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STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft ein Infrarot reflektierendes Betonprodukt.
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Gattungsgemäße Beton- oder Pflastersteine weisen üblicherweise einen Kern (Kernbeton) und eine Oberflächenschicht (Vorsatzschicht, Deckschicht) auf, die auch als Vorsatzbeton bezeichnet wird. Die Vorsatzschicht ist die sichtbare Schicht des Betonprodukts, die bei einem zu erstellenden Bauwerk das optische Aussehen bestimmt. Die Vorsatz- bzw. Deckschicht wird durch die Zementwahl meist als Weiß- oder Grauzement in Form, Farbe und Größe der Gesteinskörnung, je nach Einsatzgebiet, ausgewählt und kann Pigmentstoffe zur farblichen Gestaltung der Oberfläche enthalten. Dabei kann Pigmentgröße und Gesteinskörnung in Form, Farbe und Größe variierend eingestellt werden. Die Gesteinskörnung wird in der Regel so gewählt, dass eine dichte Kornpackung entsteht und die Vorsatzschicht möglichst wasser- und luftdicht ist. Die Kernschicht ist die nicht sichtbare Schicht unterhalb der Vorsatzschicht, die für das Volumen und Gewichte des Betonprodukts und seine Stabilität verantwortlich ist. Der Kernbeton ist in seiner Rezeptur und Konsistenz meist gröber als die Vorsatzschicht, da der Kernbeton im Einbauzustand das Aussehen des Produkts nicht bestimmt und lediglich den mechanischen Anforderungen genügen muss.
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Aufgrund der vielfachen Verwendung von Beton in der Gebäude- und Straßenarchitektur kommt es, aufgrund zunehmender Sonneneinstrahlung, zu unerwünschten Aufheizeffekten, so dass das Mikroklima innerhalb von Ballungsgebieten, insbesondere in Sommermonaten verschlechtert wird. Hierzu gibt es in jüngster Zeit Bestrebungen, Baustoffe mit einem hohen Infrarot-reflektierenden Anteil zu verwenden, bei dem der sogenannte TSR- oder Albedowert (total solar reflectance) und der SRI-Wert (solar reflectivity index) deutlich über dem von gewöhnlichem Beton liegt. So wird beispielsweise im LEED-Programm (Leadership in Energy and Environmental Design) der US-Regierung der Einsatz von Baumaterialien, die energetisch effizient, wassersparend sowie klimafördernd sind, ausdrücklich erwünscht. In diesem Zusammenhang wird die Entwicklung von wärmereflektierendem Beton mit Nachdruck gefördert.
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Die Verwendung von Infrarot-reflektierenden Pigmenten ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 061 684 A1 für Farbanstriche und Kosmetika bekannt. Des Weiteren ist der Einsatz Infrarot-reflektierender Pigmente für Betonprodukte beispielsweise in der
US 2009 027 2297 A1 offenbart, allerdings weisen diese Infrarot-reflektierenden Pigmente, die einem Beton beigemischt werden können, eine hohe Kerngröße auf und bilden somit einen das optische Erscheinungsbild dominierenden Bestandteil der Fassadenoberfläche. Eine optisch unbeeinflusste Oberflächengestaltung bei hoher IR-Reflektivität ist hierbei nicht möglich.
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In der
EP 1 817 383 B1 ist ein dunkles, flächiges Element mit geringer Wärmeleitfähigkeit und niedriger solarer Absorption beschrieben, bei dem das Trägermaterial eine Mischung aus Zement, Calciumsulfat oder Anhydrid ist, wobei darin Nanopartikel mit Dimensionen kleiner als 100nm eingemischt sein können. Die Nanopartikel können anorganisch sein, und z.B. aus Titandioxid, Zinkoxid oder Metallkolloide bestehen. Diese können im Infrarotbereich eine hohe Reflexion aufweisen.
