WO2007104710A1 - Verfahren zur befestigung von verkehrswegen - Google Patents

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WO2007104710A1
WO2007104710A1 PCT/EP2007/052214 EP2007052214W WO2007104710A1 WO 2007104710 A1 WO2007104710 A1 WO 2007104710A1 EP 2007052214 W EP2007052214 W EP 2007052214W WO 2007104710 A1 WO2007104710 A1 WO 2007104710A1
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WO
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plastic
stones
polyurethanes
polyurethane
oil
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/052214
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Roser
Helmut Tesch
Hans Ulrich Schmidt
Andrea Eisenhardt
Johann Leitner
Hans-Jürgen Reese
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C7/00—Coherent pavings made in situ
    • E01C7/08—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders
    • E01C7/30—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and other binders, e.g. synthetic material, i.e. resin
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/001—Track with ballast
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
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    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C21/00—Apparatus or processes for surface soil stabilisation for road building or like purposes, e.g. mixing local aggregate with binder

Definitions

  • the invention relates to a method for fixing traffic routes, preferably railway lines, roads and unpaved roads.
  • Roads such as railway tracks, roads and unpaved roads, consist to a large extent of loose particles.
  • railway lines usually have a potty bed.
  • Unpaved roads and paths have mostly loose sand or dust on their surface. It is often necessary to fix these particles.
  • loose gravel stones can be whirled up and thus lead to problems.
  • fast-moving trains such as ICE trains swirl the stones below each other so that the subsoil is damaged. This is because the track beds in many countries are not as deep as in Germany. Lowering, however, would involve an additional cost.
  • ballast bonding technology has become an established technology.
  • the bonding serves to prevent the ballast flight, the stabilization of the track bed and the securing of the operating tracks in track construction work.
  • the track ballast is usually first applied to the ballast bed. Subsequently, the ballast is then wetted in a spray process with a self-curing adhesive.
  • a self-curing adhesive is often used epoxy, but also acrylates and polyurethanes are used.
  • WO 2004/079094 describes the attachment of rock fillings, such as railway embankments, by gluing these with plastics and installing an insert inside the rock fillets.
  • DE 197 29 348 describes a method for producing a closed, drainable ballast in track construction.
  • the upper layer of the ballast is covered with a cavity filling the filling layer.
  • the filling compound can also be applied as a layer up to 10 cm high on the ballast.
  • Bulk material with a particle size of 1 to 16 mm, the particles of which are covered with an adhesive film, is used as the filling material.
  • adhesives for example, epoxy resins or polyurethanes are used.
  • DE 198 1 1 838 describes a method and apparatus for solidifying ballast beds.
  • a liquid hardening mass is injected into the ballast bed.
  • the consolidation compound may also be a polyurethane.
  • a similar process is also described in US 4156440.
  • CH 595512 a method for stabilization and vibration damping of railway lines is described in which a foamable polyurethane mixture is introduced into the track bed, where it hardens to foam.
  • plastics for example in mining or for the attachment of surfaces.
  • plastics for example polyesters, polyacrylates or polyurethanes.
  • DE 197 03 980 describes the use of biodegradable plastics for fixing soil.
  • a planting of the soil is to be achieved by this is stabilized.
  • the decomposition of the plastic layer should just be avoided.
  • No. 3,719,050 describes the stabilization of soils using polyurethane prepolymers. These prepolymers should preferably be water repellent. The curing takes place by means of water. This results in a foaming of the polyurethane, which is disadvantageous for the attachment of unpaved paths. Furthermore, the polyureas formed in the reaction of the prepolymers with water are not hydrophobic, so that they offer no protection against water and can also be hydrolytically decomposed.
  • the task was to safely secure traffic routes and avoid so that it comes to a whirling up of particles. Furthermore, the wear on the routes are reduced. The attachment should be possible by a simple process and not cause environmental problems. The traffic routes should continue to be equipped so that the attack by water is minimized.
  • the object could surprisingly be solved by the fact that there is a hydrophobic polyurethane on the surface and / or inside the guideway.
  • the subject matter of the invention is a method for fastening driveways, characterized in that at least one plastic, in particular a hydrophobic polyurethane, is brought onto the surface and / or into the interior of the driveway.
  • the application of the hydrophobic polyurethane on the surface of the traffic route is sufficient.
  • the application of the polyurethane can be accomplished in the simplest case by applying the liquid feed components of the polyurethane by spraying or by pouring onto the driveway, where they harden to polyurethane. Preference is given to spraying, as less material is consumed. The spraying can be done by vehicles or manually.
  • the plastic is introduced into the layer.
  • This embodiment is preferably used in tracks.
  • the loose stones are preferably gravel, as commonly used for the production of track beds.
  • the size of the gravel stones depends on the load on the tracks. Usually, the size of the ballast stones is approximately between 30 and 70 mm. They are preferably made of hard rock, such as basalt.
  • mixers for mixing the ballast stones with the starting components of the plastic
  • all types of mixers can be used with which a substantially complete wetting of the ballast stones with the liquid starting components of the plastic is possible.
  • Mixers have proven particularly suitable which consist of an open container, for example a drum, which is preferably provided with internals. For mixing, either the drum can be rotated or the internals moved.
  • Such mixers are known and used for example in the construction industry for the production of concrete mixtures.
  • the mixer For applying the mixture to the surface to be fixed, it may be advantageous to attach the mixer to a vehicle, for example a tractor, a front loader, a truck or a rail vehicle.
  • a vehicle for example a tractor, a front loader, a truck or a rail vehicle.
  • the mixture can each be transported to the place where it is to be applied. After emptying the mixer, if necessary, the mixture can be distributed manually, for example by raking, to achieve the desired structure.
