Ултразвуково смесване за високоефективен бетон

Използването на микро- и наносилициев диоксид или нанотръби води до подобрения в якостта на натиск на високоефективния бетон. Ултразвуковата обработка е ефективно средство за смесване, омокряне и диспергиране на наноматериали в цимент или бетон.
 

Микросилициевият диоксид днес се използва широко в бетона, като осигурява по-висока якост на натиск или бетони, устойчиви на вода и химикали. Това може да намали разходите за материали и потреблението на енергия. Нови наноматериали, като наносилициев диоксид или нанотръби, водят до допълнителни подобрения в устойчивостта и якостта. Но за да се прояви пълният потенциал на наноматериалите, е необходима надеждна и ефективна техника за диспергиране. Ултразвуковите апарати със сонда са най-надеждната и резултатна техника за получаване на нанодисперсии дори в силно вискозни и пастообразни суспензии като цимент и бетон.

Диспергиране на микрофин циментов инжекционен разтвор с ултразвукови смесители

В изследователската статия, представена от екипа на Draganović, авторите изследват диспергирането на микрофин циментов инжекционен разтвор чрез ултразвукова технология и конвенционални лабораторни дисолвери. Изследването има за цел да сравни ефективността на ултразвука – конкретно на ултразвуковия апарат UP400St в това изследване – с традиционните методи за диспергиране на инжекционен разтвор.

Изследователите провеждат серия от експерименти с различни техники за диспергиране, за да оценят разпределението на частиците по размер (PSD) и дзета-потенциала на микрофините циментови частици. Техниките за диспергиране включват ултразвукова обработка с апарата UP400St, високоскоростни лабораторни дисолвери и комбинация от двата метода.

Резултатите показват, че ултразвуковото диспергиране с апарата UP400St постига значително по-добро разпределение на частиците по размер в сравнение с конвенционалните лабораторни дисолвери. Ултразвуковият апарат UP400St ефективно намалява агломерацията на микрофините циментови частици и произвежда по-хомогенна и стабилна суспензия на инжекционния разтвор. Ултразвуковата обработка подобрява разпределението на по-малките частици, което води до по-тесен диапазон на разпределение на частиците по размер.
 

Сравнени методи за диспергиране: дисолвер Vma-Getzmann Dispermat CV-3, оборудван с 90-mm диск и роторно-статорна система. Ултразвуков апарат Hielscher UP400St, оборудван със сонотрод H22.
(Изследване и снимки: ©Draganovic et al., 2020)

 
Освен това използването на ултразвук в комбинация с конвенционални лабораторни дисолвери допълнително подобрява ефективността на диспергирането, като постига разпределение към още по-фини размери на частиците в сравнение само с ултразвукова обработка. При комбинирането им ултразвуковата обработка осигурява микросмесването и нанодиспергирането, а дисолверът допринася за макросмесването, като гарантира, че всички частици навлизат в зоната на ултразвукова кавитация. Това позволява по-добър контрол върху разпределението на частиците по размер (PSD) и дзета-потенциала на микрофиния циментов инжекционен разтвор при партидна обработка. При използване на реактор с проточна клетка суспензията от частици автоматично преминава през зоната на интензивна кавитация, така че допълнителното разбъркване е излишно.

Като цяло изследването подчертава превъзходната ефективност на ултразвуковия апарат UP400St при диспергиране на микрофин циментов инжекционен разтвор. Ултразвуковата обработка, особено в комбинация с конвенционални лабораторни дисолвери, предлага високорезултатен и ефективен метод за постигане на еднородна и стабилна суспензия от микрофини циментови частици.

