Schalungselement

Die Erfindung betrifft ein ξchalungselement für Beton, insbesondere eine Schalungsplatte, mit wenigstens einer Schalungs fläche, wobei die wenigstens eine Schalungs fläche mit einer Deckschicht versehen ist.

Schalungselemente verschiedenster Geometrien, insbesondere plattenförmige Schalungselemente, sind aus dem Beton- und Stahlbetonbau in den unterschiedlichsten Ausführungen seit Jahrzehnten bekannt. Zunehmend besteht auch bei geschalten Betonteilen der Bedarf, ihre Oberfläche ästhetisch ansprechend zu gestalten, um sie selbst auch als Gestaltungselement beispielsweise in einer Gebäudefassade einsetzen zu können. Ein entscheidendes Kriterium für eine ästhetische Oberfläche ist deren Glattheit. Dies wiederum erfordert, dass die eingesetzten Schalungselemente höchsten Ansprüchen hinsichtlich minimaler Rauheit und Porenfreiheit genügen müssen. Gleichzeitig muss das Entfernen der Schalungselemente nach erfolgter Härtung des Frischbetons in der Weise erfolgen können, dass die Gefahr eines Abplatzens von Teilen der Betonfassade infolge eines lokalen Anhaftens an dem Schalungselement oder einer Verklammerung mit dem Schalungselement ausgeschlossen ist. Ferner darf auch das vielfach einzusetzende Schalungselement beim Abnehmen nicht beschädigt werden.

Aus der Praxis ist es daher bekannt, die Schalungsflächen der Schalungselemente vor dem Einsatz mit einem Trennmittel zu versehen, so dass ein problemloses Ablösen der

Schalungselemente sichergestellt ist. Das Auftragen des Trennmittels erfordert jedoch einen aus Kostengründen in der Regel nicht akzeptablen zusätzlichen Zeitaufwand. Ferner treten durch ungenaues Arbeiten immer wieder Fehler auf, die eine zeitintensive Nacharbeit erfordern. Zudem ist bei verschiedenen Anwendungen, beispielsweise bei der Herstellung von Trinkwasserspeichern aus Beton, die Verwendung von Schalungsöl als Trennmittel aus hygienischen Gründen ausgeschlossen .

Ferner sind aus der Praxis Schalungsplatten bekannt, welche an ihren Schalungs flächen mit einer Melaminharzschicht als permanenter Trennschicht beschichtet sind. Hierbei tritt das Problem auf, dass die Melaminharzschicht zur Rissbildung neigt, so dass die Schicht nach wenigen Einsätzen des so beschichteten Schalungselementes durch den Frischbeton teilweise unterwandert wird, so dass sie in relativ kurzer Zeit zerstört wird.

Aus der Patentliteratur sind eine große Zahl von

Schalungselementen mit verschiedenen Beschichtungen bekannt. In der DE 93 00 109 Ul ist eine mehrschichtige Schalungsplatte beschrieben, welche als äußerste Schalungsfläche eine Schicht aus einer Mischung aus Polyolefinharzen und Holz- bzw. Zellulosestoffen, insbesondere Holzmehl, aufweist. Diese wird als abriebfest beschrieben und zeichnet sich durch ein geringes Absorptionsvermögen von Wasser und ölen aus, so dass ein leichtes Ablösen vom erhärteten Beton gewährleistet ist. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass das Ablöseverhalten heutigen Ansprüchen nicht mehr genügt.

In der AT 255 736 ist eine Schalungsplatte beschrieben, bei der die Schalungsfläche mit einer zweischichtigen Kunstharzschicht belegt ist. Im Einzelnen werden die Poren der Schalungsfläche durch eine erste Kunstharzschicht gefüllt. Auf die Oberfläche dieser ersten Schicht wird eine Papierschicht aufgelegt, die ihrerseits dann durch eine weitere Kunstharzschicht bedeckt wird, so dass eine insgesamt glatte, wasserabweisende Oberfläche erhalten wird. Derartige Beschichtungen der Schalungs flächen haben sich in der Praxis jedoch nicht als hinreichend widerstandsfähig erwiesen.

