiber layer, which is preferably made from plant-based carbon or, alternatively, consists of low-energy fibers such as glass fibers or stone fibers.

Der Weg gewährleistet, daß das Steingut unter den unterschiedlichsten thermisch bedingten mechanischen Belastungen, sowie auch rein mechanischen Belastungen so stabilisiert wird, daß sie durch eine, für die jeweiligen Einsatz- und Belastungsfälle geeignete, Stabilisierung vor mechanischer Zerstörung durch Reißen der Wandplatte einerseits, und insbesondere auch zusätzlich vor thermisch bedingtes Verbiegen geschützt werden. Die Formstabilität bei Temperaturunterschied auf der Wandinnen- und Wandaußenseite und auch damit bedingter Temperaturänderungen auf der wettabhängigen Seite ist dabei ebenfalls von kennzeichnender Bedeutung, die auch dadurch unterstützt werden kann, dass die Platten aus jeweils unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bestehen.This method ensures that the earthenware is stabilised under a wide range of thermally induced mechanical loads, as well as purely mechanical loads, in such a way that it is protected against mechanical destruction by cracking of the wall panel on the one hand, and in particular also against thermally induced bending. The dimensional stability in the event of temperature differences on the inside and outside of the wall and the resulting temperature changes on the weather-dependent side is also of significant importance, which can also be supported by the fact that the panels are made of different materials with different expansion coefficients.

Kern der Lösung, das für solche selbsttragenden Wände in Sandwichbauweise am besten geeignete Isolationsmaterial zu finden ist es, den Gesamtausdehnungskoeffizient der inneren und äußeren Platte möglich klein und insbesondere möglichst gleich zu halten, die Aufnahme von Kohlenstoff zu ermöglichen, ein gutes Brandschutzverhalten zu gewährleisten und einen hohen Isolationswert zu besitzen, sowie formstabil, wasserfest und frostsicher zu sein. Aussichtsreiche Kandidaten, um die Teilelemente einer solchen Wand zu verkleben sind mineralische Klebstoffe, die eine ausreichende Flexibilität und eine ausreichende Zugkraft zu besitzen, um durch Verklebung mit den faserstabilisieren Steingutplatten und der Lasteinleitung diese am Ausknicken zu hindern.The core of the solution to finding the most suitable insulation material for such self-supporting walls in sandwich construction is to keep the overall expansion coefficient of the inner and outer panels as small as possible and, in particular, as equal as possible, to enable the absorption of carbon, to ensure good fire protection behavior and to have a high insulation value, as well as to be dimensionally stable, waterproof and frost-proof. Promising candidates for bonding the individual elements of such a wall are mineral adhesives that have sufficient flexibility and sufficient tensile strength to prevent them from buckling by bonding to the fiber-stabilized earthenware panels and by introducing loads.

Die optimale Statik wird damit erreicht, dass eine solche Natursteinplatte zum Beispiel aus Gabbrogestein eine doppelt so hohe Tragkraft besitzt, wie eine vergleichbare Betonplatte gleichen Gewichts. Dadurch wird leichteres, höheres und raumgewinnendes Bauen möglich, im Vergleich zur klassischen Beton und Ziegelbauweise. Auch im Vergleich zum Bauen mit Stahl wird Gewicht und Raum gespart, weil zum Beispiel Granit mit einem spezifischen Gewicht von Aluminium um einen Faktor 2,7 leichter ist als Stahl, dabei aber eine Druckstabilität besitzt, die dem von Baustahl sehr nahe kommt.The optimal statics are achieved by the fact that such a natural stone slab, for example made of gabbro, has twice the load-bearing capacity of a comparable concrete slab of the same weight. This makes it possible to build lighter, taller and with more space than with traditional concrete and brick construction. Weight and space are also saved compared to building with steel because, for example, granite with a specific weight of aluminum is 2.7 times lighter than steel, but has a compressive stability that is very close to that of structural steel.

