PL227356B1 - Sposób wytwarzania betonu oraz instalacja do realizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania betonu oraz instalacja do realizacji tego sposobu.

Beton powstaje w wyniku wiązania i stwardnienia mieszanki betonowej, którą stanowi mieszanina spoiwa/cementu, kruszywa, wody oraz ewentualnych dodatków i domieszek, przy czym skład mieszanki betonowej dobiera się na podstawie analiz laboratoryjnych i obliczeń, tak aby otrzymać beton o oczekiwanej wytrzymałości, odporności na działanie czynników zewnętrznych, np. o odpowiedniej ścieralności, wodoszczelności, kwasoodporności, żaroodporności, izolacyjności cieplnej.

W przemysłowym procesie wytwarzania betonu są używane różne frakcje kruszywa, cement, woda i inne wypełniacze lub domieszki. Poszczególne frakcje kruszywa są gromadzone na odkrytych hałdach i narażone na opady deszczu oraz znaczne wahania warunków pogodowych. Wiadomo, że poszczególne frakcje granulometryczne kruszywa nie posiadają jednakowej retencji wodnej. W związku z tym stosowane w produkcji betonu frakcje posiadają różną wilgotność i w takim stanie są dostarczane do zasobników dozujących. Następnie - z zasobników - poszczególne frakcje kruszywa są dozowane grawitacyjnie na taśmociąg wyposażony w wagę. Na taśmociąg spadają różne frakcje w różnych miejscach każda pod swoim dozownikiem, a zatem warstwa odważonej porcji kruszywa nie jest dokładnie wymieszana i nie posiada jednakowej grubości w momencie uruchomienia przenośnika ważącego i przesypywania jej grawitacyjnie do zbiornika podającego do zespołu mieszającego. Ponadto należy podkreślić, iż proces przesypywania jest bardzo krótki i trwa zaledwie ok. 20-30 sekund, w tym jest jeszcze faza początkowa i końcowa, gdzie na początku jest zwiększanie, a później zmniejszanie grubości niewymieszanej warstwy komponentów kruszywa.

Ogólnie można stwierdzić, że wysoką wytrzymałość wykazują betony o niskim masowym stosunku wodno-cementowym w zakresie w/c od 0,22 do 0,25, a przy stosowaniu szczególnych warunków produkcji i formowania, obniżonym nawet do ok. 0,15. Dokładny pomiar on-line ilości wody zawartej w kruszywie i na tej podstawie określenie wymaganej ilości wody zarobowej stanowi o jakości betonu i jest podstawowym problemem technicznym dla tej technologii.

W tradycyjnym sposobie wytwarzania mieszanki betonowej stosuje się zwykle półautomatyczny pomiar wilgotności kruszyw realizowany poprzez sondę wilgotności umieszczoną w zasobniku kruszywa drobnego (piasku) oraz ręczne nastawy w systemie dla pozostałych frakcji, co pozwala na wytwarzanie tradycyjnych mieszanek betonowych, gdzie norma dopuszcza odchyłkę w naważaniu kruszyw do 3%. Jest to relatywnie wysoki poziom błędu w odniesieniu do betonów specjalistycznych, wśród których można wymienić betony samozagęszczalne, betony wysokowartościowe, betony architektoniczne, betony nawierzchniowe oraz betony mostowe, gdyż wskaźnik w/c w takich przypadkach przybiera wartość znacznie poniżej poziomu 0,35.

Znany jest zautomatyzowany sposób produkcji mieszanek betonowych przedstawiony w rozdziale 10.3 „Techniki regulacji ilości wody zarobowej w betonie”, skryptu autorstwa dr hab. inż. Józefa Jasiczaka, „Technologie budowlane II”, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2003 r. Opisany sposób polega na zestawianiu wymaganego składu chemicznego przez kolejne wagowe dozowanie na przenośnik zbiorczy zasadniczych składników sypkich według receptury mieszaniny, z jednoczesnym pomiarem w czasie rzeczywistym wilgotności każdego z dozowanych składników, zwłaszcza kruszywa. Uzyskane informacje kierowane są do układu sterowania wspomaganego oprogramowanym komputerem, który na podstawie receptury i zmierzonej ilości wody zaadsorbowanej w składnikach wylicza i steruje zadozowaniem odpowiedniej ilości wody zarobowej, stanowiącej o uzyskaniu wymaganego stosunku wodno-cementowego. Pomiary on-line wilgotności dokonuje się czujnikami potencjometrycznymi, zabudowanymi w pobliżu dna każdego ze zbiorników.

