EP4090132A1 - Elektrisch beheizbare betonplatte - Google Patents

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Publication number
EP4090132A1
EP4090132A1 EP22171695.4A EP22171695A EP4090132A1 EP 4090132 A1 EP4090132 A1 EP 4090132A1 EP 22171695 A EP22171695 A EP 22171695A EP 4090132 A1 EP4090132 A1 EP 4090132A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
concrete
heating element
concrete slab
fiber reinforcement
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22171695.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Lorenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lorenz Martina
Original Assignee
Lorenz Martina
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lorenz Martina filed Critical Lorenz Martina
Publication of EP4090132A1 publication Critical patent/EP4090132A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/283—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/04—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres
    • E04C2/06—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres reinforced
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/44—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose
    • E04C2/46—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose specially adapted for making walls
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/44—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose
    • E04C2/50—Self-supporting slabs specially adapted for making floors ceilings, or roofs, e.g. able to be loaded
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/44—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose
    • E04C2/52—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose with special adaptations for auxiliary purposes, e.g. serving for locating conduits
    • E04C2/521—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose with special adaptations for auxiliary purposes, e.g. serving for locating conduits serving for locating conduits; for ventilating, heating or cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D13/00—Electric heating systems
    • F24D13/02—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating
    • F24D13/022—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating resistances incorporated in construction elements

Definitions

  • the invention relates to an electrically heatable concrete slab, the concrete slab being provided with fiber reinforcement and comprising at least one flat heating element.
  • the at least one flat heating element comprises at least one heating layer, preferably embedded in a synthetic resin-fiber composite.
  • the at least one flat heating element is therefore a solid and rigid part or component or semi-finished product, in particular for use on or in the concrete slab.
  • a fiber reinforcement can be present in the concrete, which is preferably formed from carbon fibers or basalt fibers or glass fibers.
  • the fiber reinforcement can also be referred to as textile fiber reinforcement.
  • the fiber reinforcement is preferably flat, latticed or grid-shaped, but can also be three-dimensionally latticed or grid-shaped or have another or a combined flat, latticed and/or grid-shaped structure.
  • Electrically heatable concrete slabs are known in different designs, for example as a concrete road slab.
  • Heating cables are known as heating elements, which can be laid in concrete.
  • these are, albeit closely laid, punctiform or strip-shaped heat sources that can lead to considerable thermally induced stresses in the concrete, which is why such heating elements may only be laid with a high component cross-section and with a high concrete cover, which leads to that an increased energy requirement exists or arises in order to reliably achieve desired temperatures on the concrete surface, for example above the freezing point of water.
  • the object of the invention is to provide an electrically heatable concrete slab that can withstand high loads, in particular has high flexural strength and is easy to mass-produce and easy to lay at the destination.
  • the concrete slab should continue to have a large surface area and be very thin in relation to the surface area or have a low thickness, so that concrete slabs of any surface area of up to approx. 50 square meters and a thickness of between 10 mm and 55 mm can be used depending on the proportionality of the slab surface to the slab thickness , with the thickness increasing only slightly as the area increases, can be manufactured easily and installed quickly.
  • the invention relates to an electrically heatable concrete slab that can withstand very high mechanical loads, the concrete slab comprising fiber reinforcement and at least one flat heating element, the at least one flat heating element comprising at least one heating layer embedded in a synthetic resin-fiber composite.
  • a concrete upper layer is arranged on one side of the at least one flat heating element and an insulating layer or a concrete lower layer is arranged on the other side of the at least one flat heating element.
  • the concrete top layer and/or the concrete bottom layer are formed with the fiber reinforcement.
  • the flat heating element alone or together with the fiber reinforcement forms a statically effective element on the concrete top layer or in or between the concrete top layer and the concrete bottom layer.
  • the insulating layer is, for example, a high-strength insulating material.
  • the insulating layer can therefore also have a static effect or at least have a statically supporting effect.
  • the concrete layers are divided into a concrete top layer and a concrete bottom layer for a better understanding, their specific assignment or designation can also be reversed depending on the specific application and arrangement of the concrete slab. This also applies in connection with the insulating layer.
  • the insulating layer can also be arranged above the flat heating element, while the concrete layer is arranged below the flat heating element.
  • the concrete slab can be Plate thicknesses of only 30 mm, for example, can be produced.
  • the concrete slab can, for example, be a concrete traffic route slab, which includes all surfaces on which vehicles of any kind and/or people move, a wall slab or wall element, a ceiling slab or floor slab or a step. Other applications or fields of application are also included without naming them.
  • the invention advantageously satisfies the requirements for so-called LAU systems, ie systems for storing, filling and handling water-polluting substances in accordance with the Water Resources Act and the freeze-thaw salt requirements for the concrete.
  • LAU systems ie systems for storing, filling and handling water-polluting substances in accordance with the Water Resources Act and the freeze-thaw salt requirements for the concrete.
  • the invention can also be used, among other things, for areas that can withstand high mechanical loads, such as airport traffic areas, storage or handling areas and production areas.
  • the fiber reinforcement is advantageously connected to the flat heating element in certain areas. This connection is positive and non-positive.
  • the flat heating element together with the fiber reinforcement thus forms a statically effective element.
  • fiber reinforcement can be vulcanized or glued or incorporated with the flat heating element.
  • the fiber reinforcement can be at a distance from the flat heating element or is in contact with the flat heating element.
  • a coating of the fiber reinforcement can form the connection with the flat heating element at the same time.
  • fiber reinforcement can only be inserted into the concrete and thus lie against the flat heating element or be at a distance from it.
  • the fiber reinforcement can be connected to the planar heating element in some areas or can be in contact with it.
  • the fiber reinforcement is only connected to the flat heating element or rests on the crests of the waves pointing towards the flat heating element.
  • the mutually spaced through-openings are arranged in the at least one flat heating element.
  • Through openings are understood to mean openings that lead through the at least one flat heating element. This also includes recesses on the edge of the flat heating element. They can be provided from the outset during production of the flat heating element or can be introduced later, for example as a bore or by stamping.
  • the concrete of at least the top layer of concrete penetrates into the passage openings in the at least one flat heating element.
  • the insulating layer is arranged on the other side of the at least one flat heating element.
  • the concrete can surround the at least one flat heating element at its edges or the at least one flat heating element and the insulating layer.
  • the concrete penetrates through the through openings, so that the concrete of the concrete sub-layer is connected to the concrete of the concrete top-layer.
  • the concrete surrounds the at least one flat heating element at its edges.
  • the at least one flat heating element is embedded between the concrete bottom layer and the concrete top layer, with the concrete bottom layer and the concrete top layer connecting to form a unit at the contact points or contact surfaces.
  • additional reinforcement elements and/or the fiber reinforcement of the concrete bottom layer and/or the concrete top layer can be passed through the passage openings in the at least one flat heating element.
  • the concrete sub-layer and the concrete top layer are thus advantageously connected to one another in a force-fitting and/or form-fitting manner via a fiber reinforcement.
  • the heating layer embedded in the at least one flat heating element is preferably cut out or interrupted in the region of the through-openings, or guided around the through-openings, so that sufficient insulation and also the function are ensured.
  • the at least one flat heating element achieves a comparatively small component thickness and an arrangement of the at least one flat heating element close to the surface is favored, which in turn shortens the heating-up time and thus reduces energy losses and thus the energy requirement and thus the operating costs can be reduced .
  • the concrete can spread into and through the passage openings in the at least one flat heating element, so that the concrete of the concrete sub-layer is connected to the concrete of the concrete cover layer.
  • the at least one flat heating element can advantageously have an adhesion-improving coating or a polymer-modified adhesion bridge.
  • the at least one areal heating element having the through-openings therefore does not represent a separation of the concrete layers.
  • the at least one areal heating element provided with through-openings is therefore also used as an additional reinforcement element, as a result of which the concrete slab is designed with a very high compressive strength and flexural strength.
  • the concrete slab is thus designed in such a way that it can withstand very high mechanical stresses.
  • the reinforcement elements guided through the through-openings of the at least one flat heating element strengthen the connection between the concrete sub-layer and the concrete top-layer in the through-openings, so that the flexural strength and the shearing strength of the concrete slab are increased and larger forces can be absorbed and dissipated as a result.
  • the thickness of the concrete slab can be further reduced or a concrete slab of the same thickness can be subjected to higher loads.
  • the textile reinforcement elements form a unit with the fiber reinforcement of the concrete slab as part of the fiber reinforcement or are connected to the fiber reinforcement of the concrete slab or placed on the fiber reinforcement of the concrete slab or inserted into it.
  • a preferred form-fitting connection can advantageously be implemented, for example, by hook-shaped design of the ends of the reinforcement elements and/or by weaving the reinforcement elements into the fiber reinforcement of the concrete slab.
  • the textile fiber reinforcement is preferably produced using a three-dimensional knitting and weaving technique to ensure the force fit and/or form fit.
  • the reinforcement elements which are woven into the fiber reinforcement, can be provided as reinforcement elements and can be guided through the through openings.
  • the peripheral or lateral outer surfaces of the concrete slab in the vertical direction have a corrugated structure corresponding to the lateral outer surfaces of the adjacently arranged concrete slab or another corresponding surface structure.
  • a correspondingly formed waveform running from top to bottom such as a sine waveform, is thus realized between the adjacently arranged plates.
  • the edges of the plates are designed in such a way that two adjacent edges are made with the first wave shape and the other two edge areas are made with the wave shape that corresponds to the first wave shape.
  • the waveform of the edge areas can preferably be realized in the form of a sine wave. Taking into account or maintaining the corresponding wave structure, in addition to integer multiples, any multiples or non-integer multiples of a sine wave can also be considered for the corresponding wave structure. Likewise, the corresponding wave structure can be oriented or arranged as desired with regard to the amplitude and/or position of the minimum points and maximum points.
  • the peripheral or lateral outer surfaces or the peripheral or lateral delimitation of the concrete slab are each formed by concrete edge elements.
  • the edge elements are prefabricated from concrete and provided with edge fiber reinforcement.
  • the concrete edge elements each have the corresponding corrugated structure or another corresponding surface structure.
  • connection reinforcement With regard to this corrugated structure or the other corresponding surface structure, reference can be made to the above statements.
  • the edge fiber reinforcement of the concrete edge elements protrudes beyond them as connection reinforcement, so that they can be easily connected to the concrete slab and preferably also to the fiber reinforcement of the concrete slab.
  • the prefabricated edge elements thus form the advantageous corrugated structure and at the same time advantageously serve as permanent formwork integrated into the concrete slabs during production.
