الخلط بالموجات فوق الصوتية للخرسانة عالية الأداء
يؤدي استخدام السيليكا الدقيقة والنانوية أو الأنابيب النانوية إلى تحسينات في قوة الانضغاط للخرسانة عالية الأداء. Ultrasonication هو وسيلة فعالة لخلط وترطيب وتشتيت المواد النانوية في الاسمنت أو الخرسانة.
تستخدم السيليكا الدقيقة على نطاق واسع في الخرسانة اليوم ، مما يؤدي إلى قوة ضغط أعلى أو خرسانة مقاومة للماء والمواد الكيميائية. يمكن أن يقلل ذلك من تكاليف المواد واستخدام الطاقة. تؤدي المواد النانوية الجديدة ، مثل السيليكا النانوية أو الأنابيب النانوية ، إلى مزيد من التحسينات في المقاومة والقوة. ولكن من أجل إظهار الإمكانات الكاملة للمواد النانوية ، يلزم وجود تقنية تشتت موثوقة وفعالة. الصوتيات من نوع المسبار هي التقنية الأكثر موثوقية وفعالية لإنتاج تشتت النانو ، حتى في الملاط شديد اللزوجة والمعجون مثل الأسمنت والخرسانة.
تشتت الجص الأسمنتي الدقيق مع خلاطات بالموجات فوق الصوتية
يقدم فريق البحث في Draganović مقالة بحثية ، ويحقق المؤلفون في تشتت الجص الأسمنتي الدقيق باستخدام تقنية الموجات فوق الصوتية ومذابات المختبرات التقليدية. تهدف الدراسة إلى مقارنة أداء الموجات فوق الصوتية – في الدراسة على وجه التحديد سونيكاتور UP400St – مع الطرق التقليدية لتشتت الجص.
أجرى الباحثون سلسلة من التجارب باستخدام تقنيات تشتت مختلفة لتقييم توزيع حجم الجسيمات (PSD) وإمكانات زيتا لجزيئات الأسمنت الدقيقة. تشمل تقنيات التشتت العلاج بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز صوتي UP400St ، ومذابات المختبرات عالية السرعة ، والجمع بين كلتا الطريقتين.
أظهرت النتائج أن التشتت بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز الصوتيات UP400St حقق توزيعا أفضل بكثير لحجم الجسيمات مقارنة بمذابات المختبرات التقليدية. يقلل جهاز الصوتنة UP400St بشكل فعال من تكتل جزيئات الأسمنت الدقيقة وينتج تعليقا أكثر تجانسا واستقرارا. يعمل العلاج بالموجات فوق الصوتية على تحسين توزيع الجسيمات الأصغر ، مما يؤدي إلى نطاق توزيع أضيق لحجم الجسيمات.

مقارنة طرق التشتت: مذيب Vma-Getzmann Dispermat CV-3 مزود بقرص 90 مم ونظام الجزء الثابت الدوار. جهاز الموجات فوق الصوتية Hielscher UP400St مجهزة سونوترودي H22.
(دراسة وصور: ©دراغانوفيتش وآخرون ، 2020)
بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام الموجات فوق الصوتية مع مذابات المختبر التقليدية يحسن كفاءة التشتت ، مما يحقق توزيعا أدق لحجم الجسيمات مقارنة بالعلاج بالموجات فوق الصوتية وحده. عند الجمع ، يوفر صوتنة الخلط الدقيق والتشتت النانوي ، في حين يساهم المذيب في الخلط الكلي لضمان أن جميع الجسيمات في منطقة التجويف بالموجات فوق الصوتية. وهذا يسمح بتحكم أفضل في توزيع حجم الجسيمات (PSD) وإمكانات زيتا لجص الأسمنت الدقيق في عملية الدفعات. عند استخدام مفاعل خلية التدفق ، يمر تعليق الجسيمات تلقائيا بمنطقة البقعة الساخنة التجويفية بحيث يكون التحريك الإضافي غير ضروري.
بشكل عام ، تسلط الدراسة الضوء على الأداء المتفوق لجهاز الصوتنة UP400St في تشتيت جص الأسمنت متناهي الصغر. يوفر العلاج بالموجات فوق الصوتية ، خاصة عند دمجه مع مذابات المختبر التقليدية ، طريقة فعالة وفعالة للغاية لتحقيق تعليق موحد ومستقر لجزيئات الأسمنت الدقيقة.
