DE102009052402A1

DE102009052402A1 - Bindemittel für mineralische Baustoffe und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102009052402A1
Application number: DE102009052402A
Authority: DE
Inventors: Jens Wolfram
Original assignee: GEOMIX GESELLSCHAFT fur MINERALISCHE BAUSTOFFE UG; GEOMIX GES fur MINERALISCHE BAUSTOFFE UG; Geomix Gesellschaft fur Mineralische Baustoffe Ug
Current assignee: GEOMIX GESELLSCHAFT fur MINERALISCHE BAUSTOFFE UG; GEOMIX GES fur MINERALISCHE BAUSTOFFE UG; Geomix Gesellschaft fur Mineralische Baustoffe Ug
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-12
Also published as: WO2011057605A4; WO2011057605A3; WO2011057605A2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Bindemittel für mineralische Baustoffe wie Sand, Kies, Splitt o. dgl., das aus einem natürlichen hydrokolloiden Stoff und einem natürlich gewonnenen Latex als Stabilisator besteht sowie einem Verfahren zur Herstellung dieses Bindemittels. Erfindungsgemäß wird das Bindemittel aus der Pflanze des Taraxacum officinalis oder der Sonchus-Disteln oder des Dipsacus silvestris durch folgende Schritte hergestellt: - Reinigen der Pflanzen, - Zerkleinern der Pflanzen und - Abtrennen der flüssigen Bestandteile. Das erfindungsgemäße Bindemittel hat den Vorteil, dass es als eigenständige Komponente in flüssiger Form einsetzbar ist. Dadurch kann es noch einfacher verarbeitet werden, da es lediglich auf die mit dem mineralischen Material vorbereitete Fläche bzw. ausgefüllten Fugen aufgebracht zu werden braucht. Aufgrund seiner auf einfache Weise zu gewinnenden Ausgangsmaterialien und seines einfachen Herstellungsverfahrens ist es preisgünstiger als die derzeit auf dem Markt angebotenen vergleichbaren Bindemittel.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Bindemittel für mineralische Baustoffe wie Sand, Kies, Splitt o. dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung des Bindemittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Zur dauerhaften Verbindung und Verfestigung von im Verkehrsflächenbau verwendeten mineralischen Baustoffen werden Bindemittel mit dem Baustoff in Verbindung gebracht, die alleine oder nach Zugabe von Wasser zu dem Gemisch eine Aushärtung des Gemischs bewirken, so dass ein fester bis betonartiger Verbund entsteht. Solche Baustoff-Bindemittel-Gemische werden sowohl zur Herstellung homogener Fahrbahnoberflächen als auch zum Verfugen gepflasterter oder gefliester Flächen oder ganz allgemein zur Bodenstabilisierung verwendet.
Die Bindemittel werden entweder als eine separate Komponente oder bereits im Gemisch mit einem mineralischen Baustoff angeboten, wobei im letztgenannten Fall nach dem Auf- bzw. Einbringen des Gemisches noch eine Starterkomponente, z. B.
Wasser, den Aushärtungsprozess auslösen muss. Neben einer einfachen Verarbeitung sowie der Erzielung einer hohen Festigkeit im Gemisch mit mineralischen Baustoffen werden an die Bindemittel noch folgende weitere Forderungen gestellt: sie sollen möglichst wasserdurchlässig und beständig gegen Fäulnis, mechanischen Austrag oder Auswaschung sein, den Pflanzenwuchs auf den Verkehrsflächen hemmen und weitgehend resistent gegen Insektenbefall sein. Sich bildende Risse sollen sich selbsttätig wieder verschließen. Ein wesentliches Kriterium sowohl für das Bindemittel als auch die Starterkomponente besteht darin, dass sie auf ökologischer Basis hergestellt sein und mit dem Ökosystem der Umgebung harmonieren sollen, d. h. eine natürliche Herkunft haben und in der Anwendung keine schädlichen Umwelteinflüsse ausüben sollen. Schließlich sind eine reversible Verwendung, also ein einfacher Rückbau eine problemlos Entsorgung sowie ggf. eine Wiederverwendung des Baustoffgemisches gewünscht.