  • the fiber reinforcement or the edge fiber reinforcement is guided from the concrete bottom layer to the concrete top layer in the area of the peripheral or lateral outer surfaces around the at least one flat heating element, whereby the stability is increased.
  • the fiber reinforcement can be guided from the concrete bottom layer to the concrete top layer around the at least one flat heating element.
  • a separate edge fiber reinforcement can be provided, which is guided or arranged around the at least one flat heating element and to the respective Fiber reinforcement of the concrete sub-layer and / or concrete top layer is performed and optionally connected to it.
  • the fiber reinforcement of the concrete slab, the edge fiber reinforcement and/or the reinforcement elements have flat and/or three-dimensional and/or elongated structures.
  • the structures can be carbon fiber structures or basalt fiber structures or glass fiber structures or other fiber structures.
  • Such structures are fabrics or knitted fabrics or scrims or nets or grids made from flat and/or three-dimensional and/or elongated or linear structures, such as yarn, filament or thread or fiber arrangements.
  • These structures usually include several fibers. Depending on the stress, different fibers such as carbon fibers or basalt fibers or glass fibers or other types of fibers as well as different structures or combinations thereof can be used.
  • Corrugated structures for example, which are arranged on both sides of the flat heating element or in the concrete top layer and concrete bottom layer, also come into consideration as three-dimensional and/or elongated fiber or carbon fiber structures.
  • the wave directions of the respective corrugated fiber or carbon fiber structures are offset from one another, for example by 90 degrees, so that the fiber or carbon fiber structure in the concrete top layer has a preferred force direction offset by 90 degrees than the fiber or carbon fiber structure in the concrete sub-layer.
  • the wave crests pointing away from the planar heating element or the wave crests on one side of the corrugated structures can be connected with connecting elongated linear fiber or carbon fiber structures or fiber or carbon fiber surface structures.
  • the corrugated fiber or carbon fiber structure can also be a fiber or carbon fiber mat or a fiber or carbon fiber mesh, the wave crests pointing away from the flat heating element or the wave crests on one side of the corrugated structures via a fiber or carbon fiber mat or a fiber or carbon fiber mesh to be connected.
  • the fiber reinforcement, the edge fiber reinforcement and/or the reinforcement elements comprise carbon fibers, basalt fibers, glass fibers and/or other mineral or synthetic fibers.
  • Carbon fibers in particular, also known as carbon fibers have a very high tensile strength. Consequently, with the fiber reinforcement as carbon fiber reinforcement, concrete slabs with a very high flexural strength can be produced, so that these concrete slabs can also be used for high loads with a comparatively small slab thickness of approx. 4 cm. Such a concrete slab can also be used on airport runways.
  • carbon fibers which have a very high tensile strength, is particularly advantageous.
  • the carbon fibers can be used either textile-processed or textile-processed in the form of rods. Concrete combined with carbon fibers is also referred to as carbon concrete.
  • Rod-shaped carbon fibers are preferably used with a profiled surface in order to enable a better friction fit and/or form fit with the concrete.
  • the planar and/or spatial structures of the fiber reinforcement, edge fiber reinforcement and/or the reinforcement elements, such as carbon fibers are reinforced.
  • the stiffening can be done, for example, by a sizing treatment, an impregnation or by a sheathing of the reinforcement fibers with suitable materials.
  • the planar and spatial structures of the reinforcement fibers can advantageously be produced in a dimensionally stable manner during the production of the concrete slabs.
  • an adhesion-improving or friction-increasing or a three-dimensional surface structure can be created by a sizing treatment, an impregnation or by a sheathing of the reinforcement fibers.
  • the planar and/or three-dimensional reinforcement structures have a grid or grid dimension of between 8 and 40 mm, for example.
  • the grid or grid dimensions can preferably be between 10 and 20 mm, for example.
  • square, rectangular or honeycomb grids come into consideration. This allows the edge fiber reinforcements and through The reinforcement elements guided through the through-openings can be easily integrated into the fiber reinforcement of the concrete slab.
  • the use of the expensive carbon material in particular is optimized.
  • the passage openings are arranged in a grid in the at least one flat heating element. This allows the compressive strength and flexural strength to be improved. Depending on the type of grid, the compressive strength and flexural strength can be adjusted.
  • the through-openings in the at least one flat heating element preferably have a size of 0.5-2.5 cm as the clear dimension.
  • the through openings are preferably 1.25 to 2 cm and particularly preferably 1.4 to 1.7 cm in size.
  • the through-openings can be round, but they can also have other shapes, for example angular shapes, or mixed shapes. This allows the bond or connection between the concrete sub-layer and the concrete top layer to be adjusted and thus the compressive strength and flexural strength.
  • These features relating to the passage openings in the at least one flat heating element advantageously provide an optimum between the strength and flexural strength of the concrete slab on the one hand and good handling and rational use of materials in the production of the concrete slab on the other. However, a different, unspecified number of passage openings is not excluded.
  • the heating layer comprises a heating fabric, a heating scrim, a heating braid or a heating foil as the actual heating unit for converting electrical energy into heat.
  • the heating fabric, the heating fabric, the heating braid and/or the heating foil each have a conductive coating with metal and/or carbon.
  • the heating fabric, the heating scrim, the heating braid and/or the heating foil can already be conductive.
  • a combination of a conductive heating fabric, heating scrim, heating braid and/or a heating foil with a conductive coating is also provided.
  • the heating layer is designed in such a way that the heating fabric, the heating fabric or the heating braid is surrounded on both sides by prepreg material as a synthetic resin fiber composite for protection and stability, the prepreg material with the heating layer being formed during the manufacturing process is pressed and hardened to form a flat heating element and forms a solid bond with the heating layer.
  • the embedding of the heating layer in the synthetic resin-fiber composite is realized by the prepreg layers.
  • a laminated structure is formed which favors compression and flexural properties.
  • the special feature of the at least one flat heating element is that the at least one flat heating element has a maximum thickness of between 0.7 mm and 2.5 mm, preferably between 0.9 mm and 2 mm, particularly preferably between 1 mm and 1.5 mm and thus enable the production of the thin and mechanically highly resilient concrete slab.
  • the prepreg layers also achieve a high dielectric strength, which enables the heating layer to be operated with, for example, between 110 V and 1000 V, and thus also with 220 V, 230 V, 380 V or 400 V or with other voltage ranges.
  • the at least one flat heating element can be prefabricated with the laminated structure of the synthetic resin fiber composite and the heating layer embedded therein, so that it can be used in the production of the concrete slab as a part, component or semi-finished product that is easy to handle.
  • the heating layer is well protected from damage by the hardened prepreg layers during production of the concrete slab.
  • the outer surface of the concrete sub-layer and/or the outer surface of the concrete top-layer have a three-dimensional and/or adhesion-improving or friction-increasing surface structure on the side or surface opposite the at least one flat heating element in order to bond to the an underground improve and/or increase slip resistance or sliding friction. Furthermore, traffic safety can be increased.
  • a three-dimensional surface structure provided on the upper side of the concrete top layer creates a surface roughness that improves the adhesion of tires to the concrete, especially when it is slippery.
  • the three-dimensional surface structure can be realized in a simple manner, for example by having coarse-grained material, such as chippings, on the respective side of the concrete underlayer and/or the concrete top layer, or by covering the surface structure with the negative or with a complementary structure using a formwork matrix used during production the desired or required surface structure is or has been used.
  • the at least one flat heating element is provided on the surfaces with an adhesion-improving coating or a polymer-modified bonding agent or has an adhesion-improving three-dimensional surface structure.
  • the contacting of the at least one flat heating element can be led out to the side surfaces to the adjacent concrete slab or also downwards in order to realize the electrical connection to a supply network.
  • the fiber reinforcements can be used for electromagnetic shielding, such as with carbon fibers.
  • electrically conductive fiber reinforcements for grounding preferably led out through the concrete sub-layer.
  • a reflective layer and/or thermal insulation can advantageously be arranged in order to reduce heat losses.
  • the heating layer is controlled by a traffic route panel temperature-dependent control.
  • the electrically heatable concrete slabs according to the invention are particularly suitable for heating runways at airports where a monolithic structure of the layers described cannot be realized, e.g. for reasons of time.
  • FIG 1 a section of an edge-side detail of an electrically heatable, planar concrete slab 1 according to the invention is shown.
  • the basis of the concrete slab 1 is the concrete sub-layer 4, which is provided with a fiber reinforcement 2 made of carbon fibers.
  • the fiber reinforcement 2 is advantageously arranged horizontally oriented as a fabric grid made of carbon fibers in the middle of the concrete sub-layer 4 .
  • Several of the fiber reinforcement layers 2 can also be provided.
  • Such concrete reinforced with carbon fibers is also known as carbon concrete.
  • Concrete reinforced with other fibers is also known as textile reinforced concrete.
  • Other fibers can be, for example, basalt fibers or other fibers.
  • High-strength and ultra-high-strength concrete is preferably used as the concrete.
  • the planar heating element 3 is arranged above the concrete sub-layer 4 .
  • the flat heating element 3 comprises an electrically operated heating layer which is embedded in a synthetic resin fiber composite.
  • the heating layer preferably comprises a metal-coated fabric.
  • the synthetic resin fiber composite enclosing the heating layer is preferably prepreg material in the form of prepreg mats, which is pressed and cured as a stack with the heating layer arranged between at least two prepreg mats and thus forms a laminated structure or laminated composite.
  • the flat heating element 3 is stiffened by the synthetic resin-fiber composite and is therefore easy to handle.
  • the synthetic resin-fiber composite offers mechanical protection for the heating layer and ensures high dielectric strength.
  • the heating layer is provided with watertight contacts (not shown) leading to the outside.
  • the planar heating element 3 On one side, in this case above the planar heating element 3 , there is a concrete top layer 5 whose basic structure corresponds to that of the concrete bottom layer 4 .
  • the planar heating element 3 for example, 49 round passage openings 6 with a diameter of 15 mm are arranged in a grid pattern.
  • the concrete top layer 5 is advantageously connected to the concrete bottom layer 4 and a homogeneous concrete body penetrating the flat heating element 3 at intervals is formed.
  • the flexural strength of the concrete slab 1 is significantly increased.
  • from the concrete slab 1 through the connection of concrete top layer 5 and Concrete sub-layer 4 horizontally and/or vertically acting shearing forces are absorbed much better.
