Látszóbeton gyártó gépsor

Kutatási eredmény bemutató: letölthető pdf

Absztrakt: letölthető pdf

Összefoglaló

Fejlesztésünkkel megoldást kerestünk arra a problémára, hogy miként lehet a leghatékonyabban, legolcsóbban és leginkább környezetbarát megoldással megvalósítani a látszóbeton gyártás fejlesztését, automatizálását. Szem előtt tartva a minőségi és a korszerű megvalósítási eljárásokat.
Kutatásunkat természetesen a piac elemzésével kezdtük. Megvizsgáltuk a készen kapható gépeket, berendezéseket, gépsorokat, továbbá elemeztük a különböző járatos gyártási technológiákat. Itt szembeötlő volt, hogy a látszó betonoknak a mechanikai tulajdonságait csupán a hozzáadott adalékokkal, acélerősítéssel, fiber szál erősítéssel, kötésgyorsítókkal, végszilárdság erősítőkkel tudják javítani és nem próbálják kiaknázni a felhasznált cement tulajdonságainak a javítását. Mi erre fektettük a legnagyobb hangsúlyt, ami annyit jelent, hogy megvizsgáltuk a betongyártás folyamatát analitikus módszerrel. Ennek eredményeként nyilvánvalóvá vált, hogy a keveréskor a bekerülő cement a vízzel vagy egyéb más folyadékkal érintkezve gömböket alkot, később a kötés ezekkel a gömbökkel történik, tehát megállapítható, hogy a cement jelentős része nem vesz részt közvetlenül a beton szilárdságát adó kötések létrehozásában. Ennek megváltoztatására, javítására azt a technológiát találtuk ki, hogy darabolással ezeket a gömböket is szét lehet vágni, ezáltal a kötésben részt vevő cement mennyisége nagyságrendekkel megnő, ami homogénebb eloszlást eredményez a keverékben, miáltal a látszó beton mechanikai tulajdonságai jelentősen javulnak.
Ezt a felfedezést kihasználva, gondoltunk arra, hogy létrehozunk egy szinte teljesen automatizált, a látszó betonelemek készítésére alkalmas technológiát, üzemet.
A fejlesztés és kutatás eredményeként felépített üzemben képesek vagyunk látszó beton elemeket gyártani szinte végtelen mennyiségben azonos minőségben, mivel az adagolás, a keverés, a kötés és kötés gyorsítás automatizált technológiával történik.
Az elméleti jelentősége ennek a gépsornak, technológiának, hogy a mennyiség nem megy a minőség rovására, tehát a beállított keveréket, definiált technológiai sort végtelenszer tudjuk ismételni.
A gyakorlati relevanciája az általunk megálmodott gyártósornak, hogy nagyobb beruházások, építkezések kivitelezésénél az alkalmanként 100-1000 számra egymás mellé kerülő betonelemek élettartama a gyártási minőség állandóságának köszönhetően egyforma lesz, ami jelentősen megnövelheti az épületek élettartamát.
Az általunk kitalált és megépített technológiának jelentős előnyei vannak a most alkalmazott egyéb látszóbeton gyártási eljárásokhoz képest. Elsődleges előnye, a cement homogénebb eloszlása, aminek következtében esetenként a betonelem keresztmetszete, ezáltal a tömege is csökkenthető, azonos terhelhetőség mellett. Másodlagos előnye, a számítógépes vezérlés adta pontosság az adagolásban, a keverésben és a kötés gyorsításában.
Zárótételként, megállapítható, hogy ezzel a technológiával lehet a leggazdaságosabban, legolcsóbban előállítani, gyártani látszóbeton elemeket, amellett, hogy a számítógépes vezérlésnek és az állandó minőségnek köszönhetően a gyártási folyamat lerövidítésével tovább tudjuk csökkenteni az ökológiai lábnyomunkat.

