Tsemendiosakeste deaglomeratsioon võimsa ultraheli abil
Sondtüüpi sonikaatoreid kasutatakse sageli tsemendiosakeste deaglomeratsiooniks. See meetod välistab jahvatuskehade vajaduse, lihtsustab protsessi, muutes filtreerimise ja intensiivse puhastamise tarbetuks, ning tagab osakeste suuruse tõhusa vähendamise. Lisaks vähendab ultraheli töötlus (sonikeerimine) sõltuvust dispergaatoritest ning võimaldab kasutada kompaktsemaid ja energiatõhusamaid seadmeid, muutes selle väga eeliseks tsemendiosakeste dispergeerimisel ja deaglomeratsioonil.
Tsemendiosakeste ultraheliga deaglomeratsiooni eelised
Tsement on üks olulisemaid ehitusmaterjale, mida kasutatakse laialdaselt selle sideainelisete omaduste tõttu. Optimaalse toimivuse saavutamiseks on siiski vaja osakeste ühtlast jaotumist, sest aglomeraadid võivad tsemendi toimivust kahjulikult mõjutada. Ultraheliga deaglomeratsioon on kujunenud võimsaks tehnikaks selle väljakutse lahendamiseks.
Tööstuslikud sonikaatorid tsemendiosakeste suure läbilaskevõimega deaglomeratsiooniks.
- Osakeste parem dispersioon: Ultraheliga deaglomeratsioon dispergeerib tsemendiosakesed tõhusalt ning tagab osakeste suuruse ühtlase jaotuse. See ühtlus on tsemendipõhistes materjalides ühtlase tugevuse ja vastupidavuse saavutamiseks määrava tähtsusega.
- Parem hüdratatsioon: Deaglomereeritud osakeste suurem pindala tõhustab hüdratatsiooniprotsessi, mis viib parema sideme ja suurema tugevuseni lõpptootes. Parem hüdratatsioon vähendab ka mittetäielike reaktsioonide ja nõrkade kohtade tekkimise riski tsemendimaatriksis.
- Parem töödeldavus: Hästi dispergeeritud tsemendiosakesed annavad paremini töödeldava segu, mida on lihtsam segada, valada ja viimistleda. Selline parem töödeldavus võib kaasa tuua kiirema ehitusaja ja väiksemad tööjõukulud.
- Paremad mehaanilised omadused: Ultraheliga deaglomeratsioon aitab kaasa tihedama ja homogeensema mikrostruktuuri tekkele tsemendipõhistes materjalides. Selle tulemusel paranevad mehaanilised omadused, näiteks surve- ja tõmbetugevus.
- Lisandite kasutuse vähenemine: Ultraheliga deaglomeratsiooni abil parema dispersiooni saavutamisel saab keemiliste dispergaatorite ja muude lisandite vajadust minimeerida. See ei vähenda mitte ainult kulusid, vaid ka tsemenditootmise keskkonnamõju.
- Kuluefektiivsus: Sõltumata tööstusliku ultraheliseadme esialgsest investeeringust muudavad toote parem kvaliteet, väiksem lisandite kasutus ja parem toimivus pikaajalised eelised selle tsemenditööstuse jaoks kuluefektiivseks lahenduseks.
