A cikk szerzője:

Dr Fischer Szabolcs egyetemi adjunktus
SZE Közlekedéséptési és Településmérnöki Tanszék

A vasúti zúzottkövek aprózódásvizsgálata egyedi laboratóriumi módszerrel

A cikk egy 2014. évi, „A vasúti zúzottkövek aprózódásvizsgálata egyedi fárasztógépes laboratóriumi módszerrel” című kutatás-fejlesztési munka eredményeit foglalja össze. A téma aktualitását a vonatkozó hazai szabályozásban az elmúlt években bekövetkezett változások, szigorítások adták, ennek következtében mindössze néhányra csökkent azoknak az anyagnyerő helyeknek a száma, amelyek a hazai viszonylatban nagy sebességre tervezett vasúti pályákhoz ágyazati kőanyagot szolgáltathatnak. A kutatás egyik fő célja az ágyazati kőanyagot érő igénybevételek szimulálása laboratóriumi körülmények között, amelynek alapján az ágyazattal szembeni követelmények is objektív alapokon elemezhetők. A kutatásban öt különböző Los Angeles aprózódási ellenállású és Micro-Deval kopási ellenállású andezit anyagú vasúti zúzottkő terméket vizsgáltunk a valóságos pályában lévő igénybevételeket jobban modellező laboratóriumi pulzátoros fárasztással (az alkalmazott terhelési paramétereket a nemzetközi gyakorlatban elfogadott dinamikus igénybevétel-kalkulációval határoztuk meg). Mértük a zúzottkő termékek szemmegoszlását a fárasztás előtt, valamint azt követően is. A mérési eredményeket felhasználva kalkuláltuk a zúzottkövek aprózódását a hazai és a nemzetközi szakirodalomban publikált módszerekkel. Összefüggéseket kerestünk az aprózódási és kopási ellenállásértékek, továbbá a laboratóriumi vizsgálatoknál mért aprózódási értékek között. A magyarországi és más vasúttársaságoknál az ágyazatrostálásra vonatkozó alkalmazott mérőszámok segítségével rostálási ciklusidőket kíséreltünk meg számítani a vizsgált öt vasúti zúzottkő termék alkalmazása esetén, hangsúlyozva a modell korlátait. Végezetül ajánlásokat fogalmaztunk meg az egyedi laboratóriumi aprózódásvizsgálatunk akár szélesebb körű alkalmazására.

