EP4090132B1 - Elektrisch beheizbare betonplatte - Google Patents

Elektrisch beheizbare betonplatte

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EP4090132B1
EP4090132B1 EP22171695.4A EP22171695A EP4090132B1 EP 4090132 B1 EP4090132 B1 EP 4090132B1 EP 22171695 A EP22171695 A EP 22171695A EP 4090132 B1 EP4090132 B1 EP 4090132B1
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EP
European Patent Office
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concrete
heating element
concrete slab
reinforcement
fibre reinforcement
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Active
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EP22171695.4A
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EP4090132C0 (de
EP4090132A1 (de
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Steffen Lorenz
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Stl Heizsysteme GmbH
Original Assignee
Lorenz Martina
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Publication date
Application filed by Lorenz Martina filed Critical Lorenz Martina
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Publication of EP4090132B1 publication Critical patent/EP4090132B1/de
Publication of EP4090132C0 publication Critical patent/EP4090132C0/de
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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 [2D] plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] 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 [2D] 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 heated concrete slab, wherein the concrete slab is provided with fiber reinforcement and comprises at least one planar heating element.
  • the at least one planar heating element comprises at least one heating layer, preferably embedded in a synthetic resin-fiber composite.
  • the at least one planar heating element is thus a rigid and flexurally stiff component or semi-finished product, particularly for use on or in the concrete slab.
  • a concrete top layer is present, and on the opposite side or surface or outer surface of the planar heating element, an insulating layer or a concrete bottom layer is present, wherein the concrete top layer and concrete bottom layer each comprise, for example, a high-strength or other suitable concrete.
  • fiber reinforcement preferably made of carbon fibers, basalt fibers, or glass fibers
  • the fiber reinforcement can also be referred to as textile fiber reinforcement.
  • the fiber reinforcement is preferably planar, grid-like or lattice-like, but can also be spatially lattice-like or lattice-like, or have another or a combined planar, grid-like and/or lattice-like structure.
  • Electrically heated concrete slabs are available in various designs, for example as concrete roadway slabs. Electrically heated concrete slabs are, for example, made from... EP 0 894 417 , the DE 10 2006 007349 , the DE 195 16 909 , the DE 22 44 157 known.
  • Heating cables are known as heating elements that can be embedded in concrete. However, although they can be laid close together, these are point or strip-shaped heat sources that can lead to significant thermally induced stresses in the concrete. Therefore, such heating elements may only be installed with a large cross-section and a thick concrete cover. This results in increased energy consumption 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 heated concrete slab that is highly durable, in particular exhibiting high flexural strength, and is easy to mass-produce and install at its intended location. Furthermore, the concrete slab should be large in area and very thin relative to its surface area, or have a low thickness, so that concrete slabs of any surface area up to approximately 50 square meters and with a thickness between 10 mm and 55 mm, with the thickness increasing only slightly as the surface area increases, can be easily manufactured and quickly installed.
  • the invention relates to an electrically heated, mechanically very strong concrete slab, wherein the concrete slab comprises fiber reinforcement and at least one planar heating element, wherein the at least one planar heating element comprises at least one heating layer embedded in a synthetic resin-fiber composite.
  • a concrete top layer is arranged on one side of the at least one planar heating element and an insulating layer or a concrete bottom layer is arranged on the other side of the at least one planar 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 surface layer or in or between the concrete surface layer and the concrete sublayer.
  • the insulation layer is, for example, a high-strength insulating material. Therefore, the insulation layer can also have a structural effect or at least provide structural support.
  • the concrete layers are divided into a top layer and a bottom layer for clarity, their specific assignment or designation can be reversed depending on the application and arrangement of the concrete slab. This also applies to the insulation layer.
  • the insulation layer may be located above the heating element, while the concrete layer is located below it.
  • the concrete slab can be manufactured with a thin slab thickness of, for example, only 30 mm.
