Prognosen zufolge werden bereits im Jahr 2050 70 Prozent der Weltbevölkerung in urbanen Gegenden leben, wo die Verwendung von Beton schon allein aus Gründen der Stabilität und der Statik weit verbreitet ist. Beton ist einer der wichtigsten Werkstoffe, aus dem die Lebenswelten der Zukunft gebaut werden.
Die Anforderungen an Beton sind vielfältig: Er muss erschwinglich sein, stark und verlässlich. Daraus ergibt sich ein hoher Anspruch an die reproduzierbare Qualität des Frischbetons. Die Herausforderung für Betonwerke lautet also, das Produkt in gleichbleibender, reproduzierbarer Qualität bei gleichzeitig hoher Auslastung der Anlagen herzustellen.
Dazu setzen Betonproduzenten in ihren Anlagen auf passende Messinstrumentierung, um die Produktionsprozesse transparenter zu machen. Diese erfasst zuverlässig physikalische Grössen wie Durchfluss, Druck, Temperatur, Füllstand oder auch Materialfeuchte und ist in der Lage, die Daten zentral zu erfassen und ständig im Blick zu behalten. Die Feldgeräte sind ein Fenster in den Prozess und helfen, die Produktqualität zu überwachen. Gleichzeitig bilden sie etwa auch die Basis für die Automatisierung einzelner Anlagenbestandteile, ganzer Betonmischwerke, oder der Produktion vor- oder nachgelagerter Einkaufs- und Logistikprozesse.
Durch eine präzise Rezeptdosierung im Herstellungsprozess von Beton wird die Qualität des Endprodukts optimiert. Verschiedene Onlinemessverfahren helfen dabei, in Echtzeit im Herstellungsprozess zu messen. Durch exakte Angaben zum Feuchtegehalt in Rohmaterialien oder Zement, kann in der Produktion erheblich Zeit und damit Geld gespart werden. Die Messung der Materialfeuchte ermöglicht weiter eine hohe Reproduzierbarkeit des Betons – unabhängig von der jeweiligen Charge.
Zur Bestimmung von Materialfeuchte wird unterschieden zwischen Online- und Offlinemessverfahren. Letztere arbeiten mit Laborproben oder Darrverfahren. Beide Verfahren sind allerdings sehr zeitraubend. Bei den Onlinemessverfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte im Herstellungsprozess von Beton, wird zwischen Kapazitiven-, Mikrowellen- und TDR-Verfahren unterschieden. Bei der Kapazitiven- und Mikrowellenmessung ist jeweils eine komplexe Kalibrierung inklusive aufwändiger Rekalibrierung im Produktionsprozess notwendig.
Der Vorteil beim TDR-Verfahren (Time Domain Reflectometry, dt. Zeitbereichsreflektometrie): Hier wird ein Impuls erzeugt, der entlang eines Leiters läuft und reflektiert wird. Die Laufzeit des Impulses hängt direkt vom Wassergehalt, beziehungsweise der Materialfeuchte ab. Das TDR-Verfahren zeichnet sich durch Verschleissfestigkeit und damit Langlebigkeit im Herstellungsprozess von Beton aus. Ein Nachkalibrieren ist nicht notwendig.
Im Gegensatz zu anderen Messverfahren ermöglicht diese Methode eine hohe Genauigkeit sowie eine tiefe Materialdurchdringung und ist unabhängig von Korngrössen oder Verunreinigungen. Deshalb empfiehlt Endress+Hauser überall dort, wo Feststoffe dem Prozess zugeführt werden, dieses Verfahren der Materialfeuchtemessung. Auf Basis dieser Online-Messung kann im weiteren Verlauf auch die richtige Menge an Wasser dosiert werden.
