Pompy do betonu są kluczowym elementem nowoczesnego budownictwa, umożliwiając sprawne i efektywne dostarczanie betonu na plac budowy. Występują w różnych rozmiarach i konfiguracjach, ale wszystkie mają jedną podstawową funkcję: wydajne i szybkie dostarczanie mieszanki betonowej. Zasięg pompy do betonu zależy od kilku czynników, w tym typu pompy, wielkości wysięgnika lub długości węży oraz dostępności miejsca pracy.
Rodzaje pomp do betonu i ich zasięg
Pompy do betonu dzielą się na kilka podstawowych typów, które różnią się między innymi zasięgiem i mobilnością. Wybór odpowiedniego typu urządzenia jest kluczowy dla efektywności i bezpieczeństwa prac.
Pompy wysięgnikowe (samojezdne)
Pompy wysięgnikowe, często montowane na podwoziu samochodowym, są zazwyczaj używane w większych projektach budowlanych i są znane ze swojego znacznie większego zasięgu. Potrafią pompować beton w poziomie i w pionie na znaczne odległości. Maksymalny zasięg poziomy pompy wysięgnika może się różnić, ale często mieści się w zakresie od 30 do 70 metrów (100 do 230 stóp). Wysięgnikowe pompy mają długie, przegubowe ramię (wysięgnik), które można wysuwać i sięgać ponad przeszkodami, takimi jak budynki i inne konstrukcje. Zasięg pompy wysięgnikowej zależy od długości i konfiguracji wysięgnika. Większość pomp wysięgnikowych ma standardowy pięcioczęściowy wysięgnik, który może rozciągać się na około 100 stóp. Na zasięg pompy wysięgnikowej ma również wpływ wysokość wylewanej konstrukcji. Na przykład, jeśli budynek ma 100 stóp wysokości, pompa ze 100-stopowym wysięgnikiem mogłaby dotrzeć tylko do najniższych pięter. Oprócz długości wysięgnika konfiguracja wysięgnika wpływa również na zasięg pompy.
Ciężarówka z wysięgnikową pompą do betonu jest lepiej dopasowana do projektów komercyjnych na dużą skalę, takich jak mosty i wiadukty, wysokie budynki, ponieważ może szybko pompować dużo betonu. Pompy samojezdne mają wysięgniki, które umożliwiają precyzyjne dostarczanie betonu na duże odległości. W ofercie producentów znajdują się pompy o zasięgu od 24 do ponad 50 metrów.
Pompy liniowe (przewodowe) i miejskie
Pompy liniowe, często montowane na przyczepach lub na płozach, są zazwyczaj stosowane w mniejszych i średnich projektach budowlanych. Mogą pompować beton poziomo na odległość od 30 do 180 metrów (100 do 600 stóp), w zależności od mocy pompy, średnicy i długości węża doprowadzającego oraz konsystencji mieszanki betonowej. Zasięg pompy przewodowej zależy od długości węży używanych do transportu betonu z ciężarówki na miejsce pracy. Pompy liniowe zwykle używają węży o średnicy od 2 do 4 cali i mogą rozciągać się do 300 stóp.
Pompy miejskie to rodzaj pomp przewodowych przeznaczonych do stosowania na budowach miejskich o ograniczonej przestrzeni. Są mniejsze i bardziej zwrotne niż standardowe pompy liniowe.
Pompy stacjonarne
Pompy stacjonarne wymagają dodatkowego sprzętu do transportu, ale charakteryzują się bardzo dużym zasięgiem. Mogą osiągać zasięg od kilkudziesięciu do nawet kilkuset metrów, zwłaszcza gdy są wykorzystywane do pompowania na bardzo duże odległości za pośrednictwem rozbudowanych systemów rurociągów.
