10(2), Budowlane, Technologia, Technologie budowlane. Jasiczak
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
10. Mechanizacja wytwarzania prefabrykatów w świetle współczesnych technologii
produkcji i wymagań jakościowych
1
10.
Í
Ï
Î
MECHANIZACJA WYTWARZANIA PREFABRYKATÓW BETONOWYCH
W ŚWIETLE WSPÓŁCZENYCH TECHNOLOGII PRODUKCJI I
WYMAGAŃ JAKOŚCIOWYCH
10.1. Wprowadzenie
3% wyrobów już na etapie ich produkcji.
Znane powszechnie są wady prefabrykatów polegające na odchyłkach wymiarów rzeczywistych od zakła-
danych, nierównościach płaszczyzn, rakach powierzchniowych betonu, obtłuczeniach krawędzi, ubytki
warstw fakturowych elementów elewacyjnych. W efekcie nowo oddane do użytku budynki posiadały licz-
ne defekty, pogłębiające się w trakcie eksploatacji obiektów.
Przyczyny wymienionych zjawisk były różnorakie, poczynając od zwracania głównie uwagi na liczbę od-
dawanych mieszkań a nie ich jakość, poprzez brak motywacji i premiowania za produkcję bezusterkową,
na braku na rynku dobrych jakościowo materiałów (stosowano pospółki o wysokim punkcie piaskowym,
cementy o zmiennych cechach jakościowych, preferowano wysoki stosunek w/c przy wytwarzaniu elemen-
tów w zblokowanych formach bateryjnych i pneumatycznym transporcie mieszanki) i zaniedbaniu indywi-
dualnego projektowania na rzecz rozwiązań typowych dla całego kraju. Ponadto panowało wówczas prze-
konanie iż zarówno w technologii produkcji samego betonu jak i formowania prefabrykatów oraz ich ter-
moobróbki uzyskano kres możliwości technicznych i że w najbliższej przyszłości nie należy raczej ocze-
kiwać jakichkolwiek zmian. Prognozy te, jak wiadomo, się nie spełniły i począwszy od początku lat 80-
tych w Europie zachodniej, a od początku lat 90-tych w Polsce, obserwuje się dynamiczny rozwój techno-
logii betonu (zwykłego oraz wysokiej wytrzymałości) oraz metod formowania prefabrykatów. Dokonujące
się na naszych oczach przeobrażenia są przedmiotem niniejszego referatu.
÷
10.2. Geneza technologii modyfikowanego beton
Jakkolwiek pod koniec lat siedemdziesiątych wydawało się, że ówczesna technologia betonu wyczerpa-
ła już wszystkie swoje możliwości to okazało się, iż produkowane w latach sześćdziesiątych i siedemdzie-
siątych betony są znacznie mniej trwałe niż betony starsze. Spostrzeżeń takich dokonano jednocześnie w
wielu krajach, m.in. w USA, Anglii i Francji. Przyczyny tego zjawiska okazały się zróżnicowane, jednakże
dość zgodne, za podstawową przyczynę obniżenia trwałości konstrukcji uznano produkcję betonu o wyso-
kim w/c, wymuszonym przez powszechne stosowanie pomp do betonu.
Zaczęto więc ponownie analizować wytrzymałościowo twórczą rolę wody w betonie i związki wartości w/c
z gęstością kamienia cementowego oraz porowatością, wodoszczelnością i mrozoodpornością betonu.
Punktem wyjścia do tych rozważań są zależności pokazane na rys. 1. Z rysunku tego wynika, iż relatywnie
wysoką wytrzymałość betonu i jego gęstość uzyskuje się przy stosunku w/c = 0,22
÷
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
Pojęcie „prefabrykacja betonowa” ma w Polsce odcień negatywny wynikający z jej kojarzeniem z bu-
downictwem wielkopłytowym realizowanym w kraju głównie w latach 1970 - 1985. W okresie tym na po-
trzeby budownictwa mieszkaniowego pracowało prawie 200 fabryk domów i wytwórni prefabrykatów.
Zakłady te technologicznie były zróżnicowane, od najprostszych wytwórni poligonowych wyposażonych
w stacjonarne urządzenia formujące zlokalizowane na otwartej przestrzeni, po linie produkcyjne oparte na
taśmowych metodach produkcji realizowanych w halach produkcyjnych. W wyniku prowadzonych proce-
sów wytwórczych uzyskiwano serie gotowych, betonowych prefabrykatów o w sumie dobrych parame-
trach wytrzymałościowych (realizacje z betonu klas B15, B17,5) lecz dużych brakach jakościowych, spro-
wadzających się do pełnej dyskwalifikacji 1
0,25. Do rozwiązania
pozostał problem technologiczny - urabialności mieszanki z przeznaczeniem do pompowego podawania, z
którego producent betonów nie chce zrezygnować. Na tle tak sformułowanego zadania pojawiło się kilka
problemów:
10. Mechanizacja wytwarzania prefabrykatów w świetle współczesnych technologii
produkcji i wymagań jakościowych
2
możliwości precyzyjnego dozowania składników mieszanki betonowej, w tym głównie wody dla osią-
gnięcia żądanych parametrów mieszanki,
możliwości formowania betonów z „suchych” mieszanek betonowych.
