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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein stabilisiertes Gefüge mit mineralischen
getrennten einzelnen Elementen und ein Stabilisierungsverfahren
eines solchen Gefüges
mit Hilfe eines Stabilisierungskomplexes.
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Gefüge, die
mineralische Elemente enthalten, sind in verschiedenen Bereichen
bekannt, wie zum Beispiel beim Bau von Eisenbahngleisen und im Straßenbau.
In solchen Bereichen trifft man mineralische Elemente oder Steinelemente,
zum Beispiel Steine aus gebrochenem Magmagestein und aus bestimmten
metamorphen Gesteinen. Diese Steinelemente können insbesondere so angeordnet
werden, dass sie ein Steinbett bilden, das dazu bestimmt ist, den
Gleisbettungsstoff einer Bahnstrecke oder einer Grundschicht beim
Straßenbau
zu bilden.
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In
der vorliegenden Beschreibung qualifizieren die Ausdrücke „mineralisch" und „Stein-Elemente" von Gefügen, und
die Ausdrücke „Schotter" und „Elemente" werden unterschiedslos
verwendet.
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Bei
diesem Typ von Gefügen
von Steinelementen stößt man oft
auf das Problem der Stabilität. So
ist dieses Problem zum Beispiel krass mit dem Aufschwung der Hochgeschwindigkeitszüge aufgetreten,
die bei ihrem Fahren einen Ansaugungseffekt erzeugen, der ein Hochheben
des Schotters hervorruft, der den Gleisbettungsstoff der Bahnstrecke
bildet.
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Es
kann sich um Schotter kleiner Größe handeln,
der auf der Fahrfläche
der Schienen landen und so von den Rädern unter Verursachen von
Abdrücken
zerdrückt
werden kann.
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Es
kann sich jedoch auch um Schotter größeren Kalibers handeln, dessen
Wegschleudern mechanische Teile der unteren Teile des Zugs beschädigen, ja
sogar seine Sicherheit beeinträchtigen
kann.
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Eine
Lösung
zum Verhindern des Hochhebens von Schotter, der den Gleisbettungsstoff
einer Bahnstrecke bildet, wird vom Dokument WO-A-9108056 vorgeschlagen. Gemäß diesem
Dokument verwendet man ein Multikomponentenharz, das man auf den
Gleisbettungsstoff verteilt, um eine teilweise Abdeckung des Schotters,
der den Gleisbettungsstoff bildet, zu erhalten. Die Merkmale des Bindemittels
werden so ausgewählt,
dass es den Schotter des Ballasts teilweise und über eine niedrige Tiefe des
Ballasts umgibt, sodass die oberen Schottersteine aneinander haften,
ohne dadurch dem Dränieren
des Gleisbettungsstoffs zu schaden.
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Im
Bereich des Straßenbaus
ist der Mangel an Stabilität
der Gefüge
aus Steinelementen im Allgemeinen weniger spektakulär. Jedoch
machen es die Verteilungsbedingungen der Oberflächenschichten aus bituminösem Mischgut
oft erforderlich, das Schotterbett zu stabilisieren, insbesondere
im Fall der Straßendecken
mit Regenwasser-Sammelsystem.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, eine Lösung zu finden, die es erlaubt,
den Nachteilen der Gefüge,
die Steinelemente verschiedener Größen umfassen, abzuhelfen, und
zwar einfach, kostengünstig
und schnell, und gleichzeitig die wesentlichen Eigenschaften des
Gefüges
mit Gleisbettungsstoff zu wahren, wie zum Beispiel seine Fähigkeit,
die Lasten zu verteilen, seine Kapazität zum Dränieren und schnellen Ableiten
von Wasser.
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Gemäß der Erfindung,
die im Anspruch 1 definiert ist, umfasst das Gefüge einen Stabilisierungskomplex,
gebildet aus einem hinzugefügten
Komplex, der ein Bindemittel und Fasern umfasst und es erlaubt,
das Halten der Elemente des Gefüges
an Ort und Stelle zu gewährleisten.
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Die
mineralischen Elemente der Oberfläche sind teilweise mit dem
hinzugefügten
Komplex beschichtet, was eine Verbindung unter ihnen und ihr Arretieren
untereinander ohne Beeinträchtigung
ihrer Kapazität
zum Dränieren
und Perkolieren gewährleistet.
