Deaglomerace cementových částic pomocí výkonového ultrazvuku
Sonikátory sondového typu se často používají k deaglomeraci cementových částic. Tato metoda odstraňuje potřebu mlecích médií, zjednodušuje proces, protože filtrace a intenzivní čištění nejsou nutné, a zajišťuje účinné zmenšení velikosti částic. Sonikace navíc snižuje závislost na disperzantech a využívá kompaktnější a energeticky účinnější zařízení, což z ní činí velmi výhodné řešení pro disperzi a deaglomeraci cementových částic.
Výhody ultrazvukové deaglomerace cementových částic
Cement je jedním z nejdůležitějších materiálů ve stavebnictví a široce se používá pro své pojivové vlastnosti. Dosažení optimálních užitných vlastností však vyžaduje rovnoměrnou distribuci částic, protože aglomerované částice mohou nepříznivě ovlivnit užitné vlastnosti cementu. Ultrazvuková deaglomerace se ukázala jako účinná technika, jak tento problém řešit.
Průmyslové sonikátory pro vysokokapacitní deaglomeraci cementových částic.
- Zlepšená disperze částic: Ultrazvuková deaglomerace účinně disperguje cementové částice a zajišťuje rovnoměrnou distribuci velikosti částic. Tato rovnoměrnost je klíčová pro dosažení konzistentní pevnosti a trvanlivosti cementových materiálů.
- Zlepšená hydratace: Větší povrch deaglomerovaných částic podporuje proces hydratace, což vede k lepšímu pojení a vyšší pevnosti konečného produktu. Zlepšená hydratace také snižuje riziko neúplných reakcí a slabých míst v cementové matrici.
- Zvýšená zpracovatelnost: Dobře dispergované cementové částice vedou ke zpracovatelnější směsi, kterou je snazší míchat, lít a dokončovat. Tato lepší zpracovatelnost může vést ke kratší době výstavby a nižším nákladům na práci.
- Zlepšené mechanické vlastnosti: Ultrazvuková deaglomerace přispívá k vytvoření hutnější a homogennější mikrostruktury v materiálech na bázi cementu. To vede ke zlepšeným mechanickým vlastnostem, jako je pevnost v tlaku a v tahu.
- Snížení spotřeby přísad: Díky lepší disperzi dosažené ultrazvukovou deaglomerací lze minimalizovat potřebu chemických disperzantů a dalších přísad. To nejen snižuje náklady, ale také omezuje dopad výroby cementu na životní prostředí.
- Nákladová efektivita: Bez ohledu na počáteční investici do ultrazvukového přístroje průmyslové třídy činí dlouhodobé přínosy v podobě lepší kvality produktu, nižší spotřeby přísad a vyššího výkonu z tohoto přístroje nákladově efektivní řešení pro cementářský průmysl.
| Srovnávané hledisko | Mletí cementových částic v kulovém mlýně | Ultrazvuková deaglomerace cementových částic |
|---|---|---|
| Metoda | Používá ocelové koule nebo koule z oxidu křemičitého jako mlecí média | Využívá vysoce intenzivní ultrazvukové vlny k vytvoření akustické kavitace a sonomechanických smykových sil |
| Výměna mlecích médií | Častá výměna ocelových koulí nebo koulí z oxidu křemičitého | Žádná mlecí média, odpadají náklady na výměnu |
| Filtrace po zpracování | Nutná k odfiltrování mlecích médií | Není nutná, což zjednodušuje proces |
| Požadavky na čištění | Pracné a časově náročné čištění mlecích médií a komory | Minimální čištění, údržba ultrazvukových sond je snazší |
| Účinnost v oblasti jemných částic | Neúčinné pro částice v rozsahu 0 – 100 µm, časově náročné | Vysoce účinná pro jemné velikosti částic, včetně rozsahu 0 – 100 µm |
| Potřeba disperzantů | Je nutné velké množství disperzantu | Snížená potřeba disperzantů díky silné kavitaci a smykovým silám |
| Vlastnosti zařízení | Velké, objemné, energeticky neúčinné, vyžaduje rozsáhlou údržbu a čištění | Kompaktní, energeticky účinné, menší nároky na údržbu, snadnější manipulace a bezpečný provoz |
Případová studie: disperze mikrojemné cementové injektážní směsi pomocí ultrazvukových mísičů
Výzkumný tým vedený Draganovićem představuje komplexní výzkum disperze mikrojemné cementové injektážní směsi pomocí ultrazvukové technologie ve srovnání s konvenčními laboratorními disolvery. Studie se konkrétně zaměřuje na výkon sonikátoru UP400St v porovnání s tradičními metodami disperze injektážních směsí.
Výzkumníci provedli sérii experimentů s využitím různých disperzních technik, aby posoudili distribuci velikosti částic (PSD) a zeta potenciál mikrojemných cementových částic. Hodnocené techniky zahrnují ultrazvukové ošetření sonikátorem UP400St, vysokorychlostní laboratorní disolvery a kombinaci obou metod.
