Obróbka betonu: Cyfryzacja tworzy innowacje

Obróbka betonu: Cyfryzacja tworzy innowacje

Beton jest powszechnie uważany za najczęściej używany materiał budowlany na całym świecie – nic dziwnego, ponieważ materiał budowlany jest zarówno wytrzymały, jak i wszechstronny. Jednak beton jest również bardzo wymagający w obróbce, a na całym świecie prowadzone są prace z dużą szybkością, aby dalej udoskonalać ten materiał. Tradycyjnie czysto mechaniczna dyscyplina staje się obszarem wysoce technicznym, charakteryzującym się technologiami cyfrowymi, zrównoważonymi innowacjami i inteligentnymi rozwiązaniami w zakresie automatyzacji. Branża stoi przed wyzwaniem połączenia tradycyjnych umiejętności z najnowocześniejszą technologią przy jednoczesnym spełnieniu rosnących wymagań w zakresie zrównoważonego rozwoju, wydajności i jakości. Firmy takie jak Husqvarna Construction, Tyrolit i Hilti napędzają rozwój innowacjami, dystrybutorzy tacy jak Kuhn dostarczają maszyny, a wyspecjalizowani dostawcy usług, tacy jak firma Dima świadcząca usługi wiercenia i cięcia betonu, korzystają z rozwiązań na placach budowy.
Rosnąca różnorodność nowoczesnych rodzajów betonu – od betonu wysokowartościowego po mieszanki pochodzące z recyklingu – zwiększa wymagania w stosunku do narzędzi i maszyn. Tyrolit odpowiada na to na przykład narzędziami, które są szczególnie trwałe i zapewniają wysoką jakość cięcia nawet w przypadku wyjątkowo twardych materiałów. Kolejnym problematycznym obszarem jest zdrowie pracowników: kurz i hałas należą do największych obciążeń w codziennym życiu zawodowym. W ostatnich latach producenci tacy jak Husqvarna Construction i Hilti konsekwentnie opracowują systemy, które redukują zapylenie poprzez cięcie na mokro lub zintegrowane odsysanie, a jednocześnie zmniejszają zanieczyszczenie hałasem.
Oprócz tych aspektów technicznych, presja ekonomiczna pozostaje również wysoka. Projekty budowlane muszą zostać zrealizowane w możliwie najkrótszym czasie; przestoje spowodowane zużyciem narzędzi lub nieprecyzyjnymi cięciami są kosztowne dla wielu firm. Niskopyliste, precyzyjne i szybkie metody obróbki są obecnie często dla klientów decydującym kryterium wyboru. Coraz większą rolę odgrywa także ergonomia – urządzenia muszą być lżejsze, łatwiejsze w obsłudze i charakteryzować się mniejszymi wibracjami.

Pokonywanie tradycyjnych podejść

Zdaniem ekspertów branżowych zastosowanie innowacyjnych koncepcji, takich jak cyfrowa produkcja betonu i automatyzacja procesów, może znacząco zmienić standardowe technologie produkcji betonu i zapewnić znaczny wzrost wydajności, a także korzyści ekonomiczne i ekologiczne w konstrukcjach betonowych. Modelowanie informacji o budynku (BIM) stało się ważną, kluczową technologią. Dzięki trójwymiarowej wizualizacji i symulacji procesów obróbki betonu planiści i wykonawcy mogą identyfikować potencjalne wyzwania i opracowywać rozwiązania we wczesnych fazach projektu. Integracja BIM z nowoczesnymi maszynami do obróbki betonu umożliwia wyprowadzenie parametrów obróbki bezpośrednio z modeli cyfrowych i przeniesienie ich na maszyny.
Widoczna jest zmiana np. w dyskach. Choć urządzenia zasilane benzyną od dawna dominują, producenci tacy jak Hilti i Husqvarna Construction w coraz większym stopniu polegają na akumulatorach i systemach elektrycznych. Korzyści są oczywiste – mniejsza emisja gazów cieplarnianych, niższy poziom hałasu i elastyczne zastosowanie nawet w zamkniętych pomieszczeniach. Rozwój ten idzie w parze z większą cyfryzacją urządzeń. Na przykład Tyrolit wyposaża swoje systemy w czujniki, które monitorują zużycie lub jakość cięcia w czasie rzeczywistym, pomagając w ten sposób ograniczać awarie.
Platformy oparte na chmurze można również wykorzystać do znacznego usprawnienia monitorowania i kontroli projektów obróbki betonu. Takie rozwiązania umożliwiają kontrolę, produkcję i monitorowanie w czasie rzeczywistym – i ogólnie większą przejrzystość. Istnieje między innymi szereg opcji zdalnego monitorowania placów budowy, optymalizacji procesów pracy i konserwacji zapobiegawczej maszyn.

