ÖSSZEFÜGGÉS A ZÚZOTTKŐ SZEMALAKJA ÉS A VASÚTI LOS ANGELES VIZSGÁLAT EREDMÉNYEI KÖZÖTT Bobály János KŐKA Kő- és Kavicsbányászati Kft. Kulcsszavak: vasúti ágyazati kő, szemalak vizsgálat, Los Angeles vizsgálat 1. Bevezetés A KŐKA Kő és Kavicsbányászati Kft. komlói andezit bányájában különböző zúzottkő frakciók kerülnek előállításra a piaci igényeknek megfelelően. A termékek döntő mennyiségét az út- és vasútépítés, valamint a betonelem gyártás használja fel. 2014. évben a MÁV ZRT-vel kötött szállítási szerződés értelmében a MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft koordinálásával a termelt NZ 32/50 vasúti ágyazati kőanyagon a BME Építőmérnöki Kar Építőanyagok és Mérnökgeológiai Tanszékével közösen vizsgálatsorozatot végeztünk. A vizsgálatok arra irányultak, hogy a beépítésre kerülő ágyazati anyag kielégíti-e az MSZ EN 13450:2003 (1) szabványban, valamint a MÁV ZRT P-10813/2009. sz. utasítás 4.módosításában (2) leírtakat. A vizsgálati eredmények feldolgozása során azt tapasztaltuk, hogy a különböző szemalak jellemző értékekhez (SI és FI) tartozó Los Angeles értékek is változnak. Ezért célszerűnek találtuk egy olyan vizsgálati sor elvégzését, amely a különböző szemalakhoz tartozó Los Angeles értékeket vizsgálja. Mint ismeretes a kőzetfizikai értékek, így Los Angeles, mikro Deval, stb. értékek többnyire az előforduló kőzetekre jellemző értékeket adnak. A zúzottkövek szemalakja viszont jelentős mértékben függ a technológiai soron alkalmazott törőgépektől. A KŐKA Kft komlói andezit bányájában mód nyílt arra, hogy megvizsgáljuk egy pofástörő és egy röpítő törő szemalak jellemzőjét és a hozzátartozó Los Angeles értéket. Ahhoz, hogy az összefüggéseket meg tudjuk állapítani fontos tisztába lennünk a gyártási technológiával, valamint az alkalmazott laboratóriumi vizsgálati módszerekkel. 2. Gyártási technológia A külszíni bányászati technológia főbb lépései: Bányai termelés: Lefedés Fúrás Robbantás Belső szállítás
Feldolgozás: Törés Osztályozás Depózás Vagonba rakás 2.1. Bányai termelés A felső málott fedőréteg eltávolítása után robbantással történik a kőzet jövesztése. A fúrást egy korszerű TAMROCK Pantera 900 fúrógép végzi. A robbantást akusztikai illesztésű rendszerrel NONEL töltéssel végezzük. Komlói bánya
TAMROCK Pantéra 900 Robbantás Belső szállítás
2.2. Feldolgozás A lerobbantott kőzet a technológiai sorra kerül, ahol különböző törő és osztályozó gépek állítják elő az út- és vasútépítéshez szükséges zúzottkő frakciókat. Az NZ 32/50 vasúti ágyazati kő előállításának technológiája: XIII-as pofás törő MOGENSEN vibrátor VORTEX röpítőtörő+svedala osztályozó
SVEDALA osztályozó Bedöntő bunker Adagoló kocsi Dorogi vibrátor XIII. Blake törő IFE adagoló Mogensen vibrátor VL 2058 S 0/50 S 0/120 3db IFE adagoló 113. MOGENSEN Mogensen vibrátor 18. 13. 16. Fémérzékelő 1000-es 19. VORTEX 11-15-4 ALLIS VFS 42/18 50 32 ALLIS VFS 48/21 14. 1. közbenső tároló MÁV 32/50 17. 0/32 32 22 22/a 22. ALLIS VFS 48/21 3. 5. Technológiai VORTEX 8-8-4
A technológiai folyamat során képződött zúzottkő szemcsék közül van: kubisztikus lemezes hosszúkás alakú szemcse. 3. Vizsgálati módszerek és vizsgálati eredmények 3.1. A vizsgálatok az alábbi fizikai tulajdonságok mérésére terjedtek ki:
a) Szemszerkezet meghatározása az MSZ EN 933-1:2012 alapján szitálással b) Szemalak meghatározása. Lemezesség az MSZ EN 933-3:2012 (3) szabvány alapján (Flakiness Index FI%) Lemezes a szem, ha v/sz < 0,5 c) Szemalak meghatározása. Szemalak tényező az MSZ EN 933-4:2008 (4) szabvány alapján (Shape Index SI%) Nem zömök a szem, ha h/v > 3 d) Aprózódással szembeni ellenállás meghatározása. Los Angeles vizsgálat MSZ EN 1097-2:2010 szabvány alapján