  • This basic structure provides an electrically heatable concrete slab 1 that enables traffic areas to be heated and at the same time withstands high mechanical stress. Due to the light and resistant carbon concrete, the concrete slab for high loads can be provided with a comparatively low height of only 3 cm or even with 4 cm.
  • the concrete slabs 1 according to the invention are therefore particularly suitable for runways and other traffic areas at airports or sidewalks or stairs or driveways.
  • the electrically heatable concrete slabs 1 according to the invention can be laid on existing concrete surfaces or other suitable existing surfaces.
  • the electrically heatable concrete slabs 1 are formed with a vertically oriented corrugated structure 8, the corrugated structures 8 being formed in such a way that the adjacent corrugated structures 8 of concrete slabs 1 arranged next to one another correspond to one another.
  • the corrugated structures 8 are preferably designed to correspond to a sine wave.
  • the vertically oriented corrugated structure 8 is realized by prefabricated concrete edge elements 9 provided with an edge fiber reinforcement 2r made of carbon fibers.
  • the concrete edge elements 9, which are also made of carbon concrete, are cast during the production of the concrete slab 1, in particular when the concrete sub-layer 4 and the concrete top layer 5 are created, and are thus integrated into the concrete slab 1 as permanent formwork.
  • edge fiber reinforcement 2r of the concrete edge elements 9 protrudes as connecting reinforcement from the prefabricated concrete edge elements 9 on the side opposite the corrugated structure 8.
  • Another fundamental advantage of using carbon fibers for fiber reinforcement 2 and edge fiber reinforcement 2r is that, in contrast to steel reinforcement, no corrosion can occur here, so that the fiber reinforcement 2 does not need to be covered with concrete.
  • the fiber reinforcement 2 and edge fiber reinforcement 2r can thus be brought out of the concrete sub-layer 4 as carbon reinforcement on the underside for connection to the concrete substructure and/or for grounding.
  • FIG 2 an electrically heatable concrete slab 1 cut horizontally in the plane of the flat heating element 3 is shown in a view from above.
  • the electrically heatable concrete slab 1 shown is like that in 1 shown constructed.
  • the passage openings 6 arranged in the heating element, through which the concrete of the concrete top layer (not shown) is connected to the concrete of the concrete bottom layer 4, are arranged in a grid pattern.
  • 60 through openings 6 per square meter are provided.
  • the concrete sub-layer 4 is arranged with the fiber reinforcement 2 shown as a broken line.
  • the concrete edge elements 9 arranged on the side surfaces of the concrete slab 1 are also shown.
  • the passage openings 6 in the flat heating element 3 can remain excluded from the heating layer as well as from the prepreg layers from the outset during the production of the flat heating element 3 or can also be introduced later, for example by punching or drilling.
  • the figure 3 shows an electrically heatable concrete slab 1 in a perspective view.
  • the concrete slab 1 shown here is based on the 1 shown embodiment, in which case no concrete edge elements are present or not shown.
  • the concrete slab 1 shown is connected not only to the concrete that passes through the through openings 6 and connects the concrete sub-layer 4 to the concrete top layer 5 but also with reinforcement elements 7 made of carbon.
  • the reinforcement elements 7 made of carbon are also guided through the through-openings 6 in the planar heating element 3 .
  • the reinforcement elements 7 can also in the fiber reinforcements 2 of Concrete sub-layer 4 and/or the concrete top layer 5, for example by weaving, subsequently or additionally integrated or already be a part of the reinforcement 2 as a unit.
  • the connection between the concrete sub-layer 4 and the concrete top layer 5 is improved by the reinforcement elements 7 made of carbon, so that here, for example, larger mechanical forces, for example at least shearing forces, can be dissipated.
  • FIG 4 an electrically heatable concrete slab 1 with edge elements 9 is shown in a perspective view.
  • the concrete slab 1 shown is made 3 and thus off Figures 1 and 2 known.
  • the edge elements 9 embodied in a wavy manner on the outside are shown.
  • the edge fiber reinforcement 2r in the form of carbon reinforcement, which stabilizes the edge elements 9, is brought up to the fiber reinforcement 2 of the concrete slab 1 and is preferably connected to it.
  • the connections can, for example, be in the form of hooks, loops and/or eyes or can be braided or tied.
  • only individual reinforcement elements 7 are passed through the through-openings 6 in the planar heating element 3 in order to improve the bond between the concrete sub-layer 4 and the concrete top-layer 5 .
  • the figure 5 shows the detailed sectional representation of an electrically heatable concrete slab 1 with the fiber reinforcement 2 and the reinforcement elements 7 in a perspective view, as in particular from FIG 3 known.
  • the section of the sectional view is taken through a through-opening 6 .
  • the reinforcement elements 7, surrounded by concrete, extend through the through-opening 6.
  • the reinforcement elements 7 are designed, for example, with ends designed as hooks, so that at least one form fit of the reinforcement elements 7, which are placed on the fiber reinforcement 2 or inserted into the reinforcement 2 , both in the concrete and with the fiber reinforcement 2 of the concrete slab 1 takes place. Accordingly, the strength properties of the concrete slab 1 are further improved.
  • An embodiment of the reinforcement elements 7 that is not shown consists in that open, for example rod-shaped ends woven into the fiber reinforcement 2 are guided through the through-openings as reinforcement elements 7 and thus the reinforcement elements 7 are also positively integrated into the fiber reinforcements 2 .
  • FIG. 6a and 6b Another embodiment of the electrically heatable concrete slab 1 is in the Figures 6a and 6b shown.
  • the concrete slab 1 is shown offset or rotated by 90 degrees about an axis perpendicular to the concrete slab 1 .
  • a fiber reinforcement 2 in the form of a corrugated carbon fiber structure is arranged on or on the two opposite surfaces or outer surfaces of a flat heating layer 3 embedded in a synthetic resin-fiber composite as a flat heating element 3 .
  • the orientation of the corrugated carbon fiber structure is offset from one another by 90 degrees on or on the two opposite surfaces or outer surfaces of the flat heating element 3, as is shown in FIGS Figures 6a and 6b can be seen.
  • the fiber reinforcement 2 as a corrugated carbon fiber structure is vulcanized or glued to the flat heating element 3 at the wave crests pointing to the flat heating element 3 .
  • the fiber reinforcement 2 as a corrugated carbon fiber structure has a stabilizing coating. Depending on the coating, the coating can also serve as a connection to the flat heating element 3 .
  • the flat heating element 3 On the wave crests of the fiber reinforcement 2 pointing away from the planar heating element 3 as a corrugated carbon fiber structure, there is a planar carbon fiber structure and connected to the wave crests.
  • the flat heating element 3 with the fiber reinforcement 2 connected on both sides as a corrugated carbon fiber structure is surrounded by concrete.
  • the concrete below the flat heating element 3 forms the concrete sub-layer 4 and the concrete above the flat heating element 3 forms the concrete top layer 5 and thus forms the electrically heatable concrete slab 1.
  • the concrete sub-layer 4 On the lateral areas, apart from the heating layer 3, the concrete sub-layer 4 is connected to the concrete top layer 5 .
  • the flat heating element 3 has an electrical supply line 10 which is led out of the concrete slab 1 .
  • figure 7 is in a further embodiment according to the invention on a flat heating layer 3 embedded in a synthetic resin fiber composite as a flat heating element 3 on the in figure 7 upper surface or outer surface arranged a fiber reinforcement 2 in the form of a corrugated carbon fiber structure.
  • the fiber reinforcement 2 as a corrugated carbon fiber structure is vulcanized or glued to the flat heating element 3 at the wave crests pointing to the flat heating element 3 .
  • the fiber reinforcement 2 as a corrugated carbon fiber structure has a stabilizing coating.
  • Fiber reinforcement 2 as a corrugated carbon fiber structure is in each case a flat carbon fiber structure and connected to the crests.
  • the flat heating element 3 with the connected fiber reinforcement 2 as a corrugated carbon fiber structure is surrounded by concrete as a concrete top layer 4 . on the inside figure 7 On the underlying surface or outer surface of the flat heating element 3 there is an insulating layer 11 made of a solid or stable insulating material and connected to the flat heating element 3 . This structure forms the electrically heatable concrete slab 1.
  • the flat heating element 3 has an electrical supply line 10 (not shown) which is led out of the concrete slab 1 (not shown).

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrisch beheizbare Betonplatte bereitzustellen, die hoch beanspruchbar ist, insbesondere eine hohe Biegezugfestigkeit aufweist und serienmäßig leicht herstellbar sowie am Bestimmungsort gut verlegbar ist. Die Betonplatte soll weiterhin großflächig und in Bezug oder Verhältnis zur flächigen Erstreckung sehr dünn sein oder eine geringe Dicke aufweisen, so dass Betonplatten beliebiger Flächengrößen von bis ca. 50 qm und einer Dicke von zwischen 10 mm bis 55 mm in der Proportioanalitätsabhängkeit von Plattenfläche zu Plattendicke, wobei die Dicke bei zunehmender Fläche nur geringfügig zunimmt, einfach gefertigt und schnell verlegt werden können.1. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1), wobei die Betonplatte (1) zumindest eine Faserbewehrung (2) und zumindest ein flächiges Heizelement (3) umfasst, wobei das zumindest eine Heizelement (3) zumindest eine in einem Kunstharz-Faser-Verbund eingebettete Heizschicht umfasst, die Betonplatte (1) auf einer Seite oder Oberfläche des flächigen Heizelementes (3) eine Betonoberschicht (5) und auf der dazu gegenüberliegenden Seite oder Oberfläche des flächigen Heizelementes (3) eine Dämmschicht (11) oder eine Betonunterschicht (4) aufweist, wobei die Betonunterschicht (4) und/oder die Betonoberschicht (5) die Faserbewehrung (2) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Betonplatte, wobei die Betonplatte mit einer Faserbewehrung versehen ist und zumindest ein flächiges Heizelement umfasst. Das zumindest eine flächige Heizelement umfasst zumindest eine vorzugweise in einem Kunstharz-Faser-Verbund eingebettete Heizschicht. Das zumindest eine flächige Heizelement ist damit ein festes und biegesteifes Bauteil oder eine Komponente oder ein Halbzeug, insbesondere für den Einsatz oder die Verwendung an oder in der Betonplatte. An dem zumindest einen flächigen Heizelement ist auf einer Seite oder Oberfläche oder Außenfläche eine Betonoberschicht und auf der dazu gegenüberliegenden Seite oder Oberfläche oder Außenfläche des flächigen Heizelementes eine Dämmschicht oder eine Betonunterschicht vorhanden, wobei die Betonoberschicht und Betonunterschicht jeweils beispielsweise einen hochfesten oder einen anderen geeigneten Beton umfassen. Es ist vorgesehen, dass im Beton eine Faserbewehrung vorhanden sein kann, die vorzugsweise aus Carbonfasern oder Basaltfasern oder Glasfasern ausgebildet ist. Die Faserbewehrung kann auch als textile Faserbewehrung bezeichnet werden. Die Faserbewehrung ist vorzugswese flächig, gitterförmig oder rasterförmig, kann aber auch räumlich gitterförmig oder rasterförmig ausgebildet sein oder eine andere oder eine kombinierte flächige, gitterförmige und/oder rasterförmige Struktur aufweisen.