Es folgt eine bautechnische Beschreibung der Wandkonstruktion. Die zur Anmeldung gebrachte Erfindung betrifft den Bausektor, darin insbesondere den Hochbau, genauer den Hausbau mit Dienstleistungsgebäuden, Wohnhäusern, Pavillons, Hallen und jegliche Art von Gebäuden allgemein. Kern der Erfindung betrifft eine neuartige Technik zur Erstellung einer Hauswand als Gebäudeelement, mit den Funktionen der statischen Lastabtragung und der Fassade mit allen Funktionen einer Gebäudehülle und den entsprechenden physikalischen Anforderungen gemäß den aktuellen Normierungen.A structural description of the wall construction follows. The invention filed for registration relates to the construction sector, in particular to building construction, more precisely to house construction with service buildings, residential buildings, pavilions, halls and any type of building in general. The core of the invention relates to a novel technology for creating a house wall as a building element, with the functions of static load transfer and the facade with all the functions of a building shell and the corresponding physical requirements in accordance with the current standards.

Die Wandelemente werden vorfabriziert und am Bau fertig versetzt. Die Deckenkonstruktionen werden auf die Wandelemente aufgesetzt. Die Wandelemente vereinigen alle statischen und bauphysikalischen Anforderungen in einem Sandwichaufbau. Die äußeren dünnen Scheiben aus Steingut oder sonstigen druckstabilen Materialien übernehmen hauptsächlich die Normalkräfte (Scheibenkräfte). Sie können direkt als fertige Oberflächen auf Sicht im Innen- und Außenbereich genutzt werden. Den Kern des Sandwiches bildet zum Beispiel ein schubsteifer wärmedämmender Schaum, der schubsteif mit den äußeren Scheiben verbunden ist. Mit dem Kern werden die Schubkräfte aus Biegebeanspruchungen aufgenommen, es ergibt sich eine ausreichende Biegesteifigkeit quer zum Element. Das Element ist damit gegen Knicken gesichert und es können horizontal quer zum Element auftretende Lasten wie zum Beispiel Windlasten aufgenommen werden. Die Lasteinleitungs- und Lastausleitungskonstruktion aus gut isolierendem Stein von den Geschossdecken auf dieses Sandwichelement bringt die Vertikallasten symmetrisch auf die Scheiben ohne eine bauphysikalisch untragbare Wärmebrücke zu erzeugen. Die Wasserdichtigkeit, Dampfdichtigkeit wird durch Zusammenwirken der Sandwichmaterialien mit speziellen Verbindungsdetails gewährleistet. Das Lastniveau ohne zusätzliche statische Strukturen liegt bei Gebrauchslasten >= 75 kN/m. Die Elemente werden vom statischen Prinzip als Pendelstützen in den Decken oben und unten gehalten eingebaut. Die Wärmedämmwerte können Swiss-Minergiestandard erreichen.The wall elements are prefabricated and installed on site. The ceiling structures are placed on top of the wall elements. The wall elements combine all static and building physics requirements in a sandwich structure. The outer thin panes made of stoneware or other pressure-resistant materials mainly absorb the normal forces (pane forces). They can be used directly as finished surfaces on sight both indoors and outdoors. The core of the sandwich is formed, for example, by a shear-resistant, heat-insulating foam that is shear-resistantly connected to the outer panes. The core absorbs the shear forces from bending stresses, resulting in sufficient bending stiffness across the element. The element is thus protected against buckling and can absorb horizontal loads such as wind loads that occur across the element. The load introduction and load transfer structure made of well-insulating stone from the floor slabs to this sandwich element transfers the vertical loads symmetrically to the panes without creating a thermal bridge that is unacceptable from a building physics perspective. The watertightness and vapor tightness are ensured by the interaction of the sandwich materials with special connection details. The load level without additional static structures is >= 75 kN/m. The elements are installed as pendulum supports in the ceilings above and below, based on the static principle. The thermal insulation values can reach the Swiss Minergie standard.

Die dünnen Scheiben bestehen aus einem druck- und schubfesten, wasserdichten Material wie zum Beispiel Beton, Naturstein, Glas, Keramik. Sie werden gesichert über Bewehrungen gegen Zugbeanspruchungen aus thermisch asymmetrischen Verformungen und gegen Zugspannungen im Bereich der Spannungsverteilung in den Lasteinleitungszonen, die zu unangekündigten Totalsprödbrüche führen könnten. Ebenso können Imperfektionen im Material und in der Konstruktion überbrückt werden und es wir ein gutmütiges möglichst duktiles Materialverhalten erzeugt. Der Sandwichkern besteht aus einem schubsteifen, hoch wärmedämmenden Aufbau, in der Regel aus einem ausreichend festen Schaum.The thin panes are made of a pressure- and shear-resistant, waterproof material such as concrete, natural stone, glass, ceramic. They are secured by reinforcements against tensile stresses from thermally asymmetrical deformations and against tensile stresses in the area of stress distribution in the load introduction zones, which could lead to unannounced total brittle fractures. Imperfections in the material and construction can also be bridged and a good-natured, ductile material behavior is created. The sandwich core consists of a shear-resistant, highly heat-insulating structure, usually made of a sufficiently strong foam.