Den überwiegenden Teil dieser Eigenschaften erfüllen die Produkte der Firmen STABILIZER und ENVIROBOND mehr oder weniger gut, wobei die Produkte sowohl als Flächenmaterial ( WO 97/27368 ) als auch als Fugenmaterial ( WO 2006/029539 ) angeboten und verwendet werden. Das Bindemittel bestehen aus einem organischen hydrokolloiden Stoff, vorzugsweise Psyllium, der wasserdurchlässig ist und für eine kontinuierliche Selbstinstandsetzung der Fugen sorgt, d. h. dass entstandene Risse sich bei Feuchtigkeit selbständig schließen. Bei Regen wird die Fuge also flexibel und erlangt nach Durchtrocknung ihre vorherige Festigkeit.
Zur Erhöhung der Festigkeit des Fugenmaterials und zur Verhinderung von Fäulnis ist dem Binder Kalk beigemischt. Gleichzeitig erhöht sich dadurch auch der pH-Wert des Fugenmaterials, wodurch eine herbizide Wirkung gegen Unkrautwuchs erreicht wird. Um die Wasseraufnahme zu verbessern kann dem Bindemittel auch noch Sodaasche zugefügt sein ( WO 2006/029539 ).
Der Nachteil dieses an sich sehr guten Baustoff-Bindemittel-Gemisches besteht hauptsächlich in seinem verhältnismäßig hohen Preis. Das liegt einerseits an seinem teuren Hauptbestandteil Flohsamen (Psyllium), einer unter speziellen Bedingungen anzubauenden Pflanze und zum andern in seiner Lieferform, nämlich nur im Gemisch mit den mineralischen Materialien, die den Hauptbestandteil des Baustoffs ausmachen und durch die „Veredelung” mit dem Bindemittel unverhältnismäßig verteuert sind. Außerdem ist der Verbraucher immer an Körnung und Farbe der verwendeten mineralischen Grundmaterialien gebunden, wobei nach einiger Zeit sogar Verfärbungen des Materials eintreten. Nachteilig ist ferner, dass die Verarbeitung des Fertigprodukts nur als Schüttgut möglich ist. Das wiederum setzt eine trockene Oberfläche voraus um zu verhindern, dass das Gemisch bereits auf der Oberfläche der Steine quillt und dadurch an diesen anhaftet. Auch bei der Lagerung des Gemisches muss der Zutritt von Feuchtigkeit vermieden werden.
Ein anderer Nachteil besteht darin, dass das Bindemittel auch bei Zugabe von Kalk nur eine begrenzte Festigkeit erlangt, so dass seine Anwendung auf weniger beanspruchte Verkehrsflächen wie den privaten Bereich, Fuß- und Radwege beschränkt bleibt. Da Kalk bei Zutritt von Feuchtigkeit leicht ausgewaschen werden kann, besteht die Gefahr, dass das Gemisch über die Zeit an Festigkeit verliert.
Schließlich ist auch die beschränkte Wirkung von Kalk als Herbizid zu nennen. Kalk erhöht zwar den pH-Wert des Bindemittels in einen neutralen bis leicht basischen Bereich. Das reicht aber lediglich dazu aus, um einen Bewuchs mit Moosen und einigen wenigen Pflanzen zu verhindern. Die meisten insbesondere hartnäckigen Unkräuter wie z. B. Vogelmiere gedeihen auch auf neutralen Untergründen. Ein Ansamen von Unkräutern wird in den meisten Fällen durch Kalk nicht verhindert.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Das erfindungsgemäße Bindemittel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 weist sämtliche vorteilhafte Eigenschaften der bereits auf dem Markt von STABILIZER und ENVIROBOND angebotenen Produkte insbesondere hinsichtlich natürlicher Herkunft und Selbstinstandsetzung auf. Seine Bestandteile sind alle natürlichen Ursprungs, d. h. sie werden auf pflanzlicher Basis gewonnen, und harmonieren mit dem Ökosystem der Umgebung, in der sie eingesetzt werden. Darüber hinaus hat es aber noch den Vorteil, dass es als eigenständige Komponente in flüssiger Form einsetzbar ist. Dadurch ist eine noch einfachere Verarbeitung möglich, da es lediglich auf die mit dem mineralischen Material vorbereitete Fläche bzw. ausgefüllten Fugen aufgebracht zu werden braucht. Während bisher zu viel aufgebrachtes Gemisch, insbesondere wenn es feucht geworden ist, in der Regel unbrauchbar wurde, zumindest aber nicht mehr schütt- oder rieselfähig war bzw. am Untergrund oder an den Steinen anhaftete, ist hingegen durch eine entsprechende Dosierung beim Aufbringen des erfindungsgemäßen Bindemittels ein sparsamer Umgang auf einfache Weise möglich. Eine Reinigung der gepflasterten bzw. gefliesten Fläche von dem Bindemittel ist quasi nicht erforderlich, da es lediglich einen dünnen durchsichtigen Film auf den Steinen bzw. Fliesen bildet, der sich durch Begehen oder Befahren ohnehin abreibt. Ansonsten ist er durch Abspülen mittels Wasser ebenfalls leicht zu entfernen.
