DE102007001759A1

DE102007001759A1 - Beton als Keramikalternative

Info

Publication number: DE102007001759A1
Application number: DE200710001759
Authority: DE
Inventors: Alexa Lixfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2008-07-17

Abstract

Es handelt sich um eine innovative Anwendung des zum High-Tech-Werkstoff avancierten Werkstoffes Beton als Alternative zum Einsatz von Keramik. Die durch die durchgeführten Materialversuche gewonnenen Erkenntnisse zeiten, daß es grundsätzlich möglich ist, Beton als alternativen Werkstoff für Keramik einzusetzen. Neue Hochleistungsbetone haben wenig mit den Leistungsmerkmalen und der typischen Gestalt von klassischem Beton überein. Es konnte aufgezeigt werden, daß es möglich ist, sehr filigrane und dünnwandige, "keramikartige" Objekte aus Beton zu erstellen. Hochleistungsbeton stellt einen hochdichten und hochfesten Werkstoff dar. Durch das Verwenden einer entsprechenden Form ist es unter anderem möglich, eine hochglänzende Oberfläche zu erzeugen, die für den Werkstoff Beton neuartig ist. Neben Anwendungen im Kontext Tableware (Geschirr, Schalen, Vasen etc.) wird Keramit im Produktbereich in Küche und Bad (Spüle, Waschbecken, Duschwanne, WC etc.) ebenso wie als Boden- und Wandbelag (Fliesen, Kacheln, Fassaden, Ziegel) genutzt. Durch die Verwendung und Kombination von Hochleistungsbeton, Oberflächenoptimierung und Beschichtung wird es möglich die oben genannten Anwendungen von Keramik alternativ in Beton auszuführen. Durch die Verwendung von Beton kann der Produktionsprozeß um die beiden bei Keramiken notwendigen Brennvorgänge verkürzt werden, wodurch Energie- und somit Umwelt- und Kostenaufwand reduziert werden könnten. Durch den einfachen Produktionsprozeß ohne ...

