A cikk szerzője:

Dr. habil. Fischer Szabolcs egyetemi docens
SZE

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.

7. ábra. Az 517-es számú zúzottkő minta a 3×106 fárasztási ciklus után

A 7. ábra és a nem közölt grafikonok alapján az alábbi megállapításokat tehetjük:

  • nincs (erős) korrelációs kapcsolat egyik aprózódási paraméter és annak változása, illetve a mért, valamint képzett (kalkulált) kőzetmechanikai paraméterek között;
  • a Los Angeles aprózódás és a Mikro-Deval kopásvizsgálat során a zúzottkőszemcséket a valóságos (vasúti pályában lévő) terhelésüktől, igénybevételüktől jelentősen eltérő viszonyok között vizsgáltuk, ezért a korreláció hiánya e paraméterek, illetve a jelen kutatás-fejlesztési munkában bemutatott egyedi laboratóriumi vizsgálat során – amely jobban szimulálja az ágyazati gerendában elhelyezkedő szemcsék valós ismétlődő terhelésnél mutatott viselkedését – mért szemcseaprózódások között nem teljes mértékben meglepő és váratlan;
  • a [15]-ös irodalomban, ahol a gépi keresztalj-aláverés okozta szemcseaprózó­dást vizsgálták laboratóriumi körülmények között, sem tudtak kimutatni korrelációt az LARB (%) és a szemcsék alaktényezői között. 

Az ágyazatrostálási ciklusidők kalkulációja a laboratóriumi vizsgálatok mérési eredményei alapján 

Ebben a fejezetben az öt különböző bányából származó, andezitanyagú vasúti zúzottkő ágyazati minta laboratóriumi fárasztógépes aprózódásvizsgálata során kapott eredmények alapján becsüljük meg az ágyazatrostálási ciklusidőket. A kalkulációban az alábbi közelítéseket és egyszerűsítéseket vettük figyelembe:

  • sem a gépi, sem a kézi aláverés okozta ap­rózódás nincs számításba véve;
  • sem alépítményi, sem felépítményi rend­ellenesség miatti gyorsuló romlási hatás nincs számításba véve;
  • az egyéb ágyazatszennyező hatásokat (por, vasbeton keresztalj kopása, aprózódás, vízzsákoknál az ismétlődő dinamikus terhelés következtében kialakuló pumping hatás okozta finomszemcse-tartalom növekedése a zúzottkő ágyazatban stb.) elhanyagoltuk;
  • a teljes zúzottkő ágyazati keresztmetszetben nem alakul ki ilyen mértékű aprózódás, mint amekkora értékűt mértünk a laborvizsgálataink során, például az ágyazatvállnál és az ágyazati rézsűnél szinte alig aprózódnak a valós pályában a zúzottkőszemcsék: a közelítésünk ennél a pontnál az, hogy figyelmen kívül hagytuk ezeket a kieső, aprózódás nélküli részeket az ágyazatban, és a teljes keresztmetszetre vetítve kalkuláltunk;
  • a kezdeti és a 3 × 106 ciklust követő aprózódásértékek alapulvételével készült a kalkuláció, pontosabb regressziós függvények meghatározásához min. 2-3 további mérési eredményre szükség lenne mindegyik zúzottkőmintánál;
  • a Kelenföld–Hegyeshalom oh. vasútvonalat és ennek a vasútvonalnak az átlagos évi közelítő átgördült elegytonna-terhelését (kb. 15 millió elegytonna/irány) vettük alapul a kalkulációknál;
  • csak 225 kN-os tengelyterhelést vettünk figyelembe (ez inkább tehervonatra igaz, személyszállító vonatra kb. 180 kN érték lenne reálisabb).

Az ágyazatrostálási munka szükségességének megállapítását az előzőekben részletezett módszerekkel végeztük (5. táblázat).


Ahogy már említettük, a MÁV-nál a TMK rendszer alkalmazásakor az ágyazatrostálási ciklusidő kb. 10-15 év volt. Bár a kalkulációnkban jelentős egyszerűsítések is szerepelnek, az 511. számú zúzottkőminta esetére kiadódott közel 18 éves ciklusidő a Kelenföld–Hegyeshalom oh. vasútvonalon kevesebb lenne, mint a MÁV egykori 10-15 éves értéke.
A ciklusidők elemzésekor egyértelműen látszik, hogy az 514. számú zúzottkőminta – a jelentősen alacsony LARB és MDERB értéke, valamint a laboratóriumi aprózódásvizsgálat eredményeivel is alátámasztva – rendelkezik az öt közül az egyik legjobb kőzetmechanikai paraméterekkel, a kiadódott ágyazatrostálási ciklusideje közel 69 év. Természetesen ez az érték ir­reálisan magas. Az összes ágyazatszennyező hatást figyelembe véve a TMK rendszerbeli 10-15 éves ágyazatrostálási ciklusidő valószínűsíthetően tartható ezzel a típusú vasúti zúzottkővel.
A 6. táblázatban a kalkuláció alapját kizárólag a d<22,4 mm-es szemcsék tömegszázalékos aránya alapján készítettük. Ez közelebb áll a magyarországi elméleti rostálási szükségesség meghatározásához. A vágány alatt lévő elaprózódott zúzottkő mennyiségét megbecsülendő (általában rostálás előtt), próbarostálást szoktak végezni. Az ágyazatrostáló gép is a d<20…23 mm-es szemcséket távolítja el az ágyazatból, ezt hívják rostaaljnak.
A 6. táblázat adatai alapján a minimális rostálási ciklusidők részben változtak (nőttek), például az 514-es kódszámú zúzottkőmintánál is 18-ról 28 éves értékre. 

Összefoglalás és a további kutatási lehetőségek

A kutatási eredmények rávilágítanak a témakörrel kapcsolatos összehangolt kutatási tevékenység fontosságára, ennek során célszerű kitérni:

  • Első lépésben a rendelkezésre álló ásványvagyon minőségi-mennyiségi-ka­pa­­ci­tás­­beli-elhelyezkedésbeli felmérésére.
  • Elindítani egy széles körű vizsgálatsorozatot, amelynek részét kellene képeznie nagyszámú laboratóriumi kísérletnek, a bemutatott félüzemi kísérletnek, továbbá célszerű lenne elemezni a közelmúltban megépült vasúti pályák állapotát és igénybevételeit.
  • Meg kellene határozni legalább közép­távon a vasúti beruházások várható alapanyagigényét.
  • A követelmények felülvizsgálatát a fentieket követően objektív eredményekre támaszkodva, a fenntarthatóság jegyében lehetne felülvizsgálni.
  • Az elvégzett irodalomkutatás, laboratóriumi vizsgálatok eredményei alapján az alábbi további kutatási lehetőségeket fogalmazzuk meg:
  • eltérő peremfeltételekkel végzett laboratóriumi vizsgálatok (pl. az alépítményt modellező rétegszerkezet E2 modulusának változtatása, esetleg alágyazati szőnyeg alkalmazása);
  • esetleges speciális szerkezeti kialakítású (nagyobb merevségű) ágyazati anyagok vizsgálata (pl. ragasztott ágyazat [16], stb.),
  • az aprózódás pontosabb időbeli (fárasztási ciklusszámbeli) változásának precízebb mérése, például az alábbi módon:
  • egy-egy zúzottkőmintából legalább 3-5 egyedi vizsgálat, és a fárasztás előtti-utáni szemeloszlások felvétele:

       – 5 × 105 fárasztási ciklusig,
       – 1 × 106 fárasztási ciklusig,
       – 2 × 106 fárasztási ciklusig,
       – 3 × 106 fárasztási ciklusig,
       – 5 × 106 fárasztási ciklusig,

  • a rostálási ciklusidő számítási módszerének pontosítása.
A cikk folytatódik, lapozás:« Előző1234

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 | ©