DE2348236A1

DE2348236A1 - Zement-asphalt-schotter-einspritzgemisch fuer gleisanlagen

Info

Publication number: DE2348236A1
Application number: DE19732348236
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Ando; Iwao Mino; Tsutomu Mizunuma; Okihiko Torii
Original assignee: Japan National Railways; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd; Japan National Railways
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1973-09-25
Publication date: 1974-04-18
Also published as: JPS4953619A; JPS515849B2; US3867161A; FR2208859B1; FR2208859A1; DE2348236B2; DE2348236C3

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPJL. IiTG. W. ElTLVi · I>R. PER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE D-8000 MDNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 . TELEFON (08Π) 911087

1. Japanese' National Railways, Tokyo, Japan

2. Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan

Zement-Asphalt-Schotter-Einspritzgemisch für Gleisanlagen

Die Erfindung betrifft ein Zement-Asphalt-Schötter-Einspritzgemisch für Gleisanlagen.

Bei den bekannten Gleisanlagen ist das Ausgleichen von Unregelmäßigkeiten der Gleisanlagen und die Erneuerung des Schotters oft notwendig, -und die Wartung der Gleisanlagen erfordert viel Arbeit. Um solchen Nachteilen vor-

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zubeugen, wurden verschiedene wartungsfreie Gleiskonstruktionennentwickelt. Von diesen Konstruktionen ist eine durch Einspritzung von Zement-Asphalt-Mörtel (nächstehend als Mörtel bezeichnet) unter die Betonplatte hergestellte Gleisplatte sehr vorteilhaft, weil Gleisunregelmäßigkeiten bei der Gleisplatte kaum vorkommen und das Absinken der Gleise durch Einspritzen von Mörtel behoben'werden kann, weswegen die Wartung von Gleisplatten sehr einfach ist.

Ein Herstellungsverfahren für die Gleisplatten soll mit Bezug auf Fig. 1.erklärt werden. Zuerst wird Gleisbettbeton 1 aufgebracht, dann wird eine Betonplatte 2 auf dem Gleisbettbeton 1 angeordnet und durch eine Hebevorrichtung so gesetzt, daß sie in vorbestimmter V/eise ausgerichtet ist. Sie wird an vier Punkten durch Haltestangen gehalten. Ein zwischen Gleisbettbeton 1 und der Betonplatte 2 gebildeter Raum 3 wird mit|einem Rahmen umschlossen, Mörtel wird in den Raum J durch Öffnungen 5 eingespritzt, und nachdem der Mörtel eine vorbestimmte Festigkeit erreicht hat, werden die Schienen 4 gelegt.

Der nach obigem Verfahren einzuspritzende Mörtel muß folgenden Bedingungen genügen:

1) Die physikalischen Eigenschaften des Mörtels müssen der Dynamiktheorie für Gleise genügen,

2. Der Mörtel muß bearbeitbar bzw. formbar sein.

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Das heißt, Mörtelsorten mit den folgenden physikalischen Eigenschaften werden zur Herstellung der Gleisplatten bevorzugt verwendet:

1) Der Mörtel muß eine Druckfestigkeit von 10 bis 20 kg/cm haben.

2) Der Mörtel muß eine Elastizität von 0,5 - 5.0 χ ΙΟ-³ kg/cm^c haben.

3) Der Mörtel muß bei der Einspritzung eine solche Konsistenz haben, daß die Herunterfließzeit durch den J-Triehter 17 bis 26 Stunden dauert.

4) Nach der Einspritzung trennt sich der Mörtel nicht ab.

5) Der erhärtete Mörtel verursacht keinen Trockenschwund .

6) Der Feinheitsmodul für Sand im Mörtel ist nicht begrenzt.

Bei dem herkömmlichen Zement-Asphalt-Einspritzgemisch wird ein Geraisch aus einer anionischen, kationischen . oder nicht ionischen Asphaltemulsion mit Zement verwendet. Bei Verwendung dieses Zement-Asphalt-Gemisches nach dem beschriebenen Verfahren besitzt der entsprechende Mörtel zwar ausreichende Druckfestigkeit und Elastizität, 1st jedoch noch in bezug auf andere verschiedene physikalische Eigenschaften ungenügend.

