Ultraheli segamine suure jõudlusega betooni jaoks
Mikro- ja nanokrohmi või nanotorude kasutamine parandab suure jõudlusega betooni survetugevust. Ultraheli töötlus on tõhus vahend nanomaterjalide segamiseks, märgamiseks ja dispergeerimiseks tsemendis või betoonis.
Mikrokrohmi kasutatakse tänapäeval betoonis laialdaselt, mis annab suurema survetugevuse või vee- ja kemikaalikindlamad betoonid. See võib vähendada materjalikulusid ja energiatarvet. Uued nanomaterjalid, näiteks nanokrohm või nanotorud, toovad kaasa täiendavaid parandusi vastupidavuses ja tugevuses. Nanomaterjalide täieliku potentsiaali ilmutamiseks on aga vaja usaldusväärset ja tõhusat dispergeerimistehnikat. Sondtüüpi sonikaatorid on kõige usaldusväärsem ja tulemuslikum tehnika nanodispersiooni valmistamiseks, isegi väga viskoossetes ja pastataolistes suspensioonides, nagu tsement ja betoon.
Mikrohõlmava tsemendi injekteerimissegu dispergeerimine ultraheli segistitega
Draganovići uurimisrühm esitab uurimisartikli, milles autorid uurivad mikrohõlmava tsemendi injekteerimissegu dispergeerimist ultraheli tehnoloogia ja tavapäraste laboratoorsete dissolverite abil. Uuringu eesmärk on võrrelda ultraheli – uuringus konkreetselt sonikaatori UP400St – jõudlust injekteerimissegu dispergeerimise traditsiooniliste meetoditega.
Uurijad viisid läbi rea katseid erinevate dispergeerimistehnikatega, et hinnata mikrohõlmava tsemendi osakeste osakeste suuruse jaotust (PSD) ja zeetapotentsiaali. Dispergeerimistehnikate hulka kuuluvad ultraheli töötlus sonikaatoriga UP400St, kiired laboratoorsed dissolverid ning mõlema meetodi kombinatsioon.
MultiSonoReactor MSR-4: ultraheli läbivoolu-dispergeerimine suure jõudlusega tsemendi ja betooni tööstuslikuks läbivoolutootmiseks.
Tulemused näitasid, et sonikaatoriga UP400St teostatud ultraheli dispergeerimine andis tavapäraste laboratoorsete dissolveritega võrreldes oluliselt parema osakeste suuruse jaotuse. Sonikaator UP400St vähendab tõhusalt mikrohõlmava tsemendi osakeste aglomeratsiooni ja annab homogeensema ning stabiilsema injekteerimissegu suspensiooni. Ultraheli töötlus parandab väiksemate osakeste jaotust, mille tulemusel on osakeste suuruse jaotuse vahemik kitsam.
Võrreldud dispergeerimismeetodid: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dissolver, mis on varustatud 90 mm kettaga, ja rotor-stator süsteem. Hielscher UP400St ultraheli seade varustatud H22 sonotroodiga.
(Uuring ja pildid: ©Draganovic et al., 2020)
Lisaks parandab ultraheli kasutamine koos tavapäraste laboratoorsete dissolveritega veelgi dispergeerimise tõhusust, saavutades ainuüksi ultraheli töötlusega võrreldes veelgi peenema osakeste suuruse jaotuse. Kombineerimisel tagab sonikeerimine mikrosegamise ja nanodispergeerimise, samas kui dissolver aitab kaasa makrosegamisele, tagades, et kõik osakesed jõuavad ultraheli kavitatsioonitsooni. See võimaldab paremini kontrollida mikrohõlmava tsemendi injekteerimissegu osakeste suuruse jaotust (PSD) ja zeetapotentsiaali partiitöötluses. Läbivoolukambriga reaktori kasutamisel läbib osakeste suspensioon automaatselt kavitatsiooni kuumade punktide tsooni, nii et täiendav segamine on tarbetu.
