Klinger János projektmérnök, MaHill ITD Kft.

Intenzív betonkeverési eljárás, aktivátoros keverőgépek

(Előadás az ÉGÉVOSZ konferencián, 2004.)

Először is tisztázni szeretném, hogy mi is az az intenzív keverés, és miért van rá szükség?

Az intenzív keverés lényege, hogy az ily módon kevert beton szilárdsági jellemzői az azonos összetételű, de hagyományos módon kevert betonokéhoz képest sokkal kedvezőbbek. Hogy miben mutatkozik meg ez a kedvezőbb szilárdsági tulajdonság? Normál körülmények között száradó betonok esetében a beton 28 napos szilárdsága 15-25%-al, míg 1-7 napos szilárdsága akár 25-35%-al is nagyobb lehet, mint az azonos összetételű, de hagyományos módon kevert betonoké.

Miért fontos ez?

Mivel megnő a beton 1-7 napos szilárdsága, ez egy előregyártó üzem számára annyit jelent, hogy a gyártott elemet hamarabb lehet kizsaluzni, hamarabb lehet megterhelni előfeszítő erővel, ez pedig a termék gyártási ciklusidejének csökkenéséhez vezet.
Ami a gyakorlat szempontjából még ennél is fontosabb szempont, hogy ha azonos összetétel esetén a beton végszilárdsága nagyobb, akkor azonos végszilárdsági érték eléréséhez kevesebb kötőanyagot, azaz cementet kell a betonba adagolni, ami a cementárakat figyelembe véve hosszú távon nem csekély mértékű gazdasági megtakarítást jelent.

Hogyan jön létre, mi okozza ezt az előnyös hatást?

A beton szilárdulása egy hidratációs folyamat eredménye. A keverékben lévő cement a betonba adagolt vízzel érintkezve egy bonyolult kémiai folyamaton megy keresztül, melynek hatására a cementszemcsék felületéről kristályos tüskék nőnek ki. Ezek elérve más szemcséket, azokhoz hozzátapadnak. A beton annál szilárdabb, minél több ilyen tüske jön létre egységnyi térfogatán belül.
A létrejövő tüskék mennyisége arányos az egységnyi térfogatban lévő cementszemcsék felületének nagyságával. Az intenzív keverés lényege ennek a felületméretnek a megnövelése.


Hogyan lehet ezt a gyakorlatban elérni? Általában úgy, hogy a keverőteknőbe egy vagy több, nagy szögsebességgel forgó keverőcsillagot, ún. aktivátort helyeznek, mely a nagy sebesség hatására újabb és újabb cementfelületeket hoz létre.

Jogosan merülhet fel Önökben a kérdés, hogy a cementben, ebben a nagyon finomra őrölt porban hogyan lehet új felületeket létrehozni?

Egyes feltevések szerint ez úgy következik be, hogy az aktivátor a keverés folyamán elvégzi a cement nedves őrlését, ezáltal a szemcsék aprózódnak, így megnő a cement fajlagos felülete.
Én ezzel a fogalommal egy kicsit óvatosabban bánnék. Az én elméletem szerint a betonba adagolt cement egy része kis csomókba, ún. agglomerációkba tömörül. Ennek az az oka, hogy a cement gyártásának utolsó fázisát képező szárazőrléskor az egyes cementszemcsék sztatikusan feltöltődnek, és ennek hatására összetapadnak. Így képződnek az agglomerációk. Az aktivátor által bevitt többletenergia ezeknek az agglomerációknak a szétválasztását végzi el.
Bizonyos mértékben azonban egyetértek az őrlési elmélettel is. Elméletem szerint a cement szárazőrlésének végeztével maradnak a cementben olyan szemcsék, melyek csak részben törtek el. Ezekben a szemcsékben már kialakultak a törési repedések, de az őrlés végéig még nem tudtak teljesen eltörni. Az aktivátor által bevitt többletenergia viszont elég lehet ezeknek a részben törött szemcséknek a felaprításához. Személy szerint azért húzódom inkább a másik elmélethez, mivel az agglomerációk szétválasztásával létrejövő új felületek mértéke jóval nagyobb, mint az őrlés következtében létrejövő.