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Des Weiteren sind aus der
DE 600 03 181 T2 eingefärbte Nanopigmente aus Ton mit einem organischen Farbstoff bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Betonprodukt bereitzustellen, dass ganz oder teilweise innerhalb und/oder außerhalb seiner Matrix infrarotes Sonnenlicht reflektiert, und den solaren Reflektionsgrad (SRI) bzw. den thermischen Emissionsgrad (TSR-/Albedowert) derart erhöht, dass ein übermäßiges Aufheizen des Betonprodukts vermieden werden kann. Dabei soll die Betonmatrix optisch weitgehend unverändert bleiben, so dass ein gewünschtes optisches Erscheinungsbild des Betonprodukts beliebig einstellbar bleibt. Des Weiteren sollen störende sichtbare Lichtreflexionen für das Auge vermindert und das natürliche und herkömmliche Aussehen des Betonprodukts beibehalten werden. Der übermäßige Anteil des IR-reflektierenden Betonprodukts soll mit unveränderter Basisrezeptur, d.h. Zement, Wasser, und Gesteinskörnung herstellbar sein, und sowohl im Aussehen als auch im Aufbau des Kernbeton und auch der Vorsatzschicht beibehalten werden, um einen niedrigen Preis des Betonprodukts beizubehalten.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Infrarot reflektierendes Betonprodukt vorgeschlagen wird, bei dem in der Matrix des Betons infrarot-reflektierende Nanopartikel (18) in einem nicht sichtbaren Größenbereich kleiner 150 nm umfasst sind. In der Matrix des Betons sind somit infrarot-reflektierende Nanopartikel in einem nicht sichtbaren Größenbereich kleiner 150 nm, bevorzugt kleiner 100 nm, insbesondere kleiner 30 nm, und im speziellen zwischen 5 bis 10 nm umfasst. Durch die Zugabe eines Nanokomposits in den Größenordnungen < 150 nm, insbesondere kleiner 100 nm und bevorzugt in den Größenbereich von 5 bis 10 nm können infrarot-reflektierende Partikel beigemischt werden, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, aber eine funktionale Veränderung der optischen Betoneigenschaften erreichen, so dass nicht sichtbare Bestandteile des Sonnenlichtes im Infrarotspektrum reflektiert werden, ohne dass der optische Gesamteindruck des Betonprodukts verändert wird. Somit ist es weiterhin möglich, das optische Äußere des Betonprodukts wunschgemäß anzupassen, beispielsweise in Form, Farbe und Oberflächengestaltung, jedoch thermisch günstige Reflexionseigenschaften zu erreichen.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt somit in der Beigabe von Nanopartikeln, beispielsweise Indium-Zinnoxid (ITO) oder Aluminiumoxid als nanostrukturiertes Komposit in Pulverform mit einer Partikelform von < 150 nm, dass eine sichtbare Transparenz und somit eine Neutralität in Bezug auf Aussehen der Deckschicht gewährleistet. Die Nanopartikel können als Pulver oder als Bestandteil eines dispersiven Systems, wie Feststoffgemisch, Suspension oder Emulsion vorliegen. Die Nanopartikel können in die Zementschlemme des Deckschichtbetons eingemischt werden, und somit eine homogene Durchsetzung des Deckschichtbetons gewährleisten. Solche Betonprodukte können insbesondere Dachziegel- oder Plattenprodukte für eine Bedachung, Hausfassadenbedeckung oder ähnliches sein. Vorteilhafterweise sind solche Betonprodukte dünnwandig ausgestaltet, da die Nanopartikel gleichmäßig im Produktvolumen verteilt sind. Es ist auch denkbar, eine graduelle Variation der Nanopartikel von einer geringeren Verteilung im Volumeninneren zu einer höheren Konzentration an der Oberfläche des Betonproduktes vorzusehen.
