制備道渣的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備用于鐵路軌道鋪設(shè)、道路建造、堤壩建造和堤岸保護(hù)的道渣的方法，其中將道渣石料鋪開以形成道渣，并在鋪開的道渣石料之間施加由組分通過低壓方法制備而成的用于制備聚氨酯泡沫的反應(yīng)混合物。
【專利說明】制備道渣的方法
[0001]本發(fā)明涉及ー種制備用于鐵路軌道鋪設(shè)、道路建造、堤壩建造和堤岸保護(hù)的道渣(ballast)的方法，所述道渣具有高穩(wěn)定性和長(zhǎng)的使用壽命，所述道渣由道渣石料和基于聚異氰酸酯和含有異氰酸酯反應(yīng)性基團(tuán)的化合物的反應(yīng)混合物的聚氨酯泡沫組成。
[0002]近幾年，對(duì)鐵路軌道鋪設(shè)和道路建造中使用的道渣的需求大大增加。其中ー個(gè)原因當(dāng)然是是人口流動(dòng)和貨物運(yùn)輸?shù)钠毡樵鲩L(zhǎng)。特別是軌道交通包含了日益増加比例的具有大軸載重(axle load)的高速列車。由其引起的巨大位移力經(jīng)軌道傳送給枕木，并由枕木傳送給道渣。石料形成隨時(shí)間而改變，并且各個(gè)道渣石料發(fā)生變形、移位和磨圓，因此軌道位置發(fā)生變化，并且必須定期進(jìn)行成本密集且耗時(shí)的修復(fù)工作。
[0003]過去已經(jīng)記載了通過摻入塑料來加固道渣的多個(gè)方法(DD-A86201、DE-A3941142、DE-A19711437、DE-A19651755、DE-A3821963、DE-A19811838)。
[0004]DE-A2063727描述了ー種減少由于橫向位移力引起的橫向軌道鼓出的方法。在此情況中，將粘合劑以高粘性塑料的形式噴涂至道渣床上，并且將道渣石料在接觸點(diǎn)上膠粘在一起。ー種可能的替代方案為通過注入以2-組分合成樹脂形式的粘合劑使道渣石料進(jìn)行2-維膠粘。
[0005]DE-A2305536描述了ー種通過引入膨脹劑——其隨后固化——來提高軌道枕木和道路表面的方法。所述膨脹劑為例如多組分塑料，如聚氨酯泡沫。通過使用填裝探頭經(jīng)枕木中的孔施加所述液體塑料。
[0006]JP-A8157552描述了在水分存在下固化且用于穩(wěn)定石料塊堆的聚氨酯樹脂的制備。該聚氨酯樹脂使用芳族聚異氰酸酷、單官能聚醚和氨基引發(fā)的聚醚制備以及通過噴涂方法施加。
[0007]EP-A1979542描述了ー種鞏固道渣的方法，其中將道渣石料鋪開以形成道渣，并且在鋪開的道渣石料之間施加用于制備聚氨酯泡沫的異氰酸酯組分和多元醇組分的反應(yīng)混合物。
[0008]EP-A2150652描述了在道渣床支架中部分或完全原位發(fā)泡的方法，其中將反應(yīng)性組分加入使其混合的高壓混合頭中，并且將由高壓混合頭排出的自由流動(dòng)的反應(yīng)性混合物施加至道渣支架的表面。
[0009]上述方法的共同特征為，它們制造僅可非選擇性地借助塑料穩(wěn)定化的道渣。此外，在某些情況下，上述方法依賴相對(duì)復(fù)雜的施用技術(shù)，或該操作在高壓下進(jìn)行以徹底混合反應(yīng)組分。特別地，不存在使催化劑或活化劑的比例靈活變化以適應(yīng)道渣深度、孔隙度或溫度的改變的可能性。在此應(yīng)用中，通常使用具有在混合物中的極其不同的比例的組分的化學(xué)體系，例如，I份催化劑:100份多元醇組合物。在高壓技術(shù)中這些體系不可能以足夠速度和準(zhǔn)確度被調(diào)整為其他比例?；蛘?，需要具有更加復(fù)雜設(shè)計(jì)的高壓混合頭以及需要在所施用的軌道車輛上的已受限的空間內(nèi)容納額外的c存容器。
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種用于制造使軌道上工作速率更快且需要較不復(fù)雜設(shè)備的道渣的改善方法。此處的問題是催化劑或活化劑一其與泡沫體系的其他反應(yīng)性組分相比以極小比例使用一的用量必須適應(yīng)快速改變的條件，例如在彎道弧度或點(diǎn)上，或適應(yīng)其他道渣組合物或不同的基礎(chǔ)設(shè)施，例如信號(hào)設(shè)備。外部條件中的類似的變化還需要快速改變道路建造、堤壩建造或堤岸保護(hù)中的活化劑和催化體系。這種變化不應(yīng)引起在應(yīng)用進(jìn)程(例如從ー個(gè)枕木至下ー個(gè)枕木)中的中止或延遲。
[0011]出人意料地，該目的可通過提供以下描述的本發(fā)明方法得以實(shí)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明提供ー種制備用于鐵路軌道鋪設(shè)、道路建造、堤壩建造和堤岸保護(hù)的道渣的方法，其中
