Ανάμειξη τσιμεντοπολτού με υπερήχους για σκυρόδεμα

Η ανάμειξη τσιμεντοπολτού με υπερήχους προσφέρει σημαντικά οφέλη για τη χύτευση προκατασκευασμένων στοιχείων, την ξηρή χύτευση και τις μονάδες παραγωγής σκυροδέματος. Τα οφέλη αυτά περιλαμβάνουν μικρότερους χρόνους αρχικής και τελικής πήξης, χαμηλότερη δοσολογία υπερρευστοποιητή, ταχύτερη και πληρέστερη ενυδάτωση, καθώς και υψηλότερη αντοχή σε θλίψη.

Οι παραδοσιακές τεχνολογίες ανάμειξης σκυροδέματος, όπως η «ανάμειξη κατά την οδική μεταφορά» ή οι περιστροφικοί αναμεικτήρες, δεν παρέχουν επαρκή αναμεικτική δράση για τη διασπορά συσσωματωμάτων σωματιδίων τσιμέντου και άλλων τσιμεντοειδών υλικών, όπως η ιπτάμενη τέφρα ή το διοξείδιο του πυριτίου. Ενώ τα εξωτερικά σωματίδια αυτών των συσσωματωμάτων εκτίθενται στο νερό, οι επιφάνειες των εσωτερικών σωματιδίων παραμένουν ξηρές. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αργή και ατελή ενυδάτωση.

Οφέλη της τεχνολογίας ανάμειξης με υπερήχους για το σκυρόδεμα

Η διασπορά με υπερήχους είναι η πλέον προηγμένη τεχνολογία για την αποσυσσωμάτωση και τη διασπορά υλικών μικρομετρικού και νανομετρικού μεγέθους σε υγρά. Η ανάμειξη με υπερήχους χρησιμοποιεί δυνάμεις διάτμησης που προκαλούνται από τη σπηλαίωση και είναι αποτελεσματικότερες στην ανάμειξη λεπτόκοκκων υλικών από τους συμβατικούς περιστροφικούς αναμεικτήρες και τους αναμεικτήρες ρότορα–στάτορα. Για το τσιμέντο, το διοξείδιο του πυριτίου, την ιπτάμενη τέφρα, τις χρωστικές ή τους νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), η απόδοση αυτών των υλικών αυξάνεται σημαντικά με τη διασπορά με υπερήχους, καθώς βελτιώνεται η κατανομή των σωματιδίων και η επαφή τους με το νερό.

Κατά την ενυδάτωση –την αντίδραση του τσιμέντου με το νερό– οι φάσεις C‑S‑H αναπτύσσουν βελονοειδείς δομές. Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν τη μικροδομή του τσιμεντοπολτού μετά από 5 ώρες ενυδάτωσης. Στον τσιμεντοπολτό που έχει υποστεί κατεργασία με υπερήχους, οι φάσεις C‑S‑H έχουν μήκος σχεδόν 500nm, ενώ στον πολτό που δεν έχει υποστεί κατεργασία με υπερήχους οι φάσεις C‑S‑H έχουν μήκος περίπου 100nm.

Μικροδομή τσιμεντοπολτού μετά από χρόνο ενυδάτωσης 5hrs

με κατεργασία με υπερήχους	χωρίς κατεργασία με υπερήχους
Τσιμεντοπολτός Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Πανεπιστήμιο Bauhaus της Βαϊμάρης

 
Η ανάμειξη μέσω σπηλαίωσης που προκαλείται από υπερήχους οδηγεί σε ταχύτερη ανάπτυξη των φάσεων C‑S‑H.

 
Θερμοκρασία ενυδάτωσης

Επίδραση της κατεργασίας με υπερήχους ισχύος (PUS) στις καμπύλες χρόνου–θερμοκρασίας των τσιμεντοπολτών

 
Αντοχή σε θλίψη

Επίδραση της κατεργασίας με υπερήχους ισχύος (PUS) στην αντοχή σε θλίψη πρισματικών δοκιμίων κονιάματος

 
Ταχύτητα παλμού υπερήχων

Επίδραση της κατεργασίας με υπερήχους ισχύος (PUS) στην ταχύτητα παλμού υπερήχων σε τσιμεντοπολτούς κατά την ενυδάτωση

Η ανάπτυξη των φάσεων C‑S‑H συσχετίζεται με τη θερμοκρασία στον τσιμεντοπολτό κατά την περίοδο ενυδάτωσης (κάντε κλικ στο γράφημα στα δεξιά). Στον τσιμεντοπολτό που έχει αναμειχθεί με υπερήχους, η ενυδάτωση αρχίζει περίπου μία ώρα νωρίτερα. Η πρωιμότερη ενυδάτωση συσχετίζεται με πρωιμότερη αύξηση της αντοχής σε θλίψη. Ο αυξημένος ρυθμός ενυδάτωσης μπορεί επίσης να μετρηθεί μέσω της ταχύτητας παλμού υπερήχων.