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Grundsätzlich kann das Betonprodukt aus einer Zementschlemme mit eingemischten IR-reflektierenden Nanopartikeln hergestellt werden. Erfindungsgemäß umfasst das Betonprodukt zumindest eine Deckschicht aus einem Deckschichtbeton und eine Kernschicht aus einem Kernbeton. In der Matrix des Deckschichtbetons sind infrarot-reflektierende Nanopartikel umfasst, und der Kernbeton ist aus einer gewöhnlichen Zement/Gesteinskörnung/Wasser-Mischung hergestellt. Im Kernbeton kann auf das Beimischen von Nanopartikel verzichtet werden, da der Kernbeton unsichtbar für den Betrachter bleibt. Grundsätzlich kann das Betonprodukt nur aus dem Infrarot reflektierenden Deckschichtbeton gefertigt sein, bzw. aus diesem bestehen, oder es kann ein Hohlblockprodukt sein, dass nur aus dem Deckschichtbeton gefertigt ist. Somit können die Kosten für das Betonprodukt niedrig gehalten werden. Aufbau und Struktur des Kernbetons kann dem bisher bekannten Stand der Technik entsprechen, da im nicht sichtbaren Teil eines Bauwerkes, hier dem Kernbeton, das Sonnenlicht nicht hinein gelangen kann, so dass Nanokomposite nicht hinzugefügt werden müssen. Der Kernbeton weist eine homogene Dichte auf, die meist höher als die der Deckschicht ist und Festigkeit und Steifheit des Betonprodukts dominiert. Die Vorsatzschicht kann entsprechend dünn gehalten werden, um die Beimengung von relativ teuren Nanopartikeln in geringen Mengen kostengünstig zu gestalten. Es ist auch denkbar, dass Kernschichtbeton und Deckschichtbeton mit eingemischten Nanopartikeln die gleiche Dichte aufweisen, so dass ein Betonprodukt mit homogenen mechanischen Eigenschaften bereitgestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist der Deckschichtbeton durch Einmischen der Nanopartikel in eine Zementschlemme hergestellt und auf eine bereits gegossene Kernschicht aufgetragen. Die Zementschlemme ist eine zähflüssige Mischung aus Zement und Wasser und bildet die Grundlage für jeden Beton. In der Zementschlemme für den Vorsatzbeton, der entsprechend der Exponiertheit gegen Wettereinflüsse besonders luft- und wasserdicht ausgestaltet sein kann, können die Nanopartikel bereits während der Herstellung der Zementschlemme eingemischt und auf die Kernschicht aufgegossen werden. Dabei kann die Dicke der Kernschicht frei eingestellt werden. Durch Variation der Einmischung der Nanopartikel können unterschiedliche Reflexionsgrade, beispielsweise für unterschiedliche Ausrichtungen des Betonprodukts gegenüber dem Sonnenverlauf erreicht werden. Auch lässt sich beispielsweise durch eine Strukturierung der Nanopartikeldichte innerhalb des Betonprodukts ein optischer Gesamteindruck eingestellt und eine optische Vorzugswirkung der Infrarotreflexion erreichen, so dass beispielsweise die Rückstrahlung der Infrarotwellen in einem bestimmten Winkel Richtung Himmel und nicht Richtung Erdboden eingestellt werden kann. Die Zementschlemme wird mit Sand, Kies oder anderen Gesteinskörnern vermischt und kann beispielsweise noch mit reinem Quarzsand zur verbesserten Rostschutzwirkung von Stahlarmierungen oder anderen Zuschlagsstoffen beaufschlagt werden. Des Weiteren können Farbpigmente beigemischt werden, um die optische Wirkung des Vorsatzbetons einstellen zu können.
