Ултразвуково смесване на циментова паста за бетон

Ултразвуковото смесване на циментова паста предлага големи предимства при формоването на сглобяеми елементи, сухото формоване и в бетоновите възли. Тези предимства включват по-кратки времена за начало и край на свързването, по-ниска дозировка на суперпластификатора, по-бърза и по-пълна хидратация, както и по-висока якост на натиск.

Традиционните технологии за смесване на бетон, като „смесване по време на транспортиране“ или ротационните смесители, осигуряват недостатъчно смесително действие за диспергиране на агломератите от циментови частици и други циментиращи материали, като летлива пепел или силициев диоксид. Докато външните частици на такива агломерати са в контакт с водата, повърхностите на вътрешните частици остават сухи. Това води до бавна и непълна хидратация.

Предимства на технологията за ултразвуково смесване на бетон

Ултразвуковото диспергиране е най-усъвършенстваната технология за деагломерация и диспергиране на материали с микронни и нанометрични размери в течности. Ултразвуковото смесване използва кавитационни сили на срязване, които са по-ефективни при смесването на фини материали от конвенционалните ротационни и роторно-статорни смесители. При цимент, силициев диоксид, летлива пепел, пигменти или CNTs експлоатационните характеристики на тези материали се подобряват значително чрез ултразвуково диспергиране, тъй като то подобрява разпределението на частиците и контакта им с водата.

По време на хидратацията – реакцията на цимента с водата – C‑S‑H‑фазите образуват игловидни структури. Изображенията по-долу показват микроструктурата на циментовата паста след 5 часа хидратация. В ултразвуково обработената циментова паста C‑S‑H‑фазите са с дължина почти 500nm, докато в пастата без ултразвукова обработка C‑S‑H‑фазите са с дължина около 100nm.

Микроструктура на циментовата паста след 5hrs хидратация

с ултразвукова обработка	без ултразвукова обработка
Паста от портландцимент (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Университет Баухаус във Ваймар

 
Смесването чрез кавитация, предизвикана от ултразвук, води до по-бърз растеж на C‑S‑H‑фазите.

 
Температура на хидратация

Влияние на мощната ултразвукова обработка (PUS) върху кривите температура–време на циментовите пасти

 
Якост на натиск

Влияние на мощната ултразвукова обработка (PUS) върху якостта на натиск на призми от строителен разтвор

 
Скорост на ултразвуковия импулс

Влияние на мощната ултразвукова обработка (PUS) върху скоростта на ултразвуковия импулс в хидратиращи циментови пасти

Растежът на C‑S‑H-фазите корелира с температурата в циментовата паста през периода на хидратация (щракнете върху графиката вдясно). В ултразвуково смесената циментова паста хидратацията започва приблизително един час по-рано. По-ранната хидратация корелира с по-ранно повишаване на якостта на натиск. Повишената скорост на хидратация може да се измери и чрез скоростта на ултразвуковия импулс.

Особено при бетона за сглобяеми елементи и сухо формования бетон това води до значително съкращаване на времето, след което формованият бетон може да бъде изваден от формата. Изследвания на Университет Баухаус (Германия) показват следното намаляване на времената на свързване.

Друго интересно предимство на ултразвуковото смесване е влиянието върху течливостта. Както е показано в таблицата по-горе, слягането на конуса се увеличава с приблизително 30%. Това позволява намаляване на дозировката на суперпластификаторите.

Интегриране на ултразвукови смесители в производствения процес на цимент

Hielscher предлага ултразвукови смесители за ефективно диспергиране на цимент, силициев диоксид, летлива пепел, пигменти или CNTs. Първо всеки сух материал трябва да бъде предварително смесен с вода, за да се образува паста с висока концентрация, която все пак може да се изпомпва. Ултразвуковият смесител на Hielscher деагломерира и диспергира частиците чрез кавитационно срязване. В резултат цялата повърхност на всяка частица е в пълен контакт с водата.

Ултразвукова обработка на циментова паста

При циментовата паста хидратацията започва след ултразвуковата обработка. Затова ултразвуковият смесител на Hielscher трябва да се използва в проточен режим, тъй като циментовата паста не може да се съхранява продължително време. Схемата по-долу илюстрира процеса. На следващия етап добавъчният материал, например пясък или чакъл, се добавя и смесва с циментовата паста. Тъй като на този етап циментовите частици вече са добре диспергирани, циментовата паста се смесва добре с добавъчния материал. След това бетонът е готов за запълване на форми за сглобяеми елементи или за транспортиране. Резервоар break-up до ултразвуковия смесител може да се използва за по-непрекъсната обработка при непостоянно търсене на бетон.
Прочетете повече за ултразвуковата деагломерация на циментови частици!

Ултразвуково диспергиране на силициев диоксид, летлива пепел и наноматериали

Диспергирането на силициев диоксид, летлива пепел, пигменти или други наноматериали, като въглеродни нанотръби, изисква други интензивности на обработка и енергийни нива. Поради тази причина препоръчваме отделен ултразвуков смесител за получаване на добре диспергирана суспензия/паста, която след това се добавя към бетоновата смес. Моля, щракнете върху изображението по-горе, за да видите схема на този процес.

Оборудването за ултразвуково смесване, необходимо за увеличаване на производствения мащаб, може да бъде определено точно въз основа на изпитвания в пилотен мащаб с UIP1000hdT, който е мощен ултразвуков апарат за пилотен мащаб с мощност 1 000 вата. Таблицата по-долу показва общи препоръки за апарати в зависимост от обема на партидата или дебита на циментовата паста, която ще се обработва.

С до 16kW мощност за ултразвуково смесване на отделна ултразвукова сонда Hielscher предлага мощността за обработка, необходима за приложения с големи обеми. Тази технология се изпитва лесно и се мащабира линейно.