AI jako latarnia nadziei

Jedną z dziedzin, w której następuje dalszy rozwój, jest sztuczna inteligencja (AI). Zastosowanie ich w obróbce betonu jest wciąż na wczesnym etapie, ale już wykazuje obiecujące podejścia. Systemy AI potrafią rozpoznawać wzorce w dużych ilościach danych, które nie są oczywiste dla ekspertów. Konserwacja predykcyjna umożliwia konserwację predykcyjną, w ramach której inteligentne algorytmy stale analizują dane maszyny, takie jak wibracje, temperatura i zużycie energii, aby przewidzieć potrzeby w zakresie konserwacji, zanim wystąpią kosztowne awarie. To nie tylko skraca przestoje, ale także optymalizuje koszty konserwacji.
Z kolei komputerowe systemy wizyjne potrafią w czasie rzeczywistym analizować powierzchnie betonowe i wykrywać nieprawidłowości czy wady jakościowe, które ludzkie oko nie przeoczyłoby. Dzięki temu możliwe jest natychmiastowe wprowadzenie poprawek i tym samym zapewnienie jednolitego przetwarzania. Pomocne są także algorytmy uczenia maszynowego, które potrafią uczyć się na podstawie historycznych danych projektowych i dostarczać rekomendacji dotyczących optymalnych parametrów przetwarzania. Celem jest bardziej wydajne procesy pracy i ograniczenie strat materiałów.
Ogromny postęp robi także automatyzacja obróbki betonu. Nowoczesne systemy robotyczne podejmują już zadania, które wcześniej wykonywali wyłącznie wykwalifikowani pracownicy. Rozwój przyspiesza m.in. brak wykwalifikowanych pracowników w branży budowlanej. Autonomiczne maszyny do obróbki betonu mogą teraz samodzielnie wykonywać określone zadania obróbcze. Sterowanie GPS i technologia laserowa umożliwiają precyzyjne wyniki pracy i stałą jakość, szczególnie w przypadku zadań powtarzalnych. Jednocześnie mogą pracować przez całą dobę i nie odczuwają zmęczenia fizycznego.

Autonomiczne roboty

Roboty współpracujące współpracują ramię w ramię z operatorami. Systemy te podejmują się zadań trudnych, monotonnych lub zagrażających zdrowiu, natomiast człowiek zajmuje się działalnością twórczą i rozwiązywaniem problemów. Zaleta: Zmniejsza się obciążenie pracowników, jednocześnie zwiększając produktywność.
Na przykład firma Husqvarna Construction chce zrewolucjonizować obróbkę betonu za pomocą „automatycznej szlifierki”. Według producenta samoobsługowa szlifierka do podłóg została zaprojektowana tak, aby oferować firmom budowlanym „niespotykaną dotąd swobodę”. Pozwoliłoby to klientom przekształcić nie tylko każde piętro, ale także „całą firmę”, a tym samym zwiększyć produktywność i rentowność.
„Jesteśmy bardzo dumni, że możemy przedstawić urządzenie, które naprawdę odmieni sposób planowania i wykonywania prac związanych ze szlifowaniem i polerowaniem podłóg. Husqvarna Autogrinder to przełomowa innowacja na rynku obróbki betonu” – wyjaśnia Stijn Verherstraeten, starszy wiceprezes ds. kategorii i operacji w firmie Husqvarna Construction. Autogrinder 8 D bazuje na „PG 8 DR”, planetarnej szlifierce do posadzek z technologią Dual Drive. „Unikalny system nawigacji” Husqvarna i ustawienia bezpieczeństwa zostały zaprojektowane tak, aby umożliwić maszynie autonomiczną nawigację podczas szlifowania i polerowania, umożliwiając operatorom skupienie się na innych zadaniach związanych z uprawą roli.
„Nasze testy w terenie i opinie operatorów potwierdzają, że szlifierka Autogrinder stanowi ważny postęp. Jest jasne, że rozpoczęliśmy nową erę w szlifowaniu posadzek” – podkreśla Joakim Leff-Hallstein, wiceprezes ds. zarządzania produktami ds. przygotowania powierzchni w firmie Husqvarna Construction.