Bevezetés

Felmerült egy igény, arra vonatkozólag, hogy ipari betonkeverő gépre volna szükség, viszont a piacon készen nem kapható az igényeinek megfelelő technológiájú és működésű berendezés. Célunk, elvárásuk, hogy speciális betonból készült egyedi tervezésű elemeket készítsünk, a lehető legnagyobb szilárdsággal, a legkevesebb nyersanyag felhasználásával, a lehető leghosszabb élettartamra.
Első lépésként meg kell vizsgálni a piaci helyzetet és a lehetőségeket. Több nemzetközi gyártó is elérhető ebben a témában. Az egyik fajta megoldás a mobil önjáró vagy mozgatható berendezések, a másik fajta a fixen telepített helyhez kötött berendezés. Mindkettővel az a probléma, hogy a megfelelő rendszerbe illesztéshez mindegyik gépen változtatásokat kell eszközölni, azonnali használatuk nem lehetséges. Továbbá valószínűleg nem képesek kezelni az elvárásainkat és a kiszolgáló gépek vezérlését.
A piaci lehetőségek megvizsgálása után kerülhet szóba egy esetleges tervezés. Ez akkor válhat indokolttá, ha a készen kapható berendezések ára, paraméterei, használhatósága nem érik el az elvárásainkat, vagy ezeket messzemenően túlszárnyalja. A tervezés előnyei: a szükséges és elégséges műszaki paraméterek kialakíthatósága, meghatározhatósága, az alacsonyabb gyártási költség (több gép esetén jelentős mértékben) továbbá a fejlesztés alatt az állandó kontrolálása a kialakításnak. A tervezés hátrányai: viszonylag nagyszámú egyeztetés, hosszú tervezési és megépítési idő, továbbá a prototípus tesztelési ideje és helye.
A tervezés és a gépgyártást végezheti egy vagy több cég is. Célszerű egy kézben tartani ezeket a tevékenységeket, mivel ebben az esetben lehet a leghatékonyabb a fejlesztés. Hátránya: időigényes, megfelelő precizitás és szakembert igényel, kell tudni biztosítani a szükséges időben a megfelelő alkatrészek legyártását, beszerzését, beépítését. Előnye: olyan minőségű és paraméterű gépet kaphat a megrendelő amilyenre pontosan szüksége van, továbbá, megegyezéstől függően, ha a tervek a tulajdonát képezik, akkor van lehetőség a további gyártásokra és értékesítésekre is.
Az általunk kitalált keverési technológi lényege a viszonylag magas sebességkülönbségtől keletkező űtközési erő felhasználása a cementgömbök összeaprításához. Az eljárás a következő: a keverődobba bele kell önteni a homokot a vizet és a cementet, majd a berendezést a cementgömbök aprításához szükséges emelt fordulatra kapcsolni. Ekkor a nagy sebességű homokszemcsék ütköznek a beöntött cement, gömbbé vált egységeivel. Az eljárás végét akkor lehet észrevenni amikor a massza hirtelen el kezd sűrűvé válni, szinte megköt, mivel a cement mennyisége hirtelen megnő a keverékben. A következő lépés, hogy még vizet és a szükséges keverékeket kell beleönteni a masszába, de ekkor már csak a csökkentett fordulatszámon kell tovább keverni az elegyet.
A készen kapható berendezések, különböző speciális feladatokra vannak tervezve. Működésüket tekintve megkülönböztethetünk felső, oldalsó és alsó kiömlésűeket, keverés szempontjából forgódobos, forgódobos-keverőlapátos és forgódobos-forgólapátos kivitelűeket. Az elvárásainknak csak a forgódobos-forgólapátos kivitel felelhet meg, mivel mint a korábbi kísérleteink mutatják, a szükséges cementgolyók megbontásához szükséges sebességkülönbség csak evvel a kivitellel érhető el.
A gyártók megkeresésünkre egybehangzóan azt nyilatkozták, hogy egy berendezés, egy megrendelés kedvéért nem változtatják meg a már bevált technológiájukat az igényeink szerint.

1. ipari betonkeverő
3. ipari bolygómozgású keverő
2. ipari kényszerkeverő

A képeken látható berendezések közös hátránya, hogy nem lehet velük elérni a szükséges 7m/s-os sebességkülönbséget ami elegendő a cementgömbök szétdarabolásához. Emiatt szükségessé vált egy saját tervezésű megfelelő műszaki paraméterekkel rendelkező keverőgép megépítése. A berendezés tervezése és megépítése folyamatos egyeztetésekkel történik a gyártóval, hogy a megépítendő berendezés mindenben meg tudjon felelni az elvárásainknak.