e) Kopásállóság vizsgálata. Mikro-Deval vizsgálat az MSZ EN 11097-1:2012 (5) szabvány alapján 3.2. Vizsgálati eredmények Szemszerkezet 100 80 NZ 32/50 frakció szemeloszlási görbéje MSZ EN 13450:2003 R(%) 60 40 20 0 10 100 D(mm) R(%) Alsó határérték Felső határérték Aprózódás és szemalak vizsgálat (6)
Minta megnevezése Los Angeles Mikro Deval Lemezességi szám Szemalak tényező LA RB (%) M DE RB(%) Fl(%) SI(%) 14/1 15,4 7,9 11,9 17,1 14/2 15,6 7,4 10,9 19,6 14/3 14,4 6,1 9,6 12,5 14/4 16,0 7,6 14,0 18,3 14/5 15,8 6,5 14,9 17,9 14/6 15,8 7,8 13,3 16,4 14/7 15,2 7,0 10,7 14,9 Átlag 15,5 7,2 12,2 16,7 Maximum 16,0 7,9 14,9 19,6 Minimum 14,4 6,1 9,6 12,5 Terjedelm 1,6 1,8 5,3 7,1 Előírt érték <16 <11 <15 <25 Az eredmények alapján a késztermék minősége valamennyi paraméter tekintetében az elvárásokat kielégíti, beavatkozásra nincs szükség. Gyakorlatilag minden rendben van, csupán egyetlen kérdés merült fel, hogy miért ingadozik a Los Angeles, valamint a szemalak értékek holott folyamatosan ugyan arról a helyről történik a bányai termelés és a technológián nincs változtatás. Dr. Gálos Miklós Tanár Úrral (BME) történt konzultáció során kiegészítettük a vizsgálatokat azzal, hogy a pofástörő töretéből és a röpítő törő töretéből is vettünk mintát és a vizsgálatokat elvégeztük. A vizsgálati eredmények a következők: Minta jele Lemezességi szám (Fl%) Szemalak tényező (Sl%) Los Angeles érték (LA%) kisérlet PT 14.09.29. 29 38 19,5 kisérlet RT 14.09.29. 7 6 14,0 kisérlet PT 14.10.28. 25 33 16,4 kisérlet RT 14.10.28. 16 20 15,5 (PT-pofás törő; RT-röpítő törő) Az eredmények megdöbbentő értékűek! Szembetűnőek a két törő töretéből készült vizsgálati eredmények. A kapott eredmények alapján összefüggést kerestünk a vizsgálati értékek között. 4. Vizsgálati értékek közötti összefüggés megállapítása A vizsgálatok alapján a következő értékek kerültek meghatározásra: - Kőzetfizika: Los Angeles vizsgálat az NZ 32/50 zúzottkő frakcióból, amely esetben a LA%=dM/M 100 értékkel, ahol: dm=tömegveszteség a vizsgálat végén M= bemért tömeg
- Szemcse alakjánál: vastagság/szélesség (v/sz) és a hosszúság/szélesség (h/v) értékeket mértük Az alaki paraméterek határértékeinek ismerete alapján a szemcsék alakjuk aszerint a következő csoportokba sorolhatók: v/s 0 Lemezes Hosszúkás és lemezes 0,5 Zömök Hosszúkás h/v=3 1,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 h/s Kerestük azon összefüggést, amely a szemcse alakja és a Los Angeles érték között áll fenn, vagyis: LA= f(szemalak jellemző) A bevezetett szemalak jellemző (SzJ) gyakorlatilag két tényezőből tevődik össze: a lemezességi számból (FI) és a szemalak tényezőből (SI), ezért e két érték összegét vettük alapul (SzJ=FI+SI) és rendeltük a Los Angeles értékhez, vagyis az összefüggés: LA=f(SzJ) A vizsgálati eredmények alapján bevezetett szemalak jellemző és Los Angeles értékek a következők: Minta jele Lemezességi szám (Fl%) 14/1 12 17 29 15,4 14/2 11 20 31 15,61 14/3 10 12 22 14,44 14/4 14 18 32 16,08 14/5 17 18 35 15,83 14/6 14 16 30 15,82 14/7 11 15 26 15,23 kontrol 14.09.26. 25 21 46 17,28 kisérlet PT 14.09.29. 29 38 67 19,53 kisérlet RT 14.09.29. 7 6 12 14,01 kisérlet PT 14.10.28. 25 33 58 16,37 kisérlet RT 14.10.28. 16 20 36 15,53 Az értékeket ábrázolva: Szemalak tényező (Sl%) SzJ%=Fl%+Sl% Los Angeles érték(la%)
21,0 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 LA(%) 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 Szemalak jellemző és Los Angeles értékek összefüggése y = 0,0839x + 12,952 R² = 0,8112 10,0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Ez alapján bizonyítottuk, hogy a zúzottkövek szemalakja és Los Angeles értéke között összefüggés áll fenn. Erre az összefüggésre Dr. Kertész Pál: Kőzetfizika 1974 (7) című könyvében már utalt. 5. Következtetések A vasúti sínek között lévő ágyazati anyag a vasúti forgalomtól függően folyamatos dinamkus, ütési igénybevételnek van kitéve. Ezt az igénybevételt szimulálja a Los Angeles vizsgálat is. Az előbbiekben levezettek alapján magyarázatot kapunk arra, hogy a pályaszerkezet elöregedését a zúzottkő szemalakja nagyban elősegítheti. Ugyan is a lapos- és a hosszúkás szemek az igénybevétel következtében aprózódnak. SzJ(%)
Ezért törekedni kell a hibás szemek mennyiségének csökkentésére, ezzel a pályaszerkezet élettartama is növekedhet. A KŐKA Kft komlói andezit bányájában a közeljövőben jelentős mértékű beruházásra kerül sor, ahol már a tervezett technológia ezen hibás gyártási folyamatot figyelembe veszi. A pofástörő törete kikerül a technológiából és a terméket egy nagy teljesítményű kúpos törő fogja előállítani.
6. Összefoglalás A KŐKA Kft. komlói andezit bányájában 2014. évben termelt NZ 32/50 vasúti ágyazati kőanyagon végzett vizsgálatsorozat eredményeként megállapítást nyert, hogy a zúzottkövek szemalakját minősítő lemezességi szám és szemalak tényező összesített értéke között (szemalak-jellemző = lemezességi szám + szemalak tényező) és a Los Angeles értéke között szignifikáns összefüggés áll fenn. A szemalak-jellemző meghatározása és minősítő értékként kezelése választ adhat arra a kérdésre, hogy a vasúti ágyazati kőanyagokra vonatkozó termékszabvány (MSZ EN 13450:2003) miért kér két szemalakra vonatkozó geometriai vizsgálatot. A szemalak-jellemző meghatározásával adott esetben magyarázatot kaphatunk beépített zúzottkő anyagok terhelés következtében történő aprózódására, az építmény idő előtti öregedésére. 7. IRODALOMJEGYZÉK (1) MSZ EN 13450:2003 Kőanyagok a vasúti ágyazathoz (2) P-10813/2009. Alépítmények és ágyazat minőségi átvételi előírásai utasítás 4.sz. módosítása (3) MSZ EN 933-3:2012 Kőanyaghalmazok geometriai tulajdonságainak vizsgálata. 3.rész: A szemalak meghatározása. Lemezességi szám (4) MSZ EN 933-4:2008 Kőanyaghalmazok geometriai tulajdonságainak vizsgálata. 4.rész: A szemalak meghatározása. Szemalak tényező (5) MSZ EN 1097-2:2010 Kőanyaghalmazok mechanikai és fizikai tulajdonságainak vizsgálata. 2.rész Az aprózódással szembeni ellenállás meghatározása (6) Dr.Gálos M., Dr.Balázs L.: A KŐKA Kft Komlói andezitbányájából származó NZ 32/50 vasúti ágyazati kőanyag gyártósorról vett minták kőzetfizikai vizsgálatainak eredményeiről a 14/1,2,3,4,5,6,7 mintavételhez BME, Budapest 2014. (7) Dr.Kertész Pál: Kőzetfizika Tankönyvkiadó, Budapest, 1974 ABSTRACT As a result of the examination series carried out on the railway ballast stone material type NZ 32/50 produced in 2014 in the andesite mine from Komlo of KOKA Kft it has been established, that between the bed number qualifying the grain shape of the ballast stones and the totalized value of the grain shape factor (grains shape characteristic = bed number + grain shape factor) and the Los Angeles value there is a significant connection.
At the stone material of the railway ballast between the examination results of this two features (geometric and rigidity feature) there is clearly traceable regressive connection. The determination of grain shape characteristics and the usage of it as a qualifying value can give an answer to the question, why that product standard referring to ballast stone material (MSZ EN 13450:2003) asks two geometric surveys referring to grain shape. By the determination of grain shape characteristics in a particular case we can find an explication for the degradation of the ballast materials under pressure, for the premature ageing of the construction. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönjük a BME Építőmérnöki Kar Építőanyagok és Mérnökgeológiai Tanszék dolgozóinak, akik nagyban segítettek a vizsgálatok elvégzésében és a fizikai összefüggés megállapításában.