Kokkuvõttes toob uuring esile sonikaatori UP400St ülivõrdse jõudluse mikrohõlmava tsemendi injekteerimissegu dispergeerimisel. Ultraheli töötlus, eriti koos tavapäraste laboratoorsete dissolveritega, pakub väga tõhusat ja efektiivset meetodit mikrohõlmava tsemendi osakeste ühtlase ja stabiilse suspensiooni saavutamiseks.
Tasub märkida, et artikkel annab põhjaliku võrdluse ultraheli ja tavapäraste dispergeerimismeetodite vahel, tuues esile sonikeerimise ülivõrdse jõudluse injekteerimissegu dispergeerimisel.
(vrd Draganović et al., 2020)
Ultraheli homogenisaatorit UP400St võrreldakse tsemendisegu (grout) dispergeerimise efektiivsust tavalise kettaga varustatud laboratoorse segistiga ja rootor-stator-tehnikat kasutades. 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)
Betooniuuringud ja -arendus
Betooniuuringutes otsitakse materjale ja protsesse, et:
- vähendada materjalikulusid ja energiakulusid
- saavutada kõrge algtugevus ja lõpptugevus
- parandada tihedust ja survetugevust
- parandada töödeldavust, pumbatavust ja pinnaviimistletavust
- parandada vastupidavust ja vähendada läbilaskvust
- vähendada kokkutõmbepragusid, tolmamist ja delaminatsiooniprobleeme
- keemiline vastupidavus, nt sulfaadikindlus
Tsemendi ja betooni segamine
Betooni omaduste parandamisel on segamistehnoloogia sama oluline kui betooni koostis. Segamine on ühtlase ja kvaliteetse betooni tootmisel oluline etapp. Kuigi arvukad juhised ja eeskirjad, nt DIN EN 206, reguleerivad betooni ja selle komponentide koostist, jääb tsemendi segamise ja betooni segamise tegelik protsess kasutaja otsustada.
Olulise tähtsusega on, et vesi, tsement ja lisandid oleksid ühtlaselt dispergeeritud ja jaotatud peenskaalani ning et aglomeraadid oleksid piisavalt dispergeeritud. Ebapiisav dispergeerimine või deaglomeratsioon annab tulemuseks halvemad betooni omadused. Madala veesisalduse ja lisandite suure doseeringu tõttu nõuab isetihenduva betooni (SCC) ja ülikõrge tugevusega betooni (UHPC) segamine pikemat segamisaega või tõhusamat segamistehnoloogiat.
Uurige, kuidas võimsusultraheli parandab ja kiirendab tsemendipastade hüdratatsiooni ja tugevust!
Nanomaterjalid betoonis
Tsemendi hüdratatsiooni käigus tekivad kivistuvas betoonis nanomõõtmelised hüdratatsiooniproduktid, näiteks kaltsiumhüdraadid. Ränidioksiidi nanoosakesed või nanotorud muutuvad betooni tahkumise käigus tsemendi nanoosakesteks. Väiksemad osakesed põhjustavad lühemat osakestevahelist kaugust ning tihedamat ja vähem poorset materjali. See suurendab survetugevust ja vähendab läbilaskvust.
Nanomõõtmelise pulbri ja materjalide suur puudus on siiski kalduvus moodustada aglomeraate niisutamise ja segamise ajal. Kui üksikud osakesed ei ole hästi dispergeeritud, vähendab aglomeratsioon osakeste avatud pinda, mis annab tulemuseks halvemad betooni omadused.
Ultraheliprotsessor UIP16000 on suure jõudlusega homogenisaator tsemendi ja betooni dispergeerimiseks
Ultraheli segamine: nanomaterjalide homogeenne dispergeerimine tsemendipastades
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on väga tõhus vahend segamiseks, dispergeerimiseks ja deaglomeratsiooniks. Allolev pilt näitab räni suitsu tüüpilist (fumed silica) ultraheli dispergeerimise tulemust vees.
Lugege lähemalt ultraheli dispergeerimist kasutavate nanoarmeeritud tsemendimörtide kohta!
Lähtudes (roheline kõver) aglomeraatide osakeste suurusest üle 200 mikroni (D50), vähendati enamik osakesi alla 200 nanomeetri.