Az elmúlt években megkezdett, és utána napjainkban is tartó vasútfejlesztésekre és fenntartási munkákra fokozott társadalmi igény van. Ezeknek a munkáknak elengedhetetlen tartozéka a felépítmény tömegének jelentős részét kitevő vasúti ágyazati kőanyag. A mai gyakorlatban természetesnek vesszük, hogy az előírt minőségű ágyazati kőanyag a szükséges mennyiségben rendelkezésünkre áll.
Az alábbiakban összefoglaljuk azokat a tényezőket, amelyek miatt ennél lényegesen árnyaltabb a kép, és ami szükségszerűvé tette, hogy a rendelkezésünkre álló kőanyagminőségek keretei között, az ágyazatot érő igénybevételeket, az ágyazat viselkedését a kőzetfizikai vizsgálatoknál a valóságot jobban szimuláló laboratóriumi eljárással elemezzük, az érvényben levő határértékek indokoltságát megvizsgáljuk.
Tudvalevő, hogy a MÁV 102345/1995. PHMSZ az „Alépítményi létesítmények és az ágyazat minőségi átvételi előírásai utasítás” 2010. januárban érvénybe lépett 4. számú módosítása [1] alapján a 2008. decemberi előírások [2] a vasúti zúzottkő ágyazat használati ellenállása és az aprózódással szembeni ellenállása paramétereknél szigorítás történt. A 2008-as 3. számú módosítás szerint mind a Los Angeles aprózódásra, mind a Mikro-Deval kopásra volt egy (pozitív értelmű) tűrési tartomány kijelölve, amelyet a 4. számú, 2010. januári módosításban eltöröltek, és a sebességkategóriákhoz tartozó értékek is részben módosultak, általában szigorodtak.
A zúzottkőgyártóknak ez a módosítás bizonyos követelménybeli szigorítást eredményez(het)ett, s ennek következtében mindössze néhányra csökkent azoknak a kőbányáknak a száma, amelyek a hazai viszonyok között nagy sebességnek számító 120 km/h sebességre tervezett vasúti pályák alapanyagigényét megfelelő kapacitás mellett ki tudják elégíteni. Emellett a 80–120 km/h pályasebesség esetén történt szigorítás is számottevően csökkentette a potenciális beszállítók körét.
A kövek eredeti, természetes aprózódási és kopási tulajdonságait sajnos technológiai megoldással meglehetősen korlátozott mértékben lehet módosítani, ezek alapvetően az ásványvagyon, a kőzetek mechanikai jellemzőitől függnek. A 102345 PHMSZ MÁV-os utasítás 4. számú módosítása alapján a korábbi változat szerint megfelelő – akár 160 km/h-s sebességű vágányhoz alkalmas – vasúti ágyazati zúzottkő termékek már vagy nem, vagy csak jelentős minőségi kockázat mellett feleltek meg a szigorúbb követelménynek. Ez nemcsak egyes kőbányák piaci feltételeit rontotta, hanem nagymértékben csökkentette az erre a célra alkalmas ásványvagyon mennyiségét. A még kevesebb bányába koncentrálódó, szabályozásnak megfelelő ágyazati kőanyagot biztosító, korlátozott mennyiségben hozzáférhető ásványvagyon miatt nemcsak a szállítási útvonalak változtak, hanem a szállítási költségek is számottevően növekedtek, továbbá a kevesebb bánya nagyobb kihasználtsága miatt az ásványvagyon kitermelési ideje is csökkent.
Szakmai rendezvényeken egyre gyakrabban hallhatunk beszámolókat arról, hogy a kőbányászati iparágat sújtó, évről évre szigorodó környezetvédelmi, ter­mészetvédelmi, örökségvédelmi stb. kor­lá­tozások általánosan olyan mértékű kor­látozást jelentenek az ásványvagyon hozzáféréséhez, amely a szigorodó minőségi elvárásokkal együtt már középtávon alapanyag-ellátási és fokozódó minőségi kockázatokat is jelenthetnek [3].
A 102345/1995. PHMSZ-ben történt határérték-módosítást sajnos egyéb indok­lással, magyarázattal nem egészítették ki. Az előírás szigorodása lényegesen csökkentette azoknak a bányáknak a számát, amelyek a hazai viszonyok között nagy sebességnek számító (160 km/h) pályasebességre tervezett vasúti pályához beszállítóként megjelenhetnek. A kutatás egyik célkitűzése ezeknek a hatásoknak a vizsgálatát is magában foglalta.
Kutatásunk fő célja az volt, hogy egy, a valóságos üzemi körülményeket jobban szimuláló laboratóriumi ap­ró­zó­dás­vizsgálattal értékeljük az adott kőzetmechanikai paraméterekkel jellemzett, rendelkezésünkre álló vasúti zúzottköveket. Megkísérelünk összefüggést találni és kimutatni az egyedi laboratóriumi vizsgálattal eredményezett aprózódás (aprózódást jellemző paraméterek), illetve a Los Angeles aprózódási ellenállás és a Mikro-Deval kopási ellenállás paraméterek között, hogy megismerjük a jelenlegi szabályozás által nem engedélyezett minőségű zúzottkő termékek vasúti pályába beépítése esetén várható, az engedélyezett minőségű termékekhez képest mutatott feltételezhető viselkedését. A laboratóriumi mért aprózódások és a teherismétlődési ciklusszámok figyelembevételével a rostálási ciklusidők is közelítőleg megállapíthatók – természetesen megfelelő közelítésekkel, egyszerűsítésekkel.
Kutatócsoportunk tagjai voltak: dr. Fi­scher Szabolcs egyetemi adjunktus, témavezető; Major Zoltán egyetemi tanársegéd; Németh Attila tanszéki demonstrátor, okleveles építőmérnök; Harrach Dániel tanszéki mérnök, okleveles építőmérnök; Horváth Zsolt tanszéki mérnök, villamosmérnök; Pollák András műszaki ügyintéző.
Konzulensünk Ézsiás László okleveles építőmérnök, a Colas Északkő Kft. minőségirányítási vezetője volt. 