Eine weitere kunststoffbeschichtete Schalungsplatte ist in der DE 199 32 335 Al beschrieben. Sie wird als besonders alterungs- und witterungsbeständig sowie als widerstandsfähig gegen Chemikalieneinwirkung und mechanische Belastungen beschrieben. Jedoch bietet sie keine Lösung, um dem Problem einer erschwerten Ablösbarkeit des Schalungselementes vom erhärteten Beton zu begegnen.

In der DE 102 56 361 B4 ist schließlich eine Schalungsplatte zum Herstellen von Beton- und Stahlbetontragwerken offenbart, bei der ein plattenförmiger Holzkern beidseits mit Schichten aus mit Holzmehl gefülltem Polypropylen (HMPP) belegt ist, wobei die HMPP-Schichten ihrerseits mit Polypropylen überzogen sind. Der gesamte Schichtaufbau ist in eine

Rahmenkonstruktion eingesetzt, die der Schalungsplatte eine erhöhte Steifigkeit verleiht. Auch hier ist das Problem einer nicht optimalen Ablösbarkeit vom erhärteten Beton gegeben.

Ausgehend von dem vorstehend diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein

Schalungselement für Beton anzugeben, das sich durch eine

verbesserte Ablösbarkeit und Oberflächenqualität bedingt durch eine hohe Abrasionsbeständigkeit auch nach einer großen Zahl von Einsätzen auszeichnet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schalungselement für Beton, insbesondere eine Schalungsplatte, mit wenigstens einer Schalungε fläche, wobei die wenigstens eine Schalungs fläche mit einer Deckschicht versehen ist, dadurch gelöst, dass die Deckschicht durch eine Nanopartikel enthaltende Lackschicht gebildet ist.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Nanopartikel enthaltende Lackschicht fungiert als eine permanente Trennschicht für die Schalungsfläche des Schalungselementes . Durch die Kombination eines auf die Schalungsfläche aufzutragenden Lacksystems mit darin enthaltenen Nanopartikeln ist einerseits eine extrem Glattheit der Schalungs fläche möglich, da in der Schalungs fläche vorhandene Poren durch die Lackschicht geschlossen werden. Entsprechend kann die daran abgeformte Betonoberfläche potenziell höchsten ästhetischen Ansprüchen genügen, da es nicht zu Verklammerungseffekten zwischen dem gehärteten Beton und der Schalungs fläche kommt, die eine einfache, zerstörungsfreie Ablösung des Schalungselementes erschweren bzw. verhindern. In Untersuchungen des Anmelders konnten mittlere Rauheiten von R _a < « 2 um erreicht werden. Ferner bewirken die in dem Lackbindemittel als elastischer Matrix fein verteilten Nanopartikel andererseits eine extrem hohe permanente Abrasionsbeständigkeit (Abriebfestigkeit und Kratzunempfindlichkeit) , so dass die erfindungsgemäß beschichtete Schalungsfläche auch nach vielfacher Anwendung auch unter ungünstigten Bedingungen hinsichtlich einer mechanischen Beanspruchung noch problemlos einsetzbar ist.

Es versteht sich, dass das erfindungsgemäß Schalungselement neben Beton auch für andere abforrnbare Materialien geeignet ist, insbesondere für solche mit hydraulischen Bindemitteln wie Gips, Kalk, Ton und weitere.

Als Lacke können kommerziell verfügbare Lacksysteme eingesetzt werden. Als besonders geeignet erweisen sich Acrylharzlacke, insbesondere strahlungshärtbare Lacke, wie z.B. UV-härtbare Acrylharzlacke. Prinzipiell ebenfalls verwendbar sind weitere synthetische Lacksysteme, wie z.B. Alkydharze, die sich durch eine besondere Hydrophobie auszeichnen. Auch ist der Einsatz von natürlichen Harzen denkbar. Durch entsprechende Auswahl des Lacksystems wird eine sehr hohe Beständigkeit der Schalungs fläche gegen

Chemikalien, wie verschiedene Lösungsmittel, Laugen, Säuren verschiedene Lebensmittel und öle, in einem weiten pH-Bereich sowie eine UV-Langzeitstabilität erreicht.