Rys. 10.1.
Zależność stosunku wytrzymałościowego f
c
/
f
c
i gęstości
d
kamienia cementowegood W/C [2]
Zadano sobie takie pytanie, czy możliwe jest przekroczenie magicznej wytrzymałości rzędu 60 MPa okre-
ślonej jako granicznej dla betonów cementowych. Na wszystkie tak sformułowane problemy znaleziono
odpowiedź i rozpoczęto produkcję cementowych mieszanek betonowych nowej generacji z jednoczesną
zmianą warunków jej produkcji i formowania.
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
przyjęcia albo zamiennika nadmiaru w stosunku do optimum ilości wody zarobowej albo jej mecha-
nicznego usunięcia po uformowaniu prefabrykatu,
10. Mechanizacja wytwarzania prefabrykatów w świetle współczesnych technologii
produkcji i wymagań jakościowych
3
10.3. Techniki regulacji ilości wody zarobowej w betonie
10.3.1.
Nowoczesne węzły do produkcji mieszanek betonowych
Zautomatyzowane węzły produkcji mieszanek betonowych są znane od ponad 30 lat. Zgodnie z ówcze-
snym poziomem techniki istniała możliwość wagowego dozowania poszczególnych składników oraz za-
programowania produkcji kilkunastu receptur mieszanek. Podstawową trudność stanowiło dokładne dozo-
wanie ilości wody zarobowej, ponieważ brak było urządzeń do ciągłego pomiaru wilgotności kruszywa
podawanego do zasypników i możliwości odejmowania ilości wody zaadsorbowanej przez kruszywo od
globalnej ilości wody. Z tego powodu występowały trudności z utrzymaniem na żądanym poziomie sto-
sunku w/c, konsystencji mieszanki i wytrzymałości. Obecnie zagadnienia te nie stanowią technicznego
problemu, mimo iż w węźle używa się różnych rodzajów cementu, przynajmniej 4 frakcji kruszywa oraz
stosuje dodatki mineralne i domieszki chemiczne dozowane w trakcie produkcji mieszanki. Przy zasadni-
czo nie zmienionej konstrukcji węzła, urządzeń wagowych, silosów i przenośników taśmowych wprowa-
dzono jednakże zmiany związane z komputerową obsługą procesu produkcyjnego, mechanicznym dozo-
waniem domieszek chemicznych, bieżącą kontrolą wilgotności kruszywa i precyzyjnym dozowaniem ilości
wody [1, 4].
Schemat skomputeryzowanego węzła betoniarskiego wyposażonego w system dyspozytorski do precy-
zyjnego dozowania ilości wody pokazano na rys. 2. Zasadniczym elementem systemu są czujniki pomiaru
wilgotności kruszywa i czujniki masy kruszywa dające bieżącą informację o ilości wody zaadsorbowanej
przez kruszywo. Uzyskane informacje kierowane są do jednostki centralnej, która dokonuje korekt ilości
wody dostosowanej do mieszalnika w stosunku do założonej w recepturze. Pomiarów wilgotności dokonu-
je się albo poprzez pomiar potencjału na okładkach kondensatora (uwzględnia się w tym przypadku dipo-
lową strukturę cząsteczkach
HO
+
cjonalnie do ilości molekuł wody). W najnowszych rozwiązaniach węzłów czujniki pomiaru wilgotności
montowane są w dnie mieszalnika, co jeszcze bardziej zwiększa dokładność sterowania konsystencją mie-
szanki betonowej.
Rys.10 2 .System regulacji ilości wody zarobowej w zautomatyzowanym węźle produkcji mieszanki
betonowej [1]
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
) albo technikę mikrofalową (energia fali jest pochłaniana propor-
10. Mechanizacja wytwarzania prefabrykatów w świetle współczesnych technologii
produkcji i wymagań jakościowych
4
10.3.2
Upłynnianie domieszkami chemicznymi, mechaniczne usuwanie nadmiaru ilości wody,
stosowanie mieszanek suchych
Istnieją różne metody obniżania wartości stosunku w/c przy zachowaniu dobrej urabialności betonu w
trakcie jego produkcji, transportu i układania. Dużą popularność zyskały obecnie domieszki chemiczne do
betonu upłynniające w dużym zakresie mieszanki betonowe, od np. gęstoplastycznej do ciekłej przy dozo-
wanej ilości wody zarobowej jak dla konsystencji gęstoplastycznej. Są to związki o różnym składzie che-
micznym i wielofunkcyjnym działaniu. Ich działanie szczegółowo omówione zostało w pracach [2] i W.
Świerczyńskiego. Odrębna grupa metod usuwania zbędnej ilości wody zarobowej, związana jest ze stoso-
waniem specjalnych instalacji do tego celu przystosowanych.