Die Lasteinleitung besteht aus einem thermisch schwach leitenden druck- und schubsteifen Element aus Stein oder Holz oder einer Kombination aus Stein und Holz, welches mit mineralischem Klebermaterial oder Schwalbenschwanz-Verzinkung oder beidem kraftschlüssig mit den Steinscheiben verbunden ist.The load introduction consists of a thermally weakly conductive, compression- and shear-resistant element made of stone or wood or a combination of stone and wood, which is force-fitted to the stone discs with mineral adhesive material or dovetail galvanization or both.

Die Verbindungen zwischen den Scheiben und der Lasteinleitung, den Scheiben und aussteifenden Rippen werden über dauerhafte schubsteife Verklebungen hergestellt. Es kommen handelsübliche Verklebungen mineralischem Kleber wie hochtemperaturfeste Wassergläser mit einen Temperaturfestigkeit von mindestens 600°C zum Einsatz. Als isolierende Schichten kommen Kohlematerialien, die aus CO2 hergestellt wurden, zum Einsatz.The connections between the panes and the load introduction, the panes and the stiffening ribs are made using permanent, shear-resistant bonds. Commercially available mineral adhesives such as high-temperature water glass with a temperature resistance of at least 600°C are used. Carbon materials made from CO2 are used as insulating layers.

Für die Stabilisierung der Steinplatten selbst wird die Verwendung von Fasermaterialien mit mineralischer Matrix vorgeschlagen, wie Carbonfasern, vorzugsweise solche aus Biomasse hergestellt und wiederum vorzugsweise aus Lignin, die den Stein großflächig stabilisieren und an der Ausdehnung und Bruch hindern. Der Naturstein selbst hat ein sehr geringes Ausdehnungsmodul, welches mit der Faserstabilisierung eingestellt werden kann, da Naturstein aufgrund seiner porösen Struktur komprimierbar ist. In dem Fall, dass der Faserzug entsprechend groß wird und die richtige Faser verwendet wird, bzw. mit Hilfe der Faser eine entsprechende Vorspannung in den Verbund aus Fasermatrix und Stein gebracht werden kann, wird eine temperaturbedingte Ausdehnung der Steinplatte minimiert. Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich auf Carbonfasern aus Lignin, da diese billiger als PAN-Faern sind und für den hier beschriebenen Zweck auch eine ausreichende Steifigkeit besitzen, da sie in diesem Fall an der Außenseite der Steinplatten als Zugbewehrung angebracht werden.To stabilize the stone slabs themselves, the use of fiber materials with a mineral matrix is proposed, such as carbon fibers, preferably those made from biomass and in turn preferably from lignin, which stabilize the stone over a large area and prevent it from expanding and breaking. The natural stone itself has a very low expansion modulus, which can be adjusted with fiber stabilization, since natural stone is compressible due to its porous structure. If the fiber tension is sufficiently large and the right fiber is used, or if the fiber can be used to introduce appropriate prestress into the composite of fiber matrix and stone, temperature-related expansion of the stone slab is minimized. The invention described here relates to carbon fibers made from lignin, since these are cheaper than PAN fibers and also have sufficient rigidity for the purpose described here, since in this case they are attached to the outside of the stone slabs as tensile reinforcement.

Eine weitere Neuerung ist die Verwendung der Fasermatrix an der Außenseite einer oder beider tragenden Steinplatten, um das Knicken der ebenen Platten trotz der verhältnismässig niedrigen Steifigkeit einer ligninbasierten Faser zu begünstigen. Aus optischen Gründen und auch als Schutzfunktion der Matrix kann diese Faserschicht dann noch mit einer dünnen Steinschicht abgedeckt werden.Another innovation is the use of the fiber matrix on the outside of one or both of the supporting stone slabs to encourage the buckling of the flat slabs despite the relatively low stiffness of a lignin-based fiber. For optical reasons and also as a protective function for the matrix, this fiber layer can then be covered with a thin layer of stone.