Description

Problem:
Bisherige Versuche, Beton als Werkstoff im Produktdesign zu verwenden, führten durch einzuhaltende Mindestwanddicken von ca. 3 cm zu äußerst massiven, somit schweren und in ihrer Formensprache limitierten Objekten. Da Keramiken oftmals sehr dünnwandig verarbeitet werden, mußte eine Beton-Rezeptur gefunden werden, die annähernd filigran verarbeitet werden kann. Dazu kommen je nach Einsatzgebiet Anforderungen an die Betonoberfläche wie glatt, lebensmittelecht, geschmacksneutral, kratzfest, leicht zu reinigen, hitzebeständig oder wasserabweisend, welche untypisch für Beton sind.
Der Vorteil von Beton als Alternative zu Keramik liegt in der ökologischen Unbedenklichkeit des Betons, der einfachen, kostengünstigen Verarbeitung und Freiheit in der Formensprache. Auch das aufwendige und teure, mitunter mehrfache Brennen von Keramik (was auch die Gestaltung limitiert) kann ganz eingespart werden.
Wie auch die verschiedenen Keramiken beschichtet werden müssen, um gegen Feuchtigkeitsaufnahme und Flecken geschützt zu werden (was üblicherweise durch eine Glasur geschieht) mußte auch für den Beton eine geeignete Beschichtung gefunden werden, um Feuchtigkeitsaufnahme, Flecken und seine Empfindlichkeit gegen Säuren vorzubeugen, sowie im Kontakt mit Lebensmitteln eine Barriere gegen seinen hohen pH-Wert zu bilden.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß Beton als Alternative für Keramik eingesetzt werden kann.
Hochleistungsbeton (Überbegriff für BPR, RPC, UHFB, UHPC, etc.)
Hochleistungsbeton ist besonders gefügedichter Beton. So werden praktisch keine Kapillarporen mehr aufgezeigt (bei wärmebehandeltem UHPC (engl. Ultra High Performance Concrete) werden beispielsweise Kapillarporenanteile zwischen 1,5 und 1,8 Vol.-% erreicht, wobei ein normalfester Beton üblicherweise 15 Vol.-% aufweißt). Aufgrund dieser Eigenschaft ist Hochleistungsbeton und seine Oberfläche hochdicht.
Aufgrund der enormen Festigkeit des Materials – bei UHPC beispielsweise zehnmal größer als die von herkömmlichem Beton und z. B. nach drei Tagen Reaktionszeit bereits fünfmal fester als ein selbstverdichtender Beton nach 28 Tagen, ist es möglich ihn sehr filigran zu verarbeiten. Durch die Dichtigkeit und Festigkeit handelt es sich um einen geeigneten Werkstoff im Einsatz als Alternative für Keramik.
Oberflächenoptimierung
Es wird eine Negativform erstellt (beispielsweise mittels einer CNC-Fräse), welche als Tiefziehform dient. Hierin entsteht die tiefgezogene Negativform (beispielsweise aus PVC Tiefziehfolie), welche eine glatte Oberfläche zeigt. In diese Negativform wird der Frischbeton eingebracht. Nach dem Entschalen des Betons ist das Ergebnis eine hochglänzende Betonobjekt-Oberfläche.
Die Kombination von Hochleistungsbeton mit einer glatten Schalung/Negativform ermöglicht für Beton untypisch hochglänzende Oberflächen. Diese Oberflächen sind hochdicht und weisen keine Poren auf. Es ergeben sich interessante Gestaltungsfreiräume durch diese für Beton neue Oberflächenstruktur.
Plasmapolymere Beschichtung
Durch die Plasmatechnik können Oberflächen in einem durchgehenden Prozeß gereinigt, aktiviert und beschichtet werden. Das Plasma ist ein hochreaktives Gas, welches neben Elektronen und UV-Strahlung neutrale, angeregte und ionisierte Teilchen enthält. Durch die Art des Entladungsgases wird der Oberflächeneffekt bestimmt. Die hauchdünnen durch das Plasma abgeschiedenen Schichten können unterschiedliche Eigenschaften haben, welche miteinander kombiniert werden können. Dazu zählen Kratzfestigkeit, Schmutzabweisung, Korrosionsschutz und Antihaft-Beschichtungen. Die plasmapolymere Beschichtung zeichnet sich zudem durch eine hohe chemische, mechanische und thermische Stabilität aus. Die Substrate werden bei dem Beschichtungsprozeß thermisch und mechanisch nicht belastet, jedoch dem Vakuum ausgesetzt. Der Prozeß ist sehr umweltverträglich.
Da bei einer plasmapolymeren Beschichtung eine sehr dünne Schicht abgeschieden wird, ist es wichtig, ein Substrat – hier Beton Schalen, Kacheln, etc. – mit einer sehr glatten Oberfläche zu verwenden. Poren, Kratzer u. ä. würden von der Beschichtung nicht gefüllt werden. Die Beton-Materialproben werden mit einer plasmapolymeren hydrophoben Beschichtung versehen und zeigen gute Ergebnisse. Es ist deutlich zu erkennen, wie Wassertropfen abperlen bzw. mit einer großen Oberflächenspannung auf dem Substrat stehen.
Das besonders interessante dieses Verfahrens ist die Möglichkeit, unterschiedliche Oberflächeneigenschaften zu kombinieren und innerhalb eines Prozesses zu erzeugen (hydrophob, lebensmittelecht, easy-to-clean, stark herabgesetzte Empfindlichkeit gegen Laugen und Säuren). Aufgrund der nanoskaligen Schichtdicke verändert sich die Oberflächenoptik und -haptik nur unmerklich, was die Optik und Haptik des Betons in den Vordergrund treten läßt.

Claims

Beton als Keramikalternative ist dadurch gekennzeichnet, daß durch die enorme Festigkeit und Dichtigkeit von Hochleistungsbeton (Überbegriff) es möglich ist ihn sehr filigran und dünnwandig zu verarbeiten.
Beton als Keramikalternative nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß hier die Kapillarporenanteile nur noch zwischen 1,5 und 1,8 Vol.-% liegen, wodurch geschlossene, dichte Oberflächen möglich sind.
Beton als Keramikalternative nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Negativform erstellt wird (z. B. mittels CNC-Fräse), welche als Tiefziehform dient. Die tiefgezogene Negativform (z. B. PVC Tiefziehfolie) zeigt eine glatte Oberfläche, in die der Frischbeton eingebracht wird.
Beton als Keramikalternative nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß mittels dieser glatten Schalung/Negativform eine für Beton untypisch hochglänzende Oberfläche entsteht. Diese Oberflächen sind hochdicht und weisen keine Poren auf.
Beton als Keramikalternative nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß die Betonobjekte plasmapolymer beschichtet werden. Die hauchdünnen durch das Plasma abgeschiedenen Schichten können unterschiedliche Eigenschaften haben, welche miteinander kombiniert werden können. Dazu zählen Kratzfestigkeit, Schmutzabweisung, Korrosionsschutz und Antihaft-Beschichtungen. Die plasmapolymere Beschichtung zeichnet sich zudem durch eine hohe chemische, mechanische und thermische Stabilität aus. Hierdurch wird die Betonoberfläche vor Feuchtigkeitsaufnahme, Flecken und seine Empfindlichkeit gegen Säuren geschützt und stellt im Kontakt mit Lebensmitteln eine Barriere gegen seinen hohen pH-Wert dar.