Следва да се отбележи, че статията предоставя изчерпателно сравнение между ултразвука и конвенционалните методи за диспергиране, като подчертава превъзходната ефективност на ултразвуковата обработка при диспергиране на инжекционен разтвор.
(срв. Draganović et al., 2020)
 

Ултразвуковият хомогенизатор UP400St се сравнява по отношение на ефективността на диспергиране на циментов инжекционен разтвор с обикновен лабораторен смесител, оборудван с диск, и при използване на роторно-статорната техника. Изследването показва, че ултразвуковото диспергиране е не само ефективен метод, но дори превъзхожда смесител, използващ роторно-статорната техника.
(изследване и графика: © Draganović et al., 2020)

Научноизследователска и развойна дейност в областта на бетона

Изследванията в областта на бетона търсят материали и процеси за:

• намаляване на разходите за материали и енергия
• постигане на висока начална и крайна якост
• подобряване на плътността и якостта на натиск
• подобряване на обработваемостта, изпомпваемостта и възможността за повърхностно заглаждане
• подобряване на дълготрайността и намаляване на пропускливостта
• намаляване на пукнатините от свиване, прахоотделянето и проблемите с разслояването
• химическа устойчивост, напр. устойчивост на сулфати

Смесване на цимент и бетон

Когато става въпрос за подобряване на свойствата на бетона, технологията на смесване е също толкова важна, колкото и съставът на бетона. Смесването е съществен етап в производството на еднороден, висококачествен бетон. Въпреки че многобройни насоки и нормативни документи, напр. DIN EN 206, обхващат състава на бетона и неговите компоненти, самият процес на смесване на цимент и бетон е оставен на потребителя.
От решаващо значение е водата, циментът и добавките да бъдат равномерно диспергирани и разпределени до фино ниво, а агломератите да бъдат достатъчно диспергирани. Недостатъчното диспергиране или деагломерация води до по-лоши свойства на бетона. Поради ниското водно съдържание и високата дозировка на добавките смесването на самоуплътняващ се бетон (SCC) и бетон със свръхвисока якост (UHPC) изисква по-дълго време за смесване или по-ефективна технология на смесване.
 
Научете как мощният ултразвук подобрява и ускорява хидратацията и развитието на якостта на циментовите пасти!
 

Наноматериали в бетона

По време на хидратацията на цимента във втвърдяващия се бетон се образуват наномащабни продукти на хидратацията, като калциеви хидрати. Наночастиците от силициев диоксид или нанотръбите се превръщат в наночастици от цимент по време на втвърдяването на бетона. По-малките частици водят до по-малки разстояния между частиците и до по-плътен и по-малко порест материал. Това увеличава якостта на натиск и намалява пропускливостта.

Основен недостатък на праховете и материалите с наноразмери обаче е склонността им да образуват агломерати при омокряне и смесване. Ако отделните частици не са добре диспергирани, агломерацията намалява откритата повърхност на частиците, което води до по-лоши свойства на бетона.

Ултразвуково смесване: хомогенно диспергиране на наноматериали в циментови пасти

Ултразвуковата обработка е много ефективно средство за смесване, диспергиране и деагломерация. Изображението по-долу показва типичен резултат от ултразвуковото диспергиране на пирогенен силициев диоксид във вода.
Прочетете повече за циментовите разтвори, подсилени с наноматериали чрез ултразвуково диспергиране!

При изходен размер на агломерираните частици над 200 микрона (D50) (зелена крива) размерът на повечето частици е намален до под 200 нанометра.

Ултразвуково смесване във всеки мащаб

Hielscher предлага ултразвукови устройства за смесване за използване в научни изследвания и пълномащабна обработка.

Ултразвукови апарати за лабораторна научноизследователска и развойна дейност

Лабораторните ултразвукови хомогенизатори на Hielscher са идеалният инструмент за смесване за научноизследователска и развойна дейност в лабораторен мащаб. Лабораторните ултразвукови апарати на Hielscher обикновено се използват за ултразвуково смесване на малки партиди. Ултразвуковите хомогенизатори на Hielscher предлагат точен контрол на параметрите и отлична възпроизводимост при подготовката за увеличаване на мащаба. Това улеснява смесването на различни състави и определянето на влиянието на интензивността и продължителността на ултразвуковата обработка.

Ултразвуково смесване в поточна линия при производството

Необходимото за увеличаване на мащаба оборудване за ултразвуково смесване може да бъде определено точно въз основа на лабораторното изпитване. За обработка на потоци с голям обем от цимент или бетон високопроизводителните ултразвукови апарати обикновено работят в режим на непрекъснат поток с проточни реактори. Това позволява силно равномерно смесване и безпроблемна обработка на пасти и суспензии – дори при много висок вискозитет.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати в зависимост от обема на партидата или дебита за обработка: