固结交通道路的方法.pdf

本发明涉及一种固结交通道路的方法，其特征在于将至少一种塑料施用于交通道路的表面和/或内部。

1.  一种固结道路的方法，其中将至少一种塑料施用于道路的表面和/或内部。

2.  根据权利要求1的方法，其中道路是未固结的公路。

3.  根据权利要求1的方法，其中道路是轨道的路床。

4.  根据权利要求1的方法，其中塑料是疏水性聚氨酯。

5.  根据权利要求1的方法，其中塑料是用芳族多异氰酸酯制备的疏水性聚氨酯。

6.  根据权利要求1的方法，其中塑料是用脂族多异氰酸酯制备的疏水性聚氨酯。

7.  根据权利要求1的方法，其中将塑料施用于交通道路的表面。

8.  根据权利要求1的方法，其中将塑料引入交通道路的内部。

9.  根据权利要求1的方法，其中将交通道路的松散碎石与塑料的液态原料组分混合并将该混合物施用于交通道路。

固结交通道路的方法
本发明涉及一种固结交通道路，优选铁路轨道、公路和未固结的道路的方法。
交通道路，例如铁路轨道、公路和未固结的道路，主要含有松散颗粒。因此，铁路轨道通常有路床。在未固结的公路和道路的表面上通常有散砂或尘土。经常有必要固结这些颗粒。在铁路轨道的情况下，松散道碴碎石可扬起并因此产生问题。特别是高速列车，例如ICE列车，扬起它们底下的碎石以致车身底板受到损坏。这是因为在很多国家的道床不如在德国埋得深。然而，将它们埋得更深需要额外的费用。
另一问题是未固结的公路和道路的固结问题。这些通常用尘土、矿砂或砂砾覆盖。若在上面驾使，尘土可旋起或碎石可扬起。这导致环境污染也导致车辆变脏，这又能对其产生增加的磨损。飞石也可对行人造成伤害。此外，在未固结的公路上有相当大的应力。尤其可形成车辙。这是不希望的，因为深的车辙导致车辆的损坏并且水可在车辙里聚集而导致道路的毁坏。
又一问题是公路的修复和固结。即使固结的公路也易遭受磨损，可导致筑路所用材料的松散。这里，完全修复经常是昂贵并费时的。
现有技术公开了许多固结这类交通道路的可能性。在固结铁路轨道的地区，目前道碴粘结技术是既定技术。粘结用于防止道碴扬起、稳定道床并在轨道施工过程中保护运行的轨道。在该方法中，通常先将轨道道碴施用于道碴床。然后用自固化粘合剂以喷雾法润湿道碴。常用的粘合剂是环氧化物粘合剂，但也可使用丙烯酸酯粘合剂和聚氨酯。
因此，WO 2004/079094描述了通过与塑料粘结并在碎石路床内部施用插入物来固结碎石床，例如铁路路堤。
DE 197 29 348描述了一种在轨道施工中制备密闭、可排水的碎石路面的方法。道碴上层以填充材料的窝洞充填层覆盖。填充材料还可以最大10cm高的一层在道碴上施用。所用填充材料是粒度为1-16mm的散装材料，其颗粒用塑料膜覆盖。例如，将环氧树脂或聚氨酯用作粘合剂。
DE 198 11 838描述了一种固结道碴床的方法和设备。将一种液体固结材料注入道碴床。该固结材料还可为聚氨酯。类似的方法还描述于US4156440中。
CH 595512描述了一种稳定和减振铁路轨道的方法，其中将能发泡的聚氨酯混合物引入道床，在该处固化成泡沫。
通过施用塑料固结松散土也是已知的。已知松石层可用塑料固结，例如在开矿中或为了固结表面。可使用不同的塑料，例如聚酯、聚丙烯酸酯或聚氨酯。
DE 197 03 980描述了使用可生物降解塑料来固结土壤。这里对土壤进行种植，以此稳定所述土壤。为稳定未固结的道路，尤其需要避免塑料层分解。
US 3,719,050描述了使用聚氨酯预聚物稳定土壤。这些预聚物应优选是防水的。通过水进行固化。这引起对未固结道路的固结不利的聚氨酯发泡。此外，在预聚物与水的反应中形成的聚脲不是疏水性的，以致它们不提供防水保护并且也可能水解分解。
