EP2782884A1 - Baustoffmischung sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung - Google Patents

Baustoffmischung sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung

Info

Publication number
EP2782884A1
EP2782884A1 EP12784298.7A EP12784298A EP2782884A1 EP 2782884 A1 EP2782884 A1 EP 2782884A1 EP 12784298 A EP12784298 A EP 12784298A EP 2782884 A1 EP2782884 A1 EP 2782884A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photocatalyst
carrier
building material
material mixture
mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP12784298.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Krohm
Jürgen Bender
Christian Scheidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kronos International Inc
Steag Power Minerals GmbH
Original Assignee
Kronos International Inc
Steag Power Minerals GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kronos International Inc, Steag Power Minerals GmbH filed Critical Kronos International Inc
Priority to EP12784298.7A priority Critical patent/EP2782884A1/de
Publication of EP2782884A1 publication Critical patent/EP2782884A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/30—Oxides other than silica
    • C04B14/305—Titanium oxide, e.g. titanates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/14—Minerals of vulcanic origin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/10—Coating or impregnating
    • C04B20/1055—Coating or impregnating with inorganic materials
    • C04B20/1066—Oxides, Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0042—Powdery mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/2038—Resistance against physical degradation
    • C04B2111/2061—Materials containing photocatalysts, e.g. TiO2, for avoiding staining by air pollutants or the like
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a dry building material ⁇ mixture.
  • the present invention relates to a dry building material mixture which can be used as a functional additive for mortar mixtures and concrete mixtures.
  • Concrete is formed from binders, for example cement, from water and grains, and optionally from other additives for influencing functional properties.
  • a well-known additive for concrete consists in photocatalytic materials, such as titanium dioxide (T1O 2 ).
  • fire-retardant and temperature-resistant building material This consists among other things of cement, titanium dioxide, pyrogenic silica and perlite.
  • WO 2008/142205 Al is described to occupy a support with photocatalytically active material.
  • the carrier particles are in particular metallurgical slags, for example
  • Such photocatalysts can promote the degradation of organic compounds under the influence of electromagnetic radiation, in particular of UV radiation and visible light, as soon as these compounds come into contact with the concrete. In addition, they can also contribute to the reduction of inorganic air pollutants, such as nitrogen oxides and sulfoxides.
  • photocatalysts marketed by KRONOS under the brand name "KRONOCIean” can be mentioned here as photocatalysts.
  • photocatalysts are preferably used for processing reasons as an aqueous preparation and can be added during preparation of the fresh concrete.
  • Photocatalyst components can be applied to carrier particles, for example Metakaolinicn.
  • accepted and known criteria are the water requirement and the compressibility of a building material mixture and the slump of the prepared one
  • the building material mixture comprises a pozzolanic carrier of fly ash with rounded or spherical
  • This carrier is mixed with a fine-particle photocatalyst.
  • Fly ash is a fine-grained incineration residue from coal dust and possibly resulting from power plants
  • the composition depends on the type and origin of the coal, type and amount of
  • Fly ash is a known standardized additive for building materials (DIN EN 450).
  • the mean grain size of the carrier is between 0.1 pm and 1 mm.
  • the mixture of carrier and photocatalyst is such that a portion of the fine-grained photocatalytic material is applied to the carrier.
  • the fine, smaller Pho ⁇ tokatalysatorp thus are at least partially on the surface of the larger carrier particles.
  • the puz zolanische carrier consists according to the invention to at least 90 M%
  • Fly ashes are basically dusty substances.
  • the grain size spectrum comprises several orders of magnitude of about 0.01 ⁇ m to 1 mm.
  • the fly ash is as puz zolanisches material and with their spherical grain shape and particle size distribution of an improved building material property
  • Puz zolanische materials which include the fly ash, are basically known as concrete additives.
  • Fly ash may, according to DIN EN 206-1 / DIN 1045-2, be transferred to the
  • Water cement value and the minimum cement content to be counted Due to their chemical composition, they are bondable in conjunction with water and an alkaline binder and are used as additives for the production of mortar or concrete.
  • Fly ash which has a rounded or spherical grain shape and is mixed with a photocatalytic material and the addition of this dry mix in the production of concrete works favorably. It improves both the processability and increases the photocatalytic effectiveness.
  • the building material mixture according to the invention has significant advantages over the mixtures known from the prior art. It exceeds the properties of the combinations of pozzolanic materials and photocatalysts proposed in the prior art, in particular with regard to the
  • the building material mixture according to the invention is present as a cement-free mixture.
  • the photocatalytically active substances are mixed with the fly ash.
  • This mixture achieves a primary distribution of the photocatalytically active substances on the fly ash particles.
  • This primary distribution in the subsequent admixture of concrete, provides for better distribution of the photocatalyst, as opposed to building materials in which the mixture of dry matter, including cement, occurs.
  • the photocatalytic material is finely divided with primary particle sizes of 2 nm to 100 nm and secondary
  • Particle sizes of a few 100 nm to more than 1 pm.
  • Carrier in such a quantitative together ⁇ introduced with the photocatalytic material the photocatalytic material that is present at least partly distributed on the surface of the carrier, so the effect of the photocatalytic material at later Hinzu Stahl- supply is improved to a binder mixture. It is compared to the known method less photocatalytic material required ⁇ to achieve the same or higher photocatalytic effectiveness ⁇ than in the prior art.
  • a corresponding compound or distribution of the rounded or spherical pozzolanic support and the photocatalytic material can in particular with an intensive dry mixer
  • Binders and produces improved processability and thus increases in strength which improved
  • Carrier particles distributed and mixed between the particles present photocatalyst particles in the later
  • Binder mixture better dispersed and effective.
  • the carrier later acts as an adsorbent for pollutants which, even after the concrete has set, react on the photocatalytic centers arranged on the carrier granules.
  • the building material mixture according to the invention is not only more photocatalytically more effective, thus at least equivalent degradation rates as in the prior art, but also equivalent or better than the corresponding cement mixtures according to the prior art in terms of construction technology. Furthermore, the round grain shape of the
  • Fine additives such as the photocatalyst, in turn, increase the water content of a concrete and can adversely affect the processability, on the other hand, this can also improve the strength for better pore filling.
  • the invention thus permits regarding the optimization and réelleredu ⁇ cation. Photocatalytic effectiveness and also the building material and technological properties.
