Ultrazvučno miješanje cementne paste za beton

Ultrazvučno miješanje cementne paste nudi velike prednosti za prefabrikovane kalupe, suho livenje i betonare. Ove prednosti uključuju kraće početno i konačno vrijeme vezivanja, manju dozu superplastifikatora, bržu i potpuniju hidrataciju, kao i veću tlačnu čvrstoću.

Tradicionalne tehnologije miješanja betona, kao npr “mešanje na putu” ili rotirajućim mikserima, obezbeđuju nedovoljno dejstvo mešanja za dispergovanje aglomerata čestica cementa i drugih cementnih materijala, kao što su elektrofilterski pepeo ili silicijum dioksid. Dok su vanjske čestice takvih aglomerata izložene vodi, unutrašnje površine čestica ostaju suhe. To rezultira sporom i nepotpunom hidratacijom.

Prednosti ultrazvučne tehnologije miješanja za beton

Ultrazvučno raspršivanje je najnaprednija tehnologija za deaglomeraciju i raspršivanje materijala mikronske i nano veličine u tekućinama. Ultrazvučno miješanje koristi kavitacijske smične sile koje su efikasnije u miješanju materijala fine veličine od konvencionalnih rotacijskih miksera i rotor-statorskih miksera. Za cement, silicijum dioksid, elektrofilterski pepeo, pigmente ili CNT, performanse ovih materijala se značajno povećavaju ultrazvučnim raspršivanjem, jer poboljšava distribuciju čestica i kontakt sa vodom.

Tokom hidratacije – reakcije cementa s vodom – C‑S‑H‑faze rastu igličaste strukture. Slike ispod pokazuju mikrostrukturu u cementnoj pasti nakon 5 sati hidratacije. U ultrazvučnoj cementnoj pasti, C-S-H-faze su dugačke skoro 500 nm, dok su u nesonificiranoj pasti C-S-H-faze oko 100 nm.

Mikrostruktura cementne paste nakon 5 sati vremena hidratacije

sa ultrazvučnom obradom	bez ultrazvučne obrade
Portland cementna pasta (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Univerzitet Bauhaus u Weimaru

 
Miješanje kavitacijom izazvanom ultrazvukom dovodi do bržeg rasta C‑S‑H‑faza.

 
Temperatura hidratacije

Utjecaj ultrazvučne obrade (PUS) na vremensko-temperaturne krivulje cementnih pasta

 
Kompresijska snaga

Utjecaj ultrazvučne obrade (PUS) na kompresijsku čvrstoću malternih prizmi

 
Ultrazvučna pulsna brzina

Utjecaj ultrazvučne obrade (PUS) na brzinu ultrazvučnog pulsa hidratantnih cementnih pasta

Rast C‑S‑H-faza korelira s temperaturom u cementnoj pasti tokom perioda hidratacije (kliknite na desnoj slici). U ultrazvučno izmiješanoj cementnoj pasti, hidratacija počinje cca. sat ranije. Ranija hidratacija korelira s ranijim povećanjem tlačne čvrstoće. Povećana brzina hidratacije može se izmjeriti i brzinom ultrazvučnog pulsa.

Naročito za prefabrikovane i suho lijevane betone, to dovodi do znatno kraćeg vremena dok se liveni beton ne može izvaditi iz kalupa. Studije Univerziteta Bauhaus (Njemačka) pokazale su sljedeće smanjenje vremena postavljanja.

Još jedna interesantna prednost ultrazvučnog mešanja je uticaj na fluidnost. Kao što je prikazano u gornjoj tabeli, pad se povećava za cca. 30%. Ovo omogućava smanjenu dozu superplastifikatora.

Proces integracije ultrazvučnih miksera u proizvodnju cementa

Hielscher nudi ultrazvučne miksere za efikasno raspršivanje cementa, silicijum dioksida, elektrofilterskog pepela, pigmenata ili CNT-a. Prvo, svaki suhi materijal treba prethodno pomiješati s vodom kako bi se formirala pasta visoke koncentracije koja se može pumpati. Hielscher ultrazvučni mikser deaglomerira i raspršuje čestice pomoću kavitacionog smicanja. Kao rezultat, cijela površina svake čestice je u potpunosti izložena vodi.

Ultrazvučna obrada cementne paste

U slučaju cementne paste, hidratacija počinje nakon ultrazvučne obrade. Stoga, Hielscher ultrazvučni mikser treba koristiti u liniji, jer se cementna pasta ne može čuvati duže vreme. Šematski crtež ispod ilustruje proces. U sljedećem koraku dodaje se agregat, poput pijeska ili šljunka, koji se miješa sa cementnom pastom. Kako su čestice cementa u toj fazi već dobro dispergirane, cementna pasta se dobro miješa s agregatom. Beton je tada spreman za punjenje u prefabrikovane kalupe ili za transport. Rezervoar za razbijanje pored ultrazvučnog miksera može se koristiti za kontinuiraniju obradu u slučaju nestabilne potražnje za betonom.
Pročitajte više o ultrazvučnoj deaglomeraciji cementnih čestica!

Ultrazvučno raspršivanje silicijum dioksida, letećeg pepela i nanomaterijala

Raspršivanje silicijum dioksida, elektrofilterskog pepela, pigmenata ili drugih nanomaterijala, kao što su ugljenične nanocevi, zahteva druge intenzitete obrade i nivoe energije. Iz tog razloga preporučujemo posebnu ultrazvučnu mješalicu za proizvodnju dobro raspršene suspenzije/paste koja se zatim dodaje u betonsku mješavinu. Kliknite na gornju grafiku za šematski crtež ovog procesa.

Oprema za ultrazvučno mešanje potrebna za povećanje veličine može se tačno odrediti na osnovu testova pilot skale korišćenjem UIP1000hdT, koji je moćni sonikator pilotske skale od 1.000 vati. Donja tabela prikazuje opšte preporuke uređaja u zavisnosti od zapremine šarže ili brzine protoka cementne paste koja se obrađuje.

Sa do 16 kW ultrazvučne snage miješanja po jednoj ultrazvučnoj sondi, Hielscher nudi procesorsku snagu potrebnu za aplikacije velikog obima. Ovu tehnologiju je lako testirati i linearno se povećava.