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Die vorliegende Erfindung sieht ein Zement-Asphalt-Schotter-Einspritzgemisch für unmittelbar einander anschließende Gleisanlagen vor, gekennzeichnet durch folgerde Zusammensetzung:

100 Gewichtsteile Zement, 20 bis 400 Gewichtsteile einer Asphaltemulsion, 5 bis 20 Gewichtsteile eines Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildenden Minerals, 0.1 bis 0.5 Gewichtsteile eines Elektrolyts, 0,01 bis 5>0 Gewichtsteile eines Verdickungsmittel und 0,01 bis 0,0j5 Gewichtsteile eines Treibmittels.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Zement kann Zement der Portland-Gruppe, gemischten Zement oder dergleichen sein.

Was das erfindungsgemäß zu verwendende Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildende Mineral anbetrifft, wird z. B. auf Typ K, M und S der im American Concrete Institute Journal 1970, Nr. 8, Seite 584 bis 589 beschriebenen Minerale verwiesen. Unter diesen Mineralen werden solche mit einem Feinheitsgrad entsprechend einem Blaine-Wert von 4000 bis 10.000 cm /g vorzugsweise verwendet.

Das Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildende Mineral wird in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% vom Gewicht des Zements verwendet. Von den oben beschriebenen Calcium-Sulfoaluminat bildenden Mineralien werden solche bevorzugt und verwendet,

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bei denen ein von 5 bis 20 Gew.-% des Minerals hergestellter Zementmörtel und der restliche Zement einen freien Expansions-Koeffizienten von ungefähr 0,05 bis 0,5 % aufweist.

Wenn weiterhin ein Gemisch von 85 bis 95 Gew.-% eines pulverförmigen Minerals der Calcium-Sulfoaluminiat-Reihe und 15 bis 5 Gew.-% eines pulverförmigen Minerals, hauptsächlich bestehend aus

3 CaO'^Al₂O₂'CaP

in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% vom Zementgewicht verwendet wird, kann ein durch Zement-Asphalt gehärteter Mörtel von höherer Festigkeit erzielt werden.

Das Calcium-Sulfoaluminat -Hydrat bildende Mineral bildet im entstehenden Mörtel Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat, d. h. Etringit, und der Mörtel dehnt sich ungefähr 7 Tage lang aus. Daher kann die Senkung des Mörtels unmittelbar nach Aufbringung durch die Wirkung des Treibmittels und des Ettringits verhindert werden, und weiterhin findet kein Schwinden des gehärteten Mörtels aufgrund der Trocknung statt, und im gehärteten Mörtel erscheinen keine Sprünge.

Im erfindungsgemäßen Mörtel tritt die Trixotropieerscheinung auf, und zwar durch die Einwirkung des Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildenden pulverförmigen Minerals und des Verdickungsmittels. D. h. der Mörtel hat während des Misch- und Einspritzvorgangs eine gute Fließfähigkeit, und im

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statischen Zustand, nach Einspritzung des Mörtels nimmt die Viskosität des Mörtels rasch zu und die Abtrennung von Sand kann vermieden werden.

Das erfindungsgemäß zu verwendende Eindickungsmittel umfaßt Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Stärke, Gelatine, etc. und Gemische davon. Das Verdickungsmittel wird in einer Menge von 0,01 bis 5,0 Gew.-^ vom Zementgewicht verwendet.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Elektrolyt umfaßt Natriumchlorid, Lithiumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Bariumchlorid, etc. und Gemische davon. Der Elektrolyt wird in einer Menge von 0,1 bis 5,0 Gew.-^ vom Zementgewicht verwendet. Der Elektrolyt verhindert die Zersetzung der Asphaltemulsion und kann die Erstarrungszeit des Mörtels verlängern.

Das erfindungsgemäße Treibmittel umfaßt Aluminium, Aluminiumnitrid, Zink, Zinn, eine Calcium-Silioium-Legierung, etc. und Gemische davon. Das Treibmittel wird in einer Menge Von 0,01 bis 0,03 Gew.-# vom Zementgewicht verwendet.

Die Asphaltemulsion wird in einer Menge von 20 bis 4-00 Gew.-$, vorzugsweise 100 bis 3500 Gew.-^ vom Zementgewicht verwendet. Wenn die Zusatzmenge weniger als 20 Gew.-^ beträgt, ist die Elastizität des gehärteten Mörtels zu hoch und die charakteristische Eigenschaft des Zement-

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Asphalts geht verloren. Andererseits, wenn die zugesetzte Menge 400 Gew,-$ übersehreitet, wird zum Härten des Mörtels eine sehr lange Zeit benötigt.

