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Hintergrund für die
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erlangen von Unkrautbekämpfungseigenschaften bei
Fugenfüllsand durch Beimengung von langsam löslichen
natürlichen Mineralien oder umweltverträglichen Industrieabfällen.
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Fugenfüllsände
werden allgemein verwendet, um die Oberfläche von Pflasterungen,
ob diese nun aus natürlichen oder industriell hergestellten
Pflastersteinen angefertigt sind, fertig zu bearbeiten und teilweise
zu versiegeln. Der Zweck des Fugenfüllsandes ist, die Lücken
in den Fugen zu füllen und gleichzeitig der fertig bearbeiteten
Oberfläche unter Beibehaltung ihrer Elastizität
eine hinreichende Belastungsfestigkeit zu verleihen. Als immer wiederkehrendes
Problem können Fugenfüllsände im Allgemeinen
auch als Substrat für Pflanzen- und Pilzwachstum fungieren.
Höhere Pflanzen, Algen und Flechten sind streng betrachtet
Unkräuter (= unerwünschtes Pflanzenwachstum),
außer in manchen Fällen, wo Fugen bedeckende Moose
an relativ alten Pflasterungen mit nur mäßigem
Verkehr, die scheinbar verhindern, dass (anderes) Unkraut anwächst,
akzeptiert werden kann. Der Begriff ”Unkraut” überdeckt
in diesem Kontext jegliches Pflanzenwachstum in Fugen. Pflanzenwachstum
in der Fugenfüllung verursacht nicht nur eine Beeinträchtigung
des Aussehens der Pflasterung, sondern kann, falls ungeprüft,
die technische Funktion der Pflasterung ernsthaft beschädigen.
Daher ist es wünschenswert, Verfahren für die
wirksame Steuerung bzw. Bekämpfung von Unkraut in Fugenfüllsänden
zu entwickeln.
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Um
das Unkrautwachstum in Fugenfüllsänden zu bekämpfen
oder zu verhindern, stützen sich gewöhnlich angewandte
Techniken auf eine Vielzahl unterschiedlicher Prinzipien. Diese
umfassen die folgenden Bekämpfungsverfahren allein oder
in Kombination: Behandlung der betroffenen Fläche mit Natriumchlorid
oder einem anderen leicht löslichen Salz, Behandlung der
gepflasterten Fläche mit Unkrautgiften, mechanische Beseitigung,
Versengen mit einer Flamme, Elektro- oder Mikrowellenbehandlung,
Beschwadung oder Versiegelung der Fuge mittels verschiedener Wachse,
Harze oder Zemente, die eine undurchdringliche Oberfläche
bilden, durch die Unkraut nicht anwachsen kann.
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Die
Elektro- oder Mikrowellenbehandlung ist sehr energieintensiv (siehe
beispielsweise Patentanmeldung
CA2299301 )
und/oder nur dann wirksam, wenn sie auf keimende Samen angewandt
wird. Abgesehen von der Behandlung mit Giften sind alle anderen
Verfahren arbeitsintensiv, wobei manche Verfahren zu einem gewissen
Grad die Elastizität der Fugen beeinträchtigen
und, um wirksam zu sein, in kurzen Abständen wiederholt
werden müssen. Die Giftbehandlung, die am wirksamsten ist,
hat den Nachteil, dass sie eventuell schädlich für
die umgebende Vegetation ist, wobei die wirksamsten Mischungen nach
Formel inhärente kurzzeitige und langzeitige Personenschutzprobleme
aufweisen und/oder eine Umweltverschmutzung verursachen können.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung reduziert drastisch die notwendige Unkrautbekämpfungsarbeit,
indem sie den Fugenfüllsand durch die Verwendung eines
umweltverträglichen langsam freigesetzten bzw. langzeitig wirkenden
mineralischen Additivs zu einem für das Pflanzen- und Pilzwachstum
feindlichen Substrat macht. Das Additiv mit einer ähnlichen
Korngrößenverteilung und mit ähnlichen
mechanischen und rheologischen Eigenschaften bildet einen integralen
Bestandteil des Fugenfüllsandes. In einer speziellen Ausführung
der Erfindung ist die relative Dichte des Additivs niedriger als
jene von Quarzsand, der den Hauptteil des Sandes bildet, was dem
Gemisch eine inhärente Neigung vermittelt, das Additiv
in den oberen Teil der Fuge abzusondern. Der Fugenfüllsand
absorbiert, sobald er eingebracht ist, Feuchte von dem umgebenden
Erdreich oder dadurch, dass er durch Regen von oben benetzt wird.
Die resultierende feindliche Umgebung für Unkraut hängt mit
einer stetigen langsamen Freisetzung bzw. Langzeitwirkung der Natriumkomponente
des mineralischen Additivs zusammen, was die Erdreichfeuchte bei
einem hohen pH-Wert reich an Natrium macht, beides Eigenschaften,
die über lange Zeiträume beibehalten werden. Trockenperioden
haben eine Aufwärtsbewegung von Feuchte, wie sie in Wüsten-
bzw. Ödlandgegenden erfahren wird, zur Folge, was zu einer
höheren Konzentration von Natriumsalz bei einem höheren
pH-Wert im oberen Teil der Fuge führt. Dies verstärkt
die Wirksamkeit des Fugenfüllsandes beim Verhindern der
Samenkeimung. Das gesamte Volumen der Fuge nach dem Einfüllen
des Fugensandes erweist sich als wirksam, was das Pflanzenwachstum
verhindert. In Nassperioden wird das Natrium nach unten gespült,
womit sich die Natriumkonzentration als Funktion der Tiefe erhöht und
bewirkt, dass auf tiefer wurzelndes Unkraut eingewirkt wird. Der
höhere Natriumkonzentrationspegel und der höhere
pH-Wert in der Nähe der Oberfläche werden wieder
in voller Höhe hergestellt, wenn die Fuge wieder austrocknet.
Die gleichmäßige Verteilung der langzeitig wirkenden
mineralischen Komponente gewährleistet auch dann, wenn
Regeninfiltrationsraten eine Flutung der Fugenräume verursachen,
eine konstante Natriumwirkung und Beibehaltung eines hohen pH-Wertes
im Verlauf der Zeit. Der Gesamteffekt ist, dass Unkraut daran gehindert
wird zu keimen und verwurzeltes Unkraut mit sehr begrenzter Versorgung
an anorganischen Nährstoffen, die nur Natrium (und Calcium,
wo Betonwerksteine verwendet werden) sind, nicht überleben
kann. Das Gemisch aus Additiv und Sand kann mittels herkömmlicher
Verlegetechniken und -ausrüstung unter Beachtung üblicher
Vorkehrungen, wie sie für Mörtel- oder Zementgemischen
mit Sand getroffen werden, gehandhabt und aufgetragen werden. In
der Umgebung inaktiviert die Reaktion mit CO2 in
der Luft oder in der Bodenporosität die Kaustizität
und ergibt unschädliche Kohlensäuresalze. Falls
gemischt mit gewöhnlichen Bodenbestandteilen in Konzentrationen
von weniger als 10% w/w besteht keine durch den Additivgehalt des
Fugenfüllsandes verursachte Auswirkung auf das Pflanzenwachstum.