Výsledky ukazují, že ultrazvuková disperze pomocí sonikátoru UP400St výrazně zlepšuje distribuci velikosti částic ve srovnání s konvenčními laboratorními disolvery. Sonikátor UP400St účinně omezuje aglomeraci mikrojemných cementových částic a vytváří homogennější a stabilnější suspenzi injektážní směsi. Ultrazvukové ošetření zlepšuje distribuci menších částic, což vede k užšímu rozsahu distribuce velikosti částic.
Ultrazvukový homogenizátor UP400St je z hlediska účinnosti disperze cementové injektážní směsi porovnáván s běžným laboratorním mísičem vybaveným diskem a s technikou rotor-stator. Studie ukázala, že ultrazvuková disperze je nejen účinnou metodou, ale je dokonce lepší než mísič využívající techniku rotor-stator.
(studie a graf: © Draganović et al., 2020)
Kombinace ultrazvuku s konvenčními laboratorními disolvery navíc zvyšuje účinnost disperze a dosahuje ještě jemnější distribuce velikosti částic než samotné ultrazvukové ošetření. Tato kombinace umožňuje lepší kontrolu nad PSD a zeta potenciálem mikrojemné cementové injektážní směsi při vsádkovém zpracování. V systémech s kontinuálním průtokem prochází suspenze částic automaticky kavitační zónou hot spotu, takže další míchání není nutné.
Studie zdůrazňuje vynikající výkon sonikátoru UP400St při disperzi mikrojemné cementové injektážní směsi. Ultrazvukové ošetření, zejména v kombinaci s konvenčními laboratorními disolvery, nabízí účinnou a efektivní metodu pro dosažení rovnoměrné a stabilní suspenze mikrojemných cementových částic.
Tento výzkum poskytuje podrobné srovnání ultrazvukových a konvenčních disperzních metod a zdůrazňuje vynikající účinnost sonikace při disperzi injektážních směsí.
(srov. Draganović et al., 2020)
Porovnávané metody disperze: disolver Vma-Getzmann Dispermat CV-3 vybavený diskem o průměru 90 mm, systém rotor-stator (R/S) a sonikátor Hielscher UP400St vybavený sonotrodou H22.
(Studie a obrázky: ©Draganovic et al., 2020)
Sonikátor sondového typu UP400ST pro disperzi mikrojemné cementové injektážní směsi
(Studie a obrázek: ©Draganovic et al., 2020)
Aplikace sonikátorů v cementářském průmyslu
Využití příznivých účinků vysoce výkonného ultrazvuku při deaglomeraci cementových částic a injektážních směsí otevírá v cementářském průmyslu řadu oblastí použití, které umožňují zlepšit vlastnosti materiálů a kvalitu konečného produktu.
- Mokré mletí cementových částic: Sonikace sondového typu je vysoce účinná a energeticky úsporná metoda mletí cementových částic. Přečtěte si více o ultrazvukovém mokrém mletí cementu!
- Výroba vysokohodnotného betonu: Sonikátory sondového typu se používají k výrobě vysokohodnotného betonu tím, že zajišťují rovnoměrnou disperzi jemných cementových částic a doplňkových cementových materiálů, jako je popílek a křemičitý úlet. Výsledkem je beton s vynikajícími mechanickými vlastnostmi a trvanlivostí.
- Vývoj nanokompozitů: Ve výzkumu a vývoji usnadňují sonikátory sondového typu začlenění nanočástic do cementových matric a vytvářejí nanokompozity se zlepšenými vlastnostmi, jako je zvýšená pevnost, houževnatost a odolnost vůči degradaci vlivem prostředí.
- Optimalizace účinku přísad: Ultrazvuková deaglomerace pomáhá optimalizovat účinek chemických přísad, jako jsou superplastifikátory a provzdušňovací přísady, tím, že zajišťuje jejich rovnoměrnou distribuci v cementové matrici. To vede ke zlepšené zpracovatelnosti a lepším užitným vlastnostem konečného produktu.
Vysoce výkonné sonikátory pro disperzi a deaglomeraci cementových částic
Ultrazvuková deaglomerace pomocí sonikátorů sondového typu nabízí cementářskému průmyslu významné výhody. Zlepšením disperze částic, hydratace a zpracovatelnosti přispívají tato zařízení k výrobě vysoce kvalitních cementových materiálů. Díky přesnému řízení, škálovatelnosti a všestrannosti jsou sonikátory sondového typu cennými nástroji pro výzkum i průmyslové aplikace a podporují inovace a efektivitu při výrobě cementu.