Hátránya is van természetesen az aktivátoros keverésnek. Az egyik az, hogy többletenergiát kell a keverési folyamatba bevezetni, így a keverés teljesítményigénye akár 30-50%-al is megnőhet, és a gyártás többletköltségekkel jár. A másik, hogy a keverés folyamán bevezetett többletenergia nem csak a cementszemcsékre hat, hanem az adalékanyag szemcséire is, aminek hatására ezek egy része összetörik, ez pedig ahhoz vezet, hogy a keverés végére megváltozik az adalékanyag szemszerkezeti összetétele. Ez a hatás azonban előzetes mérésekkel és korrekciókkal kiküszöbölhető méghozzá oly módon, hogy úgy állítják be a betonreceptet, hogy az a keverés végén adja meg az optimális szemszerkezeti összetételt.
Azt kell mondanom, hogy az adalékanyag aprózódásának előnye is van, mivel azok a szemcsék törnek össze, melyeknek kisebb a szilárdsága. Ezáltal megnő az adalékanyag átlagos szilárdsága, ezért a készbeton szilárdsága is javul.


Most lépjünk át az elméletből a gyakorlatba, és vizsgáljuk meg, hogy hogyan hozható létre az intenzív keverés.

Mint már az előbb említettem, gépészeti szempontból az intenzív keverést általában a keverőedénybe szerelt egy vagy több, a saját tengelye körül nagy fordulatszámmal forgó keverőcsillaggal lehet létrehozni. Ennek a keverőcsillagnak a kialakítása többféle lehet, ezek közül mutat be néhányat ez a szemléltető ábra.
Ezt a keverőcsillagot nevezik aktivátornak is, innét származik az intenzív keverés aktivátoros keverés elnevezése.
Az aktivátor sajátosságai közé tartozik, hogy beépíteni csak függőleges tengelyű keverőgépekbe lehet, ezért nem is léteznek vízszintes tengelyű aktivátoros keverőgépek. Legelterjedtebben rotoros keverőgépekbe építik be az egyik keverőlapát helyére.

Felvetődik az a kérdés, hogy mekkora a keverőcsillag azon fordulatszáma, amely képes létrehozni az intenzív keverést. Azt kell mondanom, hogy az magától a keverőcsillag méretétől függ. Jobb megközelítési lehetőséget tesz lehetővé, ha az egész kérdést az aktivátor szükséges kerületi sebesség oldaláról közelítem meg. Kutatások szerint intenzív keveréshez az aktivátor kerületi sebességnek legalább 4-8 m/s körüli értékűnek kell lennie. Ez azt jelenti, hogy a keverőcsillag átmérőjének függvényében fordulatszámának 400-1200 ford/perc körüli értékűnek kell lennie.


Be szeretnék mutatni néhány példát a Magyarországon alkalmazott és kínált aktivátor típusokból.

Ezeket rotoros keverőgépekbe kínálják az aktivátor szerszámot az egyik keverőlapát helyére beépítve. Az aktivátorokat meg lehet különböztetni meghajtási módjuk szerint.

Először azt a megoldási módot szeretném vázolni, amelynél az aktivátor meghajtása közvetve a rotorról, mechanikus áttétel segítségével történik. A forgatáshoz szükséges energia továbbítása történhet szíjhajtás vagy fogaskerekes hajtás útján. Az így működtetett aktivátor fordulatszáma 100-120 ford/perc érték körüli, ami figyelembe véve a keverőtányérba szerelhető aktivátor méretét nem elégíti ki az intenzív keveréshez szükséges sebességi értéket. Szerepe a keverőben csupán annyira terjed ki, hogy a hozzá kerülő anyagot sugárirányban szétszórja, ezáltal homogénebb keverési hatást tesz lehetővé rövidebb idő alatt. További hátránya, hogy az aktivátor forgatása keverés közben nem kapcsolható ki. Ez ürítéskor okoz problémát, mivel a szerszám ekkor is sugárirányban szórja az anyagot, ezáltal megnő a keverő ürítési ideje.
Egy másik megoldási mód az aktivátorszerszám meghajtására, mikor az közvetlenül hidraulikus vagy elektromos motorról történik. Ennek a meghajtási módnak igen nagy előnye az előző típussal szemben, hogy fordulatszáma változtatható, mely akár elérheti a 350 ford/perc-es értékeket is. Ez a fordulatszám az alkalmazott keverőcsillag méretek ismeretében már kielégíti az intenzív keverés nyújtotta igényeket. Az aktivátor ürítéskor kikapcsolható, így az nem gátolja az ürítést.