Dies bedeutet, dass ein zufälliges Verschütten auf
gewöhnliche Gartenerde keine große Auswirkung
auf die Fruchtbarkeit der Erde besitzt. Ein weiterer Vorteil der
vorliegenden Erfindung ist, dass die aktive Substanz, die biologischen
Ursprungs ist, dem Hauptbestandteil Sand vergleichbare mechanische
Eigenschaften besitzt. Das Additiv ist aus einer Gruppe von Natriumsilikatglas
und natriumreichem Industrieabfallglas gewählt, die, wenn
sie Wasser ausgesetzt sind, ihre Freisetzung von Natrium bei einer
stetigen Rate beibehalten.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
Stand der Technik
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Beim
Vorbereiten einer Fläche für die Pflasterung verlangt
ein allgemein akzeptiertes Verfahren die Beseitigung von instabilem
Erdreich, gefolgt von der Ausbreitung mehrerer Lagen von Sandmaterial(ien),
die dem Substrat die geforderten Eigenschaften für die
anzulegende Pflasterung und die gewünschte Funktionalität
verleihen. Die Technik zum Erlangen einer hinreichenden Festigkeit
und anderer funktionaler Eigenschaften im Substrat von Straßen
und Wegen ist an sich bekannt, siehe B. Shackel "Design
and construction of interlocking concrete block pavement",
School of Civil Engineering, University of New South Wales, Sydney,
Australia, ISBN 1-85166-566-8.
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Die
Pflasterung selbst kann aus einem Sortiment an natürlichen
und industriell hergestellten Steinbodenplatten, Betonwerksteinen,
Kopfsteinen oder anderen für den Zweck geeigneten Materialien
gefertigt sein. Je nach Wahl der Pflastersteine sind auf dem Fachgebiet
verschiedene Verlegemuster, die die Fugenbreitenregulierung umfassen,
um eine zusätzliche Festigkeit oder ein attraktives Aussehen
zu verleihen, bekannt.
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Fugenfüllsand
wird verwendet, um die Oberfläche fertig zu bearbeiten
und die Lücke, wo sich die Pflastersteine anfügen,
zu füllen. Gegenwärtig wird in Abhängigkeit
von der Flächennutzung und dem Pflastersteintyp eine breite
Vielfalt an Fugensystemen angewandt. Das am weitesten verbreitete
Fugenfüllmaterial ist jedoch trockener oder nasser Sand
mit einer geeigneten Korngrößenverteilung, der
unmittelbar, nachdem der Pflasterstein verlegt worden ist, aufgetragen
wird. Die allgemeinen Anforderungen an die Qualität des
Fugenfüllsandes können wie folgt zusammengefasst
werden:
- – Die mechanische Festigkeit
und die Spaltfähigkeit der einzelnen Sandkörner
sollten jenen, die bei Sänden, die für Universalbausände
oder den Straßenbau verwendet werden, festgestellt werden,
nahe kommen oder gleichkommen. Die Festigkeit der Sandkörner
muss hoch genug sein, um einem Abbau bzw. Brechen durch Abriebkräfte
als Folge von Lastverschiebungen in der Pflasterung zu widerstehen.
- – Die Korngrößenverteilung sollte
nahe bei den Werten liegen, von denen auf dem Fachgebiet bekannt
ist, dass sie eine geeignete Packung der Körner ergeben,
und der Durchmesser der Körner muss klein genug sein, um
einen freien Fluss in die Fugen zu ermöglichen.
- – Innere Reibeigenschaften im Sand, die für
den Zweck geeignet sind
- – Trockener oder nasser Sand gemäß der
bevorzugten Kompaktierungstechnik, die angewandt wird, um die Pflasterung
fertig zu bearbeiten
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Die
Vorteile bei diesem System sind mit dem sehr breiten Bereich von
Pflastersteinen, mit dem es verwendet werden kann, verbunden. Ferner
ist es einfach anzuwenden, wobei es bei gegebener geeigneter Kompaktierung
nach dem Füllen der Fugen eine hinreichend starke Kohäsion
zwischen den einzelnen Steinen für die Pflasterung verschafft,
um als eine Platte zu wirken, jedoch mit einer systemimmanenten
Elastizität, die wesentliche innere Bewegungen zulässt.
Am wichtigsten ist, dass alle diese technischen Eigenschaften bei
einem günstigen Preis erlangt werden. Das Problem, das
bleibt, ist, dass die Fugenfüllmaterialien auch als Substrate
für das Wachsen von Unkräutern fungieren, und
zwar einschließlich höherer Pflanzen, Moose und
Flechten.
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Unkrautbekämpfungsverfahren
für Pflasterflächen
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Die
Unkräuter sind mittels verschiedener an sich bekannter
Herbizide und Fungizide relativ leicht zu bekämpfen, jedoch
hat die Übernahme umweltfreundlicher Unkrautbekämpfungskonzepte
sowohl für öffentliche Flächen als auch
für privaten Grund und Boden diese Praxis unannehmbar gemacht.
Herbizide und Fungizide haben sowohl in Hauptauffangbehältern
für Ableitungswasser als auch in Meeresumgebungen in großer Entfernung
vom Ort, an dem die Verbindung angewandt wurde, eine schädliche
Verschmutzung verursacht. Ähnlich haben verschiedene anorganische
und leicht lösliche Salze eine Auswirkung auf das Auftreten
von Unkraut. Da solche Salze leicht löslich sind, haben
sie nur solange eine Wirkung, bis sie weggewaschen sind; sie können
auf den Beton, das Erdreich und das Wasser in der Nähe
des Anwendungsbereichs sowie auf Menschen und Tiere, die das Salz
an ihrem Fuß oder ihrem Schuhwerk aufnehmen, eine schädliche
Auswirkung haben.
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Anstelle
der früheren Praxis, die die Unkrautbekämpfung
mit Herbiziden und Fungiziden betraf, sind verschiedene mechanische
und thermische Techniken entwickelt worden. Diese neuen Unkrautbekämpfungspraktiken
haben gemeinsam, dass sie sowohl unwirksam sind als auch eine unannehmbare
Menge an Handarbeit und Energie beinhalten und daher im Allgemeinen
im Gebrauch teuer sind.
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Die
thermischen Verfahren stützen sich auf das Versengen des
Unkrauts durch die Verwendung von Dampf, Heißluft oder
direkter Flamme, wobei alle diese Verfahren unannehmbare Mengen
von Energie und Arbeit verbrauchen und die Behandlung in relativ
kurzen Abständen wiederholt werden muss. In Nordeuropa muss
die Behandlung, um wirksam zu sein, achtmal pro Saison durchgeführt
werden.
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Die
mechanischen Verfahren sind weniger energieintensiv, jedoch erfordern
sie viel Handarbeit oder sind allgemein nicht wirksam und können
sogar einen erheblichen Schaden am Fugensystem oder an den Pflastersteinen
verursachen.
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Die
Elektrobehandlung und die Mikrowellenbehandlung sind sehr energieintensiv,
da sie auf dem Erhitzen des Substrats mit dem Unkraut beruhen. Daher
sind diese Behandlungen sehr kostenaufwändig und müssen
in regelmäßigen Abständen wiederholt
werden. Ein unlängst entwickeltes weniger Energie verbrauchendes
Verfahren, das das Pulsieren von Hochspannung anwendet, hat nur
eine Wirkung auf keimende Samen (siehe beispielsweise Patentanmeldung
CA2299301 ).
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In
jüngster Zeit angewandte Fugenfüllsysteme überwinden
manche dieser Probleme, indem sie die Fugen unter Verwendung von
wachs- oder harzbasierten Versiegelungsmitteln versiegeln. Diese
Systeme bewahren die Elastizität der Fuge und verhindern
für eine Zeitspanne das Anwachsen von Unkraut. Abgesehen davon,
dass es schwierig ist, diese Systeme mit beständiger Qualität
in der vollen Tiefe der Fuge anzuwenden, sind sie sehr teuer, wobei
das Wachs- oder Epoxidadditiv dazu neigt, sich durch Sonnenlicht
oder Frost-Tau-Zyklen aufzulösen, wobei die verwendeten
Komponenten genau so wie die Herbizide umweltschädlich
sein können.
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Somit
ist es wünschenswert, ein allgemein anwendbares Verfahren
zum Minimieren der Arbeitskosten und der Umweltbelastung für
die Bekämpfung von Unkrautwachstum bei gepflasterten Flächen,
sowohl öffentlichem als auch privatem Grund und Boden,
zu finden.
