БАЛЛАСТНАЯ ПРИЗМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Полезная модель относится к путевому хозяйству и может быть использована при строительстве, реконструкции и ремонте железнодорожного пути.
Известны балластные призмы железнодорожного пути, плечи и/или откосы которых включают щебеночный слой, верхняя часть которого выполнена омоноличенной полимерным связующим на основе битума (Нагель Г. Применение битума при строительстве железнодорожного пути. Ежемесячный бюллетень международной ассоциации Железнодорожных конгрессов, 1963, №7, С. 70; US 4267085 A; EP 1025312 B1) или синтетического латекса (RU 2475580 C2).
Недостатком указанных известных балластных призм является их низкая технологичность, связанная с необходимостью предварительного перемешивания связующего со щебнем перед укладкой щебня на основание.
Известны балластные призмы железнодорожного пути, плечи и/или откосы которых включают щебеночный слой, верхняя часть которого выполнена омоноличенной путем заливки полимерным связующим на основе бутадиен-стирольного латекса (SU 633978 A1; US 3788883 A).
Для омоноличивания щебеночного слоя известных балластных призм на достаточную глубину требуется его многократный полив указанным полимерным связующим. Кроме того, недостатком перечисленных известных балластных призм является высокая остаточная деформация балластного слоя, вызванная низкой адгезией бутадиен-стирольного латекса в связи с отсутствием в сополимере функциональных групп.
Известны также балластные призмы железнодорожного пути, плечи и/или откосы которых включают щебеночный слой, верхняя часть которого выполнена омоноличенной путем заливки полимерным связующим на основе полиуретана (GB 2361731 A; WO 02/16695 A1; US 2007172590 A; RU 108455 U1; RU 2447220 C1; RU 100777 U1).
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является известная балластная призма железнодорожного пути, плечи и/или откосы которой включают щебеночный слой, верхняя часть которого выполнена омоноличенной путем заливки полимерным связующим на основе полиуретана (RU 100777 U1 - прототип).
Использование связующего на основе полиуретана позволяет осуществить заполнение всех пустот в омоноличенной части щебеночного слоя плеч и откосов балластной призмы, глубина которого составляет 5-7 см, что эффективно предотвращает аэродинамический подъем щебня воздушным потоком при организации высокоскоростного движения. Однако для усиления плеча и откоса балластной призмы в кривых участках пути радиусом менее 350 м со стороны наружной рельсовой нити глубины омоноличенной части щебеночного слоя, составляющей 5-7 см, недостаточно.
Известная балластная призма имеет также следующие технологические недостатки.
Изготовление омоноличенной части щебеночного слоя в условиях присутствия на поверхности щебня влаги (в результате выпавшей росы или прошедшего дождя) уменьшает адгезию связующего к щебню и снижает тем самым защитные свойства омоноличенной части щебеночного слоя. Кроме того, при использовании связующего на основе полиуретана достигается заполнение отвержденным связующим всех пустот в омоноличенной части щебеночного слоя, что не позволяет при ремонте или реконструкции железнодорожного пути с вырезкой балласта повторно использовать щебень, омоноличенный путем заливки полимерным связующим на основе полиуретана.
Техническая задача предлагаемой полезной модели состоит в создании балластной призмы железнодорожного пути, лишенной указанных недостатков.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является усиление плеча и/или откоса балластной призмы, а также улучшение ее технологичности.
Указанный технический результат достигается тем, что в балластной призме железнодорожного пути, плечи и/или откосы которой включают щебеночный слой, верхняя часть которого выполнена омоноличенной путем заливки полимерным связующим, верхняя часть щебеночного слоя выполнена омоноличенной путем заливки полимерным связующим на основе водной дисперсии акрилового сополимера, содержащей 60-71% сухого вещества и имеющей вязкость по Брукфильду от 0,1 до 3,0 Па·с, а глубина омоноличенной части щебеночного слоя составляет не менее 30 см.
В результате омоноличивания верхней части щебеночного слоя плеч/или откосов балластной призмы путем заливки полимерным связующим на основе водной дисперсии акрилового сополимер образуются эластичные полимерные связки только в местах контактов зерен щебня, которые препятствуют значительному перемещению зерен щебня относительно друг друга, а также сколам и износу в местах контактов зерен щебня. После снятия нагрузки зерна щебня возвращаются в исходное положение. Отсутствие в омоноличенной части щебеночного слоя заполнения связующим всех пустот позволяет при ремонте или реконструкции железнодорожного пути с вырезкой балласта повторно использовать омоноличенный щебень.