A MÁV 102345/1995. PHMSZ Utasítása

Az 1. táblázatban összefoglalóan bemutatjuk a MÁV 102345/1995. PHMSZ Utasítás 3. és 4. számú módosításainak vasúti zúzottkő ágyazati anyagokra vonatkozó szilárdsági követelményeit, színekkel is jelölve a változásokat (piros cellaháttérrel a szigorításokat, zölddel a lazításokat). A táblázat értékeit megvizsgálva látható, hogy a Los Angeles aprózódási ellenállás paraméternél kivétel nélkül szigorodott 2010-ben a követelményrendszer, a kopási ellenállás paraméternél pedig a V = 80…120 km/h sebességkategóriában a 3. számú módosítás maximális határértékét adták meg követelménynek.
Az 1. táblázat értékeinek elemzésekor érdemes arra is figyelni, hogy V≥120 km/h sebesség esetén (amely felülről nincs korlátozva) egységes határértékeket fogalmaztak meg az utasításban. Erre ajánlatos lett volna nagyobb figyelmet fordítani az utasítást készítőknek, mert egy V>160 km/h sebességű pályába beépített ágyazati kőanyagot valószínűleg magasabb igénybevételek érhetnek.

A zúzottkövek aprózódását jellemző paraméterek

Hazai és nemzetközi irodalomkutatás alapján a zúzottkövek aprózódását az alábbi paraméterekkel lehet jellemezni:

  • ütési érték (Aggregate Impact Value, AIV) [4],
  • ütéssel szembeni ellenállás (resistance to impact) [4],
  • ágyazataprózódási index (Ballast Brea­kage Index, BBI) [5],
  • Marsal-aprózódás (Bg) [5],
  • Hardin-aprózódás [5],
  • Lee és Farhoomand-féle aprózódás [5].

Az ütési érték és az ütéssel szembeni ellenállás laboratóriumi vizsgálatai hengerbe töltött zúzottkőmintákon történnek; adott tömegű testet előre meghatározott magasságból és számban a zúzottkőmintára ejtenek, majd a zúzottkövet 2 mm-es szitán leszitálják. Az aprózódási értéket a 2 mm-es szitán áthullott tömeg eredeti tömeghez viszonyított értékéből lehet kalkulálni.
Indraratna és Lackenby vezetett be egy ágyazatianyag-aprózódási indexet (BBI) annak számosíthatóságára, hogy az ágyazati anyag minősége miképpen változik az avulás során [5]. Az index számításához a kezdeti és vizsgálat utáni szemmegoszlási görbék ismerete szükséges. A számítási összefüggés a következő:

Az A és B értékek értelmezését az 1. ábra segíti.
A Marsal-aprózódás, a Hardin-aprózó­dás, illetve a Lee és Farhoomand-féle ap­ró­zódásparaméterek kizárólag a 2,0 mm-nél kisebb zúzott kőanyagokon végzett ap­ró­zó­dás­vizsgálatok után alkalmazhatók.

1. ábra. A Ballast Breakage Index (BBI) értelmezése és számítása [6]

Az ágyazatrostálás szükségességének megállapítása 

A MÁV-nál a TMK rendszerben az ágyazatrostálási ciklusidő 14 év volt, az 1990-es évek végétől alkalmazott vágánydiagnosztika alapú állapotfüggő karbantartási rendszerben erre vonatkozóan nincs pontos adat. Körülbelül 10-15 évente célszerű elvégezni az ágyazatrostálási munkálatokat.

Lichtberger [4] többféle javasolt és alkalmazott módszert közöl:

  • ORE tanulmányban [4, 7] javasolt módszer,
  • Dél-afrikai Vasúttársaság által használt módszer [4, 8].

