Deaglomerace cementových částic pomocí výkonového ultrazvuku
Ultrazvuková deaglomerace pomocí sonikátorů typu sondy nabízí vynikající alternativu překonáním těchto problémů. Tato metoda eliminuje potřebu mlecích médií, zjednodušuje proces tím, že odstraňuje potřebu filtrace a intenzivního čištění po procesu a poskytuje účinné snížení velikosti částic v rozsahu jemných částic. Kromě toho snižuje závislost na dispergátorech a využívá kompaktnější, energeticky úspornější zařízení, což z něj činí velmi výhodné řešení pro disperzi a deaglomeraci cementových částic.
Výhody ultrazvukové deaglomerace cementových částic
Cement je jedním z nejdůležitějších materiálů ve stavebnictví, široce používaný pro své vazebné vlastnosti. Dosažení optimálního výkonu však vyžaduje rovnoměrnou distribuci částic, protože aglomerované částice mohou nepříznivě ovlivnit výkon cementu. Ultrazvuková deaglomerace se ukázala jako účinná technika pro řešení této výzvy.
Průmyslové sonikátory pro vysokokapacitní deaglomeraci cementových částic.
- Vylepšená disperze částic: Ultrazvuková deaglomerace účinně disperguje částice cementu a zajišťuje rovnoměrnou distribuci velikosti částic. Tato rovnoměrnost je rozhodující pro dosažení konzistentní pevnosti a trvanlivosti v cementových materiálech.
- Zlepšená hydratace: Zvětšený povrch deaglomerovaných částic zlepšuje proces hydratace, což vede k lepšímu spojení a vyšší pevnosti konečného produktu. Zlepšená hydratace také snižuje riziko neúplných reakcí a slabých míst v cementové matrici.
- Zvýšená zpracovatelnost: Dobře dispergované částice cementu mají za následek lépe zpracovatelnou směs, což usnadňuje míchání, nalévání a konečnou úpravu. Tato zlepšená zpracovatelnost může vést k rychlejším časům výstavby a snížení nákladů na pracovní sílu.
- Vylepšené mechanické vlastnosti: Ultrazvuková deaglomerace přispívá k vývoji hustší a homogennější mikrostruktury v materiálech na bázi cementu. To má za následek zlepšené mechanické vlastnosti, jako je pevnost v tlaku a tahu.
- Snížení spotřeby aditiv: Dosažením lepší disperze pomocí ultrazvukové deaglomerace lze minimalizovat potřebu chemických dispergátorů a dalších přísad. To nejen snižuje náklady, ale také snižuje dopad výroby cementu na životní prostředí.
- Nákladová efektivita: Bez ohledu na počáteční investici do průmyslového ultrazvuku z něj dlouhodobé výhody zlepšené kvality produktu, snížené spotřeby aditiv a zvýšeného výkonu činí nákladově efektivní řešení pro cementářský průmysl.
| Srovnávací aspekt | Kulové frézování cementových částic | Ultrazvuková deaglomerace cementových částic |
|---|---|---|
| Metoda | Jako mlecí médium se používají ocelové nebo křemičité kuličky | Používá ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou k vytvoření akustické kavitace a sonomechanických smykových sil |
| Výměna brusného média | Častá výměna ocelových nebo křemičitých kuliček | Žádná brusná média, eliminace nákladů na výměnu |
| Filtrace po procesu | Nutné k odfiltrování mlecích médií | Není to nutné, což zjednodušuje proces |
| Požadavky na čištění | Pracné a časově náročné čištění mlecího média a komory | Minimální čištění, ultrazvukové sondy se snadněji udržují |
| Účinnost v rozsahu jemných částic | Neefektivní pro částice v 0 – Rozsah 100 μm, časově náročný | Vysoce účinný pro jemné částice, včetně 0 – Rozsah 100 μm |
| Požadavek na dispergační činidlo | Potřeba velkého množství dispergátoru | Snížená potřeba dispergátorů díky silným kavitačním a smykovým silám |
| Charakteristika zařízení | Velké, objemné, energeticky neúčinné, vyžadují rozsáhlou údržbu a čištění | Kompaktní, energeticky úsporný, méně údržbový, snadněji se s ním manipuluje a jeho provoz je bezpečný |
Případová studie: Disperze mikrojemné cementové malty pomocí ultrazvukových mixérů
Výzkumný tým vedený Draganovićem představuje komplexní výzkum disperze mikrojemné cementové malty pomocí ultrazvukové technologie ve srovnání s konvenčními laboratorními rozpouštěči. Studie se konkrétně zaměřuje na výkon sonikátoru UP400St ve vztahu k tradičním metodám disperze spárovací hmoty.