  • the particle size of the binder according to the invention can in principle cover a wide range, but between the size of the primary particles of the photocatalyst and the fly ash are at least one to three orders of magnitude.
  • Titanium dioxide preferably in anatase form. Titanium dioxide is a known photocatalyst which is excellent for the practice of the invention. On the basis of titanium dioxide, various photocatalyst products on the market are offered, some of which differ significantly in their design and effectiveness. For example, there are products with optimized effective surface, where Agglo ⁇ merate of titanium dioxide are present. There is also Modifikati ⁇ tions of titanium dioxide photocatalysts, which efficiently contribute not only with activated vation with UV radiation but also radiation in the visible light range for emission reduction (Example KRONOCIean 7000).
  • the dimensions of photocatalyst particle agglomerates can be found in the range of up to several 100 nm to over 1 ⁇ m, while the primary particle size is in the range of 2 nm to 100 nm.
  • the use of concrete Photokatalysa ⁇ tors titanium dioxide is advantageous since a wide-ranging testing and Be ⁇ name recognition of the product and availability is available in a variety of forms of use.
  • the invention can be used with all available finely divided
  • Product designs of titanium dioxide are used, wherein finely divided in this context is to be understood as a mixture having an average primary particle size of 2 nm to 100 nm with possibly larger agglomerates.
  • the building material mixture in addition to the aforementioned materials of the finely divided photocatalyst and the fly ash also contains additional
  • Fillers These fillers have in particular a
  • Such fillers can serve in particular as a flow aid and are in the course of the further when adding the building material mixture
  • these fillers may also have further functional properties, e.g. to be pozzolanic.
  • fillers are any fillers, such as trass, limestone, basalt flour, blastfurnace slag, aerosils or other substances in question.
  • the Mas ⁇ senanteil of these fillers with different grain shape is always less than the proportion of the carrier with spherical or rounded grain shape.
  • the dry mix consists exclusively of photocatalyst and the
  • puz zolan carrier (which in turn to at least 90% off
  • the photocatalyst portion is 5% to 50%, preferably 15% to 35%, by mass parts.
  • the proportion of fly ash is at least as large as that of the photocatalyst, but preferably larger.
  • Carrier is emphasized as a puz zolanischer component, so a higher proportion of puz zolanischem carrier can be selected.
  • An optimization is, depending on the requirements, by the relevant known and routinely performed methods and
  • the average particle size of the support is preferably less than 400 ⁇ m, particularly preferably less than 200 ⁇ m and in particular less than 50 ⁇ m.
  • a reduction of the grain size of the puz zolanischen carrier allows an even better mixing of carrier and
  • Figure la shows a Medicarenom with an electron microscope ⁇ mene representation of fly ash graining (steament H4). It is clear to recognize the spherical grain shape of the fly ash, as well as the distribution of grain sizes, which covers about 1 to 2 orders of magnitude.
  • Figure lb shows a photograph of a finely divided titanium dioxide photocatalyst (KRONOCIean 7000), paying attention to the scale for assessing the particle sizes.
  • the photocatalyst is present in particular in the form of agglomerates.
  • Figure lc shows the mixture of titanium dioxide photocatalyst (KRONOCIean 7000, 1 part by mass) and fly ash (steament H4,3
  • Photocatalyst component better dispersed before, such as a
  • Photocatalyst granules attached in particular, the small-scale components of the photocatalyst mixture are deposited on the surface of the support.
  • the larger agglomerates are still partially separated from the carrier.
  • the mixing shown is done in a dry mixing process with an intensive dry mixer from. Henschel.
  • the ratio of fly ash to ⁇ photocatalyst is determined depending on the application. In particular, a meaningful mixing ratio results from the determined value of the pore fraction according to the Puntke method and the determined slump in the mortar test (DIN EN 196).
  • Puntke for determining the closest packing is explained in ⁇ play in the DAfStB directives on self-compacting concrete in circles skilled in the art, in particular for.
  • This method is based on fine-grained the aggregate can be reproducibly compacted by slight impacts up to a substance-specific packing density if the water content suffices to saturate the dense grain structure.
  • the transition point from "not yet compressible” to "just compressible” is determined.
  • the water content of the sample is determined by reweighing and pore fraction and water content are calculated.
  • Such unidentified mass ratio is subjected to a test mortar ⁇ , wherein a constant slump compared to the use of 100% cement is to be shown to the used amount of the mixture of 25% of the cement. If this is not the case, the ratio of fly ash to photocatalyst can be further changed.
  • Example 1 in Table 1 was eventually used as a binder from ⁇ cement.
  • the cement content of this mixture is defined as 100 M% for the other examples.
  • the From ⁇ ATE thesis indicates how flowable and workable is such a mixture.
  • the value determined here can be used as comparison value for the other examples.
  • Example 2 flyash and cement were mixed in a mass ratio of 25:75.
  • the fly ash ver ⁇ enlarges the slump, making the mortar mixture so better pumpable and processable.
  • Example 3 in Table 1, a premix of cement and 3 parts by mass 1 part by mass of titanium dioxide photocatalyst was prepared and this mixture is then mixed with cement in a mass ratio of 25:75 ⁇ .
  • the slump is significantly reduced over Example 1) of Table 1, due to the fine photocatalyst mixture. So that the cement receives a photocatalytic effect, in this case, a significant deterioration of the slump and thus the workability is to be accepted.
  • Concrete additive has a positive influence on the slump and thus the processability, similar to the influence of
  • fly ash (steament H4) and photocatalyst (KRONOClean 7000) in a mass ratio
  • Table 2 shows, the inventive mixture of fly ash and photocatalyst according to Example 4) of Table 2 is extremely tightly packed.
  • the proportion of pores is the value that is commonly found in minerals.
  • the mixture according to the invention accordingly improves
  • Example 4 when using the building material mixture of the invention, Example 4) of Table 3, an increased photocatalytic activity occurs in comparison to the mixture containing the same amount of photocatalyst, but exclusively in cement dispersed, see Example 3) of Ta ⁇ beauty 3.
  • a produced with the inventive construction ⁇ material mixture of fresh concrete as depicted above equally good or improved concrete technical properties (in comparison to the lyst with pure cement, cement and photocatalysis or with cement and fly ash concrete manufactured see Table 1 ).
  • Titanium dioxide photocatalyst leads to a leveling of the color inhomogeneities, so that the inventive
  • Paving stones, etc., as well as interior and exterior plasters are particularly suitable.
  • the building material mixture according to the invention can be used in the production of concrete products, such as concrete paving stones.
  • concrete products such as concrete paving stones.
  • two layer systems are nowadays in Betonpflas ⁇ tersteinen brought into use, wherein a concrete core is covered by a facing concrete, which comes into contact with the environment.
  • the photocatalytic concrete additive is used in the building material mixture according to the invention only in the facing concrete, since only there there is contact with the environment.
  • the invention can be used in numerous other building materials, such as interior and exterior plasters, precast concrete or other concrete surfaces.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)

