DE2348236B2 - Einspritzgemisch aus Zement und einer Bitumenemulsion für unmittelbar aneinander anschließende Gleisanlagen - Google Patents

Einspritzgemisch aus Zement und einer Bitumenemulsion für unmittelbar aneinander anschließende Gleisanlagen

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Description

3 CaO · 3 AI2O3 · CaF2
bestehenden pulverförmigen Minerals ist.
25
Die Erfindung betrifft ein Einspritzgemisch aus Zement und einer Bitumenemulsion für unmittelbar aneinander anschließende 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 vorzubeugen, wurden verschiedene wartungsfreie Gleiskonstruktionen entwickelt. Von diesen Konstruktionen ist eine durch Einspritzung von Zement-Bitumen-Mörtel (nachstehend als Mörtel bezeichnet) unter die Betonplatte hergestellte Gleisplatte sehr vorteilhaft, weil Gleisunregelmäßigkeiten bei der Gleisplatte kaum vorkommen und das Absinken der 4r> Gleise durch Einspritzen von Mörtel behoben werden kann, weswegen die Wartung von Gleisplatten sehr einfach ist.
Ein Herstellverfahren für die Gleisplatten soll mit Bezug auf F i g. 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 Weise 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 3 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:
a) Die beim Überrollen der Gleise auftretenden Erschütterungen müssen aufgefangen werden.
b) Der Mörtel muß bearbeitbar bzw. formbar sein.
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/cm2 haben.
2. Der Mörtel muß eine Elastizität von 0,5 bis 5,0 χ IO-3 kg/cm2 haben.
3. Der Mörtel muß bei der Einspritzung eine solche Konsistenz haben, daß die Herunterfließzeit durch den J-Trichter 17 bis 26 Siunden dauert
4. ,Nach Einspritzung darf sich der Mörtel nicht abtrennen.
5. Der erhärtete Mörtel darf keinen Trockenschwund verursachen.
6. Der Feinheitsmodul für Sand im Mörtel darf nicht begrenzt sein.
Bei dem herkömmlichen Zement-Bitumen-Einspritzgemisch wird ein Gemisch aus einer anionischen, kationischen oder nichtionischen Bitumenemulsion mit Zement verwendet Bei Verwendung dieses Zement-Bitumen-Gemisches besitzt der entsprechende Mörtel zwar ausreichende Druckfestigkeit und Elastizität, ist jedoch noch in bezug auf andere verschiedene physikalische Eigenschaften ungenügend.
In de; FR-PS 12 34 814 wird ein Verfahren zur Stabilisierung von Böden beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird ein mit Wasser härtbarer Binder — Portlandzement — und ein Kohlenwasserstoff enthaltender Binder — Bitumen — mit feuchter Erde vermischt.
Eine derartige Zusammensetzung aus feuchter Erde, Portlandzement und Bitumen läßt sich nur sehr schlecht in Gleisanlagen einspritzen und erfüllt insbesondere nicht die oben unter 3. genannte Forderung der Konsistenz des Mörteleinspritzgemisches. Wird ein derartiges Mörtelgemisch eingespritzt, so trennt sich der Portlandzement von Bitumen ab und das ausgehärtete Produkt schrumpft stark. Dieses Gemisch besitzt weiterhin einen großen Trockenschwund und ist für Gleisanlagen ungeeignet.
Wie aus den in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Vergleichsversuchen hervorgeht, besitzt das erfindungsgemäße Gemisch, verglichen mit einem Gemisch aus 100 Teüen Portlandzement, 200 Teilen einer kationischen Bitumenemulsion und 200 Teilen Sand, 1,5 Teilen pulverförmigem Aluminium und 25 Teilen Wasser, in der Konsistenz und im Verhalten des Senkungsverhältnisses, der Trennung der Rohmaterialien und dem Trocknungsschrumpfen gegenüber dem bekannten Gemisch wesentliche Vorteile.