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Prinzipien hinter der Erfindung
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Alle
Pflanzen nehmen mit dem Wasser vom Substrat relativ große
Mengen anorganischer Salze auf. Durch die Kombination der Aufnahme
anorganischer Salze mit der Photosynthese sind die Pflanzen imstande, organischen
Stoff aufzubauen, der wiederum die Grundlage für höheres
Leben ist. Pflanzen benötigen für ihren Stoffwechsel
und zum Wachsen nicht nur eine reichliche Zufuhr löslicher
Salze, auch die Zusammensetzung der Salze in der Erdfeuchte muss
eine ausreichende Versorgung mit wesentlichen Elementen ermöglichen, wovon
die hauptsächlichen Kali- und Magnesiumsalz sind. Stickstoff
und ein gewisser Grad Calcium sowie eine Vielzahl von Spurenelementen
sind gleich wichtig. Andere gemeinsame Ele mente, insbesondere Natrium, das
in natürlichen Umgebungen in relativ hohen Konzentrationen
vorhanden sein kann, haben eine nachteilige Auswirkung auf die Erdreichstruktur,
wie sie in normalen landwirtschaftlichen Böden angetroffen
wird. Dies kann bei Ödlandböden und dort, wo schwach
salzhaltiges Berieselungswasser auf den Grund und Boden aufgebracht
wird, beobachtet werden. Überschüssiges Natriumsalz
erhöht das osmotische Potential des Bodenwassers (höhere
Salzkonzentration als im Wurzelsaft) und schafft Bedingungen, die
die Wurzeln davon abhalten, Wasser zu absorbieren, was bekannterweise
zu physiologischer Trockenheit führt. Dieser Zustand entsteht,
wenn das Bodenwasser eine Konzentration an löslichen Ionen
besitzt, die höher ist als die Konzentration von Ionen,
die im Saft im Inneren der Pflanzenwurzel vorhanden sind, was es
für die Pflanzen erschwert, Wasser aus dem Erdreich aufzunehmen.
Solche Zustände physiologischer Trockenheit werden durch
abwechselnde Nass- und Trockenperioden sehr verstärkt,
weil der Salzgehalt in den Porenwässern erhöht
ist, wenn die Verdunstung größer als die Infiltration
ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch das Erlangen der
gewünschten Unkrautbekämpfungseigenschaften durch
Beimengung einer natürlichen oder künstlichen
mineralischen Substanz mit einer konstanten langsamen Freisetzung
von Natrium (Na), was dieses Element in dem Fugensand-Porenwasser sogleich
verfügbar macht. Ferner ist die Erfindung auch gekennzeichnet
durch das Garantieren einer sehr geringen Verfügbarkeit
von für Pflanzen wesentlichen Elementen, d. h. Kalium (K)
und Magnesium (Mg), im Fugenfüllsand. Dies wird erreicht
durch Verwendung von quarzreichem Sand mit einem niedrigen natürlichen
Gehalt an K und Mg als Grundlage im Fugenfüllsand. Ein
aus natriumreichem Glas bestehendes Additiv dient als sogleich verfügbares
Präzipitat von langsam freigesetztem bzw. langzeitig wirkendem
Natrium. Dieses Präzipitat wird aktiviert, wenn Regen oder
eine andere Wasserinfiltrationsquelle den Sand anfeuchtet. In Kombination
mit Wasser wird Natrium vom Glas freigesetzt, wobei zugleich der
pH-Wert oberhalb von 10 liegt. Diese beiden Faktoren wirken zusammen,
um Pflanzenwachstum und Keimung zu verhindern. Bei bepflanzten Flächen,
die an die behandelte Pflasterfläche angrenzen, fehlen
mit der Natriumwirkung zusammenhängende negative Wirkungen
oder sind drastisch reduziert.
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Das
in dieser Erfindung beschriebene Fugensandmaterial kann mit anderen
an sich bekannten wachstumshemmenden Faktoren kombiniert werden.
Dies kann die Optimierung der Korngrößenverteilung,
um eine kompakte Oberfläche der Fuge zu bilden, oder das
Verstärken der Wasser abstoßenden Eigenschaften
des gesamten Fugensandes oder eines Teils von diesem durch Behandlung
mit Silikon oder einem anderen Mittel mit ähnlicher Wirkung
umfassen.
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Die Funktion des neuartigen
Fugensandes
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In
der Agrarwissenschaft ist die Kationenaustauschkapazität
(KAK) ein Maß für die gesamte negative Oberflächenladung
pro Bodenmasse, die durch austauschbare positive Ionen kompensiert
wird. Der Relativanteil an austauschbaren Natriumionen zum gesamten
KAK-Wert, berechnet als Prozentsatz, definiert den austauschbaren
Natriumprozentsatz (exchangeable sodium percentage, ESP). Mathematisch
ausgedrückt heißt dies: ESP = (austauschbares
Na+ × 100)/KAK in %. Der ESP hängt
mit den festen Bodenpartikeln zusammen. Der Begriff, der den eigentlichen
Gehalt an Natriumionen in den Bodenlösungen in Bezug auf
die wesentlichen Elementen K+ und Mg++ beschreibt, ist das sogenannte Natriumadsorptionsverhältnis
(sodium adsorption ratio, SAR). Mathematisch ausgedrückt
ist definiert: SAR = Konzentration Na+/Quadratwurzel[(Konzentration
Ca++ + Konzentration Mg++)/2].
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Die
festen Partikel im Boden und das Bodenwasser beeinflussen sich gegenseitig,
so dass nach einer Zeitspanne die Zusammensetzung von Ionen in Lösung
die Zusammensetzung von adsorbierten Ionen zu Bodenionen-Austauschstellen
bestimmt. Für Berieselungswasser ist bekannt, dass SAR-Werte
größer als 12 für die meisten Pflanzen
wachstumshemmend sind. Ähnlich beeinträchtigen
ESP-Prozentsätze höher als 15% das Pflanzenwachstum
erheblich (). Diesem Wissen folgend
sollte der ESP des Fugensandes größer als wenigstens
15% sein und sollte der entsprechende SAR-Wert größer
als 12 sein. Wenn Quarzsand als Hauptfugensandkomponente gewählt
wird, ist die Gesamt-KAK sehr gering. Dies bedeutet, dass sich Pflanzenwurzeln
auf eine Salzaufnahme direkt vom Porenwasser stützen müssen,
weil die Versorgung mit austauschbaren Ionen vom Substrat begrenzt
ist. Folglich wird bei einer potentiell hohen Natriumsalzkonzentration
im Porenwasser von benetztem bzw. angefeuchtetem Fugensand und der
inhärenten schnellen Drainage nach einem Regen der ESP-Wert
weniger wichtig, während der SAR-Wert zum wichtigsten Faktor
wird, der die Überlebenschancen für die Pflanze
bestimmt.
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Zusammengefasst
wird durch Verwendung von Fugensand mit sehr wenig für
die Pflanze verfügbarem Kalium und Magnesium und durch
Beimengung einer konstanten Natriumquelle mit Langzeitwirkung und/oder eines
Austauschmaterials mit einer hohen Natriumlast eine sehr feindliche
Umgebung für das Keimen und Wachsen von Pflanzen hergestellt.