  • the mixture of the stones is carried out continuously with the liquid starting components of the plastic.
  • the stones and the liquid starting components of the plastic are continuously lent into the mixer and the wetted stones are discharged continuously.
  • care must be taken that the starting materials remain in the mixer for so long that sufficient wetting of the stones can take place.
  • such a mixing device can be moved along the track bed to be fastened at such a speed that the stones wetted with the liquid starting components of the plastic are discharged from the mixer in an amount as needed. It is also possible to operate the continuous mixing device stationary and to transport the wetted stones discharged from the mixer to the desired location.
  • the mixer may be a rotating drum into which stones are continuously introduced.
  • This drum is equipped with nozzles that continuously distribute the starting components of the plastic on the stones.
  • the rotation of the drum ensures good mixing of plastic and stones.
  • Through an opening at the end of the drum plastic / stone composites are then continuously discharged.
  • the rotating drum can be horizontal, but also inclined at different angles to promote the discharge.
  • the stones are transported continuously on a conveyor belt which is driven through a tunnel. This has openings through which the starting materials of the plastic are continuously discharged onto the stones.
  • the wetted stones fall onto the track or into an open drum, which discharges the composite onto the track at an adjustable conveying speed.
  • the entire ballast bed is attached to the plastic. It is also possible to fix only the upper layer of the ballast bed, preferably up to 20 cm, with the plastic.
  • either the ballast bed can first be heaped up without plastic and then the liquid starting components of the plastic are applied or initially only a part of the ballast bed is poured and, as described above, a layer of stones mixed with the liquid starting components of the plastic become.
  • Polyurethanes, epoxy resins, unsaturated polyester resins, acrylates and methacrylates can be used as plastics.
  • hydrophobic, substantially compact polyurethanes are used as plastics.
  • hydrophobic polyurethanes which are preferably used.
  • hydrophobic polyurethanes compounds with free isocyanate groups and compounds with groups which are reactive with isocyanate groups are understood in general terms.
  • Groups which are reactive with isocyanate groups are usually hydroxyl groups or amino groups. Preference is given to hydroxyl groups, since the amino groups are very reactive and therefore the reaction mixture must be processed rapidly.
  • the products formed by the reaction of these structural components are generally referred to below as polyurethanes.
  • the structural components for the hydrophobic polyurethanes When applying the structural components for the hydrophobic polyurethanes, it is not necessary for the top layer of the unpaved road or the stones of the track bed to be dry. Surprisingly, even in the presence of wet stones, it is possible to obtain good adhesion between the polyurethane and the bricks.
  • the curing of the hydrophobic polyurethane can be done even under water, as well as puddles on the unpaved roads do not significantly affect the deployment of the polyurethane.
  • polyisocyanates it is possible in principle to use all liquid polyisocyanates, mixtures and prepolymers having at least two isocyanate groups which are liquid at room temperature.
  • Aromatic polyisocyanates are preferably used, particularly preferably isomers of tolylene diisocyanate (TDI) and of diphenylmethane diisocyanate (MDI), in particular mixtures of MDI and polyphenylene polymethylene polyisocyanates (crude MDI).
  • the polyisocyanates may also be modified, for example by the incorporation of isocyanurate groups and in particular by the incorporation of Urethane groups.
  • the latter compounds are prepared by reacting polyisocyanates with a deficit of compounds having at least two active hydrogen atoms and commonly referred to as NCO prepolymers. Their NCO content is usually in the range between 2 and 29 wt .-%.
  • a disadvantage of the use of aromatic polyisocyanates is the insufficient color stability of the polyurethanes produced therefrom. In most cases, over time, yellowing of the polyurethanes occurs. In applications of the process according to the invention, in which high color stability is important, the use of aliphatic polyisocyanates is therefore preferred.
  • Preferred representatives are hexamethylene diisocyanate (HDI) and isophorone diisocyanate (IPDI). Due to the high volatility of aliphatic polyisocyanates, these are usually used in the form of their reaction products, in particular as biurets, allophanates or isocyanurates.
  • polyfunctional alcohols so-called polyols, or, less preferably, polyfunctional amines, are generally used.
  • the hydrophobicity of the polyurethanes used can be brought about in particular by addition of hydroxyl-functional oleochemical components to at least one of the starting components of the polyurethane system, preferably to the polyol component.
  • hydroxyl functional oleochemical components are known which can be used.
  • examples are castor oil, hydroxyl group-modified oils such as grapeseed oil, black cumin oil, pumpkin seed oil, borage seed oil, soybean oil, wheat germ oil, rapeseed oil, sunflower oil, peanut oil, apricot kernel oil, pistachio kernel oil, almond oil, olive oil, macadamia nut oil, avocado oil, sea buckthorn oil, sesame oil, hazelnut oil, evening primrose oil, wild rose oil , Hemp oil, thistle oil, walnut oil, hydroxyl-modified fatty acid esters based on myristoleic, palmitoleic, oleic, vaccenic, petroselinic, gadoleic, erucic, nervonic, linoleic, linolenic, stearidonic, arachidonic, timnonic, clondanoic, cervonic
  • a further preferred group of oleochemical polyols can be obtained by ring opening of epoxidized fatty acid esters with simultaneous reaction with alcohols and optionally following further transesterification reactions.
  • the incorporation of hydroxyl groups in oils and fats is carried out mainly by Epoxidation of the olefinic double bond contained in these products followed by reaction of the epoxide groups formed with a monohydric or polyhydric alcohol.
  • the epoxide ring becomes a hydroxyl group or, in the case of polyfunctional alcohols, a structure with a higher number of OH groups.
  • oils and fats are usually glycerol esters, parallel transesterification reactions take place in the reactions mentioned above.
  • the compounds thus obtained preferably have a molecular weight in the range between 500 and 1500 g / mol. Such products are offered for example by the company Henkel.
  • a compact polyurethane which can be prepared by reacting polyisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms, characterized in that the compounds having at least two reactive hydrogen atoms are at least one fatty chemical.
  • a polyol and at least one phenol-modified aromatic hydrocarbon resin, in particular an indene coumarone resin are used.
  • phenol-modified aromatic hydrocarbon resins having a terminal phenol group preference is given to using phenol-modified indene-coumarone resins, more preferably technical mixtures of aromatic hydrocarbon resins, in particular those containing as essential constituent compounds of the general formula (I)
  • n 2 to 28 included.
  • Rutgers VFT AG under the trade name NOVARES ®.
  • the phenol-modified aromatic hydrocarbon resins in particular the phenol-modified indene-coumarone resins, usually have an OH content between 0.5 and 5.0 wt .-% on.
  • the fat chemical polyol and the phenol-modified aromatic hydrocarbon resin, especially the indene-coumarone resin are used in a weight ratio of 100: 1 to 100: 50.
  • the compounds mentioned further compounds having at least two active hydrogen atoms can be used.
  • polyether alcohols are preferred. These are prepared by customary and known processes, usually by addition of alkylene oxides to H-functional starter substances.
  • the co-used polyether alcohols preferably have a functionality of at least 3 and a hydroxyl value of at least 400 mgKOH / g, preferably at least 600 mgKOH / g, in particular in the range of 400 to 1000 mgKOH / g.
  • alkylene oxides They are prepared in the usual way by reaction of at least trifunctional starting substances with alkylene oxides.
  • Starting substances which may be used are preferably alcohols having at least three hydroxyl groups in the molecule, for example glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, sucrose.
  • the alkylene oxide used is preferably propylene oxide.
  • customary constituents may be added to the reaction mixture, for example catalysts and customary auxiliaries and additives.
  • desiccants for example zeolites
  • the addition of these substances is preferably carried out to the compounds having at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups.
  • This blend is often referred to in the art as a polyol component.
  • anti-microbial agents In addition, the addition of UV stabilizers is advantageous in order to avoid embrittlement of the moldings.
  • the polyurethanes used can in principle be prepared without the presence of catalysts.
  • catalysts can be used.
  • catalysts should preferably be selected those which cause the longest possible reaction time. This makes it possible for the reaction mixture to remain liquid for a long time. In principle, as described, it is possible to work without a catalyst.
  • the combination of the polyisocyanates with the compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms should take place in such a ratio that a stoichiometric excess of isocyanate groups, preferably of at least 5%, in particular in the range between 5 and 60% is present.
  • the preferably used hydrophobic polyurethanes are characterized by a particularly good processability.
  • these polyurethanes show a particularly good adhesion, especially on moist substrates such as wet rock, in particular granite gravel.
  • the curing of the polyurethanes is practically compact despite the presence of water.
  • the compact polyurethanes used show a completely compact curing even with thin layers.
  • the polyurethanes preferably used are ideal for securing traffic routes.
  • the bond between rock or sand and polyurethane is very strong.
  • the polyisocyanates are preferably mixed with the compounds having at least two active hydrogen atoms and this mixture is mixed with the stones.
  • both starting components of the polyurethane could be separately added to the stones and mixed together with them. In this case, however, uneven mixing and thus inadequate mechanical properties of the polyurethane can occur.
  • the mixing of the starting components of the polyurethane can be carried out in a known manner.
  • the components in the desired ratio in a vessel, such as a bucket, given mixed by simple stirring and then mixed in the mixing device with the stones.
  • a vessel such as a bucket
  • mixing organ customary in polyurethane chemistry for example a mixing head
  • the attachment of traffic routes with the hydrophobic polyurethanes has a number of advantages.
  • the attachment has a longer service life, requires less repair effort and leads to a higher road safety than other plastics for this purpose. Due to their hydrophobicity frost damage is significantly suppressed, and there is no noticeable hydrolytic degradation. Rainwater drains from the paved roads according to the method of the invention.
  • the polyurethanes do not cause any ecological problems, so in principle you can fix not only road surfaces but also forest roads with these polyurethanes.
  • inventive method also unpaved roads or slopes, such as runways and airstrips for aircraft, are coated. There, stirring up dust can cause damage to the engines.
  • ballast beds with the hydrophobic polyurethanes leads to time and cost savings on trains, as the trains can travel at regular speed, without causing damage.
  • the process is significantly cheaper because the adhesive can be applied directly to the ballast stones.
  • the hydrophobic system can, in contrast to the plastics used so far, also be processed in the rain and on damp substrates. This results in a not insignificant economic advantage, since waiting periods in wet weather omitted.
  • ballast beds treated according to the invention is fully retained owing to the punctiform bonding of the stones. This prevents the risk of leaching even in heavy rainfall. Washouts and frost damage are thus effectively prevented, especially the washing out is even lower with a hydrophobic PU system than with a non-hydrophobic plastic.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Befestigung von Fahrwegen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche und/oder in das Innere des Fahrwegs mindestens ein Kunststoff, gebracht wird.

Description

Verfahren zur Befestigung von Verkehrswegen
Beschreibung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Befestigung von Verkehrswegen, bevorzugt Eisenbahntrassen, Strassen und unbefestigten Wegen.
Verkehrswege, wie Eisenbahntrassen, Straßen und unbefestigte Wege bestehen zu einem großen Teil aus losen Partikeln. So haben Eisenbahntrassen zumeist ein Schot- terbett. Unbefestigt Straßen und Wege haben an ihrer Oberfläche zumeist lockeren Sand oder Staub. Es ist häufig erforderlich, diese Partikel zu fixieren. Bei Eisenbahntrassen können lose Schottersteine aufgewirbelt werden und so zu Problemen führen. Insbesondere schnellfahrende Züge, wie ICE-Züge wirbeln die unter sich befindlichen Steine so auf, dass der Unterboden Schaden nimmt. Dies liegt daran, dass die Gleis- betten in vielen Ländern nicht so tief liegen wie in Deutschland. Das Tieferlegen wäre jedoch mit einem zusätzlichen Kostenaufwand verbunden.
Ein weiteres Problem ist die Befestigung von unbefestigten Straßen und Wegen. Diese sind zumeist mit Staub, Sand oder Schotter bedeckt. Beim Befahren kann es zu einer Staubaufwirbelung oder zum Wegschleudern von Steinen kommen. Dies führt zu einer Belastung der Umgebung und auch zu einer Verschmutzung der Fahrzeuge, die wiederum zu deren erhöhtem Verschleiß führen kann. Durch umherfliegende Steine kann es auch zu Verletzungen von Passanten kommen. Außerdem kommt es zu einer starken Beanspruchung der unbefestigten Straßen. Insbesondere kann es zu einer Bildung von Spurrinnen kommen. Dies ist unerwünscht, da tiefe Spurrinnen zu einer Beschädigung der Fahrzeuge führen und sich in den Spurrinnen Wasser ansammeln kann, was zu einer Schädigung der Wege führt.
Ein weiteres Problem ist die Reparatur und Befestigung von Straßen. Auch befestigte Straßen unterliegen einem Verschleiß, der einer Lockerung der zum Straßenbau eingesetzten Materialien führen kann. Hier ist eine komplette Reparatur häufig teuer und zeitaufwendig.
Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Möglichkeiten bekannt, derartige Ver- kehrswege zu befestigen. Im Bereich der Befestigung von Eisenbahntrassen ist die Schotterverklebetechnik eine inzwischen etablierte Technik. Die Verklebung dient dabei der Verhinderung des Schotterfluges, der Stabilisierung des Gleisbettes sowie der Sicherung der Betriebsgleise bei Gleisbauarbeiten. Bei diesem Verfahren wird in der Regel zunächst der Gleisschotter in das Schotterbett ausgebracht. Anschließend wird der Schotter dann in einem Sprühprozess mit einem selbstaushärtenden Kleber benetzt. Als Kleber wird häufig Epoxid eingesetzt, aber auch Acrylate und Polyurethane finden Anwendung. So beschreibt WO 2004/079094 die Befestigung von Steinschüttungen, wie Bahndämmen, indem man diese mit Kunststoffen verklebt und im Inneren der Steinschüttungen einen Einleger anbringt.
DE 197 29 348 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer geschlossenen, draina- gefähigen Schotterdecke im Gleisbau. Dabei wird die obere Schicht des Schotters mit einer die Hohlräume ausfüllenden Schicht einer Füllmasse bedeckt. Die Füllmasse kann auch als bis zu 10 cm hohe Schicht auf den Schotter aufgebracht werden. Als Füllmasse wird Schüttgut mit einer Korngröße von 1 bis 16 mm eingesetzt, dessen Partikel mit einem Klebstofffilm bedeckt sind. Als Klebstoffe werden beispielsweise Epoxidharze oder Polyurethane eingesetzt.
DE 198 1 1 838 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Schotterbetten. Dabei wird eine flüssige Verfestigungsmasse in das Schotterbett inji- ziert. Bei der Verfestigungsmasse kann es sich ebenfalls um ein Polyurethan handeln. Ein ähnliches Verfahren wird auch in US 4156440 beschrieben.
In CH 595512 wird ein Verfahren zur Stabilisierung und Vibrationsdämpfung von Eisenbahntrassen beschrieben, bei dem eine schäumfähige Polyurethan-Mischung in das Gleisbett eingebracht wird, wo sie zum Schaum aushärtet.
Auch die Befestigung von lockeren Böden durch Aufbringen von Kunststoffen ist bekannt. So ist es bekannt, lockere Gesteinsformationen mit Kunststoffen zu befestigen, beispielsweise im Bergbau oder zur Befestigung von Oberflächen. Dabei können un- terschiedliche Kunststoffe verwendet werden, beispielsweise Polyester, Polyacrylate oder Polyurethane.
DE 197 03 980 beschreibt die Verwendung von biologisch abbaubaren Kunststoffen zur Befestigung von Boden. Hierbei soll eine Bepflanzung des Bodens erreicht werden, durch die dieser stabilisiert wird. Für die Stabilisierung von unbefestigten Wegen sollte die Zersetzung der Kunststoffschicht jedoch gerade vermieden werden.
US 3,719,050 beschreibt die Stabilisierung von Böden unter Verwendung von PoIy- urethan-Prepolymeren. Diese Prepolymere sollen vorzugsweise wasserabweisend sein. Die Aushärtung erfolgt mittels Wasser. Dadurch kommt es zu einem Aufschäumen des Polyurethans, was für die Befestigung von unbefestigten Wegen nachteilig ist. Weiterhin sind die bei der Reaktion der Prepolymere mit Wasser entstehenden PoIy- harnstoffe nicht hydrophob, so dass sie keinen Schutz vor Wasser bieten und auch hydrolytisch zersetzt werden können.
Es bestand die Aufgabe, Verkehrswege sicher zu befestigen und so zu vermeiden, dass es zu einer Aufwirbelung von Partikeln kommt. Weiterhin soll der Verschleiß an den Fahrwegen verringert werden. Die Befestigung sollte nach einem einfachen Verfahren möglich sein und keine Umweltprobleme verursachen. Die Verkehrswege sollten weiterhin so ausgerüstet werden, dass der Angriff durch Wasser minimiert wird.