So bildet man eine Art Abdeckungsnetz der Steinelemente des Gefüges. Dieses
Abdeckungsnetz erlaubt es, Verbindungen zwischen den verschiedenen
Elementen des Gefüges
zu schaffen, ohne jedoch eine kontinuierliche Schicht oder einen Estrich
zu bilden, und daher auch die Kapazität des Gefüges zum Verteilen der Lasten
unverändert
zu erhalten, ohne seine Kapazität
zum Dränieren
und schnellen Ableiten von Wasser und zum Perkolieren zu beeinträchtigen.
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Die
folgende Beschreibung ist als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme
auf die anliegenden Zeichnungen gegeben, in welchen:
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1 eine ebene Ansicht eines
Teils der oberen Fläche
eines Gleisbettungsstoffes ist, der erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel
zeigt;
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2 ein Schnitt durch eine
obere Schicht des Gleisbettungsstoffes entlang der Linie II-II der 1 ist;
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3 ein Schnitt durch ein
Gefüge
ist, das durch eine Variante von Stabilisierungsmitteln stabilisiert
ist;
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4 ein Schnitt durch ein
Gefüge
ist, das durch eine andere Variante Stabilisierungsmittel stabilisiert
ist; und
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5 ein Schnitt durch eine
Straßendecke mit
Regenwasser-Sammelsystem
ist, die erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel
enthält.
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Der
Schutzbereich des Patents erstreckt sich nicht auf die Herstellungsarten
des Gefüges
gemäß den 3 und 4.
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Zuerst
ist auf die 1 bis 4 Bezug genommen.
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In
bekannter und nicht dargestellter Weise bestehen Eisenbahngleise
aus Schienen, die auf Querbalken befestigt werden, die selbst auf
einem Gleisbettungsstoff 1, bestehend aus Steinelementen, arretiert
sind, wie zum Beispiel auf Schotter 2, der aus dem Brechen
von Magma- oder metamorphen Gesteins genommen und zwischen den Schienen und
zu beiden Seiten der Schienen angeordnet wird.
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Das
lose Verteilen des Schotters 2 im Augenblick seines Aufbringens
und seine willkürlichen
Formen bewirken ganz natürlich
das Entstehen von Zwischenräumen
a, b, c, d... unter ihnen. Diese Zwischenräume haben eine Dränagefunktion.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung (dargestellt in den 1 und 2), umfasst der Gleisbettungsstoff
einen Stabilisierungskomplex 3, bestehend aus einer hinzugefügten Beschichtung, die
eine Art Abdeckungsnetz der Schottersteine 2 der oberen
Schichten ohne Beeinträchtigung
ihrer Kapazität
zum Dränieren
und Perkolieren bildet. Dieses Abdeckungsnetz gewährleistet
eine Verbindung zwischen den Schottersteinen und daher ihr Arretieren untereinander.
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Der
Stabilisierungskomplex 3 des Gleisbettungsstoffs 1 besteht
aus einem Bindemittel 4, in dem Fasern 5 integriert
sind. Das Bindemittel 4 kann eine Emulsion aus reinem Bitumen
oder eine modifizierte Bitumenemulsion oder ein wasserloses Bindemittel sein.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung sind die Fasern 5, die in
das Bindemittel 4 zum Bilden des Stabilisierungskomplexes 3 zum
Hinzufügen
zum Gleisbettungsstoff 1 integriert werden, fadenförmig mit
der Länge
f, die mindestens gleich der Entfernung ist, die zwei aufeinander folgende
Schottersteine 2 trennt, um unter ihnen eine Verbindung
zu bilden. Die Einheit dieser Verbindungen, die, ausgehend von Stabilisierungsmitteln,
mit den Fasern 51, die nachstehend „lange Fasern" genannt werden, und
dem Bindemittel 4 erzielt werden, wird willkürlich und
gemäß einer
Dosierung angeordnet, die es erlaubt, eine Vermaschung beliebiger
Form herzustellen, die dazu geeignet ist, die Schottersteine 2 der Oberfläche untereinander
fest zu verbinden und gleichzeitig das Dränieren des Regenwassers durch die
obere Schicht Schottersteine 2 und dann durch ihre unteren
Schichten zu erlauben.