In der FR-PS 48 328 und in der FR-PS 7 69 728 werden Verfahren zur Herstellung breiiger Gemische aus Mörtel, Zement und einem kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel und gegebenenfalls Aluminium als Treibmittel beschrieben.
Werden die Gemische für Gleisanlagen eingespritzt, so sind die Fließzeiten und das Senkungsverhältnis ungenügend. Es tritt weiterhin eine Trennung der Rohmaterialien auf und die Gemische zeigen nach dem Einspritzen eine wesentliche Trockenschrumpfung, so daß sie nicht in Gleisanlagen verwendet werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Zement-Bitumen-Einspritzgemische für unmittelbar aneinander anschließende Gleisanlagen zu schaffen, die die oben angegebenen Erfordernisse 1 bis 6 erfüllen und die Nachteile der bekannten Gemische nicht besitzen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Einspritzgemisch aus Zement und einer Bitumenemulsion für unmittelbar aneinander anschließende Gleisanlagen, das gekenn-
zeichnet ist durch die folgende Zusammensetzung: iOO Gewichtsteile Zement, 20 bis 400 Gewichtsteile Bitumenemulsion, 5 bis 20 Gewichtsteile eines Calciumsulfoaluminat-hydrat bildenden Minerals, 0,1 bis 5,0 Gewichtsteile Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Lithiumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid und/ oder Bariumchlorid als Elektrolyt, 0,01 bis 5,0 Gewichtsteile Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Stärke und/oder Gelatine als Verdickungsmittel und 0,01 bis 0,03 Gewichtsteile Aluminium, Aluminiumnitrid, Zink, Zinn und&der einer Calcium-Silicium-Legierung als Treibmittel.
Ein bevorzugtes Einspritzgemisch enthält als Calciumsulfoaluminat-hydrat bildendes Mineral ein Gemisch aus 85 bis 95 Gew.-% eines pulverförmigen Minerals der Calciumsulfoaluminatreihe und 15 bis 5 Gew.-% eines hauptsächlich aus 3 CaO · 3 Al2O3 · CaF2 bestehenden pulverförmigen Minerals.
Das erfindungsgemäße Einspritzgemisch wird mit Sand und Wasser zu einem Mörtel in üolicher Weise vermischt Dieser Mörtel wird in die Gleisanlagen gespritzt.
Der im erfindungsgemäßen Einspritzgemisch enthaltene Zement kann Zement der Portlandgruppe oder gemischter Zement sein.
Was das erfindungsgemäß zu verwendende Calciumsulfoaluminat-hydrat bildende Mineral anbetrifft, wird auf Typ K, M oder S der im American Concrete Institute Journal 1970, Nr. 8, Seite 584 bis 589 beschriebenen Minerale verwiesen. Unter diesen Mineralen werden jo solche mit einem Feinheitsgrad entsprechend einem Blainewert von 4000 bis 10 000 cm2/g vorzugsweise verwendet.
Von den Calciumsulfoaluminat-hydrat bildenden Mineralien werden solche bevorzugt, bei denen ein aus 5 ri bis 20 Gew.-% des Minerals hergestellter Zementmörtel und der restliche Zement einen freien Expansionskoeffizienten von 0,05 bis 0,5% aufweist.
Wenn weiterhin ein Gemisch von 85 bis 95 Gew.-% eines pulverförmigen Minerals der Calciumsulfoaluminatreihe und 15 bis 5 Gew.-% eines pulverförmigen Minerals, hauptsächlich bestehend aus
3 CaO · 3 AI2O3 ■ CaF2
verwendet wird, kann ein gehärteter Mörtel von V) höherer Festigkeit erzielt werden.