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Des Weiteren ist erfindungsgemäß die Deckschicht gegenüber der Kernschicht derart gestaltet, dass die Kernschicht im Wesentlichen Volumen, Form und Stabilität des Betonprodukts bereitstellt. Dies bedeutet, dass die Kernschicht im Wesentlichen das Betonprodukt ausmacht und nur eine im Verhältnis dünne Vorsatzschicht auf die Oberfläche der Kernschicht aufgetragen wird, die die ökologisch günstigen Eigenschaften aufweist. Hierdurch werden Kosten für die Nanopartikelbereitstellung reduziert und das Volumen des Deckschichtbetons kann gegenüber dem Kernschichtbeton erheblich verringert werden. Das Betonprodukt weist dieselben mechanischen Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Stabilität und Haltbarkeit wie ein herkömmliches Betonprodukt ohne Nanopartikelbeimischung auf, allerdings wird an seiner Oberfläche eine hohe solare Reflexionsrate erreicht.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterentwicklung können die Nanopartikel Glimmer, Metallpulverpigmente und/oder eine metallische Halbleiterverbindung, insbesondere Metall-Oxide oder Metall-Zink-Oxide umfassen. Glimmer sind Schichtsilikate und weisen eine glatte Oberfläche sowie eine hohe optische Reflektivität von Licht im Infrarotbereich auf. Die vorgenannten Materialien ermöglichen eine hohe Reflektivität der Vorsatzschicht im infraroten Spektrum des Sonnenlichts und können bereits in geringen Vorsatzschichtdicken eine verbesserte thermische Reflektivität des Betonprodukts bereitstellen. Aufgrund der geringen Größe der Nanopartikel sind diese für das menschliche Auge nicht sichtbar und beeinflussen beim Beimischen in die Matrix des Deckschichtbetons das optische Äußere nicht.
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In Bezug auf das vorangegangene Ausführungsbeispiel ist es besonders vorteilhaft, dass die Nanopartikel Aluminium-Partikel, Aluminiumoxid-Partikel, Titandioxid-Partikel (TiO2), bevorzugt in Anatas-, Brookit- oder Rutilform, Indium-Zinnoxid-Partikel (ITO), insbesondere aluminiumdotiertes Zinnoxid-Partikel oder Zinkoxid-Partikel oder eine Mischung davon umfassen. Die Mischung kann eine Kombination der vorgenannten Partikel sein, z.B. eine Kombination aus Zinkoxid-Partikel, mit Aluminium-Partikel oder weitere Kombinationen mit zwei, drei oder mehreren verschiedenen Partikeltypen. Insbesondere aluminiumdotierte Zinkoxidpartikel eignen sich hervorragend als Beimischung in die Deckschicht. Metallpulverpigmente in Form von Aluminium bzw. Aluminiumoxiden weisen eine sehr hohe IR-Reflektivität auf, und Titandioxid bietet neben der verbesserten IR-Reflexion einen photokatalytischen Selbstreinigungseffekt. Durch die Bestrahlung mit Sonnenlicht können organische Materialien auf der Oberfläche zersetzt werden. Die entstehenden Betonoberflächen bleiben sauber und wirken antimikrobiell. Bei manchen Oberflächen kann Tröpfchenbildung verhindert werden, so dass mit dem Auge kein Beschlagen dieser Oberfläche sichtbar bleibt. Insbesondere können metallische Halbleiterverbindungen solche photokatalytischen Selbstreinigungseffekte bewirken, da durch von Licht erzeugte Elektronenlochpaare freie Radikale zur Zersetzung organischer Substanzen bereitstellen. Diese Eigenschaften können in den beigemischten Nanopartikeln enthalten bzw. durch geeignete Mischungsverhältnisse hinzugefügt werden.
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Indium-Zinnoxid ITO ist ein halbleitender, in sichtbarem Licht weitgehend transparenter Stoff mit hoher Infrarotreflektivität. Er ist insbesondere zum Aufbau einer Wärmeschutzbeschichtung auf Fensterglas bekannt. Alternativ zu Indium-Zinnoxid können beispielsweise auch SnO2:F, d.h. mit Fluor dotiertes Zinnoxid, ZnO:Al, d.h. mit Aluminium dotiertes Zinkoxid oder SnO2:Sb mit Antimon dotiertes Zinnoxid eingesetzt werden. Die vorgenannten Nanopartikel können vorteilhaft in beliebigen Mischungsverhältnissen zur Ausbildung der verbesserten Eigenschaften des Deckschichtbetons beigemischt werden. ,
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Zementschlemme des Deckschichtbetons zumindest teilweise Polyurethan umfassen. Hierbei ist es denkbar, dass die Zementschlemme vollständig durch eine Polyurethanschlemme gebildet wird, so dass der Zement durch Polyurethan ersetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass die zugegebenen Infrarot-reflektierenden Nanopartikel ohne mechanische Nachbearbeitung für die Reflexion der IR-Strahlen sich an der Oberfläche ansammeln und somit an der Oberfläche in hoher Konzentration vorliegen. Hierdurch wird die Reflektivität der Deckschichtbeton-Oberfläche deutlich verbessert, insbesondere wenn der Anteil des Polyurethan in der Zementschlemme erhöht wird, bzw. wenn Polyurethan den Zement vollständig ersetzt.
