Betoniaseman laadunvalvonta automaattiseksi? Ilmamäärän, vesi-sementtisuhteen ja kiviaineskosteuden automaattinen mittaus. Vesa Anttila 30.5.

Transkriptio

1 Betoniaseman laadunvalvonta automaattiseksi? Ilmamäärän, vesi-sementtisuhteen ja kiviaineskosteuden automaattinen mittaus Vesa Anttila

2 Yleistä betonin laadunohjauksesta Betoni on täysin tilastollinen materiaali Betonin raaka-aineita ja betonin laatua hallitaan tilastollisesti koska prosessin materiaalimäärät ovat suuria Koska jokaista annosta ei voida tarkastaa, betonin laatua testataan sovituin välein Anturitekniikka avaa kuitenkin aivan uusia mahdollisuuksia laadun jatkuvaan seurantaan! HUOM! EN-normi vaatimuksissa on huomioitu betonin tilastollinen hajonta mutta tilaajalle jatkuva laatutulosten virta antaa varmuutta laadusta

3 Betonitehtaalla raaka-ainevirta on jatkuvaa joten raaka-aineiden ominaisuuksia kuten kiviaineskosteutta valvotaan sovituin välein

4 Automaattinen laadunvalvonta betoniasemalla 2018 Nykyinen tietoliikennetekniikka antaa uusia mahdollisuuksia laadun reaaliaikaiseen ohjaukseen sekä betonitehtaalla että työmaalla Mittaustietoa reaaliaikaisesti lähettävät anturit nopeuttavat laatupoikkeamiin reagoimista sekä asemalla että työmaalla Betonitehtaita voidaan jopa ohjata etänä tietoliikennetekniikalla Samoja periaatteita voidaan käyttää laadunohjauksessa työmaalta kunhan mittausanturin luotettava toiminta on varmistettu

5 ANTURITEKNIIKASTA

6 Anturitekniikan käyttö Anturitekniikan kehittyminen on 2000-luvulla on tehnyt automaattimittauksista merkittävästi tarkempaa Tuloksia voidaan pitää usein yhtä tarkkoina kuin subjektiivisia käsimittauksia Anturimittausten suuri määrä antaa laajemman ja jatkuvan kuvan laatutasosta verrattuna muutaman kerran päivässä tehtäviin mittauksiin Anturitekniikka on kehittynyt myös kestävämmäksi ja luotettavammaksi Kalibrointi on nykyisin nopeaa/helppoa ja voidaan tarvittaessa tehdä vaikka kuukausittain Antureilla saatavat tulokset voidaan tallentaa luotettavasti palvelimelle jolloin laatutulosten luotettavuus kasvaa ja tavoitettavuus paranee

7 Tällä hetkellä käytössä olevia anturityyppejä Tehtaalla mitataan ainakin seuraavia ominaisuuksia valmistuksen aikana: Raaka-aineiden ja betonin lämpötiloja Kiviaineskosteuksia Vesimäärää betonista Notkeutta (yleensä välillisesti) Ilmamäärää v/s-suhdetta voidaan seurata välillisesti betonista mitatusta vesimäärästä ja punnituista sideaineista Betoniautossa voidaan mitata: Lämpötilaa Notkeutta (yleensä välillisesti) Ilmamäärä tulossa 2018 vuoden lopulla

8 Kosteusmittausantureita

9 Ilmamittausanturi

10 Airtrack mittausta

11 Notkeusmittaus betoniautossa

12 Anturien käyttöönottoon yleisesti vaikuttavia tekijöitä Asennusmahdollisuus Hinta Kestävyys, puhtaana pito Mahdollisuus hyödyntää mittaustuloksia

13 VESI-SEMENTTISUHDE

14 Vesi-sementtisuhteen hallinta tehtaalla Tehollinen vesi-sementtisuhde on tehollisen vesimäärän ja tehollisen sementin suhde Määrää pääosin betonin lujuustason Keskeinen vaikutus myös säilyvyysominaisuuksiin V/s-suhteen vaihtelu betonin tuotannossa johtuu lähinnä kiviaineskosteuksien vaihtelusta tuotannon aikana Tarkkaa anturia ei ole olemassa vesimäärän ja siten v/s-suhteen mittaamiseen myllyssä Yleensä v/s määritetään välillisesti vesimäärän kautta laskelmalla vesimäärä kiviaineskosteusmittausten avulla tai mittaamalla vesimäärä kuivaamalla manuaalisesti tuore betoninäyte

