Conf. Dr. Ing. Radoslav Varbanov, ing. Dimitar Fotev, asist. Ing. Boyan Petrov, asist. Ing. Rosen Nanjing

conform

Viteza compozițiilor trenurilor în Bulgaria este semnificativ mai mică decât în ​​alte state membre ale UE. Unul dintre motive este că materialul din care sunt fabricate prismele de balast ale infrastructurii feroviare existente nu îndeplinește cerințele standardelor europene pentru transportul feroviar de mare viteză. În reconstrucția infrastructurii feroviare existente, precum și în proiectarea și construcția de noi linii ferate, este necesar ca materialul utilizat să îndeplinească cerințele BDS EN 13450: 2013. Iată rezultatele testelor de laborator ale carierelor din Bulgaria, din care sunt extrase materiale de rocă pentru prisma de balast a liniilor de cale ferată.

Testele au fost efectuate pentru a căuta o corelație între rezultatele metodelor de testare de laborator pentru a scurta procedurile de testare. Au fost obținute corelații foarte bune între unii dintre indicatorii identificați.
Introducere

Piatra zdrobită este unul dintre cele mai comune materiale de construcție. O cantitate semnificativă de piatră zdrobită cu granulație și granulație fină este utilizată pentru construcția structurilor de construcții, drumuri, autostrăzi, poduri și căi ferate. În căile ferate, piatra zdrobită este utilizată la construcția prismelor de balast, ale căror funcții sunt legate de absorbția elastică a încărcăturilor de greutate și material rulant proprii și transmiterea uniformă a acestora la sol, drenaj și crearea unei fundații stabile a grătarului de șină, care permite reglarea acestuia după ax și nivel. Pentru a putea îndeplini aceste funcții, prisma de balast trebuie să fie realizată din piatră zdrobită care să îndeplinească standardele europene adoptate în țara noastră (EN 13450: 2013).

Calitatea materialului utilizat depinde de proprietățile sale fizice, de rezistență și geometrice, de durabilitate și de distribuția mărimii bobului.

Caracteristicile geometrice ale materialelor din rocă depind în mod direct de instalațiile de zdrobire și cribare ale carierelor și pot fi ajustate. Din acest motiv, o atenție deosebită este acordată indicatorilor de rezistență și durabilitate, care depind în totalitate de condițiile naturale ale materialului rocă sursă și se caută corelații între ele.

Caracteristicile de rezistență includ rezistența la zdrobire, care este determinată de metoda Los Angeles (LA). În plus, standardul european menționat pentru materialele de rocă pentru prisma de balast a liniilor de cale ferată include noua metodă de testare - „Micro Deval” (MD), care a necesitat achiziționarea de echipamente noi. Durabilitatea materialelor a fost investigată printr-un test de sulfat de magneziu (MS).

Au fost testate materiale de rocă din 12 cariere diferite: Bov (diabază), Karlukovo (calcar), Hotnitsa (calcar), Zlatna niva (calcar organogen), Sini vir (calcar), Dobromir (calcar), Balgarovo (trahandesit), Gorno Ezerovo andezit ), Strupets (cuarțit), Dyadovo (dolomită), Kunchevi Brothers (tufuri de andezit), Cherepish (calcar).
În testele cu sulfat de magneziu, Micro Deval și Los Angeles, au fost examinate 65 de probe de rocă, din care au fost calculați indicatorii materialelor de rocă. Rezultatele testelor au ca scop caracterizarea materialelor ruse bulgare pentru căi ferate în conformitate cu BDS EN 13450: 2013.

Materialele studiate sunt reprezentate de roci de diferite geneze - andezite, tufuri andezitice, trahandandite, andesitobazalți, diabaze, dolomiți, cuarțite și diferite tipuri de calcar.

În cariera Strupets (Fig. 1) se extrag cuarțitele, care au o structură homeogranoblastă la heterogranoblastă. Textura lor este masivă. Principalul mineral care formează roci din cuarțite este cuarțul, în principal din care este fabricată roca (94 - 97%).

Macroscopic, bulgaritul de la Bulgarovo (Fig. 2) este caracterizat ca o rocă densă și solidă cu granulație maro-roșiatică, cu o textură masivă. Structura sa este porfir (glomericporfir), masa principală - criptocristalină (sferulitică).

În Gorno Ezerovo rocile sunt reprezentate de andezite, tufuri andezitice, trahandandite, trahandesitobasalți, latitoandezite, andesitobazalți. Dintre acestea, andesitobazalții sunt cel mai potrivit material pentru prisma de balast a liniilor de cale ferată. Sunt roci gri-verzi, gri închis, dense și cu granulație fină. Textura lor este masivă, iar structura este holocristalină, granulară-porfirică, în locuri glomerică-porfirică pentru rocă. Masa principală este micrograinele afanitice, iar boabele individuale au contururi hipidiomorfe (adică structura este microhipidiomorfă).

