MASSE FOR POURING UNDER THE RAILS AND ITS MANUFACTURING METHOD

Abstract: 1. An under-rail casting compound containing bitumen, an elasticizing component and a filler, characterized in that it contains from 25 to 67.8% by weight bitumen from 2 to 10% by weight rubber from 30 to 60% by weight silicon carbide, boron carbide, titanium carbide, cubic boron nitride, titanium boride or mixtures of these compounds having a hardness on the extended Moh's hardness scale of greater than 10 as filler and from 0.2 to 5% by weight aramide fibers, steel fibers, mineral fibers or carbon fibers.

Description: Schienenuntergussmasse und Verfahren zu ihrer Herstellung Schienenuntergussmassen werden im Schienenunterbau zur Lagerung, Schall- und Schwingungsdämpfung eingesetzt. Gleichzeitig wird auch der Betonunterbau vor Zerstörung durch die alternierende Stossbeanspruchung geschützt. Als Schienenuntergussmassen werden vergiessbare bituminöse Massen verwendet, die aus speziellen Bitumensorten, wie Hochvakuumbitumen (HVB) und Oxidationsbitumen, und einer elastifizierenden Komponente, wie z. B. bestimmte Kautschuke, Altgummi, beispielsweise in mikronisierter Form, und einem Füllstoff wie Gesteinsmehl, vorzugsweise Quarz, bestehen. Die Schienenuntergussmassen werden im innerstädtischen Verkehr zum Einbau für Schienen von Strassenbahnen benutzt. Sie werden auch gegebenenfalls für die Schienenlagerung mit Zugfernverkehr eingesetzt. Der Unterbau bei der Befestigung der Schienen unterliegt einer enormen Druckbeanspruchung, insbesondere im innerstädtischen Verkehr und Nahverkehr, wo eine kurze Zugfolge üblich ist. Selbst bei energievernichtenden Dämmaterialien wird der Unterbau über Jahre hinaus irreparabel verformt und gegebenenfalls sogar zu Staub vermahlen, so dass bei starker Verkehrsbelastung, in Kurven, bei Gefällestrecken etc. innerhalb kurzer Zeit eine Sanierung erforderlich wird. Unter derartigen Bedingungen können Unterbauerneuerungen schon nach 2-3 Jahren notwendig werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Neuverlegung der Untergussmasse sehr kostspielig ist, da die Schienen wiederum aus- und eingebaut werden müssen. Es ist weiterhin ein besonderer Nachteil, dass bei der Erneuerung der 3chit3nenuntergusslllasse jedesmal der Verkehr unterbrochen oder umgeleitet werden muss. Die Widerstandsfestigkeit von Schienenuntergussmassen ist eine Funktion der Verformbarkeit bei den Gebrauchstemperaturen von -200C bis 600C. Die Verarbeitungstemperatur von 2500C, die durch den verwendet.eii Bitumen bestimmt wird, erfordert weiterhin eine gute Thermostabilität der elastifizierenden Komponente, so dass das Rückstellvermögen im Langzeitvergleich praktisch konstant bleibt. In der GB-A-1 247 171 wird eine Beschichtung für eine Strasse beschrieben, welche ein Gemisch aus einem Bitumen und Teilchen von Siliciumcarbid enthält. Dieses Gemisch soll eine gute Reflexion aufweisen. Schienenuntergussmassen werden in dieser Druckschrift nicht beschrieben. In der DE-A-3 141 539 wird eine Korrosionsschutzfolie beschrieben, welche zum Aufschmelzen auf Stahlbleche geeignet ist und Bitumen und Fasern enthält. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schienenuntergussmasse zur Verfügung zu stellen, die eine längere Haltbarkeit als die bekannten, derzeit in der Praxis verwendeten, Massen aufweist. Die erfindungsgemässe Masse soll weiterhin einen hohen Elastizitätsmodul besitzen. Ein hoher Elastizitätsmodul bewirkt, dass die Widerstandfähigkeit verbessert wird. Die erfindungsgemässe Masse soll ausserdem eine ausreichende Abriebsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Wasserbeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit (kein Quellen oder Schrumpfen), eine geringe Wärmeausdehnung, eine ausreichende Oxidationsbeständigkeit, eine leichte Verarbeitbarkeit und eine gute Bindemittelverträglichkeit aufweisen. Die erfindungsgemässe Schienenuntergussmasse soll ausserdem korrosionsbeständig gegenüber aggressiven Chemikalien, wie Laugen und Säuren, sein. Uberraschenderweise wurde jetzt gefunden, dass eine Schienenuntergussmasse hergestellt werden kann, die die oben aufgeführten Forderungen erfüllt, wenn man in die Schienenuntergussmasse als Füllstoffmaterial ein Metallcarbid, Titan- oder Bornitrid einarbeitet. Eine besonders bevorzugte erfindungsgemässe Schienenuntergussmasse enthält zusätzlich noch nichtbrennbare Fasern. Gegenstand der Erfindung ist eine Schienenuntergussmasse, enthaltend Bitumen, eine elastifizierende Komponente und einen Füllstoff, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie 25 bis 67,8 Gew.-% Bitumen, 2 bis 10 Gew.-% elastifizierende Komponente, 30 bis 60 Gew.-% Siliciumcarbid, Borcarbid, Titancarbid, kubisches Bornitrid, Titanborid oder Gemische dieser Verbindungen mit einer Härte nach der erweiterten Mohsschen Härteskala über 10 als Füllstoff und 0,2 bis 5 Gew.-% thermostabile Fasern enthält. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Schienenuntergussmasse, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man in einem Rührwerk das Bitumen auf eine Temperatur im Bereich von 180 bis 2500C erhitzt, zu der Bitumenmasse die elastifizierende Komponente zugibt und unter Rühren und Erhitzen dispergiert, die Masse so lange rührt, bis sie knötchenfrei und hochelastisch ist, danach den Füllstoff und gegebenenfalls anschliessend die Fasern hinzugibt und weiterrührt, bis man eine homogene Masse hat. Uberraschenderweise zeigt es sich, dass die erfindungsgemässe Schienenuntergussmasse eine wesentlich verbesserte Widerstandsfähigkeit, verglichen mit den bekannten SchienenunterguBmassen, aufweist. Die er findungsgemäBe Schienenuntergussmasse besitzt einen hohen Elastizitätsmodul, was bewirkt, dass sie während längerer Zeit verwendet wer den kann, ohne dass sie ausgetauscht werden muss. Dies bringt wesentliche wirtschaftliche Vorteile mit sich. Sie zeigt insbesondere eine hohe Abriebsfestigkeit und und Korrosionsbeständigkeit, auch gegenüber aggressiven Chemikalien, wie Laugen und Säuren, und eine hohe Wasserbeständigkeit. Die Temperaturwechselbeständigkeit der erfindungsgemässen Masse ist besonders gut. Die erfindungsgemässe Masse ist weiterhin auf leichte Weise zu verarbeiten, sie ist sehr oxidationsbeständig und ihre Wärmeausdehnung ist gering. Die erfindungsgemässe Schienenuntergussmasse enthält Bitumen. Als Bitumenkomponente können die Bitumensorten und -gemische, die in der Vergangenheit für Schienenuntergussmassen eingesetzt wurden, verwendet werden. Bevorzugt wird eine standfeste Masse aus Oxidationsbitumen, vorzugsweise Oxidationsbitumen 85/25 und Hochvakuumbitumen (HVBj, vorzugsweise HVB 90/100 oder 95/105 eingesetzt. Diese Bitumen sollen im Verhältnis von 1:2 eingesetzt werden. Für den Fachmann ist es leicht ersichtlich, die entsprechenden Verhältnisse zu bestimmen und die geeigneten Bitumensorten auszuwählen. Als elastifizierende Komponente wird in der erfindungsgemässen Masse Kautschuk verwendet. Bevorzugt wird ein Sequenz-EPDM-Kautschuk eingesetzt. Es handelt sich um ein Terpolymerisat, welches aus Ethylen, Propylen und einem nicht konjugierten Dien, wie beispielsweise Ethylidennorbornen (EN), hergestellt wird. Das Produkt kann beispielsweise nach dem Ziegler-Natta-Verfahren im Einstufenverfahren hergestellt werden. Ein bevor zugtes Sequenz-Polymeres enthält ca. 30 Gew.