  • Other slab thicknesses of more than 30 mm, more than 40 mm, or less than 30 mm are also possible, for example, with only one fiber reinforcement.
  • This design allows for a reduction in the amount of high-quality material required and, due to the near-surface placement of at least one surface heating element, faster and more cost-effective heating is achieved with lower power consumption compared to similar conventional heating surfaces or elements, since less concrete needs to be heated due to the proximity to the surface. This enables more rapid and demand-oriented operation with lower latency than is possible with conventional methods requiring a high concrete cover.
  • the concrete slab can be, for example, a concrete traffic slab, which includes all surfaces on which vehicles of any kind and/or people move about, a wall panel or wall element, a ceiling panel or floor panel, or a step. Other applications or areas of use are also included, even if not explicitly mentioned.
  • the invention advantageously fulfills the requirements for so-called LAU facilities (i.e., facilities for storing, filling, and transferring water-polluting substances) according to the Water Resources Act, as well as the freeze-thaw cycle requirements for concrete. Therefore, the invention can also be used, among other things, for mechanically demanding surfaces such as airport runways, storage or transfer areas, and production areas.
  • LAU facilities i.e., facilities for storing, filling, and transferring water-polluting substances
  • the invention can also be used, among other things, for mechanically demanding surfaces such as airport runways, storage or transfer areas, and production areas.
  • the fiber reinforcement is partially connected to the flat heating element. This connection is both positive-locking and force-locking.
  • the flat heating element and the fiber reinforcement together form a structurally effective element.
  • the fiber reinforcement can be vulcanized, bonded, or incorporated into the flat heating element.
  • the fiber reinforcement can be spaced away from the flat heating element or lie directly against it.
  • the fiber reinforcement may also have a coating.
  • the fiber reinforcement can simultaneously form a connection with the flat heating element. Alternatively, it can simply be embedded in the concrete, thus either in contact with or spaced away from the flat heating element.
  • the fiber reinforcement can be partially connected to or in contact with the flat heating element. For example, with a corrugated structure, the fiber reinforcement is only connected to or in contact with the flat heating element at the crests facing it.
  • At least one flat heating element has spaced-apart through-openings.
  • Through-openings are defined as openings that pass through the at least one flat heating element. This also includes recesses at the edge of the flat heating element. They can be provided during the manufacture of the flat heating element from the outset or added subsequently, for example, as a bore or by punching.
  • the concrete at least from the top layer, penetrates the openings in the at least one flat heating element.
  • the insulation layer is located 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 it can surround both the at least one flat heating element and the insulation layer.
  • the concrete penetrates through the openings, so that the concrete of the lower layer is bonded to the concrete of the upper layer. Furthermore, the concrete surrounds the at least one flat heating element at its edges. This at least one flat heating element is embedded between the lower and upper layers of concrete, with the lower and upper layers bonding together at the points of contact or surfaces.
  • the openings in at least one flat heating element will guide further reinforcement elements and/or the fiber reinforcement of the concrete base layer and/or the concrete top layer.
  • the concrete base layer and the concrete top layer are thus additionally and advantageously connected to each other via fiber reinforcement in a force-fit and/or form-fit manner.
  • the heating layer embedded in at least one planar heating element is recessed or interrupted or guided around the through-openings, so that sufficient insulation and also the function are ensured.
  • the use of at least one flat heating element allows for a comparatively low component thickness and facilitates the placement of the heating element close to the surface, which in turn shortens the heating time, reduces energy losses, and consequently lowers energy consumption and operating costs.
  • the concrete can spread through and into the openings in at least one flat heating element, so that the concrete of the concrete base layer is connected with the concrete of the concrete top layer.
  • At least one flat heating element can have an adhesion-enhancing coating or a polymer-modified bonding bridge.
  • the at least one flat heating element with through-holes does not, therefore, separate the concrete layers.