Výzkumníci provedli řadu experimentů s využitím různých disperzních technik k posouzení distribuce velikosti částic (PSD) a zeta potenciálu mikrojemných částic cementu. Mezi hodnocené techniky patří ultrazvuková léčba sonikátorem UP400St, vysokorychlostními laboratorními rozpouštěči a kombinací obou metod.
Zjištění ukazují, že disperze ultrazvuku pomocí sonikátoru UP400St významně zvyšuje distribuci velikosti částic ve srovnání s konvenčními laboratorními rozpouštěči. Sonikátor UP400St účinně zmírňuje aglomeraci mikrojemných částic cementu a vytváří homogennější a stabilnější suspenzi spárovací hmoty. Ultrazvuková úprava zlepšuje distribuci menších částic, což má za následek užší rozsah distribuce velikosti částic.
Ultrazvukový homogenizátor UP400St je porovnán z hlediska disperzní účinnosti cementové malty s běžným laboratorním mixérem vybaveným diskem a pomocí techniky rotor-stator. Studie ukázala, že ultrazvuková disperze je nejen účinná metoda, ale je dokonce lepší než mixér využívající techniku rotor-stator.
(studie a grafika: © Draganović et al., 2020)
Kombinace ultrazvuku s konvenčními laboratorními rozpouštěči 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 malty v dávkových operacích. V systémech s kontinuálním průtokem suspenze částic automaticky prochází kavitační zónou horkého místa, takže není nutné další míchání.
Studie podtrhuje vynikající výkon sonikátoru UP400St při dispergování mikrojemné cementové spárovací hmoty. Ultrazvukové ošetření, zejména v kombinaci s konvenčními laboratorními rozpouštěči, nabízí účinnou a efektivní metodu pro dosažení rovnoměrné a stabilní suspenze mikrojemných částic cementu.
Tento výzkum poskytuje podrobné srovnání mezi ultrazvukem a konvenčními disperzními metodami, což zdůrazňuje vynikající účinnost sonikace při disperzi spárovací hmoty.
(srov. Draganović et al., 2020)
Porovnávané disperzní metody: Rozpouštěč Vma-Getzmann Dispermat CV-3 vybavený diskem o průměru 90 mm a systémem rotor-stator (R/S). Hielscher UP400St sonikátor vybavený sonotrodou H22.<br />(Study and pictures: ©Draganovic et al., 2020)
Sonikátor typu sondy UP400ST pro disperzi mikrojemné cementové spárovací hmoty
(Studie a obrázek: ©Draganovic et al., 2020)
Aplikace sonikátorů v cementářském průmyslu
Využití výhodných účinků vysoce výkonného ultrazvuku při deaglomeraci cementových částic a injektážní malty otevírá řadu aplikačních oblastí v cementářském průmyslu, což umožňuje zlepšit vlastnosti materiálu a kvalitu konečného produktu.
- Mokré mletí cementových částic: Sonikace typu sondy je vysoce účinná a energeticky účinná metoda mletí částic cementu. Přečtěte si více o ultrazvukovém mokrém mletí cementu!
- Výroba vysokohodnotného betonu: Sonikátory typu sondy se používají k výrobě vysoce výkonného betonu zajištěním rovnoměrné disperze jemných částic cementu a doplňkových cementových materiálů, jako je popílek a křemičitý výpar. To vede k betonu s vynikajícími mechanickými vlastnostmi a trvanlivostí.
- Vývoj nanokompozitů: Ve výzkumu a vývoji sonikátory typu sondy usnadňují začlenění nanočástic do cementových matric a vytvářejí nanokompozity s vylepšenými vlastnostmi, jako je zvýšená pevnost, houževnatost a odolnost vůči degradaci prostředí.
- Optimalizace aditivního výkonu: Ultrazvuková deaglomerace pomáhá optimalizovat výkon chemických přísad, jako jsou superplastifikátory a provzdušňovací činidla, tím, že zajišťuje jejich rovnoměrné rozložení v cementové matrici. To vede ke zlepšení zpracovatelnosti a výkonu konečného produktu.
Vysoce výkonné sonikátory pro disperzi a deaglomeraci cementových částic
Ultrazvuková deaglomerace pomocí sonátorů typu sondy nabízí významné výhody pro cementářský průmysl. Zvýšením disperze částic, zlepšením hydratace a zvýšením zpracovatelnosti přispívají tato zařízení k výrobě vysoce kvalitních cementových materiálů. Přesné ovládání, škálovatelnost a univerzálnost sonikátorů typu sondy z nich činí cenné nástroje pro výzkum i průmyslové aplikace, což podporuje inovace a efektivitu při výrobě cementu.
