Υπερήχων ανάμειξη για σκυρόδεμα υψηλής απόδοσης
Η χρήση μικρο- και νανοπυριτίου ή νανοσωλήνων οδηγεί σε βελτιώσεις στην αντοχή σε θλίψη του σκυροδέματος υψηλής απόδοσης. Υπερήχους είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για την ανάμειξη, διαβροχή και διασπορά των νανοϋλικών σε τσιμέντο ή σκυρόδεμα.
Το μικροπυρίτιο χρησιμοποιείται ευρέως στο σκυρόδεμα σήμερα, οδηγώντας σε υψηλότερη αντοχή σε θλίψη ή ανθεκτικά στο νερό και στα χημικά σκυροδέματα. Αυτό μπορεί να μειώσει το κόστος υλικών και τη χρήση ενέργειας. Τα νέα νανοϋλικά, όπως το νανοδιοξείδιο του πυριτίου ή οι νανοσωλήνες, οδηγούν σε περαιτέρω βελτιώσεις της αντοχής και της αντοχής. Ωστόσο, για να αξιοποιηθεί πλήρως το δυναμικό των νανοϋλικών, απαιτείται μια αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική διασποράς. Οι υπερήχων τύπου ανιχνευτή είναι η πιο αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική για την παραγωγή νανοδιασποράς, ακόμη και σε εξαιρετικά ιξώδεις και πολτούς που μοιάζουν με πάστα, όπως τσιμέντο και σκυρόδεμα.
Μικρολεπτή διασπορά τσιμεντοκονιάματος με τους υπερηχητικούς αναμικτήρες
Η ερευνητική ομάδα του Draganović παρουσιάζει ερευνητικό άρθρο, οι συγγραφείς διερευνούν τη διασπορά μικρολεπτού τσιμεντοκονιάματος χρησιμοποιώντας τεχνολογία υπερήχων και συμβατικούς εργαστηριακούς διαλύτες. Η μελέτη στοχεύει στη σύγκριση της απόδοσης των υπερήχων – στη μελέτη συγκεκριμένα στον υπερήχων UP400St – με παραδοσιακές μεθόδους διασποράς αρμόστοκου.
Οι ερευνητές διεξήγαγαν μια σειρά πειραμάτων χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές διασποράς για να αξιολογήσουν την κατανομή μεγέθους σωματιδίων (PSD) και το δυναμικό ζήτα των μικρολεπτών σωματιδίων τσιμέντου. Οι τεχνικές διασποράς περιλαμβάνουν επεξεργασία υπερήχων χρησιμοποιώντας τον υπερηχητικό παράγοντα UP400St, εργαστηριακούς διαλύτες υψηλής ταχύτητας και τον συνδυασμό και των δύο μεθόδων.
MultiSonoReactor MSR-4: Υπερηχητική ενσωματωμένη διασπορά για τη βιομηχανική ενσωματωμένη παραγωγή τσιμέντου και σκυροδέματος υψηλής απόδοσης.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διασπορά με υπερήχους χρησιμοποιώντας τον ηχοβολέα UP400St πέτυχε σημαντικά καλύτερη κατανομή μεγέθους σωματιδίων σε σύγκριση με τους συμβατικούς εργαστηριακούς διαλύτες. Ο ηχοβολέας UP400St μειώνει αποτελεσματικά τη συσσωμάτωση των μικρολεπτών σωματιδίων τσιμέντου και παράγει ένα πιο ομοιογενές και σταθερό εναιώρημα ενέματος. Η επεξεργασία με υπερήχους βελτιώνει την κατανομή των μικρότερων σωματιδίων, με αποτέλεσμα ένα στενότερο εύρος κατανομής μεγέθους σωματιδίων.
Συγκρινόμενες μέθοδοι διασποράς: Διαλύτης Vma-Getzmann Dispermat CV-3 εξοπλισμένος με δίσκο 90 mm και σύστημα ρότορα-στάτορα. Hielscher UP400St συσκευή υπερήχων εξοπλισμένο με Sonotrode H22.