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In einer vorteilhaften Weitergestaltung kann zu einer weiterhin verbesserten IR-Reflektivität weiße bzw. hell reflektierende Zusatzstoffe und/oder helle, lichtreflektierende Gesteinskörnungen und Sande den Nanopartikeln und/oder der Zementmatrix, d.h. dem Zement beigemischt werden. Diese Zusatzstoffe können eine Partikelgröße < 100 nm, allerdings auch eine Partikelgröße weit über 100 nm aufweisen, so dass der optische Gesamteindruck durch die Zusatzstoffe beeinflusst wird. Die Gesteinskörnungen und Sande können Bestandteil des Zements sein und verbessern durch ihre helle, reflektierende Färbung die Reflexionswirkung des Deckschichtbetons. Durch die helle Farbgebung der Außenoberfläche wird zusätzlich zu der Infrarot-reflektierenden Nanopartikelwirkung eine verbesserte Infrarotreflektivität, insbesondere an der Oberfläche des Betonprodukts erreicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Gewichtsanteil der Nanopartikel im Deckschichtbeton mindestens 5 bis 30%, insbesondere 8 bis 20 % auf. Durch eine Erhöhung des Gewichtsanteils wird in der Regel die vorteilhafte Wirkung der Infrarot-reflektierenden Nanopartikel verbessert. Allerdings kann bei einem zu hohen Anteil der Nanopartikel der optische Gesamteindruck verändert werden, so dass ein Kompromiss in den vorgegebenen Mengenanteil gefunden werden kann. Mit den angegebenen Mischungsverhältnissen bleibt der Gesamteindruck der Oberflächengestaltung des Betonprodukts erhalten, und durch die infrarot-reflektierende Wirkung kann ein zufrieden stellendes Ergebnis erreicht werden.
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Grundsätzlich können die Nanopartikel aus den vorgegebenen Zusatzstoffen aufgebaut sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein mehrschichtiger Aufbau der Nanopartikel, insbesondere in einer Abfolge Glimmer-Metallpulver/Halbleiterverbindung erfolgen. Bevorzugt sind die Nanopartikel mit Aluminium oder einem anderen Metall, beispielsweise Zink, Zinn, Eisen, Kupfer, Wolfram oder einem anderen Metall dotiert, um eine Verbesserung der Infrarot-reflektierenden Eigenschaften in der Betonmatrix zu bewirken. Durch den mehrschichtigen Aufbau kann neben der verbesserten IR-Reflektivität eine erhöhte Langlebigkeit und chemische Stabilität der Nanopartikel gegen äußere Umwelteinflüsse erreicht werden.
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So können in einer weiterführenden vorteilhaften Ausgestaltung die Nanopartikel eine Beschichtung aufweisen, insbesondere eine Glimmer-Metall- und/oder eine Oxidbeschichtung, beispielsweise eine Beschichtung mit einer durchsichtigen SiO2-Oberfläche. Hierdurch werden die Nanopartikel gekapselt und langlebig chemisch beständig gegen Umwelteinflüsse geschützt. Hiermit kann eine dauerhafte und vorteilhafte IR-Reflektivität des Betonprodukts über Jahrzehnte bereitgestellt werden.
