DE2327063A1 - Verfahren zum verfestigen von schotterbetten - Google Patents

Description

Badische Anilia- & Soöa-Pabrik AG und Heinrich Cronau Bauunternehmung

Unser Zeichen: O.Z. 29 896 Wd/Ja 67OO Ludwigshafen, 25. 5. 1973

Verfahren zum Verfestigen von Schotterbetten

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von Schotterbetten, bei dem Schotterbetten durch Einbringen von Kunststoffen unter Verkleben der Schottersteine verfestigt werden.

Beim Eisenbahnoberbau hat das Schotterbett die Aufgabe, die statischen und dynamischen Kräfte, die durch die Fahrzeuge auf die Gleise wirken, aufzunehmen und in den Untergrund weiterzuleiten, wobei die Lage der Gleise für einen möglichst langen Zeitraum stabil bleiben soll. Die Kräfte erhöhen sich mit steigender Geschwindigkeit und Achslast der Schienenfahrzeuge erheblich, wodurch die Beanspruchung der Gleise und der Schotterbetten, insbesondere bei kleinen Gleislagefehlern, rasch zunimmt. Dabei können zu große horizontale Kräfte zu Gleisverwerfungen und zu große vertikale Kräfte zu vermehrten Einsenkungen der Schwellen und damit zu Unebenheiten des Schienenweges führen. Besonders nachteilig wirken sich in den Kurvenstrecken, aus denen nahezu 4.0 '% des deutschen Schienennetzes bestehen, die erhöhten Seitenkräfte aus, die- bei den Schwellen einen hohen Querverschiebewiderstand erfordern, um hinreichende Sicherheit gegen Gleisverwerfungen zu gewährleisten. Dort wirkt sich besonders der gemischte Verkehr von schnellfahrenden Reisezügen und langsamfahrenden schweren Güterzügen nachteilig aus, da die Überhöhung der Gleise einen Kompromiß darstellt. So wirken die Fliehkräfte der schnellfahrenden Reisezüge nach außen, währen die Hangabtriebskräfte der langsamfahrenden Güterzüge eine nach innen gerichtete Verschiebung der Gleise bewirken. Dies führt zu einer allmählichen Auflockerung des Schottergefüges und zu einer Verschlechterung der Gleislage.

Die Gleise müssen daher durch planmäßige Durcharbeitung von Zeit zu Zeit exakt ausgerichtet werden. Diese Durcharbeitung erfolgt durch Großgeräte, z. B. Gleisrieht- und -Stopfmaschinen, die auf den Gleisen bewegt werden und die durch Stopfwerkzeuge z. B.

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Stopfpickel unter Beistellen und/oder Vibrieren eine Verdichtung des Schotters im Bereich der Schwellen, insbesondere unter den Schwellen, bewirken. Außerdem kann durch Vorkopf- und Schwellenfachverdichter eine Verdichtung des gesamten Schottergefüges erzielt werden. Schon beim Austritt der Stopfwerkzeuge, z. B. der.' Pickel, aus dem Schotterbett wird jedoch eine geringfügige Auflockerung verursacht, die erst nach einiger Zeit durch den rollenden Verkehr beseitigt wird. Der Zeitraum zwischen dem jeweiligen Durcharbeiten des Schotterbettes hängt vom Untergrund, von der Streckenbelastung sowie von der Geschwindigkeit und der Zusammensetzung des Zugverkehrs ab. Die Bahnverwaltungen sind daher an einem Verfahren interessiert, das die Fixierung der exakten Gleislage über einen längeren Zeitraum gewährleistet, ohne daß dadurch deren nachträgliche Regulierung unmöglich gemacht wird.