(Μελέτη και εικόνες: ©Draganovic et al., 2020)
Επιπλέον, η χρήση υπερήχων σε συνδυασμό με συμβατικούς εργαστηριακούς διαλύτες βελτιώνει περαιτέρω την αποτελεσματικότητα της διασποράς, επιτυγχάνοντας ακόμη λεπτότερη κατανομή μεγέθους σωματιδίων σε σύγκριση με την επεξεργασία μόνο με υπερήχους. Όταν συνδυάζονται, κατεργασία με υπερήχους παρέχει τη μικρο-ανάμειξη και νανο-διασπορά, ενώ ο διαλύτης συμβάλλει στη μακρο-ανάμειξη εξασφαλίζοντας ότι όλα τα σωματίδια στη ζώνη σπηλαίωσης υπερήχων. Αυτό επιτρέπει τον καλύτερο έλεγχο της κατανομής μεγέθους σωματιδίων (PSD) και του δυναμικού ζήτα του μικρολεπτού τσιμεντοκονιάματος σε λειτουργία παρτίδας. Όταν χρησιμοποιείται αντιδραστήρας κυψελών ροής, το εναιώρημα σωματιδίων διέρχεται αυτόματα από τη ζώνη θερμού σημείου σπηλαίωσης, έτσι ώστε η πρόσθετη ανάδευση να είναι περιττή.
Συνολικά, η μελέτη υπογραμμίζει την ανώτερη απόδοση του υπερήχων UP400St στη διασπορά μικρολεπτού τσιμεντοκονιάματος. Η υπερηχογραφική επεξεργασία, ειδικά όταν συνδυάζεται με συμβατικούς εργαστηριακούς διαλύτες, προσφέρει μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αποδοτική μέθοδο για την επίτευξη ομοιόμορφης και σταθερής ανάρτησης μικρολεπτών σωματιδίων τσιμέντου.
Αξίζει να σημειωθεί ότι το άρθρο παρέχει μια ολοκληρωμένη σύγκριση μεταξύ υπερήχων και συμβατικών μεθόδων διασποράς, επισημαίνοντας την ανώτερη απόδοση της υπερήχων στη διασπορά ενέματος.
(πρβλ. Draganović et al., 2020)
Ο υπερηχητικός ομογενοποιητής UP400St συγκρίνεται όσον αφορά την απόδοση διασποράς τσιμεντοκονιάματος με συνηθισμένο εργαστηριακό αναμικτήρα εξοπλισμένο με δίσκο και χρησιμοποιώντας την τεχνική ρότορα-στάτορα. Η μελέτη έδειξε ότι η υπερηχητική διασπορά δεν είναι μόνο μια αποτελεσματική μέθοδος, αλλά είναι ακόμη καλύτερη από έναν μίκτη που χρησιμοποιεί την τεχνική ρότορα-στάτορα.
(μελέτη και γράφημα: © Draganović et al., 2020)
Έρευνα και Ανάπτυξη Σκυροδέματος
Η συγκεκριμένη έρευνα αναζητά υλικά και διαδικασίες για:
- μείωση του κόστους υλικών και του ενεργειακού κόστους
- Αποκτήστε υψηλή αρχική και τελική αντίσταση
- βελτίωση της πυκνότητας και της αντοχής σε θλίψη
- βελτίωση της εργασιμότητας, της αντλησιμότητας και της δυνατότητας φινιρίσματος
- βελτίωση της ανθεκτικότητας και μείωση της διαπερατότητας
- μείωση των ρωγμών συρρίκνωσης, του ξεσκονίσματος και των προβλημάτων αποκόλλησης
- χημική αντοχή, π.χ. αντοχή σε θειικά άλατα
Τσιμέντο Και Σκυρόδεμα Ανάμειξη
Όταν πρόκειται για βελτιώσεις στις ιδιότητες του σκυροδέματος, η τεχνολογία ανάμιξης είναι εξίσου σημαντική με τη σύνθεση του σκυροδέματος. Η ανάμιξη είναι ένα ουσιαστικό βήμα στην παραγωγή ομοιόμορφου, υψηλής ποιότητας σκυροδέματος. Αν και πολλές κατευθυντήριες γραμμές και κανονισμοί, π.χ. το DIN EN 206 καλύπτουν τη σύνθεση του σκυροδέματος και των συστατικών του, η πραγματική διαδικασία ανάμιξης τσιμέντου και ανάμιξης σκυροδέματος επαφίεται στον χρήστη.