Erfindungsgemäß enthält das Lacksystem Nanopartikel . Diese können einen mittleren Durchmesser von ca. 10 bis ca. 200 nm, bevorzugt 10 nm aufweisen. Die Nanopartikel können durch eine Vielzahl von Stoffen (Metalle, Halbmetalle oder Metalloxide) gebildet werden. Besonders eignen sich solche Materialien, die auch mikroskopisch eine entsprechende Härte aufweisen, um der auf die Schalungs fläche aufgebrachten, die Nanopartikel enthaltenden Lackschicht die gewünschte makroskopische Abrasionsbeständigkeit zu verleihen. Besonders eignen sich Nanopartikel aus Halbmetalloxiden, insbesondere Siliziumdioxid. Um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen, beträgt der Anteil der Nanopartikel in der

aufgebrachten und ausgehärteten Lackschicht bevorzugt ca. 60 bis 75 Gewichts-%, besonders bevorzugt ca. 75 Gewichts-%.

Der auf die Schalungsfläche aufzutragende Lack kann über einen Sol-Gel-Prozess erzeugt werden, wie aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Er ist durch verschiedenste Lösungsmittel verdünnbar, so dass die gewünschten Verarbeitungseigenschaften präzise eingestellt werden können. Wird beispielsweise Ethanol als Lösungsmittel eingesetzt, so weist der verarbeitbare Lack bei einem Ethanol-Anteil von ca. 70 Gewichts-% einen Feststoffanteil {Lackbindemittel mit Nanopartikeln) von entsprechend ca. 30 Gewichts-%, eine Dichte von ca. 0,876 g/cm ³ und eine Viskosität 2,3 mPa-s auf.

Der Lösungsmittelanteil in der verarbeitbaren Lackschicht kann ca. 70 Gewichts-% bis ca. 90 Gewichts-% betragen.

Der in einen verarbeitbaren Zustand gebrachte Lack kann auf verschiedene Arten auf die ξchalungsflache des Schalungselementes appliziert werden. Geeignete

Auftragverfahren sind beispielsweise Sprühen, Tauchen, Schleudern, Fluten, Rakeln, Walzen oder Drucken. Dabei wird bevorzugt eine Trockenschichtdicke d < 10 um, beispielsweise 7 - 8 um, eingestellt, was mit den vorstehend genannten Techniken problemlos möglich ist. Untersuchungen des

Anmelders haben gezeigt, dass es bei höheren Schichtdicken bei mechanischer Beanspruchung zu Abplatzungen kommt. Weiter haben Untersuchungen des Anmelders gezeigt, dass sich bei einer eingestellten Trockenschichtdicke von 5 um dabei ein Lackverbrauch von 15 g/m ² ergibt.

Das Schalungseiement seinerseits kann unterschiedlichste Geometrien aufweisen. Denkbar sind plattenförmige ebenso wie sphärische oder gewinkelte Geometrien. Ferner kann das Schalungselernent aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein. Geeignet sind beispielsweise polymere Werkstoffe. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von polymeren Kunststoffen der Gruppe Polycarbonat (PC) ,

Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polyethylenterephthalat (PET) , Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS) , Acrylester- Styrol-Acrylnitril (ASA) , Polyvinylchlorid (PVC) ,

Polyetheretherketon (PEEK) , Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) •

Bei diesen, wie auch bei anderen Werkstoffen, kann die Lackschicht unmittelbar auf die Oberfläche des Schalungselementes aufgebracht sein.

Besonders weit verbreitet im Bereich der Betonverschalung sind Holzwerkstoffe, da sie kostengünstig verfügbar und mechanisch robust sind. Diese können ebenfalls unmittelbar mit der die Nanopartikel enthaltenden Lackschicht beschichtet werden .

Eine aus einem Holzwerkstoff gefertigte Schalungsplatte weist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen der Schalungs fläche und der Lackschicht eine weitere Schicht auf. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Polyesterharzschicht handeln. Diese sorgt für eine grobe Glättung der in der Regel zunächst stark rauen und porigen Oberfläche des Holz-Schalungseiementes . Auf die - bevorzugt angeschliffene - Schichtoberfläche wird sodann die Nanopartikel enthaltende Lackschicht aufgetragen. Diese weist

dann die gewünschte minimale Rauheit und äbrasionsbeständigkeit auf. Die hohe Elastizität einer Nanopartikel enthaltenden Lackschicht auf beispielsweise Acrylat-Basis qualifiziert diese besonders für die Anwendung im Zusammenhang mit einem aus Holz gefertigten Schalungselement, da es sich bei Holz bekanntermaßen um einen „arbeitenden" Werkstoff handelt.