Die Aufgabe konnte überraschenderweise dadurch gelöst werden, dass sich auf der Oberfläche und/oder im Inneren des Fahrwegs ein hydrophobes Polyurethan befindet.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Befestigung von Fahrwegen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche und/oder in das Innere des Fahrwegs min- destens ein Kunststoff, insbesondere ein hydrophobes Polyurethan, gebracht wird.
In vielen Einsatzfällen, sowohl bei Gleistrassen als auch bei unbefestigten Straßen und Wegen und auch bei der Reparatur von Straßen, ist das Aufbringen des hydrophoben Polyurethans auf die Oberfläche des Verkehrswegs ausreichend. Das Ausbringen des Polyurethans kann im einfachsten Falle dadurch bewerkstelligt werden, dass die flüssigen Einsatzkomponenten des Polyurethans durch Sprühen oder durch Giessen auf den Fahrweg aufgebracht werden, wo sie zum Polyurethan aushärten. Bevorzugt ist das Sprühen, da hierbei weniger Material verbraucht wird. Das Sprühen kann von Fahrzeugen oder auch manuell erfolgen.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere bei dickeren Schichten aus losen Partikeln, wird der Kunststoff in die Schicht eingebracht. Diese Ausführungsform kommt vorzugsweise bei Gleistrassen zum Einsatz.
Dies kann beispielsweise durch Benetzen der Partikel, im Falle von Gleistrassen des Schotters, mit den flüssigen Einsatzkomponenten des Kunststoffs in einem Mischer und Ausbringen der benetzten Partikel auf den Verkehrsweg, wo die Einsatzkomponenten zum Polyurethan aushärten, geschehen.
Bei den losen Steinen handelt es sich bevorzugt um Schotter, wie er zur Herstellung von Gleisbetten üblicherweise verwendet wird. Die Größe der Schottersteine hängt von der Belastung der Gleise ab. Üblicherweise liegt die Größe der Schottersteine etwa zwischen 30 und 70 mm. Sie bestehen vorzugsweise aus Hartgestein, wie Basalt.
Als Mischer für die Vermischung der Schottersteine mit den Ausgangskomponenten des Kunststoffs können prinzipiell alle Arten von Mischern eingesetzt werden, mit denen eine weitgehend vollständige Benetzung der Schottersteine mit den flüssigen Ausgangskomponenten des Kunststoffs möglich ist. Als besonders geeignet haben sich Mischer erwiesen, die aus einem offenen Behälter, beispielsweise einer Trommel, die vorzugsweise mit Einbauten versehen ist, bestehen. Zur Vermischung kann entweder die Trommel in Drehung versetzt oder die Einbauten bewegt werden. Derartige Mischer sind bekannt und werden beispielsweise in der Bauindustrie zur Herstellung von Betonmischungen eingesetzt.
Zum Aufbringen der Mischung auf die zu befestigende Fläche kann es vorteilhaft sein, den Mischer an einem Fahrzeug, beispielsweise einem Traktor, einem Frontlader, einem LKW oder einem Schienenfahrzeug anzubringen. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Mischung jeweils zu dem Platz transportiert werden, an dem sie aufgebracht werden soll. Nach dem Entleeren des Mischers kann die Mischung bei Bedarf manuell, beispielsweise mittels Harken, zum Erreichen des gewünschten Aufbaus verteilt werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Mischung der Steine mit den flüssigen Ausgangskomponenten des Kunststoffs kontinuierlich. Dazu werden die Steine und die flüssigen Ausgangskomponenten des Kunststoffs kontinuier- lieh in den Mischer eingetragen und die benetzten Steine kontinuierlich ausgetragen. Bei dieser Verfahrensweise muss darauf geachtet werden, dass die Einsatzstoffe so lange im Mischer verbleiben, dass eine ausreichende Benetzung der Steine erfolgen kann. Zweckmäßigerweise kann eine solche Mischvorrichtung in einer solchen Geschwindigkeit an dem zu befestigenden Gleisbett entlang bewegt werden, dass die mit den flüssigen Ausgangskomponenten des Kunststoffs benetzten Steine in einer solchen Menge aus dem Mischer ausgetragen werden, wie sie benötigt werden. Es ist auch möglich, die kontinuierliche Mischeinrichtung stationär zu betreiben und die aus dem Mischer ausgetragenen benetzten Steine zu dem gewünschten Ort zu transportieren.
In einer weiteren Ausführungsform der kontinuierlichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Mischer eine rotierende Trommel sein, in die kontinuierlich Steine eingebracht werden. Diese Trommel ist mit Düsen bestückt, die kontinuierlich die Ausgangskomponenten des Kunststoffes auf den Steinen verteilen. Die Rotati- on der Trommel sorgt hierbei für eine gute Durchmischung von Kunststoff und Steinen. Durch eine Öffnung am Ende der Trommel werden dann kontinuierlich Kunststoff/ Stein-Verbunde ausgetragen. Die rotierende Trommel kann dabei horizontal, aber auch in verschiedenen Winkeln geneigt sein, um den Austrag zu fördern.