Abstract

Es wird eine Baustoffmischung als Betonzusatzstoff offenbart, wobei die Baustoffmischung einen puzzolanischen Träger und einen Photokatalysator enthält. Der puzzolanische Träger und der Photokatalysator liegen als Trockenmischung vor. Es handelt sich um eine zementfreie Trockenmischung, wobei der Photokatalysator eine Primärpartikelgröße zwischen 2 nm und 100 nm aufweist und wobei der puzzolanische Träger zu mindestens 90 Gewichtsprozent aus Flugasche einer Korngröße zwischen 0.1 μm und 1 mm besteht. Der Träger und Photokatalysator liegen intensiv durchmischt vor, so dass der Photokatalysator wenigstens teilweise auf der Oberfläche des Trägers verteilt ist. Die Baustoffmischung verbessert die Verarbeitungsfähigkeit eine Betons gegenüber der Verwendung von anderen puzzolanischen Trägern für den Katalysator.

Description

Baustoffmischung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung Die vorliegende Erfindung betrifft eine trockene Baustoff¬ mischung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine trockene Baustoffmischung, die als funktionaler Zusatz für Mörtelmischungen und Betonmischungen verwendet werden kann.
In der Technik sind vielfältige Arten von Baustoffen be- kannt . Zur Erstellung von Bauvorhaben wird insbesondere auf formbare Baustoffe wie Mörtel und Beton zugegriffen.
Beton wird gebildet aus Bindemittel, zum Beispiel Zement, aus Wasser und Körnungen sowie ggf. aus weiteren Zusätzen zur Beeinflussung funktionaler Eigenschaften.
Die Anforderungen an Baustoffe und die Bestandteile dieser
Baustoffe sind vielfältig und je nach Anwendung verschieden. Ei¬ nerseits soll bei der Herstellung eines Betons ein Werkstoff mit möglichst hoher Güte entstehen, andererseits sollen oft Zusatz¬ anforderungen wie ästhetisches Erscheinungsbild oder besondere funktionale Mehrwerte erreicht werden. Entsprechend existieren Betonzusatzmittel oder Betonzusatzstoffe, welche Eigenschaften des Frischbetons (zum Beispiel Verarbeitbarkeit und Verarbei¬ tungsdauer) oder/und auch des erhärteten Betons (zum Beispiel Beständigkeit) verbessern. Derartige Zusatzmittel und Zusatz- Stoffe sind so einzusetzen, dass nicht nur die gewünschte Eigen¬ schaft verbessert wird sondern auch andere relevante Eigenschaf¬ ten nicht unzulässig stark verschlechtert werden.
Ein bekannter Zusatzstoff für Beton besteht in photokataly- tischen Materialien, wie zum Beispiel Titandioxid (T1O2) .
Die Druckschrift WO2010002934A2 beschreibt einen
feuerhemmenden und temperaturbeständigen Baustoff. Dieser besteht unter anderem aus Zement, Titandioxid, pyrogenem Silica und Perlit.
In der WO 2008/142205 AI ist beschrieben, einen Träger mit photokatalytisch aktivem Material zu belegen. Die Trägerpartikel sind insbesondere metallurgische Schlacken, beispielsweise
Hüttensand .
Derartige Photokatalysatoren können unter Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von UV-Strahlung und sichtbarem Licht den Abbau organischer Verbindungen begünstigen, sobald diese Verbindungen in Kontakt mit dem Beton gelangen. Außerdem können sie auch zur Reduzierung von anorganischen Luftschadstoffen, wie Stickoxiden und Sulfoxiden beitragen.
Beispielhaft sind hier als Photokatalysatoren die unter der Markenbezeichnung „KRONOCIean" vermarkteten Photokatalysatoren der Firma KRONOS zu nennen.
Diese Photokatalysatoren werden aus verarbeitungstechnischen Gründen vorzugsweise als wässrige Zubereitung eingesetzt und können bei Zubereitung des Frischbetons beigegeben werden.
Aus der Anmeldung WO 98/05601 AI ist es bekannt,
hydraulische Bindemittel mit Photokatalysatorpartikeln zu mischen und als Baustoffmischung zur Verfügung zu stellen. Aus der WO 2009/080647 AI ist bekannt, dass die
Photokatalysatorbestandteile auf Trägerpartikeln, zum Beispiel Metakaolinträgern aufgebracht sein können.
Bei der Verbesserung der resultierenden Eigenschaften des fertigen Betons ist jedoch auch jederzeit zu beachten, dass die
Verarbeitbarkeit des Baustoffs äußerst relevant ist.
Hinsichtlich der Verarbeitbarkeit sind akzeptierte und bekannte Kriterien einerseits der Wasseranspruch und die Verdichtbarkeit einer Baustoffmischung sowie das Ausbreitmaß des bereiteten
Baustoffs .
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Baustoffmischung zur Verfügung zu stellen, welche die Verarbeitbarkeit von
photokatalytisch aktiven Baustoffmischungen verbessert, ohne die resultierenden Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und
photokatalytischer Aktivität negativ zu beeinflussen.
Außerdem soll der Bedarf an photokatalytischem Material bei dem Einsatz der Baustoffmischung möglichst verringert werden, ohne die photokatalytische Aktivität des entstehenden Materials wesentlich zu verschlechtern. Es soll also eine hohe
photokatalytische Effizienz bei gleichzeitiger Reduzierung des photokatalytischen Materials und gleichzeitiger Verbesserung der betontechnischen Eigenschaften erreicht werden.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, Betonprodukte mit photokatalytischen Eigenschaften mit einem verringerten Einsatz an photokatalytisch aktiver Substanz bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Baustoffmischung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Diese Aufgabe wird weiterhin gelöst durch das Herstellungs¬ verfahren gemäß Patentanspruch 6 sowie eine Baustoffmischung, welche nach den Vorgaben des Herstellungsanspruches 11 erstellt wurde .
Erfindungsgemäß weist die Baustoffmischung einen puzzolani- schen Träger aus Flugasche mit gerundeter oder kugeliger
Kornform auf. Dieser Träger ist gemischt mit einem feinteiligen Photokatalysator.
Flugasche ist ein in Kraftwerken anfallender feinkörniger Verbrennungsrückstand von Kohlenstaub und von eventuell
eingesetzten Mitverbrennungsstoffen. Die Zusammensetzung hängt von Art und Herkunft der Kohle, Art und Menge der
Mitverbrennungsstoffe und den Verbrennungsbedingungen ab.
Flugasche ist ein bekannter genormter Zusatzstoff für Baustoffe (DIN EN 450) .
Die mittlere Korngröße des Trägers liegt zwischen 0,1 pm und 1 mm. Die Mischung von Träger und Photokatalysator liegt derart vor, dass auf dem Träger ein Anteil des feinkörnigen photokata- lytischen Materials aufgebracht ist. Die feinen, kleineren Pho¬ tokatalysatorpartikel liegen also wenigstens teilweise auf der Oberfläche der größeren Trägerpartikel vor. Der puz zolanische Träger besteht erfindungsgemäß zu mindestens 90 M%
(Massenprozent) aus Flugasche.
Eigenschaften der Flugasche sind der Fachliteratur an zahlreichen Stellen zu entnehmen. Thomas Holzapfel und Hans- Ulrich Bambauer geben in TIZ-Fachberichte, Vol.111, No.2, 1987 einen Überblick. Eine umfassende noch für die heute anfallenden Flugaschequalitäten weithin gültige Charakterisierung stammt aus dem Jahr 1958 (Gumz, W.; Kirsch, H. und Mackowsky, M.-Th.:
Schlackenkunde. Springer-Verlag, Berlin 1958). Flugaschen sind grundsätzlich staubförmige Stoffe. Das Korngrößenspektrum umfasst mehrere Größenordnungen von ca. 0,01 um bis 1 mm. Es gibt grundsätzlich verschiedene Kornformen, vorherrschend sind kugelrunde Teilchen mit glatten bis mikrorauhen Oberflächen. Es ist bekannt, dass die Flugaschepartikel teilweise auch als
