Ostatnie 30 lat przyniosło ogromny wzrost populacji Ziemi, co wywołało nieproporcjonalne zwiększenie zapotrzebowania na piasek. Budownictwo przeżywa globalny boom, a przecież dwie trzecie budynków tworzone jest z betonu, a tenz kolei składa się w 30-40% z piasku. W kolejnych latach zapotrzebowanie na ten surowiec będzie nadal rosnąć. Jakie własności tego kruszywa powodują, że jest on tak pożądany?
Piasek to występujący naturalnie, nie połączony ze sobą osad, składający się głównie z ziaren mineralnych. Do celów budowlanych można stosować jedynie piasek rzeczny, pochodzący ze żwirowni lub morski. Głównym jego składnikiem jest kwarc, będący bardzo ważnym minerałem nie tylko dla branży budowlanej, ale również kluczowym surowcem w produkcji szkła czy półprzewodników.

WPŁYW WILGOTNOŚCI PIASKU NA JAKOŚĆ MATERIAŁU BUDOWLANEGO
Ziarna piasku mają niewielki rozmiar (typowo 0,1–2 mm), dzięki czemu materiał ten bardzo łatwo chłonie wodę. W przypadku stosowania go w produkcji betonu, poziom wilgotności jest istotnym elementem oceny jakościowej. W zależności od zawartości wody, odpowiednia jej ilość musi być dodana podczas przygotowywania mieszanki betonowej.
Potocznie nazywany współczynnik „woda/cement” określa stosunek efektywnej zawartości wody do zawartości cementu w mieszance betonowej. Zachowanie odpowiedniej proporcji jest niezwykle istotne dla utrzymania parametrów jakościowych. Zależnie od poszczególnych obszarów zastosowań istnieją stałe, optymalne współczynniki dla różnych mieszanek. Jeżeli ich wartość jest za niska lub za wysoka, skutkuje to pogorszeniem własności otrzymanego betonu.
Mieszanina wody i cementu tworzy tzw. pastę cementową, która ulega scaleniu do postaci twardego bloku cementowego z mocno związanymi ze sobą składnikami. Podczas twardnienia świeżego betonu pewna część wody jest zużywana do jego związania. Typowa mieszanka cementowa wiąże ilość wody stanowiącą ok. 40% całkowitej masy.W praktyce, w zależności od wymagań jakościowych dla materiałów budowlanych, współczynnik woda/cement kształtuje się na poziomie 0,5–0,6. Jeżeli udział wody jest za mały dla danego zastosowania, beton będzie zawierać niezwiązany cement. Z upływem czasu, zwłaszcza gdy będzie narażony na kontakt z wodą, pojawią się w nim spęcznienia, co będzie skutkować utratą wytrzymałości. Natomiast gdy udział wody w świeżym betonie będzie za duży jej nadmiar nie będzie mógł być całkowicie związany i uwidoczni się w postaci rozgałęzionych, chłonnych porów. W takiej sytuacji również straci on swoje własności wytrzymałościowe,a przez to nie będzie spełniać wymagań jakościowych. Utworzone pory przez kapilary mogą chłonąć znaczne ilości wody, co spowoduje, że produkt będzie bardzo wrażliwy na mróz i łuszczenie się pod jego wpływem.

ZNANE METODY KONTROLI ZAWARTOŚCI WODY
Z wyżej wymienionych powodów współczynnik woda/cement jest sprawdzany w świeżym betonie. Jedną z tradycyjnych i rozpowszechnionych metod pomiarowych jest metoda karbidowa. Próbka materiału jest ważona i umieszczana w zbiorniku ciśnieniowym ze stalowymi kulkami oraz ampułką zawierającą karbid. Dokładność tej metody oscyluje w okolicach +/- 1-3%, co w zależności od zastosowania mieszanki betonowej może nieść ryzyko utraty jakości gotowego produktu. Dodatkowo pomiar może być obarczony błędami związanymi z niewłaściwym zważeniem próbki, a także błędami wynikającymi z nieprzeprowadzonej całkowicie reakcji z karbidem z uwagi np. na niepełny kontakt z ampułką. Wyzwaniem jest także czas przeprowadzenia pomiaru, który zajmuje ok. 20 minut. Metoda ta jest dość prosta i łatwa w przeprowadzeniu, wymaga jednak dużego wysiłku związanego z przygotowaniem próbki oraz samym pomiarem.
Inna, powszechnie stosowana metoda pomiaru wilgotności mieszanki betonowej to wygrzewanie. Nawet w przypadku dokładnie znanej ilości dodanej wody do mieszanki współczynnik woda/cement może się różnić z powodu np. niewielkiej ilości wody pozostałej w mieszalniku czy betoniarce, deszczu podczas transportu lub przeładunku składników. W celu sprawdzenia współczynnika woda/cement w gotowej mieszance wykonuje się test suszenia, pozwalający określić pozostałą ilość wody. W tym celu, co najmniej 5 kg świeżego betonu jest ważone w metalowej misie, a następnie całkowicie suszone w piecu o temperaturze 105°C z ciągłym mieszaniem. Całkowita ilość wody ulega wyparowaniu, gdy masa mierzonej próbki przestaje się zmniejszać. Różnica między masą próbki przed i po wysuszeniu odpowiada zawartości wody. Oprócz określenia zawartości wody konieczne jest dodatkowo wyznaczeniegęstości świeżego betonu w celu obliczenia współczynnika woda/ cement.

