Technologie lepení štěrku byla po přelomu tisíciletí uznána jako jedna z metod pro stabilizaci a prolepení štěrku kolejového lože na železničních tratích. V České republice byla tato metoda představena poprvé na odborném semináři v roce 2005 a v roce 2007 byla realizována první aplikace s obchodním názvem MC-Ballastbond.
Historie a potřeba stabilizace štěrku v železnici
Během 19. a 20. století zažila železnice na celém světě neobyčejný rozvoj a proměnu. Očividně se zvýšily nároky především na vyšší rychlost jízdy, přepravu většího počtu cestujících a nákladu, jakož i na vyšší pohodlí jízdy. To všechno však mělo být spojeno s vyšší bezpečností, takže si tento požadavek přirozeně vyžádal také opatření ke zlepšení bezpečnosti železnice.
Když byly uvedeny do provozu první vysokorychlostní vlaky, objevil se problém, že se v důsledku turbulence při vysoké rychlosti uvolňovaly drobné částice štěrku, což mělo za následek nebezpečí nehody u protijedoucích vlaků. Aby se tomu zabránilo, zavedlo se lepení štěrku jako způsob řešení, který otevřel nové perspektivy v oblasti techniky.
Když se ukázalo, že zabráněním poklesu železničního svršku před jednotlivými stavebními úseky lze zvýšit kvalitu jízdy, její bezpečnost a tím i její komfort, bylo jasné, že technologie lepení štěrku je řešením mnoha problémů a měla by nalézt bezodkladně uplatnění v širokém spektru použití.
Princip a aplikace lepení štěrku
Lepení štěrku je stabilizační postup, při němž se částice štěrku slepí na hranách a kontaktních plochách. Dvousložkové lepidlo (pryskyřice) se značnou pevností v lomu drží kolejové lože ve tvaru, který zaujímaly částice štěrku před lepením. Je velmi důležité nezaměňovat lepení s injektáží. Povrchovým lepením se zamezuje uvolnění materiálu z povrchu kolejového lože. Cílem není zlepšení mechanických vlastností kolejového lože, tedy zahrnutí lepené struktury do přenosu zatížení.
Čtěte také: Použití a zpracování stabilizovaného PE
Mezi hlavní aplikace lepení štěrku patří:
- Ochrana kolejového lože proti deformaci při pochozím zatížení nebo při pojezdu (např. při zpevnění povrchu kolejového lože před oběma portály tunelů v Praze na Vítkově).
- Zpevnění boční strany kolejového lože, především u úseků tratě ve stavbě, např. při stavbě druhé koleje (použito při výstavbě druhé koleje na železniční trati Praha - České Budějovice v oblasti obce Čtyřkoly).
- Vytváření tzv. přechodových oblastí mezi drážními úseky s kolejovým ložem a úseky s pevným podložím - při napojování mostů, tunelů, přejezdů (použito pro vyrovnání přechodu mezi kolejovým ložem a pevnou jízdní dráhou v místě podchodu k nástupištím při rekonstrukci nádraží v Českých Velenicích).
- Dočasné lepení štěrku při výstavbě mostů, podchodů apod. u vícekolejných tratí jako náhrada „klasického“ mechanického pažení.
Výzkum a výsledky lepení štěrku
Technická univerzita v Budapešti, Katedra staveb silnic a železnic, se zabývala problematikou lepení štěrku ve vztahu ke zvýšení odporu proti příčnému posunutí kolejového lože u kolejových oblouků s malým poloměrem. Na několika zkušebních úsecích stávajících tratí v Maďarsku bylo strukturně prolepeno kolejové lože pryskyřicí a následně bylo prováděno měření a naměřené hodnoty byly průběžně zaznamenávány. Měření bylo prováděno u železobetonových pražců a ocelových pražců Y. Dále byly v průzkumu zohledněny také výsledky měření na technické univerzitě v Mnichově, kde byly zkoumány kromě železobetonových pražců také pražce dřevěné.
