Ultralydsmixing til højtydende beton
Anvendelsen af mikro- og nanosilica eller nanorør fører til forbedringer i kompressionsstyrken af højtydende beton. Ultralydbehandling er et effektivt middel til blanding, befugtning og spredning af nanomaterialer i cement eller beton.
Mikrosilica anvendes i vid udstrækning i beton i dag, hvilket fører til højere trykstyrke eller vand- og kemikaliebestandige beton. Det kan reducere materialeomkostninger og energiforbrug. Nye nanomaterialer, såsom nanosilica eller nanorør, fører til yderligere forbedringer i modstandsdygtighed og styrke. Men for at kunne udnytte nanomaterialers fulde potentiale kræves der en pålidelig og effektiv spredningsteknik. Sonde-type sonikatorer er den mest pålidelige og effektive teknik til fremstilling af nanodispersion, selv i meget viskøse og pastalignende opslæmninger som cement og beton.
Mikrofin cement fugemasse dispersion med ultralyd blandere
Forskerholdet i Draganović præsenterer forskningsartikel, forfatterne undersøger spredningen af mikrofin cementfugemasse ved hjælp af ultralydsteknologi og konventionelle laboratorieopløsere. Undersøgelsen har til formål at sammenligne ultralydets ydeevne – i undersøgelsen specifikt sonikatoren UP400St – med traditionelle metoder til fugemassedispersion.
Forskerne gennemførte en række eksperimenter ved hjælp af forskellige dispersionsteknikker til at evaluere partikelstørrelsesfordelingen (PSD) og zetapotentialet for de mikrofine cementpartikler. Dispersionsteknikkerne omfatter ultralydsbehandling ved hjælp af UP400St sonikator, højhastighedslaboratorieopløsninger og kombinationen af begge metoder.
MultiSonoReactor MSR-4: Ultralyd inline dispersion til industriel inline produktion af højtydende cement og beton.
Resultaterne viste, at ultralyddispersion ved hjælp af sonikatoren UP400St opnåede signifikant bedre partikelstørrelsesfordeling sammenlignet med konventionelle laboratorieopløsere. Sonikatoren UP400St reducerer effektivt agglomereringen af mikrofine cementpartikler og producerer en mere homogen og stabil fugemassesuspension. Ultralydsbehandlingen forbedrer fordelingen af mindre partikler, hvilket resulterer i et smallere partikelstørrelsesfordelingsområde.
Sammenlignede dispersionsmetoder: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dissolver udstyret med en 90 mm disk og et rotor-statorsystem. Hielscher UP400St ultralydsenhed udstyret med en H22 sonotrode.
(Undersøgelse og billeder: ©Draganovic et al., 2020)
Derudover forbedrer brugen af ultralyd i kombination med konventionelle laboratorieopløsninger yderligere dispersionseffektiviteten og opnår en endnu finere partikelstørrelsesfordeling sammenlignet med ultralydsbehandling alene. Når den kombineres, giver sonikering mikroblanding og nanodispersion, mens opløseren bidrager til makroblandingen, der sikrer, at alle partikler kommer ind i ultralydkavitationszonen. Dette giver mulighed for bedre kontrol over partikelstørrelsesfordelingen (PSD) og zetapotentialet for den mikrofine cementfugemasse i batchdrift. Ved anvendelse af en flowcellereaktor passerer partikelsuspensionen automatisk kavitationel hot spot-zonen, således at den ekstra omrøring er overflødig.
Samlet set fremhæver undersøgelsen den overlegne ydeevne af sonikatoren UP400St i dispergering af mikrofin cementfugemasse. Ultralydsbehandlingen, især når den kombineres med konventionelle laboratorieopløsere, tilbyder en yderst effektiv og effektiv metode til at opnå en ensartet og stabil suspension af mikrofine cementpartikler.
Det er værd at bemærke, at artiklen giver en omfattende sammenligning mellem ultralyd og konventionelle dispersionsmetoder, der fremhæver den overlegne ydeevne af sonikering i fugemassedispersion.
(jf. Draganović et al., 2020)
Ultralydhomogenisatoren UP400St sammenlignes med hensyn til dispersionseffektivitet af cementmørtel med en almindelig laboratorieblander udstyret med en skive og ved hjælp af rotorstatorteknikken. Undersøgelsen viste, at ultralyddispersion ikke kun er en effektiv metode, men er endnu bedre end en mixer ved hjælp af rotorstatorteknikken.
(undersøgelse og grafik: © Draganović et al., 2020)
Betonforskning og -udvikling
Betonforskning søger materialer og processer til:
- reducere materialomkostninger og energikostnader
- opnå høj indledende og endelig modstand
- forbedre densitet og trykstyrke
- forbedre arbejdbarhed, pumpbarhed og finish
- forbedre holdbarheden og reducere permeabiliteten
- reducere krympesprækker, støv og delamineringsproblemer
- kemisk resistens, fx sulfatresistens
Cement Og Betonblanding
Når det kommer til forbedringer i betonegenskaber, er blandeteknologi lige så vigtig som betonkomposition. Blanding er et vigtigt skridt i produktionen af ensartet beton af høj kvalitet. Selv om mange retningslinjer og forskrifter, f.eks. DIN EN 206 dækker sammensætningen af beton og dets komponenter, overlades den egentlige proces med cementblanding og betonblanding til brugeren.