Bei der Auswahl und beim Einbau des TDR-Sensors in den Herstellungsprozess, muss auf eine konstante Schüttdichte geachtet werden. Der optimale Einbauort liegt entweder direkt unter einer Siloklappe oder auf einem Förderband. Ausserdem ist es wichtig, den Leitwert der zu messenden Materialien zu kennen. Abhängig vom Leitwert wird der richtige Sensortyp für die Anwendung bestimmt.
Neben der Feuchtemesstechnik werden noch weitere Messgrössen für einen effizienten Betrieb erfasst. Die Messaufgaben von Feldgeräten im Betonmischwerk beziehen sich insbesondere auf ein effizientes Bestandsmanagement und die richtige Dosierung von Zuschlagsstoffen und Materialien.
In den Silos werden der Klebstoff Zement, Sand und Kies gelagert. Hier benötigt man eine kontinuierliche Füllstandsmessung, die auch bei grossen Messbereichen und Staubbildung funktioniert. Oftmals wird ein freiabstrahlendes Radarmessgerät verwendet. Dieses misst berührungslos und ist zuverlässig auch bei Staubbildung im Silo. Ansatz, der sich am Messgerät bildet, kann durch das Beobachten des sogenannten Einkopplungsbereichs (Nahbereich vor der Antenne des Messgeräts) erkannt und mit Druckluft abgereinigt werden.
Die erfassten Messwerte sind für den Betreiber und den Lieferant gleichermassen relevant. So können die Daten aus dem Sensor – analog über 4…20 mA oder HART – über ein Gateway in die Cloud gebracht werden. Sie werden dort visualisiert und mit Zusatzinformationen angereichert, etwa Diagnosemeldungen. Die Daten lassen sich weiterverarbeiten und etwa in ERP-Systemen nutzen.
Zur Vermeidung der Überfüllung von Silos wird über die kontinuierliche Füllstandsmessung hinaus auch ein Grenzschalter verwendet. Bewährt hat sich dabei das Messprinzip Vibronik. Wird mit Ansatzbildung des Mediums gerechnet, kann alternativ eine kapazitive Grenzstandsonde eingesetzt werden. Vorteil hierbei: Durch die aktive Ansatzkompensation kann das Gerät den Ansatz ausblenden.
Zuschlagsstoffe wie Fliessmittel werden meist in sogenannten IBC-Behältern gelagert. Hier kann der Füllstand mit einem kostengünstigen Radar-Füllstandsmessgerät erfasst werden. Die Mikrowellen können durch den IBC hindurchstrahlen, daher ist es möglich, das Gerät von aussen zu montieren.
Dosierung von Wasser und Zuschlagsstoffen sind die Basis für die Einhaltung der Beton-Rezeptur. Mittels Durchflussmessgeräten wird die Dosierung von Wasser und Zuschlagsstoffen gemessen. Bei der Dosierung der chemischen Zuschlagsstoffe gibt es die Möglichkeit, mit einem speziell für Abfüllanwendungen geeigneten Gerät zu arbeiten. Dieses erfasst den Volumendurchfluss und zeichnet sich durch eine hohe Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit aus.
Die Dosierung von Wasser ist eine Basisanwendung, die idealerweise minimale Betriebskosten mit sich bringt. Da Wasser leitfähig ist, kann hier auf ein magnetisch-induktives Gerät zurückgegriffen werden, das einen sicheren Langzeitbetrieb verspricht.
Fazit: Bei der Gewährleistung der Anlagenverfügbarkeit kommt der Auswahl von Messtechnik und Qualitätsparametern eine bedeutende Rolle zu. Durch eine präzise Rezeptdosierung im Herstellungsprozess von Beton wird die die Qualität des Endprodukts optimiert. Materialfeuchtemessungen sind dabei unerlässlich. Abgerundet wird der optimierte Produktionsprozess durch ein digitales Bestandsmanagement. Dieses sorgt für die Senkung von Lagerhaltungskosten und mehr Produktivität – vor Ort im Betonmischwerk und beim Lieferanten. (msc)
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