Minkét meghajtási mód hátrányának mondható, hogy az aktivátor egyszerre csak az anyag kis hányadát keveri, így a teljes keverék intenzív átkeveréséhez hosszú keverési idővel kell számolni.

A hazai tányérkeverőgép forgalmazók közül mind a Teka, mind pedig a Liebherr cég kínál mechanikus és hidraulikus hajtású aktivátort is.

Van olyan keverőgép gyártmány is, mely kimondottan aktivátoros keverésre lett kifejlesztve. Ilyenek az EIRICH cég által kínált keverők.
Az Eirich cég olyan forgódobos keverőket kínál, melyben, a keverék mozgatását nem más, mint egy darab nagy méretű, 600-800 ford/perc fordulatszámmal forgó aktivátor végzi. Ez az aktivátor a méreteit és fordulatszámát figyelembe véve teljes mértékben kielégíti az intenzív keverés igényeit, melyet mérési eredményekkel is alátámasztanak. Ennek az aktivátoros keverőnek előnyére hozható fel az előzőekben ismertetett típusokkal szemben, hogy az aktivátor szerszám egyszerre a keverék teljes egészét mozgatja, így rövid keverési idő alatt képes a teljes anyagmennyiség intenzív keverésére.

Az aktivátoros keverési eljárásnál minden esetben számolni kell az aktivátor szerszám nagy sebessége miatt annak fokozott kopásával.

Létezik még egy megoldási mód az intenzív keverésre. A svéd Fejmert cég által 50 éve szabadalmaztatott eljárás különlegessége, hogy bár keverőgépeik aktivátoros keverőgépek, mégsem tartalmaznak aktivátor szerszámot.
Hogy hogyan lehetséges ez? Rájöttek, hogy nem mindegy, hogy a keverőgépben a keverőlapátok hogyan keverik az anyagot. Egy optimumot kerestek arra, hogy a lapát milyen mértékben terelje oldalirányban, és milyen mértékben emelje az anyagot a keverés folyamán. A keverőtérbe a megszokottnál jóval nagyobb mennyiségű lapátot helyeztek el, minden egyes keverőlapátra meghatározva a keverés szempontjából legoptimálisabb szögbeállításokat és az egymást követő lapátok sugárirányú elhelyezkedését. Mindezt párosították azzal, hogy megemelték a rotor fordulatszámát olyannyira, hogy a külső keverőlapát kerületi sebessége elérje a 3,5 m/s értéket. Mindezek eredményeképp a beton a keverőtérben a keverés közben örvényes mozgást végez, és bár a gép nem tartalmaz aktivátor szerszámot, mégis képes 15 %-os szilárdságnövekedés elérésére, melyet független mérési eredmények is tanúsítanak. Nagy előnye ennek a gépnek, hogy az intenzív keverés nem csak egy pontra koncentrálódik, hanem a keverőtányér teljes egészére, ezért a keveréshez csupán 30 másodperc keverési időre van szüksége. Mindemellett előnye még ennek a gépnek, hogy mivel nem tartalmaz nagy sebességgel forgó szerszámot, nem kell számolni annak nagymértékű kopásával.

Összegezve azt tudom javasolni mindenkinek, aki intenzív keverőgépet akar vásárolni, hogy ne csak az árakat és a márkát nézze, hanem igenis kérdezzen rá pontos mérési eredményekre, hogy a kínált keverőgép milyen szilárdságnövekedés létrehozására képes, és ehhez mekkora keverési időre van szüksége.

Klinger János

<<vissza