DE102012004720A1

DE102012004720A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verfestigen von lockeren Bodenmaterialien

Info

Publication number: DE102012004720A1
Application number: DE201210004720
Authority: DE
Inventors: Frank Petrick; Roland Opferkuch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-12

Abstract

Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verfestigen von lockeren Bodenmaterialien 1 sieht vor, daß ein viskoses Bindemittel 5 auf das Bodenmaterial 1 flächig aufgetragen wird. Vor dem Aushärten des viskosen Bindemittels 5 wird dieses erwärmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von lockeren Bodenmaterialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1; die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bahnschienen werden unter Zwischenanordnung von Schwellen auf ein Schotterbett bestehend aus ca. 5 bis 6 cm großen Steinen gelegt. Bei einer Zuggeschwindigkeit von über 180 km/h lösen sich allerdings die oberen Steinschichten. Vereinzelt werden Steine im Sog der Bahnwagen aufgewirbelt. Das Schotterbett wird dadurch unstabil und muß laufend nachgefestigt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß in Tunnels etc. Fluchtwege über lose Schotterbette ein Unfallrisiko darstellen. Schließlich können sich im Winter Eisbrocken von den Waggons lösen, die eine Zerstörung oder zumindest ein Losbrechen von Schottersteinen verursachen können.
Aus diesem Grunde ist es bekannt, das lockere Schotterbett zu verfestigen. Hierzu wird ein viskoses Bindemittel insbesondere in Form von Epoxidharz auf das Schotterbett flächig aufgetragen. Das viskose Bindemittel fließt nach unten und härtet nach einer gewissen Zeit aus.
Bislang wird das viskose Bindemittel mittels einer Spritzvorrichtung manuell aufgetragen. Aufgrund der relativ hohen Viskosität des Bindemittels fließt dieses nur sehr langsam nach unten und härtet dann irgendwann aus. Um auch tiefere Schichten des Schotters mittels des Bindemittels verfestigen zu können, ist es notwendig, daß große Mengen von diesem viskosen Bindemittel aufgetragen werden, so daß ein Teil davon in tiefere Schichten eindringen kann.
Die vorbeschriebene Schotterverfestigung bei Bahnstrecken stellt ein erstes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfestigungsverfahrens von lockeren Bodenmaterialien dar. Das erfindungsgemäße Verfestigungsverfahren ist jedoch beispielsweise auch für Befestigungen im Deichbau, bei Uferzonen von Meeren oder Flüssen sowie schließlich bei Gesteinhängen und im Wegebau geeignet. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind denkbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zum Verfestigen von lockeren Bodenmaterialien der eingangs angegebenen Art hinsichtlich des Aufbringens des viskosen Bindemittels zu verbessern; weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.
Als technische Lösung wird mit der Erfindung verfahrensmäßig vorgeschlagen, daß das viskose Bindemittel erwärmt wird.
Der Vorteil bei der Erwärmung des viskosen Bindemittels besteht darin, daß sich dadurch die Viskosität verringert und dadurch das Bindemittel besser nach unten fließen kann. Dieser verbesserte Fluß des viskosen Bindemittels läßt dieses tiefer in das zu verfestigende Bodenmaterial eindringen. Die Vorteile bestehen somit darin, daß zum einen tiefere Schichten mit dem Bindemittel erreicht und damit verfestigt werden und daß zum anderen dies mit geringeren Mengen mit dem Bindemittel möglich ist. Schließlich wird durch die Erwärmung des viskosen Bindemittels die Abbindungszeit beschleunigt. Insgesamt bleibt durch die gezielte Erwärmung des viskosen Bindemittels die Kleberviskosität länger stabil und hat so eine längere Fließzeitkonstante, die es ermöglicht, tiefer in das Bodenmaterial einzudringen und sich dabei gleichmäßiger zu verteilen. Zusätzlich ist das Bindemittel in der Phase der Abbindung besser gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt. Durch die wesentliche Verkürzung der Aushärtungszeit verkürzt sich dadurch auch die Ruhezeit der behandelten Fläche. Bei Bahnstrecken sind diese dadurch entscheidend früher wieder im Betrieb.
Eine bevorzugte Weiterbildung schlägt gemäß Anspruch 2 vor, daß das viskose Bindemittel nach dem Auftragen erwärmt wird. Dies bedeutet, daß zunächst das viskose Bindemittel aufgetragen wird, um es anschließend zu erwärmen und dadurch die Viskosität zu verringern.
Alternativ oder aber auch vorzugsweise zusätzlich wird gemäß der Weiterbildung in Anspruch 3 das zu verfestigende Bodenmaterial und/oder das viskose Bindemittel vor dem Auftragen erwärmt.
Gemäß der Weiterbildung in Anspruch 4 wird die Erwärmung des viskosen Bindemittels mittels heißer Luft und/oder mittels einer Gasflamme und/oder mittels Infrarot und/oder mittels Mikrowellenbeaufschlagung erzielt. Dies bedeutet, daß die frisch besprühte Fläche des Bodenmaterials auf die vorbeschriebene Weise entweder vor- und/oder nachbehandelt wird. Die Wärmeintensität ist dabei so zu wählen, daß beispielsweise bei einem Schotterbett bei Bahnstrecken die Eindringtiefe des viskosen Bindemittels 20 bis 25 cm beträgt. Die Erwärmung kann dabei bei bis 70° Celsius liegen.
Gemäß der Weiterbildung in Anspruch 5 wird als viskoses Bindemittels ein Epoxidharz oder ein Schmelzkleber verwendet. Bei dem Epoxidharz handelt es sich um einen 2-Komponenten-Kunststoff, welcher umweltfreundlich und lösungsmittelfrei ist. Die Verarbeitungstemperatur dieses Klebers liegt bei mehr als 20° Celsius. Da die zu 90% im Außenbereich befindlichen Projekte oft Temperaturen von weniger als 20° Celsius aufweisen, zeichnet sich die Erfindung hierfür sehr positiv aus, da das Epoxidharz chemisch unverändert auch bei niedrigen Temperaturen eingesetzt werden kann. Alternativ zu dem vorbeschriebenen Epoxidharz kann als viskoses Bindemittel auch ein Schmelzkleber verwendet werden. Die Besonderheit des Schmelzklebers besteht darin, daß dieser nach dem Erhärten durch Wärmeeinbringung wieder in den viskosen Zustand übergeführt werden kann. Im Gegensatz dazu bleibt das ausgehärtete Epoxidharz auch nach einem Erwärmen hart.