In einer weiteren Ausführungsform des kontinuierlichen Verfahrens werden die Steine kontinuierlich auf einem Förderband, welches durch einen Tunnel gefahren wird, transportiert. Dieser verfügt über Öffnungen, über die kontinuierlich die Ausgangsstoffe des Kunststoffes auf die Steine ausgetragen werden. Am Ende des Förderbandes fallen die benetzten Steine auf die Gleistrasse oder in eine offene Trommel, die mit einstellbarer Fördergeschwindigkeit den Verbund auf die Gleistrasse austrägt. Vorzugsweise ist das gesamte Schotterbett mit dem Kunststoff befestigt. Es ist auch möglich, nur die obere Schicht des Schotterbetts, vorzugsweise bis 20 cm, mit dem Kunststoff zu befestigen. Auch bei dieser Ausführungsform kann entweder das Schotterbett zunächst ohne Kunststoff aufgeschüttet und danach die flüssigen Ausgangs- komponenten des Kunststoffs aufgebracht werden oder zunächst nur ein Teil des Schotterbetts aufgeschüttet und darauf, wie oben beschrieben, eine Schicht von mit den flüssigen Ausgangskomponenten des Kunststoffs vermischten Steinen aufgebracht werden.
Als Kunststoffe können Polyurethane, Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, Acry- late und Methacrylate eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als Kunststoffe hydrophobe, im wesentlichen kompakte Polyurethane eingesetzt.
Zu den bevorzugt verwendeten hydrophoben Polyurethanen ist folgendes zu sagen.
Als Aufbaukomponenten der hydrophoben Polyurethane werden ganz allgemein Verbindungen mit freien Isocyanatgruppen und Verbindungen mit Gruppen, die mit Isocy- anatgruppen reaktiv sind, verstanden. Gruppen, die mit Isocyanatgruppen reaktiv sind, sind zumeist Hydroxylgruppen oder Aminogruppen. Bevorzugt sind Hydroxylgruppen, da die Aminogruppen sehr reaktiv sind und das Reaktionsgemisch daher rasch verarbeitet werden muss. Die durch Umsetzung dieser Aufbaukomponenten gebildeten Produkte werden im folgenden allgemein als Polyurethane bezeichnet.
Beim Aufbringen der Aufbaukomponenten für die hydrophoben Polyurethane ist es nicht erforderlich, dass die Deckschicht der unbefestigten Straße oder die Steine des Gleisbetts trocken vorliegen. Überraschenderweise gelingt es auch bei Vorliegen von nassen Steinen, eine gute Haftung zwischen dem Polyurethan und den Steinen zu erhalten. Die Aushärtung des hydrophoben Polyurethans kann sogar unter Wasser erfolgen, da dass auch Pfützen auf den unbefestigten Straßen das Ausbringen des Polyurethans nicht wesentlich beeinträchtigen.
Als Polyisocyanate können prinzipiell alle bei Raumtemperatur flüssigen Polyisocya- nate, Mischungen und Prepolymere mit mindestens zwei Isocyanatgruppen eingesetzt werden.
Vorzugsweise kommen aromatische Polyisocyanate zum Einsatz, besonders bevorzugt Isomere des Toluylendiisocyanats (TDI) und des Diphenylmethandiisocyanats (MDI), insbesondere Mischungen aus MDI und Polyphenylenpolymethylenpolyisocya- naten (Roh-MDI). Die Polyisocyanate können auch modifiziert sein, beispielsweise durch den Einbau von Isocyanuratgruppen und insbesondere durch den Einbau von Urethangruppen. Die letztgenannten Verbindungen werden durch Umsetzung von Po- lyisocyanaten mit einem Unterschuss an Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen hergestellt und üblicherweise als NCO-Prepolymere bezeichnet. Ihr NCO-Gehalt liegt zumeist im Bereich zwischen 2 und 29 Gew.-%.
Nachteilig bei der Verwendung von aromatischen Polyisocyanaten ist die unzureichende Farbstabilität der daraus hergestellten Polyurethane. Zumeist kommt es mit der Zeit zu einer deutlichen Vergilbung der Polyurethane. Bei Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen es auf eine hohe Farbstabilität ankommt, ist daher die Verwendung von aliphatischen Polyisocyanaten bevorzugt. Bevorzugte Vertreter sind Hexamethylendiisocyanat (HDI) und Isophorondiisocyanat (IPDI). Auf Grund der hohen Flüchtigkeit der aliphatischen Polyisocyanate werden diese zumeist in Form ihrer Umsetzungsprodukte, insbesondere als Biurete, Allophanate oder Isocyanurate eingesetzt.
Als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen werden zumeist mehrfunktionelle Alkohole, sogenannte Polyole, oder, weniger bevorzugt, mehrfunktionelle Amine eingesetzt.
Die Hydrophobie der eingesetzten Polyurethane kann insbesondere durch Zusatz von hydroxylfunktionellen fettchemischen Komponenten zu mindestens einer der Ausgangskomponenten des Polyurethansystems, bevorzugt zur Polyolkomponente, bewirkt werden.
Es sind eine Reihe von hydroxylfunktionellen fettchemischen Komponenten bekannt, die verwendet werden können. Beispiele sind Rizinusöl, mit Hydroxylgruppen modifizierte Öle wie Traubenkernöl, Schwarzkümmelöl, Kürbiskernöl, Borretschsamenöl, Sojaöl, Weizenkeimöl, Rapsöl, Sonnenblumenöl, Erdnussöl, Aprikosenkernöl, Pista- zienkernöl, Mandelöl, Olivenöl, Macadamianussöl, Avocadoöl, Sanddornöl, Sesamöl, Haselnussöl, Nachtkerzenöl, Wildrosenöl, Hanföl, Distelöl, Walnussöl, mit Hydroxylgruppen modifizierte Fettsäureester auf Basis von Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Vaccensäure, Petroselinsäure, Gadoleinsäure, Erucasäure, Nervonsäure, Linolsäure, Linolensäure, Stearidonsäure, Arachidonsäure, Timnodonsäure, Clupano- donsäure, Cervonsäure. Bevorzugt eingesetzt werden hierbei das Rizinusöl und des- sen Umsetzungsprodukte mit Alkylenoxiden oder Keton-Formaldehyd-Harzen. Letztgenannte Verbindungen werden beispielsweise von der Bayer AG unter der Bezeichnung Desmophen® 1 150 vertrieben.
