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Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Belag für einen Verkehrsweg. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verkehrsweg mit einem solchen mehrschichtigen Belag.
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Verkehrswege, die dazu dienen, begangen oder befahren zu werden und auf denen häufig Lasten bewegt und abgestellt werden, sind aus Belägen hergestellt, wie beispielsweise Asphalt oder Beton. Diese Beläge sind kostengünstig und in einfacher Art und Weise herzustellen bzw. zu verlegen.
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Im Allgemeinen werden solche Beläge auf Unterbauten aufgebracht.
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Die Beläge selbst sind in hohem Maße witterungsresistent, langlebig und widerstandsfähig gegenüber den Belastungen, die sich im Verkehr durch Begehen, Befahren oder Abstellen von Lasten ergeben.
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Verkehrswege sind im Sommer einer sehr hohen Sonneneinstrahlung ausgesetzt und erhitzen sich demzufolge. Häufig kann beobachtet werden, dass Beläge aus Asphalt unter dem Einfluss von Kräften – beispielsweise bei der Befahrung mit Fahrzeugen – sich im erhitzten Zustand verformen.
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Im Winter stellen die Verkehrswege – insbesondere beispielsweise auf Brückenbauwerken – Gefahrenpunkte dar, da dort Schnee und Eis die Verkehrssicherheit gefährden.
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Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, einen mehrschichtigen Belag für einen Verkehrsweg anzugeben, der dazu geeignet ist, aus dem Belag Wärmeenergie abzuführen bzw. in den Belag Wärmeenergie einzuführen, der hinsichtlich seiner Wärmeleitung optimiert ist und der einfach herstellbar und darüber hinaus kostengünstig ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst gemäß Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein mehrschichtiger Belag für einen Verkehrsweg derart zu gestalten ist, dass auf einem Unterbau eine erste Schicht und darauf eine zweite Schicht, in welcher Rohre zur Zu- oder Abführung von Wärmeenergie eingebettet sind, angeordnet sind, wobei die zweite Schicht eine größere Wärmeleitzahl λ als die erste Schicht aufweist.
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Als Unterbau wird im vorliegenden Erfindungszusammenhang verstanden beispielsweise eine verdichtete Erde, eine verdichtete Schotter- oder Splittschicht, eine Betonschicht, eine Stahlbetonschicht, im Falle von Brückenbauwerken beispielsweise auch eine Stahlschicht oder eine Stahlbetonschicht oder Vergleichbares. Auf diesem Unterbau ist zunächst eine erste Schicht angeordnet. Auf dieser ersten Schicht ist dann eine zweite Schicht angeordnet, in welcher Rohre zur Zu- oder Abführung von Wärmeenergie eingebettet sind.
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Erfindungswesentlich ist hierbei, dass die zweite Schicht, in der die Rohre zur Zu- oder Abführung von Wärmeenergie eingebettet sind, eine größere Wärmeleitzahl λ aufweist als die erste Schicht.
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Hierdurch ist sichergestellt, dass Wärmeenergie, die durch die Sonneneinstrahlung des Belages im Belag gespeichert ist, nur in geringem Ausmaß an den Unterbau abgegeben wird und damit für eine Gewinnung dieser Wärmeenergie verloren geht.
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Durch die besondere Wahl der Wärmeleitzahl λ der zweiten Schicht im Vergleich zur ersten Schicht ist weiterhin sichergestellt, dass Wärmeenergie, die im Winter dem Belag zugeführt wird, um diesen beispielsweise schnee-/eisfrei zu halten, nur in sehr geringem Maß an den Unterbau abgegeben wird und dadurch nicht mehr für diesen Zweck zur Verfügung steht.
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In einer besonderen Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der zweiten Schicht eine dritte Schicht angeordnet ist.
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Die dritte Schicht kann beispielsweise eine Verschleißschicht oder eine andersartig gewählte Schicht sein, die den mehrschichtigen Belag für einen Verkehrsweg weiter verbessert.
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In einer weiteren günstigen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schichten untereinander untrennbar verbunden sind.
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Dies gilt sowohl für die Verbindung der ersten Schicht mit der zweiten Schicht wie auch für die Verbindung der zweiten Schicht mit der dritten Schicht wie auch für die Verbindung der ersten mit der zweiten und mit der dritten Schicht.
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Dadurch wird in besonders günstiger Weise erreicht, dass der mehrschichtige Belag für einen Verkehrsweg gegenüber den Kräften, die durch das Begehen, Befahren oder beispielsweise auch Abstellen von Lasten auf dem Verkehrsweg einwirken, nicht nennenswert verformt wird.