[0013]I)將道渣石料鋪開以形成道渣，以及
[0014]2)在鋪開的道渣石料之間施加由組分通過低壓方法制備而成的用于制備聚氨酯泡沫的反應(yīng)混合物。
[0015]優(yōu)選地，所述反應(yīng)混合物同時(shí)使用幾個(gè)低壓混合頭進(jìn)行施加。
[0016]本發(fā)明方法的優(yōu)勢(shì)在干，不需實(shí)施其他方法步驟或使用其他設(shè)備可以將極小的量與大的量混合。
[0017]特別地當(dāng)使用低壓機(jī)器時(shí)，用于制備聚氨酯泡沫的組分以使組分均勻混合的混合比例進(jìn)行使用。低壓機(jī)器的使用還使得可以加工快速反應(yīng)的PUR體系，由此實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的方法。具體地，可以快速地適應(yīng)由于軌道床外部條件中的變化而引起變?yōu)楸匦璧牧鲝街械淖兓⑶也恍枰~外的中間貯存容器。此外，低壓技術(shù)允許一部分更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。
[0018]此外，PUR體系的加工性能可以通過以下更加詳細(xì)描述的原材料優(yōu)化以滿足需求。因此，ー個(gè)可能的實(shí)施方法是使用澆注技術(shù)使道渣進(jìn)行部分發(fā)泡。此外，所用聚氨酯泡沫的機(jī)械性能可以在寬范圍內(nèi)變化。所用PUR泡沫的優(yōu)勢(shì)在于良好的壓縮硬度(compressionhardness)(以10%的壓縮形變)( 1.0kPa)和拉伸強(qiáng)度 0.1MPa)，加上低的永久變形(PS (40%, 25 0C，5mi n) く 0.01%)。
[0019]位于道渣石料之間的聚氨酯泡沫優(yōu)選可由以下物質(zhì)獲得
[0020]a) ー種或多種異氰酸酯化合物，其選自:NC0含量為28至50重量％的聚異氰酸酷；和NCO含量為10至48重量％的NCO預(yù)聚物，其由NCO含量為28至50重量％的聚異氰酸酯和羥基數(shù)為6至112的聚醚多元醇、羥基數(shù)為113至1100的聚氧亞烷基二醇或羥基數(shù)為645至1850的亞烷基二醇或它們的混合物組成，以及
[0021]b)多元醇組分，其由ー種或多種羥基數(shù)為6至112且官能度為1.8至8的聚醚多元醇組成，在下列組分的存在下
[0022]c)基于反應(yīng)組分b)至g)計(jì)的0至26重量％的ー種或多種擴(kuò)鏈劑，其具有的羥基數(shù)或胺值為245至1850以及官能度為1.8至8，
[0023]d)基于反應(yīng)組分b)至g)計(jì)的0.05至5重量％的ー種或多種發(fā)泡劑，
[0024]e)基于反應(yīng)組分b)至g)計(jì)的0至5重量％的ー種或多種催化劑，
[0025]f)基于反應(yīng)組分b)至g)計(jì)的0至50重量％的ー種或多種填料，以及
[0026]g)基于反應(yīng)組分b)至g)計(jì)的0至25重量％的一種或多種助劑和/或添加劑，
[0027]反應(yīng)混合物的指數(shù)為70至130。
[0028]在加工方面，調(diào)節(jié)用于制備聚氨酯泡沫的反應(yīng)混合物以使得其可以低壓技術(shù)(例如通過澆注法)使用。例如，可通過特定調(diào)整反應(yīng)混合物的反應(yīng)性進(jìn)行道渣的部分發(fā)泡。這種部分發(fā)泡ー方面使得可以選擇性地加強(qiáng)特別在受壓區(qū)域(例如彎道、負(fù)載耗散區(qū))中的道渣，另一方面使液體(例如水)不受限制地排出。過慢的反應(yīng)的作用將會(huì)是反應(yīng)混合物流入土壌中或道渣床的邊緣區(qū)域中。過快的反應(yīng)的作用將會(huì)是反應(yīng)混合物不會(huì)在散裝材料層中滲入足夠的深度。例如，對(duì)于具有約40cm的道渣高度的軌道體系，反應(yīng)混合物的引發(fā)時(shí)間應(yīng)為I至20秒,優(yōu)選5至10秒，以及固化時(shí)間(solidification time (curing time))為15至45秒,優(yōu)選15至30秒,更長(zhǎng)的固化時(shí)間是可能的但不經(jīng)濟(jì)。
[0029]所用的聚氨酯泡沫應(yīng)優(yōu)選具有至少1.0kpa的壓縮硬度(以10%的壓縮形變)和至少0.1Mpa的拉伸強(qiáng)度。此外，應(yīng)優(yōu)選具有至多0.01%的永久變形(PS) (40%, 25 V，5min)以及良好的對(duì)氣候和水解的穩(wěn)定性。所用的聚氨酯泡沫還應(yīng)該具有的特點(diǎn)在于，最小可能含量的可揮發(fā)的和可遷移的成分。
