Fly Ash-Based Stabilizer Sampling in Railway Track Bed and Determination of Youngs Modulus

This paper deals with the investigation of the fly ash-based stabilizer used as a layer in railway track bed. It is a “new” material in railway structures. The main purpose of stabilizer is to reinforce railway track bed. The above mentioned fly ash-based stabilizer is a mixture consists of fly ash from Chvaletice plant in the Czech Republic, FGD gypsum, calcium oxide and water. The laboratory tests of the fly ash-based stabilizer have started in 2000 in order to define the key physical properties and also material suitability in the field of railway substructure. For the purpose of the 1:1 scale material verification, a box device with dimensions of 990 × 800 × 2095 mm for full scale testing was designed. On the base of the laboratory tests the 330 m long trial section of railway track was stabilized at the Smiřice railway station. The test layer under track No. 3 was built in April 2005 and the extraction of the material for laboratory test is done on regular basis - each spring and autumn. The paper is focused on sampling of the fly ash-based stabilizer by core drilling for following laboratory tests. The experience with in situ sampling in railway track bed led to recommendation summarized in the conclusion. The layer of stabilizer, which is placed under railway ballast and crushed stone, was uncovered and the boreholes with diameter 100 mm were done. According to the difficulty of sampling it was possible to extract only a small amount of specimens for the determination of the performance and durability of the fly ash-based stabilizer. It was necessary to exclude some of sampled specimens which with high probability include predisposed surface failures that might significantly affect the average value of the young's modulus. The goal was to choose three specimens for the pressure test. Ultrasonic method and also Impulse Excitation Method were chosen as non destructive test methods for the determination of dynamic modulus of elasticity, which could denote the suitable samples for the pressure test. At the end of the paper the results of determined young's modulus and dynamic modulus of elasticity are also described. The most important findings in the comparison of non-destructive and destructive tests are discussed. These results can significantly support the knowledge of the stabilizer in the long-term monitoring of the trial section in Smiřice.

Niniejsza praca dotyczy badań stabilizatora na bazie popiołu lotnego użytego jako warstwa podtorza kolejowego. Jest to “nowy materiał” stosowany w budowie szyn. Głównym celem stabilizatora jest wzmocnienie podtorza kolejowego. Wspomniany stabilizator na bazie popiołu lotnego jest mieszanką składającą się z popiołu lotnego powstałego ze spalania rośliny Chvaletice, rosnącej w Republice Czeskiej, gipsu z odsiarczania spalin, tlenku wapnia oraz wody. Testy laboratoryjne stabilizatora na bazie popiołu lotnego rozpoczęto w 2000 r. w celu określenia kluczowych właściwości fizycznych oraz wyboru najodpowiedniejszego materiału stosowanego do budowy trakcji. W celu sprawdzenia materiału w skali 1:1, stworzono specjalne urządzenie w kształcie skrzyni o wymiarach 990×800×2095 mm, co umożliwiło przeprowadzenie testówpełnowymiarowych. Na bazie testów laboratoryjnych przeprowadzono stabilizację próbnego odcinka trakcji szynowej o długości 330 m na stacji kolejowej w miejscowości Smiřice. Warstwa próbna została położona przy trakcji nr 3 w kwietniu 2005 r. Próbki materiału są regularnie pobierane do testów laboratoryjnych każdej wiosny i jesieni. W pracy skupiono się na próbkach stabilizatora na bazie popiołu lotnego wywierconych z rdzenia na potrzeby testów laboratoryjnych. Rekomendacje przedstawione we wniosku zostały oparte na doświadczeniach przeprowadzonych na próbkach pobranych z wyżej wymienionego podtorza.Warstwa stabilizatora, położona pod nawierzchnią torową oraz skruszonym kamieniem, została odkryta, a następnie wywiercono otwory o średnicy 100 mm. Z powodu utrudnień związanych z poborem próbek, udało się uzyskać tylko niewielką ich ilość potrzebną do określenia skuteczności i wytrzymałości stabilizatora na bazie popiołu lotnego. Z badań należało wyłączyć niektóre próbki, które z dużym prawdopodobieństwem miały predyspozycje do wad powierzchniowych, przez co mogły znacznie wpłynąć na średnią wartość modułu Younga. Celem był wybór trzech próbek do przeprowadzenia prób ciśnieniowych. Do testów wybrano metody ultradźwiękową oraz wzbudzenia impulsu, które są nieinwazyjnymi metodami badawczymi, dzięki którym sprawdza się dynamiczny moduł sprężystości, co pomaga w doborze odpowiednich próbek potrzebnych do przeprowadzenia prób ciśnieniowych. Na końcu pracy badawczej opisano wyniki oznaczenia modułu Younga oraz modułu sprężystości. Omówiono najważniejsze wnioski, które uzyskano na podstawie porównania testów inwazyjnych oraz nieinwazyjnych. Wyniki niniejszych badań znacząco wzbogacają wiedzę na temat zmian właściwości stabilizatora stwierdzone w wyniki długoterminowych obserwacji odcinka próbnego w Smiřice.