AZ EMBERI ERŐFORRÁSOK MINISZTÉRIUMA ÚNKP-17-4 KÓDSZÁMÚ ÚJ NEMZETI KIVÁLÓSÁG PROGRAMJÁNAK A vasúti zúzottkő ágyazati kőanyagok egyedi kőzetfizikai vizsgálatai Dr. Fischer Szabolcs egyetemi docens Németh Attila egyetemi tanársegéd SZE ÉÉKK Közlekedésépítési Tanszék XI. Kő- és Kavicsbányász Napok, Velence-fürdő, 2018 2018.03.02.
Az előadás tartalma Kutatási probléma felvetése A 2014. évi laboratóriumi fárasztásos vizsgálat és eredményei A 2017-2018. évi irodalomkutatás A 2017-2018. évi kutatási terv A 2017-2018. évi kutatási terv felmerülő kérdések, egyebek Összefoglalás, kitekintés
Kutatási probléma felvetése 2010-ben szigorítás történt a MÁV 102345/1995 PHMSZ 4. számú módosításában a LA RB (%) és az M DE RB(%) értékek tekintetében, üzemi körülmények Los Angeles aprózódási ellenállás és Mikro- Deval kopási ellenállás, újabb laborvizsgálat megoldás, amely a valóságos igénybevételi körülményeket jobban figyelembe veszi, összefüggés keresése a szabványos és egyedi mérési eredmények között, rostálási ciklusidők kalkulációja a laboratóriumi mért aprózódások és a teherismétlődési ciklusszámok figyelembevételével, 2017-2018. évi kiegészítő kutatás: az ágyazati kőanyag degradációjának pontosabb meghatározása.
A MÁV 102345/1995 PHMSZ 3. és 4. számú módosítása Szilárdsági követelmény Pályára engedélyezett sebesség V>160 16 160 V>120 16 120 V 80 16 80>V 40 24 V<40 24 LA RB 2008-2009 2010-től Megengedett eltérés +2 (negatív +4 (negatív +4 (negatív +4 (negatív +4 (negatív Megengedett eltérés 16 11 16 11 16 11 20 15 24 15 Megengedett eltérés +2 (negatív +4 (negatív +4 (negatív +4 (negatív +4 (negatív M DE RB 2008-2009 2010-től Követelmény Követelmény Követelmény Követelmény Megengedett eltérés 11 11 15 15 15
A 2014. évi laboratóriumi fárasztásos vizsgálat és eredményei 5 különböző andezit anyagú vasúti zúzottkő ágyazati minta (MSZ EN 13450:2003 szerinti A típusú ágyazati anyag 31,5/50 mm): 511-es jelű, 514-es jelű, 517-es jelű, 521-es jelű, 522-es jelű. Szemeloszlás vizsgálata a laboratóriumi fárasztás előtt. Los Angeles aprózódás és Mikro-Deval kopás mérése.
A 2014. évi laboratóriumi fárasztásos vizsgálat és eredményei Los Angeles aprózódás és Mikro-Deval kopás mérése (Colas Északkő Kft. végezte). Zúzottkő minta száma LA RB (%) M DE RB (%) 511-es kódszámú zúzottkő minta 14,2 3,6 514-es kódszámú zúzottkő minta 16,7 9,7 517-es számú zúzottkő minta 23,8 16 521-es kódszámú zúzottkő minta 18,6 16,7 522-es kódszámú zúzottkő minta 18,55 17
A 2014. évi laboratóriumi fárasztásos vizsgálat és eredményei A laboratóriumi pulzátoros vizsgálathoz Fischer (2012) irodalomban által publikált 10 szintes nyíróláda 6 alsó keretét használtuk. A kereteket fixen egymáshoz csavaroztuk a vízszintes relatív elmozdulásokat megelőzendő. A nyíróládához tartozó görgőket nem szereltük be a láda alá. A nyíróládában felépített rétegszerkezet felülről lefelé az alábbi: 46 42 cm-es acél terhelőlemez + D=300 mm-es acél körtárcsa,, 30 cm vastag zúzottkő (keresztmetszet: 46 46 cm), 1 rtg. Viacon GEO PP TC 1200 típusú hőkezelt nem szőtt, nagy nyomóképességű geotextília a teljes 1,0 m 1,0 m felületen elterítve + az oldalfalakon is, 10 cm homok, 1 rtg. Naue Secutex 151 GRK geotextília a teljes 1,0 m 1,0 m felületen elterítve, 20 cm vastagságban a teljes 1,0 m 1,0 m felületen elterített Austrotherm Thermopan XPS hőszigetelő lapok (E 2,XPS+10 cm homok =20,42 MPa).