  • Elektrisch beheizbare Betonplatten sind in unterschiedlichen Ausführungen, beispielsweise als Betonverkehrswegplatte bekannt.
  • Bekannt sind Heizkabel als Heizelemente, welche sich in Beton verlegen lassen. Hierbei handelt es sich jedoch um, wenngleich auch eng verlegbar, um punktuelle oder streifenförmige Wärmequellen, die im Beton zu erheblichen thermisch bedingten Spannungen führen können, weshalb derartige Heizelemente nur mit einem hohen Bauteilquerschnitt und mit einer hohen Betonüberdeckung verlegt werden dürfen, was dazu führt, dass ein erhöhter Energiebedarf besteht bzw. sich ergibt, um an der Betonoberfläche gewünschte Temperaturen beispielsweise oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser zuverlässig zu erreichen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrisch beheizbare Betonplatte bereitzustellen, die hoch beanspruchbar ist, insbesondere eine hohe Biegezugfestigkeit aufweist und serienmäßig leicht herstellbar sowie am Bestimmungsort gut verlegbar ist. Die Betonplatte soll weiterhin großflächig und in Bezug oder Verhältnis zur flächigen Erstreckung sehr dünn sein oder eine geringe Dicke aufweisen, so dass Betonplatten beliebiger Flächengrößen von bis ca. 50 qm und einer Dicke von zwischen 10 mm bis 55 mm in der Proportioanalitätsabhängkeit von Plattenfläche zu Plattendicke, wobei die Dicke bei zunehmender Fläche nur geringfügig zunimmt, einfach gefertigt und schnell verlegt werden können.
  • Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare, mechanisch sehr hoch belastbare Betonplatte, wobei die Betonplatte eine Faserbewehrung und zumindest ein flächiges Heizelement umfasst, wobei das zumindest eine flächige Heizelement zumindest eine in einem Kunstharz-Faser-Verbund eingebettete Heizschicht umfasst. Auf einer Seite des zumindest einen flächigen Heizelementes ist eine Betonoberschicht und auf der anderen Seite des zumindest einen flächigen Heizelementes ist eine Dämmschicht oder eine Betonunterschicht angeordnet.
  • Gemäß der erfinderischen Konzeption ist es vorgesehen, dass die Betonoberschicht und/oder die Betonunterschicht mit der Faserbewehrung ausgebildet sind.
  • Das flächige Heizelement bildet allein oder zusammen mit der Faserbewehrung ein statisch wirksames Element an der Betonoberschicht oder in oder zwischen der Betonoberschicht und der Betonunterschicht.
  • Zudem ist die Dämmschicht beispielsweise ein hochfestes Dämmmaterial. Somit kann auch die Dämmschicht statisch wirken oder zumindest statisch unterstützend wirken.
  • Wenngleich die Betonschichten für ein besseres Verständnis in Betonoberschicht und Betonunterschicht unterteilt sind, kann je nach konkreter Anwendung und Anordnung der Betonplatte deren konkrete Zuordnung oder Benennung auch umgekehrt sein. Dies gilt auch in Verbindung mit der Dämmschicht. So kann die Dämmschicht beispielsweise auch oberhalb des flächigen Heizelementes angeordnet sein, während die Betonschicht unterhalb des flächigen Heizelementes angeordnet ist.
  • So kann die Betonplatte, je nach standzuhaltender Beanspruchung, mit geringer Plattenstärke von beispielsweise nur 30 mm hergestellt werden. Andere Plattenstärken vom mehr als 30mm oder mehr als 40mm oder weniger als 30 mm, beispielsweise mit nur einer Faserbewehrung sind ebenfalls möglich. Aufgrund dieses Aufbaus kann der Einsatz des hochwertigen Materials reduziert werden und, bedingt durch eine oberflächennahe Anordnung des zumindest einen flächigen Heizelementes, ein schnelleres und kostengünstigeres Aufheizen durch einen geringeren Leistungsbedarf gegenüber herkömmlichen ähnlichen Heizflächen oder Heizelementen erzielt werden, da letztlich durch die Oberflächennähe weniger Beton zu erwärmen ist. Somit sind ein kurzfristigerer und bedarfsgerechterer Betrieb mit geringerer Latenz als im Stand der Technik mit einer hohen Betonüberdeckung möglich.
  • Die Betonplatte kann beispielsweise eine Betonverkehrswegplatte, was alle Flächen einschließt auf den Fahrzeuge jeglicher Art und/oder Personen sich fortbewegen, eine Wandplatte oder Wandelement, eine Deckenplatte oder Bodenplatte oder eine Stufe sein. Weitere Anwendungen oder Einsatzgebiete sind auch ohne namentliche Nennung mit eingeschlossen.
  • Vorteilhaft werden mit der Erfindung die Anforderungen für sogenannte LAU-Anlagen, also Anlage für das Lagern, Abfüllen und Umschlagen wassergefährdende Stoffe gemäß des Wasserhaushaltgesetzes und die Frost-Tausalzanforderungen an den Beton erfüllt. Somit kann die Erfindung unter anderem auch für mechanisch hochbelastbare Flächen wie Flughafenverkehrsflächen, Lager- oder Umschlagsflächen und Produktionsflächen eingesetzt werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
  • Vorteilhaft ist die Faserbewehrung bereichsweise mit dem flächigen Heizelement verbunden. Diese Verbindung ist formschlüssig und kraftschlüssig. Damit bildet das flächige Heizelement zusammen mit der Faserbewehrung ein statisch wirksames Element. So kann Faserbewehrung beispielsweise mit dem flächigen Heizelement vulkanisiert oder verklebt oder eingearbeitet sein.
  • Weiterhin kann die Faserbewehrung zum flächigen Heizelement beabstandet sein oder liegt am flächigen Heizelement an. Beispielsweise auch eine Beschichtung der Faserbewehrung kann zugleich mit dem flächigen Heizelement die Verbindung bilden. Ebenso kann Faserbewehrung nur in den Beton eingelegt sein und somit am flächigen Heizelement anliegen oder dazu beabstandet sein. Je nach räumlicher oder flächiger Erstreckung kann die Faserbewehrung bereichsweise mit dem flächigen Heizelement verbunden sein oder anliegen. Beispielsweise bei einer gewellten Struktur der Faserbewehrung ist die Faserbewehrung nur an den zum flächigen Heizelement weisenden Wellenbergen mit dem flächigen Heizelement verbunden oder liegt an.
  • In einer Weiterbildung sind im zumindest einen flächig ausgebildeten flächigen Heizelement die zueinander beabstandete Durchgangsöffnungen angeordnet. Unter Durchgangsöffnungen werden Öffnungen verstanden, die durch das zumindest eine flächige Heizelement hindurchführen. So werden auch Aussparungen am Rand des flächigen Heizelementes darunter verstanden. Sie können bei der Herstellung des flächigen Heizelementes von vornherein vorgesehen werden oder nachträglich, beispielsweise als Bohrung oder durch Stanzen eingebracht sein.
  • In die Durchgangsöffnungen im zumindest einen flächigen Heizelement dringt einerseits der Beton zumindest der Betonoberschicht ein. Auf der anderen Seite des zumindest einen flächigen Heizelement ist die Dämmschicht angeordnet. Der Beton kann das zumindest eine flächige Heizelement an dessen Rändern oder das zumindest eine flächige Heizelement und die Dämmschicht umgeben.
  • Anderseits dringt der Beton durch die Durchgangsöffnungen hindurch, so dass der Beton der Betonunterschicht mit dem Beton der Betonoberschicht verbunden ist. Zudem umgibt der Beton das zumindest eine flächige Heizelement an dessen Rändern. Das zumindest eine flächige Heizelement ist zwischen der Betonunterschicht und der Betonoberschicht eingebettet, wobei die Betonunterschicht und die Betonoberschicht sich an den Berühungspunkten oder Berührungsflächen zu einer Einheit verbinden.
  • Zusätzlich können durch die Durchgangsöffnungen im zumindest einen flächigen Heizelement zusätzliche Bewehrungselemente und/oder die Faserbewehrung der Betonunterschicht und/oder der Betonoberschicht geführt sein. Die Betonunterschicht und die Betonoberschicht sind damit zusätzlich und verstärkend vorteilhaft über eine Faserbewehrung kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden.
  • Vorzugsweise ist im Bereich der Durchgangsöffnungen die im zumindest einen flächigen Heizelement eingebettete Heizschicht ausgespart oder unterbrochen oder um die Durchgangsöffnungen geführt, so dass eine ausreichende Isolation und auch die Funktion gewährleistet ist.
  • So wird durch das zumindest eine flächig ausgebildete flächige Heizelement eine vergleichsweise geringe Bauteilstärke erreicht und eine Anordnung des zumindest einen flächigen Heizelementes nahe an der Oberfläche begünstigt, was wiederum die Aufheizzeit verkürzt und somit die Energieverluste verringert und sich somit der Energiebedarf und damit die Betriebskosten reduzieren lassen.
  • In und durch die Durchgangsöffnungen im zumindest einen flächigen Heizelement kann sich bei der Fertigung der Betonplatten der Beton ausbreiten, so dass der Beton der Betonunterschicht mit dem Beton der Betondeckschicht verbunden ist.
  • Vorteilhaft kann das zumindest eine flächige Heizelement eine haftverbessernde Beschichtung bzw. eine polymermodifizierte Haftbrücke aufweisen.
  • Durch den Aufbau von zwei bewehrten Betonschichten, die voneinander durch das zumindest eine flächige Heizelement getrennt und nur punktuell miteinander und gegebenenfalls mit dem kraftschlüssigen Haftverbund durch die Haftgrundierung des zumindest einen flächige Heizelementes zum Beton verbunden sind, wird eine sehr hohe Biegesteifigkeit der elektrisch beheizbaren Betonplatte erreicht.