Hielscher Ultrasonic dodává vysoce výkonné sonikátory libovolného výkonu pro zpracování cementových částic a cementových injektážních směsí, od menších šarží pro výzkum + vývoj až po vysokou výrobní kapacitu pro průmyslovou deaglomeraci cementu v produkčním měřítku.
- vysoká účinnost
- nejmodernější technologie
- spolehlivost & robustnost
- nastavitelné, přesné řízení procesu
- vsádkově & inline
- pro jakýkoli objem
- inteligentní software
- chytré funkce (např. programovatelnost, protokolování dat, dálkové ovládání)
- snadná a bezpečná obsluha
- nízká náročnost na údržbu
- CIP (čištění na místě)
Design, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany
Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou známé svými nejvyššími standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují bezproblémovou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. Ultrazvukové přístroje Hielscher snadno zvládají drsné podmínky a náročná prostředí.
Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher samozřejmě vyhovují CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.
Níže uvedená tabulka vám poskytne přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 0,5 až 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150L | 3 až 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 až 150L | 3 až 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání, disperzi, emulgaci a extrakci v laboratorním, pilotním a průmyslovém měřítku.
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.
Užitečné informace
Co je cement?
Cement je jemná prášková látka, která ve stavebnictví působí jako pojivo. Po smíchání s vodou prochází chemickou reakcí zvanou hydratace a tvrdne v pevný materiál. Skládá se především z vápence, jílu, lastur a oxidu křemičitého a je klíčovou složkou betonu, malty a dalších stavebních materiálů. Schopnost cementu tvrdnout a spojovat jiné materiály z něj činí nezbytnou součást výstavby budov, silnic, mostů a další infrastruktury. Nejběžnějším typem cementu je portlandský cement, který se široce používá díky své pevnosti a všestrannosti.
Proč je deaglomerace cementových částic důležitá?
Deaglomerace cementových částic je důležitá, protože zajišťuje rovnoměrnou distribuci velikosti částic, což zlepšuje užitné vlastnosti a kvalitu materiálů na bázi cementu. Správná deaglomerace zvyšuje účinnost hydratace, což vede k pevnějšímu a trvanlivějšímu betonu. Zlepšuje také zpracovatelnost cementových směsí, takže se snáze míchají, lijí a dokončují. Dobře dispergované částice navíc snižují potřebu chemických přísad, snižují výrobní náklady a minimalizují dopad na životní prostředí. Celkově je účinná deaglomerace zásadní pro dosažení optimálních mechanických vlastností a dlouhodobé trvanlivosti ve stavebních projektech.
Jak se cementové částice deaglomerují?
Cementové částice se deaglomerují různými metodami, přičemž ultrazvuková deaglomerace patří k nejúčinnějším technikám. Při tomto procesu jsou vysokofrekvenční ultrazvukové vlny vyzařovány sondou ponořenou do cementové suspenze. Tyto vlny vytvářejí intenzivní kavitační bubliny, které kolabují s vysokou energií a vyvolávají silné smykové síly a rázové vlny. Tyto síly rozbíjejí aglomerované cementové částice a zajišťují rovnoměrnou disperzi. Mezi další metody patří mechanické míchání, mletí a použití dispergačních činidel, ultrazvuková deaglomerace je však upřednostňována pro svou účinnost a schopnost dosáhnout jemné a konzistentní distribuce částic.
Jakou roli hraje voda při zpracování cementu?
Voda hraje při zpracování cementu klíčovou roli. Hydratuje různé minerály ve slínku, což cementové pastě dodává potřebnou tekutost. Řízení obsahu vody je však otázkou křehké rovnováhy. Nadměrné množství vody může vést k problémům, jako je odlučování vody (kdy se voda oddělí od směsi) a snížená pevnost v tlaku. Naopak nedostatek vody může snížit zpracovatelnost, takže se s cementovou směsí obtížně manipuluje a výsledné produkty jsou slabší.
Jak fungují sonikátory sondového typu?
Sonikátory sondového typu jsou specifickou třídou ultrazvukových zařízení určených k dispergaci a deaglomeraci částic v různých suspenzích, včetně cementu. Tato zařízení používají sondu neboli sonotrodu, která vyzařuje ultrazvukové vlny přímo do média a vytváří kavitační bubliny, jež implodují s vysokou energií, což vede k deaglomeraci částic.
Sonikátory sondového typu pracují tak, že generují ultrazvukové vlny typicky v rozsahu 20 až 30kHz. Sonda, nazývaná také sonotroda, je tyč z materiálů, jako je titan, která se ponoří do cementové suspenze. Po aktivaci sonda vibruje na ultrazvukových frekvencích a vytváří intenzivní akustickou kavitaci. Tato kavitace zahrnuje vznik a prudký kolaps mikroskopických bublin v suspenzi, což generuje silné smykové síly a rázové vlny. Tyto síly rozbíjejí aglomerované částice a podporují rovnoměrnou disperzi.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní po průmyslovou velikost.