| JP2007120044 | SLEEPER |
| JP2008069512 | SLEEPER FOR RAILROAD |
| JP2005009190 | VIBRATION-ISOLATION SLEEPER |
ACHLER, Rainer Ernst-Günter (Kirchhöfer Grund 60, Melsungen-Kirchhof, 34212, DE)
GÄRLICH, Hermann (Domblick 5, Gerwisch, 39175, DE)
ACHLER, Rainer Ernst-Günter (Kirchhöfer Grund 60, Melsungen-Kirchhof, 34212, DE)
| ANSPRÜCHE 1. Betonschweiie mit einer unterseitigen Kunststoff-Besohlung, mit einem Betonkörper (12), der eine Unterseite (14) aufweist, und einer Kunststoffplatte (18), die an der Unterseite (14) des Betonkörpers (12) angeordnet ist, wobei die ein- oder mehrlagige Kunststoff platte (18) mit dem Betonkörper (12) durch eine Wirrfaserschicht (16) verbunden ist, die Fasern aufweist, welche mit der Kunststoffplatte (18) verbunden und/oder in den Betonkörper (12) eingebettet sind, d a d u rch g e ke n n ze i ch n et , dass die Wirrfaserschicht (16) Fasern mit einem Durchmesser zwischen 15 prn und 50 μιη sowie mit einer Dichte von 20 bis 200 Fasern je Quadratmillimeter aufweist und dass etwa 20 % bis 60 % der Fasern mit in den Betonkörper (12) eingebetteten freien Enden und die eingebetteten Faserabschnitte der anderen Fasern als Schlingen ausgebildet sind, wobei etwa 10 % bis 60 % der in dem Beton eingebetteten freien Faserenden relativ zur Unterseite (14) des Betonkörpers (12) um 30° bis 90° gekrümmt sind. 2. Betonschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen im wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen, wobei das Seitenverhältnis der Ellipse nicht größer ais 1:2 ist. 3. Betonschwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern affin zu den für den Betonkörper (12) bei dessen Herstellung verwendeten Komponenten sind. 4. Verfahren zur Herstellung einer Betonschwelle (10) mit einer unterseitig an diese angebundenen, Fasern aufweisenden Wirrfaserschicht (16), d a d u rch g e ke n nzeic h n et , dass Faserenden infolge des Hydratationssoges des Betons bei dessen Abbinden in Kapillar- und/oder Gelporen des Betons gelangen und im abgebundenen Zustand des Betons in diesem gehalten sind. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirrfaserschicht (16) auf ihrer der Unterseite (14) der Betonschweile (10) abgewandten Seite mit einer ein- oder mehrlagigen Kunststoffpiatte ( 18) verbunden wird, und zwar entweder vor oder nach der Verbindung der Wirrfaserschicht ( 16) mit der Betonschwelle ( 10), 6. Betonschwelle mit einer nach Anspruch 4 verbundenen Wirrfaserschicht (16) . 7. Betonschwelle nach Anspruch 6 mit einer nach Anspruch 5 mit der Wirrfaserschicht ( 16) verbundenen Kunststoff platte (18). |
Die Erfindung betrifft eine Betonschwelle mit unterseitig an diese angebundener Wirrfaserschicht und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Betonschwelle. Bei bekannten Verbundsystemen zwischen textilen Faserstrukturen und Beton, wie zum Beispiel bei der Besohlungen von Bahnschwellen aus Spannbeton bzw. Beton sind technische Lösungen bekannt, bei denen Fasern mit den Betonkonstruktionen kraftschlüssig verbunden werden. Gemäß EP-B-1 298 252 werden zum Beispiel elastische Kunststoffschichten mittels einer Wirrfaserschicht an der Unterseite von Bahnschwelien derart fixiert, dass eine textile Wirrfaserschicht sowohl in oder auf der Kunststoffschicht verklebt oder verschweißt ist und im Beton durch Einbindung der Fasern in den Zementmörtel oder einen separat aufgetragenen Verbundstoff, z.B. Kleber verbunden wird. Als Wirrfaserschichten zur Verbindung zwischen den als Beispiel benannten Bahnschwellen und einer elastischen Schwellenbe- sohlung werden z.B. Geotextil- bzw. Vliesstoffe verwendet.
Die Mehrzahl bekannter Vliese und auch anderer Verbindungsmedien wie z.B. Geotextilviiesstoffe verfügen lediglich über eingeschränkte Eigenschaften kraftschlüssiger, die Funktionalität eines Verbundes uneingeschränkt bewirkender Applikationen.