  • Das zumindest eine flächenhafte die Durchgangsöffnungen aufweisende flächige Heizelement stellt somit keine Trennung der Betonschichten dar. Das zumindest eine flächenhafte und mit Durchgangsöffnungen versehende flächige Heizelement kommt somit auch als ein zusätzliches Bewehrungselement zum Einsatz, wodurch die Betonplatte mit einer sehr hohen Druckfestigkeit sowie Biegezugsteifigkeit ausgebildet ist. Damit ist die Betonplatte so ausgebildet, dass sie sehr hohen mechanischen Beanspruchungen standhält.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass neben dem Beton auch Bewehrungselemente durch die Durchgangsöffnungen des zumindest einen flächigen Heizelementes geführt sind. Durch die durch die Durchgangsöffnungen des zumindest einen flächigen Heizelementes geführten Bewehrungselemente wird die Verbindung zwischen Betonunterschicht und Betonoberschicht in den Durchgangsöffnungen verstärkt, so dass die Biegezugfestigkeit und die Schubscherbeanspruchbarkeit der Betonplatte erhöht und dadurch größere Kräfte aufgenommen und abgeleitet werden können. Infolge dessen kann beispielsweise die Stärke der Betonplatte weiter verringert oder eine Betonplatte gleicher Stärke höher beansprucht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden zur weiteren Verbesserung des Verbundes zwischen Betonunterschicht und Betonoberschicht die textilen Bewehrungselemente mit der Faserbewehrung der Betonplatte als Bestandteil der Faserbewehrung eine Einheit oder sind mit der Faserbewehrung der Betonplatte verbunden oder auf die Faserbewehrung der Betonplatte aufgelegt oder in diese eingesteckt. Hierbei kann eine bevorzugte formschlüssig Verbindung vorteilhaft beispielsweise durch hakenförmige Ausbildung der Enden der Bewehrungselemente und oder durch ein Einflechten der Bewehrungselemente in die Faserbewehrung der Betonplatte realisiert sein. Bevorzugt ist die textile Faserbewehrung zur Sicherstellung der Kraftschlüssigkeit und/oder Formschlüssigkeit in dreidimensionaler Wirk- und Webtechnik hergestellt.
  • So können die Bewehrungselemente in die Faserbewehrung eingewobene, offene beispielswiese stabförmige oder nagelförmige Enden als Bewehrungselemente vorgesehen und durch die Durchgangsöffnungen geführt sein.
  • Einer vorteilhaften Ausgestaltung der Betonplatte entsprechend weisen die umlaufenden oder seitlichen Außenflächen der Betonplatte in vertikaler Richtung eine jeweils mit den seitlichen Außenflächen der benachbart angeordneten Betonplatte korrespondierende Wellenstruktur oder eine andere korrespondierende Oberflächenstruktur auf. Damit wird zwischen den benachbart angeordneten Platten eine entsprechend ausgebildete, von oben nach unten verlaufende Wellenform, wie beispielsweise eine Sinuswellenform, realisiert. Mit dieser Wellenform können vorteilhaft vertikale Kräfte zwischen den benachbart angeordneten Betonplatten gut übertragen werden, ohne dass die Nachteile einer Nut-Federverbindung, wie beispielsweise des Materialbruchs, auftreten. Die Ausführung der Ränder erfolgt bei den Platten so, dass zwei aneinander angrenzende Ränder mit der ersten Wellenform gefertigt sind und die beiden anderen Randbereiche mit der zur ersten Wellenform korrespondierenden Wellenform ausgeführt sind. So können die Betonplatten, jeweils entsprechend ausgerichtet, mit der Wellenform aneinander angelegt und formschlüssig zusammengeschoben werden. Bevorzugt kann die Wellenform der Randbereiche in Form einer Sinuswelle realisiert sein. Unter Berücksichtigung oder unter Einhaltung der korrespondierenden Wellenstruktur kommen für die korrespondierende Wellenstruktur neben ganzzahligen Vielfachen auch beliebige Vielfache bzw. nichtganzzahlige Vielfache einer Sinuswelle in Betracht. Ebenso kann hinsichtlich Amplitude und/oder Lage der Minimalstellen und Maximalstellen beliebig die korrespondierende Wellenstruktur ausgerichtet oder angeordnet sein.
  • Es sind jedoch auch andere korrespondierende Oberflächenstrukturen vorgesehen, die einen zuverlässigen Verbund und/oder Übergang zwischen den benachbart angeordneten Platten ermöglichen. Ebenso sind gerade seitliche Außenflächen vorgesehen.
  • Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die umlaufenden oder seitlichen Außenflächen oder die umlaufende oder seitliche Begrenzung der Betonplatte jeweils durch Betonrandelemente gebildet sind. Dabei sind die Randelemente aus Beton vorgefertigt und mit einer Randfaserbewehrung versehen. An der Außenseite weisen die Betonrandelemente jeweils die korrespondierende Wellenstruktur oder eine andere korrespondierende Oberflächenstruktur auf. Bezüglich dieser Wellenstruktur oder der anderen korrespondierende Oberflächenstruktur kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. Weiterhin ragt die Randfaserbewehrung der Betonrandelemente als Anschlussbewehrung über diese hinaus, so dass diese mit der Betonplatte und vorzugsweise auch mit der Faserbewehrung der Betonplatte gut verbunden werden kann. Die vorgefertigten Randelemente bilden damit die vorteilhafte Wellenstruktur und dienen zugleich bei der Herstellung der Betonplatten vorteilhaft als in diese integrierte, sogenannte verlorene Schalung.
  • In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Faserbewehrung oder die Randfaserbewehrung von der Betonunterschicht zur Betonoberschicht im Bereich der umlaufenden oder seitlichen Außenflächen um das zumindest eine flächige Heizelement geführt ist, wodurch die Stabilität gesteigert wird. Hierbei kann die Faserbewehrung von der Betonunterschicht zur Betonoberschicht um das zumindest eine flächige Heizelement geführt sein. Ebenso kann eine separate Randfaserbewehrung vorgesehen sein, die um das zumindest eine flächige Heizelement geführt oder angeordnet ist und zur jeweiligen Faserbewehrung der Betonunterschicht und/oder Betonoberschicht geführt und gegebenenfalls mit ihr verbunden ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Faserbewehrung der Betonplatte, die Randfaserbewehrung und/oder die Bewehrungselemente aus flächigen und/oder räumlichen und/oder langgestreckten Strukturen auf. Die Strukturen können Carbonfaser-Strukturen oder Basaltfaser-Strukturen oder Glasfaser-Strukturen oder anderen Faserstrukturen sein. Derartige Strukturen sind aus flächigen und/oder räumlichen und/oder langgestreckten oder linienförmigen Gebilden, wie z.B. Garn, Filament- oder Faden- oder Faseranordnungen gefertigte Gewebe oder Gestricke oder Gelege oder Netze oder Gitter. Dabei umfassen diese Gebilde in der Regel mehrere Fasern. Je nach Beanspruchung können unterschiedliche Fasern, wie beispielsweise Carbonfasern oder Basaltfasern oder Glasfasern oder andere Faserarten sowie unterschiedliche Strukturen oder deren Kombinationen zum Einsatz kommen.
  • Als räumlichen und/oder langgestreckten Faser- oder Carbonfaser-Strukturen kommen beispielswiese auch gewellte Strukturen in Betracht, die auf beiden Seiten des flächigen Heizelementes bzw. in der Betonoberschicht und Betonunterschicht angeordnet sind. Die Wellenrichtungen der jeweiligen gewellten Faser- oder Carbonfaser-Strukturen sind zueinander versetzt, beispielsweise um 90 Grad, so dass die Faser- oder Carbonfaser-Struktur in der Betonoberschicht eine um 90 Grad versetzte bevorzugte Kraftrichtung aufweist als die Faser- oder Carbonfaser-Struktur in der Betonunterschicht.
  • Weiterhin können bei gewellten Strukturen die vom flächigen Heizelement wegweisenden Wellenberge oder jeweils die Wellenberge einer Seite der gewellten Strukturen mit verbindenden langgestreckten linienförmigen Faser- oder Carbonfaser-Strukturen oder Faser- oder Carbonfaser-Flächenstrukturen verbunden sein.
  • Die gewellte Faser- oder Carbonfaser-Struktur kann auch eine Faser-oder Carbonfasermatte oder ein Faser-oder Carbonfasernetz sein, die vom flächigen Heizelement wegweisenden Wellenberge oder jeweils die Wellenberge einer Seite der gewellten Strukturen über eine Faser-oder Carbonfasermatte oder ein Faser-oder Carbonfasernetz verbunden sein.
  • Einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entsprechend ist vorgesehen, dass die Faserbewehrung, die Randfaserbewehrung und/oder die Bewehrungselemente Carbonfasern, Basaltfasern, Glasfasern und/oder andere mineralische oder synthetische Fasern umfassen. Insbesondere Carbonfasern, auch als Kohlefasern bekannt, weisen eine sehr hohe Zugfestigkeit auf. Demzufolge können mit der Faserbewehrung als Carbonfaserbewehrung Betonplatten mit einer sehr hohen Biegezugfestigkeit hergestellt werden, so dass diese Betonplatten auch für hohe Beanspruchungen mit einer vergleichsweise geringen Plattenstärke von ca. 4 cm eingesetzt werden können. So kann eine solche Betonplatte auch auf Rollfeldern von Flughäfen eingesetzt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Carbonfasern, die eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweisen. Die Carbonfasern können sowohl textil verarbeitet oder auch textil verarbeitet stangenförmig zum Einsatz kommen. Beton im Verbund mit Carbonfasern wird auch als Carbonbeton bezeichnet. Stangenförmige Carbonfasern kommen bevorzugt mit profilierter Oberfläche zu Einsatz, um einen besseren Kraftschluss und/oder Formschluss mit dem Beton zu ermöglichen.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die flächigen und/oder räumlichen Strukturen der Faserbewehrung, Randfaserbewehrung und/oder der Bewehrungselemente, wie beispielsweise aus Carbonfasern versteift ausgebildet. Die Versteifung kann beispielsweise durch eine Schlichtbehandlung, eine Tränkung oder durch eine Ummantelung der Bewehrungsfasern mit geeigneten Materialien erfolgen. Durch die Versteifung lassen sich die flächigen und räumlichen Strukturen der Bewehrungsfasern bei der Fertigung der Betonplatten vorteilhaft somit formstabil herstellen.