Det er afgørende, at vand, cement og blandinger er jævnt fordelt og fordelt ned til en fin skala, og at agglomeraterne er tilstrækkeligt dispergerede. Utilstrækkelig dispergering eller deagglomerering resulterer i ringere betonegenskaber. På grund af det lave vandindhold og den høje dosering af blandinger kræver blandingen af selvkompakterende beton (SCC) og ultrahøjstyrkebeton (UHPC) en længere blandingstid eller en mere effektiv blandingsteknologi.
Nanomaterialer I Beton
Under hydrering af cement nanoskala hydreringsprodukter, såsom calciumhydrater dannes i hærdningsbetonen. Nanopartikler af silica eller nanorør bliver til nanopartikler af cement under størkning af betonen. Mindre partikler fører til kortere partikelafstand og et tættere og mindre porøst materiale. Dette øger trykstyrken og reducerer permeabiliteten.
En stor ulempe ved nanosering af pulver og materialer er imidlertid tendensen til at danne agglomerater under befugtning og blanding. Medmindre de enkelte partikler er godt dispergerede, reducerer agglomerering den eksponerede partikeloverflade, der fører til ringere betonegenskaber.
Ultralydprocessoren UIP16000 er en højtydende homogenisator til spredning af cement og beton
Ultralyd blanding af nanomaterialer
Ultralydbehandling er et meget effektivt middel til blanding, dispergering og deagglomerering. Billedet nedenfor viser et typisk resultat af ultralydsdispergering af røget silica i vand.
Begyndelse (grøn kurve) ved en agglomeratpartikelstørrelse på mere end 200 mikron (D50) blev de fleste partikler reduceret til mindre end 200 nanometer.
Ultralydsblanding ved enhver skala
Hielscher tilbyder ultralyd blandingsanordninger til brug i forskning og fuld skala behandling.
Sonikatorer til laboratorieforskning og -udvikling
Hielscher ultralyd laboratorie homogenisatorer er det perfekte blandingsværktøj til forskning og udvikling på laboratorieskala. Hielscher lab sonikatorer bruges typisk til ultralydsblanding af små partier. Hielscher ultralydhomogenisatorer tilbyder en nøjagtig parameterkontrol og fremragende reproducerbarhed til forberedelse af opskaleringen. Dette gør det nemt at blande forskellige formuleringer og bestemme virkningen af ultralydbehandling intensitet og varighed af sonikering.
Ultralyd inline blanding i produktionen
Det ultralydblandingsudstyr, der er nødvendigt til opskalering, kan bestemmes nøjagtigt baseret på laboratorietesten. Til behandling af store volumenstrømme af cement eller beton drives højtydende ultralydapparater normalt i kontinuerlig strømningstilstand ved hjælp af gennemstrømningsreaktorer. Dette giver mulighed for meget ensartet blanding og fejlfri behandling af pastaer og opslæmninger – selv med meget høje viskositeter.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet af vores ultralydapparater afhængigt af batchvolumen eller strømningshastighed, der skal behandles:
| Batch Volumen | Strømningshastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml / min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 til 100 l | 2 til 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 til 150L | 3 til 15 liter/min | UIP6000hdT |
| na | 10 til 100 l / min | UIP16000 |
| na | større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg Os!
Litteratur / Referencer
- 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 blanding af cement ved hjælp af en sonikator
Hielscher ultralydsmixere er typisk installeret in-line. Materialet pumpes ind i ultralydreaktorbeholderen. Der er det udsat for intens ultralydskavitation. Inline sonication eliminerer forbigående, da alle partikler passerer blandekammeret efter en bestemt vej. Derfor skifter ultralydningen typisk partikelstørrelsesfordelingskurven i stedet for at udvide den.
Robust og nem at rengøre
En ultralydblandingsreaktor består af flowcellen og sonotroderne. Ingen lejer er nødvendige. Flowcellereaktorer (rustfrit stål) har enkle geometrier og kan let skilles ad og rengøres. Der er ingen små åbninger eller skjulte hjørner.
Andre anvendelser af ultralyd til cement og beton
Anvendelsen af Hielscher ultralydsenheder til fremstilling af cement og beton er ikke begrænset til blanding og dispergering af cementforblandinger eller beton. Ultralyd er et meget effektivt middel til afgasning af væsker og opslæmninger. Dette reducerer antallet og mængden af gasbobler, der er fanget i betonen efter hærdning.
Ultralyd sigte shakers forbedre gennemstrømningen og kvaliteten af pulversigtning for små partikler. Hielscher tilbyder ultralyd omrørte sigter til laboratorie- og industrielle applikationer.
Beton baggrundsinformation
Beton består af cement, f.eks. Portlandcement og andre cementholdige materialer, såsom flyveaske og slaggecement, aggregat (grus, kalksten, granit, sand), vand og kemiske blandinger. Typiske tilsætningsstoffer omfatter acceleratorer eller retardere, blødgørere, pigmenter, silicarøg eller metakaolin med høj reaktivitet (HRM). Mikrosilica er en typisk blanding i beton. Dens ulempe er dens relativt høje omkostninger og forurening, der påvirker operatørernes og arbejdstagernes sundhed.