DE2327063C3 - Verfahren zum Verfestigen der Schotterbetten von Eisenbahngleisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen der Schotterbetten von Eisenbahngleisen durch Einsprühen von Bindemitteln in das Schottergefüge zum Verkleben der Schotterstsine.

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, die nahezu 40 % des deutschen Schienennetzes ausmachen, die erhöhten Seitenkräfte aus, die bei den Schwellen einen hohen Querverschiebewidi;rstand erfordern, um hinreichende Sicherheit gegen Gleisverwerfungen zu gewährleisten. Dort wirkt sich besonders der gemischte Verkehr von schnellfahrenden Reisezügen und iangsamfahrenden schweren Güterzügen nachteilig aus, da die Überhöhung der Gleise einen Kompromiß darstellt. So wirken die Fliehkräfte der schnellfahrenden Reisezüge nach außen, während die Hangabtriebskräfte der Iangsamfahrenden Güterzüge eine nach innen gerichtete Verschiebung der Gleise bewirken. Dies führt zu einer allmählichen Auflockerung des Schottergefüges und zu einer Verschlechterung der Gleisanlage.

Die Gleise müssen daher durch planmäßige Durcharbeitung von Zeit zu Zeit exakt ausgerichtet werden. Diese Durcharbeitung erfolgt durch Großgeräte, z. B. Gleisricht- und Stopfmaschinen, die auf den Gleisen bewegt werden und die durch Stopfwerkzeuge z. B. Stopfpkkel unter Beistellen und/oder Vibrieren eine Verdichtung des Schotters im Bereich der Schweller., insbesondere unter den ilchwellen, bewirken. Außerdem kann durch Vorkopf- und Schwellenfachverdichter eine Verdichtung des gesamten Schottergefüges erzielt werden. Schon beim Austritt der Stopfwerkzeuge, z. B. der Stopfpickel, aus dem Schotterbett wird jedoch eine geringfügige Auflockerung verursacht, die erst nach einiger Zeit durch den rollenden Verkehr beseitigt wird. Der zeitliche Abstand zwischen den jeweils erforderlichen Durcharbeitungen 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 möglichst langen Zeitraum gewährleistet, ohne daß dadurch deren spätere Regulierung unmöglich gemacht wird.

In dem Bericht »Stabilized Ballast Investigation« des Office of High Speed Ground Transportation, US Department of Transportation, Contract Nr. 3-0254 ist ein Verfahren zur Verfestigung von Schotterbetten beschrieben, bei den man den Schotter zunächst wäscht und dann nacheinander mit einer einprozentigen Ammoniaklösung und 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 eine weitere wäßrige Dispersion des Butadien-Styrol-Copolymerisates aufgesprüht. Der Nachteil dieses Verfahrens kann einmal darin gesehen werden, daß es praktisch nur für Neustrecken 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 Schotteirbettes unter den Schwellen. Außerdem neigen die für dieses bekannte Verfahren verwendeten Butadien-Styrol-Copolymerisate stark zum Altern.

Aus der DT-OS 20 63 727 ist außerdem ein Verfahren zur Stabilisierung von Schotterbetten bekannt, bei dem man d'e einzelnen Steine des Schottergerüstes ganz oder teilweise insbesondere an ihren Berührungsstellen durch ein Bindemittel verklebt. Das 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 20 63 727 nicht entnommen werden.

Schließlich sind aus der DT-AS 10 73 969 Injektionslanzen zum Einpressen von fließfähigen Mitteln in den Boden, in losen Schotter od. dgl. bekannt, die aus einem Einpreßrohr mit seitlichen Austrittsöffnungen und einem Spitzenstück bestehen. Dieser Auslegeschrift kann jedoch kein Hinweis darauf entnommen werden, daß diese Injektionslanzen beim planmäßigen Durcharbeiten der Gleise zum Einsprühen von Bindemitteln zum Verfestigen des Schotterbetts von Eisenbahngleisen eingesetzt werden können. Da die Austrittsöffnungen dieser Injektionslanzen in Achsrichtung nach oben weisen, tritt die durch das Einpreßrohr eingepreßte Flüssigkeit entlang dem Einpreßrohr nach oben aus und ein Versprühen der Flüssigkeit kann dabei wegen der Größe der Austrittsöffnungen praktisch nicht stattfinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, um Schotterbetten von ausgerichteten Gleisanlagen durch Verkleben der Schottersteine des Schottergefüges nachhaltig derart zu verfestigen, daß ein erneutes Ausrichten erst nach einer