  • Zudem kann durch eine Schlichtbehandlung, eine Tränkung oder durch eine Ummantelung der Bewehrungsfasern eine haftverbessernd oder reibungserhöhend oder eine dreidimensionale Oberflächenstruktur geschaffen werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die flächigen und/oder räumlichen Bewehrungsstrukturen Raster oder Rastermaß von beispielsweise zwischen 8 bis 40 mm auf. Bevorzugt kann das Raster oder Rastermaß beispielsweise zwischen 10 bis 20 mm aufweisen. Hierbei kommen beispielsweise quadratische, rechteckige oder wabenförmige Raster in Betracht. Damit können die Randfaserbewehrungen und die durch die Durchgangsöffnungen geführten Bewehrungselemente gut handhabbar in die Faserbewehrung der Betonplatte eingebunden werden. Zugleich wird insbesondere der Einsatz des teuren Carbonmaterials optimiert.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Durchgangsöffnungen im zumindest einen flächigen Heizelement rasterförmig angeordnet. Hierdurch lässt sich die Druckfestigkeit sowie Biegezugfestigkeit verbessern. Je nach Art des Rasters lassen sich Druckfestigkeit sowie Biegezugfestigkeit anpassen.
  • Bevorzugt weisen die Durchgangsöffnungen im zumindest einen flächigen Heizelement als lichtes Maß eine Größe von 0,5 - 2,5 cm auf. Bevorzugt sind die Durchgangsöffnungen 1,25 bis 2 cm und besonders bevorzugt 1,4 bis 1,7 cm groß. Die Durchgangsöffnungen können rund sein aber auch andere, beispielsweise eckige Formen oder Mischformen aufweisen. Hierdurch lässt die Bindung bzw. Verbindung zwischen der Betonunterschicht und der Betonoberschicht anpassen und damit die Druckfestigkeit sowie Biegezugfestigkeit.
  • Weiterhin ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass 9 bis 100 Durchgangsöffnungen je Quadratmeter im zumindest einen flächigen Heizelement verteilt angeordnet sind.
  • Bevorzugt sind zwischen 20 und 80, besonders bevorzugt zwischen 30 bis 60 Durchgangsöffnungen je Quadratmeter im zumindest einen flächigen Heizelement verteilt angeordnet. Diese Merkmale bezüglich der Durchgangsöffnungen im zumindest einen flächigen Heizelement geben vorteilhaft ein Optimum zwischen einerseits der Festigkeit und Biegezugfestigkeit der Betonplatte und andererseits einer guten Handhabbarkeit und einem rationellem Materialeinsatz bei der Herstellung der Betonplatte an. Eine abweichende nicht genannte Anzahl von Durchgangsöffnungen ist jedoch nicht ausgeschlossen.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Heizschicht als eigentliche Heizeinheit zur Umwandlung von Elektroenergie in Wärme ein Heizgewebe, ein Heizgelege, ein Heizgeflecht oder eine Heizfolie. Dabei kann erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen sein, dass das Heizgewebe, das Heizgelege, das Heizgeflecht und/oder die Heizfolie jeweils eine leitfähige Beschichtung mit Metall und/oder Carbon aufweisen. Jedoch kann das Heizgewebe, das Heizgelege, das Heizgeflecht und/oder die Heizfolie bereits leitfähig sein. Auch eine Kombination eines leitfähigen Heizgewebe, Heizgeleges, Heizgeflechtes und/oder einer Heizfolie mit einer leitfähigen Beschichtung ist vorgesehen.
  • Hiermit sind bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Betonplatte angegeben, die eine effiziente Bereitstellung von Niedertemperaturwärme in Verbindung mit der, entsprechend den genannten Merkmalen, erfindungsgemäß ausgeführten Betonplatte vorteilhaft ermöglichen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Heizschicht so ausgebildet ist, dass das Heizgewebe, das Heizgelege oder das Heizgeflecht zum Schutz und zur Stabilität beidseitig von Prepregmaterial als Kunstharz-Faser-Verbund umschlossen ist, wobei das Prepregmaterial mit der Heizschicht durch den Herstellungsprozess zum flächigen Heizelement verpresst und ausgehärtet ist und mit der Heizschicht eine festen Verbund bildet. Damit wird die Einbettung der Heizschicht in dem Kunstharz-Faser-Verbund durch die Prepreglagen realisiert. Bei Verwendung des Prepregmaterials wird eine laminierte Struktur gebildet, welche die Druck- und Biegezugeigenschaften begünstigt. Die Besonderheit des zumindest einen flächigen Heizelementes besteht darin, dass das zumindest eine flächige Heizelement eine maximale Dicke von zwischen 0,7 mm bis 2,5 mm, bevorzugt zwischen 0,9 mm und 2 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 1,5 mm haben und so die Herstellung der dünnen und mechanisch hochbelastbaren Betonplatte ermöglichen. Durch die Prepreglagen wird zudem eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit erreicht, die den Betrieb der Heizschicht beispielsweise mit zwischen 110V bis 1000V, somit auch mit 220 V, 230 V, 380 V oder 400 V oder mit anderen Spannungsbereichen ermöglicht.
  • Vorteilhafterweise kann das zumindest eine flächige Heizelement mit der laminierten Struktur des Kunstharz-Faser-Verbundes und der darin eingebetteten Heizschicht vorgefertigt werden, so dass es sich bei der Herstellung der Betonplatte gut handhabbar als Bauteil, Komponente oder Halbzeug einsetzen lässt. Zudem ist die Heizschicht durch die ausgehärteten Prepreglagen bei der Produktion der Betonplatte gut vor Beschädigungen geschützt.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Außenfläche der Betonunterschicht und/oder die Außenfläche der Betonoberschicht auf der jeweils dem zumindest einen flächigen Heizelement gegenüberliegenden Seite oder Fläche eine dreidimensionale und/oder haftverbessernde oder reibungserhöhende Oberflächenstruktur aufweisen, um die bedarfsgerecht die Bindung an einen Untergrund zu verbessern und/oder die Rutschhemmung oder Gleitreibung zu erhöhen. Weiterhin lässt sich die Verkehrssicherheit erhöhen.
  • Mit einer auf der Unterseite der Betonunterschicht ausgebildeten, dreidimensionalen Oberflächenstruktur wird eine Kontaktflächenvergrößerung und eine Verzahnung mit dem Unterbeton oder Unterbau erreicht, die es ermöglicht, dass insbesondere Schubscherkräfte besser auf den Unterbeton oder Unterbau abgeführt werden können.
  • Durch eine auf der Oberseite der Betonoberschicht vorgesehenen, dreidimensionalen Oberflächenstruktur wird eine Oberflächenrauhigkeit realisiert, die die Haftung von Bereifungen auf dem Beton, insbesondere bei Glätte, verbessert. Die dreidimensionale Oberflächenstruktur ist auf einfache Weise realisierbar, indem beispielsweise grobkörniges Material, wie beispielsweise Splitt, auf der jeweiligen Seite der Betonunterschicht und/oder der Betonoberschicht vorhanden ist ober die Oberflächenstruktur durch eine während der Herstellung eingesetzte Schalungsmatrix mit dem Negativ oder mit einer komplementären Struktur zu der gewünschten oder geforderten Oberflächenstruktur zum Einsatz kommt oder gekommen ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine flächige Heizelement an den Oberflächen mit einer haftverbessernden Beschichtung oder einer polymermodifizierten Haftbrücke versehen oder weist eine haftverbessernde dreidimensionale Oberflächenstruktur auf. Damit wird auf vorteilhafte Weise die Haftung zwischen dem zumindest einen flächigen Heizelement und der Betonunterschicht sowie der Betonoberschicht verbessert. Dementsprechend wird die Biegezugfestigkeit Betonplatte erhöht und die Ableitung horizontaler und/oder vertikaler Kräfte von der Betonoberschicht zur Betonunterschicht über das zumindest eine flächige Heizelement verbessert, so dass letztlich die Betonplatte höheren Beanspruchungen standhält.
  • Die Kontaktierung des zumindest einen flächigen Heizelementes kann zu den Seitenflächen zur benachbarten Betonplatte oder auch nach unten herausgeführt sein, um den elektrischen Anschluss an ein Versorgungsnetz zu realisieren.
  • Weiterhin können die Faserbewehrungen, soweit elektrisch leitend, zur elektromagnetischen Abschirmung, wie beispielsweise mit Carbonfasern, genutzt werden. Ebenso können elektrisch leitende Faserbewehrungen zur Erdung, vorzugsweise durch die Betonunterschicht herausgeführt sein.
  • Unterhalb der Betonunterschicht der Betonplatte kann vorteilhaft eine Reflexionsschicht und/oder eine Wärmedämmung angeordnet sein, um die Wärmeverluste zu verringern.
  • Um die Energiekosten zu reduzieren, ist die Ansteuerung der Heizschicht durch eine verkehrswegplattentemperaturabhängige Regelung vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäßen, elektrisch beheizbaren Betonplatten sind aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften insbesondere zur Rollbahnbeheizung auf Flughäfen geeignet wo ein monolithischer Aufbau der beschriebenen Schichten z.B. aus Zeitgründen nicht realisierbar ist.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine elektrisch beheizbare Betonplatte in einer Schnittdarstellung,
    • Fig. 2 die Draufsicht einer in der Ebene des Heizelements horizontal aufgeschnittene,
    • elektrisch beheizbare Betonplatte,
    • Fig. 3 eine elektrisch beheizbare Betonplatte in einer Perspektivansicht,
    • Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer elektrisch beheizbaren Betonplatte mit Randelementen in einer Perspektivansicht,
    • Fig. 5 eine Detail-Schnittdarstellung einer elektrisch beheizbaren Betonplatte mit Bewehrungselementen in einer Perspektivansicht,
    • Fig. 6a und 6b eine Schnittdarstellung einer elektrisch beheizbaren Betonplatte mit Bewehrungselementen und unterschiedlichen Perspektiven und
    • Fig. 7 eine elektrisch beheizbare Betonplatte in einer Schnittdarstellung mit einer Betonschicht und einer Dämmschicht.
  • In Figur 1 ist ein randseitiger Ausschnitt einer erfindungsgemäßen, elektrisch beheizbaren, flächenhaft ausgebildeten Betonplatte 1 im Schnitt dargestellt. Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Betonplatte 1 von unten beginnend beschrieben. Basis der Betonplatte 1 ist die Betonunterschicht 4, die mit einer Faserbewehrung 2 aus Carbonfasern versehen ist.
