Korištenje mikro i nanosilica ili nanocijevi dovodi do poboljšanja u čvrstoće betona visokih performansi. Ultrasonication je efikasno sredstvo za miješanje, vlaženje i rasipanjem nanomaterijala u cementu ili betona.
 

Mikro silicijum se danas široko koristi u betonu, što dovodi do veće čvrstoće pritiska ili vode i betona otpornog na hemikalije. Ovo može da smanji materijalne troškove i potrošnju energije. Novi nanomaterijali, kao što su nano silika ili nanocijevi dovode do daljnjih poboljšanja otpornosti i čvrstoće. Ali da bi se pokazao pun potencijal nanomaterijala, potrebna je pouzdana i efikasna tehnika disperzije. Sonikatori tipa sonde su najpouzdanija i najefikasnija tehnika za proizvodnju nanodisperzije, čak i u visoko viskoznim i pastastim kašama kao što su cement i beton.

Mikrofina cementna disperzija sa ultrazvučnim mikserima

Istraživački tim Draganovića predstavlja istraživački članak, autori istražuju disperziju mikrofinog cementa koristeći ultrazvučnu tehnologiju i konvencionalne laboratorijske rastvarače. Studija ima za cilj da uporedi performanse ultrazvuka. – Konkretno, sonicator UP400St – tradicionalnim metodama disperzije grouta.

Istraživači su sproveli niz eksperimenata koristeći različite tehnike disperzije kako bi procenili raspodelu veličine čestica (PSD) i zeta potencijal mikrofinih čestica cementa. Tehnike disperzije uključuju ultrazvučni tretman pomoću UP400St zvučnika, laboratorijskih rastvarača velike brzine i kombinaciju obje metode.

Rezultati su pokazali da je ultrazvučna disperzija pomoću soničara UP400St postigla znatno bolju distribuciju veličine čestica u poređenju sa konvencionalnim laboratorijskim rastvaračima. Sonicator UP400St efikasno smanjuje aglomeraciju čestica mikrofinog cementa i proizvodi homogeniju i stabilniju suspenziju mase. Ultrazvučni tretman poboljšava distribuciju manjih čestica, što rezultira užim rasponom distribucije veličine čestica.
 

Vma-Getzmann Dispermat CV-3 rastvarač opremljen 90-mm ditorskim sistemom Hielscher UP400St ultrazvučni uređaj Opremljen je sa H22 sonotrodom.
(Studija i slike: ©Draganović et al., 2020)

 
Pored toga, upotreba ultrazvuka u kombinaciji sa konvencionalnim laboratorijskim rastvaračima dodatno poboljšava efikasnost disperzije, postižući još finiju raspodelu veličine čestica u poređenju sa samo ultrazvučnim tretmanom. Kada se kombinuje, sonifikacija obezbeđuje mikro-mešanje i nano-disperziju, dok rastvarač doprinosi makro-mešanju osiguravajući da sve čestice uđu u zonu ultrazvučne kavitacije. Ovo omogućava bolju kontrolu nad raspodelom veličine čestica (PSD) i zeta potencijalom mikrofinog cementa u serijskom radu. Kada se koristi reaktor protočnih ćelija, suspenzija čestica prolazi automatski kavitacionu zonu vruće tačke, tako da je dodatno miješanje suvišno.

Sve u svemu, studija ističe superiorne performanse sonicatora UP400St u raspršivanju mikrofine cementne mase. Ultrazvučni tretman, posebno u kombinaciji sa konvencionalnim laboratorijskim rastvaračima, nudi visoko efikasnu i efikasnu metodu za postizanje ujednačene i stabilne suspenzije mikrofinih čestica cementa.

Važno je napomenuti da članak pruža sveobuhvatno poređenje između ultrazvuka i konvencionalnih metoda disperzije koje ističu superiorne performanse sonicacije u disperziji masa.
(cf. Draganović et al., 2020)
 

Ultrazvučni homogenizator UP400St upoređuje se u pogledu efikasnosti disperzije cementne mase sa običnim laboratorijskim mikserom opremljenim diskom, i korišćenjem tehnike rotor-statora. Studija je pokazala da ultrazvučna disperzija nije samo efikasna metoda, već je čak i bolja od miksera koji koristi tehniku rotor-statora.
(studija i grafika: © Draganović et al., 2020)

Beton Istraživanje i razvoj

Beton istraživanja traži materijala i procesi na:

• smanjiti troškove materijala i troškovi energije
• dobiti visoku početnu i finalnu otpor
• poboljšanje gustoće i čvrstoće na pritisak
• poboljšati obradivost, pumpanja i urađenog
• poboljšati izdržljivost i smanjiti propusnost
• smanjiti skupljanja pukotine, brisanje prašine i problemi raslojavanja
• kemijska otpornost, npr sulfat otpor

Cement i betona

Kada je u pitanju poboljšanja u betonu svojstva, tehnologija miješanje je jednako važno kao i sastav betona. Miješanje je bitan korak u proizvodnji uniforme, visoke kvalitete betona. Iako su brojni smjernica i propisa, npr DIN EN 206 pokriti sastav betona i njegovih komponenti, stvarni proces miješanje cementa i betona je prepušteno korisniku.
To je odlučujući, da voda, cementa i dodataka su ravnomjerno raspršivanje i distribuira do fini razmjera i da aglomerata su dovoljno razišli. Nedovoljna disperziju ili sprečavanju grupisanja malih čestica rezultate u inferioran svojstva betona. Zbog niskog sadržaja vode i visoke doze primjesa, miješanje samozbijajućih beton (SCC) i ultra visoke čvrstoće betona (UHPC) zahtijeva duže vreme mešanja ili efikasnije tehnologije miješanje.

Nanomaterijala u betonu

Tokom hidratacije cementnih nanoskalnih hidratacionih proizvoda, kao što su kalcijum hidrati se formiraju u betonu za očvršćavanje. Nano čestice silicijuma ili nanocijevi pretvaraju se u nano čestice cementa tokom očvršćavanja betona. Manje čestice dovode do kraće udaljenosti čestica i gušćeg i manje poroznog materijala. Ovo povećava snagu pritiska i smanjuje propusnost.

Glavni nedostatak nano prah i materijala, iako je tendencija da se formira aglomerati tijekom vlaženje i miješanje. Osim ako pojedinac čestice i razišli, aglomeracije smanjuje izložena površina čestice što dovodi do inferiorne svojstva betona.

Ultrazvučni Miješanje nanomaterijala

Ultrazvučnost je veoma efikasno sredstvo za mešanje, raspršivanje i deaglomeraciju. Slika ispod prikazuje tipičan rezultat ultrazvučnog raspršivanja dimljenog silicijuma u vodi.

Pokretanje (zelena krivulja) na veličinu skupina čestica više od 200 mikrona (D50) većina čestica smanjena na manje od 200 nanometara.

Ultrazvučno miješanje na bilo kojem nivou

Hielscher nudi ultrazvučnog miješanje uređaja za korištenje u istraživanju i obradi punom obimu.

Sonikatori za laboratorijska istraživanja i razvoj

Hielscher ultrazvučni laboratorijski homogenizatori su savršen alat za miješanje za istraživanje i razvoj na laboratorijskom nivou. Hielscher laboratorijski soničari se obično koriste za ultrazvučno miješanje malih serija. Hielscher ultrazvučni homogenizatori nude preciznu kontrolu parametara i odličnu ponovljivost za pripremu skale gore. Ovo olakšava mešanje različitih formulacija i određivanje uticaja intenziteta ultrazvučnosti i trajanja sonifikacije.

Ultrazvučno miješanje u proizvodnji

Oprema za ultrazvučno mešanje potrebna za skaliranje može se tačno odrediti na osnovu laboratorijskog testa. Za obradu velikih zapreminskih tokova cementa ili betona, ultrazvučnici visokih performansi obično rade u režimu kontinuiranog protoka pomoću reaktora protoka. Ovo omogućava visoko ujednačeno mešanje i besprekornu obradu pasta i kaša. – čak i sa veoma visokim viskozitetima.

Tabela ispod daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnika u zavisnosti od zapremine serije ili brzine protoka koja se obrađuje: