EP3781743B1 - Schwellensohlen für trockenen beton - Google Patents

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EP3781743B1
EP3781743B1 EP19718307.2A EP19718307A EP3781743B1 EP 3781743 B1 EP3781743 B1 EP 3781743B1 EP 19718307 A EP19718307 A EP 19718307A EP 3781743 B1 EP3781743 B1 EP 3781743B1
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EP
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fiber layer
layer
concrete
depressions
upper side
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Rainer Achler
Hermann Gärlich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RST-Rail Systems and Technologies GmbH
Original Assignee
RST-Rail Systems and Technologies GmbH
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B3/00—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails
    • E01B3/28—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from concrete or from natural or artificial stone
    • E01B3/42—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from concrete or from natural or artificial stone combined with inserts of wood or other material
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B3/00—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails
    • E01B3/46—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from different materials

Definitions

  • the invention relates to a pad for a concrete body, in particular for a railway sleeper that is reinforced, loosely reinforced or non-reinforced.
  • the body is a prestressed concrete body.
  • elastic plastic layers are fixed to the underside of railway sleepers by means of a random fiber layer, in that the textile random fiber layer is glued or welded both in or on the plastic layer and in the concrete by incorporating the fibers in the cement mortar or a separately applied composite material, e.g. glue, is bonded (embedded).
  • Nonwovens are used as random fiber layers to connect the railway sleepers mentioned as an example and an elastic sleeper pad.
  • a waterproof membrane is known.
  • DE-A-32 20 768 describes a method for producing molded parts made of nonwoven fabrics that are provided with a structured decorative layer.
  • Out of DD-A-262 795 a method for the production of mats for cleaning purposes is known.
  • the object of the invention is to create a pad for a concrete body, in particular for a railway sleeper, which is then connected to the concrete body with greater reliability even if it is made from relatively dry fresh concrete.
  • the invention proposes a pad for a concrete body, in particular for a railway sleeper, the pad being provided with the features of claim 1.
  • Individual configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.
  • the invention is based on the knowledge that the (eg tangled) fiber layer should be solidified locally so that it can also be “vibrated” into relatively dry fresh concrete at these solidified points. It is not mandatory required that the areas around the consolidated tangled fiber layer locations are deepened. However, these strengthened areas are preferably formed along the flanks of, in particular, groove-like depressions.
  • solidification is understood as meaning a joining of the fibers lying one on top of the other. This connection can be thermally induced in that the adjacent fiber loops and fiber ends of the random fiber layer are heated in some areas, melt and connect on cooling. A solidification can, however, just as well take place, for example, by local application of adhesive, which then runs downwards through the random fiber layer and solidifies the grasped fibers by connecting them to one another.
  • the strengthening is preferably realized by thermal treatment.
  • this also has the advantage that the random fiber layer melts in the thermally treated areas and depressions are formed in this way. It has been found to be particularly expedient to move a heated object, for example a soldering iron, over the tangled fiber layer, resulting in groove-like depressions whose bottoms are level with the upper side of the plastic layer located under the tangled fiber layer.
  • a heated object for example a soldering iron
  • hot air can also be used to "melt" the fibers.
  • the advantage of the local hardening of the random fiber layer is that the random fiber layer can penetrate relatively dry fresh concrete more easily and reliably in these hardened areas, in particular by "vibrating".
  • the zones of the random fiber layer lying outside depressions or otherwise between solidified random fiber layer areas, within which it retains its random fiber behavior, i.e. its resilience, are now, so to speak, "pulled into” the relatively dry fresh concrete.
  • the distance between adjacent solidified areas is in the range of a few centimeters, for example in the range of one to ten centimeters, one to five centimeters and in particular one to three centimeters.
  • the areas between solidified points of the random fiber layer preferably one to ten centimeters, one to five centimeters or one to three centimeters wide.
  • the bases of the depressions are level with the upper side of the plastic layer.
  • the random fiber layer prefferably has a peripheral edge region which delimits the random fiber layer and is thermally bonded.
  • the solidification takes place thermally or by the application of an adhesive.
  • In 1 is a sole 10 for the soling of a concrete body 12 (see 2 ), which can be a railway sleeper, is shown.
  • the fiber layer 14 is modified by geometrically defined depressions 16 (embossing) and structural changes in the form of hardening, i.e. by stiffening the fibers 18 in such a way that that for every technically possible concrete consistency, a bond that meets the requirements is available (see 1 ).
  • the fiber layer 14 applied flatly to the elastic plastic layer 20 (e.g. designed as an elastomer plate) of the sole 10 is structured according to the invention by geometrically defined depressions 16 (embossing) in such a way that that on the remaining raised fiber layer areas 19 and/or on their edges 22 adjoining the depressions 16 when the concrete is applied, the fiber layer is more rigid (higher surface pressure).
  • the edges 22 of the remaining fiber layer areas 19 are thus strengthened, so that when the sole of the fresh concrete is applied with vibration support, there is a selectively increased moisture area in the concrete surface, even with comparatively dry fresh concrete, and thus previously unavailable connection potentials between the media "concrete " and "fiber layer” can be developed.
  • the bottoms 24 of the depressions 16 can also be strengthened in this way.
  • the elastic material of the plastic layer 20 is melted or fused or glued to the fiber mats forming or having the fiber layer 14 with definable fiber properties.
  • this fiber layer 14 After one-sided connection (e.g. half-embedding) to the elastic material of the plastic layer 20, this fiber layer 14 has a fiber portion that is not integrated and thus protrudes from the plastic layer 20 for connection to, i.e. embedding in, the concrete sleeper (not shown in the drawing).
  • a solidified area of the fiber layer 14 is shown at 26, which is formed, for example, by applying adhesive 28 and thus by a material connection of adjacent fibers of the fiber layer 14.
  • the free fiber portion consists of fiber ends and fiber loops 30. These are surrounded by cement paste when placed on the fresh concrete to produce a concrete sleeper located in the formwork and lead to a basic strength of the connection.
  • this basic strength enables tear-off strengths between the concrete and the elastic material base of around 0.3 N/ mm2 to 0.5 N/ mm2 . These values are within the standard range of the technical requirements of railway operators and their regulations, but cannot be guaranteed with the required reliability in the case of extremely dry concrete.
  • the geometry of the resulting spatial structure of remaining fibers, areas without fibers and the hardened areas depends on the concrete composition, its consistency and the process-specific different vibration input when applied to fresh concrete surfaces.
  • Fiber areas are preferably strengthened by thermal treatment of the fibers, as a result of which adjacent fibers are “welded” to one another in areas.
  • the locally generated hardening of the fiber layer allows the fiber layer to work its way into the fresh concrete when the base 10 is pressed into the fresh concrete of the concrete body 12 (possibly with the help of vibration) ( 2 ).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Besohlung für einen Betonkörper, insbesondere für eine Bahnschwelle, die bewehrt, schlaff-bewehrt oder auch nicht-bewehrt ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Körper um einen Spannbetonkörper.
  • Bei bekannten Verbundsystemen zwischen textilen Faserstrukturen und Beton, wie zum Beispiel bei der Besohlung von Bahnschwellen aus Spannbeton bzw. Beton sind technische Lösungen bekannt, bei denen Fasern mit den Betonkonstruktionen kraftschlüssig verbunden werden (siehe EP-B-1 298 252 und EP-B-2 545 219 oder WO-A-2011/110669 ).
  • Bei einigen bekannten Systemen werden zum Beispiel elastische Kunststoffschichten mittels einer Wirrfaserschicht an der Unterseite von Bahnschwellen fixiert, indem die textile Wirrfaserschicht sowohl in oder auf der Kunststoffschicht verklebt oder verschweißt ist als auch im Beton durch Einbindung der Fasern in den Zementmörtel oder einen separat aufgetragenen Verbundstoff, z.B. Kleber, verbunden (eingebettet) ist.
  • Als Wirrfaserschichten zur Verbindung zwischen den als Beispiel benannten Bahnschwellen und einer elastischen Schwellenbesohlung werden z.B. Vliese verwendet.
  • Die Mehrzahl bekannter Vliese und auch anderer Verbindungsmedien wie z.B. Geogitter verfügen bei Beton mit einem geringen Wasser-Zement-Faktor nur über eingeschränkte Eigenschaften zur kraftschlüssigen, die Funktionalität eines Verbundes uneingeschränkt gewährleistenden Applikation. Es können nämlich zwischen dem Verbindungsmedium (z.B. Vlies) und Beton Fehlstellen auftreten, die zum Beispiel das gewünschte, definierte Elastizitätsverhalten beeinträchtigen und die bei Wasserzutritt zu Pumpeffekten führen sowie die bahnseitig geforderten Abreißfestigkeiten nicht vollflächig gewährleisten.