Είναι αποφασιστικής σημασίας το νερό, το τσιμέντο και τα πρόσμικτα να διασκορπίζονται ομοιόμορφα και να κατανέμονται σε λεπτή κλίμακα και τα συσσωματώματα να είναι επαρκώς διασκορπισμένα. Η ανεπαρκής διασπορά ή αποσυσσωμάτωση έχει ως αποτέλεσμα κατώτερες ιδιότητες σκυροδέματος. Λόγω της χαμηλής περιεκτικότητας σε νερό και της υψηλής δοσολογίας προσμίξεων, η ανάμιξη αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος (SCC) και σκυροδέματος εξαιρετικά υψηλής αντοχής (UHPC) απαιτεί μεγαλύτερο χρόνο ανάμιξης ή αποτελεσματικότερη τεχνολογία ανάμιξης.
Νανοϋλικά στο σκυρόδεμα
Κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου σχηματίζονται προϊόντα ενυδάτωσης νανοκλίμακας, όπως ένυδρο ασβέστιο στο σκληρυντικό σκυρόδεμα. Νανοσωματίδια διοξειδίου του πυριτίου ή νανοσωλήνων μετατρέπονται σε νανοσωματίδια τσιμέντου κατά τη στερεοποίηση του σκυροδέματος. Μικρότερα σωματίδια οδηγούν σε μικρότερη απόσταση σωματιδίων και πυκνότερο και λιγότερο πορώδες υλικό. Αυτό αυξάνει την αντοχή σε θλίψη και μειώνει τη διαπερατότητα.
Ένα σημαντικό μειονέκτημα της σκόνης και των υλικών νανομεγέθους, ωστόσο, είναι η τάση σχηματισμού συσσωματωμάτων κατά τη διάρκεια της διαβροχής και της ανάμειξης. Εκτός εάν τα μεμονωμένα σωματίδια είναι καλά διασκορπισμένα, η συσσωμάτωση μειώνει την εκτεθειμένη επιφάνεια σωματιδίων οδηγώντας σε κατώτερες ιδιότητες σκυροδέματος.
Ο επεξεργαστής υπερήχων UIP16000 είναι ένας ομογενοποιητής υψηλής απόδοσης για τη διασπορά τσιμέντου και σκυροδέματος
Υπερήχων ανάμειξη των νανοϋλικών
Υπερήχους είναι ένα πολύ αποτελεσματικό μέσο για την ανάμειξη, διασπορά και αποσυσσωμάτωση. Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα τυπικό αποτέλεσμα υπερηχητικής διασποράς καπνισμένου διοξειδίου του πυριτίου στο νερό.
Ξεκινώντας (πράσινη καμπύλη) σε ένα συσσωματωμένο μέγεθος σωματιδίων μεγαλύτερο από 200 micron (D50), τα περισσότερα από τα σωματίδια μειώθηκαν σε λιγότερο από 200 νανόμετρα.
Υπερήχων ανάμειξη σε οποιαδήποτε κλίμακα
Hielscher προσφέρει συσκευές ανάμειξης υπερήχων για χρήση στην έρευνα και την επεξεργασία πλήρους κλίμακας.
Υπερήχων για εργαστηριακή έρευνα και ανάπτυξη
Hielscher υπερήχων εργαστηριακοί ομογενοποιητές είναι το τέλειο εργαλείο ανάμειξης για έρευνα και ανάπτυξη σε εργαστηριακή κλίμακα. Hielscher εργαστήριο υπερήχων χρησιμοποιούνται συνήθως για την υπερηχητική ανάμειξη των μικρών παρτίδων. Hielscher υπερήχων ομογενοποιητές προσφέρουν ακριβή έλεγχο παραμέτρων και εξαιρετική αναπαραγωγιμότητα για την προετοιμασία της κλίμακας. Αυτό καθιστά εύκολο να αναμειγνύονται διαφορετικές συνθέσεις και να προσδιοριστεί ο αντίκτυπος της έντασης υπερήχων και τη διάρκεια της υπερήχων.