  • Hier ist die Faserbewehrung 2 vorteilhaft als ein Gewebegitter aus Carbonfasern horizontal orientiert in der Mitte der Betonunterschicht 4 angeordnet. Es können auch mehrere der Faserbewehrungs-Lagen 2 vorgesehen sein. Ein solcher mit Carbonfasern bewehrter Beton ist auch als Carbonbeton bekannt. Mit anderen Fasern bewehrter Beton ist auch als Textilbeton bekannt. Andere fasern können beispielsweise Basaltfasern oder anderen Fasernsein.
  • Als Beton wird bevorzugt hochfester und ultrahochfester Beton verwendet. Oberhalb der Betonunterschicht 4 ist das flächige Heizelement 3 angeordnet.
  • Das flächige Heizelement 3 umfasst eine elektrisch betriebene Heizschicht, die in einen Kunstharz-Faser-Verbund eingebettet ist. Die Heizschicht umfasst vorzugsweise ein mit Metall beschichtetes Gewebe. Der die Heizschicht umschließende Kunstharz-Faser-Verbund ist vorzugsweise Prepregmaterial in Form von Prepreg-Matten, welches als Stapel mit der zwischen zumindest zwei Prepreg-Matten angeordneten Heizschicht verpresst und ausgehärtet ist und damit eine laminierte Struktur bzw. einen laminierten Verbund bildet. Durch den Kunstharz-Faser-Verbund ist das flächige Heizelement 3 versteift und damit gut handhabbar. Zugleich bietet der Kunstharz-Faser-Verbund einen mechanischen Schutz für die Heizschicht und gewährleistet eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit. Die Heizschicht ist mit nach außen geführten wasserdichten Kontaktierungen (nicht dargestellt) versehen.
  • Auf einer Seite, in diesem Fall oberhalb des flächigen Heizelements 3 ist eine Betonoberschicht 5 angeordnet, deren prinzipieller Aufbau mit dem der Betonunterschicht 4 übereinstimmt. Im flächigen Heizelement 3 sind beispielsweise rasterförmig 49 runde Durchgangsöffnungen 6 mit einem Durchmesser von 15 mm angeordnet. Während der Fertigung der Betonplatte tritt Beton durch diese Durchgangsöffnungen 6, so dass vorteilhafterweise die Betonoberschicht 5 mit der Betonunterschicht 4 verbunden ist und sich ein das flächige Heizelement 3 in Abständen durchdringender homogener Betonkörper ausbildet. Damit wird die Biegezugfestigkeit der Betonplatte 1 deutlich erhöht. Insbesondere können von der Betonplatte 1 durch die Verbindung von Betonoberschicht 5 und Betonunterschicht 4 horizontal und/oder vertikal wirkende Schubscherkräfte deutlich besser aufgenommen werden.
  • Durch diesen prinzipiellen Aufbau wird eine elektrisch beheizbare Betonplatte 1 bereitgestellt, die die Beheizung von Verkehrsflächen ermöglicht und zugleich einer hohen mechanischen Beanspruchung standhält. Durch den leichten und widerstandsfähigen Carbonbeton kann die Betonplatte für hohe Beanspruchungen mit einer vergleichsweise geringen Höhe von nur 3cm oder auch mit 4 cm bereitgestellt werden. Die erfindungsgemäßen Betonplatten 1 sind damit insbesondere für Rollbahnen und andere Verkehrsflächen an Flughäfen oder Gehwege oder Treppen oder Fahrwege geeignet.
  • Die erfindungsgemäßen, elektrisch beheizbaren Betonplatten 1 lassen sich auf bestehende Betonflächen oder andere geeigneten Bestandsflächen verlegen.
  • Am seitlichen Außenrand bzw. an den seitlichen Außenflächen sind die elektrisch beheizbaren Betonplatten 1 mit einer vertikal orientierten Wellenstruktur 8 ausgebildet, wobei die Wellenstrukturen 8 jeweils so ausgebildet sind, dass die benachbarten Wellenstrukturen 8 nebeneinander angeordneter Betonplatten 1 miteinander korrespondieren. Zur Veranschaulichung ist in der Figur 1 eine benachbart angeordnete Betonplatte 1 angedeutet abgebildet. Die Wellenstrukturen 8 sind wie dargestellt, vorzugsweise sinuswellenförmig korrespondierend ausgebildet.
  • Hier ist die vertikal orientierte Wellenstruktur 8 durch vorgefertigte, mit einer Randfaserbewehrung 2r aus Carbonfasern versehene Betonrandelemente 9 realisiert. Die somit gleichfalls aus Carbonbeton bestehenden Betonrandelemente 9 werden bei der Herstellung der Betonplatte 1, insbesondere beim Erstellen der Betonunterschicht 4 und der Betonoberschicht 5, vergossen und sind somit als verlorene Schalung in die Betonplatte 1 integriert.
  • Um die Randfaserbewehrung2r der Betonrandelemente 9 in die Betonunterschicht 4 und die Betonoberschicht 5 und deren Faserbewehrungen 2 einbinden zu können, ragt die Randfaserbewehrung2r als Anschlussbewehrung jeweils auf der der Wellenstruktur 8 gegenüberliegenden Seite aus den vorgefertigten Betonrandelementen 9 heraus. Ein grundsätzlicher weiterer Vorteil der Verwendung von Carbonfasern zur Faserbewehrung 2 und Randfaserbewehrung 2r besteht darin, dass im Gegensatz zur Stahlbewehrung hier keine Korrosion auftreten kann, so dass keine Betonüberdeckung der Faserbewehrung 2 erforderlich ist. Somit kann die Faserbewehrung 2 und Randfaserbewehrung 2r als Carbon-Bewehrung an der Unterseite zur Verbindung mit dem Betonunterbau und/oder zur Erdung aus der Betonunterschicht 4 herausgeführt sein.
  • In Figur 2 ist eine in der Ebene des flächigen Heizelements 3 horizontal aufgeschnittene, elektrisch beheizbare Betonplatte 1 in einer Ansicht von oben gezeigt. Die gezeigte, elektrisch beheizbare Betonplatte 1 ist wie die in Fig. 1 dargestellte aufgebaut.
  • Die im Heizelement angeordneten Durchgangsöffnungen 6, durch die hindurch der Beton der Betonoberschicht (nicht dargestellt) mit dem Beton der Betonunterschicht 4 verbunden ist, sind rasterförmig angeordnet. Hier sind beispielsweise 60 Durchgangsöffnungen 6 pro Quadratmeter vorgesehen.
  • Unter dem Heizelement 3 ist die Betonunterschicht 4 mit der als Strichlinie dargestellten Faserbewehrung 2 angeordnet. Gleichfalls sind die an den Seitenflächen der Betonplatte 1 angeordneten Betonrandelemente 9 dargestellt. Dabei ist die Randfaserbewehrung2r der Betonrandelemente 9, die vereinfacht nur bereichsweise dargestellt ist, an sich umlaufend fortgesetzt in den Beton und die Faserbewehrung 2 der Betonplatte 1 eingebunden.
  • Die Durchgangsöffnungen 6 im flächigen Heizelement 3 können von vornherein bei der Herstellung des flächigen Heizelements 3 sowohl von der Heizschicht wie auch von den Prepreglagen ausgenommen bleiben als auch nachträglich, beispielsweise durch Stanzen oder Bohren, eingebracht werden.
  • Die Figur 3 zeigt eine elektrisch beheizbare Betonplatte 1 in einer Perspektivansicht. Die hier gezeigte Betonplatte 1 basiert auf der in Fig. 1 gezeigten Ausführung, wobei in dieser Ausführung keine Betonrandelemente vorhanden oder nicht dargestellt sind. Die dargestellte Betonplatte 1 ist neben dem durch die Durchgangsöffnungen 6 hindurchführenden und die Betonunterschicht 4 mit der Betonoberschicht 5 verbindenden Beton zusätzlich mit Bewehrungselementen 7 aus Carbon verbunden. Die Bewehrungselemente 7 aus Carbon sind dazu gleichfalls durch die Durchgangsöffnungen 6 im flächigen Heizelement 3 geführt. Die Bewehrungselemente 7 können dabei auch in die Faserbewehrungen 2 der Betonunterschicht 4 und/oder der Betonoberschicht 5, beispielsweise durch Einflechten, nachträglich oder zusätzlich eingebunden oder bereits ein Bestandteil der Bewehrung 2 als Einheit sein. Durch die Bewehrungselemente 7 aus Carbon wird die Verbindung zwischen Betonunterschicht 4 und der Betonoberschicht 5 verbessert, so dass hier beispielsweise auch größere mechanische Kräfte, beispielsweise zumindest Schubscherkräfte abgeleitet werden können.
  • In Figur 4 ist eine elektrisch beheizbare Betonplatte 1 mit Randelementen 9 in einer Perspektivansicht dargestellt. Prinzipiell ist die gezeigte Betonplatte 1 aus Fig. 3 und somit aus Fig. 1 und 2 bekannt. Hier sind, wie in Fig. 2, die an der Außenseite wellenförmig ausgebildeten Randelemente 9 dargestellt. Die die Randelemente 9 stabilisierende Randfaserbewehrung 2r als Carbon-Bewehrung ist an die Faserbewehrung 2 der Betonplatte 1 herangeführt und vorzugsweise mit dieser verbunden. Die Verbindungen können beispielsweise als Haken, Schlaufen und/oder Ösen ausgebildet oder angeflochten oder gebunden sein. Wie schon aus Fig. 3 bekannt, sind hier beispielhaft nur einzelne Bewehrungselemente 7 durch die Durchgangsöffnungen 6 im flächigen Heizelement 3 geführt, um den Verbund zwischen Betonunterschicht 4 und Betonoberschicht 5 zu verbessern.
  • Die Figur 5 zeigt die Detail-Schnittdarstellung einer elektrisch beheizbaren Betonplatte 1 mit der Faserbewehrung 2 und den Bewehrungselementen 7 in einer Perspektivansicht, wie insbesondere aus Fig. 3 bekannt. Hier ist der Schnitt der Schnittdarstellung durch eine Durchgangsöffnung 6 geführt. Die Bewehrungselemente 7 erstrecken sich, von Beton umschlossen, durch die Durchgangsöffnung 6. Hier sind die Bewehrungselemente 7 beispielhaft mit als Haken ausgebildeten Enden ausgeführt, so dass zumindest ein Formschluss der Bewehrungselemente 7, die auf die Faserbewehrung 2 gelegt oder in die Bewehrung 2 eingesteckt sind, sowohl im Beton als auch mit der Faserbewehrung 2 der Betonplatte 1 erfolgt. Dementsprechend werden die Festigkeitseigenschaften der Betonplatte 1 weiter verbessert.