Zvýšení odporu proti příčnému posunutí kolejového lože
Oproti zhutněnému stavu lze lepením dosáhnout dalšího zvýšení odporu proti příčnému posunutí až na 2,5násobek. Kolejnice na ocelových pražcích Y mají již bez lepení vysoký odpor proti příčnému posunutí, který po lepení štěrku dosáhne dalšího značného nárůstu. Souhrnně nahlíženo lze odpor proti příčnému posunutí kolejového lože lepením - včetně zhutnění - zvýšit až na pětinásobek. U bezstykových drážních úseků má toto zjištění spolu s bezpečností metody značný význam.
Příklady realizace stabilizovaného štěrku
Výstavba inundačního mostu v povodí Moravy (2007)
V roce 2007 byl na Moravě v oblasti Zábřehu realizován projekt výstavby poldru v povodí řeky Moravy jako opatření proti možným povodním. Součástí tohoto projektu byl také nový inundační most poblíž obce Žichlínek, který byl vybudován ve stávající dvoukolejné trati. Délka mostu je přibližně 27 m. Vzhledem k vysoké frekventovanosti trati byla výstavba mostu naplánována a realizována bez dopravních výluk, tj. vždy jedna z kolejí byla během výstavby pojížděna se sníženou dopravní rychlostí.
Na obou stranách železniční trati byly nejprve postaveny obě poloviny budoucího mostu a následně po odtěžení stávajícího náspu trati pod jednou z kolejí byla polovina mostu posunuta do budoucí polohy. Před převedením dopravy na tuto nově zřízenou kolej bylo nutné vyřešit otázku dočasného zapažení kolejového lože proti sesuvu v důsledku odtěžování druhé poloviny náspu a další výstavby mostu. Již ve fázi projektu byla navržena metoda strukturního prolepení kolejového lože pryskyřicí z důvodu její rychlosti, rychlé zatížitelnosti a možnosti realizace bez dopravních výluk, které byly nežádoucí a bez kterých by se výstavba mostu při použití jiného druhu pažení neobešla.
Čtěte také: Složení betonu
Rekonstrukce železničního mostu přes Sázavu (2009)
Součástí projektu Optimalizace trati Benešov u Prahy - Stránčice je také nový železniční most SO 93-20-03 v km 144,234 přes Sázavu. Stávající ocelový most na kamenných pilířích z roku 1929 spolehlivě fungoval do dnešních dnů. Součástí projektu je však také zvýšení traťové rychlosti, kde byla omezujícím prvkem konstrukce mostu. Proto bylo rozhodnuto, že dojde k rekonstrukci mostu.
Nová konstrukce mostu o šesti polích byla navržena jako ocelobetonová, spřažená. Pod každou kolejí jsou samostatné nosné konstrukce se dvěma hlavními nosníky. Celková délka mostu je 182 m, z toho je délka přemostění 165 m. Konstrukce je opatřena průběžným kolejovým ložem. Část trati na mostě je vedena v oblouku, což společně s navrhovanou délkou stabilizovaného úseku 170 m bylo další výzvou pro popisovanou metodu prolepení lože pryskyřicí. Ve třech etapách aplikace v červnu a červenci 2009 bylo kolejové lože nového mostu pod kolejí č. 1 stabilizováno systémem MC-Ballastbond, který zde funguje a bude fungovat až do dokončení výstavby celého železničního mostu a jeho předání do provozu.
Stabilizace dřeva pryskyřicí
Stabilizační pryskyřice jsou čiré nízko-viskózní pryskyřice na stabilizaci dřeva. Pryskyřice jsou velmi tekuté, zabíhavé a velmi dobře se vsakují do dřeva. Mohou být na bázi akrylátů nebo epoxidů. Stabilizace zahrnuje vyplnění materiálů s otevřenými póry, např. cévy v dřevnaté tkáni, pryskyřicí a podporující buněčné stěny.