Beispiel 1

Ein unbehandeltes Holzschalungsbrett wird im ersten Schritt mit ca. 30 μm Haftvermittler aus Polyesterharz, bestehend aus

98 Gewichts-% Reinharz und 2 Gewichts-% Härter, beschichtet. Diese Haftvermittlerschicht wird mit einem Schleifer {ca.

180er Korn Schleifpapier) angeschliffen, damit die erfindungsgemäß vorgesehene Deckschicht als funktionale

Beschichtung haften kann.

Das UV-Nanobeschichtungsmaterial hat im verarbeitbaren Zustand einen Feststoffanteil von 30 Gewichts- % und 70

Gewichts-% Ethanol als Lösemittel. Als funktionale Pigmente werden 10 nm große Si0 ₂ -Nanopartikel genutzt. Als Bindemittel wird ein Acrylat in der Zusammensetzung 20 Gewichts-%

Pentaeythrittetraacrylat und 5 Gewichts-% Pentaerythrittriacrylat genutzt. Dieses Beschichtungsmaterial hat in dieser Zusammensetzung eine Dichte von 0,876 g/cm ³ und eine Viskosität von 2,3 mPa-s .

Das Beschichtungsmaterial wird mit einer Nassschichtdicke von ca. 20μm auf das mit der Haftvermittlerschicht versehene

ξchalungsbrett aufgesprüht. Der durchschnittliche verbrauch

beträgt dabei ca. 22 g/m ² . Sodann folgt eine Wartezeit von mindestens 15 Sekunden, in der das Lösemittel aus dem nassen Film entweicht.

Anschließend wird die Beschichtung durch eine UV- Belichtungseinheit mit einer Energiedosis von 2-5 J/cm ² gehärtet. Durch die UV-Härtung sind sehr hohe Prozessgeschwindigkeiten erreichbar .

Nach Abschluss der Härtung wird eine optisch neutrale, hoch transparente Nanobeschichtung mit einer Trockenschichtdicke von ca. 7-8 μm erhalten, die transparent, hoch abriebsfest, kratzunempfindlich und hydrophob ist.

Die hohe Transparenz der ausgehärteten Schicht ist dabei eine Folge der homogenen Verteilung der Nanopartikel. Die

Kratzunempfindlichkeit ergibt sich durch die hohe Härte der Nanopartikel, die in das Lackbindemittel als eine elastische Matrix eingebunden sind.

An der aufgebrachten und ausgehärteten Schicht wurden verschiedene Versuche zur Festellung der Gebrauchsfähigkeit vorgenommen :

Die Ritzhärte dieser Schicht beträgt nach Wolff-Wilborn auf Glas und PMMA demnach 7H und auf PC 3H. Gemessen mit einem

Erichsen-Stab 318 beträgt die Ritzhärte auf PMMA 15N und auf Polycarbonat 5N.

Die Abriebsfestigkeit wurde mit einem Taber-Abraser bestimmt (500 Umdrehungen, die Schleifscheiben sind vom Typ CS10F, belastet mit 2 x 500 Gramm) . Der Trübungsverlust dieser

BeSchichtung auf Glas oder Polycarbonat war kleiner als 10% und ein Gewichtsverlust war nicht messbar. Die Hydrophobie dieser Beschichtung wurde mittels Kontaktwinkelmessungen bestimmt. Der Kontaktwinkel war größer als 90°, d.h. die Beschichtung zeigt eine ausgeprägt Hydrophobie.

Die Beschichtung zeigt desweiteren eine hervorragende chemische Beständigkeit. Sie ist beständig gegen polare, aliphatische und aromatische Lösemittel. Diese Beständigkeit ist wichtig, da auf den Baustellen mit unterschiedlichen Lösemitteln gearbeitet wird. Desweiteren ist sie beständig gegen verdünnte Säuren (z.B. HCl 0,1 molar) und verdünnte Laugen (z.B. KOH 0,1 molar) . Desweiteren ist sie in dem pH- Wert-Bereich 2-14 stabil. Diese pH-Stabilität ist sehr wichtig, da sich die Aushärtung von Beton im pH-Wert-Bereich 5-14 abspielt. Schließlich haben Messungen des Anmelders an der vorstehend beschriebenen Beschichtung ergeben, dass diese Beschichtung außenwitterungsbeständig ist.

