Pflasterstein

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Pflasterstein mit einem photokatalytischen Stoff an seiner Oberseite und eine Oberflächenbefestigung mit einer Vielzahl von verlegten derartigen Pflastersteinen sowie eine besondere Verwendung für derartige Pflastersteine.

Bedingt durch die Siedlungsstruktur und durch die Nutzung von Kraftfahrzeugen sind in Wohngebieten, Gewerbegebieten oder Industriegebieten viele Flächen befestigt, insbesondere Parkplatze und Gehwege sind mit Beton-Pflastersteinen versehen. Auf Parkflächen kommt es zum Beispiel häufig durch die dort abgestellten Autos durch ölverluste, Reifenabrieb und sonstige natürlich oder anthropogen verursachte Einflüsse zu Verschmutzungen auf der Oberfläche der Pflastersteine. Gleiches gilt auch für viele Industrie- und Gewerbebetriebe, bei denen die befestigten Flächen durch internen Werksverkehr mit LKW und Gabelstapler mit ölen und Fetten verschmutzt werden. Besonders problematisch sind diese Verschmutzungen, wenn sie Schadstoffe, wie z. B. öle enthalten.

Im Falle eines Niederschlagsereignisses, z. B. wenn Regen fällt, werden diese Verschmutzungen, die sich auf dem Betonsteinpflaster gesammelt haben, zusammen mit dem Niederschlag abtransportiert und gelangen bei versicke- rungsunfähigem Betonsteinpflaster zu einem signifikanten Teil in oberirdische Gewässer oder in die Kanalisation oder bei versickerungsfähigem Betonstein- pflaster zumindest teilweise in den Boden oder ins Grundwasser. Eine dadurch bedingte Kontaminierung der Gewässer, des Grundwassers oder der Böden ist nicht nur unerwünscht, sondern auch verboten. Bei einem Abfließen der schad- stoffhaltigen Verschmutzungen in die Kanalisation ist zwar in der Regel eine Aufbereitung bzw. eine Reinigung der Niederschläge in Kläranlagen möglich, jedoch ist diese besonders kostenaufwendig, insbesondere wenn die kontaminierten Niederschläge einer Spezialbehandlung unterzogen werden müssen.

Im Stand der Technik sind Beton-Pflastersteine zur Befestigung von Flächen mit photokatalytischen Stoffen an ihren dem Licht zugewandten Oberseiten grundsätzlich bekannt; siehe z. B. den Artikel "Lecablock präsentiert den ersten ökologischen Pflasterstein" in der Zeitschrift Radius von September 2005. Bei Einwirkung von UV-Licht beschleunigt der photokatalytische Stoff den Oxidati- onsprozess von Stickoxyden in der Luft.

Ein Pflasterstein mit einer Titan-Dioxydbeschichtung auf seiner Oberseite, der gleichfalls zur Reinigung von NOx-Verbindungen in der Luft verwendet wird, ist auch aus der deutschen Patentschrift DE 697 18 080 T2 bekannt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen bekannten Pflasterstein mit einem photokatalytischen Stoff an seiner Oberseite und eine Oberflächenbefestigung mit einer Vielzahl verlegter Pflastersteine dieser Art dahingehend weiterzubilden, dass sie vielfältiger einsetzbar sind.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist der erfindungsgemäße Pflasterstein dadurch gekennzeichnet, dass der photokatalytische Stoffausgebildet ist zum Beschleunigen des Abbauprozesses einer Verschmutzung auf der Oberseite des Pflastersteins unter Einwirkung von Licht.

Der Begriff Oberseite meint im Rahmen der vorliegenden Beschreibung denje- nigen Teil der Oberfläche des Pflastersteines, der insbesondere nach Verlegung des Pflastersteins noch dem Licht ausgesetzt ist.

Der Begriff " photokatalytische Stoff' steht im Rahmen der vorliegenden Beschreibung repräsentativ sowohl für einen einzelnen photokatalytischen Stoff, z. B. Titan-Dioxid mit einer bestimmten Eigenschaft, wie auch für ein Stoffgemisch aus mehreren photokatalytischen Stoffen, z. B. mehreren Titan-Dioxiden mit

jeweils unterschiedlichen Eigenschaften. Die einzelnen photokatalytischen Stoffe können sich z. B. durch ihre Partikelgröße oder ihren Herstellungsprozess voneinander und deshalb auch in ihren nutzbaren photokatalytischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Ein solches Gemisch könnte z. B. aus einem ersten photokatalytischen Stoff mit einer hohen Umsatzgeschwindigkeit, einem zweiten photokatalytischen Stoff mit einer hohen Ausnutzung der UV- Strahlung und mit einem dritten photokatalytischen Stoff mit einer effektiven Nutzung des Lichtes im sichtbaren Bereich bestehen.