Dolomiții de la Dyadovo au o culoare multi-granulată până la mijlocie, grea, densă, cenușie și cenușie-negru până la inegal roșiatică, crăpată de vene și crăpături asemănătoare rețelei, provocând pe alocuri un aspect asemănător pseudo-brecii. Textura lor este masivă până la pseudo-brecie.
Brecile diabazice de la Bov au o culoare gri deschis până la verzui, care este mai închisă pe alocuri. În multe locuri, breșele diabazice sunt împărțite de vene de calcit cu cuiburi de calcit. În partea de sud a carierei, breșele diabazei se deplasează treptat în jos în diabaze, iar diferențierea lor este dificilă datorită culorii uniforme a masei principale și a incluziunilor. Textura stâncii este masivă. Structura este holocristalină, granular-porfirică, pe alocuri - glomerică-porfirică. Masa principală se caracterizează prin microdolerit.

Tufurile andezitice care alcătuiesc zăcământul Bratya Kunchevi sunt roci proaspete, masive și dense, cu culori verde deschis, gri-verde, galben-verde și negru-verde. Ingredientul lor terigen are dimensiuni pelitice până la psammite. Textura lor este masivă, iar structura este de cenușă vitrocristalină.

Calcarele de la Karlukovo (Fig. 3) sunt de culoare albă până la cremoasă, puternice, masive, organogene. Textura lor este masivă, iar structura lor este biogenă (zoogenă). Compoziția minerală a acestor calcare este reprezentată în principal de calcit, care formează scheletul diferitelor organisme.

Conform descrierii lor petrografice, calcarele din cariera Zlatna Niva (Fig. 4) au o textură masivă și o structură biogenă (mixtă). Compoziția minerală este în principal calcită, construind scheletul diferitelor organisme. Lipirea este realizată din calcit micrograin. Dimensiunile cerealelor rareori ating 0,1 mm, de obicei mai mici de 0,5 mm.

Calcarele de la Hotnitsa sunt cenușii, cu granulație fină, cu o textură masivă și o structură biogenă (în cea mai mare parte fitogenă). Compoziția minerală este în principal din calcit, construind scheletul diferitelor organisme. Este transparent și formează boabe relativ mai mari - până la aproximativ 0,5 mm. Lipirea este realizată din calcit micrograinat (micrit). Dimensiunea bobului în acesta este mai mică de 0,01 mm.

Calcarele de la Dobromir sunt crem, alb mat, gri deschis, gri, galben-maroniu. Au o textură masivă. Structura lor este biogenă (în principal zoogenă). Compoziția minerală a calcarului este în principal din calcit, construind scheletul diferitelor organisme. Lipirea este realizată din calcit micrograinat (micrit).

Calcarele de la Sini vir (Fig. 5) sunt de culoare bej deschis până la gri închis, cu granulație fină, nisipoase, cu o textură masivă. Structura lor este clastică, micrograină și biogenă (zoogenică) pentru ciment carbonat. Componenta clastică este compusă din boabe de cuarț unghiulare până la ușor rotunjite. Se observă, de asemenea, pelete rotunjite de glauconit. Lipirea este realizată din calcit micrograin. Rămășițele organice nu sunt neobișnuite în ea.

Metode de testare

Proprietățile rocilor depind de geneza, compoziția minerală, structură și textură, sau pe scurt - depind de proprietățile lor petrologice. Aceste proprietăți pot fi date doar într-un mod descriptiv, dar în practica de construcție este necesar ca caracteristicile proprietăților să poată fi evaluate pe baza rezultatelor testelor însoțite de valori și relații funcționale.

Pe lângă proprietățile petrofizice măsurabile, proprietățile de rezistență ale materialelor joacă un rol important în determinarea adecvării acestora. Determinarea acestor proprietăți de rocă diferă de determinarea rezistenței la compresiune uniaxială.

Încercările de a determina proprietățile de rezistență ale pietrei zdrobite se fac folosind tamburi rotative (teste „Los Angeles” și „Micro Deval”), în care este așezat materialul de rocă, precum și o serie de bile de oțel. Când tamburile se rotesc, există procese de frecare și impact între piese. În plus, piesele loveau bilele de oțel și pereții tobei.

Toate acestea duc la fragmentarea și uzura materialului.

Rezistența la zdrobire în conformitate cu metoda Los Angeles este determinată conform BDS EN 1097-2: 2010. Eșantionul minim este de 10 000 ± 100 g, format din două fracțiuni - 31,5 ÷ 40,0 mm și 40,0 ÷ 50,00 mm, câte 5000 ± 50 g fiecare, pre-spălate și uscate până la greutate constantă. Acest lucru necesită 10.000 g și 12 bile cu o masă totală de 5.210 g. Un aparat tipic din Los Angeles este prezentat în fig. 6.

Testul LA se efectuează într-un tambur rotativ cu diametrul de 711 mm, în care sunt plasate bile (cu diametrul de 45 - 49 mm), care reduc diametrul interior al tamburului.