В качестве полимерного связующего на основе водной дисперсии акрилового сополимера могут быть использованы различные промышленно выпускаемые синтетические водные дисперсии акриловых сополимеров, например, сополимеров акриловой или метакриловой кислоты с различными алкилакрилатами и алкилметакрилатами (метилакрилатом, этилакрилатом, бутилакрилатом, 2-этилгексилакрилатом, метилметакрилатом, этилметакрилатом, бутилметакрилатом и пр.). Наличие функциональных групп в таком сополимере, используемом для омоноличивания в виде водной дисперсии с высоким содержанием сухого вещества (60-71%), обеспечивает необходимую прочность сцепления с зернами щебня и значительно повышает устойчивость пути при расходе на обработку 1 погонного метра откоса и плеча балластной призмы на глубину 30 см в кривых участках пути до 5,8 кг. При снижении в водной дисперсии содержания сухого вещества (менее 60%) расход полимерного связующего увеличивается, а прочность омоноличенной части щебеночного слоя снижается. Увеличение содержания сухого остатка свыше 71% приводит к разрушению дисперсной системы.
Изготовление омоноличенной части щебеночного слоя в условиях присутствия на поверхности щебня влаги не уменьшает адгезию к щебню связующего на основе водной дисперсии акрилового сополимера, поскольку само связующее является водным.
Использование связующего на основе водной дисперсии акрилового сополимера, имеющей вязкость по Брукфильду от 0,1 до 3,0 Па·с, обеспечивает проникновение полимерного связующего в тело балластной призмы до достижения глубины омоноличенной части щебеночного слоя не менее 30 см, заведомо достаточного для предотвращения аэродинамического подъема щебня воздушным потоком при организации высокоскоростного движения. Глубина омоноличенной части щебеночного слоя 30 см (в отличие от 5-7 см по прототипу) достаточна для обеспечения необходимого поперечного сопротивления сдвигу бесстыкового пути в кривых участках пути радиусом менее 350 м со стороны наружной рельсовой нити, т.е. для усиления плеча и/или откоса балластной призмы на этих участках, подвергаемых особенно сильному деформационному воздействию. Глубина омоноличенной части щебеночного слоя менее 30 см обеспечит предотвращение аэродинамического подъема щебня воздушным потоком при организации высокоскоростного движения, но не позволит усилить плечи и откосы балластной призмы. Использование связующего на основе водной дисперсии акрилового сополимера, имеющей вязкость по Брукфильду от 0,1 до 3,0 Па с, обеспечивает проникновение полимерного связующего в тело балластной призмы и на большую глубину. Глубина омоноличенной части щебеночного слоя, таким образом, может быть увеличена в некоторых случаях вплоть до высоты всего щебеночного слоя. Дополнительно водная дисперсия акрилового сополимера может содержать гидрофобизаторы (например, «Пента-811», http://www.penta-91.ru/waterproof-811.htm) и загустители (например, полисахарид Сараксан, RU 2252033 C1, RU 2362793 C2).
В результате проведенных испытаний установлено, что предлагаемая балластная призма не разрушается и не теряет своих свойств под механическим воздействием поездов, в том числе высокоскоростных, и при характерных для железных дорог химических воздействиях (например, в результате протечки масел, смазок и пр.). Омоноличенный слой щебня, как показали испытания, не теряет своих свойств в температурном интервале, по крайней мере, от +55 до -160°C. Таким образом, свойства предлагаемой балластной призмы являются стабильными при любых климатических условиях.
Омоноличивание верхней части щебеночного слоя предлагаемой балластной призмы может быть осуществлено путем заливки полимерным связующим как вручную с использованием поливочных средств, например, самотеком (с помощью садовых леек, леек-флейт и др.) или под давлением (по гидроруковам к ручным приспособлениям с форсунками и др.), так и с использованием соответствующих машин, оборудования.
Предлагаемая балластная призма и балластная призма-прототип были испытаны в соответствии со стандартным методом контроля усиления плеча и откоса балластной призмы. Испытанию подвергались по 25 образцов для каждой из балластных призм (с использованием щебня фракции 25 мм при расходе полимерного связующего 3 мас.% на 100 мас.% щебня).
Испытания состояли в следующем: по 5 образцов подвергали циклическому воздействию температуры 50°C в течение 2 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры (всего 25 циклов); по 5 образцов подвергали циклическому воздействию температуры минус 60°C в течение 2 часов с последующим нагревом до комнатной температуры (всего 25 циклов); по 5 образцов выдерживали в воде в течение 28 суток; по 10 образцов выдерживали при нормальных условиях по ГОСТ 15150-69.
Образцы, подвергнутые воздействию температуры и воды, а также по 5 образцов без воздействий испытывали на изгиб до разрушения по трехточечной схеме.
-4
По результатам испытаний вычисляли значение условной прочности, МПа, при изгибе=4,5×10 P, где P - значение силы при разрушении образца, H.
После исключения для каждой группы образцов из пяти значений самого высокого и самого низкого значения из оставшихся трех значений определяли среднее. Далее определяли снижение прочности (в %) после температурных воздействий и воздействия воды.
Для всех образцов балластной призмы по предлагаемой полезной модели значение условной прочности при изгибе было более 1,4 МПа (при норме не менее 1,3 МПа), а снижение условной прочности после воздействий не превышало 4% (при норме не выше 5%).
Образцы балластной призмы-прототипа были признаны не прошедшими испытания, т.к. ни один из них не достиг минимально установленного значения условной прочности при изгибе 1,3 МПа.