Υπερήχων ανάμειξη της πάστας τσιμέντου για το σκυρόδεμα

Η υπερηχητική ανάμειξη της πάστας τσιμέντου προσφέρει μεγάλα οφέλη για προκατασκευασμένη χύτευση, ξηρή χύτευση και φυτά σκυροδέματος. Αυτά τα οφέλη περιλαμβάνουν μικρότερους χρόνους αρχικής και τελικής ρύθμισης, χαμηλότερη δόση υπερπλαστικοποιητή, ταχύτερη και πληρέστερη ενυδάτωση, καθώς και υψηλότερη αντοχή σε θλίψη.

Παραδοσιακές τεχνολογίες ανάμιξης σκυροδέματος, όπως “μίξη στο δρόμο” ή περιστροφικούς αναμικτήρες, παρέχουν ανεπαρκή δράση ανάμιξης για τη διασπορά συσσωματωμάτων σωματιδίων τσιμέντου και άλλων τσιμεντοειδών υλικών, όπως ιπτάμενη τέφρα ή διοξείδιο του πυριτίου. Ενώ τα εξωτερικά σωματίδια τέτοιων συσσωματωμάτων εκτίθενται στο νερό, οι εσωτερικές επιφάνειες σωματιδίων παραμένουν ξηρές. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα αργή και ατελή ενυδάτωση.

Οφέλη της τεχνολογίας ανάμιξης υπερήχων για σκυρόδεμα

Υπερήχων διασπορά είναι η πιο προηγμένη τεχνολογία για να αποσυσσωματώσει και να διασκορπίσει micron-μέγεθος και νανο-μέγεθος υλικά σε υγρά. Υπερήχων ανάμειξη χρησιμοποιεί σπηλαίωση δυνάμεις διάτμησης που είναι πιο αποτελεσματική στην ανάμιξη των υλικών λεπτού μεγέθους από τους συμβατικούς περιστροφικούς αναμικτήρες και ρότορα-στάτορα μίξερ. Για τσιμέντο, διοξείδιο του πυριτίου, ιπτάμενη τέφρα, χρωστικές ουσίες ή CNT, η απόδοση αυτών των υλικών αυξάνεται σημαντικά με υπερηχητική διασπορά, καθώς βελτιώνει την κατανομή σωματιδίων και την επαφή με το νερό.

Κατά τη διάρκεια της ενυδάτωσης - της αντίδρασης του τσιμέντου με νερό - οι φάσεις C-S-H αναπτύσσουν δομές που μοιάζουν με βελόνες. Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν τη μικροδομή στην πάστα τσιμέντου μετά από 5 ώρες ενυδάτωσης. Στην υπερηχητική πάστα τσιμέντου, οι φάσεις C-S-H έχουν μήκος σχεδόν 500nm, ενώ στην πάστα χωρίς ήχους, οι φάσεις C-S-H είναι περίπου 100nm.

Μικροδομή τσιμεντοπάστας μετά από 5 ώρες χρόνο ενυδάτωσης

με επεξεργασία υπερήχων	χωρίς υπερηχητική επεξεργασία
Πάστα τσιμέντου Portland (CEM I42.5R), Γ. Rössler (2009) – Πανεπιστήμιο Bauhaus Βαϊμάρη

 
Η ανάμειξη με σπηλαίωση που προκαλείται από υπερήχους οδηγεί σε ταχύτερη ανάπτυξη των φάσεων C-S-H.

 
Θερμοκρασία ενυδάτωσης

Επίδραση της υπερήχων ισχύος (PUS) στις καμπύλες χρόνου-θερμοκρασίας των πάστας τσιμέντου

 
Αντοχή σε συμπίεση

Επίδραση της ισχύος υπερήχων (PUS) στην αντοχή συμπίεσης των πρισμάτων κονιάματος

 
Ταχύτητα παλμού υπερήχων

Επίδραση της ισχύος υπερήχων (PUS) στην υπερηχητική ταχύτητα παλμού των ενυδατικών πάστας τσιμέντου

Η ανάπτυξη των φάσεων C-S-H συσχετίζεται με τη θερμοκρασία στην πάστα τσιμέντου κατά τη διάρκεια της περιόδου ενυδάτωσης (κάντε κλικ στο δεξί γράφημα). Στην υπερηχητικά αναμεμειγμένη πάστα τσιμέντου, το Η ενυδάτωση ξεκινά περίπου μία ώρα νωρίτερα. Η προηγούμενη ενυδάτωση συσχετίζεται με προηγούμενη αύξηση της αντοχής σε θλίψη. Η αυξημένη ταχύτητα ενυδάτωσης μπορεί να μετρηθεί και από την ταχύτητα παλμού υπερήχων.