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Grundsätzlich kann die Dicke der Deckschicht beliebig sein. Vorteilhaft kann die Dicke in einer Größenordnung von 3 bis 20 mm, insbesondere 5 bis 10 mm ausgeführt sein. Somit weist bei den meist großvolumigen Betonprodukten die Deckschicht nur einen kleinen Bestandteil der Dicke des Betonprodukts auf, so dass erhöhte Kosten für die Nanopartikel kaum ins Gewicht bezüglich der Gesamtherstellkosten des Betonproduktes fallen. Durch die vorgegebenen Dicken wird selbst bei stark strapazierten Fahrbahn- oder Gehwegsoberflächen mit hohem Oberflächenabrieb eine langlebige und dauerhafte Deckschicht gewährleistet und es kann eine ausreichend hohe Dichte an Nanopartikel aufgebracht werden, um die vorteilhaften Eigenschaften des Betonprodukts aufrecht zu erhalten.
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Des Weiteren ist vorteilhaft möglich, dass die Deckschicht beliebig einfärbbar ist, und die Nanopartikel unabhängig von der Farbgebung für die notwendige Infrarotreflexion, insbesondere bei hoher Konzentration der Nanopartikel an der Oberfläche der Deckschicht sorgen. Da die Nanopartikel optisch unauffällig erscheinen, kann eine beliebige Einfärbung des Decksichtbetons vorgenommen werden, um einen gefälligen optischen Gesamteindruck zu erreichen. So kann die Deckschicht hell, dunkel oder farbig beliebig eingefärbt sein, wobei eine gleichbleibende IR-Reflektivität unabhängig von der Farbgebung erreicht werden kann, und somit ein angepasstes und individuelles Oberflächenerscheinungsbild mit hoher Infrarot-Reflektivität geschaffen werden, so dass das Betonprodukt vielfältig eingesetzt werden kann. Für die Einfärbung kann die Art der Gesteinskörnung variiert und verschiedene Oxide, insbesondere Metall- und Siliziumoxide eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Deckschicht zur Freilegung der Infrarot reflektierenden Nanopartikel mechanisch nachbearbeitet, insbesondere geschliffen, gestrahlt, gefräst oder andersartig aufgeraut werden. Durch eine mechanische Nachbearbeitung können abdeckende Zementschleier und Zementschichten entfernt und die Oberfläche gesäubert werden, so dass die IR-reflektierenden Partikel freigelegt werden können. Auch wird die Oberfläche der Deckschicht aufgeraucht und vergrößert, beispielsweise durch Wasser-Sand- oder Kugelstrahlen, mechanisches Fräsen, Schleifen, Rillieren. Durch Aufrauen wird die effektive Oberfläche der Deckschicht vergrößert, und IR-reflektierende Nanopartikel freigelegt, so dass eine höhere Reflexionsrate erreicht werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform können zusätzliche Nanopartikel vor Aushärtung der Deckschicht in die Oberfläche der Deckschicht eingebracht werden, insbesondere eingeblasen, eingestreut oder andersartig aufgebracht werden. Somit kann eine erhöhte Konzentration von Nanopartikel vor Aushärtung der Deckschicht in die Oberfläche der Deckschicht eingebracht werden und eine graduelle Verteilung der Nanopartikel mit erhöhter Konzentration auf der Oberfläche und abnehmender Konzentration in Richtung Kernbeton erreicht werden, so dass die IR-reflektierende Wirkung auf der Oberfläche deutlich verbessert werden kann. Die Nanopartikel können in die noch nicht vollständig ausgehärtete Deckschicht eingestreut, mit Luftdruck eingeblasen oder eingesputtert bzw. durch ein Gasphasenabscheidungsverfahren in die Oberfläche eingebracht oder adsorbiert werden
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Alternativ kann in einer vorteilhaften Ausführungsform die Deckschicht mit einer flächigen Nanobeschichtung versehen sein. Somit wird auf die Deckschicht eine zusätzliche Nanostruktur aufgebraucht, die beispielsweise superhydrophob, d.h. flüssigkeitsabweisend und flüssigkeitsperlenbildend oder superhydrophil, d.h. flüssigkeitsabweisend und flüssigkeitsfilmbildend, wirken kann. Die Nanobeschichtung kann aufgesprüht oder mechanisch auf der Oberfläche abgetragen werden, wobei auch gängige Adsorptions- und Abscheidungsverfahren angewendet werden können. Somit wird die Deckschichtoberfläche versiegelt und wirkt wasserabweisend, wobei die Oberfläche leicht gereinigt werden kann. Die Nanobeschichtung kann vorteilhaft selbst infrarot-reflektierende Eigenschaften aufweisen bzw. infrarot-reflektierende Nanopartikel enthalten. Die Beschichtung kann ein Anhaften von Sprayfarbe verhindern und gegebenenfalls einen Lotus-Effekt ermögliche, so dass auch Fette, Oele und Säuren abgewiesen werden können. Des Weiteren kann durch die Nanobeschichtung die mechanische Festigkeit und Abriebsfestigkeit der Oberfläche verbessert werden. Die Beschichtung kann in die Gesteinskörnung eindringen und somit eine glatte Oberfläche sowie eine tiefeneindringende Versiegelung des Betonproduktes bewirken.