Schließlich schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 vor, daß vor dem Aufbringen des viskosen Bindemittels zusätzlich ein flexibles Material oder flexible Materialien auf das Bodenmaterial aufgebracht werden. Bei diesen flexiblen Materialien kann es sich um Bänder oder Matten aus Kunststoff, Textil etc. handeln. Beispielsweise werden die Bänder über eine entsprechende Zuführung auf das zu verfestigende Bodenmaterial in Schlaufen gelegt. Die anschließende Verklebung verhindert das Wegfliegen der Bänder und gibt der Oberfläche des zu verfestigenden Bodenmaterials eine verstärkte, stabile Vernetzung. Die Verfestigung des Bodenmaterials ist dadurch verbessert.
Als technische Lösung schlägt der Anspruch 7 eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens vor.
Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verfestigen von lockeren Bodenmaterialien sieht zueinander parallele Düsenleisten sowie Erwärmungsleisten vor. Die Düsenleisten sind dabei über die Länge verteilt mit Spritzdüsen ausgestattet, durch die hindurch das viskose Bindemittel austritt. Vor und/oder hinter dieser Düsenleiste befindet sich dann noch die Erwärmungsleiste für die Erwärmung des viskosen Bindemittels bzw. des Bodenmaterials. Bei der Erwärmungsleiste kann es sich um eine Austrittseinrichtung für heiße Luft handeln.
Vorzugsweise sind gemäß der Weiterbildung gemäß Anspruch 7 die vorbeschriebenen Einrichtungen an einem verfahrbaren Wagen angeordnet. Soll das Schotterbett bei einer Bahnstrecke verfestigt werden, ist dieser Wagen auf dem vorhandenen Gleis sehr einfach verfahrbar.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Verfestigen von lockeren Bodenmaterialien wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 eine schematische perspektivische Ansicht der Verfestigungsvorrichtung;
2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung;
3 eine Vorderansicht der Vorrichtung;
4a eine schematische Darstellung einer Düsenleiste für das viskose Bindemittel;
4b eine Erwärmungsleiste zum Austritt von heißer Luft;
4c eine Einrichtung zum Auftragen von flexiblem Material.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel soll als Bodenmaterial 1 der Schotter einer Bahnstrecke verfestigt werden. Das Schotterbett besteht dabei üblicherweise aus ca. 5 bis 6 cm großen Steinen. Auf diesem Schotterbett liegen unter Zwischenanordnung von Schwellen die Schienen 2.
Als Vorrichtung zum Verfestigen des Bodenmaterials 1 ist ein Wagen 3 vorgesehen, welcher auf den Schienen 2 verfahrbar ist. Dieser Wagen 3 trägt sämtliche Einrichtungen, welche zum Verfestigen des Schotters benötigt werden.
So weist der Wagen 3 eine zur Fahrtrichtung quer verlaufende Düsenleiste 4 auf, welche dem Auftrag eines viskosen Bindemittels 5 dient. Als viskoses Bindemittel 5 kann ein Schmelzkleber oder – wie im vorliegenden Beispiel – ein 2-Komponenten-Epoxidharz dienen. Hierzu weist der Wagen eine Mischanlage auf. Das Epoxidharz wird dann der Düsenleiste 4 zugeführt.
Weiterhin weist der Wagen 3 eine Erwärmungsleiste 6 auf. Durch diese Erwärmungsleiste 6 hindurch tritt heiße Luft aus.
Schließlich ist noch eine Beschickungsleiste 7 vorgesehen, mittels welcher dem Bodenmaterial 1 ein flexibles Material 8 beispielsweise in Form von Bändern zugeführt wird.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Der Wagen 3 mit seinen Einrichtungen wird auf den Schienen 2 der Bahnstrecke verfahren. Die Fahrtrichtung ist dabei in 1 von rechts nach links bzw. in 2 von oben nach unten.
Zunächst wird mittels der Beschickungsleiste 7 das vorbeschriebene flexible Material 8 auf das Bodenmaterial 1 in Form des Schotters aufgebracht. Bei diesem flexiblen Material 8 kann es sich um Bänder aus Kunststoff, Textil etc. handeln. Diese Bänder werden auf die Schotteroberfläche in Schlaufen gelegt.
In Fahrtrichtung dahinter befindet sich dann die Düsenleiste 4 für das viskose Bindemittel 5. Dieses tritt über Spritzdüsen nach unten hin aus. Dabei wird der Epoxidharz-Kleber über die Spritzdüsen mit ca. 2 bis 4 bar pro Düse auf das Schotterbett gespritzt. Das viskose Bindemittel 5 fließt dabei über die Steine in den Schotter nach unten.
Um eine gewünschte Eindringtiefe von 20 bis 25 cm bei einer Auftragsmenge von 0,5 bis 1 Liter pro m² zu erreichen, wird die so frisch besprühte Fläche des Schotterbetts erwärmt und dadurch die Viskosität des Bindemittels 5 verringert. Als Wärmequelle dient im vorliegenden Beispiel heiße Luft. Es ist aber auch stattdessen möglich, Infrarot und/oder eine Gasflamme und/oder Mikrowelle etc. zu verwenden. Die erwärmte Luft tritt über mehrere Düsen mit ca. 6 bar pro Düse aus. Die gezielte Nacherwärmung erfolgt bei bis zu 70°C.
Durch diese Nacherwärmung wird – wie ausgeführt – die Viskosität des Bindemittels 5 verringert, so daß das Bindemittel 5 besser nach unten fließen kann. Die Kleberviskosität bleibt somit länger stabil und hat so einen längere Fließzeitkonstante, die das Bindemittel 5 tiefer in den Schotter einzubringen ermöglicht und auch darüber hinaus gleichmäßiger sich verteilen läßt. Zusätzlich ist der Kleber in der Phase der Abbindung besser gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in das System geschützt.
Bezugszeichenliste