  • This at least one flat heating element with through-holes also serves as an additional reinforcement element, resulting in a concrete slab with very high compressive strength and flexural stiffness. Consequently, the concrete slab is designed to withstand very high mechanical stresses.
  • reinforcing elements are also guided through the openings of at least one flat heating element.
  • the connection between the concrete sublayer and the concrete surface layer is strengthened, thus increasing the flexural strength and shear strength of the concrete slab and enabling it to absorb and dissipate greater forces.
  • the thickness of the concrete slab can be further reduced or a concrete slab of the same thickness can withstand higher loads.
  • the textile reinforcement elements form a unit with the fiber reinforcement of the concrete slab as an integral part of the fiber reinforcement, or are connected to, placed on, or inserted into the fiber reinforcement of the concrete slab.
  • a preferred positive-locking connection can advantageously be achieved, for example, by forming the ends of the reinforcement elements in a hook shape or by weaving the reinforcement elements into the fiber reinforcement of the concrete slab.
  • the textile fiber reinforcement is manufactured using three-dimensional knitting and weaving techniques to ensure force-fit and/or positive-locking properties. In this way, the reinforcement elements can have open, for example, rod-shaped or nail-shaped ends woven into the fiber reinforcement and guided through the openings.
  • the circumferential or lateral outer surfaces of the concrete slab have a wave structure or other corresponding surface structure in the vertical direction, corresponding to the lateral outer surfaces of the adjacent concrete slab.
  • This wave pattern allows for the efficient transmission of vertical forces between the adjacent concrete slabs without the disadvantages of a tongue-and-groove joint, such as material breakage.
  • the edges of the slabs are designed such that two adjacent edges are finished with the first wave pattern, and the other two edge areas are finished with the wave pattern corresponding to the first.
  • the concrete slabs, each appropriately aligned can be placed against each other with their wave pattern facing each other.
  • the components can be positively interlocked.
  • the waveform of the boundary regions can be realized as a sine wave.
  • the corresponding wave structure in addition to integer multiples, arbitrary multiples or non-integer multiples of a sine wave are also possible for the corresponding wave structure.
  • the corresponding wave structure can be arbitrarily oriented or arranged with respect to the amplitude and/or position of the minimum and maximum points.
  • the circumferential or lateral outer surfaces or the circumferential or lateral boundary of the concrete slab are each formed by concrete edge elements.
  • These edge elements are prefabricated from concrete and provided with edge fiber reinforcement.
  • the concrete edge elements On their outer surfaces, the concrete edge elements each have the corresponding wave structure or another corresponding surface structure. Reference can be made to the above descriptions regarding this wave structure or other corresponding surface structure.
  • the edge fiber reinforcement of the concrete edge elements projects beyond them as connecting reinforcement, so that they can be well connected to the concrete slab and preferably also to the fiber reinforcement of the concrete slab.
  • the prefabricated edge elements thus form the advantageous wave structure and simultaneously serve advantageously as integrated, so-called permanent formwork during the production of the concrete slabs.
  • the fiber reinforcement or edge fiber reinforcement be guided from the concrete base layer to the concrete surface layer in the area of the circumferential or lateral outer surfaces around the at least one planar heating element, thereby increasing stability.
  • the fiber reinforcement can be guided from the concrete base layer to the concrete surface layer around the at least one planar heating element.
  • a separate edge fiber reinforcement can be provided, which is guided or arranged around the at least one planar heating element and is directed to the respective Fiber reinforcement is guided through the concrete sublayer and/or concrete top layer and, if necessary, connected to it.
  • the fiber reinforcement of the concrete slab, the edge fiber reinforcement, and/or the reinforcement elements comprise planar and/or three-dimensional and/or elongated structures.
  • These structures can be carbon fiber structures, basalt fiber structures, glass fiber structures, or other fiber structures.
  • Such structures are woven or knitted fabrics, nonwovens, nets, or grids made from planar and/or three-dimensional and/or elongated or linear structures, such as yarn, filament, thread, or fiber arrangements.
