Ultrazvukové míchání pro vysokohodnotný beton
Použití mikro- a nanosiliky nebo nanotrubiček vede ke zlepšení pevnosti v tlaku vysoce hodnotného betonu. Ultrazvuku je účinný prostředek pro míchání, smáčení a dispergaci nanomateriálů v cementu nebo betonu.
Mikrooxid křemičitý je dnes široce používán v betonu, což vede k vyšší pevnosti v tlaku nebo betonům odolným vůči vodě a chemikáliím. To může snížit náklady na materiál a spotřebu energie. Nové nanomateriály, jako je nanooxid křemičitý nebo nanotrubice, vedou k dalšímu zlepšení odolnosti a pevnosti. Aby však bylo možné plně využít potenciál nanomateriálů, je zapotřebí spolehlivá a účinná disperzní technika. Sonikátory typu sondy jsou nejspolehlivější a nejúčinnější technikou pro výrobu nanodisperze, a to i ve vysoce viskózních a pastovitých suspenzích, jako je cement a beton.
Disperze mikrojemné cementové spárovací hmoty pomocí ultrazvukových mixérů
Výzkumný tým Draganoviće předkládal výzkumný článek, autoři zkoumají disperzi mikrojemné cementové malty pomocí ultrazvukové technologie a konvenčních laboratorních rozpouštěčů. Cílem studie je porovnat výkon ultrazvuku – ve studii, konkrétně sonikátor UP400St – tradičními metodami disperze spárovací hmoty.
Výzkumníci provedli řadu experimentů s použitím různých disperzních technik k vyhodnocení distribuce velikosti částic (PSD) a zeta potenciálu mikrojemných částic cementu. Disperzní techniky zahrnují ultrazvukové ošetření pomocí sonikátoru UP400St, vysokorychlostních laboratorních rozpouštěčů a kombinaci obou metod.
MultiSonoReactor MSR-4: Ultrazvuková inline disperze pro průmyslovou inline výrobu vysokohodnotného cementu a betonu.
Výsledky ukázaly, že ultrazvuková disperze pomocí sonikátoru UP400St dosáhla výrazně lepší distribuce velikosti částic ve srovnání s konvenčními laboratorními rozpouštěči. Sonikátor UP400St účinně snižuje aglomeraci mikrojemných částic cementu a vytváří homogennější a stabilnější suspenzi spárovací hmoty. Ultrazvukové ošetření zlepšuje distribuci menších částic, což má za následek užší rozsah distribuce velikosti částic.
Porovnávané disperzní metody: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 disolvert vybavený diskem o průměru 90 mm a systémem rotor-stator. Ultrazvukový přístroj Hielscher UP400St vybaven sonotrodou H22.
(Studie a obrázky: ©Draganovic et al., 2020)
Použití ultrazvuku v kombinaci s konvenčními laboratorními rozpouštěči navíc dále zlepšuje účinnost disperze a dosahuje ještě jemnější distribuce velikosti částic ve srovnání se samotným ultrazvukovým ošetřením. Při kombinaci, sonikace poskytuje mikromíchání a nano-disperze, zatímco rozpouštěč přispívá k makro-míchání, což zajišťuje, že všechny částice do ultrazvukové kavitační zóny. To umožňuje lepší kontrolu nad distribucí velikosti částic (PSD) a zeta potenciálem mikrojemné cementové injektážní malty v dávkovém provozu. Při použití reaktoru s průtočnou buňkou prochází suspenze částic automaticky kavitační zónou horkého místa, takže je zbytečné další míchání.
Celkově studie zdůrazňuje vynikající výkon sonikátoru UP400St při dispergování mikrojemné cementové spárovací hmoty. Ultrazvukové ošetření, zejména v kombinaci s konvenčními laboratorními rozpouštěči, nabízí vysoce účinnou a efektivní metodu pro dosažení rovnoměrné a stabilní suspenze mikrojemných částic cementu.
Stojí za zmínku, že článek poskytuje komplexní srovnání mezi ultrazvukem a konvenčními disperzními metodami, které zdůrazňují vynikající výkon sonikace při disperzi spárovací hmoty.
(srov. Draganović et al., 2020)
Ultrazvukový homogenizátor UP400St Je porovnána disperzní účinnost cementové malty s běžným laboratorním míchadlem vybaveným diskem a s využitím 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)
Konkrétní výzkum a vývoj
Konkrétní výzkum hledá materiály a procesy, které:
- Snížení nákladů na materiál a energie
- získat vysoký počáteční a konečný odpor
- Zlepšete hustotu a pevnost v tlaku
- Zlepšete zpracovatelnost, čerpatelnost a dokončovací schopnost
- zlepšit odolnost a snížit propustnost
- snížit smršťovací trhliny, problémy s prachem a delaminací
- chemická odolnost, např. odolnost vůči síranům
Míchání cementu a betonu
Pokud jde o zlepšení vlastností betonu, je technologie míchání stejně důležitá jako složení betonu. Míchání je nezbytným krokem při výrobě rovnoměrného a vysoce kvalitního betonu. Přestože složení betonu a jeho složek pokrývá řada směrnic a předpisů, např. DIN EN 206, je vlastní proces míchání cementu a betonu ponechán na uživateli.