Ειδικά για το προκατασκευασμένο και το ξηρό σκυρόδεμα, αυτό οδηγεί σε σημαντικά μικρότερο χρόνο έως ότου το χυτό σκυρόδεμα μπορεί να ληφθεί από το καλούπι. Μελέτες του Πανεπιστημίου Bauhaus (Γερμανία) έδειξαν την ακόλουθη μείωση των καθορισμένων χρόνων.

Ένα άλλο ενδιαφέρον όφελος της υπερηχητικής ανάμειξης είναι η επίδραση στη ρευστότητα. Όπως φαίνεται στον παραπάνω πίνακα, η πτώση αυξάνεται κατά περίπου 30%. Αυτό επιτρέπει μειωμένη δοσολογία υπερπλαστικοποιητών.

Διαδικασία ενσωμάτωσης των υπερήχων μίξερ στην παραγωγή τσιμέντου

Hielscher προσφέρει υπερήχων μίξερ για την αποτελεσματική διασπορά του τσιμέντου, διοξείδιο του πυριτίου, ιπτάμενη τέφρα, χρωστικές ουσίες, ή CNTs. Πρώτον, οποιοδήποτε ξηρό υλικό πρέπει να αναμειγνύεται εκ των προτέρων με νερό για να σχηματίσει μια υψηλής συγκέντρωσης αλλά αντλήσιμη πάστα. Ο υπερηχητικός μίκτης Hielscher αποσυσσωματώνεται και διασκορπίζει τα σωματίδια χρησιμοποιώντας διάτμηση σπηλαίωσης. Ως αποτέλεσμα, ολόκληρη η επιφάνεια κάθε σωματιδίου εκτίθεται πλήρως στο νερό.

Υπερήχων επεξεργασία της πάστας τσιμέντου

Στην περίπτωση της πάστας τσιμέντου, η ενυδάτωση ξεκινά μετά από υπερηχητική επεξεργασία. Ως εκ τούτου, το Hielscher υπερήχων μίξερ θα πρέπει να χρησιμοποιείται inline, καθώς η πάστα τσιμέντου δεν μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλες περιόδους. Το παρακάτω σχηματικό σχέδιο απεικονίζει τη διαδικασία. Στο επόμενο βήμα, το αδρανές, όπως άμμος ή χαλίκι, προστίθεται και αναμιγνύεται με την πάστα τσιμέντου. Καθώς τα σωματίδια τσιμέντου είναι ήδη καλά διασκορπισμένα σε αυτό το στάδιο, η πάστα τσιμέντου αναμειγνύεται καλά με το αδρανές. Το σκυρόδεμα είναι στη συνέχεια έτοιμο για πλήρωση σε προκατασκευασμένα καλούπια ή για μεταφορά. Μια δεξαμενή διάσπασης δίπλα στον υπερηχητικό μίκτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία πιο συνεχώς σε περίπτωση ασταθούς ζήτησης σκυροδέματος.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική αποσυσσωμάτωση σωματιδίων τσιμέντου!

Υπερήχων διασπορά του πυριτίου, ιπτάμενη τέφρα, και νανοϋλικά

Η διασπορά διοξειδίου του πυριτίου, ιπτάμενης τέφρας, χρωστικών ουσιών ή άλλων νανοϋλικών, όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα, απαιτεί άλλες εντάσεις επεξεργασίας και επίπεδα ενέργειας. Για το λόγο αυτό, συνιστούμε ένα ξεχωριστό μίξερ υπερήχων για την παραγωγή ενός καλά διασκορπισμένου πολτού / πάστας που στη συνέχεια προστίθεται στο μίγμα σκυροδέματος. Κάντε κλικ στο παραπάνω γράφημα για ένα σχηματικό σχέδιο αυτής της διαδικασίας.

Ο υπερηχητικός εξοπλισμός ανάμειξης που απαιτείται για την κλιμάκωση μπορεί να προσδιοριστεί ακριβώς με βάση τις δοκιμές πιλοτικής κλίμακας χρησιμοποιώντας το UIP1000hdT, το οποίο είναι ένας ισχυρός υπερηχητής πιλοτικής κλίμακας 1.000 watt. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει γενικές συστάσεις συσκευών ανάλογα με τον όγκο παρτίδας ή τον ρυθμό ροής της πάστας τσιμέντου που πρόκειται να υποστεί επεξεργασία.

Με έως και 16kW ισχύος ανάμιξης υπερήχων ανά ενιαίο καθετήρα υπερήχων, Hielscher προσφέρει την ισχύ επεξεργασίας που απαιτείται για εφαρμογές μεγάλου όγκου. Αυτή η τεχνολογία είναι εύκολο να δοκιμαστεί και κλιμακώνεται γραμμικά.