  • These structures typically comprise several fibers.
  • different fibers such as carbon fibers, basalt fibers, glass fibers, or other fiber types, as well as different structures or combinations thereof, can be used.
  • Spatial and/or elongated fiber or carbon fiber structures are also suitable. These can be arranged on both sides of the planar heating element or in the concrete top and bottom layers.
  • the wave directions of the respective corrugated fiber or carbon fiber structures are offset from each other, for example by 90 degrees, so that the fiber or carbon fiber structure in the concrete top layer has a preferred force direction that is offset by 90 degrees from that of the fiber or carbon fiber structure in the concrete bottom 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 elongated linear fiber or carbon fiber structures or fiber or carbon fiber planar 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 planar heating element or the wave crests of one side of the corrugated structures being connected via a fiber or carbon fiber mat or a fiber or carbon fiber mesh.
  • 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, exhibit very high tensile strength. Consequently, concrete slabs with very high flexural strength can be produced using carbon fiber reinforcement, allowing these concrete slabs to be used for high loads with a comparatively thin slab thickness of approximately 4 cm. Such a concrete slab can therefore also be used on airport runways.
  • carbon fibers which exhibit very high tensile strength, is particularly advantageous.
  • the carbon fibers can be used in textile form or in rod form. Concrete combined with carbon fibers is also known as carbon concrete. Rod-shaped carbon fibers are preferably used with a profiled surface to ensure better frictional and/or form-fit with the concrete.
  • the planar and/or three-dimensional structures of the fiber reinforcement, edge fiber reinforcement, and/or the reinforcement elements, such as those made of carbon fibers are stiffened.
  • This stiffening can be achieved, for example, by a coating treatment, impregnation, or by encasing the reinforcing fibers with suitable materials.
  • This stiffening allows the planar and three-dimensional structures of the reinforcing fibers to be advantageously manufactured with dimension stability during the production of the concrete slabs.
  • a sizing treatment, impregnation or coating of the reinforcing fibers can create an adhesion-enhancing or friction-increasing or a three-dimensional surface structure.
  • the planar and/or spatial reinforcement structures have a grid or grid dimension of, for example, between 8 and 40 mm.
  • the grid or grid dimension can be, for example, between 10 and 20 mm.
  • Square, rectangular, or honeycomb-shaped grids are suitable examples. This allows the edge fiber reinforcements and the reinforcements provided by The reinforcement elements guided through the openings can be easily integrated into the fiber reinforcement of the concrete slab. At the same time, the use of the expensive carbon material is optimized.
  • the through-openings in at least one planar heating element are arranged in a grid pattern. This improves the compressive strength and flexural strength.
  • the compressive strength and flexural strength can be adjusted depending on the type of grid.
  • the openings in at least one planar heating element have a clear opening of 0.5 to 2.5 cm.
  • the openings are 1.25 to 2 cm in diameter, and particularly preferably 1.4 to 1.7 cm.
  • the openings can be round, but can also have other shapes, such as angular or hybrid forms. This allows for adjustment of the bond or connection between the concrete base layer and the concrete top layer, thereby improving the compressive and flexural strength.
  • 9 to 100 through-openings per square meter are distributed throughout the at least one planar heating element.
  • between 20 and 80, and particularly preferably between 30 and 60 through-openings per square meter are distributed throughout the at least one planar heating element.
  • the heating layer as the actual heating unit for converting electrical energy into heat, comprises a heating fabric, a heating mat, a heating braid, or a heating film. It is preferably provided according to the invention that the heating fabric, heating mat, heating braid, and/or heating film each have a conductive coating with metal and/or carbon. However, the heating fabric, heating mat, heating braid, and/or heating film can already be conductive. A combination of a conductive heating fabric, heating mat, heating braid, and/or heating film with a conductive coating is also provided.
