A vonatkozó törvényi előírás szerint a felújítás során kitermelt zúzottkő szilárd, veszélyes anyagokat nem tartalmazó vasúti pálya kavicságya kategóriába sorolható, amennyiben nem olajsáros vagy vegyileg nem szennyezett.
A szemszerkezetben bekövetkező változások megítélésére javasolt a szemmegoszlási görbék jellemzésére, a finomsági modulusok analógiájára bevezetett, szemmegoszlás minősítő értékének (M) használata, mely a minősítő szitaméreteken a fennmaradt tömegszázalék metszékeinek összegével adható meg.

Bevezető gondolatok

A vasúti felépítmények meghatározó szer­ke­zeti része a zúzottkő ágyazat. Már a megnevezés is – ágyazat – sokatmondóan elgondolkodtató, hiszen mindennapi életünkben egy gyakran emlegetett tárgy szerepére, sokrétű funkciójára utal.
A vasút fejlődése során a zúzottkő ágyazatos keresztaljas vasúti felépítmény vált elterjedt vágányrendszerré, ugyanis a vágánybontási, -fektetési, -cserélési és -szabályozási munkák jól gépesíthetők, így a vágány geometriája könnyen kialakítható. Az ágyazatban az azt alkotó zúzottköveknek a feladata a vágányról átadódó járműteher rugalmas és egyenletes elosztása az alépítményre. Belső nyírási ellenállásával biztosítania kell a vágánygeometriai jellemzők (pl. irány, fekszint, síktorzulás) tartósságát. Az ágyazati kőanyaggal szemben fontos követelmény, hogy az ágyazat a vasúti pályára jutó csapadékvizet átengedje, annak elvezetését biztosítsa.

Az ágyazatot érő hatások

Az ágyazat viseli el a vasúti forgalomból adódó terheléseket és hatásokat, valamint a vasúti pályát az időjárási hatásokból származóan érő igénybevételeket. A vasúti pályaszerkezet felső része az ún. vasúti „vágányrács”, amelyet megfelelő rugalmassággal és szilárdsággal rendelkező ágyazat fog közre és támaszt alá (1., 2. ábra). Így a klasszikus vasúti felépítmény – sínek, sín­le­erősítések, keresztaljak, úzottkő ágya­zat – egyik nagyon fontos eleme a zú­zottkő ágyazat, amelynek elsődleges funkciója, hogy teherhordó szerkezetként az aljakról átadódó nyomást lecsökkentve és egyenletesen elosztva juttassa tovább az alépítmény felületére (3. ábra). A zúzottkő ágya­zat további feladata, hogy megfelelő ellenállást adjon a vágány hossz- és keresztirányú mozgásaival szemben, biztosítsa a vasúti vágány irány- és fekszintállapotát.

A halmazt alkotó szemcsék igénybevétele

Az igénybevétel elviselése szempontjából mind az aljak alatti kőgerenda, mind pedig a kőgerendák közötti ágyazat, illetve az aljakat oldalról megtámasztó rézsűs ágyazati rész külön-külön szerkezeti egységként kezelhető. Kontinuum szemléleti rend szerint a halmazban a szemcsék gyakorlatilag kis felületen érintkeznek. A szemcsék szabadon elmozdulhatnak egymás mellett, eltávolodhatnak egymástól, elfordulhatnak, illetve egy-egy szemcse be­ékelődhet két másik szemcse közé.
Abban az esetben, ha a szemcsék szabad mozgása külső behatásra, például aláverés, tömörítés (bevibrálás) hatására megszűnik, akkor a térelem viselkedése a szilárd testhez hasonlóvá válik. A szemcsehalmaz mint szilárd test deformálódik, és a szemcsék mint szilárd testek alakváltoznak és így, ezek összessége adja a szemcsehalmaz egészének deformációját.
A szemcsehalmazban, a halmazt terhelő erőhatások következtében kialakuló erők a szemcsék közötti kapcsolattól függnek. A szemcsék közötti kapcsolat lehet a szemcsék súlypontjába irányuló normálerő jellegű, elméletileg súrlódás nélküli vagy a kapcsolódó felületeken kialakuló súrlódással kombinált kapcsolat. Ezért mondhatjuk, hogy a szemcsehalmazban fellépő erők függnek a szemcsék közötti kapcsolat formájától.