目的是安全地固结交通道路并以此避免颗粒扬起。此外，意欲降低道路上的磨损。固结应可以通过简单的方法进行并不应造成任何环境问题。此外，应处理交通道路以使水侵袭减到最少。
如果疏水性聚氨酯在道路表面和/或内部存在，则可惊人地达到该目的。
本发明涉及一种固结道路的方法，其中将至少一种塑料，尤其是疏水性聚氨酯施用于道路的表面和/或内部。
在很多应用中，在轨道和在未固结的公路和道路两种情况下以及在公路的修复中，将疏水性聚氨酯施用于交通道路表面就够了。在最简单的情况下，聚氨酯的施用可通过将聚氨酯的液态原料组分通过喷雾或通过浇注至道路进行，在该处它们固化而得到聚氨酯。因为由此消耗较少原料而优选喷雾。喷雾可通过车辆或人工进行。
在本发明方法的特别实施方案中，尤其在较厚松散颗粒层的情况下，将塑料引入该层中。该实施方案优选在轨道的情况下使用。
例如，这可通过在混合器中用塑料的液态原料组分润湿颗粒，在轨道的情况下通过润湿道碴，并将润湿的颗粒施用于交通道路而进行，在该处原料组分固化成聚氨酯。
松散碎石优选如通常用于生产道床的道碴。道碴碎石的尺寸取决于轨道的承载。通常，道碴碎石的尺寸为30-70mm。它们优选由硬岩石如玄武岩组成。
原则上，可以用来用塑料的液态原料组分基本完全润湿道碴碎石的所有类型的混合器可用作将道碴碎石与塑料的原料组分混合的混合器。由优选具有内件的开放式容器如转鼓组成的混合器已证明是特别合适的。可旋转转鼓或移动内件来混合。
该混合器是已知的并用于例如生产混凝土混合料的建筑业中。
为将混合物施用于待固结的表面，将混合器装到车辆如拖拉机、前装载机或卡车或铁路车辆上可能是有利的。在本发明方法的该实施方案中，每种情况下可将该混合物传送至待施用的地点。清空混合器后，如果需要，可人工，例如通过耙子分配混合物以获得所需结构。
在本发明方法的实施方案中，碎石与塑料的液态原料组分的混合连续进行。为此，将碎石和塑料的液态原料组分连续引入混合器中并连续排出润湿的碎石。在该程序中，必须确保原料保留在混合器中直到可能进行碎石的充分润湿。方便地，这样的混合设备可用塑料的液态原料组分润湿的碎石从混合器中以所需的量排出的速度沿待固结的道床移动。也可以固定的方式操作连续的混合设备并将从混合器排出的润湿的碎石传送至所需地点。
在本发明方法连续进行的另一实施方案中，混合器可以是将碎石连续引入的转鼓。该鼓装有将塑料的原料组分连续分布于碎石上的喷嘴。这里鼓的旋转确保了塑料和碎石的完全混合。然后通过鼓底的开口将塑料/碎石复合材料连续排出。转鼓可水平也可以不同角度倾斜而促进排出。
在连续方法的又一实施方案中，可将碎石连续传送到穿过通道的传送带上。该通道具有将塑料原料连续排出到碎石上所经过的开口。在传送带的末端，润湿的碎石落到轨道上或落入以可调节的传送速度将复合材料排出到轨道上的开放式鼓中。
优选用塑料固结全部道碴床。也可用塑料仅固结道碴床的上层，优选最大至20cm。在该实施方案中，开始也可以不用塑料而浇注道碴床，然后可施用塑料的液态原料组分，或首先仅浇注部分道碴床，然后如上所述施用一层与塑料的液态原料组分混合的碎石。
可使用的塑料是聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸酯树脂和甲基丙烯酸酯树脂。
在本发明的优选实施方案中，将疏水性的、基本上密实的聚氨酯用作塑料。
关于优选使用的疏水性聚氨酯，可在下文规定。
疏水性聚氨酯的组分通常理解为意味着含有游离异氰酸酯基团的化合物和含有可与异氰酸酯基团反应的基团的化合物。可与异氰酸酯基团反应的基团通常是羟基或氨基。因氨基极具反应性以及因此必须快速处理该反应混合物而优选羟基。通过这些组分反应形成的产物在下文通常指聚氨酯。