Hohlkorn auftreten. Die Zusammensetzung der Flugasche ist abhängig von den eingesetzten Kohlen und den zugrundeliegenden Verbrennungsprozessen .
Unter gerundeter oder kugeliger Kornform ist in diesem
Zusammenhang zu verstehen, dass mehr als 50% der Trägerpartikel mit gerundeter oder gut gerundeter Kornform vorliegen.
Gemäß der Erfindung wird ein bei Verbrennungsprozessen, insbesondere Energieerzeugungsprozessen anfallender Stoff, zusammen mit einem knappen und teuren Rohstoff (dem
Photokatalysator) zu einer optimierten Baustoffmischung
verarbeitet, welche die vorteilhaften Eigenschaften beider
Ausgangsstoffe verbindet und verbessert. Die Flugasche ist als puz zolanisches Material und mit ihrer kugeligen Kornform und Kornverteilung einer verbesserten Baustoffeigenschaft
hinsichtlich Festigkeit und Porenverteilung zuträglich.
Andererseits trägt sie als Träger für den Photokatalysator dazu bei, den Bedarf an photokatalytischem Material bei
gleichbleibender Photokatalyseeffizienz zu verbessern.
Puz zolanische Materialien, zu denen auch die Flugasche gehört, sind als Betonzusatzstoffe grundsätzlich bekannt.
Flugasche darf gemäß DIN EN 206-1/DIN 1045-2 auf den
Wasserzementwert und den Mindest zementgehalt angerechnet werden. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung sind sie in Verbindung mit Wasser und einem alkalischen Bindemittel bindefähig und werden als Zusatzstoffe für die Herstellung von Mörtel oder Beton verwendet.
Obwohl die Verwendung von Flugasche als Betonzusatzstoff be¬ kannt ist, hat sich überraschend gezeigt, dass die Herstellung einer Trockenmischung aus einem puz zolanischen Träger aus
Flugasche, der eine gerundete oder kugelige Kornform aufweist und mit einem photokatalytischen Material gemischt wird und die Hinzufügung dieser Trockenmischung bei der Herstellung von Beton vorteilhaft wirkt. Es wird sowohl die Verarbeitbarkeit verbessert als auch die photokatalytische Effektivität erhöht.
Damit weist die erfindungsgemäße Baustoffmischung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Mischungen wesentliche Vorteile auf. Sie übertrifft die Eigenschaften der im Stand der Technik vorgeschlagenen Kombinationen aus puz zolanischen Stoffen und Photokatalysatoren insbesondere hinsichtlich der
Verarbeitbarkeit bei der Betonherstellung. Außerdem liegt die erfindungsgemäße Baustoffmischung als zementfreie Mischung vor. Es werden entsprechend die photokatalytisch aktiven Substanzen mit der Flugasche gemischt. Durch diese Mischung wird eine primäre Verteilung der photokatalytisch aktiven Substanzen auf den Flugaschepartikeln erreicht. Diese primäre Verteilung sorgt bei der späteren Anmischung von Beton für die bessere Verteilung des Photokatalysators im Gegensatz zu Baustoffen, bei welchen die Mischung der Trockensubstanzen, einschließlich Zement, erfolgt. Das photokatalytische Material ist feinteilig mit primären Partikelgrößen von 2 nm bis 100 nm und sekundären
Partikelgrößen (Agglomerate ) von einigen 100 nm bis über 1 pm.
Wird also zunächst der puz zolanische gerundete oder kugelige
Träger mit dem photokatalytischen Material derart zusammenge¬ bracht, dass das photokatalytische Material wenigstens teilweise auf der Oberfläche des Trägers verteilt vorliegt, so ist die Wirkung des photokatalytischen Materials bei späterer Hinzufü- gung zu einer Bindemittelmischung verbessert. Es wird gegenüber den bekannten Verfahren weniger photokatalytisches Material be¬ nötigt, um eine gleiche oder höhere photokatalytische Wirksam¬ keit als im Stand der Technik zu erreichen.
Durch diese Erstellung einer Trockenmischung wird ein Hyb- rid-Photokatalysator geschaffen, welcher Vorteile in der photokatalytischen Aktivität und der Wirkung bei sonstigen Baustoffeigenschaften verbindet.
Eine entsprechende Verbindung oder Verteilung des gerundeten oder kugeligen puz zolanischen Trägers und des photokatalytischen Materials kann insbesondere mit einem Intensivtrockenmischer
(beispielsweise von Eirich, Lödige oder Henschel) erreicht wer¬ den. Bei dem Zusammenbringen dieser beiden Bestandteile legen sich die deutlich kleineren Photokatalysatorpartikel auf das puz zolanische Trägermaterial. Das resultierende Material lässt sich als haltbare Trockenmischung einfach und zielsicher bei der weiteren Verarbeitung einsetzen.
Bei Einsatz dieser Mischung tritt der puz zolanische Träger selbst in eine puzzolane Reaktion mit dem eingesetzten
Bindemittel ein und erzeugt eine verbesserte Verarbeitbarkeit und somit Festigkeitssteigerungen was zu verbesserten
Betoneigenschaften führt. Andererseits sind die auf den
Trägerpartikeln verteilten und zwischen den Partikeln gemischt vorliegenden Photokatalysatorpartikel in der späteren
Bindemittelmischung besser dispergiert und wirksamer. Diese Betrachtungen allein können die überraschende
Wirksamkeitssteigerung allerdings nicht gänzlich erklären.
Möglicherweise tritt noch ein weiterer Synergieeffekt auf, bei dem der Träger später als Adsorbens für Schadstoffe wirkt, die auch nach Abbinden des Betons auf den auf den Trägerkörnern angeordneten photokatalytischen Zentren abreagieren.
Möglicherweise wird auch durch die gerundete oder kugelige Kornform eine geänderte Porenstruktur, insbesondere an den pho¬ tokatalytisch reaktiven Betonoberflächen erreicht, welche die Abbauraten positiv beeinflusst.
Die erfindungsgemäße Baustoffmischung ist nicht nur photoka- talytisch effektiver, leistet also bei geringerem Photokatalysa- toreinsatz mindestens gleichwertige Abbauraten wie im Stand der Technik, sondern auch baustofftechnologisch gleichgut oder besser als die entsprechenden Zementmischungen gemäß dem Stand der Technik. Des Weiteren verbessert die runde Kornform der
puz zolanischen Träger die Verarbeitung einer Beton- oder
Zementmischung, ermöglicht damit ggf. Wassereinsparungen und ein geringeres Porenvolumen sowie eine höhere Festigkeit.
Feine Zusatzstoffe, wie der Photokatalysator, erhöhen zwar wiederum den Wasseranspruch eines Betons und können die Verarbeitbarkeit negativ beeinflussen, andererseits kann dies auch die Festigkeit wegen besserer Porenausfüllung verbessern.
Die erfindungsgemäße Kombination des gerundeten oder kugeli¬ gen puz zolanischen Trägers auf Flugasche mit darauf teilweise verteilten photokatalytischen Materialien erlaubt die Ausschöpfung beider Vorteile durch eine differenzierte
Einstellung und Optimierung von Porengehalt, Porengröße,
Verarbeitungsverhalten und Festigkeit des resultierenden Betons.
Die Erfindung erlaubt also die Optimierung und Kostenredu¬ zierung bzgl. photokatalytischer Effektivität und außerdem der baustofftechnologischen Eigenschaften.
Wesentlich bezüglich der Erfindung ist es, dass das photoka- talytische Material und der puz zolanische Träger aus Flugasche zusammengebracht werden und die Verteilung des
photokatalytischen Materials auf dem Träger sowie die intensive Durchmischung von Photokatalysator und Träger erfolgt, bevor irgendwelche anderen weiteren Zusatzstoffe hinzugefügt werden. Nur auf diese Weise kann die Erfindung ihre vorteilhafte Wirkung entfalten.