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Nach
einer Ausführungsform
des Gefüges (dargestellt
in 3), umfasst der Gleisbettungsstoff einen
Stabilisierungskomplex 31, der aus einem Bindemittel 4 besteht,
in das Fasern 52 integriert werden, die nachstehend „kurze
Fasern" genannt
werden. Die Länge
m der kurzen Fasern 52 und die Dosierung dieser Fasern
bei ihrer Anwendung werden so ausgewählt, dass eine willkürliche Verstopfung
eines Teils der Zwischenräume
zwischen den Schottersteinen erhalten wird. In den so verstopften
Zwischenräumen
wird das Bindemittel bei seinem Auftragen zurückgehalten und bildet eine
Vermaschung in beliebiger Form, ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform.
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Während die
langen Fasern 51 eine Länge
l von 10 mm bis 200 mm haben können,
haben die kurzen Fasern 52 eine Länge m kleiner als 1 mm und sind
insbesondere mikronisierte Fasern. Die bevorzugten Längen dieser
langen Fasern 51 sind 25, 50, 90 und 130 mm, die besonders
vorteilhafte Länge liegt
dabei zwischen 25 und 60 mm.
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Dank
der Erfindung kann der Lebenszyklus des Gleisbettungsstoffs ohne
Instandhaltung drei, ja sogar fünf
Jahre erreichen, während
man bei herkömmlichem
Gleisbettungsstoff unter schwierigsten Verwendungsbedingungen, zum
Beispiel denen der Hochgeschwindigkeitsstrecken, ein Jahr nicht überschreitet.
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Außerdem besitzt
die Stabilisierungsbeschichtung die Kapazität, sich bei manuellen oder mechanischen
Nachfülloperationen
des Gleisbettungsstoffs leicht zerstören zu lassen, was die recycelfähige Eigenschaft
des Gleisbettungsstoffs erhält.
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Die
Stabilisierungsbeschichtung erlaubt es auch, ein Verhalten der Gleisbettungsstoffschicht
zu wahren, die fähig
ist, die Schwingungen beim Fahren der Züge auszuhalten. Sie bleibt
ausreichend biegsam, um den Verformungen der Unterlage zu folgen und
ein Absacken mit kleiner Amplitude zu akzeptieren.
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Außerdem wahrt
sie die Merkmale der elektrischen Isolierung der Strecke.
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Sie
ist auch ungiftig und entspricht den Hygiene- und Gesundheitsforderungen
des Personals.
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Die
verschiedenen durchgeführten
Versuche haben gezeigt, dass es möglich ist, eine große Vielfalt
von Textilfasern für
technische Verwendung anzuwenden, wie zum Beispiel Glas, Polypropylen,
Polyamid oder verstärkte
Kompositstoffe, wie zum Beispiel Glasfasern kombiniert mit natürlichen
Fasern, wie zum Beispiel Leinen, Hanf, usw. Zum Beispiel wurden
mit Glasfasern, die von der Firma Saint-Gobain unter der Marke ISOVER
vermarktet werden, gute Ergebnisse erzielt.
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Was
das Bindemittel betrifft, hat die Verwendung einer Bitumenemulsion,
die unter der Bezeichnung SACERCID, Referenz 65, bekannt
ist, gute Verbindungskapazitäten
mit den oben genannten Fasern gezeigt.
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Was
die mechanische Festigkeit und die Durchlässigkeit betrifft, umfasst
der Stabilisierungskomplex 3 des Gleisbettungsstoffs 1
zum Beispiel eine reine oder eine modifizierte Bitumenemulsion, deren
Dosierung zwischen 1500 und 1800 g/m2 liegt oder
ein wasserloses Bindemittel, dessen Dosierung zwischen 800 und 1200
g/m2 liegt, wobei der Emulsion oder dem
wasserlosen Bindemittel lange Fasern 51 hinzugefügt werden,
deren Dosierung zwischen 50 und 600 g/m2 liegt.
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Dosierungsbeispiele
des Bindemittels mit Fasern sind weiter unten angegeben.