  • Bekannte Vliese und vliesähnliche Wirrfasermaterialien (Verbindungsmedien) erlauben bei der vibrationsunterstützten Applikation auf relativ trockenem Frischbeton der Schwellen nur ein eingeschränktes Eindringen der Zement-Wasser-Suspension in das Verbindungsmedium.
  • Aus WO-A-2011/033122 ist eine wasserdichte Membran bekannt. In DE-A-32 20 768 ist ein Verfahren zum Herstellen von mit einer strukturierten Dekorschicht versehenen Formteilen aus Faservliesen beschrieben. Aus DD-A-262 795 ist ein Verfahren zur Herstellung von Matten für Reinigungszwecke bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Besohlung für einen Betonkörper, insbesondere für eine Bahnschwelle zu schaffen, die sich mit größerer Zuverlässigkeit auch dann mit dem Betonkörper verbindet, wenn dieser aus einem relativ trockenen Frischbeton hergestellt wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Besohlung für einen Betonkörper, insbesondere für eine Bahnschwelle vorgeschlagen, wobei die Besohlung versehen ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Einzelne Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der Erfindung liegt die Kenntnis zu Grunde, dass die (z.B. Wirr-)Faserschicht örtlich verfestigt sein sollte, um an diesen verfestigten Stellen auch in relativ trockenen Frischbeton "eingerüttelt" werden zu können. Dabei ist nicht zwingend erforderlich, dass die Bereiche um die verfestigten Wirrfaserschichtstellen vertieft sind. Vorzugsweise aber werden diese verfestigten Bereiche längs der Flanken von insbesondere nutartigen Vertiefungen ausgebildet.
  • Unter "Verfestigung" wird im Rahmen dieser Erfindung ein Verbinden der aneinanderliegenden Fasern verstanden. Diese Verbindung kann thermisch induziert sein, indem die aneinanderliegenden Faserschlaufen und Faserenden der Wirrfaserschicht bereichsweise erhitzt werden, anschmelzen und sich beim Abkühlen verbinden. Eine Verfestigung kann aber ebenso gut durch beispielsweise örtlichen Kleberauftrag erfolgen, der dann durch die Wirrfaserschicht hindurch nach unten verläuft und die erfassten Fasern durch Verbindung untereinander verfestigt.
  • Vorzugsweise wird aber die Verfestigung durch thermische Behandlung realisiert. Dies hat neben der eigentlichen Verfestigung auch den Vorteil, dass die Wirrfaserschicht in den thermisch behandelten Bereichen schmilzt und auf diese Weise Vertiefungen entstehen. Als besonders zweckmäßig hat sich herausgestellt, über die Wirrfaserschicht mit Hilfe eines beheizten Gegenstands, beispielsweise mit Hilfe eines Lötkolbens, zu fahren, wobei nutartige Vertiefungen entstehend, deren Böden in Höhe der Oberseite der unter der Wirrfaserschicht befindlichen Kunststoffschicht liegen. Alternativ kann auch mit Heißluft gearbeitet werden, um die Fasern zu "verschmelzen".
  • Der Vorteil der örtlichen Verfestigung der Wirrfaserschicht ist es nun, dass die Wirrfaserschicht in diesen verfestigten Bereichen einfacher und zuverlässiger in relativ trockenen Frischbeton eindringen kann und zwar insbesondere durch "Rütteln". Die außerhalb von Vertiefungen bzw. anderweitig zwischen verfestigten Wirrfaserschichtbereichen liegenden Zonen der Wirrfaserschicht, innerhalb derer diese ihr Wirrfaserverhalten, also ihre Nachgiebigkeit beibehält, werden nun sozusagen mit in den relativ trockenen Frischbeton "hineingezogen". Diesbezüglich ist es von Vorteil, wenn der Abstand benachbarter verfestigter Bereiche im Bereich einiger weniger Zentimeter, beispielsweise im Bereich von einem bis zehn Zentimetern, einem bis fünf Zentimetern und insbesondere einem bis drei Zentimeter liegen. Somit sind die Bereiche zwischen verfestigten Stellen der Wirrfaserschicht vorzugsweise ein bis zehn Zentimeter, ein bis fünf Zentimeter oder ein bis drei Zentimeter breit.
  • In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Böden der Vertiefungen in Höhe der Oberseite der Kunststoffschicht liegen.