Eine weitere bevorzugt eingesetzte Gruppe von fettchemischen Polyolen kann durch Ringöffnung epoxidierter Fettsäureester bei gleichzeitiger Umsetzung mit Alkoholen und gegebenenfalls folgenden weiteren Umesterungsreaktionen gewonnen werden. Der Einbau von Hydroxylgruppen in Öle und Fette erfolgt in der Hauptsache durch Epoxydierung der in diesen Produkten enthaltenen olefinischen Doppelbindung gefolgt von der Umsetzung der gebildeten Epoxidgruppen mit einem ein- oder mehrwertigen Alkohol. Dabei wird aus dem Epoxidring eine Hydroxylgruppe oder bei mehrfunktionel- len Alkoholen eine Struktur mit einer höheren Anzahl an OH-Gruppen. Da Öle und Fet- te meist Glyzerinester sind, laufen bei den oben genannten Reaktionen noch parallele Umesterungsreaktionen ab. Die so erhaltenen Verbindungen haben vorzugsweise ein Molekulargewicht im Bereich zwischen 500 und 1500 g/mol. Derartige Produkte werden beispielsweise von der Firma Henkel angeboten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als kompaktes Polyurethan ein solches eingesetzt, das herstellbar ist durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocya- natgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen mit mindestens zwei reaktiven Wasserstoffatomen mindestens ein fettchemi- sches Polyol und mindestens ein mit Phenol modifiziertes aromatisches Kohlenwasserstoffharz, insbesondere ein Inden-Cumaron-Harz enthalten. Diese Polyurethane sowie ihre Aufbaukomponenten weisen eine derart hohe Hydrophobie auf, dass sie prinzipiell sogar unter Wasser zu aushärten können.
Als mit Phenol modifizierte aromatisches Kohlenwasserstoffharze mit einer endständigen Phenolgruppe, werden vorzugsweise mit Phenol modifizierte Inden-Cumaron- Harze, besonders bevorzugt technische Gemische von aromatischen Kohlenwasserstoffharzen verwendet, insbesondere solche, die als wesentlichen Bestandteil Verbindungen der allgemeinen Formel (I)
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mit n von 2 bis 28 enthalten. Derartige Produkte sind handelsüblich und werden beispielsweise von der Firma Rütgers VFT AG unter dem Handelsnamen NOVARES® angeboten.
Die mit Phenol modifizierten aromatischen Kohlenwasserstoffharze, insbesondere die mit Phenol modifizierten Inden-Cumaron-Harze, weisen zumeist einen OH-Gehalt zwischen 0,5 und 5,0 Gew.-% auf.
Vorzugsweise werden das fettchemische Polyol und das mit Phenol modifizierte aromatische Kohlenwasserstoffharz, insbesondere das Inden-Cumaron-Harz in einem Gewichtsverhältnis von 100 : 1 bis 100 : 50 eingesetzt. Gemeinsam mit den genannten Verbindungen können weitere Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen eingesetzt werden. Auf Grund ihrer hohen Hydrolysebeständigkeit sind Polyetheralkohole bevorzugt. Diese werden nach üblichen und bekannten Verfahren, zumeist durch Anlagerung von Alkylenoxiden an H-funktio- nelle Startsubstanzen, hergestellt. Die mitverwendeten Polyetheralkohole haben vorzugsweise eine Funktionalität von mindestens 3 und eine Hydroxylzahl von mindestens 400 mgKOH/g, vorzugsweise mindestens 600 mgKOH/g, insbesondere im Bereich von 400 bis 1000 mgKOH/g. Ihre Herstellung erfolgt auf üblichem Wege durch Umsetzung von mindestens dreifunktionellen Startsubstanzen mit Alkylenoxiden. Als Startsubstan- zen können vorzugsweise Alkohole mit mindestens drei Hydroxylgruppen im Molekül eingesetzt werden, beispielsweise Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Saccharose. Als Alkylenoxid wird vorzugsweise Propylenoxid eingesetzt.
Der Reaktionsmischung können weitere übliche Bestandteile zugesetzt werden, bei- spielsweise Katalysatoren und übliche Hilfs- und Zusatzstoffe. Insbesondere sollten der Reaktionsmischung Trockenmittel, beispielsweise Zeolithe, zugesetzt werden, um die Anreicherung von Wasser in den Komponenten und damit ein Aufschäumen der Polyurethane zu vermeiden. Der Zusatz dieser Stoffe erfolgt vorzugsweise zu den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen. Die- se Abmischung wird in der Technik häufig als Polyolkomponente bezeichnet. Zur Verbesserung der Langzeitstabilität der Verbundstoffe ist es weiterhin vorteilhaft, Mittel gegen den Angriff von Kleinlebewesen zuzusetzen. Außerdem ist der Zusatz von UV- Stabilisatoren vorteilhaft, um eine Versprödung der Formkörper zu vermeiden.
Die eingesetzten Polyurethane können prinzipiell ohne die Anwesenheit von Katalysatoren hergestellt werden. Zur Verbesserung der Aushärtung können Katalysatoren mitverwendet werden. Als Katalysatoren sollten vorzugsweise solche ausgewählt werden, die eine möglichst lange Reaktionszeit bewirken. Dadurch ist es möglich, dass die Reaktionsmischung lange flüssig bleibt. Prinzipiell ist es, wie beschrieben, möglich, auch ganz ohne Katalysator zu arbeiten.