Υπερήχων Inline ανάμειξη στην παραγωγή
Ο υπερηχητικός εξοπλισμός ανάμειξης που απαιτείται για την κλιμάκωση μπορεί να προσδιοριστεί ακριβώς με βάση την εργαστηριακή δοκιμή. Για την επεξεργασία ρευμάτων μεγάλου όγκου τσιμέντου ή σκυροδέματος, οι υπερήχων υψηλής απόδοσης λειτουργούν συνήθως σε λειτουργία συνεχούς ροής χρησιμοποιώντας αντιδραστήρες ροής. Αυτό επιτρέπει την εξαιρετικά ομοιόμορφη ανάμιξη και την άψογη επεξεργασία των παστών και των πολτών – ακόμη και με πολύ υψηλό ιξώδες.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας ανάλογα με τον όγκο παρτίδας ή το ρυθμό ροής προς επεξεργασία:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| 15 έως 150L | 3 έως 15L / λεπτό | UIP6000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Ενσωματωμένη ανάμιξη τσιμέντου χρησιμοποιώντας υπερήχων
Hielscher υπερήχων μίξερ είναι συνήθως εγκατεστημένα σε σειρά. Το υλικό αντλείται στο δοχείο του αντιδραστήρα υπερήχων. Εκεί εκτίθεται σε έντονη υπερηχητική σπηλαίωση. Ενσωματωμένη υπερήχηση εξαλείφει την παράκαμψη καθώς όλα τα σωματίδια περνούν το θάλαμο ανάμιξης ακολουθώντας μια καθορισμένη διαδρομή. Ως εκ τούτου, υπερήχους συνήθως μετατοπίζει την καμπύλη κατανομής μεγέθους σωματιδίων αντί να το διευρύνει.
Στιβαρό και εύκολο να καθαριστεί
Ένας αντιδραστήρας ανάμιξης υπερήχων αποτελείται από το κύτταρο ροής και τα sonotrodes. Δεν χρειάζονται ρουλεμάν. Οι αντιδραστήρες κυψελών ροής (ανοξείδωτος χάλυβας) έχουν απλές γεωμετρίες και μπορούν εύκολα να αποσυναρμολογηθούν και να καθαριστούν. Δεν υπάρχουν μικρά στόμια ή κρυφές γωνίες.
Άλλες εφαρμογές των υπερήχων για τσιμέντο και σκυρόδεμα
Η χρήση συσκευών υπερήχων Hielscher στην παρασκευή τσιμέντων και σκυροδεμάτων δεν περιορίζεται στην ανάμιξη και διασπορά προμειγμάτων τσιμέντου ή σκυροδεμάτων. Ο υπέρηχος είναι ένα πολύ αποτελεσματικό μέσο για την απαέρωση υγρών και πολτών. Αυτό μειώνει τον αριθμό και τον όγκο των φυσαλίδων αερίου που παγιδεύονται στο σκυρόδεμα μετά τη σκλήρυνση.
Υπερηχητικοί αναδευτήρες κόσκινου Βελτιώστε την απόδοση και την ποιότητα του κοσκινίσματος σκόνης για μικρά σωματίδια. Hielscher προσφέρει υπερήχων αναταράσσονται κόσκινα για εργαστηριακές και βιομηχανικές εφαρμογές.
Συγκεκριμένες γενικές πληροφορίες
Το σκυρόδεμα αποτελείται από τσιμέντο, π.χ. τσιμέντο Portland και άλλα τσιμεντοειδή υλικά, όπως ιπτάμενη τέφρα και τσιμέντο σκωρίας, αδρανή (χαλίκι, ασβεστόλιθο, γρανίτη, άμμο), νερό και χημικά πρόσθετα. Τυπικά πρόσμικτα περιλαμβάνουν επιταχυντές ή επιβραδυντές, πλαστικοποιητές, χρωστικές ουσίες, αναθυμιάσεις πυριτίου ή μετακαολίνη υψηλής δραστικότητας (HRM). Το μικροπυρίτιο είναι ένα τυπικό πρόσμικτο στο σκυρόδεμα. Το μειονέκτημά του είναι το σχετικά υψηλό κόστος του και η μόλυνση που επηρεάζει την υγεία των χειριστών και των εργαζομένων.