Es ist erwünscht, daß die erfindungsgemäß verwendete Asphaltemulsion beständig gegen alkalische Stoffe ist. Z. B. können erfindungsgemäS Asphaltemulsionen verwendet werden, die kationische Oberfläehenbehandlungsmittel wie z. B. aliphatisches Aminsalz, quarternäres Ammoniumsalz, Alkypyridiniumsalz und dgl., weiterhin Asphaltemulsionen, die anionische Oberfläehenbehandlungsmittel enthalten, wie z. B. ein Salz einer aliphatischen Säure, Schwefelsäureester eines höheren Alkohols, ein Sulfat von aliphatischen! Amin oder aliphatischen! Amid, Phosphorsäureester von aliphatischen! Alkohol und dgl. und Asphaltemulsionen, die nicht ionische Oberfläehenbehandlungsmittel enthalten, wie z. B. Polyoxiäthylen-alkyl-äther, Polyoxiäthylen-alkylphenol-äther, Sorbit-Fettsäureester und dgl.

Wie oben beschrieben, verändert sich die Konsistenz des mit dem erfindungsgemäßen Einspritzgemisch hergestellten Mörtels nur wenig, besitzt auch bei Temperaturschwankungen einen niedrigen Senkprozentsatz und verursacht weiterhin beim Härten keine Abtrennung von Rohmaterialien. Außerdem verursacht der gehärtete Mörtel keinen Trockenschwund. Demgemäß ist das erfindungsgemäße Einspritzgemisch ein ausgezeichnetes Zement-Asphalt-Schotter-Gemisch für unmittelbar aneinander anschließende Gleise.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.

Pig..l ist eine perspektivische Ansicht einer Gleisplatte,

Fig. 2 ' ist eine graphische Darstellung der Mörtelkonsistenz,

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des Senkungs-Prozentsatzes des Mörtels,

Fig. Λ ist eine graphische Darstellung der Abtrennung von Rohmaterial im gehärteten Mörtel, und

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Schwundes des gehärteten Mörtels durch Trocknen.

In Fig. 2 bis 5 werden der erfindungsgemaße Mörtel und der des im folgenden Beispiel 1 entwickelten Vergleichstestes miteinander verglichen, um die Vorteile der voliegenden Erfindung zu erläutern.

Beispiel 1

Ein Gemisch von 160 Gewichtsteilen einer kationischen

Asphaltemulsion, 15 Gewichtsteilen eines pulverförmigen

2
Minerals (Blaine-Wert: 6000 cm /g), hauptsächlich aus

O.,.CaSO₂, bestehend, 0,45 Gewichtsteilen Lithium-

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— Q _

Chlorid, 0,1 Gewichtsteilen einer Mischung aus Polyvinylalkohol und Carboxymethylcellulose in einem Verhältnis von 50:50 (Gewicht), 0,013 Gewichtsteilen
pulverförmiges Aluminium, 85 Gewichtsteilen Portlandzement, 200 Gewichtsteilen Sand und 40 Gewichtsteilen Wasser wurde in einem vertikalen Mischgerät gemischt.

Das oben beschriebene, hauptsächlich aus 3CaO. p^ bestehende pulverförmige Mineral wurde hergestellt, indem ein pulverförmiges Gemisch aus I9 Gewichtsteilen CaO (Reinheit 96$), 35 Gewichtsteilen Bauxit (Reinheit 86$) und 46 Gewichtsteilen von wasserfreiem Gips bei 1350⁰C gebrannt wur»de.

Als Vergleich wurde ein Gemisch von 100 Gewichtsteilen Portlandzement* 200 Gewichtsteilen einer kationischen Asphaltemulsion, 200 Gewichtsteilen Sand, 1,5 Gewichtsteilen pulverförmigen Aluminiums und 25 Gewichtsteilen Wasser wie oben beschrieben gemischt.·

Der oben erhaltene erfindungsgemäße Mörtel und der gemäß dem Vergleichstest erhaltene wurden in bezug auf Fließzait (Konsistenz), Senkprozentsatz, Abtrennung von Rohmaterialien, Trockenschwund, Druckfestigkeit (Reife: 28. Tag) und Elastizität (Reife: 28. Tag) geprüft.

Der Fließzeittest wurde durch Verändern der Mischzeit gemäß der nachfolgenden Tabelle· 1 durchgeführt. Der Senkprozentsatz wurde unter Verwendung von Mörtel gemessen, der durch 20 Minuten dauerndes Vermischen des Rohmaterial-

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gemisches hergestellt wurde. Die Prüfungen wegen Abtrennung von Rohmaterial, Trockenschwund, Druckfestigkeit und Elastizität wurden unter Verwendung eines gehärteten Mörtels durchgeführt, der aus dem gleichen Mörtel hergestellt worden war, wie er im Senkprozentsatztest Verwendung gefunden hatte.

