Ultrazvučno miješanje za beton visokih performansi
Upotreba mikro- i nanosilicijum dioksida ili nanocevi dovodi do poboljšanja tlačne čvrstoće betona visokih performansi. Ultrazvuk je efikasno sredstvo za miješanje, vlaženje i dispergiranje nanomaterijala u cementu ili betonu.
Mikro silicijum se danas široko koristi u betonu, što dovodi do veće čvrstoće na pritisak ili betona otpornih na vodu i hemikalije. To može smanjiti materijalne troškove i potrošnju energije. Novi nanomaterijali, kao što su nano silicijum ili nanocevi, dovode do daljeg poboljšanja otpornosti i snage. Ali da bi se pokazao puni potencijal nanomaterijala, potrebna je pouzdana i efikasna tehnika disperzije. Sonikatori tipa sonde su najpouzdanija i najefikasnija tehnika za proizvodnju nano-disperzije, čak iu visoko viskoznim i pastoznim suspenzijama kao što su cement i beton.
Mikrofina disperzija cementne mase sa ultrazvučnim mikserima
Istraživački tim Draganovića predstavlja istraživački rad, autori istražuju disperziju mikrofine cementne fuge koristeći ultrazvučnu tehnologiju i konvencionalne laboratorijske rastvarače. Studija ima za cilj da uporedi učinak ultrazvuka – u studiji posebno sonikator UP400St – tradicionalnim metodama disperzije fuge.
Istraživači su proveli niz eksperimenata koristeći različite tehnike disperzije kako bi procijenili raspodjelu veličine čestica (PSD) i zeta potencijal mikrofinih čestica cementa. Tehnike disperzije uključuju ultrazvučni tretman pomoću sonikatora UP400St, brze laboratorijske rastvarače i kombinaciju obje metode.
MultiSonoReactor MSR-4: Ultrazvučna inline disperzija za industrijsku linijsku proizvodnju cementa i betona visokih performansi.
Rezultati su pokazali da je ultrazvučna disperzija pomoću sonikatora UP400St postigla značajno bolju distribuciju veličine čestica u odnosu na konvencionalne laboratorijske rastvarače. Sonikator UP400St efikasno smanjuje aglomeraciju mikrofinih čestica cementa i proizvodi homogeniju i stabilniju suspenziju za fugiranje. Tretman ultrazvukom poboljšava raspodjelu manjih čestica, što rezultira užim rasponom raspodjele veličine čestica.
Upoređene metode disperzije: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dissolver opremljen diskom od 90 mm i sistemom rotor-stator. Hielscher UP400St ultrazvučni uređaj opremljen H22 sonotrodom.
(Studija i slike: ©Draganović et al., 2020)
Dodatno, upotreba ultrazvuka u kombinaciji sa konvencionalnim laboratorijskim rastvaračima dodatno poboljšava efikasnost disperzije, postižući još finiju distribuciju veličine čestica u poređenju sa samo ultrazvučnim tretmanom. Kada se kombinuje, sonikacija obezbeđuje mikro-miješanje i nano-disperziju, dok rastvarač doprinosi makro-miješanju osiguravajući da sve čestice uđu u zonu ultrazvučne kavitacije. Ovo omogućava bolju kontrolu nad distribucijom veličine čestica (PSD) i zeta potencijalom mikrofine cementne fuge u serijskom radu. Kada se koristi reaktor s protočnim ćelijama, suspenzija čestica automatski prolazi kroz zonu kavitacijske vruće tačke tako da je dodatno miješanje suvišno.
Sve u svemu, studija naglašava superiorne performanse sonikatora UP400St u raspršivanju mikrofine cementne mase. Tretman ultrazvukom, posebno u kombinaciji sa konvencionalnim laboratorijskim rastvaračima, nudi visoko efikasnu i efikasnu metodu za postizanje ujednačene i stabilne suspenzije mikrofinih čestica cementa.
Vrijedi napomenuti da članak pruža sveobuhvatno poređenje između ultrazvuka i konvencionalnih metoda disperzije naglašavajući superiorne performanse ultrazvučne obrade u disperziji fuga.
(up. Draganović i dr., 2020.)
Ultrazvučni homogenizator UP400St uspoređen je u pogledu efikasnosti disperzije cementne fuge sa običnom laboratorijskom miješalicom opremljenom diskom, i korištenjem rotor-stator tehnike. Studija je pokazala da ultrazvučna disperzija nije samo efikasna metoda već je čak i bolja od miksera koji koristi tehniku rotor-stator.
(studija i grafika: © Draganović i dr., 2020)
Istraživanje i razvoj betona
Konkretna istraživanja traže materijale i procese za:
- smanjiti materijalne troškove i troškove energije
- dobiti visok početni i konačni otpor
- poboljšati gustinu i čvrstoću na pritisak
- poboljšati obradivost, sposobnost pumpanja i završnu obradu
- poboljšati trajnost i smanjiti propusnost
- smanjiti pukotine od skupljanja, zaprašivanje i probleme sa raslojavanjem
- hemijska otpornost, npr. otpornost na sulfate
Mešanje cementa i betona
Kada je riječ o poboljšanju svojstava betona, tehnologija miješanja je jednako važna kao i sastav betona. Miješanje je bitan korak u proizvodnji ujednačenog, visokokvalitetnog betona. Iako brojne smjernice i propisi, npr. DIN EN 206 pokrivaju sastav betona i njegovih komponenti, sam proces miješanja cementa i betona prepušten je korisniku.