In dem Bericht "Stabilized Ballast Investigation" des Office of High Speed Ground Transportation, US Department of Transportation, Contract No. 3-0254 ist. ein Verfahren zur Befestigung von Schotterbetten beschrieben, bei dem man den Schotter zunächst wäscht und dann nacheinander mit einer 1 $igen Ammoniaklösung und dann mit einer wäßrigen Dispersion eines Butadien-Styrol-Copolymerisates besprüht. Nach dem Abtrocknen des Schotterbettes werden dann Schwellen und Schienen aufgebracht, nochmals mit Ammoniaklösung gewaschen und weitere wäßrige Dispersion des Butadien-Styrol-Copolymerisates aufgesprüht. Der Nachteil dieses Verfahrens kann einmal darin gesehen werden, daß es praktisch nur für Neubaustrecken oder nach Ausbau des Gleisrostes angewendet werden kann. Wendet man es bei der planmäßigen Durcharbeitung vorhandener Gleisanlagen an, so gelangt bei diesem Verfahren kein Verfestigungsmittel in den für die Tragfähigkeit wichtigen Bereich des Schotterbettes unter den Schwellen. Außerdem neigen die für dieses bekannte Verfahren verwendeten Butadien-Styrol-Copolymerisate stark zum Altern.

Aus der DT-OS 2 063 727 ist außerdem ein Verfahren zur Stabilisierung von Schotterbetten bekannt, bei dem man die einzelnen Steine des Schottergerüstes ganz oder teilweise, insbesondere an ihren Berührungsstellen durch ein Bindemittel verklebt. Das.

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Bindemittel soll durch Injizieren eingebracht werden und beim Aushärten gegebenenfalls unter Schaumbildung die Hohlräume ausfüllen. In dieser DT-OS wird jedoch nicht offenbart, um welche Kunststoffe es sich hierbei handeln soll und auf welche Weise diese in das Schottergerüst injiziert werden können. Eine reproduzierbare Lehre zum technischen Handeln kann daher der DT-OS 2 O63 727 nicht entnommen werden.

Es wurde nun gefunden, daß man Schotterbetten durch Einbringen von Bindemitteln zum Verkleben der Schottersteine mit Vorteil verfestigen kann, indem man die Bindemittel beim Stopfen und/oder Verdichten im Verdichtungsbereich der Stopf- und Verdichtungswerkzeuge in das Schottergefüge einsprüht. Das Einsprühen der Bindemittel in das Schottergefüge kann mit besonderem Vorteil durch Düsen erfolgen, die an den Stopf- und/oder Verdichtungswerkzeugen angeordnet sind und die über hierfür in den Werkzeugen innen vorgesehene Leitungen mit flüssigen Bindemitteln versorgt werden können. Beispielsweise kann das Einsprühen von wäßrigen Dispersionen oder anderen flüssigen Bindemitteln mit Vorteil durch die Stopfpickel von Stopfpickelverdichtern erfolgen, wobei Je Stopfpickel meist 1 bis 2 Düsen vorgesehen und häufig 60 bis 80 % der Stopfpickel mit Düsen versehen sind. Die Stopfpickelmaschinen haben meist mindestens 4, häufig 8 und mehr z. B. 32 oder 40 Pickel. Bei derartigen Stopfpickelmaschinen werden die Bindemittel vorteilhaft in seitlicher Richtung beim Eintauchen der Pickel in den Schotter ausgesprüht, derart daß die Bindemittel vor allem in den Bereich an den Seiten und unterhalb der Schwellen gelangen. Eine geeignete Ausführungsform eines Stopfpickels is.t in dem Gebrauchsmuster 266/72, 0.Z« 29 abgebildet. Ähnlich kann dies mit Vorteil auch bei den Schwellenfachverdientern durchgeführt werden, bei denen mehrere, meist 8 bis 20 Düsen auf den Seitenflächen und/oder Bodenflächen angeordnet sein können, durch die dann z. B. eine Kunststoffdispersion in den Bereich der Verdichtung, d. h. insbesondere in Richtung auf den Bereich an den Seiten und unterhalb der Schwellen gesprüht wird. Verwendet man für das Verdichten Vorkopfverdichter, so können die Bindemittel mit Vorteil durch Düsen auf das Schotterbett gesprüht werden, die auf der dem Schotterbett zugewandten Seite der Verdichtungsflache angeordnet sind, wobei

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das Sprühen der Bindemittel ab einem Abstand der Verdichtungsfläche von der Schotterbettoberfläche von etwa 5 bis 10 cm oder nach dem Aufsetzen erfolgt.