To omezuje nebo eliminuje fyzikální vlastnosti dřeva, jako je bobtnání a smršťování a výsledná napětí a deformace materiálu. Dřevo tak mimo jiné již nemůže absorbovat vlhkost, zůstává stabilní a také se snadněji mechanicky opracovává. Proces stabilizace dřeva je vlastně odvzdušnění dřeva pomocí střídání velmi vysokého tlaku a podtlaku a následné proniknutí pryskyřice do celého objemu dřeva na místo odčerpaného vzduchu. Pryskyřice následně za zvýšené teploty polymeruje a tím dojde ke stabilizaci dřeva.
Procesem stabilizace dojde k významnému nárůstu hmotnosti dřeva, a to o 20% až 130% v závislosti na hustotě a stavu dřeva (do porézního dřeva se dostane více pryskyřice než do hustého tvrdého dřeva). Dřevo tímto procesem ztvrdne, dojde k uvolnění napětí uvnitř dřeva a tím se i výrazně omezí možnost, že dřevo bude dále pracovat, sesychat a deformovat se. Bez ohledu na to, v jakém je dřevo před procesem stavu (suché, zchřadlé či napadené houbami) dochází za střídání velmi vysokého tlaku a podtlaku k proniknutí speciální pryskyřice do celého objemu špalíku. Poté se nechá pryskyřice ve dřevě vytvrdnout (polymerovat) a tím se dřevo zastabilizuje. Zároveň jsou tyto pryskyřice velmi dobře barvitelné vhodnými speciálními barvivy a proto je možné vytvářet zajímavě a netradičně obarvená dřeva.
Čtěte také: Štěrk a beton: Co potřebujete vědět
Metody stabilizace dřeva
Existují různé metody infiltrace pryskyřice do dřeva:
- Jednoduchá metoda: Namočte obrobek do pryskyřice a zatěžte jej závažím, aby neplaval.
- Kapilární infiltrace: Koncová část dřeva je umístěna v pryskyřici. Kapilární efekt táhne pryskyřici v pórech dřeva nahoru.
- Vakuová metoda: Nejrychlejší a nejlepší metoda. Vytvořením vakua vzniká v materiálu silný sací efekt, který umožňuje pryskyřici rychle a hluboko proniknout do pórů dřeva.
Typy pryskyřic pro stabilizaci dřeva
Pro stabilizaci dřeva se používají dva hlavní typy pryskyřic:
Akrylátová stabilizační pryskyřice
- Akryláty se používají pro tvrdší, kompaktnější dřeva bez prasklin nebo s malými prasklinami.
- Kvalitním představitelem je Veropal WSB A (WSB = wood stabilisation; A = akrylát).
- Je jednosložková a po aktivaci se dá při správném skladování v chladu (nejlépe v lednici) používat opakovaně. Zbytek po stabilizaci lze nalít zpět do nádoby, uzavřít a skladovat v lednici, kde ji lze po čase (např. po 2 měsících) opět použít pro stabilizaci dalšího dřeva.
- Akrylová infiltrační pryskyřice byla speciálně vyvinuta pro stabilizaci dřeva a dalších přírodních materiálů s otevřenými póry (šišky, ořechy, minerály), zejména pro dřeviny s nízkou hustotou a strukturou s otevřenými póry (vlhkost dřeva < 7 %). Například štípané dřevo lze velmi dobře infiltrovat pryskyřicí.
Epoxidová stabilizační pryskyřice
- Epoxidová stabilizační pryskyřice Veropal WSB E-LV (WSB = wood stabilization; E = epoxid; LV = low viscosity) se používá pro dřeva měkčí, s většími prasklinami, suky a dírami nebo na velké kusy (fošny, prkna nebo jejich části).
- Je to dvousložková pryskyřice s dlouhou dobou zpracovatelnosti (až 5 hodin), velmi řídká, zabíhavá a dobře se do dřeva vsakující.
- Po smíchání složky A a B začne pomalá polymerace, proto nejde používat opakovaně.