Testul LA include următoarele proceduri:
- Materialul de testat complet uscat al celor două fracții combinate este plasat în tambur împreună cu bilele.
- Tamburul se rotește de 1000 de ori cu 31 - 33 rotații/min.
- Materialul obținut după test este apoi cernut printr-o sită cu deschideri de 1,6 mm, clătind cu jet de apă.
- Fracția depozitată pe sită este uscată, apoi masa ei este cântărită și înregistrată.

Rezistența la fragilitate prin metoda LA este determinată de următoarea formulă:

unde m este masa materialului reținut pe o sită cu deschideri de 1,6 mm în grame.

Rezistența la uzură conform metodei "Micro Deval" este determinată conform BDS EN 1097-1: 2011. Experimentul se realizează cu echipamente cu tambur cu un diametru interior de 200 mm și o lungime de 400 mm.

Nu este necesară utilizarea unui material de umplutură abraziv, cum ar fi bilele de oțel. Un dispozitiv tipic al „Micro Deval” este prezentat în fig. 7.

Nu este necesar să aveți bile abrazive. Materialul de testat este o fracțiune combinată cu o masă totală de 10 000 g. Adăugați câte 2 litri de apă în fiecare tambur. Tamburul este apoi rotit de 14.000 de ori la 95-105 rpm. Materialul obținut după test este apoi cernut printr-o sită cu deschideri de 1,6 mm, clătind cu jet de apă. Fracția stocată pe sită este uscată, apoi masa ei este cântărită și înregistrată. Stabilitatea fragilității prin metoda MD este determinată de următoarea formulă:

unde, m este masa materialului reținut pe o sită cu deschideri de 1,6 mm în grame.

Pentru a determina stabilitatea sulfatului de magneziu, probe cu o masă de 10 000 ± 100 g și conținând 5000 ± 50 g (fracțiune 31,5 ÷ 40,0 mm) și 5000 ± 50 g (fracțiune 40,0 ÷ 50,00 mm ) sunt necesare., pre-spălate și uscate până la greutate constantă. Fiecare probă de laborator este supusă a zece cicluri de imersie în 12 l de soluție saturată de sulfat de magneziu, urmată de scurgere, spălare și uscare într-un cuptor la 110 ± 5 ° C. Procesul se repetă timp de zece cicluri, fiecare ciclu durând 48 ± 2 ore. Acest experiment a supus materialele de rocă la efectul negativ al recristalizării și deshidratării sulfatului de magneziu în porii probei de rocă. Materialul obținut după test este apoi cernut printr-o sită de 22,4 mm.

Stabilitatea sulfatului de magneziu este calculată ca procent din masă a fiecărei piese de testat în conformitate cu următoarea ecuație:

unde M1 este masa totală inițială uscată a celor trei probe testate în grame; M2 este masa finală uscată totală a celor trei eșantioane de testare reținute pe sită specificată (în grame); F este pierderea procentuală de masă a celor trei eșantioane testate după ciclurile de îngheț-dezgheț.

După testul LD, marginile pieselor sparte au fost ascuțite, în timp ce după testul MD piesele au devenit rotunjite (figurile 8 și 9).

Același proces de schimbare poate fi observat în toate materialele de rocă testate (andezit, diabaz, dolomit și calcar). Testul de la Los Angeles transmite o sarcină dinamică mare în timpul rotațiilor, ceea ce face ca exemplarele să se spargă imediat, dând naștere unei suprafețe ascuțite. Procedura de testare Micro Deval are un efect abraziv (ștergere) mai mare asupra cântarului și astfel probele se rotunjesc. Unele materiale din rocă reacționează mai sensibil în prezența apei și, prin urmare, sunt planificate teste suplimentare pentru a analiza efectul apei. Rezultatele coeficienților „Los Angeles” și „Micro Deval” și testul cu sulfat de magneziu (MS) sunt prezentate în tabel. 1.

Literatură
1. BDS EN 13450: 2013. Materiale de rocă pentru prisma de balast a liniilor de cale ferată.
2. BDS EN 1097-1: 2011. Test pentru a determina caracteristicile mecanice și fizice ale materialelor din rocă. Partea 1. Determinarea rezistenței la uzură (MD).
3. BDS EN 1097-2: 2010. Test pentru a determina caracteristicile mecanice și fizice ale materialelor din rocă. Partea 2. Metode de determinare a rezistenței la fragmentare.
4. BDS EN 1367-2: 2000. Teste pentru a determina caracteristicile termice și rezistența la intemperii a materialelor din rocă. Partea 2. Încercări cu sulfat de magneziu.
5. Lepoev și Papazov. Concepte pentru utilizarea în continuare a balastului pentru liniile de cale ferată BDZ. Revista Feroviară, 2000.
6. Miklos Gálos, László Kárpáti. Testarea agregatelor maghiare pentru balastul feroviar conform MSZ EN 13450: 2003. Departamentul de materiale de construcții și geologie inginerească, Universitatea de Tehnologie și Economie din Budapesta, Budapesta, 2007.
7. Sair Kahraman, Osman Gunaydin. Metode empirice pentru a prezice rezistența la abraziune a agregatelor de rocă. 2007.