  • Eine nicht gezeigte Ausführung der Bewehrungselemente 7 besteht darin, dass in die Faserbewehrung 2 eingewobene, offene beispielswiese stabförmige Enden als Bewehrungselemente 7 durch die Durchgangsöffnungen geführt sind und somit gleichfalls die Bewehrungselemente 7 in die Faserbewehrungen 2 formschlüssig eingebunden sind.
  • Eine weitere Ausführung der elektrisch beheizbaren Betonplatte 1 ist in den Figuren 6a und 6b dargestellt. Die Betonplatte 1 ist um eine zur Betonplatte 1 senkrechte Achse jeweils um 90 Grad versetzt oder verdreht dargestellt.
  • An einer flächigen, in einem Kunstharz-Faser-Verbund eingebetteten Heizschicht 3 als flächiges Heizelement 3 ist auf bzw. an den beiden gegenüberliegenden Oberflächen bzw. Außenflächen jeweils eine Faserbewehrung 2 in Form einer gewellten Carbonfaser-Struktur angeordnet. Die Ausrichtung der gewellten Carbonfaser-Struktur ist an oder auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächen bzw. Außenflächen des flächigen Heizelementes 3 zueinander um 90 Grad versetzt, wie es in den Figuren 6a und 6b zu erkennen ist. Die Faserbewehrung 2 als eine gewellte Carbonfaser-Struktur ist an den zum flächigen Heizelement 3 weisenden Wellenbergen mit dem flächigen Heizelement 3 vulkanisiert oder verklebt ist. Die Faserbewehrung 2 als eine gewellte Carbonfaser-Struktur weist eine stabilisierende Beschichtung auf. Je nach Beschichtung kann die Beschichtung zugleich als Verbindung zum flächigen Heizelement 3 dienen. Auf den vom flächigen Heizelement 3 wegweisenden Wellenbergen der Faserbewehrung 2 als eine gewellte Carbonfaser-Struktur ist jeweils eine flächige Carbonfaser-Struktur vorhanden und mit den Wellenbergen verbunden. Das flächige Heizelement 3 mit der beidseitig verbundenen Faserbewehrung 2 als eine gewellte Carbonfaser-Struktur ist jeweils von Beton umgeben. Hierbei bildet der Beton unterhalb des flächigen Heizelementes 3 die Betonunterschicht 4 und der Beton oberhalb des flächigen Heizelementes 3 die Betonoberschicht 5 und bildet damit die elektrisch beheizbare Betonplatte 1. An den seitlichen Bereichen ist abseits der Heizschicht 3 die Betonunterschicht 4 mit der Betonoberschicht 5 verbunden sind. Das flächige Heizelement 3 weist eine elektrische Zuleitung 10 auf, die aus der Betonplatte 1 herausgeführt ist.
  • In Figur 7 ist in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform an einer flächigen, in einem Kunstharz-Faser-Verbund eingebetteten Heizschicht 3 als flächiges Heizelement 3 auf der in Figur 7 oben liegenden Oberfläche bzw. Außenfläche eine Faserbewehrung 2 in Form einer gewellten Carbonfaser-Struktur angeordnet. Die Faserbewehrung 2 als eine gewellte Carbonfaser-Struktur ist an den zum flächigen Heizelement 3 weisenden Wellenbergen mit dem flächigen Heizelement 3 vulkanisiert oder verklebt ist. Die Faserbewehrung 2 als eine gewellte Carbonfaser-Struktur weist eine stabilisierende Beschichtung auf. Auf den vom flächigen Heizelement 3 wegweisenden Wellenbergen der Faserbewehrung 2 als eine gewellte Carbonfaser-Struktur ist jeweils eine flächige Carbonfaser-Struktur vorhanden und mit den Wellenbergen verbunden. Das flächige Heizelement 3 mit der verbundenen Faserbewehrung 2 als eine gewellte Carbonfaser-Struktur ist von Beton als Betonoberschicht 4 umgeben. Auf der in Figur 7 unten liegenden Oberfläche bzw. Außenfläche des flächigen Heizelementes 3 ist eine Dämmschicht 11 aus einem festen oder stabilen Dammmaterial angeordnet und mit dem flächigen Heizelement 3 verbunden. Dieser Aufbau bildet die elektrisch beheizbare Betonplatte 1. Das flächige Heizelement 3 weist eine elektrische Zuleitung 10 (nicht dargestellt) auf, die aus der Betonplatte 1 herausgeführt ist (nicht dargestellt).
    • Zusammenstellung der Bezugszeichen
    • 1 -
    Betonplatte , elektrisch beheizbare Betonplatte
    2 -
    Faserbewehrung
    2r -
    Randfaserbewehrung
    3 -
    Heizelement, in einem Kunstharz-Faser-Verbund eingebettete Heizschicht
    4 -
    Betonunterschicht
    5 -
    Betonoberschicht
    6 -
    Durchgangsöffnungen im Heizelement
    7 -
    Bewehrungselement
    8 -
    Rand der Betonplatte, korrespondierende Wellenstruktur
    9 -
    Randelemente
    10 -
    elektrische Zuleitung
    11 -
    Dämmschicht

Claims (15)

  1. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1), wobei die Betonplatte (1) zumindest eine Faserbewehrung (2) und zumindest ein flächiges Heizelement (3) umfasst, wobei das zumindest eine Heizelement (3) zumindest eine in einem Kunstharz-Faser-Verbund eingebettete Heizschicht umfasst, die Betonplatte (1) auf einer Seite oder Oberfläche des flächigen Heizelementes (3) eine Betonoberschicht (5) und auf der dazu gegenüberliegenden Seite oder Oberfläche des flächigen Heizelementes (3) eine Dämmschicht (11) oder eine Betonunterschicht (4) aufweist, wobei die Betonunterschicht (4) und/oder die Betonoberschicht (5) die Faserbewehrung (2) aufweist.
  2. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Faserbewehrung (2) bereichsweise mit dem zumindest einen flächigen Heizelement (3) verbunden und/oder zum zumindest einen flächigen Heizelement (3) beabstandet ist oder am zumindest einen flächigen Heizelement (3) anliegt.
  3. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im zumindest einen flächigen Heizelement (3) verteilt zueinander beabstandete Durchgangsöffnungen (6) angeordnet sind und der Beton der Betonunterschicht (4) mit dem Beton der Betonoberschicht (5) durch die Durchgangsöffnungen (6) im flächigen Heizelement (3) hindurch verbunden ist.
  4. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Bewehrungselemente (7) vorhanden sind, die durch die Durchgangsöffnungen (6) des zumindest einen flächigen Heizelements (3) geführt sind.
  5. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der Ansprüche 3 und 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bewehrungselemente (7) mit der Faserbewehrung (2) der Betonplatte (1) als Bestandteil der Faserbewehrung (2) eine Einheit bilden oder mit der Faserbewehrung (2) verbunden sind oder auf die Faserbewehrung (2) gelegt oder in die Faserbewehrung (2) eingesteckt sind.
  6. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die umlaufenden oder seitlichen Außenflächen (8) der Betonplatte (2) in vertikaler Richtung eine korrespondierende Wellenstruktur (8) aufweisen.
  7. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine umlaufende oder seitliche Begrenzung der Betonplatte (1) in Form von Betonrandelementen (9) mit einer Außenseite und einer Innenseite vorhanden ist, wobei die Betonrandelemente (9) an der Außenseite die korrespondierende Wellenstruktur (8) aufweisen und die Betonrandelemente (9 eine Randfaserbewehrung (2r) aufweisen, wobei Randfaserbewehrung (2r) an der Innenseite aus den Betonrandelementen (9) als Anschlussbewehrung in Richtung der Faserbewehrung (2) der Betonplatte (1) hinausragt und mit der Faserbewehrung (2) der Betonplatte (1) verbunden ist und/oder dass die Faserbewehrung (2) oder die Randfaserbewehrung (2r) von der Betonunterschicht (4) zur Betonoberschicht (5) im Bereich der umlaufenden oder seitlichen Außenflächen (8) um das zumindest eine flächige Heizelement (3) geführt ist.
  8. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Faserbewehrung (2), Randfaserbewehrung (2r) und/oder die Bewehrungselemente (7) flächige, räumliche und/oder langgestreckten Strukturen aufweisen und/oder dass die Faserbewehrung (2), Randfaserbewehrung (2r) und/oder die Bewehrungselemente (7) Carbonfasern, Basaltfasern, Glasfasern oder andere mineralische oder synthetische Fasern umfassen.
  9. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die flächigen und/oder räumlichen Strukturen der Faserbewehrung (2), Randfaserbewehrung (2r) und/oder der Bewehrungselemente (7) versteift sind.
  10. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Durchgangsöffnungen (6) im zumindest einen flächigen Heizelement (3) eine Größe von 0,5 cm bis 2,5 cm, bevorzugt eine Größe zwischen 1,25 cm bis 2 cm und besonders bevorzugt einen Durchmesser zwischen 1,4 cm und 1,7 cm aufweisen.
  11. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Durchgangsöffnungen (6) im zumindest einen flächigen Heizelement (3) verteilt mit einer Anzahl zwischen 9 und 100, bevorzugt zwischen 20 und 80 und besonders bevorzugt zwischen 30 bis 60 je Quadratmeter angeordnet sind und/oder dass die Durchgangsöffnungen (6) im zumindest einen flächigen Heizelement (3) rasterförmig angeordnet sind.
  12. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Heizschicht (3) ein Heizgewebe, ein Heizgelege, ein Heizgeflecht oder eine Heizfolie aufweist, wobei das Heizgewebe, Heizgelege, Heizgeflecht und/oder die Heizfolie leitfähig ist oder leitfähig beschichtet ist.
  13. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Heizschicht (2) so ausgebildet ist, dass das Heizgewebe, das Heizgelege und/oder das Heizgeflecht beidseitig von Prepregmaterial umschlossen, verpresst und ausgehärtet ist.
  14. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Betonunterschicht (4) und/oder die Betonoberschicht(5) auf der jeweils dem flächigen Heizelement (3) gegenüberliegenden Seite oder Fläche eine dreidimensionale und/oder haftverbessernde oder reibungserhöhende Oberflächenstruktur aufweist.
  15. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zumindest eine flächige Heizelement (3) an den Oberflächen mit einer haftverbessernden Beschichtung versehen ist oder eine haftverbessernde dreidimensionale Oberflächenstruktur aufweist.
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DE2244157A1 (de) * 1972-09-08 1974-03-14 Ebenseer Betonwerke Gmbh Flaechenheizung fuer bauteile
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