Istota sposobu produkcji według wynalazku polega na tym, że kruszywa o różnych frakcjach, zgromadzone w poszczególnych zasobnikach, dozuje się według zadanej receptury i jednocześnie mierzy się ich wilgotność podczas spadania grawitacyjnego na przenośnik taśmowy ważący (PW), przy czym masę dozowanych składników sypkich określa się za pośrednictwem przenośnika taśmowego ważącego (PW), zaś pomiaru wilgotności dokonuje się za pośrednictwem inteligentnych czujników optoelektronicznych mikroprocesorowego zespołu pomiarowo-sterującego (ZPS), pracujących w trybie ciągłym i bezkontaktowym, w zakresie promieniowania podczerwonego NIR o długości od 1,4 μm do 2,0 μm, korzystnie wiązkę o długości fali 1,95 μm, po czym, za pośrednictwem sterownika PLC sprzężonego z mikroprocesorowym zespołem pomiarowo-sterującym (ZP), reguluje się dozowaniem wody zarobowej do mieszaniny.

PL 227 356 B1

Istotę instalacji według wynalazku stanowi przymocowany w koszu bezpośrednio pod zasuwą dozującą kruszywo z zasobnika na przenośnik taśmowy ważący, zespół pomiarowo-sterujący, który jest układem wyposażonym w mikroprocesor, sterownik PLC oraz inteligentne, skalibrowane odpowiednio do frakcji kruszywa w poszczególnych zasobnikach komorowych czujniki optoelektroniczne, które są usytuowane w kanałach pomiarowych, korzystnie o kształcie stożkowym, zaś te z kolei są usytuowane w światłach otworów wylotowych poszczególnych zasobników komorowych.

Pomiar wilgotności kruszyw zgodnie z przedstawionym sposobem wytwarzania betonu jest bezdotykowym pomiarem ciągłym wykorzystującym technikę spektrometrycznej absorpcji w bliskiej podczerwieni NIR, przy czym jest to pomiar indywidualny pod kolejnymi zasobnikami.

Wynalazek zostanie przybliżony na podstawie przykładowego wykonania pokazanego na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają: fig. 1 - schemat instalacji do produkcji betonu, oraz fig. 2 - widok wycinka instalacji w przekroju poprzecznym (A-A) z uwidocznionym kanałem pomiarowym.

Przedstawiona na fig. 1 instalacja składa się z czterech pionowych zasobników komorowych Z1, Z2, Z3 i Z4, przenośnika taśmowego ważącego PW, wózka zbierającego WZ, mieszarki M z dozownikami kruszywa K, cementu C, dodatków D i wody W oraz zespołu pomiarowo-sterującego ZPS.

Z kolei zespół pomiarowo-sterujący ZPS jest układem wyposażonym w mikroprocesor, sterownik PLC oraz inteligentne czujniki optoelektroniczne, które są usytuowane w kanałach pomiarowych KP, a te z kolei są usytuowane w światłach otworów wylotowych poszczególnych zasobników komorowych Z1, Z2, Z3 i Z4, przy czym każdy kanał pomiarowy KP ma kształt stożkowy, przy czym czujnik optoelektroniczny jest usytuowany w gardzieli wylotowej tego stożka. Ponadto, poszczególne czujniki optoelektroniczne są skalibrowane odpowiednio do frakcji w poszczególnych zasobnikach komorowych Z1, Z2, Z3 i Z4.

Zespół pomiarowo-sterujący ZPS jest przymocowany w koszu bezpośrednio pod zasuwą dozującą kruszywo z zasobnika na przenośnik taśmowy ważący PW. Wszystkie zasobniki na kruszywo posiadają takie same zespoły pomiarowe. Czujniki optoelektroniczne są wyposażone w układ zasilania 12 V i układ elektroniczny wzmacniający sygnał. Otrzymany sygnał przesyłany jest do komputera, gdzie jest obliczana wilgotność kruszywa oraz masa wody zawartej w podanej porcji kruszywa. Po podaniu wszystkich frakcji kruszywa na przenośnik z wagą jest on uruchamiany i kruszywo przesypywane jest do wózka w czasie 25-30 sekund. W tym czasie obliczona w systemie informatycznym sumaryczna masa wody jest korygowana przez system sterujący i podawana do mieszalnika.

Kruszywa zgromadzone w poszczególnych zasobnikach komorowych Z1, Z2, Z3 i Z4 dozuje się według zadanej receptury i jednocześnie mierzy się ich wilgotność podczas spadania grawitacyjnego na przenośnik taśmowy wagowy PW, przy czym pomiaru wilgotności dokonuje się za pośrednictwem inteligentnych czujników optoelektronicznych mikroprocesorowego zespołu pomiarowo-sterującego ZPS, pracujących w trybie ciągłym i bezkontaktowym, w zakresie promieniowania podczerwonego NIR o długości korzystnie 1,95 μm, po czym, za pośrednictwem sterownika PLC, sprzężonego z zespołem pomiarowo-sterującym ZP, reguluje się dozowaniem wody zarobowej do mieszaniny. Oprogramowanie zespołu pomiarowo-sterującego ZPS, na podstawie receptury oraz zmierzonej ilości wody zaadsorbowanej w składnikach, wylicza i steruje dozownikiem D ilości wody zarobowej wprowadzanej do mieszarki M podczas procesu homogenizacji. Otrzymana mieszanka betonowa ma dokładnie wymagany parametr stosunku wodno cementowego.

