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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von Betonschwellen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere von Betonschwellen von Gleisanlagen.
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Üblicherweise bestehen Bahnschwellen aus Spannbeton und werden zur Formgebung zusammen mit Spannstahl zunächst gedehnt und anschließend nachgelassen. Eigentlich sollte Spannbeton keinerlei Risse aufweisen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass aufgrund von dynamischen Belastungen, zum Teil auch begünstigt durch chemische Treibreaktionen im Spannbeton, kleinere Risse im Querschnitt von Betonschwellen auftreten können. Neben Vertikalrissen, die in der Regel bis zur ersten Spannstahllage verlaufen, finden sich auch Horizontalrisse, die von den Stirnseiten der Schwellen ausgehend über die Spannstahllage verlaufen und zu einer Hohllagenbildung der oberen/unteren Betonschichten führen. Die Vertikalrisse weisen auf der Bauteiloberseite Rissbreiten von 0,25 mm bis max. 1,20 mm auf. Die Risslängen der Vertikalrisse hängen im Wesentlichen von der Lage der ersten Spannstahllage ab und schwanken zwischen 35 mm und 80 mm. Die Risslängen der Horizontalrisse sind zum überwiegenden Anteil mehr als 100 mm lang und reichen in der Regel über die erste Spannstahllage hinaus.
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Gerissene oder geplatzte Betonschwellen mit solchen Rissbildungen stellen ein erhebliches Problem bei Gleisanlagen dar, da diese aufwändig saniert werden müssen. Eine Sanierung und Wiederherstellung der vollen Funktionstüchtigkeit dieser Betonschwellen, die während der Sanierung im Gleisbett verbleiben können und somit nicht ausgebaut werden müssen, ist sehr vorteilhaft, da hierdurch die Sanierungskosten erheblich reduziert werden können. Risssanierungsverfahren für eine Betonschwelle von Gleisanlagen bestehen, wie z.B. aus der
DE10 2013 107 822 A1 bekannt, überwiegend aus einem Injektionsverfahren, bei dem in nacheinander folgenden Schritten an der Betonschwelle eine Schadens- oder Rissanalyse und danach eine Verdämmung vorhandener Risse stattfindet. Dies erfolgt durch das Einbringen eines Zweikomponentenharzes in den Riss unter einem besonders niedrigen Druck von 0,1 bis 2,6 bar, was eventuell im Riss enthaltene Stoffe oder Fluide austreiben soll und dadurch der Riss bei dem Einströmen des Harzes gereinigt wird. Somit erfolgt das Einströmen des Harzes in den Riss quasi drucklos.
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Die
DE10 2012 202 877 A1 beschreibt ein Bahnschwellensanierungsverfahren für eine Bahnschwelle, welche als langgestreckter Betonblock ausgebildet ist, wobei ein Harz den Riss nach Aushärtung witterungsfest verschließt und die Seiten oder Teile der Betonschwelle fest miteinander verbindet. Auch bei diesem Verfahren erfolgt eine Injektion eines Verfüllstoffes, beispielsweise eines Epoxidharzes oder Polyurethans, mit einer Niedrigdruckpumpe bei einem Druck zwischen 0,1 bis 2,6 bar. Dabei wird der Riss zunächst ausgeblasen, um mögliche Verschmutzungen zu entfernen. Nach dem Reinigungsvorgang erfolgt eine Verdämmung des Risses anhand einer zuvor vorgenommenen Rissanalyse. Hierfür wird die Verdämmung auf den Riss so aufgebracht, dass dieser vollständig abgedeckt ist. Anschließend wird die Verdämmung streifenförmig entlang des Risses auf den Riss aufgebracht. An den freien Flächen wird in den Riss mittels einer Injektionsvorrichtung und einer Niedrigdruckpumpe der Verfüllstoff injiziert. Dies erfolgt unter Verwendung von Packern, d.h. Einfüllstutzen, welche in dem Riss angeordnet werden. Um das Verfüllen zu vereinfachen, wird eine mechanische Bearbeitung des Risses bzw. des Bereiches unmittelbar am Riss vorgeschlagen, wodurch sich die Einfüllstützen so setzen lassen, dass ein Entweichen des Verfüllstoffes unmittelbar an der Verfüllstelle vermieden wird.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bekannte Injektionsverfahren zur Sanierung von Betonschwellen in Gleisanlagen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen wieder.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Hochdruckanwendung zur Injektion des Verfüllstoffes in den Riss oder die Beschädigung dar und sieht eine Nachverpressung sowie Versiegelung der Reparaturstelle vor. Durch diese Maßnahmen ist es erstmalig möglich, hohe Füllgrade bei der Risssanierung zu erreichen, da die Füllgrade gegenüber den bekannten Verfahren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 87 % und 95 % liegen. Die reparierten Schwellen haben dadurch eine längere Nachhaltigkeit und Beständigkeit.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Schritt an der Betonschwelle zunächst eine Schadensanalyse oder Rissanalyse durchgeführt, indem eine Offenlegung, Reinigung und/oder Trocknung des Risses oder der Beschädigung erfolgt. Diese Reinigung erfolgt vorzugsweise entweder durch einfaches Ausblasen des Risses oder durch eine Spülung mit einem hydrophoben Lösungsmittel.