Darüber hinaus erhält der Anwender dadurch, dass der Binder als eigenständige Komponente vorliegt, eine freie Auswahl des mineralischen Grundmaterials. Es treten keine Verfärbungen auf, das Gemisch ist jederzeit reversibel und kann mit gleichen mineralischen Baustoffen ergänzt und erweitert werden.
Vorteilhaft ist ferner, dass mit dem aus den zu der Pflanzenfamilie der Asteraceae gehörenden Pflanzen gewonnenen Naturlatex der Binder eine höhere Härte und damit längere Lebensdauer der Oberfläche bzw. der Fugen gewährleistet. Dadurch kann er auch auf stärker als Fuß- und Radwege beanspruchten Fahrbahnen eingesetzt werden. Das insgesamt sauer eingestellte Milieu des Binders verhindert bzw. erschwert das Keimen von Samen, so dass Oberflächen bzw. Fugen frei von unerwünschtem Bewuchs bleiben. Auch der Insektenbefall wird sowohl durch das saure Milieu als auch durch die höhere Härte des abgebundenen Baustoffs zumindest erschwert.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Stabilisator aus dem Naturlatex der Pflanze Taraxacum officinalis (Löwenzahn). Löwenzahn ist eine ausgesprochen genügsame und robuste Pflanze, so dass sie auch auf kargen Böden angebaut werden kann. Länger anhaltende Trockenheit macht ihr aufgrund ihrer tief in den Boden ragenden Pfahlwurzel nichts aus. Sie bedarf quasi keiner weitern Pflege, z. B. ist eine Unkrautbekämpfung nicht erforderlich, so dass ihr Anbau problemlos ist. Damit kann dieses Ausgangsmaterial für das Bindemittel sehr preisgünstig gewonnen werden.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Stabilisator aus dem Naturlatex der Sonchus-Disteln oder der Dipsacus silvestris, beide auch unter den volkstümlichen Namen Saudistel, Gänsedistel oder Milchdistel bekannt (siehe www.heilkraeuter.de/lexikon/gaensedistel). Zu den Sonchus-Disteln zählen Sonchus oleraceus (weiche Saudistel), Sonchus asper (raue Saudistel) und Sonchus palustris (Sumpf-Saudistel). Diese Saudisteln sind wie der Löwenzahn eine genügsame und Trockenheit vertragende Pflanze. Da sie aber gegenüber dem Löwenzahn einen üppigeren Wuchs haben, ist ihr Ertrag pro Hektar größer, d. h. für die gleiche Menge Pflanzenmasse wird eine kleinere Anbaufläche benötigt. Auch diese Pflanzen erfordern aufgrund ihrer Genügsamkeit keinen großen landwirtschaftlichen Aufwand bei Anbau, Pflege und Ernte, so dass sie ähnlich preisgünstig wie der Löwenzahn als Ausgangsmaterial für das Bindemittel zu Verfügung stehen.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Zellulose aus denselben Pflanzen gewonnen wie der Naturlatex für den Stabilisator. Dadurch kann das Bindemittel vollständig aus ein und derselben Pflanze hergestellt werden, was die Herstellung des Bindemittels wesentlich vereinfacht, so dass auch hierdurch ein Preisvorteil gegenüber den gegenwärtig angebotenen Bindemitteln erreicht wird.
Zwischen den o. g. Pflanzen wachsende Beikräuter oder Gras mindern die Qualität des Bindemittels nicht, im Gegenteil sie erhöhen den Anteil von Kieselsäure und Gerbsäure im Bindemittel, die das bereits durch das Zellgewebe der Nutzpflanzen, also des Löwenzahns bzw. der Saudistel, bedingte saure Milieu noch verstärken und dadurch dem Bindemittel die für den Wege- und Straßenbau sehr nützliche Eigenschaft verleihen, das Ankeimen von Samen zu erschweren, so dass bei mit dem Bindemittel versehenen Flächen und Fugen der Unkrautbewuchs eingedämmt ist.