Das Calciumsulfoaluminat-hydrat bildende Mineral bildet im Mörtel Calciumsulfoaluminat-hydrat, d. h. Ettringit, und der Mörtel dehnt sich ungefähr 7 Tage lang aus. Daher kann die Senkung des Mörtels \a unmittelbar nach Aufbringung durch die Wirkung des Treibmittels und des Ettringits verhindert werden, und weiterhin findet kein Schwinden des gehärteten Mörtels auf Grund der Trocknung statt, und im gehärteten Mörtel erscheinen keine Sprünge. v>
Im das erfindungsgemäße Einspritzgemisch enthaltenden Mörtel tritt die Trixotropieerscheinung auf, und zwar durch die Einwirkung des Calciumsulfoaluminathydrat bildenden pulverförmigen Minerals und des Verdickungsmittels, d. h. der Mörtel hat während des w) Misch- und Einspritzvorganges eine gute Fließfähigkeit, und im statischen Zustand nach Einspritzung des Mörtels nimmt die Viskosität des Mörtels rasch zu und die Abtrennung von Sand kann vermieden werden.
Die Bitumenemulsion wird in einer Menge von 20 bis b5 400 Gewichtsteilen, vorzugsweise von 100 bis 200 Gewichtsteilen, verwendet. Wenn die Zusatzmenge weniger als 20 Gewichtsteiie beträgt, ist die Elastizität des gehärteten Mörtels zu hoch und die charakteristische Eigenschaft des Zement-Bitumen-Gemisches geht verloren. Andererseits, wenn die zugesetzte Menge 400 Gewichtsteile überschreitet, wird zum Härten des Mörtels eine sehr lange Zeit benStigt
Es ist erwünscht, daß die im erfindungsgemäßen Einspritzgemisch enthaltene Bitumenemulsion beständig gegen alkalische Stoffe ist. Zum Beispiel können Bitumenemulsionen verwendet werden, die kationische Oberflächenbehandlungsmittel, wie z.B. aliphatisches Aminsalz, quarternäres Ammoniumsalz oder Alkypyridiniumsalz enthalten, weiterhin Bitumenemulsionen, die anionische Oberflächenbehandlungsmittel, z. B. ein Salz einer aliphatischen Säure, Schwefelsäureester eines höheren Alkohols, ein Sulfat von aliphatischen! Amin oder aliphatischem Amid oder Phosphorsäureester von aliphatischen! Alkohol enthalten, und Bitumenemulsionen, die nichtionische Oberflächenbehandlungsmittel enthalten, wie z. B. Polyoxyäthylen-alkyläther, Polyoxyäthylen-alkylphenol-äther oder Sorbitfettsäureester.
Die Konsistenz des mit dem erfindungsgemäßen Einspritzgemisch hergestellten Mörtels verändert sich nur wenig, der Mörtel besitzt auch bei Temperaturschwankungen einen niedrigen Senkprozentsatz und verursacht weiterhin beim Härten keine Abtrennung von Rohmaterialien. Außerdem verursacht der gehärtete Mörtel keinen Trockenschwund.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen ist.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Gleisplatte;
F i g. 2 ist eine grafische Darstellung der Mörlelkonsistenz;
F i g. 3 ist eine grafische Darstellung des Senkungsprozentsatzes des Mörtels;
F i g. 4 ist eine grafische Darstellung der Abtrennung von Rohmaterial im gehärteten Mörtel und
F i g. 5 ist eine grafische Darstellung des Schwundes des gehärteten Mörtels durch Trocknen.
In F i g. 2 bis 5 wird das erfindungsgemäße Einspritzgemisch mit einem Vergleichsgemisch verglichen, um die Vorteile der Erfindung zu erläutern.
Beispiel 1
Ein Gemisch von 188 Gewichtsteilen einer kationischen Bitumenemulsion, 17,7 Gewichtsteilen eines pulverförmigen Minerals (Blainewert: 6000 cm2/g), hauptsächlich aus 3CaO · 3 Al2O3 · CaSO4 bestehend, 0,53 Gewichtsteilen Lithiumchlorid, 0,12 Gewichtsteilen einer Mischung aus Polyvinylalkohol und Carboxymethylcellulose in einem Verhältnis von 50 :50 (Gewicht), 0,015 Gewichtsteilen pulverförmiges Aluminium, 100 Gewichtsteilen Portlandzement, 235 Gewichtsteilen Sand und 47 Gewichtsteilen Wasser wurde in einem vertikalen Mischgerät gemischt.