  • Preferred embodiments of the concrete slab according to the invention are hereby specified, which advantageously enable an efficient provision of low-temperature heat in conjunction with the concrete slab designed according to the aforementioned features.
  • the heating layer is designed such that the heating fabric, heating mat, or heating braid is encased on both sides by prepreg material as a resin-fiber composite for protection and stability.
  • prepreg material is pressed and cured together with the heating layer to form a flat heating element, creating a strong bond. This embedding of the heating layer within the resin-fiber composite is achieved through the prepreg layers.
  • Using the prepreg material results in a laminated structure that improves compressive and flexural strength.
  • the special feature of the at least one flat heating element is that it has a maximum thickness of between 0.7 mm and 2.5 mm, preferably between 0.9 mm and 2 mm, and particularly preferably between 1 mm and 1.5 mm, thus enabling the production of the thin and mechanically highly resilient concrete slab.
  • the prepreg layers also achieve a high electrical dielectric strength, which allows the heating layer to be operated, for example, with between 110V and 1000V, thus also with 220V, 230V, 380V or 400V or with other voltage ranges.
  • At least one flat heating element with the laminated structure of the synthetic resin-fiber composite and the embedded heating layer can be prefabricated, making it easy to handle as a component, part, or semi-finished product during the production of the concrete slab. Furthermore, the heating layer is well protected from damage during the production of the concrete slab by the cured prepreg layers.
  • the outer surface of the concrete sublayer and/or the outer surface of the concrete toplayer has a three-dimensional and/or adhesion-enhancing or friction-enhancing surface structure on the side or surface opposite the at least one planar heating element, in order to ensure the bond to a substrate as required. to improve and/or increase slip resistance or sliding friction. Furthermore, it can increase road safety.
  • a three-dimensional surface structure formed on the underside of the concrete sublayer increases the contact area and interlocks with the underlying concrete or substructure, enabling shear forces in particular to be transferred more effectively to the underlying concrete or substructure.
  • a three-dimensional surface structure applied to the top of the concrete surface layer creates a surface roughness that improves the adhesion of tires to the concrete, especially on smooth surfaces.
  • This three-dimensional surface structure can be easily achieved, for example, by placing coarse-grained material, such as gravel, on the respective side of the concrete base layer and/or the concrete surface layer, or by using a formwork matrix during production with a negative or complementary structure to the desired or required surface texture.
  • the at least one planar heating element is provided on its surfaces with an adhesion-enhancing coating or a polymer-modified bonding bridge, or has an adhesion-enhancing three-dimensional surface structure.
  • This advantageously improves the adhesion between the at least one planar heating element and the concrete sublayer as well as the concrete surface layer. Consequently, the flexural strength of the concrete slab is increased, and the transfer of horizontal and/or vertical forces from the concrete surface layer to the concrete sublayer via the at least one planar heating element is improved, so that ultimately the concrete slab can withstand higher stresses.
  • the contact of at least one flat heating element can be routed to the side surfaces towards the adjacent concrete slab or downwards to enable the electrical connection to a power supply network.
  • fiber reinforcements provided they are electrically conductive, can be used for electromagnetic shielding, for example with carbon fibers.
  • Electrically conductive fiber reinforcements for grounding should preferably be routed out through the concrete sublayer.
  • a reflective layer and/or thermal insulation can be advantageously arranged below the concrete sublayer of the concrete slab to reduce heat loss.
  • the heating layer is controlled by a regulation dependent on the road surface temperature.
  • the electrically heated concrete slabs according to the invention are particularly suitable for runway heating at airports due to their excellent mechanical properties, where a monolithic structure of the described layers is not feasible, e.g., for reasons of time.
  • Figure 1 shows a section of the edge of an electrically heated, planar concrete slab 1 according to the invention.
  • the concrete slab 1 according to the invention is described starting from the bottom.
  • the base of the concrete slab 1 is the concrete sublayer 4, which is provided with fiber reinforcement 2 made of carbon fibers.
