JP2005307585A - 雨天時施工可能な道床安定剤、この道床安定剤を用いた道床バラストの安定化方法 - Google Patents

Abstract

【目的】バラスト軌道の飛び石現象、水平移動の防止、及び強度向上の為に行う道床バラストの安定化作業を雨天下において施工可能にする道床安定剤、この道床安定剤を用いてバラストを固着する道床バラストの安定化方法
【構成】平均分子量が１０００以下で１分子中にエポキシ基を複数個含有するエポキシオリゴマーと１分子中に複数個の１級または２級アミンまたはその両方を含有するアミン化合物とからなるエポキシ樹脂組成物を主成分とし、疎水性を呈し、使用時の粘性が１００〜２０００mPa・sである道床安定剤、この道床安定剤をバラスト上部よりを散布、硬化せしめバラストを固着することで道床バラストを安定化させる方法

Description

本発明は鉄道のバラスト（砕石）軌道即ち道床の安定剤に関し、更に詳しくは、この道床における飛び石、水平移動、沈下、流出などを防止する道床安定剤、この道床安定剤をバラスト上部より散布、硬化せしめバラストを固着することにより道床バラストの安定化を図る方法に関する。

従来より鉄道線路の道床はバラストと呼ばれる砕石や砂利を路盤上に厚く敷き詰め、その上に枕木を置いてレール荷重及び車両荷重を分散し、振動を吸収させる、いわゆるバラスト道床が多く採用されてきた。しかし列車運行密度の増大、高速化、ロングレールの採用に伴い、バラスト道床に特有の以下の様な問題が提起されている。

（イ）車両通過の際に受ける数１０Ｈｚ以上の繰り返し振動により、つき固められたバラストが弛緩し、正常な状態から崩れ、列車の揺れが激しくなる。

（ロ）特に線路の曲線部では列車にかかる遠心力を考慮して外側にバラストをより高く積む、いわゆるカントが必要となる。このために振動や風圧によりバラストが内側（より低い方）に移動しやすく、補修の為の保線作業を頻繁に行わなければならない。

（ハ）列車が曲線部を通過する際に生じるレールの横圧力によるバラストの移動、弛緩によりレール位置にズレを起こしやすい為に修正作業が必要になる。

（ニ）気温の上昇に伴う膨張によるレールの横移動、いわゆる張り出し現象が発生し、最悪の場合は脱線事故を引き起こす可能性がある。このためバラストには枕木に対して従来以上の横移動抵抗力が要求される。

（ホ）高速で走行する新幹線などの内、バラスト道床を採用している区間では、列車通過の際に風圧で道床表面のバラストが浮き上がり、列車床下に衝突、跳ね飛ばされて周囲に飛散する。

（ヘ）冬季の寒冷地では走行時の融解剥離片（氷塊等）によっても上記と同様のバラスとの飛散現象を生じることがある。
（ホ）、（ヘ）の場合におけるバラストの飛散速度は走行列車と同程度となり、線路沿いの民家や車両、踏み切り待ちの人体、保線作業者、通過ホームの乗客に衝突被害を及ぼす可能性がある。

上記の問題を解決す為に従来以下の様な方法が採用されいている。
（１）バラスト道床自体に適当な大きさの網目を有する飛散防止用のネットを張る方法
（２）バラストを用いずにコンクリートやアスファルトにてスラブ道床を形成する方法
（３）ゴムラテックス、合成樹脂エマルジョン、モルタル等を散布し、バラストを固着する方法
（４）１液性湿気硬化型ウレタン樹脂を散布し、バラストを固着する方法

しかし乍ら、これ等従来方法には次の様な問題点があった。
（１）の方法ではネットの張り方が容易ではなく、確実に固定する為にはかなりの熟練と時間を要する。またネットの巻き込みによる列車事故の可能性がある。

（２）の方法は圧倒的にコストが高い。また既存のバラスト道床からスラブ道床への変更は新たな用地確保等採算面から適用箇所は限られる。

（３）の方法は気温や湿度等の気象条件による乾燥速度の制御が難しく、乾燥前に降雨等で水かかかると所定の塗膜厚が確保できないばかりでなく、周辺の田畑や下水等への流出による環境汚染が心配される為、降雨時はもとより、降雨が予想される際または降雨直後も施工不可能である。

（４）の方法は乾燥が速く、降雨による水の影響を受ける前に乾燥する。また湿気硬化型である為に降雨後の湿潤時にも施工可能であるとされ、最近最も多く採用されている。しかしながら基本的に１液性のウレタン樹脂は揮発性の有機溶剤（トルエンやキシレン等）を含有している為、作業者や周辺住民への身体的影響、揮散に伴う大気汚染や引火の懸念がある。また適度の湿気は硬化反応に寄与するが、過剰な水は発泡現象を誘発する。発泡したウレタン樹脂は増大した空間容積により当初設計された強度を発現しないばかりでなく、発泡圧力によりバラストを所定の位置から移動させるといった弊害をももたらす。このために湿潤時にも使用可能と謳われた製品であっても実質上（３）と同様に降雨時はもとより降雨が予想される際または降雨直後には使用できない。

道床バラストの安定化作業はその性質上、列車運行の少ない夜間に行われることが多く、また一度決められた日程は変更が困難である。このために雨天下においてもバラストを固着し得る道床安定剤とこれを用いる道床バラストの安定化方法の開発が望まれている。

本発明が解決しようとする課題は上記従来の手段の各難点を解消することである。

上記課題は、被着体となるバラスト表面の水と置換可能で、且つ過剰な水の存在下でも必要とされる強度を保持したまま硬化可能な道床安定剤を開発し、これをバラスト上部より散布、硬化せしめバラストを固着することで道床バラストを安定化させることにより解決される。

特に本発明においては、完全な水中（水没下）での使用ではなく、降雨という僅かな流水環境下で湿潤状態にあるバラスト間を固着することで道床バラストを安定化させることが目的である。

またその施工は保線作業という限られた作業空間、設備、時間から鑑みて、大掛かりな装置は持ち込みも使用も困難であるため、出来るだけ簡易な方法で道床バラストの安定化が可能となることが好ましい。

この様な状態に於いては、本発明では以下の様な条件が必要となって来る。
（い）上部より流れ落ちる樹脂の自重という極僅かな力によりバラスト界面の水と置換すること。
（ろ）散布後の降雨による流れ落ちる水で再置換されてはならないこと。
（は）散布中または散布後の降雨による流れ落ちる水で流失してはならいこと。
（に）枕木に対する横移動抵抗力を増加させる為に、枕木の埋め込み深かさと同程度まで浸透する必要があること。
（ほ）ヘラ等による手動または充電式の小型撹拌機で使用出来る（事後に正常に硬化する）状態に混合可能であること。
（へ）混合容器から直接または如露（如雨露）で散布可能であること。
（と）加熱や光照射の様な特別な装置を用いることなく硬化可能であること。
（ち）道床安定化の作業は列車運行頻度の少ない夜間、特に終電通過後から始発通過までの間に行うのが通常であるため、終電通過後に散布されたエポキシ樹脂が始発通過までには列車通過による振動ではバラストが移動しない程度に、またその日の日中に気温が上がりレールの膨張が最高に達するまでには必要な強度を発現可能であること。
（り）硬化後長期にわたり、雨水や雪、露や霜といった水に曝されるために非常に優れた耐水性があること。

以上のことから本発明者は
（い）の条件を満たす為には親水性と疎水性の両方の性質が必要となる。
（ろ）の条件を満たす為には非常に強い疎水性が必要となる。
（は）の条件を満たす為には降雨による流水に負けない粘性が必要となる。
（に）、（ほ）及び（へ）の条件を満たす為には低い粘性が必要となる。
（と）及び（ち）の条件を満たす為には常温での速硬化性が必要になる。
更に（り）の条件を満たすものとして、平均分子量が１０００以下で１分子中にエポキシ基を複数個含有するエポキシオリゴマーと１分子中に複数個の１級または2級またはその両方を含有するアミン系化合物とからなるエポキシ樹脂組成物を主成分とし、等重量の水と混合したとき速やかに分離する程度の疎水性を呈し、１００〜２０００mPa・sの粘性を有する道床安定剤と、この道床安定剤をバラスと上部より散布、硬化せしめる事で降雨時の排水、列車通過時の衝撃や音の吸収及び再補修時の突き崩し荷の容易さに寄与する空隙を残してバラスト間を固着し、枕木に対する横移動抵抗力を増加させることが出来、雨天下においても道床バラストの安定化作業が可能となることを見出した。

本発明に於けるエポキシ樹脂組成物とは、エポキシ基をもつ化合物（一般に主剤と称される）とエポキシ基と反応可能な化合物（一般に硬化剤と称される）とからなる樹脂系組成物を指し、場合によっては粘性、硬化物性等の調整の目的で使用される第３成分と混合して使用される。

また本発明に於いてはオリゴマーとは比較的低分子量のポリマーを指し、エポキシオリゴマーとは１個以上のエポキシ基を有するもので一般にはこれをエポキシ樹脂と称するが、本明細書では上記と区別する為にあえてエポキシオリゴマーという。このようなエポキシ樹脂組成物のうち加熱や光照射といった特別な装置を用いず常温で硬化せしめるものは作業の直前に主剤と硬化剤とを混合して使用される。

エポキシオリゴマーに疎水性を持たせるためには、分子中にベンゼン骨格または長鎖のアルキル基を導入することが実際的である。シリコンまたはフッ素等を導入することでより強い疎水性を持たせることは可能であるがコストの点で実際的ではない。

常温で固体であるエポキシオリゴマーは混合や散布作業により使用するためには、溶媒に溶解する必要がある。溶媒とし水を使用した場合は溶媒たる水の蒸発に時間が掛かるばかりでなく、降雨による流水によって流失するので好ましくない。また溶媒として揮発性の有機溶剤を使用した場合は火災、中毒の心配や近隣住民への臭いの問題ばかりでなく、蒸発による大気汚染、浸透による土壌並びに隣接水系への汚染といった環境問題につながり、低または不揮発性の有機溶剤は硬化時に反応点を希釈し、結果として硬化不良や強度低減の原因となるので好ましくない。

１分子中にエポキシ基を１個しか有しないエポキシオリゴマーは硬化架橋がいわゆる３次元化しない為に必要な強度を発現することができないので主成分としては好ましくない。

有機溶剤や１分子中にエポキシ基を１個しか有しないエポキシオリゴマーであっても粘性や硬化物性調整等を目的として少量使用することは可能である。

１分子中に複数個のエポキシ基とベンゼン骨格、長鎖アルキル基を含有するエポキシオリゴマーとしては、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡ−アルキレンオキサイド付加物ジグリシジルエーテル、ジグリシジルトルイジン、ダイマー酸グリシジルエステル、フタル酸ジグリシジルエステル、トリグリシジルＰ−アミノフェノール、テトラグリシジルメタキシレンジアミン等が例示できる。これらエポキシオリゴマーのうち平均分子量が１０００を超えるものは常温下で固体である。

従って1分子中に複数個のエポキシ基とベンゼン骨格または（及び）長鎖アルキル基を有し、平均分子量１０００以下のエポキシオリゴマーが好ましく、これらは単独でも複数を組み合わせて使用しても良い。

従来加熱や光照射といった特別な装置を使用することなく常温で速やかにエポキシオリゴマーを硬化せしめるにはアミン系化合物、サルファイド系化合物、イソシアネート類や酸などがある。

このうちサルファイド系化合物は硬化後の耐水性が劣り、イソシアネート類は水により発泡するので好ましくない。また酸は枕木や道床下の材質であるセメント成分を犯すので好ましくない。

この従来の硬化剤のなかではアミン化合物はその組み合わせにより粘性や反応速度の調整が容易であり、アミノ基が強い親水性であることからエポキシオリゴマーと混合した道床安定剤に強い疎水性を持たせたときに湿潤したバラスト表面の水との置換に効果を示すので好ましく、エポキシ基との反応に際して副生成物を発生せず、しかも付加反応である１級または２級アミンであることが特に好ましい。

また硬化架橋がいわゆる３次元化するためには１分子中に複数個のアミノ基を必要とすることから１分子中に複数個の１級または（及び）２級アミンを含有するアミン系化合物が望ましい。

但し本発明に於いては、１分子中に１個の１級アミンまたは２級アミンしか持たないアミン化合物や３級アミンを１個または複数個有するアミン化合物も粘性、硬化物性調整等を目的として少量使用することは可能である。

１分子中に複数個の１級または（及び）２級アミンを含有するアミン化合物としては、イソホロンジアミン、キシリレンジアミン、フェニレンジアミン等のポリアミン及びこれらの変性物、ポリカルボン酸とポリアミンの縮合物などが例示できる。これらは単独でも複数を組み合わせて使用しても良い。

本発明の道床安定剤は、バラスト（砕石）間を強固に固着しなければならないと同時にバラスト間の空隙を完全に埋めてしまってはいけない。つまり散布された樹脂はバラストの周囲を適度な膜厚でくるみ、隣り合ったバラスト間を結合しつつ設計された深度まで浸透する必要がある。この為には適度な粘性が要求される。

つまり粘度が低くすぎると下部に流れ落ち過ぎる為バラストの周囲の樹脂膜厚が薄くなり、必要な強度を発現しない。これに対し、粘度が高すぎると下部に流れ落ちない為、必要な深度まで樹脂が達することが出来ずにやはり必要な強度を発現しないし、上部バラスト間の空隙を必要以上に埋めることで吸音、衝撃吸収、排水といった機能を発揮できなるばかりでなく、保線の為の突き崩しに多大な労力を必要とする。

元来道床安定化の作業は線路脇という電源などの資材の存在しない、限られたスペースにて列車運行の少ない夜間、特に１日のうちで最も気温の低い明け方に行われる。このことからヘラ等による手動または充電式の小型撹拌機により容易に混合可能であることが望ましい。また夜間といえども列車の運行が皆無ではないので作業者保護の観点からも可能な限り短時間のうちに均一に塗布可能である必要がある。つまり混合缶から直接または如露（如雨露）によりバラスト上部より散布することでバラスト内部にまで均一に浸透することが望ましいことから本発明に於いては２０００mPa・s以下の粘性が好ましい。

降雨による表面の水を押しのけてバラスト表面に密着し、その後の降雨により流出することなく硬化までバラスト表面に設計された膜厚を保つ為には最低でも１００mPa・s以上の粘性が必要となる。

このような点から次のことが判明する。
（１）平均分子量が１０００以下で１分子内にエポキシ基を複数個含有するエポキシオリゴマー、更に好ましくはベンゼン骨格または長鎖アルキル基またはその両方を有し平均分子量が１０００以下で１分子内にエポキシ基を複数個含有するエポキシオリゴマー
（２）１分子中に複数個の１級または（及び）２級アミンを含有するアミン化合物
（３）粘度調整、反応速度調整、付着力増強、配合比調整の為の増量剤等の薬剤
から（１）及び（２）を必須とし、必要に応じて（３）を配合して得られるもののうち、等重量の水と混合したとき速やかに水と分離する程度の疎水性を呈し、１００〜２０００mPa・s粘性を有し、夜半に散布してから翌、日中までに必要な強度を発現可能なエポキシ樹脂組成物であれば良い。