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Auf diese Weise ist es möglich, dass der mehrschichtige Belag für einen Verkehrsweg sehr langlebig ist und damit Erneuerungsintervalle erheblich verlängert sind.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich als günstig herausgestellt, wenn die erste Schicht Beton oder Walzasphalt oder Gussasphalt oder ein tragfähiges Material, das für den Verkehrswegebau geeignet ist, und die Dichte herabsetzende Zuschlagstoffe enthält oder aus diesen besteht und eine Wärmeleitzahl λ von ≤ 0,5 W/mK und eine Dichte von 1,0 bis 2,0 g/cm3 und eine Festigkeit von ≥ 20 N/mm2, insbesondere eine Festigkeit von ≥ 40 N/mm2 aufweist.
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Eine derartige erste Schicht ist besonders widerstandsfähig, weist dichtebedingt ein geringes Gewicht auf und hat eine ausreichende Festigkeit für die Nutzung als Verkehrsweg. Bedingt durch das geringe Gewicht ist eine solche Schicht besonders geeignet beispielsweise für Brückenbauwerke oder für Verkehrswege in Hochbauten, wie beispielsweise Hochgaragen und Parkhäuser.
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Bedingt durch die geringe Wärmeleitzahl von λ ≤ 0,5 W/mK weist eine solche Schicht einen geringen Wärmedurchgang auf und besitzt die oben angesprochenen Vorteile hinsichtlich einer Wärmedämmung zum Unterbau hin.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Schicht eine Dicke von 10 bis 100 mm, bevorzugt eine Dicke von 30 bis 40 mm aufweist.
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Als dichtereduzierende Zuschlagstoffe eignen sich insbesondere poröse anorganische Materialien, wie beispielsweise Blähton oder Schaumglas. Es ist auch möglich, durch geeignete Maßnahmen eine geschäumte Schicht zu erzeugen, die dann als erste Schicht mit geringer Wärmeleitung einsetzbar ist. Hierzu kann beispielsweise dem Material der Schicht ein geeigneter Zusatz zugegeben werden, der unter vorgegebenen Bedingungen aufschäumt und damit die Dichte des Materials herabsetzt.
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Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin vorteilhaft, wenn die zweite Schicht Gussasphalt oder ein tragfähiges Material, das für den Verkehrswegebau geeignet ist, enthält oder daraus besteht und eine Wärmeleitzahl λ von ≥ 0,7 W/mK und eine Dichte von 1,0 bis 2,0 g/cm3 und eine Festigkeit von ≥ 20 N/mm2, insbesondere eine Festigkeit von 40 N/mm2 aufweist.
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Da in der zweiten Schicht erfindungsgemäß die Rohre eingebettet sind, die dazu dienen, Wärmeenergie dem Belag zu- oder abzuführen, ist die genannte hohe Wärmeleitzahl λ ≥ 0,7 W/mK von besonderer Bedeutung.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass in der zweiten Schicht die Wärmeleitfähigkeit verbessernde Zuschlagstoffe, wie beispielsweise mineralische oder metallische Zuschlagstoffe, vorhanden sind. Dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit weiter verbessert, was die Effektivität des Wärmeaustausches erhöht. Als die Wärmeleitfähigkeit verbessernde Zuschlagstoffe können vorgesehen sein: Calciumcarbonat, Talkum, Kreide, Flussspat, Bariumsulfat, Dolomit, Wollastonit, Eisenpulver oder Eisenpartikel.
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Durch die relativ gesehen hohe Wärmeleitfähigkeit kann effektiv der Wärmeentzug aus der zweiten Schicht oder der Wärmeeintrag in die zweite Schicht des Belages stattfinden. Die Festigkeit ist dabei so gewählt, dass sie für einen Verkehrsweg geeignet ist. Erfindungsgemäß wird die Dicke der zweiten Schicht so gewählt, dass diese 10 bis 100 mm, bevorzugt 30 bis 40 mm beträgt.
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Die in der zweiten Schicht eingebetteten Rohre können Metall-, Kunststoff- oder Metall-Kunststoff-Verbundrohre sein.