Az elvárásaink:
- teljesen automata működés, automata cement, kavics, vízadagolás
- akár 100 különböző receptúra beállításának a lehetősége, a receptúrákon belül kell tudni állítani a keverődob fordulatszámát, forgásirányát, a keverőlapát fordulatszámát forgásirányát, az adagolt anyagok mennyiségét
- a berendezés gyártósorba illeszthető legyen
- 24 órás, három műszakos folyamatos üzemeltethetőség

Technológia

A beton összetételén az egy köbméter kész betonba jutó alapanyagok minőségét és tömegét értjük. A keverési arány megadja az adagolandó anyagok mennyiségét, ez biztosítja, hogy a bedolgozott 1 m3 beton megfelelő összetételű legyen. A keverési arány meghatározásakor figyelembe kell venni azokat a veszteségeket, amelyek a megkevert betonban a bedolgozásig előállhatnak: az elfolyt cementlé és az elpárolgott víz mennyiségét. A keverési arányt a korszerű betontechnológia tömeg szerint adja meg, az egyenletes minőségű beton készítését ugyanis csak ez teszi lehetővé. A beton tömeg szerinti keverőaránya Egy példa erre, cement : homokos kavics = 1:6 tömegarány előírás azt jelenti, hogy 1 rész cementhez 6 rész homokos kavics mérendő a beton elkészítésekor. Ehhez persze megfelelő mérőberendezésekre van szükség. A keverési arány megállapításához a betonkészítés két fontos jellemzőjét kell ismernünk: a víz-cement tényezőt és a bedolgozási tényezőt. Víz-cement tényező A bedolgozott betonban az adalékanyag által elszívott vízmennyiség levonása után fennmaradó víz és a cement tömegaránya. Ebben a berendezésben a nagysebességű keverés és cementgömbök feldarabolása miatt ez a tényező egy keverés alatt kétszer változik meg, először a víz beengedésekor, másodszor amikor a cement térfogat felszín aránya megváltozik. Emiatt a víz beadagolását nem lehet automatizálni, mert az éppen összeállított keveréktől és a beadagolt alapanyagok nedvességtartalmától függően változik a szükséges mennyiség. Bedolgozási tényező

A beton előállításához felhasznált adalékanyagok és a bedolgozott beton térfogatának hányadosa. A bedolgozási tényező megmutatja, hogy hány m3 homokos kavicsból, illetve összesen hány m3 különböző szemnagyságú adalékból kapunk 1m3 betont. Ennél a felhasználásnál, minimálisan 4 fajta összetevőt használunk a szükséges beton elkészítéséhez. Ezek: cement, mészkőliszt, homok és kavics. A megfelelő beadagolási sorrend a dob és a keverőkanál jól meghatározott fordulatszámának függvénye adja meg a megfelelő beton kialakítását. Az elméleti ideális sorrend a homok, majd a cement, ekkor a keverőkanál fordulatszáma a maximális kell legyen, hogy az apró kvarchomok szemcsék élei, össze tudják darabolni a gömbbé összeállt cementet. A kémlelőablakon kisérhető figyelemmel a folyamat, ami akkor ér véget, amikor a kevert massza besűrűsödik, mivel ilyenkor az összedarabolt cement felülete megnő és több vizet tud megkötni. Ezután újra vizet kell adni a keverékhez, majd a többi összetevőt. A két ütem keverési ideje megközelítőleg 4-5 perc lehet. A keverés végén a berendezésből a beton a zsaluba önthető.
Az alapanyagok keverőbe történő juttatása a legegyszerűbb és a leghatékonyabb módon fog történni, egy-egy puffertartályos felhordócsigával, big-bag zsákokból. A zsákok a felhordócsiga puffertartályára lesznek engedve, ott ki lesznek nyitva és automatikusan a meghatározott receptúra szerint lesznek felhordva a keverőbe. Mivel mindegyik alapanyag egyszer lesz töltve a keverőbe, ezért a zsákokat ki lehet cserélni a felhordó puffertartályán, így elegendő a két felhordócsiga. A zsákok mozgathatóak targoncával és daruval is, a felhordócsigák mobil, kerekes kivitelűek. A készíteni kívánt elemek zsaluit az épületben lévő daruval lehet mozgatni a töltéshez és az emelt hőmérsékleten történő kötés biztosításához a csarnokban való elhelyezéshez.
4. A tervezett gyártósor

A gyártósor gyártó elemei:
1. betonkeverő gép
2. puffertartályos felhordócsigák
3. vízadagoló rendszer
4. temperálható zsaluasztalok