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In einem zweiten Schritt wird der Rissverlauf festgelegt und auf den Riss oder die Beschädigung werden Packer (Einfüllhilfen) aufgesetzt und mit der Betonschwelle kraftschlüssig befestigt. Dadurch wird bei jedem Packer eine Injektionsöffnung in dem Riss oder der Beschädigung gebildet.
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In einem dritten Schritt erfolgt eine Verdämmung des Risses oder der Beschädigung. Für die Verdämmung wird vorzugsweise ein Verdämmungsstoff eingesetzt, vorzugsweise ein Zweikomponentenklebstoff, ein Epoxidharz, ein Polyurethanharz, ein Polyesterharz, ein Silikonharz oder ein anderer chemisch härtender Klebstoff oder Harz. Bevorzugt ist ein Epoxidharz auf Zweikomponentenbasis.
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In einem nachfolgenden vierten Schritt wird am ersten Packer ein Verfüllstoff in den Riss oder die Beschädigung injiziert, bis der Verfüllstoff am nachlaufenden Packer austritt, wobei die weitere Injektion des Verfüllstoffes am nachlaufenden Packer erfolgt. Für die Injektion kommt ebenfalls ein Zweikomponentenklebstoff, ein Epoxidharz, ein Polyurethanharz, ein Polyesterharz, ein Silikonharz oder ein anderer chemisch härtender Klebstoff oder Harz zur Anwendung. Bevorzugt wird ein Epoxidharz auf Zweikomponentenbasis eingesetzt. Die Injektion wird fortlaufend für die weiteren Packer wiederholt. Vorzugsweise erfolgt die Injektion des Verfüllstoffes bei einem Druck zwischen > 3 und 8 bar, vorzugsweise zwischen > 3 und 4 bar, mindestens jedoch > 3 bar oder 3,5 bar. Durch Anwendung eines solchen Druckes wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich hohe Füllgrade bei der Sanierung von Betonschwellen erreichen lassen.
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Im Rahmen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Lufteinschlüsse vermieden und im Vergleich zu bekannten Verfahren erfolgt die Sanierung der Betonschwelle zerstörungsfrei, da keine Bohrungen in den Betonkörper eingebracht werden müssen. Bevorzugt können die einzelnen Packer markiert werden, um die Injektionsdüse auf den letzten injizierten Packer aufzusetzen und die Injektionspunkte vorzugeben.
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In einem fünften Schritt erfolgt eine Nachverpressung durch eine weitere Injektion von Verfüllstoff in den Riss oder die Beschädigung. Bei der Nachverpressung werden nur solche Risse oder Beschädigungen behandelt, bei denen der Verfüllstoff bei der Injektion im vorangegangenen Schritt in den Riss oder die Beschädigung eingezogen wurde. Vorzugsweise erfolgt die Nachverpressung der Packer nach Ablauf einer Zeitdauer, die von den jeweiligen Umgebungsbedingungen abhängt. Nach dem Verpressen muss der Verfüllstoff aushärten, was ebenfalls von den Umgebungsbedingungen abhängt. Allerdings kann dabei die Gleisanlage in Betrieb bleiben.
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Im nachfolgenden sechsten Schritt erfolgt nach der Aushärtung des Verfüllstoffes eine Oberflächenversiegelung. Vorzugsweise wird hierzu der Packer entfernt, beispielsweise durch einen gezielten Hammerschlag. Die Verdämmung wird vorzugsweise durch Abschleifen mittels Winkelschleifer mit Schleifaufsatz entfernt, um eine mechanische Beschädigung der Schwelle zu vermeiden. Anschließend erfolgt vorzugsweise eine Reinigung durch Abblasen mit ölfreier Luft. Als Versiegelungsmaterial kommt vorzugsweise das gleiche Material zur Anwendung wie zur Rissinjektion, vorzugsweise also ein Epoxidharz. Die Auftragung des Epoxidharzes erfolgt vorzugsweise mittels Malerrolle oder Pinsel gleichmäßig auf die Betonschwelle.
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Die Oberflächenversiegelung der Betonschwelle umfasst ein Entfernen der Packer und/oder ein Entfernen der Verdämmung und/oder eine Reinigung der Betonschwellen und/oder ein Auftragen eines Versiegelungsmaterials. Dadurch wird erreicht, dass die Risse im unteren Bereich der Schwelle verschlossen werden und somit der nachträglich eingebrachte Verfüllstoff nicht unter der Schwelle austreten kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Injektion des Verfüllstoffes in den Riss oder die Beschädigung über eine Membranpumpe. Durch die Anwendung einer Membranpumpe können Drücke zwischen > 3 und 8 bar erreicht werden, um den Verfüllstoff in den Riss oder die Beschädigung zu injizieren. Dadurch werden hohe Füllgrade bei der Risssanierung erreicht und die Qualität der Sanierung wird deutlich verbessert.
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Vorzugsweise werden die Befestigung der Packer auf der Betonschwelle und die anschließende Verdämmung des Risses oder der Beschädigung mit einem Epoxidharzspachtel, vorzugsweise dem gleichen Epoxidharzspachtel, durchgeführt. Dabei ist darauf zu achten, dass ausreichend Material aufgetragen wird, um eine gute Haftung des Klebepackers auf der Betonschwelle zu erreichen, wodurch die Nachhaltigkeit der Verfüllung verbessert wird.
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Vorzugsweise erfolgt nach der Injektion des Verfüllstoffes in den Riss oder die Beschädigung eine Verschraubung der Packer mittels Verpressnippel. Dadurch wird die Qualität des erfindungsgemäßen Verfahrens und der damit durchgeführten Sanierung von Betonschwellen nachhaltig verbessert. Vorzugsweise werden als Packer Bohrpacker oder Kunststoff-Klebepacker als Einfüllhilfe eingesetzt. Die Fixierung der Packer auf dem Riss oder der Beschädigung erfolgt vorzugsweise über Metallstifte, insbesondere Stahlnägel.
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Erfindungsgemäß wird zur Verdämmung und/oder zur Befestigung der Packer und/oder als Verfüllstoff für die Injektion und/oder für die Nachverpressung und/oder als Versiegelungsmaterial ein Zweikomponentenklebstoff, ein Epoxidharz, ein Polyurethanharz, ein Polyesterharz, ein Silikonharz oder ein anderer chemisch härtender Klebstoff oder Harz verwendet. Ein Komponentenklebstoff besitzt ausgezeichnete Reparatureigenschaften für das Sanieren von Betonschwellen und zeichnet sich durch eine starke Faserhaftung aus.
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Die Erfindung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Sanierung, d.h. zur Rissverpressung und Versiegelung von Betonschwellen in Gleisanlagen an verlegten Betonschwellen im Gleisbett eingesetzt. Durch die Sanierung im Einbauzustand sind nur kurzzeitige Sperrungen der Gleisanlage notwendig.
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Zuerst wird eine Schadens- oder Rissanalyse durch ein oberflächiges Reinigen der Betonschwelle durchgeführt. Im Rahmen der Schadensanalyse findet eine Reinigung und/oder Trocknung des Risses mit Brennern statt. Eine oberflächige Reinigung der Betonschwelle wird durch einen Winkelschleifer mit Schleifaufsatz durchgeführt. Das Entfernen von Schleifstaub erfolgt beispielsweise durch Abblasen mit ölfreier Luft. Im zweiten Schritt wird der Rissverlauf festgelegt und auf dem Riss oder der Beschädigung Packer als Einfüllhilfen aufgesetzt. Das Verdämmen des Risses erfolgt mit Epoxidharz, der mit einem Epoxidharzspachtel aufgetragen wird. In dieser Variante wird das Verkleben der Packer vorzugsweise mit dem gleichen Epoxidharzspachtel durchgeführt, wobei darauf zu achten ist, dass ausreichend Material aufgetragen wird, um eine ausreichende Haftung des Klebepackers auf der Betonschwelle zu erreichen. Je nach Umgebungsbedingungen können verschiedene Epoxidharze zum Einsatz kommen, beispielsweise bei niedrigen Temperaturen oder Niederschlägen. Bei den Packern handelt es sich vorzugsweise um Kunststoff-Klebepacker, die mittels Verdämmungsmaterial in die Sohle geklebt werden. Die Packer werden mittels Nagel direkt auf die Risse aufgesetzt und kurz eingeschlagen, damit nach dem Verdämmen eine Injektionstöffnung zum Riss hin offen bleibt. Um einen kraftschlüssigen Verbund zwischen Betonschwelle und Packer zu erhalten, sollte zwischen der Verklebung der Packer und der weiteren Rissverdämmung eine ausreichende Abbindezeit von etwa einer Stunde eingehalten werden. Nachdem die Packer mit der Betonschwelle kraftschlüssig befestigt sind, wird bei jedem Packer eine Injektionsöffnung zu dem Riss oder der Beschädigung gebildet. Die weitere Verdämmung sollte erst im Anschluss realisiert werden, da ansonsten aufgrund der Schichtdicken des Verdämmungsmaterials eine längere Aushärtezeit zu erwarten wäre.
