Ultrazvukové míchání cementové pasty do betonu
Ultrazvukové míchání cementové pasty nabízí velké výhody pro prefabrikáty, suché lití a betonárny. Mezi tyto výhody patří kratší počáteční a konečné doby tuhnutí, nižší dávkování superplastifikátoru, rychlejší a úplnější hydratace a také vyšší pevnost v tlaku.
Tradiční technologie míchání betonu, jako např “Míchání na cestách” nebo rotační míchačky, poskytují nedostatečný míchací účinek pro dispergaci aglomerátů cementových částic a jiných cementových materiálů, jako je popílek nebo oxid křemičitý. Zatímco vnější částice těchto aglomerátů jsou vystaveny vodě, vnitřní povrchy částic zůstávají suché. To má za následek pomalou a neúplnou hydrataci.
Výhody technologie ultrazvukového míchání betonu
Ultrazvuková dispergace je nejpokročilejší technologií pro deaglomeraci a dispergaci materiálů o velikosti mikronů a nanočástic v kapalinách. Ultrazvukové míchání využívá kavitační smykové síly, které jsou účinnější při míchání materiálů jemných rozměrů než konvenční rotační míchačky a míchačky rotor-stator. U cementu, oxidu křemičitého, popílku, pigmentů nebo CNT je výkon těchto materiálů výrazně zvýšen ultrazvukovou dispergací, protože zlepšuje distribuci částic a kontakt s vodou.
Během hydratace – reakce cementu s vodou – vznikají ve fázích C-S-H jehličkovité struktury. Obrázky níže ukazují mikrostrukturu v cementové pastě po 5 hodinách hydratace. V ultrazvukové cementové pastě jsou fáze CSH dlouhé téměř 500 nm, zatímco v nezsonikované pastě jsou fáze CSH kolem 100 nm.

Sonikátor UIP16000hdT pro dispergaci stavebních materiálů, jako je cement, geopolymery nebo beton.
s ultrazvukovým zpracováním
|
bez ultrazvukového zpracování
|
---|---|
![]() |
![]() |
portlandská cementová pasta (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Univerzita Bauhaus ve Výmaru |
Míchání ultrazvukem indukovanou kavitací vede k rychlejšímu růstu C-S-H-fází.
Teplota hydratace
Pevnost v tlaku
Rychlost ultrazvukového pulzu
Růst C-S-H-fází koreluje s teplotou v cementové pastě během období hydratace (klikněte na obrázek vpravo). V ultrazvukem smíchané cementové pastě Hydratace začíná přibližně o hodinu dříve. Dřívější hydratace koreluje s dřívějším zvýšením pevnosti v tlaku. Zvýšená rychlost hydratace může být měřena také ultrazvukovou rychlostí pulzu.

Ultrazvukový řadový mixér (UIP1000hdT) pro průmyslové míchání cementu v kontinuálním průtokovém provozu.
Zejména u betonových prefabrikátů a betonu pro suché lití to vede k výrazně kratší době, než může být beton vyjmut z formy. Studie univerzity Bauhaus (Německo) ukázaly následující zkrácení nastavených časů.
Odkaz | Diff. | Výkon ultrazvuku | |
---|---|---|---|
Počáteční sada | 5 hod 15 min | -29% | 3 hod 45 min |
Finálová sada | 6 hod 45 min | -33% | 4 hod 30 min |
Propad | 122 mm (4,8 mm)″) | +30% | 158 mm (6,2 mm)″) |
Další zajímavou výhodou ultrazvukového míchání je vliv na tekutost. Jak je uvedeno v tabulce výše, propad se zvyšuje přibližně o 30 %. To umožňuje snížené dávkování superplastifikátorů.
Procesní integrace ultrazvukových míchadel do výroby cementu
Hielscher nabízí ultrazvukové mixéry pro efektivní dispergaci cementu, oxidu křemičitého, popílku, pigmentů nebo CNT. Za prvé, jakýkoli suchý materiál by měl být předem smíchán s vodou, aby se vytvořila vysoce koncentrovaná, ale čerpatelná pasta. Ultrazvukový mixér Hielscher deaglomeruje a disperguje částice pomocí kavitačního smyku. Výsledkem je, že celý povrch každé částice je plně vystaven vodě.
Ultrazvukové zpracování cementové pasty
V případě cementové pasty začíná hydratace po ultrazvukovém zpracování. Proto by měl být ultrazvukový mixér Hielscher používán inline, protože cementová pasta nemůže být skladována po dlouhou dobu. Níže uvedený schematický nákres znázorňuje proces. V dalším kroku se přidá kamenivo, jako je písek nebo štěrk, a smíchá se s cementovou pastou. Vzhledem k tomu, že částice cementu jsou v této fázi již dobře rozptýleny, cementová pasta se dobře mísí s kamenivem. Beton je poté připraven k plnění do prefabrikovaných forem nebo k přepravě. V případě nestálé poptávky po betonu lze použít rozbíjecí nádrž vedle ultrazvukového mixéru ke kontinuálnějšímu zpracování.
Přečtěte si více o ultrazvukové deaglomeraci cementových částic!
Ultrazvuková dispergace oxidu křemičitého, popílku a nanomateriálů
Dispergace oxidu křemičitého, popílku, pigmentů nebo jiných nanomateriálů, jako jsou uhlíkové nanotrubice, vyžaduje jiné intenzity zpracování a energetické hladiny. Z tohoto důvodu doporučujeme samostatný ultrazvukový mixér pro výrobu dobře rozptýlené suspenze/pasty, která se poté přidá do betonové směsi. Kliknutím na obrázek výše zobrazíte schematický nákres tohoto procesu.
Ultrazvukové míchací zařízení potřebné pro škálování lze přesně určit na základě pilotních testů pomocí UIP1000hdT, což je 1 000 wattů výkonný pilotní sonikátor. V níže uvedené tabulce jsou uvedena obecná doporučení pro zařízení v závislosti na objemu šarže nebo průtoku cementové pasty, která má být zpracována.
Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
---|---|---|
0.1 až 10L | 0.2 až 2 l/min | UIP1000hdT, UIP1500hdT |
10 až 50 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
Není k dispozici | 10 až 50 l/min | UIP16000 |
Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
S až 16kW ultrazvukového míchacího výkonu na jednu ultrazvukovou sondu nabízí Hielscher výpočetní výkon potřebný pro velkoobjemové aplikace. Tato technologie se snadno testuje a lineárně se škáluje.
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
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.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.