  • the fiber reinforcement 2 is advantageously arranged as a woven grid of carbon fibers horizontally oriented in the middle of the concrete sublayer 4.
  • Several layers of fiber reinforcement 2 can also be provided.
  • Such carbon fiber-reinforced concrete 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 types of fibers.
  • High-strength and ultra-high-strength concrete is preferably used.
  • the flat heating element 3 is arranged above the concrete sublayer 4.
  • the planar heating element 3 comprises an electrically operated heating layer embedded in a resin-fiber composite.
  • the heating layer preferably comprises a metal-coated fabric.
  • the resin-fiber composite surrounding the heating layer is preferably prepreg material in the form of prepreg mats, which are pressed and cured as a stack with the heating layer arranged between at least two prepreg mats, thus forming a laminated structure or composite.
  • the resin-fiber composite stiffens the planar heating element 3, making it easy to handle.
  • the resin-fiber composite provides mechanical protection for the heating layer and ensures high dielectric strength.
  • the heating layer is provided with externally extending waterproof contacts (not shown).
  • a concrete top layer 5 is arranged, the basic structure of which corresponds to that of the concrete base layer 4.
  • 49 round through-openings 6 with a diameter of 15 mm are arranged in a grid pattern in the flat heating element 3.
  • the concrete top layer 5 is advantageously bonded to the concrete base layer 4, forming a homogeneous concrete body that penetrates the flat heating element 3 at intervals.
  • the concrete slab 1 can be made more resilient by the bonding of the concrete top layer 5 and the concrete base layer 4.
  • Concrete sublayer 4 can absorb horizontal and/or vertical shear forces significantly better.
  • This basic design provides an electrically heated concrete slab 1 that enables the heating of traffic areas and simultaneously withstands high mechanical stress. Thanks to the lightweight and durable carbon concrete, the concrete slab can be manufactured with a comparatively low thickness of only 3 cm or even 4 cm, making it suitable for high-stress applications.
  • the concrete slabs 1 according to the invention are therefore particularly suitable for runways and other traffic areas at airports, as well as for walkways, stairs, or driveways.
  • the electrically heated concrete slabs 1 according to the invention can be laid on existing concrete surfaces or other suitable existing surfaces.
  • the electrically heated concrete slabs 1 are formed with a vertically oriented wave structure 8 on their lateral outer edges or outer surfaces, wherein the wave structures 8 are each designed such that the adjacent wave structures 8 of side-by-side concrete slabs 1 correspond to each other.
  • the wave structures 8 are as shown, preferably correspondingly sinusoidal.
  • the vertically oriented wave structure 8 is realized by prefabricated concrete edge elements 9, which are provided with 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 during the creation of the concrete base layer 4 and the concrete top layer 5, and are thus integrated into the concrete slab 1 as permanent formwork.
  • the edge fiber reinforcement 2r of the concrete edge elements 9 protrudes from the prefabricated concrete edge elements 9 as connection reinforcement on the side opposite the wave structure 8.
  • a further fundamental advantage of using carbon fibers for fiber reinforcement 2 The advantage of the edge fiber reinforcement 2r is that, unlike steel reinforcement, corrosion cannot occur here, so no concrete cover is required for the fiber reinforcement 2. Therefore, the fiber reinforcement 2 and edge fiber reinforcement 2r can be implemented as carbon reinforcement on the underside for connection to the concrete substructure and/or for grounding from the concrete sublayer 4.
  • Figure 1 shows a horizontally cut, electrically heated concrete slab 1 in the plane of the planar heating element 3, viewed from above.
  • the electrically heated concrete slab 1 shown is like the one in Figure 2.
  • Fig. 1 as shown.
  • the through-openings 6 arranged in the heating element, through which the concrete of the upper layer (not shown) is connected to the concrete of the lower layer 4, are arranged in a grid pattern.