Es ist festgestellt worden, dass ein Störfaktor beim Bestimmen
des SAR-Wertes in Fugenfüllsand Calciumsalz ist, das von
frisch vergossenem Beton und neu hergestellten Betonpflastersteinen
freigesetzt wird. Für neue Betonpflastersteine reduziert
vom Zementleim ausströmendes Calciumhydroxid den nominellen
SAR-Wert unter 12. Trotzdem haben Versuche überraschend
gezeigt, dass Gemische, die aus Quarzsand und wie nachstehend beschrieben
gewählte Additive bestehen, ... Tests haben gezeigt, dass
Pflanzenwachstum (Unkrautwachstum) effektiv nicht vorkommt. Die
Keimung von beispielsweise Rapgrassamen an der Oberfläche
eines aus Fugenfüllsand gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildeten Bettes geht unter günstigen Bedingungen
vor sich. Gelegentlich wird ein Keimblatt erzeugt, jedoch bleiben
die Wurzeln an der Oberfläche, und eventuell stirbt die
Pflanze ab, wenn die im Saatgut gespeicherten Nährstoffe aufgebraucht
sind. Dies bedeutet, dass ein Gemisch aus Calcium- und Natriumionen
das Unkrautwachstum auch dann verhindert, wenn der SAR-Wert niedriger
ist, als durch Experten auf dem Fachgebiet spezifiziert worden ist.
Die störende Wirkung von Calcium im Porenwasser, das von
dem Calciumhydroxidgehalt in frisch hergestelltem Beton herrührt,
wird durch die Karbonisation, die stattfindet, wenn Calciumhydroxid
der Außenluft, die CO2 enthält,
ausgesetzt wird, mit der Zeit ausgeglichen. Die Oberflächenkarbonisation
erreicht innerhalb eines Jahres eine Dicke von etwa 10 mm (), wobei sie die Oberfläche wirksam
versiegelt und verhindert, dass Calciumionen in das Fugensand-Porenwasser
eindringen. Somit werden wieder ein hoher SAR-Wert und ein hoher
pH-Wert im Fugensand-Porenwasser hergestellt, vorausgesetzt, dass
eine stetige Zufuhr von Natrium aufrechterhalten wird.
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In
dem kleinen Volumen der Fugen wird durch Mischen des Fugensandes
in das Substrat im Falle, dass die Pflasterung aufgerissen ist,
die Unkraut vorbeugende Wirkung durch keine schädlichen
Wirkungen auf die Umgebung aufgehoben. Die Unkrautbekämpfungseigenschaft
wird im Fugenfüllsand (joint filling sand, JFS) bei Gemischen,
bei denen die SAR- und ESP-Werte größer als 12
bzw. 15% sind, beibehalten. SAR- und ESP-Werte für den
Garten und andere Böden in der Nähe von gepflasterten
Flächen liegen im Allgemeinen weit unter den für
die vorliegende Erfindung definierten Werten und betragen typisch
weniger als ein Zehntel der letzteren Werte. Daher sind mehr als
90% JFS (Trockengewicht) erforderlich, um die SAR-Werte und ESP-Werte
von Boden/JFS-Gemischen auf Werte zu verändern, die bekannterweise
die Pflanzenfruchtbarkeit beeinträchtigen. Somit haben
kleine Mengen (weniger als 10%) an JFS, gemischt mit normalem Erdreich,
keine Auswirkung auf das Pflanzenwachstum. Wenn der Fugensand mit
der Zeit durch mechanische Abtragung ersetzt ist, können
die Fugen von oben aufgefüllt werden, um die Unkrautbekämpfungseigenschaften
zu erneuern.
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Die
Natriumquelle im Fugenfüllmaterial besitzt vorzugsweise
eine feste, mechanisch leistungsfähige Form, so dass die
mechanischen Eigenschaften des Sandes beibehalten werden. Alternativ
kann das Additiv die Form eines Gels oder eine andere inkonsistente
weiche Form besitzen, wenn der kombinierte Körper aus Fugensand
und Additiv angemessene mechanische Eigenschaften für die
zufrieden stellende Funktion des Fugensandes beibehält.
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Allgemeine Beschreibung geeigneter
Additive
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Das
Additiv kann aus einem Bereich von natriumreichen, natürlichen
Mineralien, z. B. Sodalith, Analcim, Natrium enthaltendem Nephelin,
und anderen natriumreichen, langsam auslaugfähigen Mineralien gewählt
sein. Ferner kann das Additiv aus natriumreichen, umweltverträglichen
Industrieabfällen, z. B. zerkleinertem und geeignet in
der Größe zugerichtetem Glas aus Gebrauchtglascontainern,
halbverarbeiteten, natriumreichen Zwischenstoffen für die
mineralische oder eine andere industrielle Synthese oder verbrauchten
Natriumionen-Austauschmaterialien, gewählt sein. Neben ökologisch
verträglichen Eigenschaften sollte ein geeignetes Additiv
eine mechanische Festigkeit besitzen, die jener der Körner
im natürlichen Sand nahe kommt, und einen ESP-Wert von
gerade hergestelltem Fugensand, der vorzugsweise mindestens 15%
beträgt, besitzen. Gleichzeitig sollte die Rate der Freisetzung
des Natriums vom Additiv in das Porenwasser des Sandes auf eine
Benetzung hin einen SAR-Wert im Porenwasser von vorzugsweise größer
als 12 zur Folge haben.
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Um
eine sogleich verfügbare Quelle von Natrium zu gewährleisten
und das Natrium so lange wie möglich im Fugensand zu bewahren,
kann ein Kationen-Austauschmaterial, dessen Austauschstellen mit
Natrium belegt sind, das Natriumglas teilweise oder insgesamt ersetzen.
Das Kationen-Austauschmaterial kann aus an Kalium und Magnesium
armen Materialien mit einer hohen Affinität für
den Austausch von Natrium in die Kationen-Austauschstellen gewählt
sein. Geeignete Materialien sind Zeolithe, Lehme, an Huminsäure
reiches organisches Material, kohlenstoffhaltiges Material mit hoher
Oberfläche oder anderes Material mit einer geeigneten Kationenkapazität.
Alle diese Materialien besitzen eine von hochsiliziertem Sand verschiedene
mechanische Festigkeit, jedoch können sie der fertig bearbeiteten
Fuge eine unerwünschte Farbe verleihen. Ferner können
diese Additive auch die rheologischen Eigenschaften des Fugenfüllsandes
verändern.
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Es
sei angemerkt, dass bei wirklicher Verwendung die vorgeschlagene
Klasse von Additiven im Fugenfüllsand mit anderen Unkraut
reduzierenden Maßnahmen kombiniert werden könnte.
Solche Maßnahmen umfassen die Reduktion von kapillarem
Porenraum im Sand durch Kompaktieren und/oder das Abgleichen der Korngrößenverteilung.
Weitere Möglichkeiten umfassen die Aufwärtsverfeinerung
in der Korngrößenverteilung des Fugenfüllsandes,
die durch Oberflächenbehandlung des Sandes herbeigeführte
Wasserabstoßung und die Versiegelung der Fuge mit Binder/Versiegelungsmittel,
die auf umweltverträglichen Wachsen oder anderen Bindemitteln
basieren.
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Es
ist festgestellt worden, dass, um die angeführten Nachteile,
die mit inakzeptabler Farbe, stetiger Zufuhr von Natrium im Verlauf
der Zeit und Aufrechterhaltung eines hohen pH-Wertes in der Fuge
zusammenhängen, zu vermeiden, das bevorzugte Additiv Natriumsilikatglas
ist. Allgemein ist festgestellt worden, dass das wirksamste Mittel
zum Erreichen sämtlicher Ziele und Aufrechterhalten der
Funktion über eine Periode von bis zu 10 Jahren ein Gemisch
aus Quarzsand und Natriumsilikatglas ist.
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Es
ist festgestellt worden, dass wirksame Gemische mehr als 0,5% Natriumsilikat
enthalten sollen, wobei der Ausgleich Quarzsand ist. Es ist festgestellt
worden, dass, um die korrekte Funktion beizubehalten und zu vermeiden,
dass das Gemisch übermäßig teuer ist,
die Beimengung von Natriumsilikatglas weniger als 20% (Trockengewicht)
sein sollte.
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Wirksame
Gemische von Fugenfüllsänden auf der Basis von
Quarzsand können auch für Betonwerkstein-Pflasterungen,
bei denen Calcium aus dem Beton die SAR-Werte auf unter 12 absenkt,
hergestellt werden. Unter solchen Umständen wird die Verfügbarkeit
von Calciumionen durch die Löslichkeit und die Gegenwart
von Calciumhydroxid aus den Betonpflastersteinen gesteuert, wohingegen
die Gegenwart von Natriumionen durch die Löslichkeit des
Natriumsilikatglases im Fugenfüllsand gesteuert wird. Um
einen wirksamen Unkrautbekämpfungs-Fugenfüllsand
herzustellen, sollte die Beimengung von Natriumsilikatglas in diesen
Fällen höher als 1% Trockengewicht sein.
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Quarzsand
und Natriumsilikatglas sind beide als Industriegüter erhältlich.
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Beispiele:
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Quarzsand
besitzt einen typischen KAK-Wert von weniger als 5 meq/100 g. Da
Natrium sogleich aus dem Natriumsilikatglas verfügbar ist
und das einzige lösliche oder austauschbare Kation Natrium
ist. Ein im Handel erhältliches Natriumsilikatglas weist
eine typische Zusammensetzung wie folgt auf: SiO2 +
Na2O min. 99%. Gewichtsverhältnis
SiO2/Na2 = = 3,25.
In Wasser baut sich das Material langsam vollständig ab,
wobei die Geschwindigkeit der Zersetzung von der benetzten Oberfläche
abhängt: Die chemische Reaktion lässt sich wie
folgt ausdrücken: ≡ SiONaGlas + H2OFlüssigkeit ⇔ NaOHWasser + ≡ SiOHGlas (Gleichung 1)
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Der
pH-Wert des Wassers ist eine Funktion des Volumen/Feststoff-Verhältnisses,
wobei der höchste pH-Wert in dem kleinstmöglichen
Volumen, das ausreicht, um die Oberfläche zu benetzen,
erreicht wird.
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Es
wurde auf handelsüblichem dänischem Tertiärquarzsand
basierender Standard-Fugensand getestet, um den Gehalt von Wasser
am Sättigungspunkt unter Bedingungen, wo Wasser frei ablaufen
kann, herauszufinden. Der Wassergehalt in der Sandmasse, die in
derselben Höhe wie bei einer Fugenfüllung gepackt war,
hatte sich als 16,1% w/w auf der Basis trockener Feststoffe erwiesen.
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Eine
Testreihe wurde durchgeführt unter Verwendung von Standard-Quarzfugenfüllsand
unter Beimengung von 1% bzw. 10% w/w Silikatglas. Einem gepackten
Bett des Gemisches wurde Regenwasser simulierendes deionisiertes
Wasser beigemengt, wobei das Bett die Höhe von 6 cm als üblichste
Fugenhöhe für zement basierte Pflastersteine besaß.
Die Beimengung von Wasser wurde so angepasst, dass sich diese mit der
Entwässerung im Gleichgewicht hielt, womit das Bett mit
Wasser gesättigt gehalten wurde, jedoch ohne ein Ablaufen
zu verursachen. Die Anzahl von Bettvolumen Wasser, die das Bett
passierte, wurde aufgezeichnet und in Abständen der pH-Wert
gemessen. Der Test wurde für einen mehrere Tage überspannenden
Zeitraum mit einigen Unterbrechungen und vollständiger
Entwässerung durchgeführt. Tabelle
1: pH-Wert in Quarzfugensand mit Na-Silikat-Additiv
| pH | 1%
Additiv | 10%
Additiv |
| mittel | 11,17 | 11,77 |
| hoch | 11,68 | 12,34 |
| niedrig | 10,76 | 10,50 |
| Zählwert | 31 | 56 |
| Bettvolumen | 122 | 116 |
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Ein
hoher pH-Wert wurde nach Unterbrechungen aufgezeichnet, wobei dies
mit der Theorie übereinstimmt, da eine vollständige
Entwässerung verglichen mit der benetzten Oberfläche
eines jeden speziellen Gemischs ein minimales Wasservolumen ergab.
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Die
obige Gleichung 1 für die chemische Reaktion zeigt, dass
NaOH gebildet wird, wenn sich Na-Silikatglas zersetzt, und dass
für jedes Mol OH ein Mol Na+ freigesetzt
wird.
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Die
zulässige Konzentration der Molarität von [Ca++] + [Mg++] für
die Porenwässer, um einen SAR-Wert von wenigstens 12 aufrechtzuerhalten,
kann anhand der Formel berechnet werden, die SAR wie folgt definiert: SAR
= Konzentration [Na+]/Quadratwurzel [(Konzentration
[Ca++] + Konzentration [Mg++])/2] ⇔ Quadratwurzel [(Konzentration
[Ca++] + Konzentration [Mg++])/2]
= Konzentration [Na+]/SAR ⇔ Konzentration
[Ca++] + Konzentration [Mg++]
= 2*Konzentration [Na+]/SAR]**2
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In
der obigen Gleichung bedeutet ”Konzentration” ”Molarität”. Tabelle
2: SAR-Werte, berechnet als Funktion des pH-Wertes, Fugensandgemische
mit Natriumsilikatglas als Additiv
| pH | [Na+] | SAR | sqrt(([Ca+] + [Mg++])/2) | ([Ca+] + [Mg++])/2 | [Ca+] + [Mg++] |
| 10 | 0,0001 | 12 | 8,33
10–6 | 6,94
10–11 | 1,39
10–10 |
| 11 | 0,001 | 12 | 8,33
10–5 | 6,94
10–9 | 1,39
10–8 |
| 12 | 0,01 | 12 | 8,33
10–4 | 6,94
10–7 | 1,39
10–6 |
| 13 | 0,1 | 12 | 8,33
10–3 | 6,94
10–5 | 1,39
10–4 |
| 14 | 1 | 12 | 8,33
10–2 | 6,94
10–3 | 1,39
10–2 |
-
Wie
nachstehend erläutert wird, ist das einzig andere Kation,
das in den Porenwässern von Quarzsand mit dem Natriumsilikatglas-Additiv
vorhanden ist, Ca++ (), d. h. [Mg++]
gleich oder nahezu gleich 0, wobei die zulässige Konzentration
von Ca++, um einen SAR-Wert von 12 in den
Porenwässern einzuhalten, in der letzten Spalte rechts
in Tabelle 2 angegeben ist.
-
Der
Vorteil der Verwendung von Natriumsilikat ist abgesehen von einem
günstigen SAR-Wert auch ein ständig hoher pH-Wert,
der seinerseits dazu beiträgt, zu verhindern, dass Pflanzen
anwachsen können. Aktuelle pH-Messungen von Fugenfüllsänden
gemäß der Erfindung (siehe Tabelle 3 unten) nach
der Einbringung in eine Pflasterung, die aus 10-cm-mal-20-cm-Betonpflastersteinen
gebildet war, zeigten einen stetigen pH-Wert von etwa 10,9. Bei
Quarzfugenfüllsand (ohne Additiv) wurde, wenn solcher frisch
eingebracht wurde, ein relativ hoher pH-Wert von 10,36 festgestellt.