Odlučujuće je da su voda, cement i dodaci ravnomjerno dispergirani i raspoređeni do fine skale i da su aglomerati dovoljno dispergirani. Nedovoljno raspršivanje ili deaglomeracija rezultira lošijim svojstvima betona. Zbog niskog sadržaja vode i visoke doze dodataka, miješanje samozbijajućeg betona (SCC) i betona ultra visoke čvrstoće (UHPC) zahtijeva duže vrijeme miješanja ili efikasniju tehnologiju miješanja.
Nanomaterijali u betonu
Tokom hidratacije cementa u betonu koji se stvrdnjava stvaraju se proizvodi hidratacije nanorazmjera, kao što su kalcijum hidrati. Nanočestice silicijum dioksida ili nanocevi se pretvaraju u nanočestice cementa tokom skrućivanja betona. Manje čestice dovode do kraće udaljenosti čestica i gušćeg i manje poroznog materijala. Ovo povećava čvrstoću na pritisak i smanjuje propusnost.
Međutim, glavni nedostatak praha i materijala nano veličine je sklonost formiranju aglomerata tokom vlaženja i miješanja. Osim ako pojedinačne čestice nisu dobro raspršene, aglomeracija smanjuje izloženu površinu čestica što dovodi do lošijih svojstava betona.
Ultrazvučni procesor UIP16000 je homogenizator visokih performansi za disperziju cementa i betona
Ultrazvučno miješanje nanomaterijala
Ultrasonication je vrlo efikasno sredstvo za miješanje, dispergiranje i deaglomeraciju. Slika ispod prikazuje tipičan rezultat ultrazvučnog raspršivanja isparenog silicijum dioksida u vodi.
Počevši (zelena kriva) pri veličini čestica aglomerata većoj od 200 mikrona (D50) većina čestica je smanjena na manje od 200 nanometara.
Ultrazvučno miješanje u bilo kojoj mjeri
Hielscher nudi ultrazvučne uređaje za miješanje za korištenje u istraživanju i punoj obradi.
Sonikatori za laboratorijska istraživanja i razvoj
Hielscher ultrazvučni laboratorijski homogenizatori su savršen alat za miješanje za istraživanje i razvoj na laboratorijskoj skali. Hielscher laboratorijski sonikatori se obično koriste za ultrazvučno miješanje malih serija. Hielscher ultrazvučni homogenizatori nude preciznu kontrolu parametara i odličnu ponovljivost za pripremu skaliranja. Ovo olakšava miješanje različitih formulacija i određivanje utjecaja intenziteta ultrazvučne obrade i trajanja ultrazvučne obrade.
Ultrazvučno inline miješanje u proizvodnji
Ultrazvučna oprema za miješanje potrebna za povećanje veličine može se točno odrediti na osnovu laboratorijskog testa. Za obradu velikih tokova cementa ili betona, ultrasonikatori visokih performansi obično rade u kontinuiranom režimu protoka koristeći protočne reaktore. Ovo omogućava visoko ujednačeno miješanje i besprijekornu obradu pasta i kaša – čak i sa veoma visokim viskozitetima.
Tabela u nastavku daje vam indikaciju približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata u zavisnosti od količine serije ili protoka koji se obrađuje:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Literatura / Reference
- 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.
Inline miješanje cementa pomoću sonicatora
Hielscher ultrazvučni mikseri se obično instaliraju u liniji. Materijal se pumpa u ultrazvučni reaktorski sud. Tamo je izložen intenzivnoj ultrazvučnoj kavitaciji. Inline sonikacija eliminiše premošćavanje jer sve čestice prolaze kroz komoru za mešanje prateći definisanu putanju. Stoga, ultrazvučna obrada obično pomiče krivulju raspodjele veličine čestica umjesto da je širi.
Robustan i jednostavan za čišćenje
Ultrazvučni reaktor za miješanje sastoji se od protočne ćelije i sonotroda. Nisu potrebni ležajevi. Reaktori sa protočnim ćelijama (nerđajući čelik) imaju jednostavne geometrije i mogu se lako rastaviti i očistiti. Nema malih otvora ili skrivenih uglova.
Ostale primjene ultrazvuka za cement i beton
Upotreba Hielscher ultrazvučnih uređaja u pripremi cementa i betona nije ograničena na miješanje i dispergiranje cementnih premiksa ili betona. Ultrazvuk je vrlo efikasno sredstvo za otplinjavanje tekućina i muljnih tvari. Ovo smanjuje broj i zapreminu mjehurića plina zarobljenih u betonu nakon stvrdnjavanja.
Ultrazvučni tresač sita poboljšati propusnost i kvalitet sijanja praha za male čestice. Hielscher nudi ultrazvučno miješana sita za laboratorijske i industrijske primjene.
Konkretne pozadinske informacije
Beton se sastoji od cementa, npr. Portland cementa i drugih cementnih materijala, kao što su leteći pepeo i cement od šljake, agregata (šljunak, krečnjak, granit, pijesak), vode i hemijskih dodataka. Tipični dodaci uključuju akceleratore ili usporivače, plastifikatore, pigmente, silicijum dioksid ili metakaolin visoke reaktivnosti (HRM). Mikro silicijum je tipičan dodatak betonu. Njegov nedostatak je relativno visoka cijena i kontaminacija koja utječe na zdravlje operatera i radnika.