A szemcsehalmazban a szemcsék igénybevétele az átadódó erőhatás következtében a szemcsék tönkremenetele szempontjából (4. ábra):
– húzó (szemcsehasító),
– nyomásból adódó nyíró,
– hajlító,
– tiszta nyíró
jellegű lehet.

A meghatározott kőzettani tulajdonsággal rendelkező kőzetanyagot, míg abból vasúti ágyazati kőanyag termék lesz, a fejtés (robbantás), az aprítás és osztályozás technológiai folyamatából fakadó hatások érik. Az ágyazati kőanyag termékből készített zúzottköveket már a bányaüzemben történő rakodásból, a munkahelyre történő szállításból és ürítésből, esetlegesen az átmeneti depóniaképzésből, továbbá a pályaépítés technológiai folyamatával meghatározottan, azaz elterítésből és a be­dolgozásból, valamint a vágányszabályozásból, az ahhoz tartozó tömörítésből további igénybevételek érik.

Az ágyazati kőanyagnak ezekre a hatásokra történő aprózódását külön tanulmányban lehet és kell értékelni. A forgalom hatásának és az egyéb, az ágyazati kőanyagot érő időbeni hatások tulajdonságváltozását a geometriai tulajdonságok változásával, nevezetesen a szemszerkezet változásával lehet nyomon követni. Az ágyazatot érő hatásokra bekövetkező változást jól szemlélteti az 5. ábra, ahol a vasbeton alj alatti kőgerenda felaprózódott ágyazati anyagát láthatjuk.

Az ágyazat minősítése geometriai tulajdonságokkal

A szemmegoszlás minősítő jellege

A geometriai tulajdonságok körébe az ágyazati kőanyag szemmegoszlását, a hal­mazt alkotó szemcsék szemalakját, az apró- és fi­nom­szemtartalmat sorolja a termék­szabvány.
A kőanyaghalmazok szemmegoszlását az MSZ EN 933-1:2012 szabvány szerinti szitavizsgálattal kell meghatározni. A vizsgálati mintát ki kell szárítani, azután a 0,063 mm nyílású szita felett meg kell mosni, majd meg kell szárítani, hagyni kell lehűlni, és ezután kell a szitálást száraz eljárással elvégezni. A szitavizsgálathoz a szabvány szerinti szitákat kell használni. Az MSZ EN 933-2:1998 szabvány úgy rendelkezik, hogy az egyébként szükséges szitákon kívül alkalmazni kell a nálunk is megszokott, hagyományos, ún. „alap” szitasort, amely a 0,063; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125 mm nyílású lyukbőségű szitákat tartalmazza.
Az MSZ EN 933-1:2012 szerint a szitavizsgálat vizsgálati adagjának tömege a legnagyobb szemnagyság függvénye (1. táblázat).

Az MSZ EN 13450:2003 termékszabvány szerint a vasúti ágyazati zúzottkő legkisebb szemnagysága d = 31,5 mm, legnagyobb szemnagysága D = 50 mm vagy D = 63 mm. A vasúti ágyazati zúzottkő MSZ EN 933-1:2012 szabvány szerinti szitavizsgálattal meghatározott szemmegoszlása elégítse ki a 2. táblázat szerinti szemmegoszlási osztályok valamelyikének követelményeit. A 31,5–50 mm névleges szemnagyságú, A–C szemmegoszlási osztályú vasúti ágyazati zúzottkő 2. táblázatban található szemmegoszlási határgörbéi a 6. ábrán láthatók. A vizsgált minták szemmegoszlását a megjelent, de visszavont európai szabvány, az EN 13450:2012, az A szemmegoszlási határgörbéinél semmilyen változást nem hozott, csupán a megnevezést pontosította Gc RB A-ra, és elhagyta az F osztályt (3. táblázat).

A szemmegoszlás minősítő értéke

A szemmegoszlási görbék jellemzésére a BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék korábbi kutatásainak eredményeként, a finomsági modulusok analógiájára bevezetett szemmegoszlás minősítő értékét (M) használhatjuk, amely a minősítő szitaméreteken a fennmaradt tömegszázalék metszékeinek összege:
,
ahol mk a szabvány szerinti minősítő szitákon fennmaradt anyag tömeg%-ban,
31,5–50 mm szemnagyságú ágyazati kőanyagnál: k → 22,4; 31,5; 40; 50; 63 mm-es szita,
31,5–63 mm szemnagyságú ágyazati kőanyagnál: k → 22,4; 31,5; 40; 50; 63; 80 mm-es szita,
22,4–40 mm szemnagyságú ágyazati kőanyagnál: k → 16; 22,4; 31,5; 40; 50 mm-es szita.

A szemmegoszlási határgörbék minősítő értékei javaslatunk szerint a 4. táblázatban szerepelnek.
Korábban épített és használt pályaszakaszokon az ágyazati kőanyag szemszerkezeti tulajdonságaiban bekövetkezett változást a szemmegoszlás minősítő értékével tudjuk nyomon követni.
A 7. ábrán a pályák korossága szerint tüntettük fel a szemmegoszlási görbék minősítő (M) értékeit. Az értékelés alapját az jelenti, hogy feltételezhetjük: a korábban beépített kőanyagok megfeleltek a 32–50 mm szemnagysághatárú ágyazati anyagokra vonatkozó korabeli előírásoknak.

A vizsgálatsorozat eredményeként a pályába beépített kőanyagok értékelését a szemmegoszlás változásával lehet megadni. A változást az A szemmegoszlási kategória minősítő átlagértékéhez (minősítő átlagérték = 253,5, kerekítetten 255) lehet a változási jellemzővel (λ) kifejezni:

,
ahol  M₀ = 253,5 (255), Mi a különböző korú pályában levő kőanyag szemmegoszlását minősítő érték.
A műszaki gyakorlatban elfogadott maximum 20%-os változás (romlás) azt jelenti, hogy a szemmegoszlás minősítő értéke a C szemmegoszlási kategória határgörbéi között marad, tehát a szemmegoszlás a szabvány szerinti kategóriáknak még megfelelő.

A vasúti ágyazat állapotának jellemzése

Az ágyazati anyag avulását három alapvető ok idézi elő: az aprózódás, a szennyeződés és az ágyazathiány. A 8. ábra erősen elszennyezett ágyazati kőanyagot mutat. Az ágyazat állapotának megítélésénél számolni kell a forgalom tömörítő hatásával is, ami akár 80–99%-os is lehet az eltelt idő függvényében. Felújítás során meg kell oldani a zúzottkőanyag erőteljes aprózódással szembeni védelmét, és meg kell akadályozni az ágyazatnak a járműforgalomból adódó rezonancia miatti szétfolyását is.

A zúzottkő ágyazat keresztirányú ellen­állását is vizsgálni kell az ágyazat kőanyagát érő igénybevételek során. Ennek nagyságát jelentősen befolyásolja, elsősorban íves szakaszon, a vágány oldalirányú stabilitása, azaz a kinyomódással, kivetődéssel szembeni ellenállása. Értéke változik az ágyazatváll mérete, az aljközökben lévő anyag mennyisége, az ágyazat anyaga, szemmegoszlása, tömörsége, állapota (pl. elsárosodott vagy megfagyott, valamint szennyezett) függvényében.
Az ágyazat kőanyagát érő igénybevételeknél meg kell még említeni az időjárási hatásokat (hőmérséklet, víz, fagy), valamint a szennyező hatásokat is (vegyi, kémiai szennyezések, szállítmányból kihulló termékek, szerves, szervetlen, por, olajsáros ágyazat). Az ágyazati kőanyag az igénybevételek hatására aprózódik és szennyeződik (8. ábra).
 Az ágyazati anyag szemszerkezeti vizsgálatának célja az, hogy a kikerülő leaprózódott kőzetanyag másodlagos felhasználásáról, illetve elhelyezéséről már a felújítási tervek készítésénél gondoskodni lehessen.
Vasútvonalak felújítási munkáinál az ágyazat zúzottkő anyagának megítélésére jól hasznosíthatóak a szemszerkezet vizsgálatának eredményei, a kőzetanyag szemszerkezeti tulajdonságainak vizsgálata és az eredmények kiértékelése, valamint elemzése. A szemmegoszlási görbe minősítő értékei mutatják a vasúti pálya különböző részein az ágyazati kőanyag állapotát, amit szemrevételezéssel csak szubjektív módon tudunk jellemezni.
Egy vasúti vonalszakasz felújítása előtt készült vizsgálatok jól szemléltetik a mondottakat. A Budapest–Esztergom vas­­út­vonalon – a Piliscsaba és Esztergom vasútállomások közötti szakaszon, az állomásközökben vett mintákon – az ágyazati kőanyagok állapotának értékelésére készültek vizsgálatok. Az eredmények azt mutatták, hogy a felépítmény ágyazati kőanyaga felújításra szorult. A vegyes kőzetanyagú felépítményben szürke színű, tömött szerkezetű piroxénandezit mellett változó mennyiségben szürkésfehér színű tömött mészkő volt (9. ábra).

A vonalszakaszon mintavételezés történt az ágyazati kőanyagból az aljak alatt az állomások közötti szakaszok egyenes és íves részeiből, az állomás előtti fékezési, illetve gyorsítási szakaszokból (A minták), valamint az aljakat keresztirányba megtámasztó rézsűs részből egyenes és íves szakaszokon (R minták). A geometriai és kőzetfizikai vizsgálatokra történő mintavételezés a 10. ábrán látható.

Az ágyazati kőanyag állapotát a szemmegoszlási görbék (11–15. ábra) szemléltetik.

A vizsgált szakaszokon a szemmegoszlási görbék a vizsgálatok eredményeit jól dokumentálják, de értékelésük a szemmegoszlási görbék minősítő értékével válik kezelhetővé. Az ágyazati kőanyag állapotát vizsgálati eredményekkel meghatározott minősítő értékeket az 5. táblázatban foglaltuk össze.
A minősítő értékek jól mutatják, hogy a leaprózódás az A szemmegoszlási határgörbe minősítő értékéhez viszonyítottan az aljak alatt 55%-os, az ágyazatban 67%-os.
Ezek alapján a pótlásnál – 10 tömeg%-os többletanyag számbavételével – 65, il­letve 55 tömeg%-os anyagbeszállítással kell számolni. Javaslatunk szerint átlagosan az ágyazati kőanyag pótlásánál a 60 tö­meg% új andezit kőanyag beépítésének igényét kell figyelembe venni.

Összefoglalás, javaslatok

A különböző időben beépített ágyazati zúzottkövek termékállandósági tulajdonságainak megítélésénél a geometriai tu­laj­donságok figyelembevételére a szemmegoszlási görbe alapján meghatározott jellemző, a szemmegoszlás minősítő értéke (M) használható. A szemmegoszlás minősítő értékének változásával a felépítmény állapota kategorizálható. A felújítási munkák ütemezésénél javasoljuk, hogy előzetes, előkészítő vizsgálattal történjenek a tervbe vett szakaszokon a felépítmény ágyazati kőanyagok állapotát értékelő szemszerkezeti vizsgálatok.

A szemmegoszlás minősítő értékének változása mellett ügyelni kell az ágyazati kőanyag szemalakjának változására is. A beépített kőanyag kubikus szemalakú, véleményünk szerint viszont a pótlásnál, a jobb ékelődés érdekében, bizonyos mértékben lemezes szemű kőzetanyag beépítése is célszerű lenne.

Köszönetnyilvánítás

Az ágyazati kőanyagok szemszerkezeti tulajdonságainak átfogó vizsgálatát a MÁV Zrt. K+F Kutatásfejlesztési Innovációs Programjai tették lehetővé. Nevezetesen a „Vasúti ágyazati anyag entrópia tulajdonságainak és azok energiaszemléletű hatá­sainak vizsgálata az MSZ EN 13450:2003 számú szabvány rendjében” című (témaszám: 1-07-95-002/11) és annak folytatásaként „A vasúti zúzottkő ágyazati kőgerenda vizsgálata dinamikus és egyéb igénybevételek hatására” című (szám: 36895/2015/MAV) K+F kutatás.
A szerzők köszönettel tartoznak Emszt Gyula ny. tanszéki mérnök és Pálinkás Bálint laboráns (BME Geotechnika és Mérnökgeológia, korábban Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék munkatársai) segítőkész, önzetlen munkájáért.