Die Oberfläche der Nanobeschichtung weist eine mittlere

Rauheit von R _a < « 2 nm auf und ermöglicht somit das Abformen von nahezu perfekt glatten und somit ästhetisch ansprechenden Betonoberflächen ohne Trennmittel.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Schnittdarstellung der

Grenzfläche zwischen einem erfindungsgemäßen

Schalungselement aus Holz und einem ausgehärteten Betonteil,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Grenzfläche zwischen einem erfindungsgemäßen

Schalungselement aus Holz und einem ausgehärteten Betonteil in einer alternativen Ausführung und

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Grenzfläche zwischen einem Schalungseiement aus

Holz nach dem Stand der Technik und einem ausgehärteten Betonteil.

In Fig. 1 ist in vergrößerter Darstellung die Grenzfläche zwischen einem erfindungsgemäßen Schalungselement 1, vorliegend in Plattenform, und einem daran abgeformten und ausgehärteten Betonteil 2 gezeigt. Wie dargestellt, sind die Poren der Schalungsfläche Ia des Schalungselementes 1 vollständig mit einer Nanopartikel (symbolisch als Punkte dargestellt) enthaltenden Lackschicht 3 als permanenter

Trennschicht gefüllt. Bei der Lackschicht 3 handelt es sich beispielsweise um einen UV-gehärteten Acrylatlack mit SiO ₂ - Nanopartikeln . Die Oberfläche 3a der Lackschicht 3 weist eine mittlere Rauheit von typischerweise R _a < « 2 nm auf und ermöglicht somit das Abformen von nahezu perfekt glatten und somit ästhetisch ansprechenden Betonoberflächen. Aufgrund der ausgepägten Glattheit kommt es nicht zu

Verklammerungseffekten zwischen der ξchalungsflache und dem Beton, wie im Falle von einfachen unbehandelten Schalungsflächen (Fig. 3) . Somit ist ein einfaches Ablösen des Schalungselementes nach erfolgter Aushärtung des Betons möglich. Ferner sorgen die Nanopartikel für eine exzellente

permanente Abrasionsbeständigkeit, so dass eine hohe Wiederverwendbarkeit und Lebensdauer des Schalungseiementes gegeben ist. Aufgrund ihrer hohen Elastizität macht die Lackschicht 3 Schrumpfungs- und Dehnungsbewegungen des HoIz- Schalungselementes 1 problemlos mit.

In Fig. 2 ist eine modifizierte Ausführungsform der Grenzfläche zwischen Schalungsplatte 1 und Beton 2 wiederum in vergrößerter Schnittdarstellung gezeigt. Die Schalungsfläche Ia des Holz-Schalungselementes 1 ist hier mit einem Polyesterharz beschichtet, welcher die Poren in der Oberfläche 3a bereits teilweise schließt. Auf die Oberfläche 4a der Polyesterharzschicht 4 ist nun die Lackschicht 3 aufgetragen. Hierzu ist die Oberfläche 4a der Polyesterharzschicht bevorzugt durch Anschleifen aufgeraut, um eine feste Verklammerung der Polyesterharzschicht 4 mit der Lackschicht 3 zu erreichen.

In Fig. 3 ist die Situation bei einem einfachen Schalungselement 1' des Standes der Technik gezeigt. Wiederum ist das Schalungselement 1' aus Holz gefertigt, jedoch gilt dies prinzipiell, wenn auch in abgeschwächter Form für andere Schalungswerkstoffe. Wie in Fig. 3 dargestellt, kommt es zu einer intensiven Verklammerung zwischen dem in die Poren des Schalungseiementes 1' eingedrungenen Beton 2' und dem

Schalungselement 1' . Hierdurch wird ein zerstörungsfreies Ablösen des Schalungselementes nach dem Erhärten des Betons verhindert .