1: Bodenmaterial
2: Schiene
3: Wagen
4: Düsenleiste
5: Bindemittel
6: Erwärmungsleiste
7: Beschickungsleiste
8: flexibles Material

Claims

Verfahren zum Verfestigen von lockeren Bodenmaterialien (1), wobei ein viskoses Bindemittel (5) auf das Bodenmaterial (1) flächig aufgetragen wird, wobei dieses viskose Bindemittel (5) nach dem Auftragen aushärtet, dadurch gekennzeichnet, daß das viskose Bindemittel (5) erwärmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das viskose Bindemittel (5) und/oder das Bodenmaterial (1) nach dem Auftragen des viskosen Bindemittels (5) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das viskose Bindemittel (5) und/oder das Bodenmaterial (1) vor dem Auftragen des viskosen Bindemittels (5) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das viskose Bodenmaterial (1) mittels heißer Luft und/oder mittels Infrarot und/oder mittels einer Gasflamme und/oder mittels Mikrowelle erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als viskoses Bindemittel (5) ein Epoxidharz oder ein Schmelzkleber verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auftragen des viskosen Bindemittels (5) zusätzlich flexibles Material (8) auf das Bodenmaterial (1) aufgebracht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Düsenleiste (4) mit Spritzdüsen für das viskose Bindemittel (5) sowie eine Erwärmungsleiste (6).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenleiste (4) und/oder die Erwärmungsleiste (6) an einem verfahrbaren Wagen (3) angeordnet sind.