A betonkeverőgép dobjának térfogata 0,8m3 , hogy a maximális keverési térfogat ne haladja meg a 0,5m3-t. Ezt szemelőtt tartva a próbakeverések alkalmával nem léptük túl ezt a mennyiséget.
A puffertartályos felhordócsigák feladata a szemcsés és por állagú alapanyagok bejuttatása a keverőgép dobjába, az 1. fedelen lévő garaton keresztül. Az adagolás térfogat alapú, mivel ismerjük a felhordócsiga névleges térfogatáramát, azt a szükséges anyaggal (cement, homok, mészkőliszt, sóder, stb.) kalibráljuk így közvetve tömeg vagy térfogat alapon tudjuk adagolni az összetevőket. Ehhez a használt anyagokkal és az meghatározott töltési sebességgel kalibrálni kell az eszközt. Ezt a kalibrációs értéket és a hozzá tartozó fordulatszámnak a frekvenciáját a központi vezérlő egység eltárolja, így a későbbi használatnál már nem szükséges ez a procedúra. Az egységek névleges térfogatárama 50Hz-nél 0,8mm-es sóderral 1,8t/10min.

 

 

2. Az alapanyagok adagolási ideje
A 2. táblázatban láthatóak a szükséges alapanyagok a szükséges térfogatárammal és frekvenciával. Ezek az értékek tapasztalati úton lettek meghatározva, közvetlen az anyagokkal történt mérés, kalibráció során. Ennél gyorsabb adagolásra is képesek a berendezések, de a megfelelő keverés elérése érdekében nem szükséges gyorsabban adagolni őket.
A tesztek azt mutatják, hogy a big-bag zsákból adagoló puffertartályos felhordócsigák üzemeltetése, használata, még több összetevős keverés mellett is megfelelő, mivel van elegendő idő az alapanyagok beadagolás utáni kijáratására a puffertartályból és a zsákok cseréjére is, mivel esetenként a keverési idő meghaladja a 20-30 percet is.
A puffertartályos felhordócsigák adagolása homogén, mivel 0,5m3-es tartállyal rendelkeznek. Ez azt eredményezi, hogy a felhordócsiga mindig, folyamatosan az adagolt anyagban van, emiatt folyamatos a termék utánpótlása.
Mivel az alapanyagok és a víz adagolását egy központi vezérlő egység végzi, emiatt a késztermék homogenitása és minősége állandó.
anyagnévleges térfogatáram [kg/min]szükséges töltési idő[sec]szükséges frekvencia[Hz]cement28010060homok 0-225015050homok 2-420015050kavics 4-816015050homokos kavics 0-818015050

A teszteléshez használt ipari beton receptúrája:
- cement CEM I. 52,5 123kg
- homok 0-2 123kg
- homok 2-4 123kg
- kavics 4-8 370kg
- víz 60l

Az alapanyag mozgatások:
Az alapanyagok mozgatásának több lehetősége és folyamata van. Az első, hogy a csarnokba beérkezik big-bag zsákokban és be van tárolva a tartóállványára. Általában 4 különböző alapanyagot használnak a keverésekhez vagy kevesebbet. ezeket a zsákokat a puffertartályos felhordócsiga fölé emelve az alsó nyitású zsákokból a szükséges, maximum 0,5m3 anyagot a felhordóba engednek, ami vagy már a keverőgép garatához van állítva, vagy töltés után van odamozgatva kézzel, mivel a felhordó kerekekkel rendelkezik. A puffertartályos felhordócsigák össze vannak kötve a központi vezérléssel, ezért a pozícióba állítás után már indítható is a program. Miután az adott eszközből az alapanyag be lett adagolva, fel lett hordva a keverőgépbe, következhet a maradék kijáratása és megtöltése egy másik alapanyaggal. A big-bag zsákok mozgatása történhet híddaruval vagy targoncával is.
A késztermékek kezelése:
A betonzsaluk elhelyezése történhet a temperálható csarnokban, vagy a rendelkezésre álló temperálható öntőasztalokon. Ezeknek az asztaloknak a mérete 4db 2x6m. A méretükből és a rendelkezésre álló fedett hely miatt, a tárolásuk, az épületen kívül oldható csak meg, illetve a zsaluk megtöltése után, a sor leállítását követően az üzemcsarnokban is történhet. A késztermékeket, alakjuktól, méretüktő és tömegüktől függően az erre a célra kialakított kalodában lehet tárolni, ami biztosítja a megfelelő rögzítést az elemek szállításához is.

