Geometriai vizsgálatok

Szemmegoszlási vizsgálatok

A szemmegoszlási vizsgálatok mérési eredményeit minden esetben a szabványban megadott A szemmegoszlási kategória alsó és felső szemmegoszlási határgörbéjének figyelembevételével értékeltük. A különböző okok miatti változások a görbék alakján, „lefutásán” jól követhetők. A kategóriahatárok között maradó görbék esetén a minősítés egyértelmű, és a szabvány szerinti kategória megadásával kezelhető.
A kutatási munka során végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy az ágyazati kőanyagok belső energiaváltozását, azaz entrópiájának változását legjobban a szemmegoszlási görbével értékelhetjük. Az ágyazati anyagok szemmegoszlási görbéit a szemmegoszlási görbék jellemzésére használt finomsági modulusok analógiájára egy, a 31,5–50 mm szemnagysághatárú halmazokra bevezetett minősítő érték­pár­ral és azok átlagával (MA; MF, illetve Mátlag) jellemezhetjük. Az ágyazati kőanyagok entrópiáját jellemző minősítő értékpár a szabvány szerinti alsó és felső határgörbénél a minősítő szitaméreteken a fennmaradt tömeg% metszékeinek összege:

(k → 22,5; 31,5, 40; 50; 63 mm-es szita)
ahol mk a szabvány szerinti minősítő szitákon fennmaradt anyag tömeg%-ban (lásd 1. táblázat).
Az 1. ábrán grafikusan ábrázoltuk a 31,5–50 mm-es ágyazati anyagok szabvány szerinti határgörbéit. Az ábra tanúsítja, hogy a három kategória között igen kicsi, és véleményünk szerint jelentéktelen az eltérés.

A bányaüzemekből kikerülő ágyazati kőanyagok az alkalmazott törési, osztályozási technológiák függvényében egyenletes szemmegoszlási tulajdonságot mutatnak. A bányaüzemekből kikerülő kőanyagoknál a szemmegoszlást minősítő értékek MA és MF közöttiek voltak. A vállalatok üzletpolitikája szerinti törekvés az, hogy legyen a szállított kőanyagnak egy olyan jellemző „szemmegoszlási vezérgörbéje”, amelytől az eltérés minimális, így tehát hosszú távon az ágyazati anyag minősége tervezhető. Természetesen e törekvéshez szorosan kapcsolódik az az igény, hogy a termelésbe bevont, az üzemi terv szerinti kőzetösszlet a kőbányában egyenletes minőségű és a célnak megfelelő tulajdonságú legyen.

A szállítás hatásának értékelésére a kísérleti pálya építésénél a FAD kocsik ürítése során kocsinként mintavétel történt a kocsi alsó (1. minta), középső (2. minta) és felső (3. minta) részéről. A FAD kocsik ürítésénél vett minták szemmegoszlási görbéit a 2. ábra szemlélteti.
A szemmegoszlási görbék jelentős mértékű szegregálódást, mely a szállítás miatt következett volna be, nem mutatnak. Az uzsai bazaltnál a kocsi felső részében tapasztalt nagyobb mennyiségű finomszem valószínűleg a FAD kocsi töltésének hiányosságaiból adódott.
A kísérleti pálya építésénél az ágyazati anyagok szemszerkezetének viselkedését a 3. ábra szemlélteti. Az ötciklusos építés során a ciklusonként meghatározott szemmegoszlási görbék kőzetváltozatonként más-más viselkedési jelleget mutatnak. A határgörbék között futó görbék az alsó határ felé tolódtak el. A szemmegoszlási görbék tanúsága szerint az építés során a rendezési és aláverési munka az aljak alatti kőgerenda kialakításánál a kőanyag kismértékű aprózódását eredményezte. Az a külső munka, mely a tömörödést biztosítja, a kőzetanyag szilárdsági és geometriai tulajdonságaitól függő szemszerkezeti változást hozott létre, de a szemmegoszlást minősítő értékek MA és MF minősítő értékek között maradtak.

---

A 4. ábrán a szabályozási ciklusok és az ötszöri stabilizálást követően vett minták szemmegoszlási görbéit ábrázoltuk. A szemmegoszlási vizsgálatok azt mutatták, hogy az alkalmazott 33-33 mm-es emeléssel járó szabályozások az új, jó minőségű kőzetanyagoknál nem okoztak olyan szemszerkezeti változást, mely a kategóriahatárok átlépésével járt volna. A végleges szintre emelt pályaszakaszokon az ötszöri stabilizálás után a szemmegoszlási görbék még mindig megfelelnek az A szemmegoszlási kategória követelményeinek.
Az ötödik stabilizálási ciklus az ágyazatnak már olyan igénybevételt jelentett, amely bizonyos mértékű „szétcsúszást” okozott. Ez a megfigyelés arra hívja fel a figyelmet, hogy ilyen mértékű igénybevétel után szükség van az ágyazat rendezésére, valamint arra is, hogy a végleges szabályozás után hány ciklusú stabilizálást szabad végezni.
Meglevő pályák karbantartási és felújítási munkálatai során kikerülő kőanyagok szemmegoszlási tulajdonságai jól mutatják a kőzetanyag elhasználódását. A forgalmi terhelés miatt a pályába beépített ágyazati anyagokat ért hatásokat a szemmegoszlási görbékkel látványosan, a szemmegoszlási görbék minősítő értékeivel tényszerűen is értékelhetjük.
A 5. ábrán a pályák korossága szerint tüntettük fel a szemmegoszlási görbék minősítő (M) értékeit. Az értékelés alapja az, hogy feltételezzük: a korábban beépített kőanyagok megfeleltek a 32–50 mm szemnagysághatárú ágyazati anyagokra vonatkozó korabeli előírásoknak.

---

A pályába beépített kőanyagok entrópiáját a vizsgálatsorozat eredményeként a szemmegoszlás változásával lehet megadni. A változást az A szemmegoszlási kategória minősítő átlagértékéhez (minősítő átlagérték = 253,5) lehet a változási jellemzővel (λ) kifejezni:


ahol M0 = 253,5 Mi  a különböző korú pályában levő kőanyag szemmegoszlását minősítő érték.
A műszaki gyakorlatban elfogadott 20%-os változás azt jelenti, hogy a szemmegoszlás minősítő értéke a C szemmegoszlási kategória határgörbéi között marad, tehát a szemmegoszlás a szabvány szerinti kategóriáknak még megfelel.

Szemalakvizsgálatok eredményei

Az ágyazati anyagok szemalakkal kapcsolatos tulajdonságai szabvány szerint a lemezességi számmal és az alaki mutatóval értékelhetők. E két vizsgálat ugyanannak a tulajdonságnak a jellemzésére szolgál. A két vizsgálat közötti regressziós kapcsolat erősségét a kutatási munka során végzett vizsgálatok eredményei szemléltetik.
A 6. ábra a bányákból frissen fejtett anyagoknál mutatja a szemalakvizsgálatok eredményeit. A KŐKA Kft. komlói bányaüzemében az egyéves termelés során rendszeresen vett mintákon végzett vizsgálatok eredményei is nagyszórásúak, részben a technológiai fegyelem nem szigorú betartása, részben a mintavétel esetlegessége, részben pedig a kőzetanyag kőzettani változatossága miatt.

---

A 7. ábra a jászkiséri kísérleti pályán, az egyes munkafázisok során vett mintáknál mutatja a lemezességi szám és az alaktényező közötti összefüggést.
A kísérleti pályán az építési és szabályozási, valamint a stabilizálási munkafázisok során vett minták vizsgálati eredményei is azt mutatták, hogy a szabályozási ciklusok a szemcsék kubikusabbá válását eredményezték.
A 8. ábrán a különböző korú pályaszakaszokból vett minták kőzetanyagán mért eredményeket láthatjuk. Az ábra tanúsága szerint az idősebb pályákban – a pálya korának megfelelően – a szemalaktényező csökken, azaz a lemezes szemek részaránya csökken.

Megállapíthattuk, hogy mind a bányákból kikerülő kőzetanyagok, mind pedig az ágyazati kőanyagok a beépítés technológiai folyamata során, valamint a használat alatt aprózódást, letörést szenvednek, és a lemezes jellegű ágyazati anyag kubikussá lesz. A szemalakvizsgálatok eredményei a szemek gömbölyödését mu­tatják, a lemezes szemek részaránya az ágyazatot érő igénybevételek hatására csökken. A szemcsék legömbölyödése bizonyos mértékig rontja az aláveréssel kialakuló ékelődést.
A lemezességi szám és a szemalaktényező közötti összefüggés-vizsgálatok bizonyítják, hogy a vizsgálati módszerek ugyanannak a geometriai tulajdonságnak a meghatározására szolgálnak, ezért a vasúti ágyazati anyagok minősítésénél elegendő, ha a kettő közül csak az egyiket rendszeresítjük.

Kőzetfizikai tulajdonságok vizsgálati eredményei

Szilárdsági és hatásállósági vizsgálatok eredményei

A kutatási munka eredményei egyértelműen bizonyították, hogy az ágyazati anyagok aprózódási ellenállását vizsgáló vasúti Los Angeles vizsgálat és a használati ellenállást vizsgáló vasúti Mikro-Deval vizsgálat két különböző tulajdonságot értékel. A kétfajta vizsgálat eredményei között regressziós összefüggés nem mutatható ki, tehát bizonyítottan az ágyazati anyag más-más kőzetfizikai tulajdonságát minősítik. Ebből az a következtetés vonható le, hogy e vizsgálatok eredményeit egységes szemlélettel kell kezelni.

A 9. ábrán a bányából kikerülő kőzetanyagokon, a 10. ábrán a felújítási munka során kikerülő ágyazati anyagokon mért értékeket tüntettük fel. Az ábrákon a szabvány szerinti kategóriahatárokat azért jelöltük be, hogy a besorolások szemléletesek legyenek.
A vizsgálati eredmények bizonyítják, hogy a hazai kőzetvagyon alkalmas olyan vasúti ágyazati anyagok gyártására, melyek az európai minőségi követelményeknek megfelelnek, és a különböző kiépítési sebességű pályák építésénél felhasználhatók.
A 10. ábrán feltüntetett eredmények azt mutatják, hogy a használat során vizsgált ágyazati kőanyagok egy részénél a Los Angeles vizsgálat eredményeivel meg­adott szilárdsági tulajdonság nem változott, azaz szilárdsági tulajdonságaik nem romlottak. Egy részüknél romlásként értékelhetjük, hogy a Los Angeles aprózódási érték 16 és 20 közé került. E megállapításokat azzal a feltételezéssel tettük, hogy a korábban beépített kőanyagok, az akkori előírásoknak megfelelően 16 ≥ Los Angeles aprózódási értékűek voltak.

---

A több éve használt pályákból kikerülő kőzetanyag romlása a vasúti Mikro-Deval vizsgálatok eredményeinek növekedésével, azaz a használati ellenállás változásával lenne magyarázható. Nehézséget az okoz, hogy ez esetben nincs viszonyítási alapunk, mivel korábban ilyen vizsgálatok nem voltak.

A termikus vizsgálatok eredményei

A kristályosítási vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy a magnézium-szulfátos kristályosítás a vasúti pályákba beépített kőanyagoknál nem okoz olyan mértékű aprózódást, amely a minősítési gyakorlat számára kategorizálási lehetőségeket jelenthetne. A jó kőzettani adottságokkal, megfelelő szöveti tulajdonságokkal rendelkező kőzetváltozatok kristályosítási vesztesége kismértékű. A hazai kövek, melyeket vasúti ágyazati kőanyagként hasznosítottak, vizsgálataink szerint MS ≤ 3 aprózódási veszteségűek voltak.

A kristályosítási vizsgálat a laboratóriu­mok közötti körvizsgálatok tapasztalatai szerint nagymértékű szórást mutat. Ezért ennél a vizsgálatnál a kis veszteséget mutató kőanyagok megítélése egyszerű, mert azt mondhatjuk, hogy ezek a kövek időállóak.
A 11. ábrán az aprózódással szembeni ellenállás és a kristályosítási veszteség, a 12. ábrán a használati ellenállás és a kristályosítási veszteség közötti összefüggést mutatjuk felújítás alatt lévő pályákból származó, már használatnak kitett kőanyagokon végzett vizsgálati eredmények alapján.
A fagyasztási vizsgálatok során a tömegveszteségek a használat során bizonyítottan fagyállónak minősített kőzetanyagoknál olyan kismértékűek voltak, hogy a vizsgálati eredmények nem használhatóak a kőzetanyag viselkedésének hosszú távú megítélésére. A 13. ábrán az aprózódással szembeni ellenállás és a fagyasztási aprózódás, a 14. ábrán a használati ellenállás és a fagyasztási aprózódás közötti összefüggést mutatjuk be pályákból származó, már használatnak kitett kőanyagokon végzett vizsgálati eredmények alapján.

A 15. ábrán feltüntetett vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy a kristályosítási veszteség és a fagyasztási aprózódás között laza összefüggés figyelhető meg, és a vizsgált ágyazati anyagoknál az értékek olyan kicsik, hogy ezen belül a viselkedés megítélése nem kategorizálható.
Ágyazati kőanyagok fagyhatással szembeni viselkedését a nemzetközi gyakorlat ma egyre inkább az aprózódással szembeni ellenállás változásával ítéli meg. Vizsgálataink is azt mutatták, hogy a vasúti Los Angeles vizsgálat szerinti aprózódásnak a fagyasztás hatására bekövetkező változása lehet a minősítés feltétele. Felújítás során pályából kikerülő anyagoknál ΔS = 1 és 18 közötti értékeket mértünk.
Cikksorozatunk részben bemutattuk a ku­tatási munka eredményeit, a következőben pedig az eredmények hasznosítására teszünk javaslatot.