Ultraheli segamine suure jõudlusega betooni jaoks
Mikro- ja nanosilikoksiidi või nanotorude kasutamine parandab suure jõudlusega betooni survetugevust. Ultraheli on tõhus vahend nanomaterjalide segamiseks, niisutamiseks ja hajutamiseks tsemendis või betoonis.
Mikroränidioksiidi kasutatakse tänapäeval betoonis laialdaselt, mis toob kaasa suurema survetugevuse või vee- ja kemikaalikindlad betoonid. See võib vähendada materjalikulusid ja energiatarbimist. Uued nanomaterjalid, nagu nano-ränidioksiid või nanotorud, parandavad veelgi vastupidavust ja tugevust. Kuid selleks, et kasutada ära nanomaterjalide täielikku potentsiaali, on vaja usaldusväärset ja tõhusat dispersioonitehnikat. Sondi tüüpi sonikaatorid on kõige usaldusväärsem ja tõhusam tehnika nanodispersiooni tekitamiseks isegi väga viskoossetes ja pastataolistes lägades, nagu tsement ja betoon.
Mikrofiini tsemendi dispersioon ultraheli segistitega
Draganovići uurimisrühm esitleb teadusartiklit, autorid uurivad mikropeentsemendi mördi dispersiooni ultrahelitehnoloogia ja tavapäraste laboratoorsete lahustajate abil. Uuringu eesmärk on võrrelda ultraheli jõudlust – uuringus konkreetselt sonikaator UP400St – traditsiooniliste mördi dispersioonimeetoditega.
Teadlased viisid läbi rea katseid, kasutades erinevaid dispersioonitehnikaid, et hinnata mikrofiini tsemendiosakeste osakeste osakeste osakeste suuruse jaotust (PSD) ja zeta potentsiaali. Dispersioonitehnikad hõlmavad ultraheliravi UP400St sonikaatori, kiirete laboratoorsete lahustajate ja mõlema meetodi kombinatsiooni abil.
MultiSonoReactor MSR-4: Ultraheli inline dispersioon suure jõudlusega tsemendi ja betooni tööstuslikuks inline tootmiseks.
Tulemused näitasid, et ultraheli dispersioon, kasutades sonikaatorit UP400St, saavutas oluliselt parema osakeste suuruse jaotuse võrreldes tavaliste laboratoorsete lahustajatega. Sonikaator UP400St vähendab tõhusalt mikrofiini tsemendiosakeste aglomeratsiooni ja toodab homogeensemat ja stabiilsemat mördi suspensiooni. Ultraheliravi parandab väiksemate osakeste jaotust, mille tulemuseks on kitsam osakeste suuruse jaotusvahemik.
Võrreldud dispersioonimeetodid: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 lahustaja, mis on varustatud 90 mm ketta ja rootor-staatorisüsteemiga. Hielscher UP400St ultraheli seade varustatud H22 sonotrode'iga.
(Uuring ja pildid: ©Draganovic et al., 2020)
Lisaks parandab ultraheli kasutamine koos tavapäraste laboratoorsete lahustajatega veelgi dispersiooni efektiivsust, saavutades veelgi peenema osakeste suuruse jaotuse võrreldes ainult ultraheliraviga. Kombineerituna tagab ultrahelitöötlus mikro-segamise ja nano-dispersiooni, samas kui lahustaja aitab kaasa makro-segamisele, tagades, et kõik osakesed ultraheli kavitatsioonitsooni. See võimaldab paremini kontrollida mikropeentsemendi mördi osakeste suuruse jaotust (PSD) ja zeta potentsiaali partii kasutamisel. Voolurakureaktori kasutamisel läbib osakeste suspensioon automaatselt kavitatsioonilise kuuma punkti tsooni, nii et täiendav segamine on üleliigne.
Üldiselt toob uuring esile sonikaatori UP400St suurepärase jõudluse mikrofiini tsementmördi hajutamisel. Ultraheliravi, eriti kui see on kombineeritud tavapäraste laboratoorsete lahustajatega, pakub väga tõhusat ja tõhusat meetodit mikropeentsemendiosakeste ühtlase ja stabiilse suspensiooni saavutamiseks.
Väärib märkimist, et artiklis esitatakse põhjalik võrdlus ultraheli- ja tavapäraste dispersioonimeetodite vahel, rõhutades ultrahelitöötluse paremat jõudlust mördi dispersioonis.
(vrd Draganović et al., 2020)
Ultraheli homogenisaator UP400St võrreldakse tsemendi mördi dispersioonitõhusust tavalise kettaga varustatud laborisegistiga ja kasutades rootor-staatori tehnikat. Uuring näitas, et ultraheli dispersioon ei ole mitte ainult tõhus meetod, vaid on isegi parem kui rootor-staatori tehnikat kasutav segisti.
(uuring ja graafik: © Draganović et al., 2020)
Konkreetne teadus- ja arendustegevus
Konkreetsete uuringutega otsitakse materjale ja protsesse, et:
- vähendada materjalikulusid ja energiakulusid
- saavutada kõrge alg- ja lõpptakistus
- parandada tihedust ja survetugevust
- parandada töödeldavust, pumbatavust ja viimistletavust
- parandada vastupidavust ja vähendada läbilaskvust
- vähendada kokkutõmbumispragusid, tolmu- ja delaminatsiooniprobleeme
- keemiline vastupidavus, nt sulfaatiresistentsus
Tsemendi ja betooni segamine
Betooni omaduste parandamisel on segamistehnoloogia sama oluline kui betooni koostis. Segamine on oluline samm ühtlase ja kvaliteetse betooni tootmisel. Kuigi arvukad juhised ja määrused, nt DIN EN 206, hõlmavad betooni ja selle komponentide koostist, jäetakse tsemendi segamise ja betooni segamise tegelik protsess kasutaja otsustada.