-* Propylen und ca. 7 Doppelbindungen auf 1000 Kohlenstoffatome. Es enthält zusätzlich einen Stabilisator. Derartiger Kautschuk ist im Handel erhältlich und wird in verschie denen Lieferformen, wie leicht gepresste Ballen, Krümel oder Pulver, konfektioniert und auch so eingesetzt. In der erfindungsgemässen Masse ist jedoch der Kautschuk nicht auf den oben erwähnten Kautschuk beschränkt, und alle die Kautschuksorten, die in der Vergangenheit für diesen oder einen ähnlichen Zweck eingesetzt wurden, können auch in der erfindungsgemässen Masse verwendet werden. Die erfindungsgemässe Masse enthält weiterhin einen Füllstoff. Die erfindungsgemässe Masse enthält als Füllstoff Siliciumcarbid, Borcarbid, Titancarbid, kubisches Bornitrid, Titanborid oder Gemische dieser Verbindungen. Die Füllstoffe sollen nach der erweiterten Mohsschen Härteskala eine Härte über 10, vorzugsweise über 12, besonders bevorzugt über 131 aufweisen. Eine Härte von 12 nach der erweiterten Mohsschen Härteskala entspricht einer Knoop Härte von K100 2000, eine Härte von 13 nach der erweiterten Mohsschen Härteskala einer Knoop-Härte von K100 1 2400 kp/mm2. Derartige Produkte sind im Handel erhältlich. Es können Produkte mit unterschiedlichen Körnungen verwendet werden. Bevorzugt werden Produkte mit einer Körnung kleiner als 15 Am verwendet. Besonders bevorzugt wird Siliciumcarbid mit einer Härte 13 nach der erweiterten Mohsschen Härteskala eingesetzt. Es handelt sich um ein Produkt, das im Handel erhältlich ist und das im elektrischen Widerstandsofen aus Quarzsand hergestellt wird. Das Produkt fällt mit verschiedenen Körnungen an. Bevorzugt wird ein Typ der Körnung 15 Am verwendet. In der erfindungsgemässen Masse wird zur Erhöhung des Verformungswiderstands ein textiles Armierungsmittel in Form von thermostabilen Fasern, wie Aramidfasern,z.B. Kevlar 49, hochfeste Stahlfasern, Mineralfasern,z.B. S-Glasfasern, Kohlefasern usw. eingesetzt. Diese Fasern sind im Handel erhältlich. Die Fasern müssen hervorragende Bindemittelaffinität, gute mechanische Eigenschaften aufweisen und nicht bzw. schwer entflammbar sein. Sie sollten physiologisch unbedenklich und möglichst unschmelzbar sein. Bevorzugt wird in der erfindungsgemässen Masse eine Kurzschnittkohlefaser verwendet, die sich gut in der Masse homogenisieren lässt. Die erfindungsgemässe Schienenuntergussmasse enthält: 30 bis 68,0 Gew.-%, vorzugsweise über 40 Gew.-% Bitumen; 2 bis 10 Gew.-t elastifizierende Komponente und 30 bis 60 Gew.-% Füllstoff. Gemäss einer bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsform enthält die erfindungsgemässe Schienenuntergussmasse Fasern. 0,2 bis 5 Gew.-% der Bitumenmenge kann in der erfindungsgemässen Masse durch die Fasern ersetzt sein. Bevorzugt enthält die Masse 1 bis 3 Gew.-% nichtbrennbare Fasern. Bevorzugte Rezpturen sind die folgenden: Rezeptur a) 40 - 58 Gew.-% Bitumen 2 - 10 Gew.-% elastifizierende Komponente 30 - 60 Gew.-% Füllstoff, vorzugsweise Siliciumcarbid Rezeptur b) 35 - 57,8 Gew.-% Bitumen 2 - 10 Gew.-% elastifizierende Komponente 30 - 60 Gew.-% Füllstoff, vorzugsweise Siliciumcarbid 0,2 - 5 Gew.-% thermostabile Fasern Eine besonders bevorzugte Rezeptur für die erfindungsge mässe Schienenuntergussmasse ist beispielsweise die folgende: 45,7 Gew.