選択された化合物は使用直前に混合して散布しても良いが、使用前に反応しないような組み合わせで予め配合（一般には「主剤」、「硬化剤」と称される2液を１組とする）しておき、散布作業の際には使用直前にこの2液を撹拌混合して使用するようにしておくことが計量等の手間やミスを排除出来るので更に好ましい。

このようにして得られた疎水性のエポキシ樹脂組成物を主成分とする道床安定剤を雨天下でバラスト上に散布したとき、アミノ基は親水性であることから湿潤したバラストの水と馴染み、表面張力の大きな水の下に入り込む。次いで疎水性であることからバラスト界面の水と置換される。また大きな疎水性により降雨による水をはじき、水と比較して高粘度であることから上部よりの流水にも流失せず、反応速度の速さから水の影響を受けるまでに指触硬化し、レールの張り出しが起こる気温に達する日中までには必要な強度を発現する。

なおこの疎水性エポキシ樹脂組成物を主成分とする道床安定剤は、水の影響を考慮する必要のない天候下、つまり晴天、曇天時には更に有効に作用する。このことにより疎水性エポキシ樹脂組成物を主成分とする道床安定剤をバラスト上部より散布、硬化せしめバラストを固着することで全天候下において道床バラストの安定化を図ることが可能となる。

本発明の道床安定剤は水中での硬化性があり、湿潤状態のバラスト（砕石）に対する密着性に優れ、硬化強度が高く、耐久性に優れるので、これをバラスト上部より散布、硬化せしめバラストを固着することにより、晴天並びに曇天時はもとより雨天時においても道床バラストの安定化を図ることが可能となる。

本発明を具体的に示す為に、次に実施例を記す。但し、各特性は以下のことを示す。

＜粘度＞
一液性のものはそのもの、多液性のものは規定の配合で混合したものの粘度をＪＩＳ Ｋ ５６００−２−３に従って測定した。

<作業性>
バラストを３００×３００ｍｍの型枠内に敷き詰め、上部より試料を約２００ｇ散布した際の散布の容易さ、均一性、浸透性を観察した

<疎水性>
試料を等重量の水と混合し、その様子を観察した。

<圧縮強さ>
試験片作成条件−１（雨天時以外想定）
ポリ容器に骨材（粒径約５ｍｍ）を約２００ｇ量り取り、突き固めた。この骨材に上部より試料を約２．０kg／ｍ²になるよう均一に散布し、養生した。

試験片作成条件−２（雨天想定）
上記と同じ容器に排水用の穴を開け、予め水道水に２４時間浸漬しておいた上記骨材を約２００ｇ量り取り、突き固めた。この骨材に上部より約２．０kg／ｍ²になるよう散水し、直後に試料を約２．０kg／ｍ²になるよう均一に散布し、養生した。養生期間中１５分おきに約２．０kg／ｍ²になるよう散水した。

＜試験条件＞
これらを室温下にて規定時間放置、養生し、ポリ容器から脱型したものを試験片とした。この試験片の中心を直径約３０ｍ²の荷重点により３０ｍｍ／ｍｉｎ．の速度で荷重を加え、耐圧荷重を測定した。

＜試験雰囲気＞
全ての試験は２３±２℃に保たれた試験室にて行った。

平均分子量３４０で１分子あたり２個のエポキシ基を有するビスフェノールＦジグリシジルエーテル１００重量部、平均分子量２７０で１分子あたり２個のエポキシ基を有するジグリシジルトルイジン６０重量部、ポリカルボン酸とポリアミン縮合物２５重量部、メタキシリレンジアミン１５重量部、ポリアルキレンポリアミン及びその変性物３０重量部、フェニルグリシジルエーテル３０重量部、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール１５重量部、α-メチルベンジルフェノール１０重量部、ベンジルアルコール１５重量部から３００mPa・sの試料−１を得た。