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vergrößerten Zeitspanne erforderlich wird, und um den Schotter auch im Bereich unter den Schwellen zu verfestigen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Einsprühen des Bindemittels beim Stopfen und/oder Verdichten im Wirkungsbereich der Stopf- und/oder Verdichtungswerkzeuge erfolgt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Schotterbetten, insbesondere von Gleisanlagen, besonders wirtschaftlich und nachhaltig zu verfestigen, so daß die Zeitspanne innerhalb der ein erneutes Ausrichten von Gleisanlagen und Verfestigen des Schotterbettes erforderlich wird, wesentlich langer ist, als dies nach den bisherigen Verfahren der Fall war. Ein erneutes Durcharbeiten und verfestigen wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nichi verhindert, da der ursprünglich hergestellte Verbund der Schottersteine durch die Stopf- und Verbindungswerkzeuge aufgehoben wird. Das Einsprühen des Bindemittels in das Schottergefüge kann mit besonderem Vorteil durch in den Stopf- und/oder Verdichtungswerkzeugen vorgesehene Düsen erfolgen. Hierfür sind in den Werkzeugen innen Leitungen vorgesehen, durch die die Düsen n.it flüssigen Bindemitteln versorgt werden können. In der Regel sind 60 bis 80 % der Stopfpickel mit Düsen versehen, wobei je Stopfpickel meist 1 bis 2 Düsen vorgesehen sind. Die Stopfpickelmaschinen weisen zumeist mindestens 4, häufig aber 8 und mehr, z. B. 32 oder 40 Stopfpickel auf. Bei derartigen Stopfpickelmaschinen werden die Bindemittel vorteilhafterweise 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 ist in dem DT-Gbm 7319 950 abgebildet, bei dem die Stopfpickel mit einem oder mehreren Kanälen versehen sind, über die, sowie über Düsen in der Platte am unteren Pickelbereich die Bindemittel während der Vibration des Eintauch- und Beistellvorganges und während des Rütteins unter Druck in das Schotterbett eingebracht werden; gegebenenfalls münden die Kanäle in einen Hohlraum, von dem dann etwa 1 bis 4 düsenförmige Bohrungen oder Düsen ausgehen, die vorteilhafterweise vertikal gegeneinander versetzt angeordnet sind. Bei Verdichtungswerkzeugen von Schwellenfachverdichtern können mehrere, meist 8 bis 20 Düsen an den Seitenflächen und/oder Bodenflächen angeordnet sein, durch die dann das Bindemittel in den Bereich der Verdichtung, d. h. insbesondere in Richtung auf den Bereich an den Seiten der Schwellen gesprüht wird. Verwendet man für das Verdichten Vorkopfverdichter, so kann das Bindemittel z. B. durch Düsen auf das Schotterbett gesprüht werden, die auf der dem Schotterbett zugewandten Seite der Vorkopfverdichter angeordnet sind, wobei das Einsprühen des Bindemittels ab einem Abstand des Vorkopfverdichters von etwa 5 bis 10 cm von der Schotterbettoberfläche oder nach dessen Aufsetzen erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Bindemittel flüssiges Bitumen oder auch eine wässerige Kunststoffdispersion verwendet. Als wässerige Kunststoffdispersionen kommen z. B. handelsübliche Dispersionen auf der Basis von Polyacrylaten und/oder Vinylesterpolymerisaten und/oder Polyisobutylen in Betracht