Kunststoffgeflechte mit steifen Faserstrukturen können beispielsweise die Mineralstrukturen im Frischbeton nicht so intensiv um verlagern, dass alle Verbindungsstrukturen vollständig im Beton eingebunden sind. Es entstehen Fehlstellen zwischen Verbundmedium und Beton, die zum Beispiel ein definiertes Elastizitätsverhalten beeinträchtigen, bei Wasserzutritt zu Pumpeffekten führen und die Gefügestruktur im Beton stören.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betonschwe!le mit einer unterseitigen Kunststoff-Besohlung, die sich einfach herstellen lässt und deren Kunststoff- Besohlung zuverlässig an den Betonkörper der Betonschwelle mechanisch angebunden ist sowie ein Herstellungsverfahren für eine solche Betonschwelle anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Betonschwelle mit einer unterseitigen Kunststoff-Besohlung vorgeschlagen, die versehen ist mit
einem Betonkörper, der eine Unterseite aufweist, und
einer Kunststoffplatte, die an der Unterseite des Betonkörpers angeordnet ist,
wobei die ein- oder mehrlagige Kunststoffplatte mit dem Betonkörper durch eine Wirrfaserschicht verbunden ist, die Fasern aufweist, welche mit der Kunststoffplatte verbunden und/oder in den Betonkörper eingebettet sind.
Bei dieser Betonschwelie ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Wirrfaserschicht Fasern mit einem Durchmesser zwischen 15 pm und 50 prn sowie mit einer Dichte von 20 bis 200 Fasern je Quadratmillimeter aufweist und
- dass etwa 20 % bis 60 % der Fasern mit in den Betonkörper eingebetteten freien Enden und die eingebetteten Faserabschnitte der anderen Fasern als Schlingen ausgebildet sind,
wobei etwa 10 % bis 60 % der in dem Beton eingebetteten freien Faserenden relativ zur Unterseite des Betonkörpers um 30° bis 90° gekrümmt sind. Erfindungsgemäß weisen die Fasern einen im Wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt auf, wobei das Seitenverhältnis der Ellipse nicht größer als 1 : 2 ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Fasern affin zu den für den Betonkörper bei dessen Herstellung verwendeten Komponenten.
Es hat sich herausgestellt, dass bekannte Vliese und vliesähnliche Wirrfaser- materialien wie z.B. Filze (hergestellt durch Vernadeiung, Appreturen, Faserverläufe und Faserformen) nur bedingt geeignet sind, selbstständig vom Frischbeton durch den Im Abbindeprozess des Betons auftretenden Hydratationssog derart angebunden zu werden, dass die anforderungsgerechte Applikation gewährleistet ist.
Bei der Erfindung wird für die Herstellung der Betonschwelle mit unterseitiger Kunststoff-Besohlung als mechanische Verbindung zwischen diesen beiden Elementen eine spezielle Fasern aufweisende Wirrfaserschicht verwendet, so dass die Faserenden in Folge des Hydratationssoges des Betons bei dessen Abbinden in Kapillar- und/oder Gelporen des Betons gelangen und im abgebundenen Zustand des Betons in diesem gehalten sind. Dabei kann die Wirrfaserschicht auf ihrer der Unterseite der Betonschwelie abgewandten Seite mit einer ein- oder mehrlagigen Kunststoff platte verbunden werden, und zwar entweder vor oder nach der Verbindung der Wirrfaserschicht mit dem Betonkörper,
Ferner wird mit der Erfindung eine Betonschwelle vorgeschlagen, die gemäß obigem Verfahren hergesteilt ist und vorzugsweise mit einer mit der Faserschicht mechanisch fest verbundenen Kunststoffplatte als unterseitige Besoh- lung versehen ist. Aus der Erkenntnis, dass Frischbeton unter definierbaren Rezeptur- und Verarbeitungsbedingungen einen Hydratationssog entwickelt, sind also erfindunsgernäß die Wirrfaserschicht und der Beton so aufeinander abgestimmt, dass der Hydratationssog die verbindenden Faserstrukturen in den Frischbeton einsaugt.
Zur technischen Nutzung dieses Hydratationssoges sind die nachfolgenden betontechnologischen, zementchemischen, textiltechnischen und applikationsspezifischen Kriterien in ihrem zusammenhängenden Wirkprozess als erfin- dungsgemäße Lösung definiert.
Die Hydratation als Reaktion zwischen Wasser und Zement bewirkt die Bildung des Zementsteins. Einige der Hauptbestandteile des Zements, die beim Brennen der Ausgangsstoffe entstehen und in der Klinkerphase eine weitere Modifi- zierung erfahren, bewirken unterschiedliche Reaktionsabläufe zwischen dem Anmachwasser und eben diesen Zementbestandteilen.