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Bei
der Ausführungsform
des Gefüges,
bei dem ein Bindemittel ohne Fasern verwendet wird (der Schutzbereich
des Patents erstreckt sich nicht auf diese Ausführungsform), verwendet man
ein Bindemittel auf Kohlenwasserstoffbasis (auf Bitumenbasis), das
durch geeignete Zusätze
(zum Beispiel Polymere des Typs SBS), modifiziert ist oder nicht,
sodass das Plastizitätsintervall
ausreichend groß ist, um
die Brüchigkeit
bei niedriger Temperatur und den Konsistenzverlust bei hoher Temperatur
(Kugel-Ring- Punkt > 50°C) zu vermeiden.
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Dieser
Bindemitteltyp, den man zum Beispiel durch Hinzufügen oder
nicht von 1,5 bis 3% Polymer SBS zu einem gegebenen Eindringbitumen
erhält, hat
eine Viskosität,
die von der Temperatur im Augenblick des Verteilens abhängt. Experimente
in realer Größe haben
gezeigt, dass eine Viskosität,
die beim Verteilen des oben definierten Bindemittels bei einer Temperatur
zwischen 40°C
und 90°C
erzielt wird, das Kleben des Gleisbettungsstoffs punktweise an der Oberfläche und
das Eindringen über
eine Stärke
von 1 bis 3 Schottersteinen des Gleisbettungsstoffs erlaubt.
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Die
Temperatur sinkt innerhalb von einer Zeit zwischen 0 s und 600 s
auf einen Wert < 25°C, was ein
punktweises Kleben des Gleisbettungsstoffs erlaubt, das bei Raumtemperatur
nicht umkehrbar ist und ausreicht, um zu verhindern, dass die Schottersteine
beim Fahren der Züge
wegflie gen, das aber ausreichend schwach ist, damit eine starke
mechanische Wirkung durch Schwingung zum Beispiel erlaubt, die mechanische
Unabhängigkeit
jedes Schottersteins wieder herzustellen und daher die Geometrie
der Strecke durch Nachfüllen
des Gleisbettungsstoffs neu zu bearbeiten.
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Bei
Raumtemperatur (20°C)
liegt die Zugspannung, die erforderlich ist, um zwei Schottersteine
des Gleisbettungsstoffs, die so zusammengeklebt sind, zu trennen,
zwischen 50 g/m2 und 2000 g/m2 bei 30
Minuten, was weitgehend reicht, um die Nachfülloperationen nicht zu stören.
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Dank
der Versuche wurde auch festgestellt, dass die Bitumenemulsion besonders
gute Ergebnisse bietet, wenn sie eine Viskosität zwischen 0,5° und 15° Engler hat.
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Die
Erfindung hat auch ein Verfahren zum Gegenstand, das einen Stabilisierungskomplex
anwendet, um ein wie oben beschriebenes Gefüge zu erhalten. Dieses Verfahren
umfasst einen Schritt, der darin besteht, eine Art Netz zum teilweisen
Abdecken der mineralischen Elemente der oberen Schichten des zu
stabilisierenden Gefüges
zu bilden.
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Zum
Bilden dieses Netzes breitet man eine Schicht eines bituminösen Bindemittels
und im Allgemeinen Fasern aus. Da dieses Bindemittel teilweise durch
die Zwischenräume
zwischen den Elementen des Gefüges
abfließt,
ergibt sich eine willkürliche
Verteilung von Bindemittelklötzen,
die die Verbindungen zwischen den Elementen mit den langen Fasern
gewährleisten.
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Wenn
man einen Stabilisierungskomplex verwendet, der Fasern enthält, kann
das Verfahren nach verschiedenen Varianten angewandt werden, zum
Beispiel wie folgt:
- – das Verteilen des Bindemittelfilms
erfolgt vor dem Verteilen der Fasern,
- – das
Verteilen des Bindemittelfilms erfolgt nach dem Verteilen der Fasern,
- – das
Verteilen des Bindemittelfilms und das Verteilen der Fasern erfolgen
gleichzeitig, sodass das Bindemittel mit den Fasern vermischt ist;
das Mischen kann kurz vor dem Einfüllen des Bindemittels und der
Fasern in ein Verteilungsgerät
erfolgen.