Die erfindungsgemäße Partikelgröße des Bindemittels kann grundsätzlich einen weiten Bereich überstreichen, zwischen der Größe der Primärpartikel des Photokatalysators und der Flugasche liegen jedoch mindestens ein bis drei Größenordnungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der feinteilige
Photokatalysator Titandioxid, vorzugsweise in Anatasform. Titandioxid ist ein bekannter Photokatalysator, welcher für die Ausführung der Erfindung hervorragend geeignet ist. Auf Basis von Titandioxid werden verschiedene am Markt befindliche Photokata- lysatorprodukte angeboten, die sich teils signifikant in ihrer Gestaltung und Wirksamkeit unterscheiden. Beispielsweise gibt es Produkte mit optimierter wirksamer Oberfläche, bei denen Agglo¬ merate von Titandioxid vorliegen. Außerdem gibt es Modifikati¬ onen von Titandioxid-Photokatalysatoren, die nicht nur bei Akti- vierung mit UV-Strahlung, sondern auch mit Strahlungen im Bereich des sichtbaren Lichtes effizient zur Schadstoffreduzierung beitragen (Beispiel KRONOCIean 7000) .
Regelmäßig sind die Abmessungen von Photokatalysatorpartikel-Agglomeraten im Bereich von bis zu einigen 100 nm bis über 1 pm zu finden, während die Primärpartikelgröße im Bereich von 2 nm bis 100 nm liegt. Vorteilhaft ist die Verwendung des konkreten Photokatalysa¬ tors Titandioxid da bereits eine weitreichende Erprobung und Be¬ kanntheit des Produktes sowie Verfügbarkeit in verschiedensten Verwendungsformen vorhanden ist.
Die Erfindung kann mit sämtlichen verfügbaren feinteiligen
Produktgestaltungen von Titandioxid angewandt werden, wobei feinteilig in diesem Zusammenhang als Mischung mit einer mittleren Primärpartikelgröße von 2 nm bis 100 nm mit ggf. größeren Agglomeraten zu verstehen ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Baustoffmischung neben den vorgenannten Materialien des feinteiligen Photokatalysators und der Flugasche außerdem zusätzliche
Füllstoffe. Diese Füllstoffe weisen insbesondere eine
abweichende Kornform von derjenigen der Flugasche auf und können scharfkantige bis angerundete Kornformen haben. Solche Füllstoffe können insbesondere als Rieselhilfe dienen und sind bei der Zugabe der Baustoffmischung im Zuge der weiteren
Verarbeitung den Materialeigenschaften zuträglich. Grundsätzlich können auch diese Füllstoffe weitere funktionale Eigenschaften aufweisen, z.B. puzzolanisch wirken.
Als derartige Füllstoffe kommen beliebige Füllstoffe, wie zum Beispiel auch Trassmehl, Kalksteinmehl, Basaltmehl, Hüttensand, Aerosile oder auch andere Substanzen in Frage. Der Mas¬ senanteil dieser Füllstoffe mit abweichender Kornform ist jedoch immer geringer als der Anteil des Trägers mit kugeliger oder gerundeter Kornform.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Trockenmischung ausschließlich aus Photokatalysator und dem
puz zolanischen Träger (welcher wiederum zu mind. 90% aus
Flugasche besteht), enthält also keine weiteren Füllstoffe. In diesem Fall beträgt der Photokatalysatoranteil 5 % bis 50 %, vorzugsweise 15 % bis 35 %, wobei auf Massenanteile Bezug genommen wird.
In empirischen Versuchen hat sich gezeigt, dass bei den ge- nannten Gewichtsanteilen die erfindungsgemäße Baustoffmischung ihre vorteilhafte Wirkung besonders entfaltet. Gemäß dieser Aus- führungsform ist der Anteil der Flugasche mindestens ebenso groß wie der des Photokatalysators, bevorzugt jedoch größer.
Dies gewährleistet, dass genügend Trägeroberfläche für die Verteilung des Photokatalysators vorhanden ist und andererseits eine ausreichende Trennung des Photokatalysatoranteils durch die Flugasche gewährleistet ist.
Eine Variation der Anteilsverhältnisse wird der Fachmann im Rahmen der Erfindung vornehmen, je nachdem welche primären Ziele er mit der erfindungsgemäßen Baustoffmischung verfolgt. Wird beispielsweise die vorteilhafte Wirkung des puz zolanischen
Trägers als puz zolanischer Bestandteil betont, so kann ein höherer Anteil an puz zolanischem Träger gewählt werden. Eine Optimierung ist je nach Anforderungen durch die einschlägig bekannten und routinemäßig durchzuführenden Verfahren und
Experimente möglich.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Baustoffmischung die mittlere Korngröße des Trägers kleiner als 400 pm, besonders bevorzugt kleiner als 200 pm und insbesondere kleiner als 50 pm.
Eine Verkleinerung der Korngröße des puz zolanischen Trägers ermöglicht eine noch bessere Vermischung von Träger und
Photokatalysator und Verteilung des Photokatalysators auf der Oberfläche der Trägersubstanz.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert .
Figur la zeigt eine mit einem Elektronenmikroskop aufgenom¬ mene Darstellung von Flugaschekörnen (steament H4) . Es ist deutlich die kugelige Kornform der Flugasche zu erkennen, sowie die Verteilung der Korngrößen, welche etwa 1 bis 2 Größenordnungen überstreicht .
Figur lb zeigt eine Aufnahme von einem feinteiligen Titandioxid-Photokatalysator (KRONOCIean 7000), wobei auf den Maßstab zur Beurteilung der Korngrößen zu achten ist. Der Photokatalysator liegt insbesondere in Form von Agglomeraten vor.
Figur lc zeigt die Mischung aus Titandioxid-Photokatalysator (KRONOCIean 7000, 1 Masseteil ) und Flugasche (steament H4,3
Masseteile) , wobei zu erkennen ist, dass Flugasche und
Photokatalysator in gut durchmischter Weise vorliegen. In der Mischung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt also einerseits durch den Mischprozess der Komponenten die
Photokatalysatorkomponente besser dispergiert vor, wie ein
Vergleich mit der Abbildung lb unmittelbar zeigt. Andererseits erfolgt eine Verteilung dieser kleineren Partikel auf den
Oberflächen der größeren Flugaschepartikel. Auf der Oberfläche von puz zolanischen Trägermaterialkörnern sind
Photokatalysatorkörnungen angelagert, wobei insbesondere die kleinteiligen Bestandteile der Photokatalysatormischung auf der Oberfläche des Trägers angelagert sind. Die größeren Agglomerate liegen teilweise weiterhin von dem Träger separiert vor. Die gezeigte Durchmischung ist in trockenem Mischverfahren mit einem Intensivtrockenmischer der Fa. Henschel erfolgt.
Der Grund für die in den Versuchen belegte Steigerung der Effizienz der photokatalytischen Aktivität bei geringerem Einsatz von photokatalytischem Material ist anhand dieser Aufnahmen nicht zu klären. Allerdings zeigt sich, dass möglicherweise aus kleineren Bestandteilen der Photokatalysatormischung durch Anlagerung auf den kugeligen Trägerkörnen aus dem Träger selbst eine Art photokatalytisch aktives Korn gebildet wird. Andererseits sorgen die Körner des Trägers mit ihrer kugeligen oder gerundeten Form dafür, dass eine gute Durchmischung und eine sehr gute Verteilung der Substanzen untereinander vorliegt, was beim späteren Einsatz zum Tragen kommt.
Die gezeigte Trockenmischung aus Flugasche und Photokataly¬ sator, hier Titandioxid, erfolgt gemäß dieser Ausführungsform in einem Intensivtrockenmischer, wobei die hier gezeigte Mischung etwa 5 Minuten intensiv gemischt wurde. Das Verhältnis von Flug¬ asche zu Photokatalysator wird je nach Anwendungsfall bestimmt. Insbesondere ergibt sich ein sinnvolles Mischungsverhältnis aus dem ermittelten Wert des Porenanteils gemäß dem Verfahren nach Puntke und dem ermittelten Ausbreitmaß im Mörtelversuch (DIN EN 196) .