若施用疏水性聚氨酯的组分，则未固结的公路的上层或道床碎石不必以干态存在。当湿的碎石存在时，也可惊人地获得在聚氨酯和碎石之间良好的粘附。未固结公路上的水坑甚至基本上没有削弱聚氨酯的施用，因此甚至可在水下固化疏水性聚氨酯。
原则上，室温下是液态的并且含有至少两个异氰酸酯基团的所有多异氰酸酯、混合物和预聚物可用作多异氰酸酯。
优选使用芳族多异氰酸酯，特别优选甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的异构体，尤其是MDI和多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物(粗MDI)。多异氰酸酯例如也可通过掺入异氰脲酸酯基团以及尤其通过掺入尿烷基团改性。上述化合物通过多异氰酸酯与少于化学计算量的含有两个活性氢原子的化合物反应制备并通常称为NCO预聚物。它们的NCO含量通常为2-29重量％。
使用芳族多异氰酸酯的缺点是由此制备的聚氨酯的颜色不够稳定。通常，经过一定的时间发生聚氨酯的显著泛黄。在其中高度的颜色稳定性是重要的本发明方法的应用情况下，因此优选使用脂族多异氰酸酯。优选六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。因脂族多异氰酸酯的高度挥发性，它们通常以其反应产物的形式使用，尤其作为缩二脲、脲基甲酸酯或异氰尿酸酯使用。
通常，将多官能醇(所谓的多元醇)或不太优选的多官能胺用作含有至少两个与异氰酸酯基团反应的氢原子的化合物。
所用聚氨酯的疏水性尤其可通过在聚氨酯体系的至少一种原料组分，优选多元醇组分中添加含有羟基官能团并在脂肪化学中常用的组分而产生。
许多含有羟基官能团并在脂肪化学中常用的组分是已知并可使用的。实例是蓖麻油，用羟基改性的油如葡萄籽油、黑枯茗油、南瓜子油、琉璃苣子油、大豆油、小麦胚芽油、菜籽油、向日葵油、花生油、杏核油、乳香黄连木油、杏仁油、橄榄油、澳洲坚果油、鳄梨油、沙棘油、芝麻油、榛子油、月见草油、野玫瑰油、大麻油、蓟油、核桃油，用羟基改性和基于肉豆蔻脑酸、棕榈油酸、油酸、异油酸、伞形花子油酸(petroselenic acid)、顺式9-二十碳烯酸、芥酸、神经酸、亚油酸、亚麻酸、二十碳四烯酸(stearidonic acid)、花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳三烯一炔酸或二十二碳六烯酸(cervonic acid)的脂肪酸酯。在这里优选使用蓖麻油和其与环氧烷烃或酮/甲醛树脂的反应产物。上述化合物例如由Bayer AG以商品名1150出售。
另一类优选使用的在脂肪化学中常用的多元醇可由环氧化脂肪酸酯的开环并且同时与醇反应及合适的话随后进一步酯交换反应而获得。大体上通过这些产物中存在的烯烃双键的环氧化作用，接着通过所得环氧基团与一元醇或多元醇反应而将羟基引入油脂中。环氧化物环成为羟基或在多官能醇的情况下成为含有更多OH基团的结构。因油脂通常是甘油酯，在上述反应过程中也进行类似的酯交换反应。以此获得的化合物优选具有500-1500g/mol的分子量。该产品例如购于Henkel。
在本发明方法的特别优选实施方案中，所用的密实的聚氨酯是一种可通过多异氰酸酯与含有至少两个可与异氰酸酯基团反应的氢原子的化合物反应制备的聚氨酯，其中含有至少两个活性氢原子的化合物包含至少一种在脂肪化学中常用的多元醇和至少一种以苯酚改性的芳族烃树脂，尤其是茚-香豆酮树脂。这些聚氨酯和其组分具有如此高的疏水性以致于原则上它们甚至可在水下固化。
优选将以苯酚改性的茚-香豆酮树脂，特别优选芳族烃树脂的工业混合物用作以苯酚改性并含有酚端基的芳族烃树脂，尤其是含有通式(I)的化合物作为基本成分的那些：