Hielscher Ultrasonic dodává vysoce výkonné sonikátory na jakékoli úrovni výkonu pro zpracování cementových částic a cementové injektážní malty z menších šarží pro výzkum + vývoj až po vysoké propustnosti pro průmyslovou deaglomeraci cementu ve výrobním měřítku.
- Vysoká efektivita
- Nejmodernější technologie
- spolehlivost & Robustnost
- Nastavitelné, přesné řízení procesu
- várka & Vložené
- pro libovolný svazek
- Inteligentní software
- chytré funkce (např. programovatelné, datové protokolování, dálkové ovládání)
- Snadná a bezpečná obsluha
- Nízké nároky na údržbu
- CIP (čištění na místě)
Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany
Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.
Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 0Přibližně 5 až 1,5 ml | Není k dispozici | VialTweeter |
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, 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.
Fakta, která stojí za to vědět
Co je cement?
Cement je jemná prášková látka, která působí jako pojivo ve stavebnictví. Po smíchání s vodou prochází chemickou reakcí zvanou hydratace a vytvrzuje se do pevného materiálu. Skládá se především z vápence, jílu, mušlí a oxidu křemičitého a je klíčovou složkou betonu, malty a dalších stavebních materiálů. Schopnost cementu vytvrzovat a vázat jiné materiály jej činí nezbytným pro stavbu budov, silnic, mostů a další infrastruktury. Nejběžnějším typem cementu je portlandský cement, který je široce používán díky své pevnosti a univerzálnosti.
Proč je deaglomerace cementových částic důležitá?
Deaglomerace cementových částic je důležitá, protože zajišťuje rovnoměrnou distribuci velikosti částic, což zvyšuje výkon a kvalitu materiálů na bázi cementu. Správná deaglomerace zlepšuje účinnost hydratace, což vede k pevnějšího a odolnějšímu betonu. Zvyšuje také zpracovatelnost cementových směsí, což usnadňuje jejich míchání, lití a konečnou úpravu. Dobře rozptýlené částice navíc snižují potřebu chemických přísad, snižují výrobní náklady a minimalizují dopad na životní prostředí. Celkově je efektivní deaglomerace klíčová pro dosažení optimálních mechanických vlastností a dlouhodobé životnosti ve stavebních projektech.
Jak se deaglomerují částice cementu?
Částice cementu se deaglomerují pomocí různých metod, přičemž ultrazvuková deaglomerace je jednou z nejúčinnějších technik. V tomto procesu jsou vysokofrekvenční ultrazvukové vlny vysílány sondou ponořenou do cementové suspenze. Tyto vlny vytvářejí intenzivní kavitační bubliny, které se hroutí s vysokou energií a vytvářejí silné smykové síly a rázové vlny. Tyto síly rozbíjejí částice aglomerovaného cementu a zajišťují rovnoměrnou disperzi. Mezi další metody patří mechanické míchání, mletí a použití dispergačních činidel, ale ultrazvuková deaglomerace je upřednostňována pro svou účinnost a schopnost dosáhnout jemné, konzistentní distribuce částic.
Jakou roli hraje voda při zpracování cementu?
Voda hraje klíčovou roli při zpracování cementu. Hydratuje různé minerály ve slínku, což zajišťuje potřebnou tekutost cementové pasty. Hospodaření s obsahem vody je však křehká rovnováha. Nadměrné množství vody může vést k problémům, jako je krvácení (kdy se voda odděluje od směsi) a snížená pevnost v tlaku. Naopak nedostatek vody může snížit zpracovatelnost, což ztěžuje manipulaci s cementovou směsí a vede ke slabším produktům.
Jak fungují sonikátory typu sondy?
Sonikátory typu sondy jsou specifickou třídou ultrazvukových zařízení určených k dispergaci a deaglomeraci částic v různých suspenzích, včetně cementu. Tato zařízení používají sondu nebo klakson, který vysílá ultrazvukové vlny přímo do média a vytváří kavitační bubliny, které implodují s vysokou energií, což vede k deaglomeraci částic.
Sonikátory typu sondy pracují generováním ultrazvukových vln obvykle v rozsahu 20 až 30 kHz. Sonda, nazývaná také sonotroda, je tyč vyrobená z materiálů, jako je titan, která je ponořena do cementové suspenze. Po aktivaci sonda vibruje na ultrazvukových frekvencích a vytváří intenzivní akustickou kavitaci. Tato kavitace zahrnuje tvorbu a prudké zhroucení mikroskopických bublin v kalu, 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 laboratoř k průmyslová velikost.