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Schließlich kann in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel das Betonprodukt als Pflasterstein, als Außenfassadenstein, als Mauerstein oder als Dachziegel ausgeführt sein. Insbesondere bei hohen mechanischen Belastungen, wie bei Fahrbahn- oder Fußwegbepflasterung kann durch Einmischen der Partikel in die Matrix des Decksichtbetons eine hohe Langlebigkeit erreicht werden gegenüber IR-reflektierenden Farbanstrichen oder einer Oberflächenaufbringung Infrarot-reflektierender Partikel.
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In einem nebengeordneten Aspekt betrifft die Erfindung eine Zementmischung, die beispielsweise als Transportbeton verarbeitungsfertig vorliegen kann, oder als Zement beispielsweise als Sackware vorliegt, wobei die Zementmischung infrarot-reflektierende Nanopartikel zur Herstellung eines Deckschichtbetons umfasst. Die Zementmischung ist entsprechend der oben beschriebenen Eigenschaften des Betonproduktes verarbeitungsfertig konfektioniert und verarbeitungsfertig dazu vorgesehen, als Zementschlemme, z.B. gelöst in Wasser zur Herstellung einer Deckschicht des Betonproduktes eingesetzt zu werden. Die Zementmischung ist somit ein wesentliches Element zur Herstellung des Infrarot-reflektierenden Betonprodukts und seine Zusammensetzung bestimmt die reflektierende Wirkung des herzustellenden Betonproduktes. Die dem Zement oder Polyurethan beigemischten Nanopartikel können die vorgenannten Eigenschaften aufweisen und die Mischung kann helle, reflektierende Zuschlagsstoffe enthalten. Die Zementmischung stellt eine verarbeitungsfertige Mischung zur einfachen und kostengünstigen Herstellung beliebiger Betonprodukte bereit, die sowohl vorproduziert als auch unmittelbar an einer Baustelle zur individualisierten Gestaltung eines Betonproduktes verwendet werden können.
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ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 ein Pflasterstein eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Betonprodukts mit vergrößerter Nanostruktur des Deckschichtbetons;
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2 ein Ausführungsbeispiel eines Pultsteins gemäß der Erfindung;
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3 ein Ausführungsbeispiel eines Decksteins gemäß der Erfindung;
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4 ein Ausführungsbeispiel eines Mantelsteins gemäß der Erfindung;
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5 ein Ausführungsbeispiel eines Mauersteins gemäß der Erfindung;
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6 ein Ausführungsbeispiel eines Vollmantelsteins gemäß der Erfindung.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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1 zeigt einen Pflasterstein 10, der aus einer Kernschicht 12 und einer Deckschicht 14 besteht. Die Deckschicht 14 ist aus widerstandsfähigem und abriebsfestem Beton, der luft- und wasserundurchlässig ist, und der eine geringfügige Dicke gegenüber der Kernschicht 12 aufweist. In der Matrix 16 des Deckschichtbetons 12 sind Nanopartikel 18 eingemischt, die Infrarot-reflektierend wirken. Die Nanopartikel 18 haben eine Größe < 150 nm und sind für das menschliche Auge unsichtbar. Durch einen hohen Anteil Nanopartikel 18 bezogen auf die Gesamtoberfläche der Deckschicht kann ein hoher Infrarotreflexionsgrad der Deckschicht 14 erreicht werden. Die Besonderheit des Pflastersteins 10 liegt darin, dass Infrarot-reflektierendes Material beispielsweise Indium-Zinnoxid