Do technik usuwania zbędnej ze względów na procesy hydratacji i hydrolizy cementu ilości wody zalicza
się metodę wirowania oraz metodę odwadniania próżniowego mieszanki betonowej.
Metoda wirowania, szczegółowo omówiona w pracy T. Oleszkiewicza, polega na wprowadzeniu w ruch
wirowy urządzenia formującego co powoduje, iż mieszanka betonowa w wyniku działania sił odśrodko-
wych, układa się po obwodzie formy i zostaje silnie zagęszczona. Zbędna, nie związana woda zarobowa
zostaje odprowadzona na zewnątrz urządzenia.
Znaczną popularnością cieszą się także metody polegające na odwodnieniu próżniowym ułożonej mie-
szanki betonowej za pomocą specjalnych mat filtracyjnych i przenośnych pomp próżniowych z oprzyrzą-
dowaniem. Efektem takiego procesu jest wyraźny wzrost wytrzymałości przypowierzchniowych warstw
betonu, ich ścieralności, szczelności i mrozoodporności. Podstawowe zależności między betonem odwad-
nianym próżniowo i nieodwadnianym pokazano na rys. 3. Metoda ta ma liczne zastosowania, w Poznaniu
wykorzystywana była przy produkcji prefabrykatów ściennych dla budowanych w Pożegowie zbiorników
na wodę pitną.
Kolejną techniką regulacji wartości stosunku w/c jest wibroubijanie lub wibroparowanie „suchych”
mieszanek betonowych. Działania takie powodują, iż poszczególne składniki mieszanki betonowej znajdu-
ją się w stanie trwałego ugniatania, w wyniku którego zbliżają się do siebie wypełniając wolne przestrze-
nie. Duża częstotliwość ubijaka lub wałowarki wywołuje zjawisko zbliżone do wibrowania w związku z
czym siły tarcia, kapilarne oraz spójności ulegają zmniejszeniu, w wyniku czego ruch poszczególnych czą-
stek jest znacznie ułatwiony. Pokazane na rys. 4 zależności obrazują relacje między gęstością betonu, jego
wytrzymałością oraz częstotliwością działania ubijaka [3].
Rys. 10.3.
Wytrzymałość na ściskanie betonu odwadnia-
nego próżniowo i zwykłego wg technologii
TREMIX
Rys. 10.4.
Wpływ liczby uderzeń ubijaka na wytrzy-
małość i gęstość zapraw [3] o różnych
składach i ilości uderzeń od 50 do 3500
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
10. Mechanizacja wytwarzania prefabrykatów w świetle współczesnych technologii
produkcji i wymagań jakościowych
5
W praktyce formowanie prefabrykatów często łączy się omówione metody mechanicznego zagęszczania
stosując prasowanie, prasoodpowietrzanie, walcowanie, zagęszczanie impulsowe itp. [5].
10.4. Urządzenia formujące współczesnej prefabrykacji betonowej
Współczesnym prefabrykatom betonowym stawia się zdecydowanie wyższe wymagania jakościowe niż
w latach siedemdziesiątych, co wynika z traktowania gotowego elementu jako ostatecznie wykończonego.
Funkcje takie sprawują elementy szkieletowe hal i mostów, elementy elewacyjne budynków, rury i studnie
kanalizacyjne, elementy nawierzchni drogowych typu krawężniki czy kostka brukowa. Do uzyskania ta-
kich efektów przyczyniają się głównie technologie formowania prefabrykatów betonowych realizowanych
poprzez dwa zasadnicze typy urządzeń:
wpełni zautomatyzowane agregaty produkcyjne do wytwarzania elementów gabarytowo małych, lecz
o bardzo wysokich parametrach technicznych.
10.4.1.
Uniwersalne podkłady formujące
Reprezentantem tej grupy urządzeń są współczesne linie produkcyjne Avermanna, stanowiące zespół
sprzężonych stołów obrotowych do produkcji wielkogabarytowych elementów betonowych o dowolnych
kształtach.
Przykład takiej linii pokazano na rys. 10.5. Jest to grupa stalowych uchylnych hydraulicznie form skła-
dających się z trzech pojedynczych stołów o wymiarach 15,0
×
3,8 m z dwoma mostkami o długości 1,0 m.
Rys. 10.5.
Stoły Avermanna zamontowane w przedsiębiorstwie „Pekabex” S.A
Nośność robocza wynosi 750 kg/m
2
, podniesienie płaszczyzny formującej do 80°. Zespół zaopatrzo-
ny jest w instalację do ogrzewania powierzchni formującej parę wodną.
Górną konstrukcję form stanowią dwa wzdłużne dźwigary 500 mm połączone ciężkim poprzecznym
krzyżulcem, które gwarantują sztywność przeciwskrętną, jak i ułożone na tychże w odstępach 350 mm -
dźwigary poprzeczne ze stali profilowanej.
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
uniwersalnepodkłady formujące przystosowane do wytwarzania różnych typów prefabrykatów, także
wielkogabarytowych,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]