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-Äthylhexylalkohols. Der Gehalt derartiger Emulsionscopolymerisate an Acryl- und/oder Methacrylsäureester! 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 Dispersionen von Vinylester-Copolymerisaten, die sich insbesondere von überwiegenden Mengen Vinylacetat oder Vinylpropionat ableiten, eingesetzt werden. Derartige Copolymerisate enthalten meist in Mengen von etwa 10 bis 30Gew.% Acrylester 1 bis 4 C-Atome enthaltende Alkanole und/oder Vinylchlorid einpolymerisiert. Als Polymerisat-Dispersionen von Interesse sind außerdem wäßrige Dispersionen des Polyisobutylen, die Polyisobutylen eines Molekulargewichts von 5000 bis 200 000, insbesondere von 10 000 bis 130 000, gemessen nach H. Staudinger, »Die hochmolekularen organischen Verbindungen«, Springer-Verlag, Berlin 1932, S. 170 ff., in Mengen von 20 bis 60 Gew.% enthalten. Derartige Polyisobutylen-Dispersionen, die in 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 (fest) und/oder Polyisobutylen (fest) im allgemeinen zwischen 1 :9 und 9 :1 liegen und ein Mischungsverhältnis von 1 :2 bis 2:1 ist von besonderem Interesse. Als Polymerisatdispersionen in Frage kommen ferner wässerige Dispersionen von Copolymerisaten des Vinylchlorids, die in Mengen von meist 10 bis Gewichtsprozent Ester der Acrylsäure mit meist 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkanolen einpolymerisiert enthalten.

Die folgenden Dispersions-Gemische haben sich für das Verfestigen von Schotterbetten nach dem neuen Verfahren besonders bewährt:

30 bis 80 Gewichtsteile (a) einer etwa 50prozentigen wässerigen Dispersion eines Mischpolymerisates aus etwa gleichen Teilen n-Butylacrylat, Vinylacetat und Vinylchlorid oder eines Mischpolymerisates von 80 bis 92 Gewichtsprozent Isooctylacrylat, 7 bis 17 Gewichtsprozent Acrylnitril und 1 bis 3 Gewichtsprozent Acrylsäure, Methacrylsäure oder Itaconsäure oder eines Mischpolymerisates aus etwa gleichen Teilen Styrol und einem 2 bis 4 C-Atome im Alkoholrest enthaltenden

Acrylester und 1 bis 4 Gewichtsprozent Acrylsäure mit 20 bis 60 Teilen (ty einer 10- bis 60ge*>vichtsprozentigen wässerigen Dispersion von Polyisobutylen eines Molekulargewichts von 50 000 bis 200 000 und/oder einer 30-bis 50gewichtsprozentigen wässerigen Dispersion eines Mischpolymerisates aus 60 bis 80 % Vinylpropionat und 20 bis 40 % Vinylchlorid.

Die Menge an Kunststoff, die in wässeriger Dispersion zur Verfestigung der Schotterbetten erforderlich wird, beträgt meist 1 bis 10 kg Kunststoff (fest) je Schwelle.

Geeignete Bitumina sind z. B. wäßrige Bitumen-Dispersionen und Bitumen-Schmelzen sowie Bitumen-Lösungen, wobei im allgemeinen von Bitumen B 40 bis B 200 oder von geblasenem Bitumen ausgegangen wird, das haftvermittelnde Zusätze und/oder Netzmittel enthalten kann.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verfestigen der Schotterbetten von Eisenbahngleisen durch Einsprühen von Bindemitteln in das Schott ergefüge zum Verkleben der Schottersteine, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsprühen des Bindemittels beim Stopfen und/oder Verdichten im Wirkungsbereich der Stopf- und/oder Verdichtungswerkzeuge erfolgt. > ο

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsprühen des Bindemittels durch in den Stopf- und/oder Verdichtungswerkzeugen vorgesehene Düsen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eine wässerige Kunststoffdispersion verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel flüssiges Bitumen verwendet wird.

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