  • 60 through-openings 6 are provided per square meter.
  • the concrete sublayer 4 with the fiber reinforcement 2, shown as a dashed line is arranged.
  • the concrete edge elements 9, arranged on the side faces of the concrete slab 1, are also shown.
  • the edge fiber reinforcement 2r of the concrete edge elements 9, which is simplified and shown only in sections, is actually continuous around the perimeter and embedded in the concrete and the fiber reinforcement 2 of the concrete slab 1.
  • the through-openings 6 in the planar heating element 3 can be excluded from both the heating layer and the prepreg layers during the manufacture of the planar heating element 3, or they can be added subsequently, for example by punching or drilling.
  • FIG. 1 shows an electrically heated concrete slab 1 in a perspective view.
  • the concrete slab 1 shown here is based on the one described in Figure 1.
  • Fig. 1 The illustrated embodiment, in which no concrete edge elements are present or not shown, is shown.
  • the illustrated concrete slab 1 is connected not only to the concrete passing through the openings 6 and connecting the concrete base layer 4 with the concrete top layer 5, but also to carbon reinforcement elements 7. These carbon reinforcement elements 7 are also guided through the openings 6 in the planar heating element 3.
  • the reinforcement elements 7 can also be integrated into the fiber reinforcements 2 of the
  • the reinforcement elements 7, made of carbon are integrated into the concrete sublayer 4 and/or the concrete top layer 5, for example, by weaving them in, subsequently or additionally, or may already be a component of the reinforcement 2 as a unit.
  • the carbon reinforcement elements 7 improve the connection between the concrete sublayer 4 and the concrete top layer 5, so that, for example, larger mechanical forces, such as shear forces, can be transferred here.
  • FIG 4 An electrically heated concrete slab 1 with edge elements 9 is shown in a perspective view.
  • the concrete slab 1 shown is made of Fig. 3 and therefore from Figs. 1 and 2 known.
  • the outer edge elements 9, which have a wave-like shape, are shown.
  • the edge fiber reinforcement 2r, which stabilizes the edge elements 9 and is made of carbon, is brought close to the fiber reinforcement 2 of the concrete slab 1 and preferably connected to it.
  • the connections can be designed, for example, as hooks, loops and/or eyelets, or be braided or tied.
  • only individual reinforcement elements 7 are shown here as an example through the passage openings 6 in the flat heating element 3 in order to improve the bond between the concrete underlayer 4 and the concrete toplayer 5.
  • the Figure 5 The detailed sectional view of an electrically heated concrete slab 1 with fiber reinforcement 2 and reinforcement elements 7 is shown in a perspective view, as can be seen in particular from Fig. 3
  • the cross-sectional view is shown here through a passage opening 6.
  • the reinforcement elements 7, encased in concrete, extend through the passage opening 6.
  • the reinforcement elements 7 are shown with hook-shaped ends, ensuring at least a positive connection between the reinforcement elements 7, which are placed on or inserted into the fiber reinforcement 2, both in the concrete and with the fiber reinforcement 2 of the concrete slab 1. Accordingly, the strength properties of the concrete slab 1 are further improved.
  • An embodiment of the reinforcement elements 7, not shown, consists in the fact that open, for example rod-shaped, ends woven into the fiber reinforcement 2 are led through the passage openings as reinforcement elements 7 and thus the reinforcement elements 7 are also positively integrated into the fiber reinforcements 2.
  • FIG. 6a Another version of the electrically heated concrete slab 1 is in the Figures 6a and 6b
  • the concrete slab 1 is shown offset or rotated by 90 degrees around an axis perpendicular to the concrete slab 1.
  • a fiber reinforcement 2 in the form of a corrugated carbon fiber structure is arranged on each of the two opposing surfaces or outer surfaces.