Das Ergebnis ist eine ebene, druck- und zugspannungsbelastbare Platte, die in diesem Anwendungsfall eine ausreichende Stabilisierung des Steinguts gegen Reißen und Bruch gewährleistet. Damit wird diese Platte im symmetrischen Gesamtverbund - faserstabilisierte Steinplatte-Isolationsquerschnitt - weitere faserstabilisierte Steinplatte - nicht nur aus Sicht der Optik im Innenbereich und Außenbereich attraktiv, sondern es wird eine völlig neuartige Wandkonstruktion darstellt, die bei gleicher Tragkraft etwa zweifach leichter ist bzw. dünner gehalten werden kann, als herkömmliche Hauswände und Gebäudekonstruktionen.The result is a flat, compressive and tensile stress resistant panel, which in this application ensures sufficient stabilization of the stoneware against tearing and breakage. This panel in the symmetrical overall composite - fiber-stabilized stone panel - insulation cross-section - further fiber-stabilized stone panel - is therefore not only visually attractive both indoors and outdoors, but also represents a completely new type of wall construction, which is about twice as light or can be kept thinner than conventional house walls and building constructions with the same load-bearing capacity.

Das Trägermaterial, im folgenden Träger genannt, besteht - wie zum Beispiel in der Patentanmeldung EP 106 20 92 beschrieben - aus einer faserverstärkten Matrix basierend auf Wasserglas. Es kommen dabei z.B. Carbonfasern zum Einsatz, die hohe Zugbelastungen standhalten und sich unter Wärmeeinwirkung zusammenziehen, also einen negativen Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen und eine mehr oder weniger dünne Steinplatte nachhaltig stabilisieren. Dadurch wird die Platte insbesondere gegen Risse durch Überdehnung geschützt, sowie dem Bruch durch mechanische Belastung senkrecht auf das Steingut entgegengewirkt. Zusätzlich müssen solche Platten - je nach Anwendungsfall - zusätzlich für mechanische Beanspruchungen - wie in der EP 106 20 92 mit einer Sandwicheinlage beschrieben - statisch (auch gegen Knickkräfte) stabil gemacht werden. Dies geschieht bei dieser Erfindung durch eine Schicht, die aus den oben skizzierten Lösungen für Isolationsmaterialien besteht.The carrier material, hereinafter referred to as carrier, consists - as for example in the patent application EP106 20 92 described - made of a fiber-reinforced matrix based on water glass. Carbon fibers are used, for example, which can withstand high tensile loads and contract under the influence of heat, i.e. have a negative thermal expansion coefficient and stabilize a more or less thin stone slab in the long term. This protects the slab against cracks caused by overstretching, and counteracts breakage caused by mechanical stress perpendicular to the stoneware. In addition, such slabs must - depending on the application - also be designed for mechanical stress - as in the EP106 20 92 with a sandwich insert - can be made statically stable (also against buckling forces). In this invention, this is done by a layer that consists of the solutions for insulation materials outlined above.