Pompogruszki (betonomieszarki z pompą)
Jest to połączenie betonomieszarki służącej do przewozu mieszanki betonowej i pompy do betonu zamontowanych na jednym podwoziu samochodu. Pompo gruszka łączy funkcje mobilnej mieszarki betonu oraz pompy, co zapewnia ciągłe dostarczanie świeżego i odpowiednio wymieszanego betonu. Dzięki temu proces pompowania jest szybszy, bardziej precyzyjny i bezpieczny niż tradycyjne metody. Urządzenia te nie przewożą żadnego materiału i służą tylko do przepompowywania betonu. Pompogruszki z racji swojej budowy mają zazwyczaj nieco mniejszy zasięg wysięgnika niż dedykowane pompy samojezdne, lecz są bardzo uniwersalne.
Czynniki wpływające na efektywny zasięg pompowania
Na efektywną odległość pompowania mogą mieć wpływ różne czynniki, w tym projekt mieszanki betonowej, ciśnienie pompowania, stan węży doprowadzających oraz wszelkie przeszkody lub teren pomiędzy pompą a miejscem umieszczenia betonu. Zasięg pompy do betonu zależy od kilku czynników, w tym typu pompy, rozmiaru wysięgnika pompy lub węży oraz dostępności miejsca pracy.
Parametry pompy
Wydajność urządzenia określa się poprzez ilość mieszanki betonowej, jaką może dostarczyć pompa w ciągu godziny. Parametr ten wyraża się w m³/h. Na efektywność pracy maszyny wpływa też maksymalne ciśnienie pompy, które przekłada się na tempo transportowania betonu. Nie mniej ważna jest też długość wysięgnika, który umożliwia pompowanie mieszanki na określone wysokości.
- Wydajność i ciśnienie: Zdolność samej pompy do pokonywania obciążenia wynikającego z pompowania „ciężkich” klas betonu jest w dużej mierze pochodną parametru ciśnienia, tzn. możliwości układu do wytworzenia ciśnienia na poziomie na tyle dużym, aby pokonać opór płynącego medium. Sama zaś wielkość maksymalnej wydajności pompy ma w tym przypadku drugorzędne znaczenie. Bez wątpienia wartość maksymalnego ciśnienia danej maszyny jest wynikiem konkretnej konfiguracji zespołu pompującego.
- Jednostka pompująca: Przykładowo, jednostka pompująca zalecana do maszyn powyżej 32 metrów o parametrze ciśnienia 85 bar po stronie betonu i o wydajności maksymalnej 160 m³/h, może mieć cylindry robocze o średnicy 230 mm i skok 2100 mm, co pozwala na osiągnięcie maksymalnie 28 cykli na minutę. Istotnym aspektem jest również średnica wylotu z elementu zwrotnego w zasuwie zwrotnej pompy, wynosząca np. 180 mm, co gwarantuje łagodny przepływ mieszanki betonowej z cylindrów pompujących do rurociągu bez nadmiernego redukowania przekroju.
- Układ hydrauliczny: Pompy pracujące w zamkniętym obiegu hydraulicznym zapewniają niską pulsację podczas pompowania, nie wywołując przy tym zjawiska kołysania wysięgnika, znamiennego dla układów otwartych. Uzyskiwany jest efekt niskiej energochłonności układu, który poprzez małe straty energii pochłanianej przy przełączaniu cyklu pompy zapewnia niskie zużycie paliwa.
- Ilość cykli: Problem pulsacji pompowanej mieszanki jest o tyle istotny, że duża moc wkładana w pompowanie, objawiająca się dużą ilością cykli przy niskim ciśnieniu, potęguje zjawisko segregowania się betonu w rurociągu, a co za tym idzie rośnie tendencja do korkowania się pompy.
Właściwości mieszanki betonowej (pompowalność)
Podstawową sprawą, z jaką muszą zmierzyć się technolodzy projektujący mieszankę betonową, jest sama pompowalność betonu. Podstawowymi parametrami pompowalności jest ilość cementu, zawartość popiołu i plastyfikatorów w mieszance. Aby mieszanka betonowa mogła być dostarczona w optymalny sposób, konieczny jest prawidłowy dobór pompy i właściwa receptura betonu.