-% Bitumen 4,0 Gew.-% Sequenz-EPDM-Kautschuk 49,8 Gew.-% Siliciumcarbid 0,5 Gew.-% nichtbrennbare Fasern, vorzugs weise Kurzschnittkohlenstoffasern Die Herstellung der erfindungsgenässen Masse erfolgt mit den bekannten Rührwerken, wobei die Qualität der Masse von der homogenen Dispergierung des Kautschuks abhängt. Diese wird durch Erhitzen der Bitumenphase auf eine Temperatur im Bereich von 180 bis 2500C, vorzugsweise 200 bis 2200C vorgenommen. Bevorzugt wird in einer Inertgasatmosphäre gearbeitet. Zur Stabilisierung wird die Faser gegen Ende des Mischvorgangs eingespeist. Es wird eine bei 2100C bis 2500C giessfähige Masse erhalten, die in an sich bekannter Weise verarbeitet werden kann. Nach Fertigung einer Betonwanne und Fixierung der Schiene auf Klötzen wird der Schienenfuss mit der Masse hohlraumfrei untergossen. In der beigefügten Tabelle I sind die Utersuchungsergebnisse dargestellt, die man mit einer bekannten Masse (A), einer Masse, die keine nichtbrennbaren Fasern enthält (B) und der erfindungsgemässen Masse (C) erhält. Bei den Untersuchungen wurde eine Dreiecks schwingung eingeleitet, die durch die Dämpfung als sinusartige Schwingung wirksam wird. Die Auswertung der Versuche bei verschiedenen Prüftemperaturen von -20, +20 und +60 C berücksichtigt die Zahl der LastwechseX bis der Bruchzustand erreicht wird oder ein Abbruch dadurch indiziert ist, dass die Masse sich irreversibel plastisch verformt. Das bedeutet, dass die geforderte Standfestigkeit nicht mehr erfüllt ist. Die nachstehende Tabelle I zeigt die Untersuchungsergebnisse. Tabelle I Probe Nr. Raumdichte Prüftemperatur Anzahl der Verformungsrate Verformungsrate Überlast Art d. Masse (g/cm ) ( C) Lastwechsel am Ende der Be- Lastwechsel Unterlast harrungsphase (%) * (%/Lastw.) A 1,422 - 20 über 105 kein Bruch 0,000052 6,1/1,8 1,425 + 20 3100 17,5 0,0056 6,1/1,8 1,433 + 60 48 25,0 0,52 6,1/1,8 B 1,548 - 20 über 105 kein Bruch 0,00000043 6,1/1,8 1,537 + 20 60000 14,4 0,000016 6,1/1,8 1,540 + 60 99 33,4 0,34 6,1/1,8 C 1,532 - 20 über 5.105 0,058 kein Bruch 0,00000012 6,1/1,8 1,535 + 20 über 105 0,11 kein Bruch dann 0,0000011 6,1/1,8 zunehmende Verf. 1,530 + 60 302 3,25 0,020 6,1/1,8 Zur Bestimmung der Nützlichkeit der Massen beim Legen von Schienen wurde die Eindrucktiefe bestimmt. Die Eindrucktiefe ist ein Mass dafür, wie gut die Masse für den beabsichtigten Zweck geeignet ist. Es wurden die in der folgenden Tabelle II aufgeführten Massen verwendet. Tabelle II Zusammensetzung der Massen EMI10.1 <tb> Bez. <SEP> Bitumina <SEP> Kautschuk <SEP> FGILer <SEP> Faser <tb> L2 <SEP> 85/25 <SEP> 15% <SEP> Buna <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 51 <SEP> % <SEP> - <SEP> HVB <SEP> 30% <SEP> <tb> 85/25 <SEP> 15,2% <tb> L <SEP> 4 <SEP> Buna <SEP> 4% <SEP> 49,8% <SEP> 0,5% <tb> <SEP> HVB <SEP> 30,5% <tb> Die Prüfung der Eindrucktiefe wurde mit einem ebenen Stempel von 100 mmi Grundfläche bei 220C im belasteten Zustand vorgenommen. Die Messung erfolgte in 10-Minuten-Abständen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle Ilidarge- stellt. Tabelle III EMI10.2 <tb> Zeit <SEP> 10' <SEP> 15' <SEP> 20' <SEP> 25' <SEP> 30' <SEP> | <SEP> 40 <SEP> <tb> L <SEP> 2(mm) <SEP> 0,235 <SEP> 0,275 <SEP> 0,300 <SEP> 0,315 <SEP> 0,328 <SEP> | <SEP> 0,35 <SEP> 10,115 <SEP> <tb> L <SEP> 4 <SEP> (mm) <SEP> | <SEP> 0,170 <SEP> | <SEP> 0,173 <SEP> | <SEP> 0,173 <SEP> | <SEP> 0,175 <SEP> | <SEP> 0,190 <SEP> | <SEP> 0,223 <SEP> | <SEP> 0,053 <tb> Aus den Ergebnissen ist klar