Der hohe pH-Wert wird dem Einfluss von Calciumionen aus dem Zementleim
der Betonpflastersteine zugeschrieben. Dieser Effekt nimmt ab, wenn
die Karbonisation eine Haut auf der Oberfläche der Betonpflastersteine
bildet. Tabelle
3: pH-Messungen von Fugenfüllsänden
| Alter
der Pflasterung | %
Na-Silikat | pH | Beschreibung |
| | | | |
| 4 Monate | 0 | 9,33 | Quarz-JFS,
10 × 20 cm Betonwerksteine |
| 15
Jahre | 0 | 8,09 | Unspezifizierter
JFS, 10 × 20 cm Betonwerksteine |
| 6 Wochen | 0 | 10,36 | Quarz-JFS,
10 × 20 cm Betonwerksteine, Testbett mit |
| | | | Rapgraswachstum |
| 6 Wochen | 0 | 9,21 | Referenz-Quarzsand,
Kunststofftopf, Rapgraswachstum |
| 1 Jahr | 0 | 8,59 | Quarz-JFS,
10 × 20 cm Betonwerkstein |
| 6 Wochen | 0 | 9,40 | Referenz-Quarzsand,
10 × 20 cm, oberer Teil der Fuge, |
| | | | Rapgraswachstum |
| 0 Wochen | 6% | 10,90 | Quarz-JFS
vor der Anwendung |
| 0 Wochen | 0 | 9,44 | Referenz-Quarzsand
vor der Anwendung |
| 6 Wochen | 6% | 10,82 | Referenz-Quarzsand,
10 × 20 cm, oberer Teil der Fuge, |
| | | | keine
Unkräuter |
-
In
Nordeuropa beträgt die jährliche Niederschlagsmenge
etwa 80 cm, was bedeutet, dass jeder Quadratmeter 800 Liter pro
Jahr empfängt. Die Infiltration in den Boden von einer
gepflasterten Fläche ist als etwa 40% nach Abzug des Oberflächenablaufs
und der Verdunstung gemessen worden. Somit lässt auf einer
jährlichen Basis ein Quadratmeter Pflasterung 320 Liter
Regenwasser durch seine Oberfläche, d. h. durch den Fugenfüllsand,
hindurch. Bei einer Standardfuge von 3 mm Breite, 60 mm Tiefe und
einer aus 10-cm-mal-20-cm-Betonwerksteinen gebildete Pflasterung
erfordert ein Quadratmeter Pflasterung 4,1 kg Fugenfüllsand.
Als ein Beispiel bedeutet ein Natriumsilikatgehalt von 6%, dass
2,5 mol Natrium pro Quadratmeter Pflasterung für die Zersetzung
verfügbar sind. Basierend auf der in Tabelle 1 gezeigten
pH-bezogenen Natriumlöslichkeit ist ein zeitbezogener Schätzwert
erstellt worden. Unter der Annahme einer Infiltration von 320 Liter
pro Jahr pro Quadratmeter Pflasterung Tabelle
4: Zersetzungsschema für Natriumsilikat als Funktion des
pH-Wertes Liter Wasser, die erforderlich sind, um das gesamte im
Fugensandgemisch enthaltene Na-Glas zu zersetzen
| pH | mol
Na+ | 6%
Na-Glas | 5%
Na-Glas | 4%
Na-Glas |
| 10 | 0,0001 | 25148,3 | 20956,9 | 16765,6 |
| 11 | 0,001 | 2514,8 | 2095,7 | 1676,6 |
| pH | Lebenszeit
für Fugenfüllsand | | |
| 10 | | 78,6 | 65,5 | 52,4 |
| 11 | | 7,9 | 6,5 | 5,2 |
-
Die
Zersetzungswerte, berechnet für den Fall, dass das gesamte
Natriumsilikatglas aus den Fugensandgemischen beseitigt sein soll,
für verschiedene Additivstärken. Im wirklichen
Fall zeigten In-situ-Messungen des pH-Wertes bei fertig bearbeiteten
Pflasterungen aus Betonwerkstein mit 6-%-Additiv einen pH-Wert im
Bereich von 10,5 bis 10,9, was eine Lebenszeit für ein
vollständiges Funktionieren des Fugenfüllsandes
in der Spanne von 7,8 bis 22 Jahren angibt. Diese Berechnung trägt
der Wartungsfüllung an der Oberseite in Abständen
im Falle, dass Fugensand physisch entfernt worden ist, keine Rechnung.
-
Unkrauttests
-
Es
wurden für eine längere Zeitspanne verschiedene
Gemische hinsichtlich der Keimung und des Wachstums unter Laborbedingungen
mit künstlichem Licht (fluoreszierende Tageslichtröhre)
für 12 Stunden und Dunkelheit für 12 Stunden getestet.
Das Bett wurde in Kunststoffblumentöpfen mit einem Durchmesser von
8 cm und einer Befüllung mit dem Testmaterial von 6 cm
präpariert. Das Wässern wurde in Abständen
ausgeführt, um so das Bett stets vor dem Austrocknen zu
bewahren. In jedem Bett wurden 50 Rapgrassamen gleichmäßig
verteilt, und das Bett wurde Licht wie erläutert ausgesetzt.
Die Anzahl gekeimter Samen wurde in jedem Bett wie in der folgenden
Tabelle gezeigt aufgezeichnet: Tabelle 5: Unkrauttest mit einer Auswahl
von Additiven Keimende Samen, Rapgras
| Tag | 20 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 02 | 03 | 04 | 06 | 08 |
| Monat | Nov | Nov | Nov | Nov | Nov | Nov | Dez | Dez | Dez | Dez | Dez |
| Gemisch | | | | | | | | | | | |
| Quarzsand | 0 | 16 | 19 | 25 | 28 | 30 | 34 | 38 | 37 | 36 | 38 |
| 5%
Sodalith | 0 | 1 | 4 | 7 | 8 | 10 | 12 | 9 | 11 | 13 | 11 |
| 10%
Sodalith | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 20%
Sodalith | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Quarzsand | 0 | 18 | 25 | 30 | 30 | 34 | 36 | 37 | 36 | 38 | 36 |
| 5%
Olivin | 0 | 4 | 5 | 11 | 14 | 14 | 18 | 19 | 14 | 21 | 18 |
| 10%
Olivin | 0 | 4 | 5 | 5 | 10 | 7 | 14 | 9 | 12 | 14 | 15 |
| 20%
Olivin | 0 | 5 | 5 | 14 | 16 | 16 | 20 | 17 | 19 | 24 | 21 |
| Quarzsand | 0 | 23 | 28 | 30 | 34 | 37 | 41 | 43 | 41 | 42 | 39 |
| 5%
Glaukonit | 0 | 15 | 17 | 25 | 26 | 29 | 29 | 33 | 28 | 30 | 33 |
| 10%
Glaukonit | 0 | 1 | 8 | 13 | 15 | 20 | 17 | 19 | 17 | 20 | 22 |
| 20%
Glaukonit | 0 | 0 | 0 | 6 | 10 | 15 | 13 | 16 | 19 | 23 | 29 |
| Quarzsand | 0 | 16 | 24 | 27 | 31 | 35 | 37 | 39 | 38 | 37 | 36 |
| 5%
Glas | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10%
Glas | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 20%
Glas | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
-
”Quarzsand” in
der obigen Tabelle 5 bezieht sich auf Standard-Quarzfugenfüllsand.
-
Ein ähnlicher
Test mit 1% Na-Silikat-Additiv unter ähnlichen Bedingungen
ergab keine Keimung in den Töpfen mit Additiv, jedoch bis
zu 25 in Standard-Quarzfugenfüllsand ohne Additiv.
-
Rapgras
und Löwenzahn ist das häufigste und ohne weiteres
anwachsende Unkraut in Fugenfüllungen.