Warunki na placu budowy
Dostępność miejsca pracy również odgrywa kluczową rolę w określaniu zasięgu pompy. Na przykład, jeśli miejsce pracy ma ograniczony dostęp, taki jak wąska ulica lub budynek o niewielkiej powierzchni, pompa wysięgnikowa może nie być w stanie ustawić się na swoim miejscu. Dotyczy to zwłaszcza pracy w obszarach zabudowanych, gdy swobodne przemieszczanie wysięgnika może być utrudnione ze względu na obecność różnych przeszkód, takich jak np. linie wysokiego napięcia, korony drzew, sąsiadujące budynki czy już istniejące elementy zabudowy.
Konfiguracja rurociągu i węży
Pompowanie betonu na dużą odległość wymaga odpowiedniego przygotowania rurociągu. Zasadniczą sprawą jest wytrzymałość całego systemu rurociągu.
- Wytrzymałość systemu: Przekroczenie ciśnienia roboczego betonu powyżej 85 barów wyklucza zastosowanie standardowych systemów kołnierzy na połączeniach rurociągu. Konieczne jest zastosowanie rurociągów wysokociśnieniowych w systemie złącz ZX (wg nomenklatury Putzmeister) lub ORZ (wg systemu stosowanego przez CIFA). Konieczna jest analiza wymaganej grubości ścianki rurociągu dla określonych parametrów ciśnienia roboczego. Zalecane jest stosowanie rurociągów o grubości ścianki minimum 7,1 mm.
- Kotwiczenie rur: Przygotowanie rurociągów na potrzeby pompowania na duże odległości wymaga kotwiczenia rur. Przemieszczanie rurociągu wynikające z pulsacji układu roboczego pompy do betonu jest niewskazane i może doprowadzić do rozszczelnień rurociągu na złączach. Kotwiczenie rurociągu dotyczy zwłaszcza elementów zaraz za pompą - brak stabilnego zamocowania może spowodować uszkodzenie elementów rurociągu.
- Kształtowanie rurociągu: Przygotowanie rurociągu do pompowania na dużą odległość wyklucza stosowanie w linii rurociągu węży do pompowania betonu. Węże wprowadzają dodatkowe opory pompowania. Zmiany kierunku ułożenia rurociągu należy przeprowadzić przez zastosowanie łuków o dużym promieniu, na przykład o promieniu R=500 lub R=1000 i kątach 30, 45, 90 stopni.
Budowa i ewolucja pomp do betonu
Pompy do betonu ewoluują w kierunku bardziej kompletnych specyfikacji, wyższych klas wydajności i dłuższych wysięgników.
Podstawowe komponenty
W dużym skrócie: zabudowana na podwoziu samochodowym pompa do betonu składa się z nóg podporowych z podstawą wysięgnika, jednostki pompującej oraz wysięgnika wyposażonego w 3 do 6 ramion. Mieszanka betonowa podawana jest do kosza zasypowego np. ze znajdującej się obok betonomieszarki samochodowej. Mieszadła kierują beton z kosza w stronę zaworu zasuwy zwrotnej, a następnie poprzez układ roboczy i za sprawą napędu zasuwy beton jest zasysany do wnętrza tłoków roboczych. Napęd zasuwy gwarantuje jednoczesne zasysanie i pompowanie betonu, dlatego praca sprzętu jest ciągła i wydajna. Poszczególne segmenty rurociągu mocowane są do sekcji rozkładanego hydraulicznie wysięgnika mocowanego na podstawie. Jest także wiele elementów uszczelniających, kolan, uchwytów i przyłączy. Ich zadaniem jest przetransportowanie końcówki wylotowej rury w odpowiednie miejsce, a następnie tłoczenie przez nią mieszanki w miejsce betonowania, w szalunek. Podstawowymi elementami pompy do betonu są: rurociąg z wysięgnikiem, układ pompujący (na który składają się głównie: zasuwa, napęd zasuwy i mieszadła), kosz zasypowy lub układ betomieszarki, układ roboczy oraz podwozie. Dodatkowe wyposażenie pompy do betonu zależy od zaawansowania technologicznego oraz producenta maszyny, niemniej większość sprzętów funkcjonuje w podobny sposób.
Znaczenie długości i konstrukcji wysięgnika
Wielkość wysięgnika jest dla większości użytkowników, jak również producentów pomp, podstawową miarą określającą ogólnie pojmowaną „jakość” maszyny. Powszechny odbiór „klasy” sprzętu ma ścisły związek ze wspomnianą wielkością pompy. Im większa wysokość (długość) wysięgnika, tym lepiej, aby liczba jego segmentów była jak największa. W praktyce większość pomp o zasięgu ponad 40 m ma 5 ramion. Za najbardziej uniwersalne uważane są wysięgniki o zasięgu pionowym ok. 36 m.
Im dłuższy wysięgnik, tym oczywiście większe musi być podwozie, na którym ma być zamontowana pompa. Przykładowo: pompy z wysięgnikami 40-metrowymi muszą być montowane na podwoziach 4-osiowych, a 50-metrowe i większe na podwoziach 5- lub 6-osiowych.
Kinematyka wysięgników
Sposób rozkładania wysięgnika jest związany z kinematyką poszczególnych ramion. W mniejszych, 4-segmentowych wysięgnikach stosowany jest zazwyczaj układ rozkładania typu Z, w którym ramiona tworzą układ obróconej litery Z. Niewątpliwie zaletą systemu Z jest łatwość prowadzenia wysięgnika podczas rozkładania mieszanki betonowej na płaskich powierzchniach, takich jak np. stropy. Kinematyka wysięgnika typu Z daje też możliwość ustawienia pompy bliżej budynku czy wnętrza, do którego ma być pompowany beton. Mając wysięgnik z kinematyką rozkładania typu R, łatwiejsza jest praca przy rozkładaniu betonu na wyżej położonych stropach czy też praca przy wysokich elementach nośnych wiaduktów. Ze względu na ograniczenia przestrzenne wysięgnik z więcej niż 5 sekcjami jest zwykle konstruowany w kombinacji RZ, będącej połączeniem systemu Z i R.
Wysięgniki 4-ramienne wystarczają do większości prostych zastosowań, są lżejsze, a tym samym całą pompę można zamontować na lżejszym, 4-osiowym podwoziu. Są również łatwiejsze w użyciu. Wysięgniki 5- i 6-ramienne są szczególnie przydatne tam, gdzie wymagana jest jeszcze większa elastyczność. Obszar roboczy pompy zostaje znacznie zwiększony, co jest przydatne np. w betonowaniu wyżej położonych stropów lub przy pracy wewnątrz budynków.
Redukcja masy i wytrzymałość
Z punktu widzenia oszczędności energii i redukcji emisji im cięższy wysięgnik, tym więcej pracy wymaga jego rozłożenie i tym większe ciśnienie musi wytworzyć pompa hydrauliczna zasilająca siłowniki rozkładające poszczególne sekcje - wzrośnie również energia niezbędna do jej napędu. Dane statystyczne wskazują, że na każdy 1% redukcji masy wysięgnika zużycie paliwa przez silnik pojazdu może zmniejszyć się o około 0,8-1,1%. Pojawia się zatem ważny problem inżynierski: w jaki sposób można zbudować długi, odpowiednio wytrzymały wysięgnik, który miałby niewielką masę? Wysięgnik składa się z ramion, siłowników hydraulicznych i rur, którymi tłoczona jest mieszanka betonowa. Redukcja masy powinna obejmować każdy z tych podstawowych elementów konstrukcyjnych.