On otsustava tähtsusega, et vesi, tsement ja segud oleksid ühtlaselt dispergeeritud ja jaotatud peene skaalani ning et aglomeraadid oleksid piisavalt hajutatud. Ebapiisav hajutamine või deagglomeratsioon põhjustab halvemaid betooniomadusi. Madala veesisalduse ja segude suure annuse tõttu nõuab isetiheneva betooni (SCC) ja ülitugeva betooni (UHPC) segamine pikemat segamisaega või tõhusamat segamistehnoloogiat.
Nanomaterjalid betoonis
Tsemendi hüdratatsiooni ajal moodustuvad kõvenevas betoonis nanoskaala hüdratatsiooniproduktid, näiteks kaltsiumhüdraadid. Ränidioksiidi või nanotorude nanoosakesed muutuvad betooni tahkestumise ajal tsemendi nanoosakesteks. Väiksemad osakesed põhjustavad lühemat osakeste kaugust ning tihedamat ja vähem poorset materjali. See suurendab survetugevust ja vähendab läbilaskvust.
Nanosuuruses pulbri ja materjalide peamine puudus on aga kalduvus moodustada niisutamise ja segamise ajal aglomeraate. Kui üksikud osakesed ei ole hästi dispergeeritud, vähendab aglomeratsioon avatud osakeste pinda, mis toob kaasa halvemad betooniomadused.
Ultraheli protsessor UIP16000 on suure jõudlusega homogenisaator tsemendi ja betooni hajutamiseks
Nanomaterjalide ultraheli segamine
Ultraheli on väga tõhus vahend segamiseks, hajutamiseks ja deagglomeratsiooniks. Allolev pilt näitab aurustatud ränidioksiidi ultraheli hajutamise tüüpilist tulemust vees.
Alustades (roheline kõver) aglomeraadi osakeste suurusest üle 200 mikroni (D50), vähendati enamik osakesi vähem kui 200 nanomeetrini.
Ultraheli segamine mis tahes skaalal
Hielscher pakub ultraheli segamisseadmeid kasutamiseks teadusuuringutes ja täisskaala töötlemisel.
Sonikaatorid laboratoorsete uuringute ja arendustegevuse jaoks
Hielscheri ultraheli laboratoorsed homogenisaatorid on ideaalne segamisvahend teadus- ja arendustegevuseks laboritasandil. Hielscheri labori sonikaatoreid kasutatakse tavaliselt väikeste partiide ultraheli segamiseks. Hielscheri ultraheli homogenisaatorid pakuvad täpset parameetrite kontrolli ja suurepärast reprodutseeritavust skaala ettevalmistamiseks. See muudab erinevate preparaatide segamise lihtsaks ja määrab ultraheliuuringu intensiivsuse ja ultrahelitöötluse kestuse mõju.
Ultraheli inline segamine tootmises
Suurendamiseks vajalikke ultraheli segamisseadmeid saab määrata täpselt laboratoorse testi põhjal. Suure mahuga tsemendi- või betoonivoogude töötlemiseks kasutatakse suure jõudlusega ultrasonikaatoreid tavaliselt pideva voolu režiimis, kasutades läbivoolureaktoreid. See võimaldab väga ühtlast segamist ning pastade ja läga veatut töötlemist – isegi väga kõrge viskoossusega.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest sõltuvalt töödeldava partii mahust või voolukiirusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / 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 |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
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.
Tsemendi tekstisisene segamine sonikaatori abil
Hielscheri ultraheli segistid on tavaliselt paigaldatud in-line. Materjal pumbatakse ultraheli reaktori anumasse. Seal puutub see kokku intensiivse ultraheli kavitatsiooniga. Inline ultrahelitöötlus kõrvaldab möödasõidu, kuna kõik osakesed läbivad segamiskambri pärast kindlaksmääratud teed. Seetõttu nihutab ultraheliuuring tavaliselt osakeste suuruse jaotuskõverat, mitte ei laienda seda.
Tugev ja lihtne puhastada
Ultraheli segamisreaktor koosneb vooluelemendist ja sonotroodest. Laagreid pole vaja. Vooluelemendireaktoritel (roostevaba teras) on lihtsad geomeetriad ning neid saab hõlpsasti lahti võtta ja puhastada. Puuduvad väikesed avad või peidetud nurgad.
Muud ultraheli rakendused tsemendi ja betooni jaoks
Hielscheri ultraheli seadmete kasutamine tsementide ja betoonide valmistamisel ei piirdu tsemendi eelsegude või betoonide segamise ja dispergeerimisega. Ultraheli on väga tõhus vahend vedelike ja läga degaseerimiseks. See vähendab pärast kõvenemist betooni kinni jäänud gaasimullide arvu ja mahtu.
Ultraheli sõela loksutid parandada väikeste osakeste pulbri sõelumise läbilaskvust ja kvaliteeti. Hielscher pakub ultraheliga segatud sõelad laboratoorseteks ja tööstuslikeks rakendusteks.
Konkreetne taustteave
Betoon koosneb tsemendist, nt portlandtsemendist ja muudest tsementmaterjalidest, nagu lendtuhk ja räbutsement, täitematerjalist (kruus, lubjakivi, graniit, liiv), veest ja keemilistest lisanditest. Tüüpiliste lisandite hulka kuuluvad kiirendid või aeglustid, plastifikaatorid, pigmendid, ränidioksiidi suits või kõrge reaktiivsusega metakaoliin (HRM). Mikro-ränidioksiid on tüüpiline betoonisegu. Selle puuduseks on suhteliselt kõrged kulud ja saastumine, mis mõjutab käitajate ja töötajate tervist.