Mit Hilfe des Einsatzes von zum Beispiel temperaturstabilen mineralischen Wasserglasklebern in Kombination mit z. B. Carbonfasern, die einen negativen Temperaturausdehnungskoeffizienten haben, wird eine solche sichere Stabilisierung auch von sehr großen Steinplatten möglich. Es wird darüber hinaus die Forderung erfüllt, die mechanische Belastbarkeit und Temperaturbelastbarkeit von dünnen Steintragwerken so zu optimieren, daß der Gesamt-Ausdehnungskoeffizient der Platte in weiten Temperaturbereichen kontrolliert wird, um das Schüsseln der Gesamt-Platte zu vermeiden und trotzdem eine Leichtbauweise zu realisieren. Um die Druckkräfte, die von einer solchen Hauswand aufgenommen werden müssen, in die Wand einzuleiten, beschreibt die Erfindung Aussteifungsrippen, die mit Hilfe von mineralischen Klebern mit den Steinscheiben verbunden werden. Die Verbindung kann durch Verzinkung verbessert werden. Holz kann insbesondere aaus brandschutztechnischen Gründen in der Konstruktion Sinn machen, zum Beispiel zur Verbindung von innenliegenden oder sogar außenliegenden Versteifungsrippen, die das Knicken der Wände verhindern. Das Holz ist in der Konstruktion sicher kein Feuer zu fangen und hält selbst extremen Temperaturen dann stand, wenn keine Luftzufuhr erfolgen kann. Im Fall der außenliegenden Rippen können diese mit Hilfe von Verzinkungstechniken nicht nur mit der Steinplatte verbunden, sondern auch die Rippen untereinander hochtemperatursicher verbunden werden, um das Ausknicken der Platten im Brandfall zu verhindern. Die Gesamtkonstruktion der hier beschriebenen neuartigen Wandkonstruktion trägt dem Umstand Rechnung, dass die spezielle Dampfsperren nicht nötig sind, da der Stein hinreichend wasserdicht ist, aber aufgrund seiner Porosität die nötige Atmung von Feuchtigkeit gewährleistet. Die Steinplatten können über größere Zeiträume eine gewisse Menge Wasser absorbieren, durchlassen und auch wieder abgeben und wirken damit regulierend auf den Feuchtigkeitshaushalt zwischen Innenraum und Außenraum. Wenn solche Wände nun zusätzlich in der Isolationsschicht so beschaffen sind, dass sie einen hohen Kohlenstoffanteil haben, dann bewirkt dieser Kohlenstoff nicht nur, dass die Isolationseigenschaften und Feuchtigkeitsregulierung verbessert, der Ausdehnungskoeffizient und das Gewicht der Isolationsschicht verringert werden, sondern machen durch das relativ zur tragenden Struktur hohe Volumen der Isolationsschicht zu einer effizienten Kohlenstoffsenke, um das Erreichen der Klimaziele durch ein der Klimaproblematik angepasstes Baumaterial selbst zu ermöglichen, während bisherige Baumaterialien CO₂ Emissionen verursacht haben, soll dieses neue Baumaterial-Konzept die CO₂-Emissionen umkehren und helfen das CO₂ rückzuholen und wieder zu binden.With the help of, for example, temperature-stable mineral water glass adhesives in combination with, for example, carbon fibers, which have a negative thermal expansion coefficient, such a secure stabilization of even very large stone slabs is possible. In addition, the requirement to optimize the mechanical load-bearing capacity and temperature load-bearing capacity of thin stone structures is met so that the overall expansion coefficient of the slab is controlled over a wide temperature range in order to avoid the entire slab warping and still achieve a lightweight construction is achieved. In order to introduce the compressive forces that must be absorbed by such a house wall into the wall, the invention describes stiffening ribs that are connected to the stone slabs using mineral adhesives. The connection can be improved by galvanizing. Wood can make sense in the construction, especially for fire protection reasons, for example for connecting internal or even external stiffening ribs that prevent the walls from buckling. The wood in the construction is safe from catching fire and can withstand even extreme temperatures if there is no air supply. In the case of the external ribs, these can be connected not only to the stone slab using galvanizing techniques, but the ribs can also be connected to each other in a high-temperature-safe manner to prevent the slabs from buckling in the event of a fire. The overall construction of the new type of wall construction described here takes into account the fact that special vapor barriers are not necessary, as the stone is sufficiently waterproof, but its porosity ensures the necessary breathing of moisture. The stone slabs can absorb, let through and release a certain amount of water over longer periods of time, thus regulating the moisture balance between the interior and exterior. If such walls are now additionally designed in such a way that they have a high carbon content in the insulation layer, then this carbon not only improves the insulation properties and moisture regulation, reduces the coefficient of expansion and the weight of the insulation layer, but also makes the high volume of the insulation layer relative to the supporting structure an efficient carbon sink in order to achieve the climate targets through a to enable building materials adapted to the climate problem, while previous building materials have caused CO ₂ emissions, this new building material concept is intended to reverse the CO ₂ emissions and help to recover the CO ₂ and bind it again.