Ειδικά για το προκατασκευασμένο σκυρόδεμα και το σκυρόδεμα ξηρής χύτευσης, αυτό οδηγεί σε σημαντικά μικρότερο χρόνο έως ότου το χυτευμένο σκυρόδεμα μπορεί να αφαιρεθεί από το καλούπι. Μελέτες του Πανεπιστημίου Bauhaus (Γερμανία) έδειξαν την ακόλουθη μείωση των χρόνων πήξης.

Ένα ακόμη ενδιαφέρον όφελος της ανάμειξης με υπερήχους είναι η επίδρασή της στη ρευστότητα. Όπως φαίνεται στον παραπάνω πίνακα, η κάθιση αυξάνεται κατά περίπου 30%. Αυτό επιτρέπει τη μείωση της δοσολογίας των υπερρευστοποιητών.

Ενσωμάτωση των αναμεικτήρων υπερήχων στη διαδικασία παραγωγής τσιμέντου

Η Hielscher προσφέρει αναμεικτήρες υπερήχων για την αποτελεσματική διασπορά τσιμέντου, διοξειδίου του πυριτίου, ιπτάμενης τέφρας, χρωστικών ή νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs). Αρχικά, κάθε ξηρό υλικό πρέπει να προαναμειγνύεται με νερό ώστε να σχηματιστεί ένας πολτός υψηλής συγκέντρωσης, αλλά αντλήσιμος. Ο αναμεικτήρας υπερήχων της Hielscher αποσυσσωματώνει και διασπείρει τα σωματίδια μέσω διάτμησης που προκαλείται από τη σπηλαίωση. Ως αποτέλεσμα, ολόκληρη η επιφάνεια κάθε σωματιδίου εκτίθεται πλήρως στο νερό.

Κατεργασία τσιμεντοπολτού με υπερήχους

Στην περίπτωση του τσιμεντοπολτού, η ενυδάτωση αρχίζει μετά την κατεργασία με υπερήχους. Επομένως, ο αναμεικτήρας υπερήχων της Hielscher πρέπει να χρησιμοποιείται εντός γραμμής, καθώς ο τσιμεντοπολτός δεν μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Το παρακάτω σχηματικό διάγραμμα απεικονίζει τη διαδικασία. Στο επόμενο στάδιο, προστίθεται το αδρανές υλικό, όπως άμμος ή χαλίκι, και αναμειγνύεται με τον τσιμεντοπολτό. Καθώς τα σωματίδια του τσιμέντου είναι ήδη καλά διεσπαρμένα σε αυτό το στάδιο, ο τσιμεντοπολτός αναμειγνύεται καλά με το αδρανές υλικό. Το σκυρόδεμα είναι στη συνέχεια έτοιμο για πλήρωση καλουπιών προκατασκευασμένων στοιχείων ή για μεταφορά. Μια δεξαμενή break-up δίπλα στον αναμεικτήρα υπερήχων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ώστε η κατεργασία να γίνεται πιο συνεχώς όταν η ζήτηση σκυροδέματος είναι ασταθής.
Διαβάστε περισσότερα για την αποσυσσωμάτωση σωματιδίων τσιμέντου με υπερήχους!

Διασπορά διοξειδίου του πυριτίου, ιπτάμενης τέφρας και νανοϋλικών με υπερήχους

Η διασπορά διοξειδίου του πυριτίου, ιπτάμενης τέφρας, χρωστικών ή άλλων νανοϋλικών, όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα, απαιτεί διαφορετικές εντάσεις κατεργασίας και επίπεδα ενέργειας. Για τον λόγο αυτό, συνιστούμε έναν ξεχωριστό αναμεικτήρα υπερήχων για την παραγωγή ενός καλά διεσπαρμένου αιωρήματος/πολτού, το οποίο στη συνέχεια προστίθεται στο μείγμα σκυροδέματος. Κάντε κλικ στο παραπάνω γραφικό για να δείτε ένα σχηματικό διάγραμμα αυτής της διαδικασίας.

Ο εξοπλισμός ανάμειξης με υπερήχους που απαιτείται για την αύξηση της κλίμακας παραγωγής μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια βάσει δοκιμών πιλοτικής κλίμακας με το UIP1000hdT, μια ισχυρή συσκευή υπερήχων πιλοτικής κλίμακας ισχύος 1.000 watt. Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει γενικές συστάσεις συσκευών ανάλογα με τον όγκο παρτίδας ή την παροχή του τσιμεντοπολτού προς κατεργασία.

Με ισχύ ανάμειξης με υπερήχους έως 16kW ανά μεμονωμένο καθετήρα υπερήχων, η Hielscher προσφέρει την ισχύ κατεργασίας που απαιτείται για εφαρμογές μεγάλου όγκου. Η τεχνολογία αυτή δοκιμάζεται εύκολα και κλιμακώνεται γραμμικά.