Ultraheli segamine igas mastaabis
Hielscher pakub ultraheli segamisseadmeid kasutamiseks uuringutes ja täismahulises töötlemises.
Sonikaatorid laboratoorseks uurimis- ja arendustööks
Hielscheri ultraheli laboratoorsed homogenisaatorid on ideaalne segamisvahend uurimis- ja arendustööks laboriskaalas. Hielscheri laboratoorseid sonikaatoreid kasutatakse tavaliselt väikeste partiide ultraheli segamiseks. Hielscheri ultraheli homogenisaatorid pakuvad täpset parameetrite kontrolli ja suurepärast korratavust skaleerimise ettevalmistamiseks. See muudab lihtsaks erinevate koostiste segamise ning ultraheli töötluse intensiivsuse ja kestuse mõju kindlaksmääramise.
Ultraheli liinisisene segamine tootmises
Mastaapimiseks vajalikku ultraheli segamisseadmestikku on võimalik laboratoorse katse põhjal täpselt määrata. Suurte tsemendi- või betoonivoogude töötlemiseks kasutatakse suure jõudlusega ultraheliseadmeid tavaliselt pidevvoolurežiimis läbivoolureaktorite abil. See võimaldab väga ühtlast segamist ning pastade ja suspensioonide laitmatut töötlemist – isegi väga suure viskoossuse korral.
Allolev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest sõltuvalt töödeldavast partii mahust või vooluhulgast:
| Partii maht | Vooluhulk | 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 20 L | 0,2 kuni 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100 L | 2 kuni 10 L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150 L | 3 kuni 15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige 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 inline-segamine sonikaatoriga
Hielscheri ultraheli segistid paigaldatakse tavaliselt inline-süsteemina. Materjal pumbatakse ultraheli reaktorianumasse. Seal puutub see kokku intensiivse ultraheli kavitatsiooniga. Inline-sonikeerimine välistab möödavoolu, kuna kõik osakesed läbivad segamiskambri kindlaksmääratud teekonda mööda. Seetõttu nihutab ultraheli töötlus osakeste suuruse jaotuskõverat tavaliselt pigem, kui laiendab seda.
Töökindel ja lihtsasti puhastatav
Ultraheli segamisreaktor koosneb läbivoolukambrist ja sonotroodidest. Laagreid ei ole vaja. Läbivoolukambriga reaktoritel (roostevaba teras) on lihtne geomeetria ning neid saab hõlpsasti lahti võtta ja puhastada. Väikesi avasid ega peidetud nurki ei ole.
Ultraheli muud rakendused tsemendi ja betooni valdkonnas
Hielscheri ultraheliseadmete kasutamine tsementide ja betoonide valmistamisel ei piirdu tsemendi eelsegude või betoonide segamise ja dispergeerimisega. Ultraheli on väga tõhus vahend vedelike ja suspensioonide gaasi eemaldamiseks. See vähendab kõvenenud betooni sisse jäävate gaasimullide arvu ja mahtu.
Ultraheli sõelumisvibraatorid parandavad väikeste osakeste pulbrite sõelumise läbilaskevõimet ja kvaliteeti. Hielscher pakub ultrahelil põhinevat loksutust kasutavaid sõelu laboratoorseks ja tööstuslikuks kasutamiseks.
Betooni taustteave
Betoon koosneb tsemendist, nt portlandtsemendist, ja muudest tsementi sisaldavatest materjalidest, nagu lendtuhk ja räbutsement, täitematerjalist (kruus, lubjakivi, graniit, liiv), veest ning keemilistest lisanditest. Tüüpilised lisandid on kiirendid või aeglustid, plastifikaatorid, pigmendid, ränisuits (silica fume) või kõrge reaktsioonivõimega metakaoliin (High Reactivity Metakaolin, HRM). Mikrokrohm (micro silica) on betoonis tüüpiline lisand. Selle puuduseks on suhteliselt kõrge hind ning saasteaine, mis mõjutab käitajate ja töötajate tervist.