其中n为2-28。该产品可市购且例如由Rütgers VFT AG以商品名提供。
以苯酚改性的芳族烃树脂，尤其是以苯酚改性的茚-香豆酮树脂通常具有0.5-5.0重量％的OH含量。
在脂肪化学中常用的多元醇与以苯酚改性的芳族烃树脂，尤其是茚-香豆酮树脂，优选以100:1-100:50的重量比使用。
可以与所述化合物一起使用含有至少两个活性氢原子的其他化合物。因其高度的水解稳定性而优选聚醚醇。这些通过常用并已知的方法，通常由环氧烷烃与H-官能引发剂物质的加成反应制备。伴随使用的聚醚醇优选具有至少为3的官能度及至少400mg KOH/g，优选至少600mg KOH/g，尤其是400-1000mg KOH/g的羟基数。它们通过至少三官能引发剂物质与环氧烷烃反应以常用方式制备。分子中含有至少三个羟基的醇，例如甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇或蔗糖可优选用作引发剂物质。优选使用的环氧烷烃是环氧丙烷。
可向反应混合物添加其他常用的成分，例如催化剂及常用助剂和添加剂。尤其应向反应混合物添加干燥剂如沸石以避免组分中水的积聚及因此避免聚氨酯的发泡。优选向含有至少两个可与异氰酸酯基团反应的氢原子的化合物中添加这些物质。该混合物在工业中常指多元醇组分。此外，为提高复合材料的长期稳定性，添加防止微生物侵袭的组合物是有利的。为避免模制品的脆裂，添加UV稳定剂也是有利的。
原则上所用聚氨酯可不存在催化剂而制备。为改进固化，催化剂可伴随使用。所选催化剂应优选使反应时间尽可能长而反应混合物长时间保持液态的那些。原则上也可以如上所述完全不用催化剂操作。
多异氰酸酯与含有至少两个可与异氰酸酯基团反应的氢原子的化合物的组合应以存在化学计量过量的异氰酸酯基团，优选至少5％，尤其是5-60％的比进行。
优选使用的疏水性聚氨酯以特别好的加工性而闻名。因此，这些聚氨酯显示出特别好的粘附性，尤其对潮湿底材如湿岩石，尤其是花岗石道碴。尽管存在水，聚氨酯的固化仍以实质上密实的形式进行。所用的密实的聚氨酯甚至在薄层的情况下显示出完全密实的固化。
因此，优选使用的聚氨酯显著适合于固结交通道路。岩石或矿砂与聚氨酯之间的粘合是很强的。此外，特别在使用非常疏水性的聚氨酯时，聚氨酯基本没有水解降解，因此通过本发明方法固结的交通道路有很长时期的稳定性。
为进行本发明方法，多异氰酸酯优选与含有至少两个活性氢原子的化合物混合并且使该混合物与碎石混合。原则上，也应可以单独向碎石添加聚氨酯的原料组分并可以与它们一起将其混合。然而，在这种情况下，可导致混合不均匀及因此导致聚氨酯的机械性能不足。
聚氨酯的原料组分的混合可以以已知的方式进行。在最简单的情况下，可将各组分以所需的比例引入容器如桶中，通过简单搅拌混合，然后在混合设备中与碎石混合。也可以在聚氨酯化学中常用的混合部件(例如混合头)中混合聚氨酯的原料组分，并将该混合物与碎石接触。
用疏水性聚氨酯固结交通道路有许多优势。
固结有更长的耐久性，需要较少的修补工作及对指定用途产生高于其他塑料的交通安全性。因其疏水性，基本上控制了霜冻损害，并且也没有明显的水解降解。雨水从本发明方法固结的交通道路流走。
聚氨酯不引起生态问题，因此原则上不仅公路路面还有森林小路都可用这些聚氨酯固结。合适的话，未固结的公路或跑道，例如飞机起飞或降落跑道也可通过本发明方法涂覆。在那里，尘土飞扬可对引擎造成损坏。
用疏水性聚氨酯固结道碴床导致列车行程中的省时省钱，因列车可以不引起损坏的正常速度行进。
该方法基本上比将道床埋低些更经济，因粘合剂可直接与道碴碎石一起施用。
与目前所用的塑料相比，该疏水性体系也可在雨中或在潮湿表面处理。这因省却了在潮湿气候过程中的等待时间而产生不算小的经济优势。
尽管粘合的强度，根据本发明处理的道碴床的水渗透性仍因碎石以点粘接而完全保留。这甚至消除了在强降雨下冲毁的风险。因此有效防止了冲毁和霜冻损害；尤其在疏水性PU体系情况下的冲毁甚至小于非疏水性塑料情况下的冲毁。
通过如上所述将碎石与塑料的液态原料组分混合，存在单一工艺步骤的优势，其又提高了该方法的成本有效性。