Ултразвуково смесване за високоефективен бетон
Използването на микро- и наносилициев диоксид или нанотръби води до подобряване на якостта на натиск на високоефективния бетон. Ултразвукът е ефективно средство за смесване, намокряне и диспергиране на наноматериали в цимент или бетон.
Микросилициевият диоксид се използва широко в бетона днес, което води до по-висока якост на натиск или устойчиви на вода и химикали бетони. Това може да намали разходите за материали и потреблението на енергия. Новите наноматериали, като наносилициев диоксид или нанотръби, водят до по-нататъшни подобрения в устойчивостта и здравината. Но за да се покаже пълният потенциал на наноматериалите, е необходима надеждна и ефективна техника на дисперсия. Сондовите ултразвукораздвижители са най-надеждната и ефективна техника за производство на нанодисперсия, дори в силно вискозни и пастообразни суспензии като цимент и бетон.
Микрофина циментова фугираща дисперсия с ултразвукови смесители
Изследователският екип на Драганович представя изследователска статия, авторите изследват дисперсията на микрофина циментова фугираща смес с помощта на ултразвукова технология и конвенционални лабораторни разтворители. Проучването има за цел да сравни ефективността на ултразвука – в проучването по-специално ултразвукораздирателят UP400St – с традиционни методи за дисперсия на фугиращата смес.
Изследователите проведоха серия от експерименти, използвайки различни техники за дисперсия, за да оценят разпределението на размера на частиците (PSD) и зета потенциала на микрофините циментови частици. Техниките за дисперсия включват ултразвуково лечение с помощта на ултразвуков уред UP400St, високоскоростни лабораторни разтворители и комбинация от двата метода.
Резултатите показват, че ултразвуковата дисперсия с помощта на ултразвука UP400St постига значително по-добро разпределение на размера на частиците в сравнение с конвенционалните лабораторни разтворители. Ултразвуковият уред UP400St ефективно намалява агломерацията на микрофини циментови частици и произвежда по-хомогенна и стабилна суспензия за фугираща смес. Ултразвуковото лечение подобрява разпределението на по-малките частици, което води до по-тесен диапазон на разпределение на размера на частиците.
Освен това, използването на ултразвук в комбинация с конвенционални лабораторни разтворители допълнително подобрява ефективността на дисперсия, постигайки още по-фино разпределение на размера на частиците в сравнение само с ултразвуковото лечение. Когато се комбинира, ултразвукът осигурява микросмесване и нанодисперсия, докато разтворителят допринася за макросмесването, което гарантира, че всички частици попадат в зоната на ултразвукова кавитация. Това позволява по-добър контрол върху разпределението на размера на частиците (PSD) и зета потенциала на микрофината циментова фугираща смес при партидна работа. Когато се използва реактор с проточна клетка, суспензията на частиците преминава автоматично през зоната на кавитационната гореща точка, така че допълнителното разбъркване е излишно.
Като цяло проучването подчертава превъзходната производителност на ултразвуковия уред UP400St при диспергиране на микрофина циментова фугираща смес. Ултразвуковото лечение, особено когато се комбинира с конвенционални лабораторни разтворители, предлага високоефективен и ефикасен метод за постигане на равномерна и стабилна суспензия на микрофини циментови частици.
Струва си да се отбележи, че статията предоставя цялостно сравнение между ултразвука и конвенционалните методи за дисперсия, подчертавайки превъзходната производителност на ултразвука при дисперсия на фугиращата смес.
(вж. Draganović et al., 2020)
Конкретна научноизследователска и развойна дейност
Конкретните изследвания търсят материали и процеси, за да:
- намаляване на разходите за материали и енергия
- Получаване на високо начално и крайно съпротивление
- подобряване на плътността и якостта на натиск
- подобряване на обработваемостта, изпомпването и довършителната способност
- подобряване на издръжливостта и намаляване на пропускливостта
- намаляване на пукнатините при свиване, праха и разслояването
- химическа устойчивост, например сулфатна устойчивост
Смесване на цимент и бетон
Когато става въпрос за подобрения в свойствата на бетона, технологията на смесване е също толкова важна, колкото и съставът на бетона. Смесването е съществена стъпка в производството на еднороден, висококачествен бетон. Въпреки че многобройните насоки и разпоредби, например DIN EN 206, обхващат състава на бетона и неговите компоненти, действителният процес на смесване на цимент и смесване на бетон е оставен на потребителя.