-
Die
Ergebnisse von Keimungstests in verschiedenen Wachstumsmedien verglichen
mit gemäß dieser Erfindung präpariertem
Sand sind in der folgenden Tabelle 6 gezeigt. Tabelle
6: Unkrautkeimungstest. (JFS = Fugenfüllsand, 6% = 6% Natriumsilikatglas) Unkrautkeimungstest
(18 Tage)
| Pflanze | Wachstumsmedium | Mittelwert
keine Schüsse | Mittlerer
Keimungsprozentsatz (Standardabweichung) | Pflanzengröße nach
Zählung |
| | | | | |
| Jährliches
Rapgras | 0–1
mm Quarzsand | 141 | 70,3
(7,8) | 2
Blätter |
| | 0–1
mm JFS 6% | 0 | 0,0
(0,0) | - |
| | 0–3,5
mm Quarzsand | 152 | 76,2
(8,6) | 2
Blätter |
| | 0–3,5
mm JFS 6% | 0 | 0,0
(0,0) | - |
| | Torfmoos-Wachstumsmedium | 175 | 87,7
(4,3) | 2
Blätter |
| | | | | |
| Löwenzahn | 0–1
mm Quarzsand | 140 | 69,8
(3,2) | 2–3
Blätter |
| | 0–1
mm JFS 6% | 0 | 0,0
(0,0) | - |
| | 0–3,5
mm Quarzsand | 142 | 70,8
(4,9) | 2–3
Blätter |
| | 0–3,5
mm JFS 6% | 0 | 0,0
(0,0) | - |
| | Torfmoos-Wachstumsmedium | 110 | 54,8
(3,4) | 4–5
Blätter |
| | | | | |
| Unkrautspezies: | Jährliches
Rapgras
(Poa annua) | Löwenzahn
(Taraxacum
officinale) |
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein umweltverträgliches
Fugenfüllgemisch zu schaffen, das über einen längeren
Zeitraum wie etwa 5 Jahre kein Wachstum von Unkraut in Fugen zulässt.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Gemisch zu schaffen, das eine
blockierende Wirkung auf das Pflanzenwachstum hat.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fugenfüllgemisch zu
schaffen, das mit einem sehr breiten Bereich von Pflastersteinen
verwendet werden kann.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fugenfüllgemisch zu
schaffen, das einfach anzuwenden ist, nach dem Befüllen
der Fugen eine geeignete Kompaktierung ergibt, eine hinreichend
starke Kohäsion zwischen den einzelnen Steinen für
die Pflasterung verschafft, um als eine Platte zu wirken, und dennoch
eine systemimmanente Elastizität verschafft, die wesentliche
innere Bewegungen zulässt.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein preiswertes Fugenfüllgemisch
zu schaffen.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fugenfüllgemisch mit
akzeptabler Farbe, die mit dem Pflasterstein übereinstimmt,
zu schaffen.
-
Diese
Aufgaben werden durch die folgenden Ausführungsformen gelöst.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
1 geschaffen.
-
Der
Ausdruck ”Pflasterungen und dergleichen” ist definiert
als Oberflächenkonstruktion, die aus Pflastersteinen gefertigt
ist, wobei die Pflastersteine zusammengefügt sind, was
zu Fugen zwischen Paaren benachbarter Pflastersteine führt.
Die Pflastersteine können aus einem Sortiment an natürlichen
und industriell hergestellten Steinmaterialien wie etwa Steinbodenplatten
Betonwerksteinen, Kopfsteinen, Granitblöcken oder anderen
für den Zweck geeigneten Materialien gefertigt sein.
-
Der
Sand kann natürlich vorkommender Quarzsand sein, in dem
unter den einzelnen mineralischen Körnern Quarz, das als
ein Mineral, in dem Siliziumatome durch Sauerstoffatome in einer
komplexen Struktur verbunden sind, definiert ist, vorherrschend
ist. Der Sand kann natürlich vorkommenden Verunreinigungen
enthalten. Schlick kann ebenfalls verwendet werden, wobei bedacht
werden muss, dass der Unterschied zwischen Schlick und Sand einem
Unterschied in der Partikelgröße zugesprochen
wird, wobei Schlick von beiden die kleinere Größe
aufweist. Der Sand besitzt vorzugsweise einen niedrigen Gehalt an
Kalium K+ und Magnesium Mg2+.
Der Sand kann auch ein Gemisch aus Quarzsand und einem oder mehreren
Nichtquarzsänden sein. In diesem Kontext wird der Begriff ”Quarzsand” verwendet,
um klastisches Sediment zu definieren, das mehr als 90% Quarz enthält
und eine Korngröße von 0,06 mm bis 2 mm besitzt,
was für Fachleute auf dem Gebiet der Geologie eine allgemein
akzeptierte Körnung ist. In der Industrie ist das starre
Korngrößenschema etwas lockerer und erlaubt im
Allgemeinen etwa 5% der Größen außerhalb
des definierten Bereichs, d. h. 5% feiner als 0,06 und 5% grober
als 2 mm. Somit werden bei der allgemeinen technischen Nutzung Sände,
für die 90% der Korngrößen innerhalb
der oben genannten Grenzwerte liegen, als Sand akzeptiert.
-
Die ”Langzeitwirkung
von Natrium” bedeutet, dass über einen längeren
Zeitraum und bei einer gesteuerten Rate Natrium von der Natrium
enthaltenden Substanz an eine wässrige Phase abgegeben
wird, die sich mit der Natrium enthaltenden Substanz in Kontakt
befindet. Das Natrium hat eine blockierende Wirkung auf das Pflanzenwachstum.
Eine ”gesteuerte Rate” bedeutet, dass über
den längeren Zeitraum die Konzentration von Natrium in
der wässrigen Phase innerhalb gewünschter Grenzwerte
gehalten wird. Die ”gewünschten Grenzwerte” sind
die Grenzwerte, innerhalb denen die Konzentration von Natrium in
der wässrigen Phase Unkraut vernichtend wirksam ist und
somit das Wachsen von Unkraut verhindert.
-
Der
längere Zeitraum kann wenigstens 2 Jahren, wenigstens 3
Jahren, wenigstens 5 Jahren, wenigstens 10 Jahren, wenigstens 20
Jahren entsprechen.
-
Die
Natrium enthaltende Substanz ist partikelförmig und kann
eine Partikelgröße besitzen, die der Sandpartikelgröße
vergleichbar ist. Das Gemisch kann mit einer wässrigen
Phase gesättigt sein. Ein ”wassergesättigtes
Gemisch” ist als Gemisch definiert, das mit Wasser angefeuchtet
bzw. benetzt ist, wobei das Gemisch nicht weiter benetzt werden
kann, ohne zu einer Infiltration und überschüssigem
Wasser, das durch das Gemisch hindurchflutet, zu führen.
Das Wasser in einem was sergesättigten Gemisch ist typisch
als Porenwasser zwischen den Partikeln des Gemischs vorhanden.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch nach Anspruch 2
geschaffen.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch nach Anspruch 3
geschaffen.
Fugenfüllgemisch nach Anspruch 1 oder
2, wobei die molare Konzentration von Calciumionen (Ca++]
gleich 2,5 × 10–2 oder
weniger ist.
-
Überraschend
haben Versuche gezeigt, dass auch bei Gemischen, bei denen Calcium
im Gleichgewicht mit festem Calciumhydroxid vorhanden war, d. h.
als Folge davon, dass Calciumhydroxid aus dem Zementleim von Betonpflastersteinen
ausgewaschen wurde, die Calciumkonzentration gesättigt
war, Fugenfüllsand mit Additiv gemäß dieser
Erfindung Pflanzenwachstum verhindert wurde.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
4 geschaffen.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
5 geschaffen.
-
Die
Ansprüche 4 und 5 beziehen sich auf die Spezifikation geeigneter
SAR- und ESP-Werte, deren Definitionen sich im Textkörper
finden lassen.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
6 geschaffen.
-
Die
zulässige Menge des Additivs wird durch ökonomische Überlegungen
und die Einhaltung von umweltverträglichen Natriumabgabemengen
an das umgebende Erdreich vorgeschrieben.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
7 geschaffen.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
8 geschaffen.
Fugenfüllgemisch nach einem der obigen
Ansprüche, wobei die Natrium enthaltende Substanz eine
oder mehrere Substanzen enthält, die aus der Gruppe gewählt
sind, die besteht aus:
- – Natrium enthaltenden
Silikaten, etwa einen oder mehrere Natronfeldspat-Verbindungen etwa
die Natronfeldspat-Verbindungen, die aus der Gruppe gewählt
sind, die besteht aus Sodalithen, Analcimen, Natrium enthaltendem
Nephelin, und
- – anderen industriell hergestellten Gläsern
oder Abfällen, die im Wesentlichen eine chemische Zusammensetzung
wie die natürlichen Mineralien oder wie Calciumsilikatglas
haben.