Eines die vielen möglichen Ausführungsbeispiele ist in der Horizontalschnitt durch die Wand dargestellt. Gezeigt wird die Wand mit zwei Steinplatten (1) die mit einer Carbonschicht mit Wasserglasmatrix (2) an der Aussenseite stabilisiert sind. Zwischen den faserbeschichteten Steinplatten ist eine Isolationsschicht (3) aus einer Schüttung aus CO₂-basierter Kohle eingebracht, die einen hohen Kohlestoffanteil hat. zeigen die Vertikalschnitte durch die Wand in den Stellen, wo sich die hinreichend druck- und zugstabilen Rippen (5) befinden, die an den Innenseiten der Platten angebracht und einseitig an den Steinplatten mit Mineralkleber kraftschlüssig befestigt sind. Die Lasteinleitungen (4) oben und unten leiten die Druckkräfte in die Wand ein und aus. zeigen Stellen, an denen Die Rippen mit Zerzinkung verklebt sind, zeigt die Wand mit einer innenliegenden und einer außenliegenden Rippenversteifung an einer Stelle ohne Verzinkung. . zeigt die mit einem Holzkeil (6) in Schwalbenschwanzform kraftschlüssig miteinander verbundenen Rippenaussteifungen, um die Kickkräfte auch im Brandfall möglichst lange aufnehmen zu können. Gegebenenfalls kann die Kohlenstoffschüttung durch eingewirkte Steinwollefasern mechanisch gestützt werden.One of the many possible embodiments is in the horizontal section through the wall is shown. The wall is shown with two stone slabs (1) which are stabilized on the outside with a carbon layer with a water glass matrix (2). Between the fiber-coated stone slabs there is an insulation layer (3) made of a bed of CO ₂ -based coal, which has a high carbon content. show the vertical sections through the wall in the places where the sufficiently pressure and tension-resistant ribs (5) are located, which are attached to the inside of the slabs and are firmly attached to the stone slabs on one side with mineral adhesive. The load introductions (4) at the top and bottom transfer the compressive forces into and out of the wall. show places where the ribs are glued with zinc plating, shows the wall with an internal and an external rib stiffener in a place without galvanization. . shows the rib reinforcements connected to one another with a dovetail-shaped wooden wedge (6) in order to be able to absorb the kick forces for as long as possible even in the event of a fire. If necessary, the carbon filling can be mechanically supported by embedded rock wool fibers.

zeigt den Schnitt an einer Stelle, wo sich keine Aussteifung in der Wand befindet und bei der im Unterschied zu nur eine der beiden Steinplatten (1a) aussen mit Carbonfasern stabilisiert ist, und die andere Steinplatte (1b) auf der Innenseite. Welche der beiden Seiten die Matrix-Faserschicht innen hat, kann zum Beispiel davon abhängen, welche Steinplatte im Brandfall höher oder länger temperaturbelastet ist. Der Fall, dass der Innenraum höher temperaturbelastet ist, legt nahe die Steinplatte innen mit Carbon zu beschichten, die im Innenraum angeordnet ist. shows the section at a point where there is no bracing in the wall and where, in contrast to only one of the two stone plates (1a) is stabilized with carbon fibers on the outside, and the other stone plate (1b) on the inside. Which of the two sides has the matrix fiber layer on the inside can depend, for example, on which stone plate is exposed to higher or longer temperatures in the event of a fire. If the interior is exposed to higher temperatures, it makes sense to coat the stone plate that is located in the interior with carbon on the inside.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP1062092 [0019]

Claims

Load-bearing wall element for buildings with two symmetrically arranged support plates made of stone, natural stone, artificial stone, ceramic, concrete, glass or glass-containing material, - whereby a cross-section-increasing, insulating layer made of insulation material between the two support plates stiffens the overall arrangement, - whereby the support plates are stabilized with a fibrous matrix based on water glass, - whereby the load-bearing wall element has a load introduction structure at the top and bottom which is connected to the support plates via permanent, shear-resistant adhesives and thus connects them in a force-fitting manner, - whereby the cross-section-increasing insulation layer consists of a filling of CO ₂ -based carbon with high porosity - whereby the two support plates each consist of different or similar plate material, - and whereby the fiber material of the reinforcement consists of lignin-based carbon fibers.

Load-bearing wall element according to Claim 1 , characterized in that the layer of stabilizing carbon fiber is arranged on the inside of at least one of the load-bearing stone slabs.

Load-bearing wall element according to Claim 1 and 2 , characterized in that the layer of carbon-based insulation material comes from atmospheric CO ₂ .

Load-bearing wall element according to Claim 1 until 3 , characterized in that the layer of carbon-based insulation material is mechanically supported by means of rock wool.

Load-bearing wall element according to Claim 1 until 4 , characterized in that the support plates on the inner sides or the outer sides are each partially connected to the support plates at certain intervals with the aid of mineral adhesive by means of stiffening ribs made of stone, which are either attached individually to each support plate or, in the case that all ribs are on the inside, the support plates are attached in a force-fitting manner.

Load-bearing wall element according to Claim 1 until 5 , characterized in that the force-fitting connection of the ribs with the supporting plates is made by means of galvanizing.

Load-bearing wall element according to Claim 1 until 6 , characterized in that the force-fitting connection of the ribs to one another is made by means of a galvanized wooden coating.