平均分子量３８０で１分子あたり２個のエポキシ基を有するビスフェノールＡジグリシジルエーテル１７０重量部、メタキシリレンジアミン及びその変性物６５重量部、クレシルグリシジルエーテル２０重量部、ベンジルジメチルアミン１０重量部、アミノプロピルトリエトキシシラン１０重量部、p-tブチルフェノール１５重量部、ベンジルアルコール１０重量部から１２００mPa・sの試料−２を得た。

平均分子量５００で１分子あたり２個のエポキシ基を有するビスフェノールＡジグリシジルエーテル３５重量部、平均分子量４５０で１分子あたり３個のエポキシ基を有するトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル２０重量部、平均分子量６４０で１分子あたり２個のエポキシ基を有するビスフェノールＡ−アルキレンオキサイド付加物ジグリシジルエーテル３０重量部、平均分子量８６０で２個のエポキシ基を有するダイマー酸グリシジルエステル５重量部、ポリエステルアクリレート１０重量部を予め混合し、主剤とした。イソホロンジアミン及びその変性物７０重量部、ジエチルアミノプロピルアミン１０重量部、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール１０重量部、フェニルキシリルエタン１０重量部を予め混合し硬化剤とした。この主剤２重量部と硬化剤１重量部を混合して１８００mPa・sの試料−３を得た。

比較例１

平均分子量１１００で１分子あたり２個のエポキシ基を有するビスフェノールＡジグリシジルエーテル５０重量部をトルエン２０重量部、キシレン２０重量部，１−ブタノール１０重量部に予め溶解し主剤とした。アミノエチルピペラジンのエポキシ付加物５０重量部をトルエン３５重量部、１−ブタノール１５重量部に予め溶解し、硬化剤とした。この主剤１重量部と硬化剤１重量部とを混合して５００mPa・sの試料−４を得た。

比較例２

平均分子量３４０で１分子あたり２個のエポキシ基を有するビスフェノールＦジグリシジルエーテル１２０重量部、平均分子量４５０で１分子あたり３個のエポキシ基を有するトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル５０重量部、ポリオキシアルキレンポリアミン４０重量部、メタキシリレンジアミン及びその変性物４０重量部、ブチルグリシジルエーテル３０重量部、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール２０重量部から１０００mPa・sの試料−５を得た。

比較例３

平均分子量３８０で１分子あたり２個のエポキシ基を有するビスフェノールＡジグリシジルエーテル１６０重量部、平均分子量６３０で１分子あたり２個のエポキシ基を有するポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル３０重量部、ポリカルボン酸とポリアミン縮合物４５重量部、メタキシリレンジアミン及びその変性物３０重量部、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン１０重量部、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール１０重量部、キシレン樹脂１５重量部から３０００mPa・sの試料−６を得た。

比較例４

株式会社日本触媒製アクリル樹脂エマルジョン、商品名アクリセット２０４Ｅ（粘度１０００mPa・s／25℃、不揮発分約５０重量％、最低造膜温度０℃）

比較例５

株式会社クラレ製エチレン酢ビ共重合エマルジョン、商品名パンフレックスＯＭ−４０００（粘度１５００mPa・s／25℃、不揮発分５６重量%、最低造膜温度０℃）

試験結果を表１（実施例１〜３）、表２（比較例１〜３）、及び表３（比較例４〜５）に示す。但し下記表２に於いて（注）は下層部に安定剤が未浸透であることを示す。また（ ）内は上層部のみの測定値である。

Claims (4)

1. 平均分子量１０００以下で１分子中にエポキシ基を複数個含有するエポキシオリゴマーと、１分子中に複数個の１級または（及び）２級アミンを含有するアミン系化合物とからなるエポキシ樹脂組成物を主成分として成ることを特徴とする道床安定剤
2. 疎水性を呈する請求項１の道床安定剤
3. 使用時（常温）の粘性が１００〜２０００mPa・sである請求項１または２の道床安定剤
4. 請求項１〜３のいずれかのエポキシ樹脂組成物をバラスト上部より散布、硬化せしめバラストを固着することを特徴とする道床バラストの安定化方法