-
Die
Natrium enthaltende Substanz kann ein Gesteinsmaterial oder ein
Mineral sein. Ein Gesteinsmaterial, dessen Ursprung Silikat ist,
wird dank der Häufigkeit (etwa 90% der Erdkruste bestehen
aus Silikaten) und dank der Verträglichkeit mit Böden,
in denen mineralische Substanzen einen sehr großen Teil
ausmachen, bevorzugt. Unter den vielen Silikaten, die in der Natur
vorkommen, wird ein Silikat verwendet, das imstande ist, Natriumionen
in eine Wasserphase abzugeben.
-
In
vielen Industriesektoren haben verschiedene Glasprodukte eine Zusammensetzung
wie Spielarten von Calciumsilikatglas, das seit Urzeiten bekannt
ist und in Produkten wie etwa Flachglas für Fenster oder
Behälterglas für Flaschen verwendet wird. Es ist
Glasschlacke von Kraftwerken, Stahlwerken oder ähnlichen Schlacke
produzierenden Prozessen bekannt, die chemische Eigenschaften gemäß dem
aktuellen Prozess besitzt.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
10 geschaffen.
Fugenfüllgemisch nach vorhergehendem
Anspruch, wobei die Natrium enthaltende Substanz Sodalith ist und die
Massenbeziehung, angegeben als Masse (Sodalithe)/Masse (Sand) im
Bereich von 0,5/99,5 bis 10/90, etwa im Bereich von 1/99 bis 5/95,
liegt.
-
Dieses
Gemisch repräsentiert eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung. Die Sodalithe können Haüyn, Lazurit
und/oder Nosean und/oder Sodalith sein.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
11 geschaffen.
Fugenfüllgemisch nach einem der obigen
Ansprüche, wobei die Natrium enthaltende Substanz eine
oder mehrere Substanzen enthält, die aus der Gruppe gewählt
ist, die Natriumsilikatglas enthält.
-
Dieses
Gemisch repräsentiert eine stärker bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung.
-
Diese
Glasgruppe besteht aus verschiedenen Natriumanteilen, die in einer
komplexen Silikatvernetzung in verschiedenen molaren Anteilen SiO2/Na2O gebunden sind.
Es kann ein Natrium enthaltendes Glas wie etwa Natriumsilikatglas,
das Wasserglas, lösliches Glas, Silikat von Natriumoxid,
Natriumorthosilikat, Kieselsäurenatriumsalz verwendet werden.
Natriumsilikatglas besitzt die nominelle Struktur von Na4O4Si und Verunreinigungen
enthalten.
-
Andere
Kationen als Natrium, die in dieser Glasgruppe annehmbar sind, sind
Aluminium und Eisen, während Glas, das Mg++,
Ca++ und K+ enthält,
nur dann annehmbar ist, wenn diese Elemente die SAR- und ESP-Werte
nicht verändern.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
12 geschaffen.
Fugenfüllgemisch nach vorhergehenden
Ansprüchen, wobei die Natrium enthaltende Substanz Natriumsilikatglas
ist und die Massenbeziehung, angegeben als Masse (Natriumsilikatglas)/Masse
(Sand) im Bereich von 0,5/99,5 bis 10/90, etwa im Bereich von 1/99
bis 5/95, liegt.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch gemäß Anspruch
13 geschaffen.
Fugenfüllgemisch nach einem der obigen
Ansprüche, wobei die Natrium enthaltende Substanz ein oder
mehrere Kationen-Austauschmaterialien enthält, die aus
der Gruppe gewählt sind, die besteht aus Zeolithen, Lehmen,
organischen Materialien einschließlich Huminsäure,
Ionenaustausch-Polymermaterialien, kohlenstoffhaltigen Materialien
mit hoher Oberfläche, wobei die Kationen-Austauschmaterialien
Austauschstellen mit Na+ aufweisen.
-
Die
Kationen-Austauschmaterialien können natürlich
vorkommende oder künstlich hergestellte Materialien sein.
Die natürlich vorkommenden Materialien umfassen Zeolithe,
Lehme, Aluminiumsilikate und organische Materialien einschließlich
Huminsäure und kohlenstoffhaltigen Materialien mit hoher
Oberfläche. Künstliche Kationen-Austauschmaterialien
können Ionenaustausch-Polymermaterialien sein, die Polymermaterialien,
Polymergemische und Polymerzusammensetzungen sind, die durch chemische
Reaktionen in Ionenaustauschmaterialien umgewandelt werden können,
sowie Gemische aus Materialien, wovon wenigstens eines ein Ionenaustauschmaterial
ist oder imstande ist, ein Ionenaustauschmaterial zu bilden, und
wobei die Absicht ist, ein Ionenaustauschmaterial zu bilden. Typische
Kationengruppen, die in dieser Weise kationische Ionenaustausch-Polymermaterialien
bilden, sind: Sulfonsäure-(SO3H)-,
Karbonsäure-(COOH)-, Hydroxyl-(OH)-, Phosphor-(PO3H2)-Gruppen. Das
Polymermaterial kann Harz wie etwa Polystyrol mit einer großen
Oberfläche sein.
-
Das
Kationen-Austauschmaterial kann unter an Calcium und Magnesium armen
Materialien ausgewählt sein und außerdem eine
hohe Affinität für den Austausch von Natrium in
die Kationen-Austauschstellen besitzen. Das Kationen-Austauschmaterial
enthält Austauschstellen mit Natriumionen, die natürlich
vorkommen können oder künstlich in die Austauschstellen
substituiert sein können.
-
Ein
Gemisch gemäß Anspruch 13 gewährleistet
eine reichliche Versorgung mit Natrium und gleichzeitig eine sehr
geringe Verfügbarkeit von Calcium, Magnesium und anderer
für das Pflanzenwachstum wesentlicher Elemente.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch nach Anspruch 14
geschaffen.
Fugenfüllgemisch nach einem der obigen
Ansprüche, wobei der Sand ein Gemisch aus Quarzsand und
einem oder mehreren Nichtquarzsanden ist und wobei die Massenbeziehung,
angegeben als Masse (Quarzsand)/Masse (Sand) 70/30 oder mehr beträgt,
etwa 90/10 oder mehr, etwa 95/5 oder mehr, etwa 99/1 oder mehr,
etwa 99,9/1 oder mehr.
-
In
einer Ausführungsform wird ein Gemisch nach Anspruch 15
geschaffen.
Fugenfüllgemisch nach einem der obigen
Ansprüche, wobei die mittlere Partikelgröße
des Sandes im Bereich von 0,05 mm bis 5 mm liegt, etwa zwischen
0,05 mm und 3 mm, zwischen 0,05 mm und 2 mm, zwischen 0,05 mm und
1 mm.
-
In
einer Ausführungsform ist die Verwendung eines Gemischs
nach einem der Ansprüche 1–15 zur Unkrautbekämpfung
vorgesehen.
Verwendung eines Fugenfüllgemisches nach
einem der Ansprüche 1–15 zur Unkrautbekämpfung.
-
In
anderen Aspekten der Erfindung können Fugenfülltechniken
angewandt werden wie etwa:
- – Optimierung
der Korngrößenverteilung, um eine kompakte Oberfläche
der Fuge zu bilden,
- – Verstärken der Wasser abstoßenden
Eigenschaften des gesamten Fugensandes oder eines Teils von diesem
durch Behandlung mit Silikon oder einem anderen Mittel mit ähnlicher
Wirkung.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - CA 2299301 [0004, 0014]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - B. Shackel ”Design
and construction of interlocking concrete block pavement”,
School of Civil Engineering, University of New South Wales, Sydney,
Australia, ISBN 1-85166-566-8 [0006]