Als Bindemittel kommen z. B. solche auf Basis von Bitumen und vorzugsweise wäßrigen Kunststoffdispersionen in Frage. Als wäßrige Kunststoffdispersionen können z. B. handelsübliche Dispersionen auf Basis von Polyacrylaten und/oder Vinylesterpolymerisaten und/oder Polyisobutylen verwendet werden.

Die geeigneten wäßrigen Dispersionen enthalten Kunststoffe der genannten Art im allgemeinen in Mengen von 20 bis 60, insbesondere von 40 bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf die Dispersion. Bewährt haben sich vor allem wäßrige Dispersionen von Estern der Acryl- und/oder Methacrylsäure mit 1 bis 12, insbesondere 2 bis 8 C-Atome enthaltenden Alkanolen, insbesondere den Acryl- und/oder Methacrylestern des Äthanols, n-Butanols, Isobutylalkohols, Isooctanols oder 2-Ä*thylhexylalkohols, Der Gehalt derartiger Emulsionscopolymerisate an Acryl- und/oder Methacrylsäureestern der genannten Art liegt im allgemeinen zwischen 30 und 90 Gew.%. Zusätzlich enthalten derartige Copolymerisate meist Vinylester, wie Vinylacetat und/oder Vinylpropionat, vinylaromatisch^ Verbindungen wie besonders Styrol, und/oder Acrylnitril, sowie in untergeordneten Mengen, die meist zwischen 1 und 10, insbesondere zwischen 2 und 5 Gew.% liegen, vorzugsweise 3 bis 5 C-Atome enthaltende Mono- und/oder Dicarbonsäuren und/oder deren Amide, wie insbesondere Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure, Methacrylamid und Acrylamid. Der Gehalt an Vinylacetat und/oder Styrol in derartigen Copolymerisaten liegt meist im Bereich von 30 bis 60 Gew.^, der Gehalt an Acrylnitril im allgemeinen im Bereich von 5 bis 20 Gew.%. In manchen Fällen kommt auch Vinylchlorid als Comonomeres für die Copolymerisate in Mengen von 20 bis 50 Gew.% in Frage. Zusätzlich bzw. im Gemisch mit Polyacrylaten der genannten Art können mit Vorteil auch wäßrige Vinylester-Copolymerisate, die sich insbesondere von überwiegenden Mengen Vinylacetat oder Vinylpropionat, ableiten eingesetzt werden. Derartige Copolymerisate enthalten meist in Mengen von etwa 10 bis 30 Gew.% Acrylester 1 bis 4 C-Atome enthaltende Alkanole und/oder Vinylchlorid einpolymerisiert. Als

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Polymerisat-Dispersionen von Interesse sind außerdem wäßrige Dispersionen des Polyisobutylene die Polyisobutylen eines Molekulargewichts von "5 000 bis 200 000, insbesondere, von 10 000 bis 130 000, gemessen nach H. Standinger, "Die Hochmolekularen organischen Verbindungen", Springer-Verlag, Berlin 1932, Seite 170 ff., in Mengen von 20 bis 6C Gew.% enthalten. Derartige Polyisobutylen-Dispersionen, die iri an sich bekannter Weise als sekundär-Dispersionen hergestellt sein können, können für sich oder im Gemisch mit Polyacrylat-Dispersionen der oben genannten Art eingesetzt werden. Werden Polyacrylat-Dispersionen der genannten Art im Gemisch mit Polyvinylester-Dispersionen oder mit Polyisobutylendispersionen eingesetzt, so kann das Mischungsverhältnis von Polyacrylat (fest) zu Polyvinylester (fester) und/oder Polyisobutylen (fest) im allgemeinen zwischen 1 : 9 und 9 ' 1 liegen und ein Mischungsverhältnis von 1 : 0,5 bis 0,5 : I ist von besonderem Interesse. Als Polymerisatdispersionen in Frage kommen ferner wäßrige Dispersionen von Copolymerisaten des VinylChlorids die in Mengen von meist 10 bis M-O Gew.# Ester der Acrylsäure mit meist 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkanolen elnpolymerisiert enthalten.