Az ORE tanulmány szerint az ágyazatrostálást akkor kell elvégezni, ha a 22,4 mm-es rostán áthullott zúzottkő ágyazati szemcsék mennyisége a vágányban nagyobb, mint 30 tömeg%.

A Dél-afrikai Vasúttársaság által használt módszer a következő, számítani kell az Fv értékét az alábbi képlet alapján:

Fv = (0,4×F19) + (0,3×F6,7) + (0,2×F1,18) + (0,1×F0,15)

ahol

D= az adott átmérőhöz tartozó rostán áthullott anyag tömeg%-a
Amennyiben Fv≥80%, az ágyazatrostálási munka szükségessé válik.
Indraratna et al. [5] által közölt BBI is alkalmas lehet a rostálás szükségességének megítélésére, a feltétel: BBI = 1,0. 

A cikk folytatódik, lapozás:1234Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] MÁV: A 102345/1995 PHMSZ előírás 4. számú módosítása, 2010.
  • [2] MÁV: A 102345/1995 PHMSZ előírás 3. számú módosítása, 2008.
  • [3] Cseh Zoltán: Kőanyagellátás kockázatai (hazai bányák esetén). Közúti Üzemeltetési és Fenntartási Napok, Sopron, 2013.
  • [4] Lichtberger, B.: Track compendium. Eurailpress Tetzlaff-Hestra GmbH & Co. KG, Hamburg, 2005, 634 o.
  • [5] Indraratna, B., Salim, W., Rujikiatkamjorn, C.: Advanced rail geotechnology – Ballasted track. CRC Press Taylor & Francis Group, London (ISBN 978-0-415-66957-3), 2011, 409 o.
  • [6] Gaitskell, P., Shahin, M. A.: Use of digital imaging for gradation and breakage of railway ballast. Australian Geomechanics, 48, 2013, 81–88. o.
  • [7] Plasser: Interner Forschungsbericht der Fa. Plasser S1 / 1998, Eindringversuche des Stopfaggregates von einer 09-16 und einer 07-32 Stopfmaschine in Schotterbett.
  • [8] Arangie, P. B. D.: The influence of ballast fouling on the resilient behaviour of the ballast pavement layer. 6th International Heavy Haul Railway Conference, Kapstadt, 1997.
  • [9] Fischer, Sz.: A vasúti zúzottkő ágyazat alá beépített georácsok vágánygeometriát stabilizáló hatásának vizsgálata. PhD-disszertáció, Széchenyi István Egyetem Műszaki Tudományi Kar Infrastrukturális Rendszerek Modellezése és Fejlesztése Multidiszciplináris Műszaki Tudományi Doktori Iskola, Győr, 2012, 148 o.
  • [10] MSZ EN 13450:2003: Kőanyaghalmazok vasúti ágyazathoz.
  • [11] MSZ EN 1097-2: Kőanyaghalmazok mechanikai és fizikai tulajdonságainak vizsgálata, 2. rész: Az aprózódással szembeni ellenállás meghatározása, 2010.
  • [12] MSZ EN 1097-1: Kőanyaghalmazok mechanikai és fizikai tulajdonságainak vizsgálata, 1. rész: A kopásállóság vizsgálata (mikro-Deval), 2012.
  • [13] viaconhungary.hu
  • [14] Gálos, M., Kárpáti, L., Szekeres, D.: Ágyazati kőanyagok. A kutatás eredményei (2. rész). Sínek Világa, 2011, 1. szám, 6–13. o.
  • [15] Douglas, S. C.: Ballast Qualityand Breakdown during Tamping, AREMA, 2013.
  • [16] Horvát, F., Major, Z.: Átmeneti sza­kasz kialakítása ágyazatragasztással, eltérő függőleges merevségű pálya­szakaszok csatlakozásánál, Sínek Világa, 2013, 1. szám, 6–12. o.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2015 / 3. számában.
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.
A hozzászólások megtekintéséhez vagy új hozzászólás írásához be kell jelentkeznie!
Sínek Világa A Magyar Államvasútak Zrt. pálya és hídszakmai folyóirata
http://www.sinekvilaga.hu | ©