Insbesondere bewirken Tricalciumaluminat und Tricalciumsilicat eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit und die Festigkeitsentwicklung des Zementsteins. Der Calciumsulfatanteil (Gips) beeinflusst bzw. verzögert die Wirkung des Tri- calciumaluminats. Erfindungsgemäß ist bei der Eignungsprüfung für die Be- tonrezeptierung durch die Wahl der Zementsorte das Verfahren zu modifizieren bzw. zu optimieren . Der Frischbeton erfährt durch einen hohen Gehalt an Tricalciumaluminat und dessen Zusammenwirken mit den Eigenschaften der anderen KÜnkerbestand- teile (im Wesentlichen Tricalciumsilikat, Dicalciums ' tlikat und Tetracalciurn- aluminatferrit) des noch nicht im Abbinde- und Erhärtungsstadium befindlichen Frischbetons die Eigenschaft, feine faser- und folienartige Calciumsiiicathydrate und kleine Kristalle aus Calciumhydroxyd zu bilden. Weiterhin entstehen bei Reaktion der Aluminate mit Caiciumsuifat die Cal- ciumaluminatsulfathydrate als nadeiförmige Trisuifate, das so genannte Ettrin- git. Die Reaktion des Tricalciumaluminats mit den Caiciumsulfaten ist mit einer Volumenvergrößerung verbunden, die im noch nicht erstarrten Beton insoweit folgenlos ist, als ein Ettringittreiben nicht entsteht.
Die Volumenvergrößerung bewirkt jedoch in dem in der Bildung befindlichen Zementgel und den darin enthaltenen Kapillar- und Gelporen den als solchen bezeichneten Hydratationssog.
Dieser Hydratationssog wird, soweit bekannt, in keiner bekannten Betontechnologie als verfahrenstechnischer Vorteil genutzt. Ausschließlich bei der Appli- kation von Nachbehandlungsmitteln im Betonstraßenbau ist die Nutzung ähnliche Effekte bekannt.
Erfindungsgemäß wird für die gezielte Einbindung von Fasern in die Frischbetonoberfläche der betontechnologische Hydratationssog technisch und wirt- schaftlich genutzt.
Die Gelporen sind mit einem Anteil von vorzugsweise etwa 25 % des Gelvolumens und einem Porenradius von 10 "7 mm bis 10 ~5 mm geeignet, Fasern eines auf den Frischbeton aufgelegten Materials anzusaugen, wenn diese Fasern gegenüber den Kapillar- und Gelporen eine konkludente Struktur und Beschaffenheit aufweisen . Die Kapillar- und Gelporen weisen im Allgemeinen eine zylindrische Form auf und verjüngen sich mit zunehmender Porentiefe zu so genannten Flaschenporen. Die zur Nutzung des Hydratationssoges geeigneten Fasern müssen dahingehend konkludent sein, dass sie sowohl im zylin- drischen, als auch im verjüngenden Teil der Poren erfindungsgemäß eindringen können. Die Kapiiiarporen mit Porenradien zwischen insbesondere 10 "5 mm bis 10 '1 mm ergänzen die Gelporen in der Porengröße nahezu ohne technisch nachteilig wirkenden Übergang,
Bei den am Beispiel einer Schwellenbesohlung verwendeten Geotextilien wird eine Wirrfaserstruktur aus PE bzw. PET mit Faserdurchmessern von insbesondere ca. 20 pm bis 40 pm verwendet, Diese Faserdurchmesser und die verwendete Faserdichte von zweckmäßigerweise 40 bis 130 Fäden/mm 2 bietet die für das Ansaugen der Fasern erforderliche Kompatibilität zwischen Hydratationssog, Kapillar- und Gelporen, Faserdurchmesser und Faserdichte.
Als weitere Bedingungen zur Wirksamkeit der eigenständigen Aufnahme von Fasern definierter Faserstärke und Faserdichte infolge Hydratationssog sind die freie Faserlänge, die geometrische Form der Fasern und ihre Querschnittsgestaltung sowie deren Ausrichtung und Affinität gegenüber dem Anmachwasser sowie dem Zementgei erfindungsgemäß definierbar. Dies betrifft zum Beispiel solche Geotextile oder andere Wirrfaserstrukturen bzw. Fasermaterialien, die in deren Herstellungsprozess hydrophob ausgestattet werden oder/und durch die Verdüsung einen der Hydratationsporengeometrie nicht verträglichen z.B. rechteckigen Querschnitt haben.