Die Kombination der Polyisocyanate mit den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen sollte in einem solchen Verhältnis erfolgen, dass ein stöchiometrischer Überschuss an Isocyanatgruppen, vorzugsweise von mindestens 5 %, insbesondere im Bereich zwischen 5 und 60 % vorliegt.
Die bevorzugt eingesetzten hydrophoben Polyurethane zeichnen sich durch eine besonders gute Verarbeitbarkeit aus. So zeigen diese Polyurethane eine besonders gute Haftung, insbesondere auf feuchten Substraten wie nassem Gestein, insbesondere Granitschotter. Die Aushärtung der Polyurethane erfolgt trotz der Anwesenheit von Wasser praktisch kompakt. Die eingesetzten kompakten Polyurethane zeigen auch bei dünnen Schichten eine vollständig kompakte Aushärtung. Damit sind die bevorzugt eingesetzten Polyurethane hervorragend zur Befestigung von Verkehrswegen geeignet. Der Verbund zwischen Gestein beziehungsweise Sand und Polyurethan ist sehr fest. Weiterhin kommt es, insbesondere bei Einsatz sehr hydro- phober Polyurethane, zu praktische keinem hydrolytischen Abbau der Polyurethane und somit zu einer sehr langen Haltbarkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren befestigten Verkehrswegen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise die PoIy- isocyanate mit den Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen gemischt und diese Mischung mit den Steinen vermischt. Prinzipiell könnten auch beide Ausgangskomponenten des Polyurethans getrennt den Steinen zugegeben und gemeinsam mit diesen vermischt werden. In diesem Falle kann es jedoch zu einer ungleichmäßigen Vermischung und damit zu unzureichenden mechanischen Eigenschaf- ten des Polyurethans kommen.
Die Vermischung der Ausgangskomponenten des Polyurethans kann auf bekannte Weise erfolgen. Im einfachsten Falle können die Komponenten im gewünschten Mengenverhältnis in ein Gefäß, beispielsweise einen Eimer, gegeben, durch einfaches Um- rühren gemischt und danach in der Mischeinrichtung mit den Steinen vermischt werden. Es ist auch möglich, die Ausgangskomponenten des Polyurethans in einem in der Polyurethanchemie üblichen Mischorgan, beispielsweise einem Mischkopf, zu mischen und diese Mischung mit den Steinen in Kontakt zu bringen.
Die Befestigung von Verkehrswegen mit den hydrophoben Polyurethanen hat eine Reihe von Vorteilen.
Die Befestigung hat eine höhere Lebensdauer, benötigt einen geringeren Reparaturaufwand und führt zu einer höheren Verkehrssicherheit als andere Kunststoffe für die- sen Verwendungszweck. Durch ihre Hydrophobie werden Frostschäden deutlich unterdrückt, und es findet auch kein spürbarer hydrolytischer Abbau statt. Regenwasser läuft von den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren befestigten Verkehrswegen ab.
Die Polyurethane verursachen keine ökologischen Probleme, daher kann man prinzi- piell nicht nur Straßenbeläge, sondern auch Waldwege mit diesen Polyurethanen befestigen. Gegebenenfalls könnten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch unbefestigte Strassen oder Pisten, beispielsweise Start- und Landepisten für Flugzeuge, beschichtet werden. Dort kann das Aufwirbeln von Staub zu Schäden an den Triebwerken führen. Die Befestigung von Schotterbetten mit den hydrophoben Polyurethanen führt zu Zeit- und Kostenersparnissen bei Bahnfahrten, da die Züge mit regulärer Geschwindigkeit fahren können, ohne dass es zu Schäden führt.
Gegenüber dem Tieferlegen des Gleisbettes ist das Verfahren deutlich kostengünstiger, da der Kleber direkt mit den Schottersteinen ausgebracht werden kann.
Das hydrophobe System kann, im Gegensatz zu den bisher verwendeten Kunststoffen auch bei Regen und auf feuchtem Untergrund, verarbeitet werden. Daraus ergibt sich ein nicht unerheblicher wirtschaftlicher Vorteil, da Wartezeiten bei feuchtem Wetter entfallen.
Trotz der Härte der Verklebung bleibt die Wasserdurchlässigkeit von erfindungsgemäß behandelten Schotterbetten aufgrund der punktuellen Verklebung der Steine voll erhal- ten. Selbst bei starken Regenfällen verhindert dies das Risiko einer Auswaschung. Auswaschungen und Frostschäden werden so wirkungsvoll verhindert, besonders das Auswaschen ist bei einem hydrophoben PU-System noch geringer als bei einem nicht hydrophoben Kunststoff.
Mit dem beschriebenen Vermischen der Steine mit den flüssigen Ausgangskomponenten des Kunststoffs hat man den Vorteil eines einzigen Verfahrensschrittes, was wiederum die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Befestigung von Fahrwegen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche und/oder in das Innere des Fahrwegs mindestens ein Kunststoff, gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrweg eine unbefestigte Strasse ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrweg das Schotterbett einer Gleistrasse ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein hydrophobes Polyurethan ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein hydrophobes Polyurethan ist, das unter Verwendung von aromatischen Polyiso- cyanaten hergestellt wurde.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein hydrophobes Polyurethan ist, das unter Verwendung von aliphatischen Polyiso- cyanaten hergestellt wurde.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff auf die Oberfläche des Verkehrswegs aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff in das Innere des Verkehrswegs eingebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die losen Steine des Verkehrswegs mit den flüssigen Ausgangskomponenten des Kunststoffs in einem Mischer vermischt und diese Mischung auf den Verkehrsweg aufgebracht wird.
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