Das Testverfahren ist folgendes:

1) Pließzeit (Konsistenz):

die Zeit zum Herunterfließen (Einheit: Sekunde) einer Mörtelprobe durch einen J-Trichter von einer Kapazität von 700 ml und einem Schenkel (leg) von 1 cm Durchmesser wird gemessen.

2) Senkprozentsatz:

Der Senksatz wird durch ein Zylinderverfahren bei einer Mörteltemperatur von 5*20 oder 35⁰C gemessen.

3) Abtrennung von Rohmaterialien:

Vom gehärteten Mörtel von einer Dicke von 50 mm werden in einem Abstand von 10 mm Proben von der oberen Oberfläche des Mörtels genommen. Alle Proben werden mittels eines Soxhlet-Extraktors entnommen. Gemessen wird die Asphaltverteilung im gehärteten Mörtel.

4) Trockenschwund:

Der Trockenschwund wird durch ein vergleichendes Verfahren gemessen.

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5) Druckfestigkeit:

Die Druckfestigkeit wird mittels einer Einachsen-Druckprüfvorrichtung gemessen.

6) Elastizität:

Die Elastizität wird mittels eines automatischen Elastizitätmeßapparates gemessen.

Die erzielten Resultate werden in der folgenden Tabelle 1 und in Fig. 2 bis 5 gezeigt.

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	Herunterfließzeit durch den J-Trichter (Sek.)	Tabelle	VJl	10	15	20	1	25	30	Vergleichsversuch	5 · 18	10	15	Senkung um \$ nach 1 Stunde	20	25	20⁰C Senkung un 0,5$ nach 1 Stunde	30	•1	ι ro	ro co
	Einfluß der Tempe ratur auf das Sen- Kungsverhältnis		18	18	19	19		20	20	Mischzeit (Min.)	50	70	80	100	120	*2
	Trennung von Roh materialien	Beispiel 1	5⁰C Ausdehnun nach 6 Stunden	2O⁰C y Ausdehng nach 1 Stunde		35⁰C .Ausdehng. nach 30 Min.	35⁰C . Ausdehng. um 3$nach 3 Stunden	11 kg/cm² ·
	Trockenschrumpfen	Mischzeit (Min.)	keine			1.5x103
	Druckfestigkeit (Reife: 28. Tag)	keine
	Elastizität (Reife: 28. Tag)	12 kg/cm²
JS O cc OO OJ O		1.6x1O³
00

3fel im gehärteten Mörtel ist Asphalt an der oberen Oberfläche bis zu einer Entfernung von I5 mm in einer größeren Menge als der theoretischen Menge vorhanden.

3E2 Nach einer Reife von 28 Tagen beträgt der Schwund an der oberen Fläche des gehärteten Mörtels 1,5$ und an der unteren Oberfläche des gehärteten Mörtels 0,2 %.

Die in .den oben beschriebenen Versuchen erzielten Resultate werden mit Bezug auf Fig. 2 bos 5 genauer erläutert,

Fig. 2 zeigt das Verhältnis zwischen der Mischzeit eines Mörtels und der Herunterfließzeit (Einheit: Sekunde) des Mörtels durch den J-Trichter.

Aus Fig. 2 geht klar hervor, daß der erfindungsgemäße Mörtel eine konstante Herunterfließzeit durch den J-Trichter von einem Zeitraum von 18 bis 20 Sekunden aufweist.

Fig. 3 izeigt den Senkprozentsatz eines Mörtels bei Temperatiiren von 5, 20 und 55°C. Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, daß der erfindungsgemäße Mörtel sich auch bei Temperaturveränderungen nicht wesentlich senkt.

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Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der Entfernung von der oberen Oberfläche eines gehärteten Mörtels und die in dieser Tiefe vorhandene Asphaltmenge im gehärteten Mörtel. In Fig. 4 ist mit der Ordinate die abweichende Asphaltmenge von der theoretischen Menge im gehärteten Mörtel dargestellt. Das Zeichen (-) bedeutet, daß die Asphaltmenge kleiner ist als die theoretische Menge, und das Zeichen (+) bedeutet, daß die Asphalbmenge größer als die theoretische Menge ist.