Sposób działania systemu korekty polega na zmierzeniu wilgotności kruszywa w zwężającym się kanale usytuowanym na drodze spadku kruszywa, który zapewnia wyhamowanie grawitacyjnego przepływu kruszywa i jego dogęszczenie w gardzieli pomiarowej. W tej części zamontowany jest czujnik odbiciowy NIR o długości fali czytającej wodę. Następnie sygnał jest wzmocniony elektronicznie w formie wielkości prądowej mV i przesłany do komputera. W specjalnym oprogramowaniu, przy użyciu formuły kalibracyjnej dla danej frakcji kruszywa, która przelicza wartość prądową [Mv] na wilgotność, obliczana jest wilgotność [%] i masa wody [kg] dla naważonej z tego zasobnika porcji kruszywa. Pod kolejnymi dozownikami są takie same czujniki i wykonywane są identyczne czynności i procedury. Następnie w systemie sterującym procesem dozowania komponentów do mieszalnika jest odważana masa wody pomniejszona o sumę mas wody wniesionej z frakcjami kruszywa w stosunku do tej, która wynika z zaprogramowanej receptury.

Przykład dla betonu C25/30 (B30)

Poszczególne zasobniki komorowe zawierają:

Z1 - kruszywo o frakcji 8-16 mm,

Z2 - kruszywo o frakcji 0-2 mm,

PL 227 356 B1

7% - 61,6 kg 1,5% - 7,5 kg 0,5% - 2,25 kg

Z3 - kruszywo o frakcji 0-32 mm, oraz

Z4 - kruszywo o frakcji 2-8 mm.

Receptura betonu C25/30 w przeliczeniu na 1 m³ jest następująca:

- cement 315 kg

- kruszywo o frakcji 0-2 mm, 880 kg (Z2)

- kruszywo o frakcji 2-8 mm, 500 kg (Z4)

- kruszywo o frakcji 8-16 mm, 450 kg (Z1)

- domieszki - 1,89 kg

-woda zarobowa - 140 kg / 71,35 kg wody w kruszywie

Pomiar po deszczu wykazał następujący przyrost wilgotności kruszywa:

Z2 - 9,5% 83,6 kg

Z4 - 2% 10 kg

Z1 - 0,75% 3,375 kg

RAZEM: 96,975 kg wody

Tak więc, po zbilansowaniu nadwyżka wody w kruszywach po deszczu wyniosła 25,626 kg, co oznacza, że do mieszarki M dodano około 114 kg wody.

Claims (2)

1. Sposób wytwarzania betonu, polegający na zestawianiu wymaganego składu chemicznego przez kolejne dozowanie z pionowych zasobników na przenośnik taśmowy ważący zasadniczych składników sypkich mieszaniny, z jednoczesnym pomiarem w czasie rzeczywistym wilgotności każdego z dozowanych składników, zwłaszcza kruszywa, oraz na ich podstawie ustalaniu łącznej ilości wody zaadsorbowanej w składnikach i koniecznej ilości wody zarobowej, jaka będzie musiała być dostarczona do mieszarki dla uzyskania wymaganego stosunku wodno-cementowego, znamienny tym, że kruszywa o różnych frakcjach, zgromadzone w poszczególnych zasobnikach, dozuje się według zadanej receptury i jednocześnie mierzy się ich wilgotność podczas spadania grawitacyjnego na przenośnik taśmowy ważący (PW), przy czym masę dozowanych składników sypkich określa się za pośrednictwem przenośnika taśmowego ważącego (PW), zaś pomiaru wilgotności dokonuje się za pośrednictwem inteligentnych czujników optoelektronicznych mikroprocesorowego zespołu pomiarowo-sterującego (ZPS), pracujących w trybie ciągłym i bezkontaktowym, w zakresie promieniowania podczerwonego NIR o długości od 1,4 μm do 2,0 μm, korzystnie wiązkę o długości fali 1,95 μm, po czym, za pośrednictwem sterownika PLC sprzężonego z mikroprocesorowym zespołem pomiarowo-sterującym (ZP), reguluje się dozowaniem wody zarobowej do mieszaniny.

2. Instalacja do wytwarzania betonu, składająca się z pionowych zasobników komorowych kruszywa o różnych frakcjach, przenośnika taśmowego ważącego, wózka zbierającego, mieszarki i zespołu pomiarowo-sterującego, znamienna tym, że zespół pomiarowo-sterujący (ZPS), przymocowany w koszu bezpośrednio pod zasuwą dozującą kruszywo z zasobnika na przenośnik taśmowy ważący PW, jest układem wyposażonym w mikroprocesor, sterownik PLC oraz inteligentne, skalibrowane odpowiednio do frakcji kruszywa w poszczególnych zasobnikach komorowych (Z1, Z2, Z3 i Z4) czujniki optoelektroniczne, które są usytuowane w kanałach pomiarowych (KP), korzystnie o kształcie stożkowym, zaś te z kolei są usytuowane w światłach otworów wylotowych poszczególnych zasobników komorowych (Z1, Z2, Z3 i Z4).