Danach sollten die für die Einbindung in den Beton verfügbaren Fasern in einem definierten Anteil von vorzugsweise 20% bis 50 % freie Enden besitzen. Nur ein begrenzter Anteil von vorzugsweise weniger als 50 % der Fasern sollte als Schlinge ausgebildet sein. Die freien Enden der Fasern sollten nicht aus- schließlich gerade verlaufen; ein Anteil von z. B. 10 % bis 60 % sollte derart gekrümmt sein, dass der Krümmungswinkel mindestens 30°, jedoch nicht mehr als 90° beträgt.
Der Faserquerschnitt sollte kreisrund bis elliptisch sein, wobei das Seitenver- hältnis der Ellipse nicht größer als 1 : 2 sein sollte. Die Fasern selbst sollten von Rückständen der Faser- oder Gewirkherstellung befreit sein, die eine Affinität zum Zementleim, zum Gel oder zum Anmachwasser beeinträchtigen könnten . Ais Materialien für die Fasern kommen die bekannten Kunststofffasermaterialien (z.B. Thermoplaste wie PE oder PET), Metalle (Metallfasern) oder auch nachwachsende bzw. pflanzliche Rohstoffe in Frage.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung, die einen Querschnitt durch eine Betonschwelie mit unterseitig über eine Wirrfaserschicht mechanisch angebun- dener elastischer Kunststoffplatte zeigt, ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnung ist beispielhaft eine Betonschweile 10 mit einem bewehrten, schlaff bewehrten oder nicht bewehrten Beton-(voll-)körper 12, der an seiner Unterseite 14 eine teilweise in diese eingebettete Wirrfaserschicht 16 aufweist, die durch Verkleben oder Verschweißen oder auf andere Art mechanisch mit einer ein- oder mehrlagigen Kunststoffplatte 18 verbunden ist. Der in der Zeichnung aus Gründen der verständlicheren Darstellung eingezeichnete Abstand zwischen der Unterseite 14 des Betonkörpers 12 und der Kunststoffplatte 18 braucht nicht notwendigerweise vorhanden zu sein.
Bei den als Schwelienbesohiung bezeichneten unterseitigen elastischen Be- schichtungen von Bahnschwelien aus Beton bzw. Spannbeton werden in die elastischen Beschichtungsmaterialien Wirrfaserschichten mit definierten Faser- eigenschaften eingeschmolzen.
Diese Wirrfaserschichten verfügen nach einseitig etwa hälftiger Einbindung in die elastischen Materialien über einen nicht eingebundenen, von den elastischen Materialien aufragenden Faseranteil zur Anbindung an die Betonschwel- len. Dieser freie Faseranteil besteht aus Faserenden und Faserschlingen, Die Faserschiingen werden beim Auflegen auf den Frischbeton einer in der Fertigung befindlichen Betonschwelle vom Zementleim umschlossen und führen zu einer Grundfestigkeit der Anbindung,
Mit dieser Grundfestigkeit lassen sich Abreißfestigkeiten zwischen dem Beton und der elastischen Beschichtung von etwa 0,3 N/mm 2 bis 0,5 N/mm 2 erreichen , Diese Werte liegen im Grenzbereich der technischen Anforderungen von Bahnbetreibern und deren Regelwerken,
Die technische Nutzung des Hydratationssoges zur kraftschlüssigen Einbindung freier Faserenden in den Frischbeton führt zu Abreißfestigkeiten von über 1,5 N/mm 2 und ermöglicht damit die Sicherung hoher Qualitätsansprüche der Bahnen und eine optimale Systemredundanz,
Bei Faserdurchmessern von ca. 25 pm bis ca, 40 pm und einer Faserdichte zwischen 40 und 130 Fasern je mm 2 sowie der Verwendung calciumsulfat- armer Zemente werden die freien Faserenden in den in der Bildung befindlichen Ettringlt unter Nutzung des Hydratationssoges angesaugt, Die im Um- feld der hierdurch entstehenden Matrix aus Fasern und Zementleim unter atmosphärischem Druck befindliche Luft dient nur bedingt als Rezipient Ein weiterer technischer Zusammenhang besteht zur Hydratationsenergie. Damit besteht auch die Möglichkeit unter Bedingungen geminderten Luftdrucks (z.B. Vakuumbeton) nach diesem Prinzip elastische Kunststoffe an Betonschwellen zu applizieren.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer Betonschwelle als Anwendungsfall eines Betonbauteils erläutert. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung damit aber auf Betonschwellen nicht beschränkt ist, sondern Anwendung überall dort findet, wo der Betonkörper eines Betonbauteils mit einer Kunststoffplatte mechanisch verbunden werden muss.