- Vytvrzuje při běžné teplotě (cca 1,5-2 dny).
- Epoxidová pryskyřice má dobrou přilnavost k podkladu, vynikající mechanické vlastnosti (pružnost) a velmi dobrou chemickou odolnost.
- Existují různé typy epoxidových pryskyřic, které se liší svými funkcionalitami.
Obecné vlastnosti pryskyřic
Pryskyřice jsou víceúčelové, určené zejména pro fixaci, stabilizaci, spojování a vykrývání. Mohou být aplikovány přímo z lahvičky. Akcelerátorem ve spreji je lze rychle vytvrdit. Mají vynikající adhezivní schopnosti a jsou rozměrově stálé.
Teoretické zkoušky možností prolepování štěrku pryskyřicí, jakož i prověření této metody na mnoha stavbách v ČR nebo v zahraničí ukázaly, že se jedná o metodu účinnou, spolehlivou a funkční. Samozřejmě však ne vždy je možné tuto technologii použít a existuje celá řada omezujících podmínek. Její použití musí být vždy pečlivě naplánováno za účasti všech zainteresovaných - od správců jednotlivých objektů přes projektanta a generálního dodavatele stavby až po certifikovanou realizační firmu a dodavatele technologie. Na každou realizaci musí být vypracován a následně odsouhlasen konkrétní technologický postup, který zohlední specifické aspekty daného objektu.
Srovnání pryskyřic: termoplasty a duroplasty
Při práci s pryskyřicemi je důležité rozlišovat mezi termoplasty a duroplasty, které mají rozdílné vlastnosti a chování při vytvrzování.
| Vlastnost | Duroplasty | Termoplasty |
|---|---|---|
| Chování při zahřívání | Musí během tvorby filmu tvrdnout. Po roztavení potřebují čas na dokončení vytvrzovací reakce pod vlivem teploty vypalování. | Tají a zůstávají plastické. Po zvýšení teploty se vždy dají opět zkapalnit. |
| Podmínky vytvrzování | Musí být vždy zvoleny podle největší tloušťky stěny předmětu (nejdelší doba zahřívání). Platí vždy od dosažení teploty objektu. | Nevyžadují samostatné systémy tvrdidel. |
| Působení tepla | Stabilní po vytvrzení. | Při příliš dlouhém a silném působení tepla je možná tvorba kapek. |
| Hlavní oblast použití | Standardní práškové laky. | Proces vířivého spékání. |
| Teplota tání | Není relevantní po vytvrzení. | Pevná látka při normální teplotě (teplota tání > přibližně 65 °C). |
Společnost TIGER se specializuje na zpracování duroplastických pojiv/pryskyřic a některé polyesterové pryskyřice vyrábí ve vlastní výrobě syntetických pryskyřic.
Typy pryskyřic v práškových nátěrech
Epoxidové pryskyřice (hybridy)
- Reakce s polyesterovými živicemi s funkcí kyseliny karboxylové (Triglycidyl isokyanurát (TGIC), Hydroxyalkylamid (HAA), Glycidylester).
- Práškové nátěry na bázi epoxidové pryskyřice umožňují velmi hladký tok s vysokým leskem a hluboce matným povrchem.
- Míchací poměr epoxidové pryskyřice a polyesteru se pohybuje od 60:40 do 10:90 (nejčastěji se používají poměry 70/30, 60/40 a 50/50).
Polyesterové pryskyřice
- Reakce s polyesterovými pryskyřicemi s hydroxylovou funkcí.
- Přesvědčují svojí mimořádně vysokou odolností vůči žloutnutí a křídování.
- Díky své teplotní stabilitě se stále častěji používají také v interiéru.
Polyuretanové pryskyřice (PUR)
- Práškové laky na bázi polyuretanu také vykazují vynikající odolnost vůči povětrnostním vlivům a křídování.
- Oblast použití práškových laků PUR je shodná s laky na bázi polyesteru.
tags: #stabilizovany #sterk #pryskyrice #informace