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Es ist bei der Auswahl des Rohrmaterials darauf zu achten, dass dieses den Verarbeitungstemperaturen insbesondere bei der Herstellung einer Gussasphalt- oder einer Walzasphaltschicht widersteht.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn ein Verbundrohr aus vernetztem Polyethylen (PE-X), welches mit einer Schicht aus Aluminium umhüllt ist, ausgewählt wird. Ein Rohr aus vernetztem Polyethylen (PE-X) mit einer umhüllenden Schicht aus Aluminium ist zäh, langlebig und widerstandsfähig gegen Beschädigungen und der Einwirkung höherer Temperaturen. Darüber hinaus weist ein solches Verbundrohr eine reduzierte Längenausdehnung auf, was im vorliegenden Erfindungszusammenhang vorteilhaft ist.
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Es ist auch widerstandsfähig gegen das Wärmeträgerfluid, das das Rohr durchströmt und den Wärmeenergieaustausch mit dem mehrschichtigen Belag ermöglicht. Rohre aus vernetztem Polyethylen zeigen keine Korrosion und weisen sehr günstige Dauergebrauchseigenschaften auf.
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Als Wärmeträgerfluid eignen sich verschiedene Fluide.
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Im vorliegenden Fall kann das Fluid ein Wasser, ein Wasser-Alkohol-Gemisch, insbesondere ein Wasser-/Glykolgemisch, ein Alkohol, eine Salzlösung oder Vergleichbares sein.
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Mit Hilfe des Wärmeträgers kann Wärmeenergie über die Rohre an die zweite Schicht des mehrschichtigen Belages abgegeben werden oder aus diesem aufgenommen werden.
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Soweit vorgesehen ist, dass eine dritte Schicht auf der zweiten Schicht angeordnet wird, hat sich als günstig herausgestellt, wenn die dritte Schicht Beton oder Gussasphalt oder Walzasphalt oder ein tragfähiges Material, das für den Verkehrswegebau geeignet ist, enthält oder aus diesem besteht und eine Wärmeleitzahl λ von ≥ 0,7 W/mK und eine Dichte von 1,0 bis 2,0 g/cm3 und eine Festigkeit von ≥ 20 N/mm2, insbesondere eine Festigkeit von ≥ 40 N/mm2 aufweist.
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Die dritte Schicht kann dabei als Verschleißschutzschicht oder als Abdeckschicht oder als Ausgleichsschicht oder als Wärmeverteilschicht dienen.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die dritte Schicht eine Dicke von 10 bis 100 mm, bevorzugt eine solche von 30 bis 40 mm aufweist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass in der dritten Schicht die Wärmeleitfähigkeit verbessernde Zuschlagstoffe, wie beispielsweise mineralische oder metallische Zuschlagstoffe, vorhanden sind. Dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit weiter verbessert, was die Effektivität des Wärmeaustausches erhöht. Als die Wärmeleitfähigkeit verbessernde Zuschlagstoffe können vorgesehen sein: Calciumcarbonat, Talkum, Kreide, Flussspat, Bariumsulfat, Dolomit, Wollastonit, Eisenpulver oder Eisenpartikel.
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Die zweite Schicht und die dritte Schicht können vorteilhaft aus einem Material hergestellt werden, das keine Poren aufweist. Auf diese Weise gelangt kein Wasser in die Schicht, so dass es zu keine Frostschäden kommen kann. Ebenso ist auf diese Weise die Wärmeleitung verbessert, was den Wärmeeintrag und die Abführung der Wärme aus dem mehrschichtigen Belag verbessert.
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Es kann sich aber auch als günstig für den Verkehrsweg erweisen, wenn die dritte Schicht aus einem Material hergestellt wird, das Poren aufweist. Ein solcher Belag mit einer porenreichen dritten Schicht kann beispielsweise die Geräusche, die beim Befahren eines Verkehrswegs entstehen, reduzieren.
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Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass zwischen dem Unterbau und der ersten Schicht und/oder der ersten Schicht und der zweiten Schicht und/oder der zweiten und der dritten Schicht Zwischenschichten in Form von Haftvermittlerschichten oder Ausgleichsschichten oder Stabilisierungsschichten oder Wärmedämmschichten oder Wärmeleitschichten angeordnet sind.
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Die Aufgabe, einen Verkehrsweg mit einem mehrschichtigen Belag gemäß vorliegender Erfindung anzugeben, ist in Anspruch 10 gelöst.
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Es gelingt damit, durch Verwendung des mehrschichtigen Belages gemäß vorliegender Erfindung einen Verkehrsweg herzustellen, der den Kräften und Lasten, die auf ihn einwirken, widersteht, der ein reduziertes Gewicht aufweist und damit für den Verkehrswegebau auf Brücken oder in Parkhäusern geeignet ist, der Wärmeenergie, die bei Sonneneinstrahlung aufgenommen wird an ein Wärmeträgerfluid abzugeben oder Wärmeenergie von diesem aufzunehmen um damit einen Auf- bzw. Abtauprozess einzuleiten, der eine verminderte Wärmeleitung zum Unterbau aufweist und der einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Sehr vorteilhaft kann mir der vorliegenden Erfindung beispielsweise ein Gebäude, das auf seiner Dachfläche einen Verkehrsweg aufweist, wobei dies beispielsweise eine Parkfläche ist, vor einer zu starken Erwärmung durch Sonneneinstrahlung – die sich schädlich auf das im Gebäude herrschende Klima auswirkt und Klimatisierungskosten verursacht – geschützt werden.
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Ein Verkehrsweg kann durch Verwendung des mehrschichtigen Belages gemäß vorliegender Erfindung nach folgendem Verfahren hergestellt werden:
- a. Befestigung bzw. Herstellung des Unterbaus;
- b. Auftragen der ersten Schicht auf den Unterbau;
- c. Auftragen der zweiten Schicht auf der ersten Schicht unter Einbettung der Rohre;
- d. Optionales Auftragen der dritten Schicht auf der zweiten Schicht.
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Die Erfindung wird durch die beigefügte Figur illustriert.
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Hierzu zeigt
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1 einen Querschnitt durch einen mehrschichtigen Belag gemäß vorliegender Erfindung.
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Der mehrschichtige Belag 1 ist auf einem Unterbau 2 angeordnet. Der Unterbau 2 besteht aus verdichtetem anstehenden Boden.
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Hierzu ist eine erste Schicht 3 auf dem Unterbau 2 angeordnet.
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Die erste Schicht 3 besteht im vorliegenden Beispiel aus einem Gussasphalt mit einer Wärmeleitzahl von λ = 0,4 W/mK, einer Dichte von 1,8 g/cm3 und einer Festigkeit von 40 N/mm2. Die Dicke der ersten Schicht 3 beträgt hierbei 35 mm.
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Auf der ersten Schicht 3 ist darauf aufgebracht und mit dieser untrennbar verbunden die zweite Schicht 4. Die zweite Schicht 4 weist eine Dicke von 50 mm auf. Die zweite Schicht 4 ist aus Gussasphalt gefertigt, das eine Wärmeleitzahl von λ = 1,0 W/mK, eine Dichte von 2,0 g/cm3 und eine Festigkeit von 40 N/mm2 aufweist.
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In der Schicht 4 sind Rohre 6 eingebettet, die aus vernetztem Polyethylen bestehen und von einer Schicht aus Aluminium ummantelt sind. Die Rohre 6 sind dabei allseitig von dem Material der zweiten Schicht 4 umgeben.
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Die Rohre 6 sind hierbei auf einem Rohrträger 7 befestigt, womit ein etwa gleichbleibender Abstand zwischen den Einzelrohren 6 vorgegeben ist. Als Rohrträger 7 eignen sich Matten oder Gitter oder Stäbe oder vergleichbare Mittel, die eine Befestigung oder beabstandete Anordnung von Rohren ermöglichen.
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Die Rohre 6 werden von einem Wärmeträger durchflossen. Als Wärmeträger eignen sich verschiedene Fluide.
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Im vorliegenden Fall kann das Fluid ein Wasser, ein Wasser-Alkohol-Gemisch, insbesondere ein Wasser-/Glykolgemisch, ein Alkohol, eine Salzlösung oder Vergleichbares sein.
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Mit Hilfe des Wärmeträgers kann Wärmeenergie über die Rohre 6 an die zweite Schicht 4 des mehrschichtigen Belages 1 abgegeben werden oder aus diesem aufgenommen werden.
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Der mehrschichtige Belag 1 weist weiterhin eine dritte Schicht 5 auf, die auf der zweiten Schicht 4 aufgebracht und mit dieser untrennbar verbunden ist. Die dritte Schicht 5 besteht hierbei aus einem Walzasphalt mit einer Wärmeleitzahl von λ = 1,0 W/mK, einer Dichte von 2,0 g/cm3 und einer Festigkeit von 50 N/mm2. Die Dicke der dritten Schicht 5 beträgt 40 mm.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mehrschichtiger Belag
- 2
- Unterbau
- 3
- erste Schicht
- 4
- zweite Schicht
- 5
- dritte Schicht
- 6
- Rohr
- 7
- Rohrträger