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Bereits während der Aushärtezeit der Verdämmung kann mit der Injektion begonnen werden. Vor der Injektion sind aus den Rissen oder Beschädigungen Wasser und Feinbestandteile durch Ausblasen zu beseitigen. Bei der Injektion kommt ein Epoxidharz auf Zweikomponentenbasis zum Einsatz. Injiziert wird der Verfüllstoff in den Riss oder die Beschädigung am ersten Klebepacker mit einer stufenlos einstellbaren Membranpumpe bei einem Druck von mehr als 3 bar, vorzugsweise bei einem Druck zwischen > 3 und 4 bar. Der Verfüllstoff wird so lange injiziert, bis am nachfolgenden Klebepacker Harz austritt, erst dann wird in diesen ein Verpressnippel eingeschraubt und am nachfolgenden Packer die nächste Injektionsdüse eingeschraubt. Dies wiederholt sich, bis alle Klebepacker verpresst sind.
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Beim nächsten Schritt erfolgt eine Nachverpressung der Packer durch eine weitere Injektion von Epoxidharz als Verfüllstoff in den Riss oder die Beschädigung, bei dem/der der Verfüllstoff bei der Injektion in einem früheren Schritt in den Riss oder die Beschädigung eingezogen wurde. Die Nachverpressung der Klebepacker beginnt nach etwa 15 Minuten, wobei die genaue Zeit von den Umgebungsbedingungen abhängt. Bei der Nachverpressung wird nochmals der Verfüllstoff unter hohem Druck injiziert, um das abgesackte bzw. in die Risse eingezogene Material aufzufüllen.
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Als letzter Verfahrensschritt wird eine Oberflächenversiegelung durchgeführt. Dabei sind unterschiedliche Verfahrensvarianten möglich. In einer ersten Variante können die Packer mittels Flachstemmeisen und Stemmhammer von der Betonschwellen gelöst werden. Die übrige noch verbliebene Verdämmung kann mittels Winkelschleifer und Schleifteller entfernt werden. In einer zweiten Variante werden die Packer durch Hammerschlag entfernt.
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Die Oberflächenversiegelung der Betonschwelle gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst neben dem Entfernen der Packer auch ein Entfernen der Verdämmung und/oder eine Reinigung der Betonschwellen und/oder ein Auftragen eines Versiegelungsmaterials. Daher ist insgesamt die Entfernung der Packer bzw. der Packerteller sowie des Verdämmmaterials mittels Winkelschleifer vorteilhaft. Nach Entfernen des Verdämmmaterials sind teilweise Rückstände aufgrund der Farbunterschiede erkennbar.
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Als Versiegelungsmaterial kann das gleiche Material zur Anwendung kommen wie bei der Rissinjektion. Zur Verdämmung und/oder zur Befestigung der Packer und/oder als Verfüllstoff für die Injektion und/oder für die Nachverpressung und/oder als Versiegelungsmaterial wird vorzugsweise ein Epoxidharz oder ein Polyurethanharz verwendet
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht hohe Füllgrade bei nachhaltiger Risssanierung. Durch die erfindungsgemäße Hochdruckinjektion des Verfüllstoffes, die anschließende Nachverpressung sowie die Oberflächenversiegelung ist eine nachhaltige Risssanierung möglich, so dass eine erneute Sanierung nicht oder zu einem sehr viel späteren Zeitpunkt notwendig wird, als es bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist. In einem Vergleichsversuch wurde eine Schwelle ohne Injektion eines Verfüllstoffes ausschließlich mit einem PU-Harz versiegelt. Dabei erfolgte eine dreimalige Auftragung des Materials. Das Vergleichsverfahren ermöglichte jedoch keinen vollständigen Verschluss des Risses, so dass das erfindungsgemäße Verfahren deutlich im Vorteil ist. Auch gegenüber den Niederdruckverfahren, wie sind im Stand der Technik beschrieben sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren deutliche Vorteile durch die Hochdruckinjektion, die anschließende Nachverpressung und Oberflächenversiegelung aufweisen.
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Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Sanierung von Betonschwellen von Gleisanlagen werden zeitaufwendige oder kostenintensive Maßnahmen wie z.B. eine langfristige Sperrung der Gleisanlage vermieden. Zudem ermöglicht das Verfahren eine schnelle Inbetriebnahme der Strecke, indem beim vorübergehenden Zugverkehr die Sanierung kurzzeitig ausgesetzt und in den Zugpausen normal fortgesetzt wird.