Optymalizacja konstrukcji wysięgników samochodowych pomp do betonu ma na celu połączenie najniższej możliwej masy z najwyższą możliwą wydajnością. Dobrym przykładem ilustrującym ten problem może być zastosowanie stali SSAB Strenx 900, co pozwala na zmniejszenie masy wysięgnika bez zmniejszania wydajności. Rury, którymi podawana jest mieszanka betonowa, są narażone na intensywne zużycie. W tym przypadku rozwiązaniem zwiększającym ich odporność na zużycie jest wykorzystanie stali trudnościeralnych, takich jak stal Hardox 500. Potwierdzają to wyniki badań eksploatacyjnych, które wskazują, że przystępne cenowo rury wykonane ze stali Hardox 500 mają zdecydowanie większą trwałość niż rury wykonane ze stali miękkiej.
Węże do pompowania betonu
Zastosowanie węży do pompowania betonu powinno być przeprowadzone w odniesieniu do kryteriów zarówno ciśnienia, jak również odległości pompowania. Dostępne na rynku węże do pompowania betonu nie zawsze spełniają kryteria ciśnieniowe dla pomp stacjonarnych lub układów wysokociśnieniowych.
- Wymagania ciśnieniowe: Pamiętać należy, że maksymalne ciśnienie w układach roboczych pomp wysięgnikowych oscyluje około 80 - 85 bar, zależnie od modelu maszyny. Co za tym idzie, węże do pompowania betonu powinny charakteryzować się ciśnieniem roboczym 85 bar. To przy wskaźniku bezpieczeństwa 2:1 wskazywane jest parametrem ciśnienia rozrywającego 170 bar. Dla takich maszyn nie powinno się stosować węży o nieznanym parametrze ciśnienia roboczego. Maszyny o niskich parametrach ciśnienia - takie jak pompogruszki, gdzie ciśnienie robocze dla niektórych modeli wynosi od około 50 bar do 65 bar - mogą wykorzystywać węże o parametrze ciśnienia roboczego 75 bar lub 70 bar.
- Kondycja węży: Dla każdego przypadku istotne jest to, aby wąż nie był trwale załamany i nie posiadał wyrwanego ani uszkodzonego wewnętrznego zbrojenia siatką stalową. Nie można przy tym traktować węży końcowych (tzw. wylewowych) jako mniej istotnych pod względem jakościowym. Muszą one bowiem spełniać takie same kryteria i wymogi jak węże dwustronnie zakute.
- Długość węży: Węże do pompowania betonu powinny spełniać podstawowe wymogi odnośnie długości, jakie narzucają producenci pomp do betonu. Konieczne jest stosowanie węży o długości zgodnej z długością wskazywaną dla danego modelu wysięgnika. Jako standardowe długości węży końcowych - jednostronnie zakutych - uznaje się węże 3-metrowe i 4-metrowe. Niedopuszczalne jest stosowanie węży 6-metrowych lub dłuższych dla potrzeb betonowania słupów o dużej wysokości lub wysokich ustrojów żelbetonowych. Dla takich przypadków prac konieczne jest prowadzenie węża końcowego w sposób bezpieczny i stabilny.
- Łączenie rurociągów: W przypadku stosowania węży do łączenia rurociągu wysięgnika z rurociągiem stacjonarnym konieczne jest ustalenie warunków podłączenia. Jeżeli rurociąg stacjonarny jest rurociągiem pionowym w miejscu podłączenia - wówczas konieczne jest stosowanie węża o długości maksymalnie 3 lub 4 metry. Na potrzeby podłączenia rurociągu horyzontalnego zastosować można wąż o dowolnej długości.
Praktyczne aspekty wyboru i użytkowania pompy
Aby w optymalny sposób dostarczyć i wbudować mieszankę betonową, konieczne jest wybranie odpowiedniego urządzenia dostosowanego do konkretnych zadań. Najważniejsze przy zamawianiu betonu z przepompowaniem jest dobranie długości wysięgnika pompy do danego zadania, aby nie był on zbyt krótki, przez co betonowanie może być utrudnione lub niemożliwe.