[0030]聚氨酯泡沫在原則上可以不同方式制備，例如，通過ー鍋法或預(yù)聚物方法。在ー鍋法中，一井加入所有組分，例如多元醇、聚異氰酸酷、擴(kuò)鏈劑、發(fā)泡劑、催化劑、填料和/或添加劑，并且將其充分混合。
[0031]在預(yù)聚物方法中，第一步是通過將一部分多元醇與全部的聚異氰酸酯反應(yīng)制備NCO預(yù)聚物，隨后將剰余的多元醇和任意的擴(kuò)鏈劑、發(fā)泡劑、催化劑、填料和/或添加劑加入所得的NCO預(yù)聚物中并充分混合。
[0032]在本發(fā)明方面，一個(gè)特別優(yōu)選的方法是將組分以至少兩個(gè)、特別優(yōu)選三個(gè)質(zhì)量流混入攪拌槽內(nèi)，該攪拌槽尺寸適應(yīng)于所需的混合時(shí)間和待混合的物質(zhì)。或者,所述混合物可借由靜態(tài)混合器或摩擦混合器制備。
[0033]1.異氰酸酯組分作為第一質(zhì)量流。
[0034]2.混有除催化劑或活化劑的所有剩余組分的多元醇組分作為第二質(zhì)量流，例如一種或多種多元醇組分和任選共同使用的擴(kuò)鏈劑、發(fā)泡劑、填料、助劑物質(zhì)和/或添加剤。(該混合物不是絕對(duì)必需的，因?yàn)檫€可以將與聚異氰酸酯不相容且不與其參與反應(yīng)的組分納入所述聚異氰酸酯組分中。)
[0035]3.催化劑或活化劑(催化劑組分)作為第三質(zhì)量流。
[0036]在I至50巴、優(yōu)選在2至20巴(低壓范圍)的壓カ下混合三種組分(異氰酸酯組分、多元醇組分和催化劑組分)。
[0037]優(yōu)選使用沿著軌道車輛上帶有的三個(gè)貯存容器(兩個(gè)大的(用于異氰酸酯和多元醇組分))和一個(gè)小的(用于催化劑組分)。從這三個(gè)容器(或在不需要催化劑的某些情況下僅有兩個(gè))，可以在施用過程中，視需要(改變道渣床和/或護(hù)軌的條件，例如彎道弧度、點(diǎn)和其他基礎(chǔ)設(shè)施條件，即與規(guī)定的上部結(jié)構(gòu)脫離)，通過低壓技術(shù)容易且快速地調(diào)整反應(yīng)混合物中的組分的用量。
[0038]優(yōu)選將借由低壓技術(shù)形成的反應(yīng)混合物通過澆注方法施加至道渣石料，并且所述反應(yīng)混合物在重力下流向道渣床底部，通過低壓裝置進(jìn)行各個(gè)組分或組分混合物的進(jìn)料、配料和混合。通常將所加入的混合物的量配比使得聚氨酯泡沫具有的自由發(fā)泡密度(freefoam density)為 20 至 800kg/m3,優(yōu)選 30 至 600kg/m3 以及特別優(yōu)選 50 至 300kg/m3。通常在20至80°C、優(yōu)選在25至40°C的范圍內(nèi)對(duì)施加于道渣石料的反應(yīng)混合物的起始溫度進(jìn)行選擇。在反應(yīng)混合物加入之前對(duì)道渣石料任選地進(jìn)行干燥和加熱。取決于反應(yīng)組分、加入的催化劑和溫度控制，泡沫的固化時(shí)間可為15至45秒，優(yōu)選15至30秒。更長(zhǎng)的固化時(shí)間是可能的但不經(jīng)濟(jì)。
【權(quán)利要求】
1.制備用于鐵路軌道鋪設(shè)、道路建造、堤壩建造和堤岸保護(hù)的道渣的方法，其中 1)將道渣石料鋪開以形成道渣，以及 2)在鋪開的道渣石料之間施加由組分通過低壓方法制備而成的用于制備聚氨酯泡沫的反應(yīng)混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)混合物借由幾個(gè)低壓混合頭進(jìn)行施加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)混合物在I至50巴的壓カ范圍內(nèi)由存在于至少兩種組分物料流中的組分制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述反應(yīng)混合物由異氰酸酯組分、多元醇組分和催化劑組分在低壓混合器中制備，三種組分各自以組分物料流的形式進(jìn)料至低壓混合器中。
【文檔編號(hào)】E01B1/00GK103492638SQ201280015011
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月24日
【發(fā)明者】A·霍夫曼, T·厄維, U·梅爾, 漢斯-吉多·沃茨, T·克萊納, R·布什 申請(qǐng)人:拜耳知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司, 拜耳材料科技(中國)有限公司