تجدر الإشارة إلى أن المقالة توفر مقارنة شاملة بين الموجات فوق الصوتية وطرق التشتت التقليدية التي تسلط الضوء على الأداء المتفوق للصوتنة في تشتت الجص.
(راجع دراغانوفيتش وآخرون ، 2020)

الخالط بالموجات فوق الصوتية UP400St تتم مقارنته فيما يتعلق بكفاءة تشتت الجص الأسمنتي مع خلاط مختبر عادي مجهز بقرص ، وباستخدام تقنية الجزء الثابت الدوار. أظهرت الدراسة أن التشتت بالموجات فوق الصوتية ليس طريقة فعالة فحسب ، بل إنه أفضل من الخلاط باستخدام تقنية الجزء الثابت الدوار.
(دراسة ورسم: © دراغانوفيتش وآخرون ، 2020)
البحث والتطوير الملموس
يبحث البحث الملموس عن المواد والعمليات من أجل:
- تقليل تكاليف المواد وتكاليف الطاقة
- الحصول على مقاومة أولية ونهائية عالية
- تحسين الكثافة وقوة الانضغاط
- تحسين قابلية التشغيل وقابلية الضخ وقابلية الانتهاء
- تحسين المتانة وتقليل النفاذية
- تقليل تشققات الانكماش والغبار ومشاكل التفريغ
- المقاومة الكيميائية ، على سبيل المثال مقاومة الكبريتات
خلط الأسمنت والخرسانة
عندما يتعلق الأمر بالتحسينات في خصائص الخرسانة ، فإن تقنية الخلط لا تقل أهمية عن تكوين الخرسانة. يعد الخلط خطوة أساسية في إنتاج خرسانة موحدة وعالية الجودة. على الرغم من أن العديد من الإرشادات واللوائح ، على سبيل المثال DIN EN 206 تغطي تكوين الخرسانة ومكوناتها ، فإن العملية الفعلية لخلط الأسمنت وخلط الخرسانة تترك للمستخدم.
من الأهمية بمكان أن يتم توزيع الماء والأسمنت والمواد المضافة بالتساوي وتوزيعها على نطاق دقيق وأن تكون التكتلات مشتتة بدرجة كافية. يؤدي التشتت أو التكتل غير الكافي إلى خصائص خرسانية رديئة. نظرا لانخفاض محتوى الماء والجرعة العالية من المواد المضافة ، يتطلب خلط الخرسانة ذاتية الضغط (SCC) والخرسانة فائقة القوة (UHPC) وقت خلط أطول أو تقنية خلط أكثر فعالية.
المواد النانوية في الخرسانة
أثناء ترطيب منتجات الترطيب النانوية الأسمنتية ، مثل هيدرات الكالسيوم تتشكل في الخرسانة المتصلبة. تتحول جزيئات النانو من السيليكا أو الأنابيب النانوية إلى جزيئات نانوية من الأسمنت أثناء تصلب الخرسانة. تؤدي الجسيمات الأصغر إلى مسافة جسيمات أقصر ومادة أكثر كثافة وأقل مسامية. هذا يزيد من قوة الضغط ويقلل من النفاذية.
ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي للمسحوق والمواد ذات الحجم النانوي هو الميل إلى تكوين تكتلات أثناء الترطيب والخلط. ما لم تكن الجسيمات الفردية مشتتة بشكل جيد ، فإن التكتل يقلل من سطح الجسيمات المكشوف مما يؤدي إلى خصائص خرسانية رديئة.
خلط بالموجات فوق الصوتية للمواد النانوية
الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة للغاية للخلط والتشتيت وإزالة التكتل. توضح الصورة أدناه نتيجة نموذجية لتشتيت السيليكا المدخنة بالموجات فوق الصوتية في الماء.
بدءا من (المنحنى الأخضر) عند حجم جسيم تكتل يزيد عن 200 ميكرون (D50) تم تقليل معظم الجسيمات إلى أقل من 200 نانومتر.
خلط بالموجات فوق الصوتية على أي نطاق
Hielscher يقدم أجهزة خلط بالموجات فوق الصوتية لاستخدامها في البحوث والمعالجة على نطاق واسع.
