Tsemendipasta ultraheli segamine betooni jaoks

Tsemendipasta ultraheli segamine pakub suuri eeliseid eelvalmistatud elementide vormimisel, kuivvalul (drycast) ja betoonitehastes. Nende eeliste hulka kuuluvad lühemad algus- ja lõppkivinemisajad, väiksem superplastifikaatori doos, kiirem ja täielikum hüdratatsioon ning suurem survetugevus.

Traditsioonilised betooni segamistehnoloogiad, näiteks „on-road-mixing“ või pöörlevad segistid, tagavad ebapiisava segamistoime, et hajutada tsemendiosakeste ja muude tsementi sisaldavate materjalide (nt lendtuhk või ränidioksiid) aglomeraate. Kui sellistest aglomeraatidest välimised osakesed puutuvad kokku veega, jäävad sisemised osakeste pinnad kuivaks. Selle tulemuseks on aeglane ja mittetäielik hüdratatsioon.

Ultraheli segamistehnoloogia eelised betoonile

Ultraheli dispergeerimine on kõige arenenum tehnoloogia mikromeetri- ja nanomeetrisuuruste materjalide deaglomereerimiseks ja dispergeerimiseks vedelikes. Ultraheli segamine kasutab kavitatsioonilisi nihkejõude, mis on peenete materjalide segamisel tõhusamad kui tavapärased pöörlevad segistid ja rootor-stator-segistid. Tsemendi, ränidioksiidi, lendtuha, pigmentide või CNT-de puhul suurendab nende materjalide toimivust ultraheli dispergeerimine oluliselt, sest see parandab osakeste jaotumist ja kokkupuudet veega.

Hüdratatsiooni – tsemendi reaktsiooni veega – käigus kasvavad C‑S‑H‑faasid nõelataolisteks struktuurideks. Allolevad pildid näitavad tsemendipasta mikrostruktuuri pärast 5 tundi hüdratatsiooni. Ultraheliga töödeldud tsemendipastas on C‑S‑H‑faasid peaaegu 500nm pikad, sonikeerimata pastas aga umbes 100nm.

Tsemendipasta mikrostruktuur pärast 5 tundi hüdratatsiooni

ultraheli töötlusega	ilma ultraheli töötluseta
Portlandtsemendipasta (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Weimari Bauhausi Ülikool

Ultraheli esilekutsutud kavitatsiooniga segamine kiirendab C‑S‑H‑faaside kasvu.

Hüdratatsioonitemperatuur

Võimsa ultraheli töötluse (PUS) mõju tsemendipastade ajast sõltuvatele temperatuurikõveratele

 
Survetugevus

Võimsa ultraheli töötluse (PUS) mõju mördiprismade survetugevusele

 
Ultraheli impulsi kiirus

Võimsa ultraheli töötluse (PUS) mõju hüdratiseeruvate tsemendipastade ultraheli impulsi kiirusele

C‑S‑H-faaside kasv korreleerub tsemendipasta temperatuuriga hüdratatsiooniperioodi jooksul (klõpsake paremal olevat graafikut). Ultraheliga segatud tsemendipastas algab hüdratatsioon ligikaudu tund aega varem. Varasem hüdratatsioon korreleerub survetugevuse varasema kasvuga. Suurenenud hüdratatsioonikiirust saab mõõta ka ultraheli impulsi kiiruse abil.

Eelkõige eelvalmistatud ja kuivvalubetooni puhul lühendab see oluliselt aega, mille möödudes valatud betooni saab vormist välja võtta. Bauhausi Ülikooli (Saksamaa) uuringud näitasid kivinemisaegade järgmist lühenemist.

Veel üks huvitav ultraheli segamise eelis on mõju voolavusele. Nagu ülaltoodud tabelis näha, suureneb painduvus (slump) ligikaudu 30%. See võimaldab superplastifikaatorite doosi vähendada.

Ultraheli segistite integreerimine tsemenditootmise protsessi

Hielscher pakub ultraheli segisteid tsemendi, ränidioksiidi, lendtuha, pigmentide või CNT-de tõhusaks dispergeerimiseks. Esmalt tuleks iga kuiv materjal eelsegada veega, et saada kõrge kontsentratsiooniga, kuid siiski pumbatav pasta. Hielscheri ultraheli segisti deaglomereerib ja dispergeerib osakesed kavitatsioonilise nihke abil. Selle tulemusena puutub iga osakese kogu pind täielikult kokku veega.

Tsemendipasta ultraheli töötlus

Tsemendipasta puhul algab hüdratatsioon pärast ultraheli töötlust. Seetõttu tuleks Hielscheri ultraheli segistit kasutada in-line, kuna tsemendipastat ei saa pikka aega hoida. Allolev skemaatiline joonis illustreerib protsessi. Järgmises etapis lisatakse täitematerjal, näiteks liiv või kruus, ja segatakse tsemendipastaga. Kuna tsemendiosakesed on selles etapis juba hästi dispergeeritud, seguneb tsemendipasta täitematerjaliga hästi. Seejärel on betoon valmis eelvalmistatud vormidesse valamiseks või transpordiks. Ultraheli segisti kõrval võib betooninõudluse ebaühtluse korral pidevama töötlemise tagamiseks kasutada break-up-mahutit.
Loe lähemalt tsemendiosakeste ultraheli deaglomereerimise kohta!

Ränidioksiidi, lendtuha ja nanomaterjalide ultraheli dispergeerimine

Ränidioksiidi, lendtuha, pigmentide või muude nanomaterjalide, näiteks süsiniknanotorude dispergeerimine nõuab teistsuguseid töötlusintensiivsusi ja energiatasemeid. Seetõttu soovitame kasutada eraldi ultraheli segistit, et toota hästi dispergeeritud suspensioon/pasta, mis seejärel lisatakse betoonisegule. Selle protsessi skemaatilise joonise nägemiseks klõpsake palun ülaloleval graafikul.

Skaleerimiseks vajaliku ultraheli segamisseadmestiku saab täpselt määrata pilootmastaabis katsete põhjal, kasutades sonikaatorit UIP1000hdT, mis on 1 000-vatine võimas pilootmastaabi sonikaator. Allolev tabel näitab üldisi seadmesoovitusi sõltuvalt töödeldava tsemendipasta partii mahust või vooluhulgast.

Kuni 16kW ultraheli segamisvõimsusega ühe ultraheli sondi kohta pakub Hielscher töötlusvõimsust, mida vajavad suuremahulised rakendused. Seda tehnoloogiat on lihtne testida ja see skaleerub lineaarselt.