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So
kann beispielsweise auf der Grundlage dieser Varianten das Verfahren
darin bestehen:
- – entweder eine reine oder
eine modifizierte Bitumenemulsion, dosiert zwischen 1500 und 1800 g/m2, zu verteilen und anschließend durch
Fasern dosiert zwischen 50 und 600 g/m2 abzudecken;
- – oder
ein Faserbett, dosiert zwischen 50 und 600 g/m2,
zu verteilen und anschließend
durch einen Film einer reinen oder modifizierten Bitumenemulsion,
dosiert zwischen 1500 und 1800 g/m2, abzudecken;
- – oder
zuerst eine erste Faserschicht, dosiert zwischen 50 und 600 g/m2, zu verteilen, sie mit einem Film wasserlosem
Bindemittel, dosiert zwischen 800 und 1200 g/m2,
abzudecken und eine zweite Faserschicht zu verteilen.
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Gemäß einem
ersten Anwendungsbeispiel des Verfahrens werden die langen Fasern 51 an
Ort und Stelle anhand eines Faserschneiders des Typs „Chopper" geschnitten, der
aus einem drehenden Zylinder besteht, der mit peripheren Hackklingen
ausgestattet ist, von einem Ladebunker versorgt wird, wobei ein
solcher Schneider mit einem Verteiler von Bindemittel 4 assoziiert
ist, der dem Schneider vor- oder nachgeschaltet auf einem gleichen
Rollengang angeordnet ist.
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Gemäß einem
zweiten Anwendungsbeispiel des Verfahrens werden vorgeschnittene
Fasern auf die Baustelle gebracht, um vor oder nach dem Verteilen
des Bitumens 4 durch Spritzen mit einer manuellen oder
mechanisch betätigten
Pistole verteilt zu werden.
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Das
erfindungsgemäß stabilisierte
Gefüge kann
durch das oben beschriebene Verfahren innerhalb der weiter oben
angegebenen Einschränkung und
unter Auswählen
zum Beispiel einer Anwendung mit den folgenden Parametern angewandt
werden:
- – Verteilen
der Glasfasern mit 50 g/m2 zu 130 mm Länge und
13 um Durchmesser (Fasern ISOVER ST GOBAIN), abgedeckt mit 1,5 g/m2 Emulsion auf Bitumenbasis 70/100, modifiziert
durch Hinzufügen
von Styrol (SBS)
- – Verteilen
von Glasfasern mit 143 g/m2 zu 25 mm Länge und
13 um Durchmesser (Fasern ISOVER ST GOBAIN), abgedeckt mit 1,5 kg/m2 Emulsion auf Bitumenbasis 70/100, modifiziert
durch Hinzufügen
von Styrol (SBS)
- – Verteilen
von Glasfasern mit 573 g/m2 zu 25 mm Länge und
13 um Durchmesser (Fasern ISOVER ST GOBAIN), abgedeckt mit 1,5 kg/m2 Emulsion auf Bitumenbasis 70/100, modifiziert
durch Hinzufügen
von Styrol (SBS)
- – Verteilen
von Glasfasern mit 150 g/m2 zu 130 mm Länge und
13 um Durchmesser (Fasern ISOVER ST GOBAIN), abgedeckt mit 1,8 kg/m2 Emulsion auf Bitumenbasis 70/100, modifiziert
durch Hinzufügen
von Styrol (SBS)
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Was
die Anwendungsbedingungen betrifft, kann das Verfahren im Temperaturbereich
von +5°C bis
+40°C durchgeführt werden.
Die Verarbeitung kann auf einem feuchten Gleisbettungsstoff unter Verwendung
eines Bitumenemulsionbindemittels vorgenommen werden. Die Effizienz
des Verfahrens wird ungeachtet der Klimabedingungen nach dem Herstellen
innerhalb von einer Frist von maximal 24 Stunden erhalten.
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Die
Erfindung wurde als ein stabilisiertes Gefüge mit mineralischen getrennten
einzelnen Elementen, mit einem Stabilisierungskomplex, bestehend
zum Beispiel aus einem hinzugefügten
Komplex, der die mineralischen Oberflächenelemente dieses Gefüges teilweise
abdeckt und ein Bindemittel und Fasern umfasst, beschrieben.