A 2014. évi laboratóriumi fárasztásos vizsgálat és eredményei A pulzátoros fárasztásos vizsgálat során az alábbi terhelési paramétereket alkalmaztuk: D=300 mm-es acél körtárcsa, a terhelő lemez acél anyagú, felülete 460 420 mm, A=193.200 mm 2, F min =20 kn, F max =120,74 kn, felfelé kerekítve: 121 kn, m=3 millió ismétlődési ciklus, f=7 Hz, szinuszos terhelés. F max értékének számítása A terhelő lemez =460 420=193.200 mm 2, A fél keresztalj felfekvése =800 200=160.000 mm 2, p 1 = A terhelő lemez /A fél keresztalj felfekvése =1,2075, F stat,kerék =112,5 kn p 2 =0,4 (a keresztalj felett álló kerékteherből a keresztaljon ébredő reakcióerő a kerékteher kb. 40 %-a), p 3 =1,111 (5/9-es osztás az 1/2 helyett a vétlen külpontosság miatt), p 4 =2,0 (dinamikus szorzó nagy biztonsággal felvéve), F max =F stat,kerék p 1 p 2 p 3 p 4 =112,5 1,2075 0,4 1,111 2,0=120,74 kn~121,0 kn A p 4 szorzótényező kalkulációja és jelentése: p 4 =1+t s, t=3 számításbavétele (99,7 %-os statisztikai megbízhatóság a Zimmermann-Eisenmann-módszer alapján), s=n, =1+(V 60)/140, amennyiben n=0,3 (közepes alépítményi és/vagy vágányállapot), V=75,4 km/h, amennyiben n=0,2 (jó alépítményi és/vagy vágányállapot), V=153 km/h, amennyiben n=0,1 (nagyon jó alépítményi és/vagy vágányállapot), V>200 km/h.
Szitákon átullott mennyiség [tömeg %] Szemmegoszlási diagram Mindegyik zúzottkő minta 100 90 80 70 60 50 40 30 511 - Fárasztás előtt 514 - Fárasztás előtt 517 - Fárasztás előtt 521 - Fárasztás előtt 522 - Fárasztás előtt 511 - Fárasztás után 514 - Fárasztás után 517 - Fárasztás után 521 - Fárasztás után 522 - Fárasztás után Alsó határgörbe Felső határgörbe 20 10 0 0 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 22,4 31,5 40 50 63 Szita lyukmérete [mm; log. lépték]
A 2014. évi laboratóriumi fárasztásos vizsgálat és eredményei Zúzottkő minta száma LA RB (%) M DE RB (%) LA RB +M DERB F V (FE) (%) F V (FU) (%) DF v (%) d<22,4 mm (FE) (%) d<22,4 mm (FU) (%) Dd<22,4 mm (%) 514 16,7 9,7 26,4 1,434 10,668 9,234 0,918 5,739 4,821 522 18,55 17 35,55 3,561 10,643 7,082 2,784 6,188 3,404 517 23,8 16 39,8 3,510 12,066 8,556 0,963 5,197 4,233 511 14,2 3,6 17,8 1,535 5,325 3,790 0,851 2,812 1,961 521 18,6 16,7 35,3 0,880 4,626 3,746 0,333 2,535 2,202 Zúzottkő minta száma d<0,5 mm (FE) (%) d<0,5 mm (FU) (%) Dd<0,5 mm (%) d<0,063 mm (FE) (%) d<0,063 mm (FU) (%) Dd<0,063 mm (%) BBI d 60 /d 10 (FE) d 60 /d 10 (FU) Dd 60 /d 10 514 0,116 0,417 0,302 0,039 0,150 0,111 0,248 1,466 1,577 0,110 522 0,246 0,572 0,326 0,120 0,234 0,114 0,195 1,624 1,633 0,008 517 0,408 0,841 0,432 0,108 0,328 0,220 0,149 1,489 1,663 0,174 511 0,153 0,253 0,100 0,054 0,118 0,064 0,018 1,547 1,603 0,057 521 0,108 0,241 0,133 0,064 0,082 0,018 0,077 1,500 1,536 0,036 Zúzottkő minta száma M (FE) M (FU) l (FE) l (FU) 514 281,02 308,21 1,109 1,216 522 287,53 307,74 1,134 1,214 517 258,69 278,44 1,020 1,098 511 271,74 273,38 1,072 1,078 521 256,86 268,11 1,013 1,058
A 2014. évi laboratóriumi fárasztásos vizsgálat és eredményei az általunk kidolgozott és alkalmazott egyedi laboratóriumi ágyazataprózódást vizsgáló módszer számos további vizsgálat elvégzésével akár a későbbiekben alkalmas is lehet vasúti zúzottkő ágyazat aprózódási értékeinek minősítésére, az elvégzett vizsgálatok eredményei alapján a Los Angeles és Mikro- Deval paraméterekkel a mért aprózódások nem korrelálnak, bizonyos megkötésekkel, egyszerűsítésekkel a minimális ágyazatrostálási ciklusidő kalkulálható, ellenben szükséges a későbbiekben a modell további pontosítása, a mérési eredményeink alapján a 102345/1995 PHMSZ 4. számú módosításában szereplő LA RB (%) és M DE RB (%) határérték-módosítást nem tudtuk sem alátámasztani, sem megcáfolni, ellenben javasoljuk ezek esetleges alaposabb felülvizsgálatát.
A 2017-2018. évi irodalomkutatás Nemzetközi szinten jelentős irodalma van a vasúti zúzottkő ágyazat aprózódását kutató témáknak. Alapjában véve az alábbi vizsgálati módszereket alkalmazták a külföldi kutatók: laboratóriumi vizsgálatok, DEM-es (diszkrét elemes) szimulációk és/vagy 3D-s szemcsealak felvételek, FEM-es (véges elemes) szimulációk, terepi (pályás) vizsgálatok.
A 2017-2018. évi irodalomkutatás A teljesség igénye nélkül az alábbi fő részterületekkel foglalkoztak: összefüggést kerestek a vasúti ágyazati kőanyag aprózódása, valamint a kohézió, a halmaz belső súrlódási szöge, valamint a réteg víz-áteresztőképessége változása között, vizsgálták az ún. angularity breakage jelenségét, a halmaz szemeloszlása és ágyazat aprózódása közötti összefüggés-re keresték a választ, illetve a valós igénybevételeknek jobban meg-felelő szemeloszlást határoztak meg, triaxiális vizsgálatokkal különböző terhelési feszültség értékekre (fő-feszültségek és deviátorfeszültség) mérték a térfogati, valamint az x-y-z irányú alakváltozásokat, illetve az aprózódást, GPR-es (ground penetrating radar) vizsgálati módszert fejlesztettek ki a szemeloszlás meghatározására, a diszkrét elemes számítógépes szimulációk terén a szemcsék valóságos térbeli alakjához legjobban illeszkedő elemek generálását és a modellek validálását végezték, laboratóriumi és terepi vizsgálatokat is végrehajtottak geoműanyag erősítésekkel és anélkül, ezen esetekben mérték az zúzottkő ágyazati anyag aprózódását homokkal szennyezett ágyazat mechanikai tulajdonságainak javítását vizsgálták használt gumiabroncsokból gyártott gumi adalékanyagokkal, a keresztaljak aláverése okozta ágyazataprózódást mérték, ragasztott ágyazati kialakítást szintén vizsgáltak. Az irodalomkutatás eredményei a leadott cikkben részletesen olvashatók.
A 2017-2018. évi kutatási terv A 2014. évi kutatáshoz képest az alábbi plusz terveink vannak: az aprózódás időbeli (fárasztási ciklusszámbeli) változásának precízebb mérése az alábbi módon: egyféle E 2 -jű alépítmény figyelembevétele alágyazati szőnyeg nélkül, min. 2 féle, különböző kőzetfizikai jellemzőjű zúzottkő ágyazati anyag vizsgálata, egy-egy zúzottkő mintából legalább 3 egyedi vizsgálat, és a fárasz-tás előtti-utáni szemeloszlások felvétele: 100.000, 200.000, 500.000, 1 millió és 1,5 millió ciklusig: 1. minta: LA RB =19%, M DE RB=17% 2. minta: LA RB =16%, M DE RB=4% A méréseket a 2014. évi kutatáshoz hasonlóan, szintén andezit anyagú mintákon fogjuk végezni. A fárasztásokat előreláthatóan 2018. március hónapban tudjuk elkezdeni és a végleges eredményeket 2018. május-június hónapokban tudjuk majd publikálni.
A 2017-2018. évi kutatási terv felmerülő kérdések, egyebek A 2014. évi kutatásban nem volt ismétlési lehetőség a vizsgálatoknál, csak egyszeri mérési eredményekre támaszkodhattunk, 2017-2018-ban háromszori ismétlést terveztünk, viszont csak 1,5 milliós ciklusig fáraszthatunk (amennyiben megoldható, a 1,5 millió után a 3 milliós fárasztási értékeket is lemérjük), 2014-ben a teljes (0,063 mm 63 mm) halmazt vizsgáltuk, mosás nélkül, 2017-2018-ban ellenben mosott, tisztított, szárított anyaghalmazt tervezünk vizsgálni, kizárólag a 22,4 mm 63 mm halmazon, 2014-ben 0 és 3 millió fárasztási ciklus esetében volt szemmegoszlás mérés, 2017-2018-ban viszont: 0, 100.000, 200.000, 500.000, 1 millió és 1,5 millió (plusz 3 milliónál is?), minden mérést új mintával.
Összefoglalás, kitekintés Reményeink szerint a fárasztási ciklusszám korábban bemutatott, megfogalmazott változtatásával a kőanyag aprózódását precízebben meg lehet állapítani, korreláció keresése, meghatározása a fárasztási ciklus és az egyes aprózódási mérőszámok között, korreláció keresése az LA RB (%), M DE RB(%) és a kialakított vizsgálati elrendezésnél kapott aprózódás között (előreláthatólag ez továbbra sem bizonyítható), az ágyazatrostálási ciklusidők pontosított számításának lehetősége, az eredmények esetleges alkalmazása, hasznosítása a MÁV-os és GYSEV-es utasításokban, előírásokban.
Köszönjük megtisztelő figyelmüket! Honlap: kep.sze.hu E-mail: fischersz@sze.hu, nemeth.attila@sze.hu