  • Ferner ist es zweckmäßig, dass die Wirrfaserschicht einen die Wirrfaserschicht begrenzenden, umlaufenden Randbereich aufweist, der thermisch verfestigt ist.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verfestigung thermisch oder durch Applikation eines Klebers erfolgt.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigen
    • Fig. 1
    eine Besohlung für einen Betonkörper und
    Fig. 2
    die an einem Betonkörper angebundene Besohlung nach Fig. 1
  • In Fig. 1 ist eine Sohle 10 für die Besohlung eines Betonkörpers 12 (siehe Fig. 2), bei dem es sich um eine Bahnschwelle handeln kann, gezeigt.
  • Aus der Erkenntnis, dass die Eigenfeuchtigkeit des Frischbetons unter definierbaren Rezepturbedingungen die Faserschicht 14 der Sohle 10 nicht ausreichend durchdringt, wird die Faserschicht 14 durch geometrisch definierte Vertiefungen 16 (Prägungen) und Strukturveränderungen in Form von Verfestigungen, d.h. durch Versteifungen der Fasern 18 derart modifiziert, dass für jede technisch mögliche Betonkonsistenz ein anforderungsgerechter Verbund verfügbar ist (siehe Fig. 1).
  • Die flächig auf die elastische Kunststoffschicht 20 (z.B. als Elastomerplatte ausgebildet) der Sohle 10 applizierte Faserschicht 14 wird erfindungsgemäß durch geometrisch definierte Vertiefungen 16 (Prägungen) derart strukturiert, dass auf den verbleibenden erhabenen Faserschichtbereichen 19 und/oder an deren an die Vertiefungen 16 angrenzenden Rändern 22 bei Applikation des Betons eine höhere Steifigkeit der Faserschicht (höhere Flächenpressung) gegeben ist. Damit sind die Ränder 22 der verbleibenden Faserschichtbereiche 19 verfestigt, so dass über diese bei vibrationsunterstützter Applikation der Sohle des Frischbetons ein punktuell erhöhter Feuchtigkeitsbereich in der Betonoberfläche entsteht, und zwar auch bei vergleichsweise trockenem Frischbeton, und damit bisher nicht verfügbare Verbindungspotentiale zwischen den Medien "Beton" und "Faserschicht" erschlossen werden. Auch die Böden 24 der Vertiefungen 16 können auf diese Weise verfestigt sein.
  • Bei den als Schwellenbesohlung bezeichneten unterseitigen elastischen Beschichtungen von Bahnschwellen aus Beton bzw. Spannbeton wird das elastische Material der Kunststoffschicht 20 mit die Faserschicht 14 bildenden oder aufweisenden Fasermatten mit vorgebbaren Fasereigenschaften eingeschmolzen bzw. verschmolzen oder aufgeklebt.
  • Diese Faserschicht 14 verfügt nach einseitiger Anbindung (z.B. etwa hälftiger Einbindung) an das elastische Material der Kunststoffschicht 20 über einen nicht eingebundenen und damit von der Kunststoffschicht 20 aufragenden Faseranteil zur Anbindung an, d.h. Einbettung in die Betonschwelle (in der Zeichnung nicht dargestellt).
  • Bei 26 ist ein verfestigter Bereich der Faserschicht 14 gezeigt, der z.B. durch Auftrag von Kleber 28 und damit durch eine stoffschlüssige Verbindung benachbarter Fasern der Faserschicht 14 gebildet ist.
  • Der freie Faseranteil besteht aus Faserenden und Faserschlingen 30. Diese werden beim Auflegen auf den Frischbeton zum Herstellen einer in der Schalung befindlichen Betonschwelle vom Zementleim umschlossen und führen zu einer Grundfestigkeit der Anbindung.