Das Verfahren gemäß Puntke zur Ermittlung der dichtesten Packung ist in den Kreisen der Fachleute, insbesondere zum Bei¬ spiel in den DAfStB Richtlinien über selbstverdichtenden Beton erläutert. Dieses Verfahren basiert darauf, dass sich feinkörni- ges Haufwerk durch leichte Stöße bis zu einer stoffspezifischen Packungsdichte reproduzierbar verdichten lässt, wenn der Wassergehalt zur Sättigung des dichten Korngefüges ausreicht. Durch schrittweise Steigerung des Wassergehaltes wird der Übergangs- punkt von „noch nicht verdichtbar" zu „gerade verdichtbar" ermittelt. Anschließend wird durch Rückwägung der Wassergehalt der Probe bestimmt und Porenanteil und Wasseranspruch berechnet.
Ein derart ermitteltes Massenverhältnis wird einem Mörtel¬ test unterzogen, wobei für eine eingesetzte Menge des Gemisches von 25 % des Zementes ein gleichbleibendes Ausbreitmaß gegenüber dem Einsatz von 100 % Zement gezeigt werden soll. Ist dies nicht der Fall, kann das Verhältnis von Flugasche zu Photokatalysator weiter verändert werden.
Die nachfolgende Tabelle zeigt als charakteristisches Maß für die Verarbeitbarkeit einer BaustoffZubereitung das Ausbreit¬ maß (Mörteltest nach DIN EN 196) für verschiedene Zusammenset¬ zungen :
Mörteltest nach DIN EN 196
Zusammensetzung Ausbreitmaß
1) enthält Anteil von Zement (CEM I 42, 5R), 164 mm
der als 100 M% Zement definiert wird
2) enthält bezogen auf 1) 75 M% Zement und 173 mm
25 M% Flugasche (steament H4)
3) enthält bezogen auf 1) 75 M% Zement und 135 mm
Mischung aus weiteren 18,8 M% Zement mit
6,2 M% Photokatalysator (KRONOCIean 7000)
4) mit erfindungsgemäßer Baustoffmischung, 165 mm
enthält bezogen auf 1) 75 M% Zement und Mischung aus 18,8 M% Flugasche (steament H4)
und 6,2 M% Photokatalysator (KRONOClean 7000)
5) enthält bezogen auf 1) 75 M% Zement und 121 mm
Mischung aus 18,8 M% Hüttensandmehl und 6,2
M% Photokatalysator (KRONOClean 7000) im
Massenverhältnis 3:1
6) enthält bezogen auf 1) 75 M% Zement und 124 mm
Mischung aus 18,8 M% Kupferhüttensand und 6,2
M% Photokatalysator (KRONOClean 7000) im Massenverhältnis 3:1
Tabelle 1
In Beispiel 1) der Tabelle 1 wurde als Bindemittel aus¬ schließlich Zement eingesetzt. Der Zementanteil dieser Mischung wird für die übrigen Beispiele zu 100 M% definiert. Das Aus¬ breitmaß gibt an, wie fließfähig und verarbeitbar eine solche Mischung ist. Der hier ermittelte Wert kann als Vergleichswert für die übrigen Beispiele herangezogen werden.
In Beispiel 2) der Tabelle 1 wurden Flugasche und Zement in einem Masseverhältnis von 25:75 gemischt. Die Flugasche ver¬ größert das Ausbreitmaß, macht die Mörtelmischung also besser pumpbar und verarbeitbar.
In Beispiel 3) der Tabelle 1 wurde eine Vormischung von 3 Masseteilen Zement und 1 Masseteil Titandioxid-Photokatalysator hergestellt und diese Mischung anschließend mit Zement im Masse¬ verhältnis von 25:75 gemischt. Das Ausbreitmaß ist signifikant gegenüber dem Beispiel 1) aus Tabelle 1 reduziert, was auf die feinteilige Photokatalysatormischung zurückzuführen ist. Damit der Zement eine photokatalytische Wirkung erhält, ist in diesem Fall also eine deutliche Verschlechterung des Ausbreitmaßes und damit der Verarbeitbarkeit in Kauf zu nehmen.
In dem erfindungsgemäßen Beispiel 4) wurde 1 Masseteil Pho¬ tokatalysator mit Flugasche im Masseverhältnis 1:3 in einem In¬ tensivtrockenmischer der Fa. Eirich für 5 Minuten gemischt und anschließend wurde diese erfindungsgemäße Baustoffmischung mit Zement im Masseverhältnis 25:75 gemischt. Das Ausbreitmaß ist trotz der Bereitstellung von photokatalytischen Eigenschaften, welche die von Beispiel 3) sogar übertreffen, ebenso gut verar¬ beitbar wie die Mischung nach Beispiel 1) . Erfindungsgemäß wird also bei gleichbleibender oder sogar verbesserter Verarbeitbarkeit ein Baustoff mit einem effektiven Mehrwert der Schadstoff- reduzierung geschaffen.
Die Zusatzstoffe Hüttensand und Kupferhüttensand ergeben keine derartig positive Wirkung auf die Verarbeitbarkeit, das Ausbreitmass ist deutlich geringer als bei der erfindungsgemäßen Mischung . Obwohl also Hüttensand und Kupferhüttensand allein als
Betonzusatzstoff positiven Einfluss auf das Ausbreitmass und damit die Verarbeitbarkeit haben, ähnlich dem Einfluss der
Flugasche, fallen die positiven Effekte dieser beiden
Zusatzstoffe in Verbindung mit dem Photokatalysator nahezu vollständig weg. Nur die erfindungsgemäße Mischung aus Flugasche und Photokatalysator erhält das Ausbreitmass auf hohem Niveau und ermöglicht gleichzeitig die positiven photokatalytischen Effekte .
Für die Qualität der resultierenden Bauteile, insbesondere für die Oberflächenqualität ist außerdem maßgeblich, welche Packungsdichte mit den jeweiligen Baustoffen erzielbar ist.
Dafür kann für die Ausgangsmaterialien eine Bestimmung der dichtesten Packung ermittelt werden:
Bestimmung der dichtesten Packung nach Puntke (Angabe des
Porenanteils in Vol.-%)
Zusammensetzung Porenanteil
(Vol.-%)
1) Zement (CEM I 42, 5R) 49,8
2) Zement (CEM I 42, 5R) mit Photokatalysator 55,2
(KRONOClean 7000) im Massenverhältnis 3:1
3) Flugasche (steament H4) 35,5
4) erfindungsgemäße Baustoffmischung, enthal40, 0
tend Flugasche (steament H4) und Photokatalysator (KRONOClean 7000) im Massenverhältnis
3:1
5) Kalksteinmehl 39,5
6) Kalksteinmehl und Photokatalysator 55, 8
(KRONOClean 7000) im Massenverhältnis 3:1
7) Basaltmehl 42, 3
8) Basaltmehl und Photokatalysator 63, 8
(KRONOClean 7000) im Massenverhältnis 3:1
9) Hüttensandmehl 46, 0
10) Hüttensandmehl und Photokatalysator 56, 0
(KRONOClean 7000) im Massenverhältnis 3:1
11) Kupferhüttensand 39,2
12) Kupferhüttensand und Photokatalysator 51,6 I (KRONOClean 7000) im Massenverhältnis 3:1 |
Tabelle 2
Wie die Tabelle 2 zeigt, ist die erfindungsgemäße Mischung aus Flugasche und Photokatalysator gemäß Beispiel 4) der Tabelle 2 äußerst dicht zu packen. Der Porenanteil liegt bei dem Wert, den üblicherweise Gesteinsmehle aufweisen.
Diese Beispiele zeigen, dass eine Mischung z.B. gemäß 6) oder 8) aus Tabelle 2 wesentlich schlechter zu verdichten ist. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Gesteinsmehle mit der kantigen Kornform keine vergleichbare Packung erlauben wie die kugelige oder gerundete Flugasche.
Die erfindungsgemäße Mischung verbessert demnach gegenüber
Mischungen aus Gesteinskörnungen (z.B. auch Metakaolin) und Photokatalysator die resultierenden Baustoffeigenschaften auch in dieser Beziehung gegenüber bekannten photokatalytischen Baustoffen. Dichtere Oberflächen bedeuten geringere Angriffsmöglichkei- ten für betonschädigende Stoffe.
Die photokatalytische Wirksamkeit bezüglich des NO-Abbaus wurde in Anlehnung an ISO 22197-1 an den ausgehärteten Prüfkörpern geprüft. Die Prüfkörper wurden nach DIN EN 196 mit einem Zuschlag/Bindemittel-Verhältnis von 3:1 hergestellt. Unter den Masseanteil „Bindemittelanteil" wurden auch die Masseanteile
Flugasche und/oder Photokatalysator mitgerechnet. Die Ergebnisse der Messung des NO-Abbaus zeigt die folgende Tabelle:
NO-Abbau
Zusammensetzung NO-Abbau in %
1) enthält Anteil von Zement (CEM I 42,5 R) , 0,9
der als 100 M% Zement definiert wird
2) enthält bezogen auf 1) 75 M% Zement und 25 1,3
M% Flugasche (steament H4)
3) enthält bezogen auf 1) 75 M% Zement und 10,0
weitere 18,8 M% Zement mit 6,2 M% Photokata¬ lysator (KRONOClean 7000) gemischt
4) mit erfindungsgemäßer Baustoffmischung, 11,6
enthält bezogen auf 1) 75 M% Zement und
18,8 M% Flugasche (steament H4) und 6,2 M%
Photokatalysator (KRONOClean 7000) Tabelle 3
Es zeigt sich, dass bei Einsatz der erfindungsgemäßen Baustoffmischung, Beispiel 4) der Tabelle 3, eine erhöhte photoka- talytische Wirksamkeit auftritt im Vergleich zu der Mischung, welche die gleiche Menge Photokatalysator enthält, allerdings ausschließlich in Zement dispergiert, siehe Beispiel 3) der Ta¬ belle 3. Gleichzeitig weist ein mit der erfindungsgemäßen Bau¬ stoffmischung hergestellter Frischbeton gemäß obiger Darstellung gleich gute oder verbesserte betontechnische Eigenschaften auf im Vergleich zu dem mit reinem Zement, mit Zement und Photokata- lysator oder mit Zement und Flugasche hergestellten Beton (siehe Tabelle 1) .
Die erfindungsgemäße Baustoffmischung bietet einen weiteren Vorteil bei der Verwendung von farblich inhomogenen
Trägermaterialien. Beispielsweise führt der Einsatz von
Flugasche in Beton bekanntlich zu farblich inhomogenen
Oberflächen, so dass solche Zusammensetzungen zur Herstellung von Sichtbetonflächen ungeeignet sind. Der Zusatz von
Titandioxid-Photokatalysator führt zu einer Nivellierung der Farbinhomogenitäten, so dass die erfindungsgemäßen
Baustoffmischungen mit Flugasche insbesondere für die
Herstellung von Sichtbetonoberflächen, Betonfertigteilen,
Pflastersteinen etc. sowie von Innen und Außenputzen besonders geeignet sind.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Baustoffmischung bei der Herstellung von Betonwaren, beispielsweise Betonpflastersteine verwendet werden. Oft werden heutzutage bei Betonpflas¬ tersteinen zwei SchichtSysteme zum Einsatz gebracht, wobei ein Kernbeton von einem Vorsatzbeton bedeckt wird, welcher in Kontakt mit der Umgebung gerät. In diesem Fall kommt der photokata- lytische Betonzusatzstoff in der erfindungsgemäßen Baustoffmischung nur im Vorsatzbeton zum Einsatz, da nur dort Kontakt zur Umgebung besteht. Außerdem kann die Erfindung jedoch in zahlreichen anderen Baustoffen, z.B. Innen- und Außenputzen, Betonfertigteilen oder anderen Betonoberflächen eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Baustoffmischung als Betonzusatzstoff, wobei die
Baustoffmischung einen puz zolanischen Träger und einen
Photokatalysator enthält,
wobei der puz zolanische Träger und der Photokatalysator als Trockenmischung vorliegen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Baustoffmischung eine zementfreie Trockenmischung ist, wobei der Photokatalysator eine Primärpartikelgröße zwischen 2 nm und 100 nm aufweist,
wobei der puz zolanische Träger zu mindestens
90 Gewichtsprozent aus Flugasche einer Korngröße zwischen 0.1 pm und 1 mm besteht,
wobei Träger und Photokatalysator vollständig durchmischt vorliegen, so dass der Photokatalysator wenigstens teilweise auf der Oberfläche des Trägers verteilt vorliegt.
2. Baustoffmischung nach Anspruch 1, wobei der feinteilige Photokatalysator Titandioxid enthält, vorzugsweise in Anatas- form.
3. Baustoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trockenmischung zusätzlich einen Füllstoff mit abweichender Kornform enthält, insbesondere mit scharfkantiger bis angerundeter Kornform.
4. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Trockenmischung ausschließlich aus dem Photokatalysa- tor und dem Träger besteht, mit einem Photokatalysator-Anteil von 5 % bis 50 %, bevorzugt 15 % bis 35 %.
5. Baustoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mittlere Korngröße des Trägers kleiner als 400 pm, vorzugsweise kleiner als 200 pm und besonders bevorzugt kleiner als 50 pm ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer photokatalytischen Baustoffmischung als Betonzusatzstoff, aufweisend die Schritte:
Erstellen einer Trockenmischung aus einem feinteiligen Photokatalysator mit einer Primärpartikelgröße von 2 nm bis 100 nm und einem puz zolanischen Träger,
wobei der puz zolanische Träger zu mindestens 90
Gewichtsprozent aus Flugasche einer Korngröße zwischen 0.1 pm und 1 mm besteht, wobei
der Photokatalysator und der Träger in einem Intensivmischer zu der Baustoffmischung verarbeitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei als feinteiliger Photokatalysator Titandioxid verwendet wird, vorzugsweise in Ana- tasform.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei der Trockenmischung zusätzlich ein Füllstoff mit abweichender Kornform beigegeben wird, insbesondere ein Füllstoff mit scharfkantiger bis angerundeter Kornform.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Trockenmischung ausschließlich aus dem Photokatalysator und dem Träger gebildet wird, wobei ein Photokatalysator-Anteil von 5 % bis 50 %, bevorzugt 15 % bis 35 % eingehalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Körnung des Trägers mit einer mittleren Korngröße des Trägers kleiner als 400 pm, vorzugsweise kleiner als 200 pm und besonders bevorzugt kleiner als 50 pm verwendet wird.
11. Photokatalytische Baustoffmischung für Mörtel oder Be¬ ton, hergestellt durch die Schritte:
Erstellen einer zementfreien Trockenmischung aus einem feinteiligen Photokatalysator mit einer Primärpartikelgröße von 2 nm bis 100 nm und einem puz zolanischen Träger, wobei der puz zolanische Träger zu mindestens 90 Gewichtsprozent aus Flugasche einer Korngröße zwischen 0.1 pm und 1 mm besteht, wobei der Photokatalysator und der Träger in einem
Intensivmischer zu der Baustoffmischung verarbeitet werden.
12. Photokatalytische Baustoffmischung nach Anspruch 11, wobei als feinteiliger Photokatalysator Titandioxid verwendet wird, vorzugsweise in Anatasform und wobei als Träger Flug¬ asche verwendet wird.
13. Photokatalytische Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei der Trockenmischung zusätzlich ein Füllstoff mit abweichender Kornform beigegeben wird, insbesondere ein Füllstoff mit scharfkantiger bis angerundeter Kornform.
EP12784298.7A 2011-11-22 2012-11-15 Baustoffmischung sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung Ceased EP2782884A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12784298.7A EP2782884A1 (de) 2011-11-22 2012-11-15 Baustoffmischung sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20110190174 EP2597073A1 (de) 2011-11-22 2011-11-22 Titandioxid und Flugasche enthaltende Baustoffmischung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
PCT/EP2012/072804 WO2013076014A1 (de) 2011-11-22 2012-11-15 Baustoffmischung sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung
EP12784298.7A EP2782884A1 (de) 2011-11-22 2012-11-15 Baustoffmischung sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2782884A1 true EP2782884A1 (de) 2014-10-01