Die Oberfläche des Pflastersteins wird mit Hilfe des photokatalytischen Stoffes Vorteilhafterweise von insbesondere organischen Verschmutzungen gereinigt und wird so wieder - nur optisch - sauber. Der photokatalytische Stoff verbraucht sich während seiner photokatalytischen Wirkung nicht selber. Er ermöglicht eine kostengünstige und umweltschonende Beseitigung von Verschmutzungen.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist der photokatalytische Stoff ausgebildet, seine katalytische Wirkung zumindest bei sichtbarem Licht und / oder zumindest bei UV-Licht zu entfalten.

Der Begriff UV-Licht ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung gleichbedeutend mit dem Begriff UV-Strahlung zu verstehen.

Sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von ca. 400 nm bis 780 nm ist im Jahresdurchschnitt wesentlich häufiger vorhanden bzw. verfügbar, als UV-Licht. Dies liegt darin begründet, dass bei bewölktem Himmel der UV-Anteil des Sonnenlichtes insbesondere durch die Wolken herausgefiltert wird und deshalb nicht oder nur teilweise auf die Erdoberfläche gelangt. Außerdem erzeugen künstliche Lichtquellen, wie z. B. Straßenlaternen kein UV-Licht. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines photokatalytischen Stoffes, der auch unter Einwirkung von sichtbarem Licht arbeitet, kann deshalb die Arbeitszeit bzw.

Wirkungsdauer pro Tag dieses Stoffes und damit seine Effizienz wesentlich gesteigert werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Pflasterstein mit dem photokatalytischen Stoff für Flüssigkeiten, insbesondere Niederschlä- ge, versickerungsfähig ausgebildet. Bei einem derartigen Pflasterstein hat die Verwendung des photokatalytischen Stoffes an seiner Oberseite den Vorteil, dass die Flüssigkeit nicht mitsamt ihrer Verschmutzung in dem Stein versickert, sondern dass die Verschmutzung vor der Versickerung zumindest weitgehend durch den photokatalytischen Stoff abgebaut werden konnte. Es versickert des- halb lediglich eine zumindest weitgehend gereinigte bzw. endkontaminierte Flüssigkeit. Aufgrund seiner Versickerungsfähigkeit bzw. Porosität fungiert der Pflasterstein dann als Speicher für die gereinigte Flüssigkeit.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Pflasterstein mit dem pho- tokatalytischen Stoff versickerungsunfähig ausgebildet. Auch in diesem Fall hat der photokatalytischen Stoff den Vorteil, dass er unter Einwirkung von sichtbarem Licht die Verschmutzungen bzw. Schadstoffe in der Flüssigkeit abbaut, bevor diese in oberirdische Gewässer oder die Kanalisation abfließen. Eine Verschmutzung dieser oberirdischen Gewässer findet dann nicht mehr statt und die Kosten für eine Reinigung der abgeflossenen Flüssigkeiten in einer Kläranlage können eingespart oder zumindest deutlich reduziert werden.

Aussparungen an der Unterseite und / oder an den Seitenwänden des Pflastersteins haben den Vorteil, dass diese Aussparungen als Speicher für die gerei- nigte versickerte Flüssigkeit dienen können, wenn sie mit einem Einbettungsmaterial, z. B. Sand in dem die Pflastersteine verlegt worden sind, gefüllt sind.

Eine Ausbildung des photokatalytischen Stoffes als Stoffgemisch, welches aus einem Grundstoff mit geeignet dotiertem Dotierungsbestandteil besteht, hat den Vorteil, dass das photokatalytischen Stoffgemisch ganz gezielt für bestimmte

Einsatzzwecke zusammengestellt, z. B. auch aus verschiedenen photokatalyti-

sehen Stoffen zusammengemischt werden kann. Diese Einsatzzwecke können sich z. B. in der Art des verfügbaren Lichtes und der Art der abzubauenden Schadstoffe unterscheiden und dementsprechend sind dann der Grundstoff und die Dotierungsbestandteile in ihrer Art und Menge geeignet zu bestimmen.

Es ist von Vorteil, wenn der photokatalytischen Stoff durch geeignete Dotierung seine beschleunigende Wirkung beim zersetzen von Schadstoffen erhöht, wenn er nicht nur mit sichtbarem Licht, sondern zusätzlich auch mit UV-Licht bestrahlt wird.

Vorteilhafterweise ist die Oberseite des Pflastersteins möglich großflächig gestaltet, damit für die photokatalytischen Prozesse eine möglichst große Wirkungsfläche zur Verfügung steht. Die Fläche der Oberseite des Pflastersteins kann durch Vertiefungen, z. B. Rillen vergrößert werden, wobei dann jedoch darauf zu achten ist, dass diese Vertiefungen in ihrer Form und in ihrer Tiefe so ausgebildet sein sollten, dass das einfallende Licht bis auf den Grund der Vertiefung fallen kann. Die Vertiefungen können durchaus in der Größenordnung von bis zu einigen Millimetern liegen.

Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Oberflä- chenbefestigung gelöst, bei der eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Pflastersteinen mit dazwischen befindlichen Fugen verlegt worden sind. Die Vorteile einer derartigen Oberflächenbefestigung entsprechen grundsätzlich den oben mit Bezug auf einen einzelnen erfindungsgemäß ausgebildeten Pflasterstein erwähnten Vorteilen.

Ergänzend sei lediglich erwähnt, dass die Verfüllungen in den Fugen zwischen den Steinen versickerungsunfähig oder versickerungsfähig ausgebildet sein können, je nachdem ob die bereits durch die photokatalytische Wirkung auf der Oberseite der Pflastersteine zumindest teilweise gereinigte Flüssigkeit, insbe- sondere das Niederschlagswasser, oberirdisch abfließen soll oder zumindest teilweise auch durch die Fugen versickern soll.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verfüllungen der Fugen zumindest an ihrer dem Licht zugewandten Oberseite denselben oder einen anderen photo- katalytischen Stoff aufweisen wie die Pflastersteine. Dadurch würde die photo- katalytisch wirksame Fläche neben der Oberseite der Pflastersteine auch auf die Oberseite der Fugen erweitert. Aufgrund dieser Vergrößerung der photoka- talytisch wirksamen Fläche kann die Effizienz und die Effektivität der Abbaubzw. Zersetzungsprozesse deutlich gesteigert werden.

Auf die besonders vorteilhafte Verwendung des photokatalytischeπ Stoffes an der dem Licht zugewandten Oberseite eines Pflastersteines oder einer Fuge zum Beschleunigen des Abbauprozesses einer Verschmutzung in einer Flüssigkeit, z. B. Niederschlagswasser, auf der Oberseite unter Einwirkung von Licht wurde bereits mehrfach hingewiesen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Pflastersteins und der Oberflächenbefestigung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der Beschreibung sind insgesamt vier Fig. beigefügt, wobei

Fig. 1 einen versickemngsunfähigen Pflasterstein mit photokatalytischer

Beschichtung an seiner Oberseite;

Fig. 2 einen versickerungsfähigen Pflasterstein mit einem photokatalyti- schen Stoff im oberen Bereich;

Fig. 3 einen versickerungsfähigen Pflasterstein mit einem photokatalyti- schen Stoff, eingemischt in sein Korngefüge; und

Fig. 4 einen Teil einer Oberfläche mit zwei in Sand verlegten Pflaster- steinen gemäß der Erfindung

zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben. Gleiche technische Merkmale sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Pflasterstein V, der aufgrund seines Korngefüges für Flüssigkeiten, insbesondere Niederschlagswasser undurchlässig ist. Er trägt an seiner Oberseite eine wasserundurchlässige Schicht 8 aus einem photokatalytischen Stoff, welcher seine photokatalytischen Wirkung insbesondere bei sichtbarem Licht, d. h. bei einem Lichteinfall mit einem Wellenlängenbereich von ca. 400 nm bis 780 nm voll entfaltet. Dieser Lichteinfall ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Neben Spektralanteilen aus dem genannten sichtbaren Lichtbereich kann der Lichteinfall 13 auch UV-Lichtanteile enthalten. Unter dem Einfall von allein schon Licht im sichtbaren Bereich beschleunigt der photokatalytische Stoff in der Schicht 8 die Zersetzung bzw. den Abbau einer Verschmutzung 14, z. B. eines öltropfens an der Oberseite des Pflastersteins 1'. Die Effektivität der Photokatalyse ist umso größer, je größer die photokatalytisch wirksame Fläche ist. Auf der Oberseite des Pflastersteins 1 ist diese Fläche dadurch vergrößert, dass die Oberseite uneben gestaltet ist und insbesondere Vertiefungen 3 aufweist, die so gestaltet sind, dass der Lichteinfall 13 möglichst bis auf den Grund der Vertiefung gelangen kann.