Rozhodující je, aby voda, cement a příměsi byly rovnoměrně rozptýleny a rozloženy až do jemného rozsahu a aby byly dostatečně rozptýleny aglomeráty. Nedostatečná disperze nebo deaglomerace má za následek horší vlastnosti betonu. Vzhledem k nízkému obsahu vody a vysokému dávkování příměsí vyžaduje míchání samozhutnitelného betonu (SCC) a ultra vysokopevnostního betonu (UHPC) delší dobu míchání nebo efektivnější technologii míchání.
Nanomateriály v betonu
Během hydratace cementu se v tvrdnoucím betonu tvoří hydratační produkty v nanoměřítku, jako jsou hydráty vápenaté. Nanočástice oxidu křemičitého nebo nanotrubice se během tuhnutí betonu mění na nanočástice cementu. Menší částice vedou ke kratší vzdálenosti částic a hustšímu a méně poréznímu materiálu. Tím se zvyšuje pevnost v tlaku a snižuje se propustnost.
Hlavní nevýhodou nanorozměrných prášků a materiálů je však tendence tvořit aglomeráty během smáčení a míchání. Pokud nejsou jednotlivé částice dobře rozptýleny, aglomerace snižuje povrch obnažených částic, což vede k horším vlastnostem betonu.
Ultrazvukový procesor UIP16000 je vysoce výkonný homogenizátor pro disperzi cementu a betonu
Ultrazvukové míchání nanomateriálů
Ultrazvuku je velmi účinným prostředkem pro míchání, dispergaci a deaglomeraci. Na obrázku níže je znázorněn typický výsledek ultrazvukové disperze dýmavého oxidu křemičitého ve vodě.
Počínaje (zelená křivka) při velikosti částic aglomerátu větším než 200 mikronů (D50) byla většina částic zmenšena na méně než 200 nanometrů.
Ultrazvukové míchání v jakémkoli měřítku
Hielscher nabízí ultrazvuková míchací zařízení pro použití ve výzkumu a zpracování v plném rozsahu.
Sonikátory pro laboratorní výzkum a vývoj
Hielscher ultrazvukové laboratorní homogenizátory jsou dokonalým míchacím nástrojem pro výzkum a vývoj v laboratorním měřítku. Hielscher laboratorní sonikátory se obvykle používají pro ultrazvukové míchání malých šarží. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher nabízejí přesné řízení parametrů a vynikající reprodukovatelnost pro přípravu měřítka. To usnadňuje míchání různých formulací a stanovení dopadu intenzity ultrazvuku a trvání ultrazvuku.
Ultrazvukové inline míchání ve výrobě
Ultrazvukové míchací zařízení potřebné pro zavedení do praxe lze přesně určit na základě laboratorního testu. Pro zpracování velkých objemů cementu nebo betonu jsou vysoce výkonné ultrazvukové přístroje obvykle provozovány v režimu kontinuálního průtoku pomocí průtokových reaktorů. To umožňuje vysoce rovnoměrné míchání a bezchybné zpracování past a suspenzí – a to i při velmi vysokých viskozitách.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators v závislosti na objemu dávky nebo průtoku, který má být zpracován:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 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 |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
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.
Inline míchání cementu pomocí sonikátoru
Ultrazvukové mixéry Hielscher jsou obvykle instalovány in-line. Materiál je čerpán do nádoby ultrazvukového reaktoru. Tam je vystaven intenzivní ultrazvukové kavitaci. Inline sonikace eliminuje obcházení, protože všechny částice procházejí směšovací komorou po definované cestě. Proto ultrazvuku obvykle posouvá křivku distribuce velikosti částic spíše než ji rozšiřuje.
Robustní a snadno se čistí
Ultrazvukový směšovací reaktor se skládá z průtokové cely a sonotrod. Nejsou potřeba žádná ložiska. Reaktory s průtočnou buňkou (nerezová ocel) mají jednoduchou geometrii a lze je snadno rozebrat a vyčistit. Nejsou zde žádné malé otvory ani skryté rohy.
Další aplikace ultrazvuku pro cement a beton
Použití ultrazvukových zařízení Hielscher při přípravě cementů a betonů se neomezuje pouze na míchání a dispergaci cementových premixů nebo betonů. Ultrazvuk je velmi účinný prostředek pro odplyňování kapalin a kalů. Tím se snižuje počet a objem plynových bublin zachycených v betonu po vytvrzení.
Ultrazvukové sítové třepačky Zlepšete průchodnost a kvalitu práškového prosévání malých částic. Hielscher nabízí ultrazvukem míchaná síta pro laboratorní a průmyslové aplikace.
Konkrétní základní informace
Beton se skládá z cementu, např. portlandského cementu a dalších cementových materiálů, jako je popílek a struskový cement, kameniva (štěrk, vápenec, žula, písek), vody a chemických příměsí. Mezi typické příměsi patří urychlovače nebo retardéry, změkčovadla, pigmenty, výpary oxidu křemičitého nebo metakaolin s vysokou reaktivitou (HRM). Mikrooxid křemičitý je typickou příměsí do betonu. Jeho nevýhodou je relativně vysoká cena a kontaminace ovlivňující zdraví obsluhy a pracovníků.