Family

ID=47172665

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20110190174 Withdrawn EP2597073A1 (de) 2011-11-22 2011-11-22 Titandioxid und Flugasche enthaltende Baustoffmischung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
EP12784298.7A Ceased EP2782884A1 (de) 2011-11-22 2012-11-15 Baustoffmischung sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20110190174 Withdrawn EP2597073A1 (de) 2011-11-22 2011-11-22 Titandioxid und Flugasche enthaltende Baustoffmischung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

Country Status (14)

Country Link
US (1) US9296652B2 (de)
EP (2) EP2597073A1 (de)
JP (1) JP2014533644A (de)
KR (1) KR101916081B1 (de)
CN (1) CN103998391B (de)
AU (1) AU2012342667B2 (de)
BR (1) BR112014011466A2 (de)
CA (1) CA2854068A1 (de)
DE (1) DE212012000163U1 (de)
MX (1) MX2014006012A (de)
MY (1) MY165509A (de)
RU (1) RU2594031C2 (de)
SG (1) SG11201402185YA (de)
WO (1) WO2013076014A1 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6541383B2 (ja) * 2015-03-16 2019-07-10 太平洋セメント株式会社 高流動性フライアッシュの判別方法、およびフライアッシュ混合セメントの製造方法
CN106747105A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 武汉理工大学 一种光催化水泥砂浆及其制备方法
KR101960886B1 (ko) * 2018-11-07 2019-03-21 주식회사 데코페이브 미세먼지 저감 및 대기정화 기능의 고강도 보차도 블록 제조방법
DE102019122616A1 (de) 2019-08-22 2021-02-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Photokatalytisch aktiver Aerogelbeton
DE102019124726A1 (de) * 2019-09-13 2021-03-18 METTEN Consulting GmbH Betonelement und Verfahren zu seiner Herstellung
RU2742785C1 (ru) * 2020-08-03 2021-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) Способ получения цементной композиции
CN112551992B (zh) * 2021-01-15 2022-03-11 福州大学 一种具有光催化作用的人工粗骨料及其制备方法
CN113072338A (zh) * 2021-03-30 2021-07-06 山东京博环保材料有限公司 一种利用fcc废催化剂制备的商品混凝土及其制备方法
RU2769178C1 (ru) * 2021-10-20 2022-03-29 Вера Владимировна Тюкавкина Бетонная смесь

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1286492B1 (it) 1996-08-07 1998-07-15 Italcementi Spa Legante idraulico con migliorate proprieta' di costanza di colore
JP2000117117A (ja) * 1998-10-12 2000-04-25 Mitsubishi Materials Corp 光触媒材料
JP4446318B2 (ja) 1999-01-07 2010-04-07 太平洋マテリアル株式会社 目地材組成物、及び目地材
FI122639B (fi) 2007-05-21 2012-04-30 Cementa Ab Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi
CN100542986C (zh) * 2007-11-15 2009-09-23 南京友西科技有限责任公司 一种用于建材中的掺合料及其制备方法
ITMI20072387A1 (it) 2007-12-19 2009-06-20 Italcementi Spa Compositi fotocatalitici e prodotti derivati a base di biossido di titanio supportato su metacaolino
US8172938B2 (en) * 2008-07-01 2012-05-08 Specialty Concrete Design, Inc. Heat resistant and fire retardant materials and methods for preparing same
IT1391427B1 (it) * 2008-08-01 2011-12-23 Italcementi Spa Compositi fotocatalitici a base di titanio e calcare.
CN101397198A (zh) * 2008-10-30 2009-04-01 上海大学 混凝土用复合掺合料及其制备方法
KR100942990B1 (ko) * 2009-08-10 2010-02-17 대명콘텍 주식회사 재생 기능성 다공성입자를 이용한 콘크리트 구조체 성형용 모르타르의 제조방법 및 그 구조체
KR100981910B1 (ko) 2010-06-15 2010-09-13 대명콘텍 주식회사 수질정화카본콘크리트 구조물
CN102219458B (zh) * 2011-04-02 2013-05-08 河海大学 一种生态混凝土及其制备方法
US20130087076A1 (en) * 2011-10-07 2013-04-11 Boral Material Technologies Inc. Calcium Aluminate Cement-Containing Inorganic Polymer Compositions and Methods of Making Same
US8795428B1 (en) * 2011-10-07 2014-08-05 Boral Ip Holdings (Australia) Pty Limited Aerated inorganic polymer compositions and methods of making same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2013076014A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
SG11201402185YA (en) 2014-09-26
CN103998391B (zh) 2016-10-12
US20140329670A1 (en) 2014-11-06
MX2014006012A (es) 2015-03-20
AU2012342667B2 (en) 2015-08-06
DE212012000163U1 (de) 2014-04-02
US9296652B2 (en) 2016-03-29
RU2594031C2 (ru) 2016-08-10
KR101916081B1 (ko) 2019-01-28
RU2014125059A (ru) 2015-12-27
JP2014533644A (ja) 2014-12-15
WO2013076014A1 (de) 2013-05-30
AU2012342667A1 (en) 2014-05-22
CN103998391A (zh) 2014-08-20
CA2854068A1 (en) 2013-05-30
EP2597073A1 (de) 2013-05-29
BR112014011466A2 (pt) 2017-05-09
KR20140096069A (ko) 2014-08-04
MY165509A (en) 2018-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013076014A1 (de) Baustoffmischung sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung
DE102006051216B4 (de) Verfahren zur Herstellung leichter Gesteinskörnungen, durch diese Verfahren erhältliche leichte Gesteinskörnungen, und Verwendung derselben zur Herstellung von Baustoffen
DE102007027080B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Betonmischungen
AT12291U1 (de) Baustoff mit pflanzlichem zuschlag
WO2016071298A1 (de) Verfahren zur herstellung von granulaten aus zementzusammensetzungen
WO2021032717A1 (de) Photokatalytisch aktiver aerogelbeton
AT396558B (de) Verfahren zur einbindung und verfestigung von festen und flüssigen stoffen mit einem gehalt an schwermetallen
EP1897437A2 (de) Mineralisches Granulat, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung des Granulats
EP1046622B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Baukörpers
EP3696153A1 (de) Zementmischung zur bildung eines ultrahochfesten leichtbetons
DE102007062492B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines zementgebundenen Formsteins und hergestellter Formstein
EP2695865B1 (de) Mineralisches Bindemittel sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung
DE102019124726A1 (de) Betonelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19912652A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels oder eines säurebeständigen Betons
DE2916315A1 (de) Puzzolan-zementmischungen
DE3303042A1 (de) Verfahren zum herstellen bindemittelgebundener formkoerper
DE2820452A1 (de) Aktivator fuer granulierte schlacke
DE202023100087U1 (de) Ein System zur Herstellung von ultrahochfestem Beton
DE1646959B2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelmischung auf Zement- und/ oder Kalk-Grundlage mit einem Gehalt an Filterasche
DE102015121553A1 (de) Porenbeton und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0778248B1 (de) Verwendung eines hydraulisch erhärtenden, feinteiligen Zweikomponentenbinders, für die Immobilisierung der in den Filterstäuben aus der Hausmüllverbrennung enthaltenen Schadstoffe
EP0799167B1 (de) Bauwerkstoff mit geringeren schwindmassen
AT506602B1 (de) Verfahren zur herstellung eines ölbindemittels
WO2023237573A1 (de) Verfahren zur herstellung eines additivs für ein bindemittel oder einen baustoff, additiv für ein bindemittel oder einen baustoff sowie verwendung eines gemisches aus schiefer und wüstensand als additiv für ein bindemittel oder einen baustoff
DE3907809A1 (de) Verfahren zur herstellung von beton und nach dem verfahren hergestellter frischbeton

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20140623

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1196812

Country of ref document: HK

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20151016

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20191126

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: WD

Ref document number: 1196812

Country of ref document: HK