Aus Fig. 4 geht klar hervor, daß der Asphalt in dem erfindungsgemaßen gehärteten Mörtel gleichmäßig verteilt ist.

Fig. 5 zeigt das Verhältnis zwischen Reife (Tag) eines gehärteten Mörtels und dem Schwund des gehärteten Mörtels aufgrund der Trocknung. Aus Fig. 5 geht hervor, daß der erfindungsgemaße gehärtete Mörtel überhaupt nicht schwindet.

Beispiel 2

.Ein Mörtel wurde unter den gleichen Bedingungen hergestellt und getestet, wie in Beispiel 1 beschrieben, nur daß ein pulverförmiges Gemisch von 13,5 Gewichtsteilen eines Minerals der Cale'ium-Sulfoaluminat-Reihe und 1,5 Gewichtsteile eines hauptsächlich aus 3CaO-OAIpO.,.CaF ρ bestehenden Minerals als Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildendes Material verwendet wurde. 0,45 Gewichtsteile Natriumchlorid wurden anstelle von Lithiumchlorid verwendet,

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Die erzielten Resultate waren die gleichen, wie die Resultate aus Beispiel 1, außer daß der gehärtete Mörtel bei einer Reife von 28 Tagen eine Druckfestigkeit von 15 kg/cm und eine Elastizität von 1,8 χ ICK kg/cm besaß.

Das oben beschriebene, hauptsächlich aus 3CaO. 3AIgO.,. bestehende Mineral wurde in folgender Weise hergestellt. Ein pulverförmiges Gemisch von 44,3 Gewichtsteilen von Aluminiumoxid (Reinheit 99,5 %), 11,9 Gewichtsteilen Calciumchlorid (Reinheit 95 <fo) und 43,8 Gewichtsteilen Calciumcärbonat (Reinheit 99 $). wurde bei einer Temperatur von 1,4OO°C geschmolzen und abgekühlt, und die resultierende Schmelze wurde zu einem Blaine-Wert von 6000 cm /g pulverisiert. Durch Röntgen-Beugungsmessung wurde bestätigt, daß das Produkt3 CaO~3Al₂O,.CaF₂-Mineral war.

Das oben beschriebene Mineral der Calcium-Sulfoaluminat-Reihe hat die in der folgenden Tabelle 2 gezeigte chemische- Zusammensetzung.

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Brenn verlust	Unlösl. Bestand teile	SiO₂	A^O₅	Fe₂O₃	CaO insges, freies CaO	MgO	so.	Ge samt
0.7	0.7	1.3	7.9	1.0	51.6 (15.7)	0.6	35.S	99.9

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Claims

- ιγ -

Patentansprüche

Iy Zement-Asphalt-Schotter-Einspritzgemisch für Minmittelbar aneinander anschließende Gleisanlagen, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

100 Gewichtsteile Zement, 20 bis ^00 Gewichtsteile einer Asphaltemulsion, 5 bis 20 Gewichtsteile eines Calcium-SuIfoaluminat-Hydrat bildenden Minerals, 0.1 bis 0.5 Gewichtsteile eines Elektrolyts, 0,01 bis 5,0 Gewichtsteile eines Verdickungsmittels und 0,01 bis 0,0j3 Gewichtsteile eines Treibmittels.

2. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildende Mineral ein Gemisch aus 85 bis 95 Gew.-^ eines pulverförmigen Minerals der Calcium-Sulfoaluminat-Reihe und I5 bis 5 Gew.-% eines hauptsächlich aus

3 CaO.3AIpO,.CaF₀

bestehenden pulverförmigen Minerals ist.

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5. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß das Calcium-Aulfoaluminat-Hydrat bildende Mineral solche Eigenschaften hat, daß ein aus dem Mineral und Zement bereiteter Zement-Mörtel einen freien Expansions-Koeffizienten von 0,05 bis 0,5 besitzt.

4. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurch

gekennzei chnet , daß der Elektrolyt zumindest eine Verbindung der aus Natrium-Chlorid, Kaliumchlorid, Lithiumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid und Bariumchlorid bestehenden Gruppe ist.

5. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß das Verdickungsmittel zumindest eine Verbindung aus der aus Polyvinylalkohol, Carboximethylcellulose, Stärke und Gelatine bestehenden Gruppe ist.

6. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß das Treibmittel zumindest eine Verbindung aus der aus Aluminium, Aluminiumnitrid, Zink, Zinn und einer Calcium-Silicium-Legierung bestehenden Gruppe ist.

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