Eine Verstärkung des Effekts der Verhinderung des Ankeimens von Samen wird noch dadurch erreicht, dass das Bindemittel zusätzlich einen natürlichen Keimhemmer, z. B. Natriumchlorid oder Kaliumchlorid, enthält. Diese Salze senken den pH-Wert des Bindemittels von 4 auf 2, herab. In diesem sauren Bereich ist das Ankeimen von Samen auf der Oberfläche bzw. den Fugen sehr erschwert, so dass Unkrautbewuchs noch weiter eingeschränkt wird. Da sich die Salze in kristalliner Form in das Zellulosegitter einbauen, werden sie nicht ausgewaschen und haben, im Unterschied zu Kalk als herbiziden Zusatz, Langzeitwirkung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Bindemittels mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 7 lässt sich das Bindemittel auf sehr einfache Weise und damit sehr ökonomisch herstellen, was sich zusätzlich zu den billigen Rohstoffen auf eine günstige Preisgestaltung auswirkt. Sämtliche Bestandteile des Bindemittels, die die im Stand der Technik genannten günstigen Eigenschaften der bekannten, aus nativen Ausgangsmaterialien hergestellten Bindemittel bewirken, werden aus ein und derselben Pflanze durch Abtrennen ihrer flüssigen Bestandteile gewonnen. Dabei ist die Zusammensetzung des Bindemittels durch die Zusammensetzung der jeweils verwendeten Pflanzen vorgegeben, so dass seine Herstellung weder einer speziellen Rezeptur noch des Mischens von verschiedenen Ausgangstoffen bedarf.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Flüssigkeit durch mikrofeines Zentrifugieren von der Pflanzenmasse abgetrennt. Der Trennung mittels einer Zentrifuge ist aufgrund des Erreichens einer hohen Ausbeute in kurzer Zeit gegenüber anderen Trennverfahren der Vorzug zu geben. Auch der Energieaufwand ist im Vergleich zu den ebenfalls möglichen Trennverfahren, wie Destillation oder Vakuumverdampfen, geringer.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der zerkleinerten Pflanzenmasse vor dem Trennprozess Wasser zuzugeben. Über die Zugabe von Wasser kann die Konzentration des Bindemittels eingestellt werden. Ohne Wasserzugabe erhält man das Bindemittel quasi als Konzentrat in einer zähflüssigen Konsistenz. Vor seiner Anwendung wird es verdünnt. Es kann aber auch bereits bei seiner Herstellung durch die Zugabe einer bestimmten Menge von Wasser auf seine spätere Anwendung eingestellt werden, d. h. es ist nach dem Trennprozess einsatzfertig. Die Menge des zugegebenen Wassers bestimmt die Festigkeit des Baustoff-Bindemittel-Gemischs und natürlich auch seine Wasserdurchlässigkeit.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dem Bindemittel ein die Keimfähigkeit von Samen minderndes Mittel, beispielsweise Natriumchlorid oder Kaliumchlorid, zugegeben. Die Zugabe der Salze ist bei jedem Schritt des Verfahrens möglich.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nach dem Reinigen der geernteten Pflanzen werden diese gehäckselt. Den zerkleinerten Pflanzen wird Wasser in einer Menge von 50% bis 100% der Pflanzenrohmasse zugesetzt. Die Flüssigkeit wird ohne ein längeres Stehen des Pflanzen-Wassergemischs durch mikrofeines Zentrifugieren von den Pflanzenbestandteilen getrennt und mit ca. 7 bis 8 Vol.-% Natriumchlorid versetzt. Nach einem gründlichen Durchmischen wird die Flüssigkeit abgefüllt. Damit ist das Bindemittel einsatzbereit. In der Regel wird es in einem Verhältnis von 1:10 den mineralischen Baustoffen zugegeben.
Wenn gewünscht kann das Bindemittel auch in körniger Form angeboten werden. Dazu ist seine Trocknung erforderlich, die beispielsweise in einer Wirbelschicht erfolgen kann.