Dobór pompy do zadania
Przed podjęciem decyzji o wyborze pompy do betonu warto się zastanowić, jakie zadania będzie realizowała maszyna. Znając jej przyszłe przeznaczenie, łatwiej wybrać pompę o odpowiedniej wydajności, która sprawdzi się w konkretnych warunkach. Należy oszacować dystans pomiędzy miejscem, gdzie pompa do betonu będzie rozłożona, a miejscem najbardziej oddalonym, w którym będzie konieczność wypompowania betonu. Nie należy tego lekceważyć, ponieważ przestawienie pompy w inne miejsce, aby dokończyć betonowanie, bywa czasami niemożliwe, gdyż jest to urządzenie znacznych rozmiarów i rozłożona pompa potrzebuje odpowiedniej ilości miejsca oraz stabilnego podłoża.
Jeżeli betonowanie odbywa się na powierzchni gruntu, warto się zastanowić, czy pompa do betonu będzie potrzebna, czy też wystarczy bezpośredni zrzut z betonomieszarki. Pompowanie betonu jest szczególnie potrzebne, gdy wylewanie betonu odbywa się na wyższej kondygnacji lub w głębokich wykopach, w trudno dostępne miejsca, gdzie nie ma możliwości wjazdu zwykłą betonomieszarką, lub gdy wylewanie betonu następuje w partiach lub na wielu powierzchniach.
Przygotowanie miejsca pracy
Aby pompa lub betonomieszarka z pompą mogła się bezpiecznie rozłożyć, potrzebne jest dla niej odpowiednie miejsce. Wymagane jest równe utwardzone podłoże o wymiarach min. 6m x 6m dla betonomieszarki z pompą o wysięgniku 24m, 28m, 32m oraz min. 9m x 9m dla pompy do betonu o wysięgniku 40m. Bardzo ważne jest również przygotowanie tego miejsca w bezpiecznej odległości od linii energetycznych będących pod napięciem. Minimalna odległość wysięgnika pompy do betonu od linii energetycznych to 5 metrów.
Zalety pompowania betonu
Wykorzystanie pomp do betonu niesie ze sobą wiele korzyści. Przede wszystkim pozwala na znaczne skrócenie czasu realizacji projektu budowlanego. Dzięki możliwości precyzyjnego dostarczania betonu bezpośrednio na miejsce budowy unika się konieczności ręcznego transportu materiału, co znacząco przyspiesza prace. Pompowanie mieszanki betonowej sprawia, że rozwiązuje się problem z dotarciem do najbardziej kłopotliwych przestrzeni na budowie. W tym wypadku mowa jest szczególnie o niestandardowych projektach budynków oraz tych budynków, które mają więcej niż jedną kondygnację. Dzięki zastosowaniu odpowiedniej pompy, czyli takiej, która dostosowana jest mocą do wybranego rodzaju mieszanki betonowej, cały proces jest zdecydowanie szybszy, dokładniejszy i bardziej bezpieczny, niż gdyby miał być wykonywany przez pracowników budowy.
PROCES W BETONIARNI | Film animowany | Inżynieria lądowa
Kwalifikacje operatora
W przypadku pomp do betonu na podwoziach samochodowych wyposażonych w wielosekcyjne wysięgniki o znacznej długości obsługujący maszynę musi mieć doświadczenie w operowaniu wysięgnikiem. Dotyczy to zwłaszcza pracy w obszarach zabudowanych, gdy swobodne przemieszczanie wysięgnika może być utrudnione ze względu na obecność różnych przeszkód. Ostatecznie pompy do betonu są klasyfikowane jako sprzęt budowlany specjalistyczny. Ich obsługą powinny zajmować się wyłącznie osoby wykwalifikowane.