Das hauptsächlich aus 3 CaO · 3 AI2O3 · CaSO4 bestehende pulverförmige Mineral wurde hergestellt, indem ein pulverförmiges Gemisch aus 19 Gewichtsteilen CaO (Reinheit 96%), 35 Gewichtsteilen Bauxit (Reinheit 86%) und 46 Gewichtsteilen von wasserfreiem Gips bei 135O0C gebrannt wurde.
Als Vergleich wurde ein Gemisch von 100 Gewichtsteilen Portlandzement, 200 Gewichtsteilen einer kationischen Bitumenemulsion, 200 Gewichtsteilen Sand, 1,5 Gewichtsteilen pulverförmigen Aluminiums und 25 Gewichtsteilen Wasser verwendet.
Der das erfindungsgemäße Einspritzgemisch enthaltende Mörtel und der Vergleichsmörtel wurden in bezug auf Fließzeit (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 Rohmaterialgemisches hergestellt wurde.
Das Testverfahren ist folgendes:
1) Fließzeit (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 Senkprozentsatz wird durch ein Zylinderverfahren bei einer Mörteltemperatur von 5,20 und 35° C 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 Fläche des Mörtels genommen. Alle Proben werden mittels eines Soxhlet-Extraktors entnommen. Gemessen wird die Bitumenverteilung im gehärteten Mörtel.
m 4) Trockenschwund:
Der Trockenschwund wird durch ein vergleichendes Verfahren gemessen.
5) Druckfestigkeit:
Die Druckfestigkeit wird mittels einer Einachsen-Druckprüfvorrichtung gemessen.
6) Elastizität:
Die Elastizität wird mittels eines automatischen Elastizitätsmeßapparates gemessen.
Die erzielten Resultate werden in der folgenden Tabelle 1 und in F i g. 2 bis 5 gezeigt.
Tabelle 1
Beispiel 1 5 10 15 20 25 30 keine Vergleichsversuch 5 10 15 20 25 30 *1
Mischzeit (Min.) 18 18 19 19 20 20 keine 18 50 70 80 100 120 *2
Herunterfließzeit
durch den J-Trichter
(Sek.)		 5°C
Ausdehnung
nach
6 Stunden		 20'C
Ausdehnung
nach
1 Stunde		 35°C
Ausdehnung
nach
30 Min.		 12 kg/cm2 5°C
Senkung um
1 % nach
1 Stunde		 200C
Senkung um
0,5% nach
1 Stunde		 35°C
Ausdehnung
um 3 % nach
3 Stunden		 11 kg/cm2
Einfluß der Tempe
ratur auf das Sen
kungsverhältnis		 l,6X103 l,5X103
Trennung von Roh
materialien
Trockenschrumpfen
Druckfestigkeit
(Reife: 28.Tag)
Elastizität
(Reife: 28. Tag)
*1 Im gehärteten Mörtel ist Bitumen an der oberen Fläche bis zu einer Entfernung von 15 mm in einer größeren Menge als
der theoretischen Menge vorhanden.
*2 Nach einer Reife von 28 Tagen beträgt der Schwund an der oberen Fläche des gehärteten Mörtels 1,5% und an der unteren
Fläche des gehärteten Mörtels 0,2%.