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Bei
einem Gefüge
gemäß einer
Variante, die der vorliegenden Erfindung nicht entspricht, besteht der
Stabilisierungskomplex aus einem Bindemittel allein oder zumindest
aus einem hinzugefügten
Stabilisierungskomplex, der keine Faser enthält. Dieses Konzept ist schematisch
in 4 dargestellt. Auf
dieser Figur sieht man, dass die Elemente der oberen Schichten des
zu stabilisierenden Gefüges
durch Bindemittelklötze
aneinander „geklebt" sind.
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Diese
Herstellungsalternative ergibt Ergebnisse, die denen der zweiten
Ausführungsform
des weiter oben beschriebenen Gefüges ähnlich sind, bei dem die verwendeten
Fasern kurz sind und im Wesentlichen dazu dienen, das Abfließen des
Bindemittels bei seinem Verteilen zu stoppen, bevor dieses erstarrt
und die Verbindungen zwischen den Elementen des Gefüges bildet.
Die Tatsache, dass man auf Fasern verzichtet, bedingt eine besondere
Auswahl der Viskosität
des Bindemittels.
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Wie
zuvor angegeben, bezieht sich die detaillierte, abbildende Beschreibung
auf die Stabilisierung eines Gefüges
des Typs Gleisbettungsstoff. Selbstverständlich beschränkt sich
die Erfindung nicht auf eine solche Anwendung und kann zum Stabilisieren
jedes beliebigen Steingefüges
verwendet werden, das Steinelemente umfasst. Der Fachmann kann durch
Routineversuche und unter Verwendung der Lehren der vorliegenden
Beschreibung gemäß der Beschaffenheit
und den Abmessungen des zu stabilisierenden Gefüges die entsprechenden Merkmale
des Bindemittels und der Fasern bestimmen.
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Man
versucht bei einer Straßenbauanwendung,
die Elemente des Gefüges
zu stabilisieren und braucht dem Ansaugungsproblem kleiner Elemente, das
der Eisenbahnanwendung inhärent
ist, nicht vorzubeugen. Bei der Straßenbauanwendung dient die Herstellung
eines stabilisierten Gefüges
dazu, das Fahren von Baustellenlastkraftwagen zu erlauben, die die
Oberflächenschicht
einer Straße
herstellen. Die Anwendung eines stabilisierten erfindungsgemäßen Gefüges ist
besonders im Bereich der Straßenanwendungen
bei Straßendecken
mit Regenwasser-Sammelsystem vorteilhaft. Eine solche Anwendung
ist in 5 dargestellt.
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Eine
Straßendecke
mit Regenwasser-Sammelsystem umfasst neben dem tragenden Boden 11, auf
dem sie hergestellt wird, eine Formschicht 12, eine Fundamentschicht 13,
eine Basisschicht 14 und eine Oberflächenschicht 15. Der
tragende Boden 11, die Formschicht, die Fundamentschicht
und die Basisschicht sind voneinander durch Zwischenflächen 16, 17 und 18 getrennt,
die aus einem Geotextil oder einer Geomembran hergestellt werden.
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Das
Stabilisierungsgefüge 3 wird
auf die oberen Schichten mineralischer Elemente der Basisschicht 14 aufgetragen. 5 stellt diesen Komplex gemäß der in 3 und auf diese 3 bezogenen dargestellten
Ausführungsform
dar.
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Gemäß einer
weiteren Variante kann das stabilisierte Gefüge in einem Straßenanwendungsbereich
unter Verwendung von aufgestreuten Mikrofasern angewandt werden.
Diese Mikrofasern sind ausschließlich aus organischem Stoff
und werden entweder mit Pistolen oder mit einer Rampe aufgetragen.
Ihre Hauptwirkung besteht darin, das Kleben an jedem Gegenstand
oder Fahrzeug, das mit dem frisch aufgetragenen Stabilisierungskomplex
in Berührung
kommt, zu vermeiden.
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Die
hinter den in den Ansprüchen
erwähnten technischen
Merkmalen eingefügten
Bezugszeichen dienen allein dazu, das Verstehen letzterer zu erleichtern
und schränken
den Schutzumfang auf keinen Fall ein.