oder ähnliche Stoffe in dem Deckschichtbeton direkt in die Zementschlemme eingemischt und gleichmäßig verteilt in nanostrukturierter Pulverform zur gezielten Reflexion von Sonnenlicht-Infrarotstrahlung enthalten ist. Die Vorteile eines direkten Einmischens liegen in der kompletten Durchdringung der Zementmatrix 16. Da die Betonoberfläche durch eine Verkehrsabnutzung in ihrer Lebensdauer stark beansprucht wird, sind insbesondere infrarot-reflektierende Oberflächenbeschichtungen ungeeignet, so dass die Einmischung in den Vorsatzbeton eine hohe Langlebigkeit und Witterungsbeständigkeit der Infrarot-reflektierenden Wirkung des Pflastersteins gewährleistet. Die Optik der Betonoberfläche bleibt unbeeinflusst, und durch die Verkehrsbelastung nutzt sich zwar die Vorsatzschicht ab, aber behält ihre infrarot-reflektierende Wirkung bei. Somit wird die gewünschte baubiologische Funktion des Betonprodukts über die gesamte Lebensdauer erhalten.
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Da Indium einen hohen Preis aufweist und nur in geringen Mengen zur Verfügung steht, können andere vergleichbare Metallhalbleiterprodukte beispielsweise Zinnoxid FTO, Aluminiumzinkoxid AZO oder Antimonzinnoxid ATO verwendet werden. Durch die Verwendung von günstigen, bereits schon im Makrobereich eingesetzten Infrarot-reflektierenden Partikeln in nanostrukturierten Bereichen kann ein günstiges wirtschaftliches Betonprodukt bereitgestellt werden. Metallpigmente auf Aluminiumbasis weisen innerhalb der Metalle eine erhöhte Infrarotreflexion auf. Des Weiteren sind Nanopartikel aus Titandioxid, bevorzugt in Anatas- und Rutilform sehr gut geeignet, hohe Infrarotreflexionsfähigkeiten der Vorsatzschicht zu gewährleisten.
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In den 2 bis 6 sind weitere Betonprodukte für verschiedene Einsatzzwecke dargestellt. So zeigt 2 einen Pultstein, wie er beispielsweise als Absatzstein für eine Fahrbahn- oder einen Fußgängerwegübergang dienen kann, und der auf zwei Seiten eine Deckschicht 14 aus Infrarot-reflektierendem Material um einen Kern aus Kernschichtbeton 12 aufweist.
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In 3 ist ein Deckstein dargestellt, wie er beispielsweise als Dachkrone oder als Mauerkrone verwendet werden kann, und der auf der Oberfläche sowie an den beiden Seitenflächen eine infrarot-reflektierende Deckschicht 14 aufweist.
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4 zeigt einen Mantelstein 40, der beispielsweise zum Bau einer freistehende Stehle oder Steinstrebe voll ummantelt mit einer Deckschicht 14 infrarot-reflektierenden Materials umhüllt ist.
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5 zeigt einen Mauerstein 50, wie er zum Aufbau einer Einziegelmauer eingesetzt werden kann, die auf beiden Mauerseiten eine infrarot-reflektierende Beschichtung 14 trägt.
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Schließlich zeigt 6 einen Vollmantelstein 60, wie er universell für alle Verwendungsarten einen Betonprodukts herangezogen werden kann.
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Denkbar ist darüber hinaus der Einsatz eines Betonprodukts als Dachziegelstein, der im Wesentlichen aus einem Kernbeton besteht, und eine dünne Deckschicht mit Infrarot-eingemischten Nanopartikeln 18 enthält, durch die eine Dachfläche nur gering aufgeheizt und die Masse an Wärme wieder zurück in die Atmosphäre geworfen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005061684 A1 [0004]
- US 20090272297 A1 [0004]
- EP 1817383 B1 [0005]
- DE 60003181 T2 [0006]