От решаващо значение е водата, циментът и примесите да се разпръснат равномерно и да се разпределят до фин мащаб и агломератите да са достатъчно разпръснати. Недостатъчното диспергиране или деагломерация води до по-ниски свойства на бетона. Поради ниското съдържание на вода и високата доза примеси, смесването на самоуплътняващ се бетон (SCC) и бетон с ултрависока якост (UHPC) изисква по-дълго време за смесване или по-ефективна технология за смесване.
Наноматериали в бетона
По време на хидратацията на цимента в втвърдяващия се бетон се образуват продукти от наномащабна хидратация, като калциеви хидрати. Наночастиците от силициев диоксид или нанотръби се превръщат в наночастици цимент по време на втвърдяването на бетона. По-малките частици водят до по-късо разстояние на частиците и по-плътен и по-малко порест материал. Това увеличава якостта на натиск и намалява пропускливостта.
Основен недостатък на наноразмерния прах и материали обаче е тенденцията да се образуват агломерати по време на намокряне и смесване. Освен ако отделните частици не са добре диспергирани, агломерацията намалява откритата повърхност на частиците, което води до по-лоши свойства на бетона.
Ултразвуково смесване на наноматериали
Ултразвукът е много ефективно средство за смесване, диспергиране и деагломерация. Снимката по-долу показва типичен резултат от ултразвуково диспергиране на димящ силициев диоксид във вода.
Започвайки (зелена крива) от размер на агломератните частици над 200 микрона (D50), повечето от частиците са намалени до по-малко от 200 нанометра.
Ултразвуково смесване във всякакъв мащаб
Hielscher предлага ултразвукови смесителни устройства за използване в научни изследвания и пълномащабна обработка.
Соникатори за лабораторни изследвания и разработки
Ултразвуковите лабораторни хомогенизатори на Hielscher са перфектният инструмент за смесване за научноизследователска и развойна дейност в лабораторен мащаб. Лабораторните ултразвукови уреди на Hielscher обикновено се използват за ултразвуково смесване на малки партиди. Ултразвуковите хомогенизатори на Hielscher предлагат точен контрол на параметрите и отлична възпроизводимост за приготвяне на котлен камък. Това улеснява смесването на различни формулировки и определянето на въздействието на интензивността на ултразвука и продължителността на ултразвука.
Ултразвуково вградено смесване в производството
Ултразвуковото смесително оборудване, необходимо за мащабиране, може да бъде определено точно въз основа на лабораторния тест. За обработка на потоци от цимент или бетон с голям обем високоефективните ултразвукови уреди обикновено работят в режим на непрекъснат поток с помощта на проточни реактори. Това позволява изключително равномерно смесване и безупречна обработка на пасти и суспензии – дори с много висок вискозитет.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати в зависимост от обема на партидата или дебита, който ще се обработва:
Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
---|---|---|
1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
15 до 150L | 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Литература / Препратки
- 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.
Вградено смесване на цимент с помощта на соникатор
Ултразвуковите смесители на Hielscher обикновено се монтират на линия. Материалът се изпомпва в ултразвуковия корпус на реактора. Там е изложен на интензивна ултразвукова кавитация. Вградената ултразвук елиминира заобикалянето, тъй като всички частици преминават през смесителната камера, следвайки определен път. Следователно ултразвукът обикновено измества кривата на разпределение на размера на частиците, вместо да я разширява.
Здрав и лесен за почистване
Ултразвуковият смесителен реактор се състои от поточната клетка и сонотродите. Не са необходими лагери. Реакторите с проточни клетки (неръждаема стомана) имат проста геометрия и могат лесно да се разглобяват и почистват. Няма малки отвори или скрити ъгли.
Други приложения на ултразвука за цимент и бетон
Използването на ултразвукови устройства на Hielscher при приготвянето на цименти и бетони не се ограничава до смесване и диспергиране на циментови премикси или бетони. Ултразвукът е много ефективно средство за дегазиране на течности и суспензии. Това намалява броя и обема на газовите мехурчета, уловени в бетона след втвърдяване.
Ултразвукови шейкъри за сито подобряване на производителността и качеството на пресяването на прах за малки частици. Hielscher предлага ултразвуково разбъркани сита за лабораторни и промишлени приложения.
Конкретна основна информация
Бетонът е съставен от цимент, например портланд цимент и други циментови материали, като летлива пепел и шлаков цимент, инертни материали (чакъл, варовик, гранит, пясък), вода и химически примеси. Типичните примеси включват ускорители или забавители, пластификатори, пигменти, силициев диоксид или метакаолин с висока реактивност (HRM). Микросилициевият диоксид е типична добавка в бетона. Недостатъкът му е относително високата цена и замърсяването, засягащо здравето на операторите и работниците.