| Võrdlusaspekt | Kuulveskiga jahvatamine tsemendiosakeste puhul | Ultraheliga deaglomeratsioon tsemendiosakeste puhul |
|---|---|---|
| Meetod | Kasutab jahvatuskehadena teras- või ränidioksiidkuule | Kasutab suure intensiivsusega ultraheli laineid akustilise kavitatsiooni ja sonomehaaniliste nihkejõudude tekitamiseks |
| Jahvatuskehade asendamine | Teras- või ränidioksiidkuulide sage asendamine | Jahvatuskehi pole, mistõttu asendamiskulud puuduvad |
| Protsessijärgne filtreerimine | Vajalik jahvatuskehade eemaldamiseks filtreerimise teel | Pole vajalik, mis lihtsustab protsessi |
| Puhastusnõuded | Töömahukas ja aeganõudev jahvatuskehade ning kambri puhastamine | Minimaalne puhastamine, ultraheli sonde on lihtsam hooldada |
| Tõhusus peenosakeste vahemikus | Ebatõhus osakestele vahemikus 0 – 100 µm, aeganõudev | Väga tõhus peente osakeste suuruste puhul, sealhulgas vahemikus 0 – 100 µm |
| Dispergaatori vajadus | Vajalik on suur kogus dispergaatorit | Dispergaatorite vajadus on väiksem võimsa kavitatsiooni ja nihkejõudude tõttu |
| Seadme omadused | Suur, mahukas, energiatõhususeta, nõuab ulatuslikku hooldust ja puhastamist | Kompaktne, energiatõhus, vähem hooldust, lihtsam käsitseda ja ohutu kasutada |
Juhtumiuuring: mikrohäälse tsemendi injektsioonisegu dispergeerimine ultraheli segistitega
Draganovići juhitud uurimisrühm esitab põhjaliku uuringu mikrohäirega tsemendisegu (microfine cement grout) dispergeerimisest ultrahelitehnoloogia abil võrrelduna tavapäraste laboratoorsete dissolveritega. Uuring keskendub eelkõige sonikaatori UP400St jõudlusele võrreldes traditsiooniliste tsemendisegu dispergeerimismeetoditega.
Uurijad viisid läbi rea katseid, kasutades erinevaid dispergeerimismeetodeid, et hinnata mikropeenete tsemendiosakeste osakeste suurusjaotust (PSD) ja zeetapotentsiaali. Hinnatud meetodite hulka kuuluvad ultraheli töötlus sonikaatoriga UP400St, kiired laboratoorsed dissolverid ning mõlema meetodi kombinatsioon.
Tulemused näitavad, et ultraheli dispergeerimine sonikaatoriga UP400St parandab osakeste suurusjaotust oluliselt rohkem kui tavapärased laboratoorsed dissolverid. Sonikaator UP400St vähendab tõhusalt mikropeente tsemendiosakeste aglomeratsiooni, andes homogeensema ja stabiilsema tsemendisegu suspensiooni. Ultraheli töötlus parandab väiksemate osakeste jaotust, mille tulemuseks on kitsam osakeste suurusjaotuse vahemik.
Ultraheli homogenisaatorit UP400St võrreldakse tsemendisegu dispergeerimise efektiivsuse poolest tavapärase kettaga varustatud laborisegistiga ning rootor-stator-tehnikat kasutava seadmega. Uuring näitas, et ultraheli dispergeerimine ei ole mitte ainult tõhus meetod, vaid on isegi parem kui rootor-stator-tehnikat kasutav segisti.
(uuring ja graafik: © Draganović et al., 2020)
Lisaks parandab ultraheli kombineerimine tavapäraste laboratoorsete dissolveritega dispergeerimise efektiivsust, saavutades veelgi peenema osakeste suurusjaotuse kui ainult ultraheli töötlus. See kombinatsioon võimaldab paremini kontrollida mikropeente tsemendisegu PSD-d ja zeetapotentsiaali partiitöötluses. Pidevvoolusüsteemides läbib osakeste suspensioon automaatselt kavitatsiooni kuumade punktide tsooni, mistõttu täiendav segamine ei ole vajalik.
Uuring rõhutab sonikaatori UP400St paremat jõudlust mikropeente tsemendisegu dispergeerimisel. Ultraheli töötlus, eriti koos tavapäraste laboratoorsete dissolveritega, pakub tõhusat ja efektiivset meetodit mikropeente tsemendiosakeste ühtlase ja stabiilse suspensiooni saavutamiseks.
See uurimus pakub üksikasjalikku võrdlust ultraheli ja tavapäraste dispergeerimismeetodite vahel, rõhutades sonikeerimise paremat tõhusust tsemendisegu dispergeerimisel.
(vrd Draganović et al., 2020)
Võrreldud dispergeerimismeetodid: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dissolver 90 mm kettaga, rootor-stator (R/S) süsteem ning Hielscher UP400St sonikaator, mis on varustatud H22 sonotroodiga.
(Uuring ja pildid: ©Draganovic et al., 2020)
Sondtüüpi sonikaator UP400ST mikropeente tsemendisegu dispergeerimiseks
(Uuring ja pilt: ©Draganovic et al., 2020)
Sonikaatorite rakendused tsemenditööstuses
Suure võimsusega ultraheli soodsate toimete kasutamine tsemendiosakeste ja tsemendisegu deagglomeratsioonil avab tsemenditööstuses arvukalt rakendusvaldkondi, mis võimaldavad parandada materjali omadusi ja lõpptoote kvaliteeti.
- Tsemendiosakeste märgjahvatus: Sondtüüpi ultraheli töötlus on väga tõhus ja energiasäästlik meetod tsemendiosakeste jahvatamiseks. Loe lähemalt tsemendi ultraheli märgjahvatuse kohta!
- Suure jõudlusega betooni tootmine: Sondtüüpi sonikaatoreid kasutatakse suure jõudlusega betooni tootmiseks, tagades peente tsemendiosakeste ning lisatsementeerivate materjalide, nagu lendtuhk ja ränisuits, ühtlase dispergeerimise. See annab paremate mehaaniliste omaduste ja vastupidavusega betooni.
- Nanokomposiitide arendamine: Teadus- ja arendustegevuses hõlbustavad sondtüüpi sonikaatorid nanoosakeste lisamist tsemendimaatriksitesse, luues nanokomposiite, millel on paremad omadused, näiteks suurem tugevus, sitkus ja vastupidavus keskkonnamõjudest tingitud lagunemisele.
- Lisandite toimivuse optimeerimine: Ultraheli deagglomeratsioon aitab optimeerida keemiliste lisandite, näiteks superplastifikaatorite ja õhku sisaldavate lisandite (õhutekitajate) toimivust, tagades nende ühtlase jaotumise tsemendimaatriksis. See parandab lõpptoote töödeldavust ja toimivust.
Suure jõudlusega sonikaatorid tsemendiosakeste dispergeerimiseks ja deagglomeratsiooniks
Sondtüüpi sonikaatoritega teostatav ultraheli deagglomeratsioon pakub tsemenditööstusele olulisi eeliseid. Osakeste dispersiooni tõhustades, hüdratatsiooni parandades ja töödeldavust suurendades aitavad need seadmed kaasa kvaliteetsete tsemendipõhiste materjalide tootmisele. Sondtüüpi sonikaatorite täpne juhitavus, skaleeritavus ja mitmekülgsus muudavad need väärtuslikeks vahenditeks nii teadus- kui ka tööstuslikes rakendustes, edendades innovatsiooni ja tõhusust tsemendi tootmises.
Hielscher Ultrasonic pakub suure jõudlusega sonikaatoreid igal võimsustasemel tsemendiosakeste ja tsemendi tsementeeriva segu (grout) töötlemiseks, alates väiksematest partiidest teadus- ja arendustegevuseks kuni suure läbilaskevõimega tööstusliku tsemendi deagglomeratsioonini tootmismahus.
- kõrge tõhusus
- tipptasemel tehnoloogia
- töökindlus ja vastupidavus
- reguleeritav, täpne protsessijuhtimine
- partii- ja inline-töötlus
- igale mahule
- intelligentne tarkvara
- nutikad funktsioonid (nt programmeeritavus, andmete protokollimine, kaugjuhtimine)
- lihtne ja ohutu kasutada
- väike hooldusvajadus
- CIP (kohapealne puhastus)
Disain, tootmine ja nõustamine – kvaliteet, mis on valmistatud Saksamaal
Hielscheri ultraheliseadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutus võimaldavad meie ultraheliseadmeid sujuvalt tööstusrajatistesse integreerida. Hielscheri ultraheliseadmed tulevad hõlpsasti toime rasketes tingimustes ja nõudlikes keskkondades.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultraheliseadmetele, mis ühendavad tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkuse. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheliseadmed CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs-i nõudeid.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 0,5 kuni 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks labori-, pilootmahu- ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus / viited
- 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.
Teadmisi, mida tasub teada
Mis on tsement?
Tsement on peen, pulbriline aine, mis toimib ehituses sideainena. Veega segamisel toimub selles keemiline reaktsioon, mida nimetatakse hüdratatsiooniks, ja see kareneb tahkeks materjaliks. See koosneb peamiselt lubjakivist, savist, kestadest ja ränidioksiidist ning on betooni, mörti ja muude ehitusmaterjalide oluline koostisosa. Tsemendi võime kõvastuda ja siduda muid materjale muudab selle hädavajalikuks hoonete, teede, sildade ja muu taristu ehitamisel. Kõige levinum tsemendi tüüp on portlandtsement, mida kasutatakse laialdaselt selle tugevuse ja mitmekülgsuse tõttu.
Miks on tsemendiosakeste deagglomeratsioon oluline?
Tsemendiosakeste deaglomeratsioon on oluline, sest see tagab ühtlase osakeste suuruse jaotuse, mis parandab tsemendipõhiste materjalide toimivust ja kvaliteeti. Nõuetekohane deaglomeratsioon parandab hüdratatsiooni efektiivsust, mis annab tugevama ja vastupidavama betooni. Samuti parandab see tsemendisegude töödeldavust, muutes need hõlpsamini segatavaks, valatavaks ja viimistletavaks. Lisaks vähendavad hästi dispergeeritud osakesed keemiliste lisandite vajadust, alandavad tootmiskulusid ja minimeerivad keskkonnamõju. Kokkuvõttes on tõhus deaglomeratsioon ehitusprojektides optimaalsete mehaaniliste omaduste ja pikaajalise vastupidavuse saavutamiseks määrava tähtsusega.
Kuidas tsemendiosakesi deaglomereeritakse?
Tsemendiosakesi deaglomereeritakse erinevate meetoditega, kusjuures ultraheli deaglomeratsioon on üks kõige tõhusamaid tehnikaid. Selle protsessi käigus kiirgab tsemendisuspensiooni sukeldatud sond kõrgsageduslikke ultraheli laineid. Need lained tekitavad intensiivseid kavitatsioonimulle, mis kollapseeruvad suure energiaga ning tekitavad võimsaid nihkejõude ja lööklaineid. Need jõud lõhuvad aglomereerunud tsemendiosakesed, tagades ühtlase dispersiooni. Teiste meetodite hulka kuuluvad mehaaniline segamine, jahvatamine ja dispergeerivate ainete kasutamine, kuid ultraheli deaglomeratsiooni eelistatakse selle tõhususe ja peene, ühtlase osakeste jaotuse saavutamise võime tõttu.
Millist rolli mängib vesi tsemendi töötlemisel?
Vesi mängib tsemendi töötlemisel keskset rolli. See hüdratiseerib klinkris mitmeid mineraale, mis annab tsemendipastale vajaliku voolavuse. Veesisalduse reguleerimine on aga õrn tasakaalu küsimus. Liigne vesi võib põhjustada probleeme, nagu veeeraldumine (kus vesi eraldub segust), ning vähendada survetugevust. Vastupidi, ebapiisav vesi võib vähendada töödeldavust, muutes tsemendisegu käsitsemise raskeks ja andes nõrgemaid tooteid.
Kuidas sondtüüpi sonikaatorid töötavad?
Sondtüüpi sonikaatorid on ultraheliseadmete spetsiifiline klass, mis on mõeldud osakeste dispergeerimiseks ja deaglomereerimiseks erinevates suspensioonides, sealhulgas tsemendis. Need seadmed kasutavad sondi ehk sarve, mis kiirgab ultraheli laineid otse keskkonda, tekitades kavitatsioonimulle, mis implodeeruvad suure energiaga ning põhjustavad osakeste deaglomeratsiooni.
Sondtüüpi sonikaatorid töötavad, tekitades ultraheli laineid, mille sagedus on tavaliselt vahemikus 20 kuni 30kHz. Sond, mida nimetatakse ka sonotroodiks, on varras, mis on valmistatud sellistest materjalidest nagu titaan ja mis sukeldatakse tsemendisuspensiooni. Aktiveerimisel vibreerib sond ultraheli sagedustel, tekitades intensiivse akustilise kavitatsiooni. See kavitatsioon hõlmab suspensioonis mikroskoopiliste mullide teket ja vägivaldset kollapsit, mis tekitab võimsaid nihkejõude ja lööklaineid. Need jõud lõhuvad aglomereerunud osakesed ja soodustavad ühtlast dispersiooni.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborist kuni tööstusliku mastaabini.