Die Polymerisat-Dispersionen der genannten Art können in an sich üblicher Weise unter Verwendung der üblichen Emulgier- und Dispergier-Hilfsmittel sowie unter Verwendung der üblichen Katalysatoren und gegebenenfalls Regler hergestellt sein.

Die Menge an Kunststoff, die in wäßriger Dispersion zur Verfestigung der Schotterbette eingesetzt wird, beträgt meist 1 bis 10 kg Kunststoff (fest) je Sehwelle. Diese Menge wird vorzugsweise auf 10 bis 100 Düsen aufgeteilt, die in den Stopf- und/oder Verdichtungswerkzeugen angeordnet sind. ■

Geeignete Bitumina sind z. B. wäßrige Bitumen-Dispersionen und Bitumen-Schmelzen sowie Bitumen-Lösungen, wobei im allgemeinen von Bitumen B ²KD bis B 200 oder von geblasenem Bitumen ausgegangen wird, das haftvermittelnde Zusätze und/oder Netzmittel enthalten kann.

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Schotterbetten, insbesondere von Gleisanlagen, besonders wirtschaftlich und nachhaltig zu verfestigen, so daß der Zeitraum, innerhalb dessen ein erneutes Ausrichten von Gleisanlagen und Verfestigen des Schotterbettes erforderlich wird, wesentlich länger ist, als dies nach den seitherigen Verfahren der Pail war. Ein erneutes Durcharbeiten und Verfestigen wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht verhindert, da der ursprünglich hergestellte Verbund der Schottersteine durch die Stopf- und Verdichtungswerkzeuge aufgehoben wird.

Folgende Gemische haben sich für das Verfestigen von Schotterbetten nach dem neuen Verfahren besonders bewährt:

30 bis 80 Gewichtsteile (a) einer etwa 50 $igen wäßrigen Dispersion eines Mischpolymerisates aus etwa gleichen Teilen n-Butylacrylat, Vinylacetat und Vinylchlorid oder eines Mischpolymerisates von 8o bis 92 Gew.% Isooctylacrylat, 7 bis YJ Gew.% Acrylnitril und 1 bis 3 Gew.% Acrylsäure, Methacrylsäure oder Itaconsäure oder eines Mischpolymerisates aus etwa gleichen Teilen Styrol und einem 2 bis k C-Atome im Alkoholrest enthaltenden Acrylester und 1 bis K Gew.% Acrylsäure mit 20 bis 60 Teilen (b) einer 10 bis 60 gewichtsprozentigen wäßrigen Dispersion von Polyisobutylen eines Molekulargewichts von 50 000 bis 200 000 und/oder einer 30. bis 50 gewichtsprozentigen wäßrigen Dispersion eines Mischpolymerisates aus 6o bis 8o % Vinylpropionat und 20 bis 40 % Vinylchlorid.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zum Verfestigen von Schotterbetten durch Einbringen von Bindemitteln zum Verkleben der Schottersteine, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bindemittel beim Stopfen und/oder Verdichten im Wirkungsbereich der Stopf- und Verdichtungswerkzeuge in das Schottergefüge eihsprüht.

   Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

   und

   Heinrich Cronau Bauunternehmung

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