Zwiąż więcej dwutlenku węgla

Ponadto zmiany klimatyczne i bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące ochrony środowiska zmuszają branżę betoniarską do ponownego przemyślenia. Celem jest produkcja materiału budowlanego możliwie najbardziej neutralnego dla klimatu; nad tym pracują organizacje takie jak Instytut Fizyki Budowli im. Fraunhofera IBP. Zdaniem naukowców na przykład „węgiel pirotechniczny” jest ważnym kluczem do uczynienia betonu bardziej przyjaznym dla klimatu. Podczas produkcji pozostałości roślinne lub inne substancje organiczne, takie jak metan, przetwarzane są w atmosferze ubogiej w tlen. Do 40 procent węgla zawartego w roślinach jest magazynowane w postaci stałej w postaci pirowęgla. Dzięki integracji w betonie wiąże się więcej dwutlenku węgla, niż jest emitowanych podczas produkcji. Naukowcy opracowali także proces granulowania pirowęgla. Dzięki wyprodukowanym kruszywom (mniejszym niż dwa milimetry, przyp. red.) zastępują one piasek w betonie, dzięki czemu materiał budowlany jest nie tylko bardziej przyjazny dla klimatu, ale także znacznie lżejszy. To z kolei mogłoby zaoszczędzić dodatkowe koszty transportu.
W poszukiwaniu betonu przyszłości warto sięgnąć także do przeszłości – zdaniem Fraunhofera stosowany w starożytności beton rzymski spełnia wszelkie kryteria nowoczesnych, zrównoważonych materiałów budowlanych. Są bezcementowe, składają się z lokalnie dostępnych zasobów, takich jak popiół wulkaniczny, są trwałe i odporne na wiele wpływów zewnętrznych. Niestety, zdaniem badaczy, przepisy, na których je opierano, zaginęły. W ramach projektu Roman Inspired Cement Innovation by Multi-Analytical Enhanced Research (RICIMER) eksperci badają możliwe receptury, aby rozszyfrować oryginalne receptury, w tym dodatki, i przenieść je na nowoczesne materiały budowlane.
Kolejną rozwijającą się dziedziną badań są spoiwa aktywowane alkalicznie, tzw. geopolimery. Dzięki właściwościom takim jak odporność na korozję, wysoka wytrzymałość i doskonała odporność na temperaturę, oferują szeroki zakres możliwych zastosowań, szczególnie w budownictwie. Na przykład w firmie Fraunhofer IBP opracowano proces produkcji pełnowartościowego, a przede wszystkim przyjaznego dla klimatu materiału budowlanego z surowca odnawialnego Typha (pałka), tak zwanej „Typhaboard”. Wszechstronny materiał izolacyjny i do budowy ścian składa się z liści pałki i spoiwa mineralnego, które są sprasowane w wielofunkcyjne płyty. Typhaboard łączy w sobie wiele właściwości, które czynią go produktywnym materiałem budowlanym. Jest stabilny, zapewnia dobrą izolację akustyczną, doskonałe właściwości wilgoci, jest odporny na pleśń, ma dobre działanie izolacyjne, a także zapewnia wysoki poziom ochrony przeciwpożarowej.