Wymienione metody są czasochłonne, a co gorsza – wrażliwe na błędy. W przypadku poboru próbki istotna jest wilgotność zarówno drobnych frakcji (takich jak piasek), jak i tych o większej ziarnistości (jak np. żwir). Ponadto taka próbka może być niereprezentatywna ze względu na brak właściwych proporcji między docelowymi składnikami. W rezultacie wyniki takiego testu będą dalekie od rzeczywistych warunków w przygotowanej mieszance. Poziom wilgotności poszczególnych składników, jak np. piasek, jest najczęściej szacowany na podstawie doświadczenia obsługi. Może się jednak zdarzyć sytuacja, gdy z powodu warunków składowania czy opadów podczas transportu wilgotność surowców będzie się znacząco różnić od zakładanej. Typowa wilgotność tego surowca waha się w przedziale 2 do 8%. Taka różnica może mieć znaczący wpływ na jakość betonu. Z tego powodu wilgotność poszczególnych składników mieszanki betonowej powinna być mierzona przed ich wymieszaniem.

SOLITREND - PRECYZYJNE ROZWIĄZANIE DO POMIARU WILGOTNOŚCI
Czujniki Solitrend od Endress+Hauser pozwalają dokładnie określić jak dużo wody zawierają poszczególne składniki mieszanki jeszcze przed pomiarem wilgotności świeżego betonu. Dzięki tej wiedzy można precyzyjnie oszacować ilość wody, którą należy dodać do przygotowywanej mieszanki, a co za tym idzie – zapewnić pożądany poziom wilgotności produktu końcowego. Czujnik Solitrend MMP41 to rozwiązanie stosowane w przypadku różnych materiałów sypkich o wielkości ziaren do 30 mm. Pomiar z wykorzystaniem metody reflektometrii w domenie czasu, zbliżonej co do zasady działania do tzw. radarów falowodowych, umożliwia wykonanie aż 100 interwałów pomiarowych na sekundę, co przekłada się na dokładne i precyzyjne określenie uśrednionej wilgotności dla danej partii materiału. Solitrend może być zainstalowany poniżej włazu usypowego zbiornika, w przestrzeni gdzie materiał spada swobodnie lub na przenośniku taśmowym przy użyciu ślizgacza. Pomiar tą metodą ma zasadniczą zaletę – pomaga on w sterowaniu procesem, poprzez zmniejszenie ilości dozowanej wody w przypadku stwierdzenia zbyt dużej wilgotności mieszanki. Zbędne jest też ważenie dodatkowych składników. Pora zatem zapomnieć o czasochłonnych analizach laboratoryjnych i zacząć mierzyć wilgotność w rzeczywistym procesie, a nie tylko w losowej próbce, często niereprezentatywnej.
Taki pomiar jest nie tylko powtarzalny, ale również wykonywany w sposób ciągły. Zmierzone wartości mogą być widoczne na opcjonalnym wyświetlaczu lub wysyłane bezpośrednio do systemu kontrolnego. Wprowadzając określone wartości graniczne, można także ustawić progi alarmowe do kontrolowania właściwego dozowania wody. Solitrend MMP41 przekonuje również zapisanymi krzywymi kalibracyjnymi dla większości stosowanych surowców, jak np. piasek, żwir czy inne kruszywa. Po pierwszym uruchomieniu urządzenie nie wymaga ponownej rekalibracji. Wysokiej jakości materiały zapewniają doskonałą wytrzymałość, a dla kruszyw o wysokich własnościach ścierających dostępne są także wersje wykonane ze stali utwardzanej. W procesach wysokotemperaturowych można zastosować czujnik o wytrzymałości do 120°C.

KORZYŚCI NA WYCIĄGNIĘCIE RĘKI

• Bezpieczeństwo procesu dzięki ciągłości pomiaru;
• Inteligentne modele obliczeniowe – filtry min. do kompensacji przerw w ciągłości przepływu materiału, zmian w procesie, filtry do zastosowań w wymagających warunkach;
• Właściwy czujnik do każdego zastosowania;
• Bogaty wybór akcesoriów montażowych;
• Wysoka wytrzymałość dzięki specjalnej konstrukcji i wysokogatunkowym materiałom wykonania.
   

Autor jest menadżerem produktu ds. pomiarów poziomu i wilgotności w Endress+Hauser Polska

www.pl.endress.com/solitrend