Weil der Pflasterstein 1 ' ein für Flüssigkeiten und damit auch für Niederschläge wie Regenwasser undurchlässig, d. h. nicht versickerungsfähig ausgebildet ist, wird auftreffender Niederschlag 15 auf der Oberseite entweder in oberirdische Gewässer oder in die Kanalisation abgeleitet. Aufgrund der wirksamen photokatalytischen Prozesse, die entweder bereits vor dem Niederschlagsereignis oder währenddessen Verschmutzungen auf der Oberseite des Pflastersteins abge- baut haben, sind die abfließenden Niederschläge 15 entweder gar nicht mehr oder zumindest deutlich weniger belastet als ohne die Einwirkung der photoka-

talytischen Stoffe. Insbesondere nach dem Abfließen des Niederschlags ist die Oberseite des Pflastersteins 1 wieder sauber; die Oberseite hat sich aufgrund der photokatalytischen Wirkung selbst gereinigt.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Pflas- terstein 1". Es unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten Pflasterstein zum einen darin, dass der photokatalytische Stoff hier nicht als separate Schicht mehr oder weniger in Reinform auf die Oberseite des Pflastersteins aufgetragen wurde, sondern dass der photokatalytischen Stoff in dem Korngefüge des Betons im oberen, d. h. der Oberseite des Pflastersteins zugewandten Bereich zugemischt wurde. Die photokatalytische Wirkung, d. h. die Beschleunigung von Abbauprozessen von Verschmutzungen ist hier dieselbe wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Im Unterschied zu dem Pflasterstein T ist der hier in Fig. 2 gezeigte Pflasterstein 1" jedoch für Flüssigkeit und insbesondere für einfallenden Niederschlag versickern ngsfähig ausgestaltet. Dies be- deutet, dass ein Niederschlag 15, welcher auf die Oberseite des Pflastersteins trifft, dort aufgrund der Porosität des Pflastersteins eine Zeitlang gespeichert wird um danach an der Unterseite des Pflastersteins wieder auszutreten; siehe Bezugszeichen 16. Aufgrund der photokatalytischen Wirkung an der Oberseite bzw. - soweit Licht einfallen kann - auch im oberen Bereich des Pflastersteins versickern Verschmutzungen und Schadstoffe nicht zusammen mit dem Niederschlag in dem Pflasterstein, sondern werden stattdessen zuvor an dessen Oberfläche abgebaut. Das versickernde und an der Unterseite des Pflastersteins austretende Niederschlagswasser ist grundsätzlichfrei von Verschmutzungen oder allenfalls nur noch sehr geringfügig mit Schadstoffen belastet.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Pflasterstein, hier mit dem Bezugszeichen 1'" bezeichnet. Der hier gezeigte Pflasterstein unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass der photokatalytische Stoff nicht nur im oberen Bereich, son- dem im gesamten Volumen dem Kornmaterial, z. B. Beton, des Pflastersteins beigemischt wurde. Auch dieser Pflasterstein ist versickerungsfähig für Flüssig-

keiten ausgebildet. Deshalb ist seine Funktion identisch mit der bei dem Pflasterstein 1" gemäß Fig. 2. Zu beachten ist jedoch, dass die photokatalytische Wirkung nur bis in die Tiefen des Pflastersteins stattfindet, in die auch das sichtbare Licht 13 einfallen kann. In größeren Tiefen finden photokatalytische Prozesse wegen des fehlenden Lichteinfalls nicht mehr statt, selbst wenn in diesem Tiefen photokatalytischer Stoff vorhanden sein soll, wie diese in Fig. 3 gezeigt ist.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine begrenzte Oberflächenbefestigung, welche hier beispielhaft zwei Pflastersteine 1 ', 1" umfasst, die in Sand 20 ver- legt sind. Zwischen den beiden Pflastersteinen ist eine Fuge ausgebildet, die mit einer Verfüllung 19 aufgefüllt ist. Der rechte Pflasterstein ist ein Pflasterstein grundsätzlich gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; allerdings weist er an seinen Seiten und / oder an seiner Unterseite Aussparungen 21 auf, die jeweils mit Sand 20 oder mit der Verfüllung 19 für die Fugen verfüllt sind. Alternativ können die Aussparungen auch bei verfüllten Fugen leer sein bzw. als Wasserspeicher fungieren.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verfüllung 19 in der Fuge im oberen Bereich ebenfalls ein photokatalytischer Stoff beigemischt, so dass insbesondere an der Oberseite der Fuge die Zersetzung einer Verschmutzung 14 oder eines Schadstoffes durch den photokatalytischen Stoff bei Einfall von sichtbarem Licht beschleunigt wird. Durch das Vorsehen des photokatalytischen Stoffes auch in den Verfüllungen der Fugen wird die insgesamt wirksame photokatalytische Fläche vergrößert und dadurch die Effektivität der photokata- lytischen Wirkung vergrößert. Wenn die Verfüllung 19 in der Fuge versicke- rungsfähig ausgebildet ist, versickert in der Fuge auch letzten Endes nur gereinigtes Niederschlagswasser, weil eventuelle Verschmutzungen oder Schadstoffe zuvor an der Oberseite der Pflastersteine 1 ' und 1" oder an der Oberseite der Fuge zersetzt wurden. Die mit Sand oder mit dem Fugen-Verfüllmaterial 19 ver- füllten Aussparungen 21 in der Pflasterstein 1 " dienen als temporärer Speicher für das versickerte saubere Niederschlagswasser.