Sonicators للبحث والتطوير المختبري
Hielscher المجانسات مختبر بالموجات فوق الصوتية هي أداة خلط مثالية للبحث والتطوير على نطاق المختبر. وعادة ما تستخدم صوتيات مختبر Hielscher لخلط بالموجات فوق الصوتية من دفعات صغيرة. تقدم الخالطات بالموجات فوق الصوتية Hielscher تحكما دقيقا في المعلمة وقابلية استنساخ ممتازة لإعداد القياس. هذا يجعل من السهل خلط تركيبات مختلفة وتحديد تأثير كثافة الموجات فوق الصوتية ومدة صوتنة.
خلط مضمنة بالموجات فوق الصوتية في الإنتاج
يمكن تحديد معدات الخلط بالموجات فوق الصوتية اللازمة لتوسيع النطاق بالضبط بناء على الاختبار المعملي. لمعالجة تيارات كبيرة الحجم من الأسمنت أو الخرسانة ، عادة ما يتم تشغيل الموجات فوق الصوتية عالية الأداء في وضع التدفق المستمر باستخدام مفاعلات التدفق. هذا يسمح بخلط موحد للغاية ومعالجة لا تشوبها شائبة للمعاجين والملاط – حتى مع اللزوجة العالية جدا.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا اعتمادا على حجم الدفعة أو معدل التدفق المراد معالجته:
حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
---|---|---|
1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- Peters, Simone (2017): The Influence of Power Ultrasound on Setting and Strength Development of Cement Suspensions. Doctoral Thesis Bauhaus-Universität Weimar, 2017.
- N.-M. Barkoula, C. Ioannou, D.G. Aggelis, T.E. Matikas (2016): Optimization of nano-silica’s addition in cement mortars and assessment of the failure process using acoustic emission monitoring. Construction and Building Materials, Volume 125, 2016. 546-552.
- Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2; 2016.
- Amani, Mahmood; Retnanto, Albertus; Aljuhani, Salem; Al-Jubouri, Mohammed; Shehada, Salem; Yrac, Rommel (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. Conference: International Petroleum Technology Conference 2015.
الخلط المضمن للأسمنت باستخدام جهاز سونيكاتور
عادة ما يتم تثبيت خلاطات الموجات فوق الصوتية Hielscher في الخط. يتم ضخ المواد في وعاء المفاعل بالموجات فوق الصوتية. هناك يتعرض لتجويف مكثف بالموجات فوق الصوتية. صوتنة مضمنة يلغي تجاوز كما تمر جميع الجسيمات غرفة الخلط بعد مسار محدد. لذلك ، تعمل الموجات فوق الصوتية عادة على تحويل منحنى توزيع حجم الجسيمات بدلا من توسيعه.
قوي وسهل التنظيف
يتكون مفاعل الخلط بالموجات فوق الصوتية من خلية التدفق و sonotrodes. ليست هناك حاجة إلى محامل. تتميز مفاعلات خلايا التدفق (الفولاذ المقاوم للصدأ) بأشكال هندسية بسيطة ويمكن تفكيكها وتنظيفها بسهولة. لا توجد فتحات صغيرة أو زوايا خفية.
تطبيقات أخرى من الموجات فوق الصوتية للأسمنت والخرسانة
استخدام أجهزة الموجات فوق الصوتية Hielscher في إعداد الاسمنت والخرسانة لا يقتصر على خلط وتشتيت بريمكس الاسمنت أو الخرسانة. الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة للغاية لتفريغ السوائل والطين. هذا يقلل من عدد وحجم فقاعات الغاز المحاصرة في الخرسانة بعد التصلب.
الهزازات غربال بالموجات فوق الصوتية تحسين إنتاجية وجودة غربلة المسحوق للجزيئات الصغيرة. تقدم Hielscher المناخل المهتاجة بالموجات فوق الصوتية للتطبيقات المختبرية والصناعية.
معلومات أساسية ملموسة
تتكون الخرسانة من الأسمنت ، مثل الأسمنت البورتلاندي والمواد الأسمنتية الأخرى ، مثل الرماد المتطاير والأسمنت الخبث والركام (الحصى والحجر الجيري والجرانيت والرمل) والماء والمواد المضافة الكيميائية. تشمل المضافات النموذجية المسرعات أو المثبطات أو الملدنات أو الأصباغ أو دخان السيليكا أو الميتاكاولين عالي التفاعل (HRM). السيليكا الدقيقة هي خليط نموذجي في الخرسانة. عيبه هو تكلفته العالية نسبيا والتلوث الذي يؤثر على صحة المشغلين والعمال.