15

16 Vesi-sementtisuhteen välillinen määritys Valmisbetonissa lasketaan toteutunut v/s pääasiassa kiviaineskosteuksien kautta Annoksen annosvesimäärä lasketaan ohjausautomatiikassa kun Suhteutuksen kokonaisvesimäärä on valittu Kiviaineskosteudet on mitattu antureilla kiviaineesta Annosteltujen lisäaineiden vesimäärä on tiedossa Yleensä vesimäärän suoraa mittausta myllystä tuoreesta betonista pidetään epätarkkana käsimittalaitteesta on hyviä kokemuksia

17 KIVIAINESKOSTEUDET

18 Kiviaineskosteuksien hallinta antureilla Kiviaineskosteuksien mittaamiseen anturitekniikalla on useita ratkaisuja Kapasitanssitekniikka Mikroaaltotekniikka Infrapunatekniikka Kaikilla saatu melko tarkkoja tuloksia Kosteusmittausantureita on testattu vakavasti jo 90-luvulta lähtien Infrapuna tekniikalla anturilla ei ole kosketusta kiviaineeseen, mikä pidentää oletettavasti käyttöikää

19 Anturin sijoitus on tärkeää tuloksen tarkkuudelle

20 Kiviaineskosteusmittauksen tarkkuus Tulostaso vaihtelee eniten sateisina päivinä Keskimäärin päästään ±0,2% ±0,6% virhetasoon käsimittaukseen nähden Paljon riippuu anturin sijoituspaikasta ja kalibroinnista Vertailu käsimittaukseen riippuu myös otetun hiekkanäytteen edustavuudesta Tärkeää on muutostilanteiden havaitseminen tuotannossa Kosteusmittausanturin mittaustulosta voidaan käyttää aseman annosveden laskentaan Useiden mittausten keskiarvo tai liukuva keskiarvo parantaa tarkkuutta Poikkeavan suurille / pienille arvoille voidaan asettaa suodin Ongelmia mittaukseen aiheuttavat lumi, jää, kivifraktion rakeisuuden muutokset sekä veden valuminen alas siilossa, kun asema ei valmista betonia

21 Kiviaineskosteuskäyrät tuotannosta eri mittaustavalla

22 Edellisestä käyrästä laskettu ero v/s:n määritykseen käsimittaus <> Teconer

23 Vaativissa betonikohteissa anturitekniikka on hyvä apu betonin v/s-suhteen hallintaan Kiviaineskosteudet joko suoraan ohjausautomatiikan annosveden hallintaan tai ainakin tiedoksi myllärille koko päivän ajan

24 ILMAMÄÄRÄSTÄ

25 Ilmamäärän mittauksesta Ilmamäärää mitataan EN-standardin mukaan painemittarin avulla Huokoset joustavat paineen alla ja mitataan tilavuuden muutos Virhettä aiheuttavia tekijöitä perinteisessä mittauksessa on ainakin Mittari kalibroinnin taso ja ko mittarin mekaaniset ominaisuudet Mittauksen teko mittarin täyttö, massan tiivistys ja kerrosten määrä Mittaajan subjektiiviset havainnot ja toimet Mitattavan betoninäytteen edustavuus Pahimmillaan erottunut ämpärillinen betonia 8 m3 betoniauton säiliön etuosasta Anturilla mitattuna saadaan kuvaa paljon isommasta tilavuusmäärästä kun kuorma pyörii myllyssä/autossa

26 AirTrack mittaus Anturi mittaa äänen etenemisnopeuden muutoksia Mittaus tapahtuu aina samalla tavalla ei subjektiivista ihmisen päättelyä Massa pyörii myllyssä eli mittaus edustaa isoa osaa massatilavuudesta Erityisesti betoniautossa työmaalla saadaan koko kuorma arvioitua Mahdollisia virheitä Anturisilmät likaantuvat tai vahingoittuvat Osa betoniladuista poikkeaa merkittävästi toisistaan joten mittaustulos voi olla eri tasolla Kalibrointivakioita tehtävä joillekin massatyypeille (3-4 eri ryhmää) Esim. Normaalit huokostetut, P-luku betonit (kerroin 0,96), NP-laadut (kerroin 0,98)