Die in den oben beschriebenen Versuchen erzielten Resultate werden mit Bezug auf F i g. 2 bis 5 genauer erläutert
Fig.2 zeigt das Verhältnis zwischen der Mischzeit eines Mörtels und der Herunterfließzeit (Einheit: Sekunde) des Mörtels durch den J-Trichter. μ
Aus F i g. 2 geht klar hervor, daß der das erfindungsgemäße Einspritzgemisch enthaltende Mörtel eine konstante Herunterfließzeit durch den J-Trichter von einem Zeitraum von 18 bis 20 Sekunden aufweist
Fig.3 zeigt den Senkprozentsatz eines Mörtels bei Temperaturen von 5, 20 und 35°C Aus Fig.3 ist zu entnehmen, daß der das erfindungsgemäße Einspritzgemisch enthaltende Mörtel sich auch bei Temperaturveränderungen nicht wesentlich senkt
Fig.4 zeigt das Verhältnis zwischen der Entfernung von der oberen Fläche eines gehärteten Mörtels und die in dieser Tiefe vorhandene Bitumenmenge im gehärteten Mörtel. In Fig.4 ist mit der Ordinate die abweichende Bitumenmenge von der theoretischen Menge im gehärteten Mörtel dargestellt Das Zeichen (—) bedeutet daß die Bitumenmenge kleiner ist als die theoretische Menge, und das Zeichen (+) bedeutet daß die Bitumenmenge größer als die theoretische Menge ist
Aus Fi g. 4 geht klar hervor, daß das Bitumen in "dem erfindungsgemäßen gehärteten Mörtel gleichmäßig verteilt ist
F i g. 5 zeigt das Verhältnis zwischen Reife (Tag) eines gehärteten Mörtels und dem Schwund des gehärteten Mörtels auf Grund der Trocknung. Aus Fig.5 geht hervor, daß der erfindungsgemäße 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 15,9 Gewichtsteilen eines Minerals der Calciumsulfoaluminatreihe und 1,77 Gewichtsteilen eines hauptsächlich aus 3 CaO · 3 AI2Ch · CaF2 bestehenden Minerals als Calciumsulfoaluminat-hydrat bildendes Material verwendet wurde. 0,53 Gewichtsteile Natriumchlorid wurden an Stelle von Lithiumchlorid verwendet.
Die erzielten Resultate waren die gleichen, wie die
Γ)
Resultate aus Beispiel 1, außer daß der gehärtete Mörtel bei einer Reife von 28 Tagen eine Druckfestigkeit von 15 kg/cm2 und eine Elastizität von 1,8 χ ΙΟ3 kg/cm2 besaß.
Das hauptsächlich aus 3 CaO · 3 Al2O3 · CaF2 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%) und 42,8 Gewichtsteilen Calciumcarbonat (Reinheit 99%) wurde bei einer Temperatur von 140O0C geschmolzen und abgekühlt, und die resultierende Schmelze wurde zu einem Blainewert von 6000 crnVg pulverisiert Durch Röntgen-Beugungsmessung wurde bestätigt, daß das Produkt 3CaO ■ 3 AI2O3 · CaF2-M ineral war.
Das Mineral der Calciumsulfoaluminatreihe hat die in der folgenden Tabelle 2 gezeigte chemische Zusammensetzung.
Tabelle 2
Brennverlust
Unlösl.
Bestandteile
SiO2
AI2O3
CaO insges.
(freies CaO)
MgO
So3
Gesamt
0,7
1,3
7,9
51,6
(15,7)
0,6
35,9
99,9
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Einspritzgemisch aus Zement und einer Bitumenemulsion für unmittelbar aneinander an- s schließende Gleisanlagen, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: 100 Gewichtsteile Zement, 20 bis 400 Gewichtsteile Bitumenemulsion, 5 bis 20 Gewichtsteile eines Calciumsulfoaluminat-hydrat bildenden Minerals, 0,1 bis 5,0 Gewichtsteile Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Lithiumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid und/oder Bariumchlorid als Elektrolyt, 0,01 bis 5,0 Gewichtsteile Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Stärke und/oder Gelatine als Verdickungsmittel und 0,01 bis 0,03 Gewichtsteile Aluminium, Aluminiumnitrid, Zink, Zinn und/oder einer Calcium-Silicium-Legierung als Treibmittel. . ■ ~-
Z Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumsulfoaluminathydrat bildende Mineral ein Gemisch aus 85 bis 95 Gew.-% eines pulverförmigen Minerals der Calciumsulfoaluminatreihe und 15 bis 5Gew.-% eines hauptsächlich aus
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