erkennbar, dass bei der erfindungsgemässen Masse, welche Füllstoff und Fasern enthält, die Eindruck- tiefe um rund ein Drittel geringer ist als bei der Masse, die nur Kautschuk und Füllstoff enthält. Dies war überraschend und hat nicht nahegelegen, zumal die hier vorgelegten Ergebnisse nur einen Zeitraum von 40 Minuten beinhalten. Wenn man beachtet, dass die Massen über Monate hinweg stark beansprucht werden, ist aus diesen Ergebnissen sofort ableitbar, dass die erfindungsgemässe Masse wesentlich besser ist als eine Masse, die nur Kautschuk und Füllstoff enthält. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken. Beispiel 1 In einen Reaktor mit Heizmantel und Rührer wird die Bitumenmasse gegeben. Diese wird auf eine Temperatur im Bereich von 200 bis 220"C erhitzt. Zu der Bitumenmasse gibt man den genannten Kautschuk und rührt diesen bis zur homogenen Verteilung bei optimalem Relaxationsvermögen. Danach wird Siliciumcarbid im Bereich von 5-15run hinzugegeben und bis zur vollständigen Homogenisierung (mindestens 30 Min.) eingerührt. Zu diesem Gemisch gibt man dann Kurzschnittkohlenstoffasern, die ebenfalls homogen verteilt werden müssen (ca. 1 Std.). Die Masse wird in Formen vergossen und als Blöcke ausgeliefert. Durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 210 bis 2500C erhält man eine gut giessfähige Masse. Es wurde die folgende Rezeptur verwendet: Massenzusammensetzung: Bitumen 85/25 15,2 kg Bitumen HVB 90/100 30,5 kg Kautschuk 4,0 kg Siliciumcarbid 49,8 kg Kurzschnittkohlenstoffasern 0,5 kg

Claims: PATENTANSPRCHE 1. Schienenuntergussmasse, enthaltend Bitumen, eine elastifizierende Komponente und einen Füllstoff, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sie 25 - 67,8 Gew.-% Bitumen, 2 - 10 Gew.-% elastifizierende Komponente, 30 - 60 Gew.-% Siliciumcarbid, Borcarbid, Titancarbid, kubisches Bor nitrid, Titanborid oder Gemische dieser Verbindungen mit einer Härte nach der erweiterten Mohsschen Härteskala über 10 als Füllstoff und 0,2 - 5 Gew.-% thermostabile Fasern enthält. 2. Schienenuntergussmasse nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sie als Bitumenkomponente eine standfeste Masse aus Oxidationsbitumen und/oder Hochvakuumbitumen enthält. 3. Schienenuntergussmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sie als elastifizierende Komponente EPDM-Kautschuk enthält. 4. Schienenuntergussmasse nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass sie als Füllstoff Siliciumcarbid, Borcarbid, Titancarbid, kubisches Bornitrid, Titanborid oder Gemische dieser Verbindung mit einer Härte 13, nach der erweiterten Mohsschen Härteskala enthält. 5. Schienenuntergussmasse nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass sie als thermostabile Fasern Kohlenstoffasern, vorzugsweise Kurzschnittkohlenstoffasern enthält. 6. Verfahren zur Herstellung einer Schienenuntergussmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass man in einem Rührwerk das Bitumen auf eine Temperatur, im Bereich von 180 bis 2500C erhitzt, zu der Bitumenmasse die elastifizierende Komponente zugibt und unter Rühren und Erhitzen dispergiert, die Masse solange rührt, bis sie knötchenfrei und hochelastisch ist, danach den Füllstoff und gegebenenfalls anschliessend die Fasern hinzugibt und weiterrührt, bis man eine homogene Masse erhält.

Inventors: KUTHER, JURGEN, DR., Küther, Jürgen, Dr.
Applicants: GEORG BORNER CHEMISCHES WERK FUR DACH- UND BAUTENSCHUTZ GMBH UND CO. KG
Application year: 1984
Main classification: C08L95
IPC codes: C08K3, C08L95