Das fertige Bindemittel wird zur Bodenstabilisierung in allen Schichten des jeweiligen Straßenbauwerks eingebracht. So ist es möglich, den vorhandenen Boden als nachhaltig stabilisiertes Planum zu nutzen.
Auf die wie vor beschriebene Bodenstruktur wird dann ein Oberbau, z. B. eine Wegedecke aus mineralischen Stoffen, wie Lava oder sonstigen Kies-Sand und Splittgemischen, hergestellt. Die Deckschicht kann als eine wassergebundene Wegedecke hergestellt werden. Entsprechend der Belastung erfolgt der Einbau in ein- oder mehrschichtigen Verfahren in einer Stärke von 4–30 cm. Bei kleineren Flächen erfolgt der Einbau der Wegedecke manuell und bei größeren Flächen mit einem Fertiger. Im Anschluss an den wie vor beschriebenen Einbau der Wegedecke wird das erfindungsgemäße flüssige Bindemittel entweder manuell oder mittels einer Fräse, z. B. einer Xerion Mulitrac, in die obere Schicht eingebracht, gewässert und anschließend gewalzt oder anderweitig verdichtet. Nach Trocknung der Fläche ist eine flexible Wegedecke mit einer sehr hohen Tragfähigkeit und einer unverändert wasserdurchlässigen Struktur auf rein ökologischer Basis entstanden, da sämtliche verwendeten Materialien natürlichen Ursprungs sind.
Die andere bereits bekannte Anwendung von mit Bindemitteln versehenen Baustoffen ist das Verfugen und das nachträgliche Verfugen von modularen Flächen. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer wasserdurchlässigen Fuge für bestehende und neu zu erstellende Fugen sehr einfach, da lediglich das erfindungsgemäße flüssige Bindemittel auf der zu verfugenden Fläche ausgebracht wird bis die Fugen gesättigt sind. Dabei richtet sich die einzusetzende Menge an Bindemittel nach der Breite, Tiefe und Beschaffenheit der Fugen. Eine Übersättigung der Fugen ist quasi nicht möglich. Nach Austrocknung der Fuge ist eine sehr stabile, wasserdurchlässige aber auch noch flexible Fuge vorhanden, die zudem nach erneuter Durchfeuchtung evtl. aufgetretene Dehnungsrisse in der Oberfläche wieder ausgleicht und den Fugenschluss wieder herstellt. Die so hergestellte Fuge ist jederzeit reversibel und kann mit gleichen mineralischen Baustoffen ergänzt und erweitert werden.
Alle in der Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 97/27368 [0005]
WO 2006/029539 [0005, 0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.heilkraeuter.de/lexikon/gaensedistel [0014]

Claims

Bindemittel für mineralische Baustoffe, bestehend aus einem natürlichen hydrokolloiden Stoff und einem natürlich gewonnenen Latex als Stabilisator, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrokolloide Stoff mikrokristalline Cellulose ist und der Stabilisator aus dem Naturlatex einer zu der Pflanzenfamilie der Asteraceae gehörenden Pflanzen stammt.
Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator aus dem Naturlatex der Pflanze Taraxacum officinalis besteht.
Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator aus dem Naturlatex der Sonchus-Disteln oder des Dipsacus silvestris besteht.
Bindemittel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrokristalline Cellulose aus der Zellulose derselben Pflanzen besteht, aus denen auch der Stabilisator gewonnen wird.
Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel zusätzlich ein die Keimfähigkeit von Samen minderndes Mittel enthält.
Bindemittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Keimfähigkeit von Samen mindernde Mittel Natriumchlorid ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bindemittel für mineralische Baustoffe, das aus einem natürlichen hydrokolloiden Stoff und einem natürlich gewonnenen Latex als Stabilisator besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus der Pflanze des Taraxacum officinalis oder der Sonchus-Disteln oder des Dipsacus silvestris durch folgende Schritte hergestellt wird: – Reinigen der Pflanzen, – Zerkleinern der Pflanzen und – Abtrennen der flüssigen Bestandteile.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen der Flüssigkeit durch mikrofeines Zentrifugieren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerten Pflanzenmasse vor dem Trennprozess Wasser zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel ein die Keimfähigkeit von Samen minderndes Mittel zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel als die Keimfähigkeit von Samen minderndes Mittel Natriumchlorid zugegeben wird.