27 Ilmamäärämittaustapojen arvioinnista EN-standardin mukainen käsimittaus antaa arvion betonin ilmamäärästä standardin tavalla tehtynä. Betonin yhtä ainoaa oikeaa ilmamäärää ei ole olemassa! AirTrack arvo ei välttämättä ole virheellisempi kuin käsimittauksen taso AirTrack mittaus antaa jatkuvaa tietoa ilmamäärästä kunnossa ollessaan Antaa tietoa mahdollisista isoista poikkeamista Säätökertoimilla voidaan eri huokostetut ryhmät ajaa käsimittauksen tasolle

28 AirTrack 2018 alkuvuodesta käsimittauksiin verrattuna (kaikki laadut)

29 AirTrack analyysia keväällä 2018 Vertailussa käsin tehtyjä mittauksia 153 kpl aikavälillä Vertailuanalyysi AirTrackkiin mittaus käsin tehtaalla <> AirTrack anturin mittaus Keskiarvo ero 0,7 % Keskihajonta 1,2 % Tilastoarviota mittaustapojen eroista Ero yli 1% -> 44 %, Ero yli 1,5% -> 22%, Ero yli 2% -> 1%

30 Tulevaisuudessa AirTrack tyyppisllä mittauksilla voidaan säätää tuotantoa (huokostinmäärää)

31 Yleisesti anturitekniikan ja tietoliikennetekniikan mahdollisuuksista betonin laadun ohjauksessa

32 Tietojen siirto tietojen lähetys nykyään sujuvaa puhelinverkoissa Palvelin (oma / pilvi) Laatumittaustietojen käsittely Aseman ohjausautomatiikka: kiviaineskosteus, vesimäärä, notkeus, lämpötila, vesi, v/s, ilmamäärä Annoksen arviointi: hyvä <> huono Työmaa Mittaukset: lämpötila, notkeus, ilma, (lisäaineet) kuorma hyvä <> huono Työmaalta tietoa asemalle säätöihin Mittausten lähetys: Ohjausyksikkö, GPS

33 7

34 Anturien käytön hyviä puolia Automaattinen mittaus antureilla antaa kuvaa jokaisesta tehdystä annoksesta Aseman laadunohjaus toimii reaaliajassa Isot laatumuutokset huomataan nopeasti Tilaaja voi varmistua jokaisesta toimitetusta betonikuormasta Laatumittaukset on helppo tallentaa ohjaustietokoneeseen Antureilla laatua voidaan mitata sekä asemalla että työmaalla ja saadaan kuvaa muutoksista toimitusmatkan aikana Laatutietoa saadaan heti jokaisesta kuormasta työmaalla ja tieto saadaan asemalle reaaliaikaisesti säätöjä varten Osa pakollisista manuaalisista laatumittauksista voidaan korvata automaattiantureilla Säästyy merkittävä työmäärä muihin valmistustehtäviin Mitattavan betonin määrä on suurempi kuin pieni käsimittauksen näyte Periaatteessa betonin vaatimustoleransseja voitaisiin laskea koska tietoa saadaan joka kuormasta

35 Suurimpia ongelmia anturien käyttöönotossa Korkea hinta erityisesti jos käyttöikä on lyhyt Tulostaso yksittäisiä poikkeavia tuloksia tulee -> liukuva keskiarvo tai suodin Anturien kestävyys ja seuranta Hajoavat joskus nopeasti, jos ovat kosketuksissa betoniin / kiviainekseen Käyttöolosuhteet ovat kuluttavat seuranta ja ylläpito Tulostasoa seurattava ja oltava valmiita kalibrointiin 1-2 kk välein Asemalla pitäisi olla anturitekniikasta kiinnostunut henkilö Vaaditaan joka tapauksessa ajoittaisia kalibrointeja Anturin oikea sijoituspaikka vaatii yritteliäisyyttä ja löytyy joskus erehdyksen kautta Saako anturien kustannuksesta ja paremmasta laadusta korvauksen?

36 Kiitoksia ja kehitetään anturimittausta eteenpäin!