  • the orientation of the corrugated carbon fiber structure is offset from each other by 90 degrees on the two opposing surfaces or outer surfaces of the planar heating element 3, as shown in the Figures 6a and 6b
  • the fiber reinforcement 2, a corrugated carbon fiber structure is vulcanized or bonded to the flat heating element 3 at the crests facing the flat heating element 3.
  • the fiber reinforcement 2, 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.
  • a flat carbon fiber structure is present on each of the crests of the fiber reinforcement 2, which point away from the flat heating element 3, and is connected to these crests.
  • the concrete below the flat heating element 3 forms the concrete base layer 4, and the concrete above the flat heating element 3 forms the concrete top layer 5, thus forming the electrically heated concrete slab 1.
  • the concrete base layer 4 is connected to the concrete top layer 5.
  • the flat heating element 3 has an electrical supply line 10 that extends out of the concrete slab 1.
  • a heating element 3 is provided on a planar heating layer 3 embedded in a synthetic resin-fiber composite.
  • a fiber reinforcement 2 in the form of a corrugated carbon fiber structure is arranged on the upper surface or outer surface.
  • the fiber reinforcement 2, as a corrugated carbon fiber structure is vulcanized or bonded to the flat heating element 3 at the crests of the corrugations that point towards the flat heating element 3.
  • the fiber reinforcement 2, as a corrugated carbon fiber structure has a stabilizing coating.
  • Fiber reinforcement 2, in the form of a corrugated carbon fiber structure consists of a planar carbon fiber structure connected to the crests of the corrugations.
  • the planar heating element 3, with the connected fiber reinforcement 2 as a corrugated carbon fiber structure, is surrounded by concrete as a concrete surface layer 4.
  • An insulating layer 11 made of a solid or stable insulating material is arranged on the lower surface or outer surface of the flat heating element 3 and connected to the flat heating element 3. This assembly forms the electrically heated concrete slab 1.
  • the flat heating element 3 has an electrical supply line 10 (not shown) that leads out of the concrete slab 1 (not shown).

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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 vorzugsweise 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. Elektrisch beheizbare Betonplatten sind beispielsweise aus der EP 0 894 417 , der DE 10 2006 007349 , der DE 195 16 909 , der DE 22 44 157 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.
  • Die Faserbewehrung ist in einer Ausführungsform 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 weiteren Ausführungsform 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 werden 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.
  • Neben dem Beton sind auch Bewehrungselemente durch die Durchgangsöffnungen des zumindest einen flächigen Heizelementes geführt. 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.
  • Zur Verbesserung des Verbundes bilden 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 Fasern sein.
  • 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 Randfaserbewehrung 2r 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 (12)

  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) mit der Faserbewehrung (2) und auf der dazu gegenüberliegenden Seite oder Oberfläche des flächigen Heizelementes (3) eine Dämmschicht (11) oder eine Betonunterschicht (4) mit der Faserbewehrung (2) aufweist,
    - wobei die Faserbewehrung (2) bereichsweise mit dem zumindest einen flächigen Heizelement (3) formschlüssig und kraftschlüssig verbunden ist oder
    - wobei 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 und dass Bewehrungselemente (7) vorhanden sind, die durch die Durchgangsöffnungen (6) des zumindest einen flächigen Heizelements (3) geführt sind, wobei 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.
  2. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Faserbewehrung (2) bereichsweise zum zumindest einen flächigen Heizelement (3) beabstandet ist oder am zumindest einen flächigen Heizelement (3) anliegt.
  3. 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 jeweils mit den seitlichen Außenflächen einer benachbart angeordneten Betonplatte korrespondierende Wellenstruktur (8) aufweisen.
  4. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach Anspruch 3,
    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.
  5. 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.
  6. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die flächigen und/oder räumlichen Strukturen der Faserbewehrung (2), Randfaserbewehrung (2r) und/oder der Bewehrungselemente (7) versteift sind.
  7. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 und 3,
    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.
  8. Elektrisch beheizbare Betonplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 3 und 7,
    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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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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