  • Diese Grundfestigkeit ermöglicht bei optimalen Betonkonsistenzen Abreißfestigkeiten zwischen dem Beton und der elastischen Materialsohle von etwa 0,3 N/mm2 bis 0,5 N/mm2. Diese Werte liegen im Normbereich der technischen Anforderungen von Bahnbetreibern und deren Regelwerken, können aber bei extrem trockenem Beton nicht mit der erforderlichen Zuverlässigkeit gewährleistet werden.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Strukturierung der Faserschicht 14 wird diese innerhalb ihres nicht in die elastische Kunststoffschicht 20 eingebundenen Faseranteils, also innerhalb ihrer auf der Kunststoffschicht 20 aufliegenden Schichtdicke (überstehende Faserbeschichtung) beispielhafterweise im Abstand von ca. 1 cm durch thermische Prägung entfernt, so dass die Vertiefungen 16 entstehen; die Ränder 22 der Faserschicht 14 werden hierbei beispielhafterweise thermisch verfestigt. Die Geometrie der hierbei entstehenden räumlichen Struktur aus verbleibenden Fasern, Bereiche ohne Fasern und der verfestigten Bereiche richtet sich nach der Betonzusammensetzung, dessen Konsistenz und dem verfahrensspezifisch unterschiedlichen Vibrationseintrag bei der Applikation auf Frischbetonflächen.
  • Die Verfestigung von Faserbereichen erfolgt vorzugsweise durch thermische Behandlung der Fasern, wodurch benachbarte Fasern bereichsweise miteinander "verschweißt" werden. Die lokal erzeugten Verfestigungen der Faserschicht erlauben es, dass sich die Faserschicht in den Frischbeton einarbeitet, wenn die Sohle 10 in den Frischbeton des Betonkörpers 12 hineingedrückt (gegebenenfalls vibrationsunterstützt) wird (Fig. 2).
  • Versuche und Probeanwendungen haben gezeigt, dass Abreißfestigkeiten erreicht werden, deren Maximalwerte etwa das Doppelte herkömmlicher Messergebnisse betrugen und die als Minimalwerte solche von etwa 50 % über den bekannten Normwerten gewährleisteten.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Sohle
    12
    Betonkörper
    14
    Faserschicht
    16
    Vertiefungen
    18
    Fasern
    19
    Faserschichtbereiche
    20
    Kunststoffschicht
    22
    Ränder
    24
    Böden
    26
    verfestigte Bereiche
    28
    Kleber
    30
    Faserschlingen

Claims (7)

  1. Besohlung für einen Betonkörper, insbesondere für eine Bahnschwelle, mit
    - einer eine Oberseite aufweisenden elastischen Kunststoffschicht (20) und
    - einer auf der Oberseite der elastischen Kunststoffschicht (20) angeordneten sowie mit der elastischen Kunststoffschicht (20) verbundenen, Fasern aufweisenden Faserschicht (14),
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Faserschicht (14) auf ihrer der Kunststoffschicht (20) abgewandten Oberseite Vertiefungen (16) aufweist, die einen in einer Höhe zwischen der Oberseite der Faserschicht (14) und der Oberseite der Kunststoffschicht (20) liegenden Boden (24) und von diesem aufragende Flanken aufweisen,
    - dass die Faserschicht (14) in ihren die Flanken der Vertiefungen (16) bildenden Randbereichen
    - und/oder in ihren an die Flanken der Vertiefungen (16) angrenzenden Randbereichen (22)
    - und/oder an den Böden (24) der Vertiefungen (16) verfestigt ist und/oder
    - dass die Faserschicht (14) verfestigte Bereiche (26) aufweist, die sich von der Kunststoffschicht (20) bis zur Oberseite der Faserschicht (14) erstrecken.
  2. Besohlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Böden (24) der Vertiefungen (16) in Höhe der Oberseite der Kunststoffschicht (20) liegen.
  3. Besohlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (14) einen die Faserschicht (14) begrenzenden, umlaufenden Randbereich aufweist, der verfestigt ist.
  4. Besohlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigung von Bereichen (26) der Faserschicht (14) thermisch oder durch Applikation eines Klebers (28) erfolgt.
  5. Besohlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (16) nutartig sind.
  6. Besohlung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (14) eine Wirrfaserschicht ist.
  7. Verwendung einer Besohlung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei einem Betonkörper (12), wobei in den Frischbeton, der ggf. relativ trocken ist, die Sohle (10) mit der Oberseite ihrer Faserschicht zum Frischbeton weisend eingebracht, eingedrückt, eingerüttelt o.dgl. eingebettet wird.
EP19718307.2A 2018-04-19 2019-04-12 Schwellensohlen für trockenen beton Active EP3781743B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018109414 2018-04-19
PCT/EP2019/059394 WO2019201761A1 (de) 2018-04-19 2019-04-12 Schwellensohlen für trockenen beton

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EP3781743A1 EP3781743A1 (de) 2021-02-24
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KR (1) KR20210005552A (de)
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WO (1) WO2019201761A1 (de)

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