Eredmények

A megvalósított gépsor előnyei egyértelműen mérhetőek és bizonyíthatóak.
Ha össze szeretnénk hasonlítani egy átlagos betonkeverő üzemmel, akkor sajnos szembetűnik, hogy ezek az üzemek csupán egyfajta beton keverésére vannak berendezkedve és általában mixerkocsik töltésére és száraz vagy földnedves beton előállítására. Ez azt jelenti, hogy nem képesek olyan betonkeveréket előállítani, esetenként 5-6-7 összetevőből, amire nekünk szükségünk van. Továbbá, nincs meg hozzá a központi vezérlő rendszer sem, ami képes kezelni az alapanyagok pontos, és időbeli adagolását és a keverőgép vezérlését a receptúrák szerint. És a legnagyobb hiányosságuk, hogy nem képesek differenciált fordulatszám kezelésre és irányváltásra a dob és a mixer forgatásában, ha mégis, nem tudják elérni a 7m/s sebességkülönbséget, ami szükséges ehhez a speciális keverésnek a biztosításához. Tehát megállapítható, hogy ezt a technológiát, ezt az üzemet, most a piacon kapható üzemekkel nem lehet összehasonlítani, mivel csupán a nevükben hasonlítanak egymásra és ilyen vagy ehhez hasonló technológia készen, nem létezik a nemzetközi piacon.

Az 5. és 6. képen egy-egy kisteljesítményű betonkeverő gép és komplett berendezés látható. Ezek a berendezések csak a korábban említett egyszerű beton elkészítésére képesek, a 6. képen látható rendelkezik saját kétaknás adagoló egységgel is, amiből automatikusan tudja az alapanyagokat a keverőbe juttatni. Az 5. képen látható keverőbe az összetevőket kívülről kell adagolni, manuális vagy automatikus rendszerrel. Mindkét berendezés, betongyártó egység tudása, vezérlése, automatizáltsága, nem megfelelő, nem elégséges a számunkra, hogy a korábbi elképzeléseink szerinti üzembe tudjuk integrálni.
A többi készen kapható betonkeverő üzemek, egységek méretei és kapacitásai miatt nem voltak megfelelőek a mi elképzeléseinkhez.

Megvitatás

A korábban említett működés és elvárások alapján kijelenthetjük, hogy az általunk tervezett, megépített és tesztelt gépsor mind működését, mind energiafelhasználását, mind egyszerűségét tekintve elérte, sőt meghaladta az elvárásainkat.
Persze felmerülhet a kérdés, hogy mennyire környezetbarát és ezen a téren mennyivel jobb vagy rosszabb, mint a hagyományos betonkeverő gépsor. A hagyományos betonkeverő üzemek méretüket, kapacitásukat és teljesítményüket tekintve a nagymennyiségű és gyors betonkeverésre vannak kitalálva, megépítve. Az általunk létrehozott gépsor viszont csak a felhasználás szempontjából szükséges betonkeverék mennyiséget állítja elő. Itt megvizsgálhatjuk, hogy a keverőgép és a felhordók kapacitása megfelelő a termelésünk biztosítására. Az általunk gyártott vagy gyártani kívánt látszóbeton elemek méretei, térfogata nem haladja meg azt a mennyiséget, amit az épített üzemünk egy napi kapacitása ne tudna biztosítani.
Energiafelhasználás szempontjából megállapíthatjuk, hogy a keverő és az azt kiszolgáló egyéb berendezések szakaszos üzeme alatt csupán a szükséges energiamennyiséget használják fel, tehát nem kell holtidőben keverés alatt tartani a betont, ami felesleges energiafelhasználást okozna, továbbá a zsaluba öntött látszóbeton elemeket a kötés gyorsítására a temperálható öntőasztalon körülbelül fele annyi idő alatt tudjuk készre gyártani, ami egyrészt növeli a termelékenységet, másrészt csökkenti az üzem hasznos területeinek a lekötését az elemek megkötésének idejéig.Az egyszerűséget tekintve, mondhatjuk, hogy ezzel a technológiával a minimálisra tudtuk csökkenteni a szükséges technikusok, operátorok létszámát, mivel az üzem működése teljesen automatizált.

Felhasznált irodalom

https://all.biz/hu-hu/betonkevero-400-750-literes-g19724
https://www.concretebatchingplants.com/en/concrete-mixers/pan-mixers
https://www.concretebatchingplants.com/en/concrete-mixers/planetary-mixers
https://www.cart-away.com/portfolio/loadpro/
http://www.mini-batching-plant.com/