اختلاط التراسونیک برای بتن با کارایی بالا
استفاده از میکرو و نانوسیلیس یا نانولوله ها منجر به بهبود مقاومت فشاری بتن با کارایی بالا می شود. امواج فراصوت یک وسیله موثر برای مخلوط کردن، مرطوب کردن و پراکنده شدن نانومواد در سیمان یا بتن است.
میکروسیلیس امروزه به طور گسترده در بتن مورد استفاده قرار می گیرد که منجر به مقاومت فشاری بالاتر یا بتن های مقاوم در برابر آب و مواد شیمیایی می شود. این می تواند هزینه های مواد و مصرف انرژی را کاهش دهد. نانومواد جدید مانند نانو سیلیس یا نانولوله ها منجر به بهبود بیشتر مقاومت و استحکام می شوند. اما برای نشان دادن پتانسیل کامل نانومواد، یک تکنیک پراکندگی قابل اعتماد و کارآمد مورد نیاز است. فراصوت پروب نوع قابل اعتماد ترین و موثر ترین تکنیک برای تولید نانو پراکندگی, حتی در دوغاب بسیار چسبناک و خمیر مانند سیمان و بتن.
پراکندگی دوغاب سیمان ریز ریز با میکسرهای اولتراسونیک
تیم تحقیقاتی دراگانوویچ در ارائه مقاله تحقیقاتی، نویسندگان پراکندگی دوغاب سیمان ریزریز را با استفاده از فناوری اولتراسوند و حل کننده های آزمایشگاهی معمولی بررسی می کنند. هدف از این مطالعه مقایسه عملکرد سونوگرافی است – در مطالعه به طور خاص سونیکاتور UP400St – با روش های سنتی پراکندگی دوغاب
محققان مجموعه ای از آزمایش ها را با استفاده از تکنیک های مختلف پراکندگی برای ارزیابی توزیع اندازه ذرات (PSD) و پتانسیل زتا ذرات ریز سیمان انجام دادند. تکنیک های پراکندگی شامل درمان سونوگرافی با استفاده از فراصوت UP400St، محلول کننده های آزمایشگاهی با سرعت بالا و ترکیبی از هر دو روش است.
MultiSonoReactor MSR-4: پراکندگی درون خطی اولتراسونیک برای تولید درون خطی صنعتی سیمان و بتن با کارایی بالا.
نتایج نشان داد که پراکندگی اولتراسوند با استفاده از سونیکاتور UP400St به توزیع اندازه ذرات به طور قابل توجهی بهتر در مقایسه با حل کننده های آزمایشگاهی معمولی دست یافت. ماسونیک UP400St به طور موثر تجمع ذرات سیمان ریزریز را کاهش می دهد و یک سوسپانسیون دوغاب همگن تر و پایدارتر تولید می کند. درمان اولتراسوند توزیع ذرات کوچکتر را بهبود می بخشد و در نتیجه محدوده توزیع اندازه ذرات باریک تر می شود.
روش های مقایسه پراکندگی: محلول Vma-Getzmann Dispermat CV-3 مجهز به دیسک 90 میلی متری و سیستم روتور-استاتور. دستگاه سونوگرافی Hielscher UP400St مجهز به سونوترود H22.
(مطالعه و تصاویر: ©دراگانوویچ و همکاران، 2020)
علاوه بر این، استفاده از اولتراسوند در ترکیب با حل کننده های آزمایشگاهی معمولی، کارایی پراکندگی را بیشتر بهبود می بخشد و در مقایسه با درمان اولتراسوند به تنهایی، به توزیع اندازه ذرات حتی ظریف تری دست می یابد. هنگامی که ترکیب، فراصوت فراهم می کند میکرو مخلوط کردن و نانو پراکندگی، در حالی که محلول کمک به مخلوط کردن ماکرو اطمینان حاصل شود که تمام ذرات را به منطقه حفره اولتراسونیک کمک می کند. این امکان کنترل بهتر بر توزیع اندازه ذرات (PSD) و پتانسیل زتا دوغاب سیمان ریزریز را در عملیات ناپیوسته فراهم می کند. هنگام استفاده از راکتور سلول جریان، سوسپانسیون ذرات به طور خودکار از ناحیه نقطه داغ حفره ای عبور می کند تا هم زدن اضافی اضافی باشد.
به طور کلی، این مطالعه عملکرد برتر ماسونیک UP400St را در پراکنده دوغاب سیمان ریز برجسته می کند. درمان اولتراسوند ، به ویژه هنگامی که با محلول کننده های آزمایشگاهی معمولی ترکیب می شود ، روشی بسیار موثر و کارآمد برای دستیابی به سوسپانسیون یکنواخت و پایدار ذرات سیمان ریزریز ارائه می دهد.
شایان ذکر است که این مقاله ارائه می دهد یک مقایسه جامع بین سونوگرافی و روش های پراکندگی معمولی برجسته عملکرد برتر فراصوت در پراکندگی دوغاب است.
(رجوع کنید به دراگانوویچ و همکاران، 2020)
هموژنایزر اولتراسونیک UP400St از نظر راندمان پراکندگی دوغاب سیمان با میکسر آزمایشگاهی معمولی مجهز به دیسک و با استفاده از تکنیک روتور-استاتور مقایسه می شود. این مطالعه نشان داد که پراکندگی اولتراسونیک نه تنها یک روش موثر است، بلکه حتی بهتر از میکسر با استفاده از تکنیک روتور استاتور است.
(مطالعه و گرافیک: © دراگانوویچ و همکاران ، 2020)
تحقیق و توسعه بتن
تحقیقات بتن به دنبال مواد و فرآیندهایی است تا:
- کاهش هزینه های مواد و هزینه های انرژی
- مقاومت اولیه و نهایی بالا را به دست آورید
- بهبود چگالی و مقاومت فشاری
- کارایی ، پمپاژ پذیری و تکمیل را بهبود می بخشد
- دوام را بهبود بخشید و نفوذپذیری را کاهش دهید
- کاهش ترک های انقباض، گردگیری و مشکلات لایه لایه شدن
- مقاومت شیمیایی ، به عنوان مثال مقاومت در برابر سولفات
اختلاط سیمان و بتن
وقتی صحبت از بهبود خواص بتن به میان می آید، فناوری اختلاط به اندازه ترکیب بتن مهم است. اختلاط یک گام ضروری در تولید بتن یکنواخت و با کیفیت است. اگرچه دستورالعمل ها و مقررات متعدد، به عنوان مثال DIN EN 206 ترکیب بتن و اجزای آن را پوشش می دهد، فرآیند واقعی اختلاط سیمان و اختلاط بتن به کاربر واگذار می شود.
تعیین کننده است که آب، سیمان و مواد افزودنی به طور مساوی پراکنده شده و در مقیاس ریز توزیع شوند و آگلومراها به اندازه کافی پراکنده شوند. پراکندگی ناکافی یا آگلومراسیون منجر به خواص بتن پایین تر می شود. با توجه به محتوای آب کم و دوز بالای مواد افزودنی، اختلاط بتن خودتراکم (SCC) و بتن با مقاومت فوق العاده بالا (UHPC) به زمان اختلاط طولانی تر یا فناوری اختلاط موثرتری نیاز دارد.
نانومواد در بتن
در طول هیدراتاسیون محصولات هیدراتاسیون در مقیاس نانو سیمان، مانند هیدرات های کلسیم در بتن سخت کننده تشکیل می شود. نانوذرات سیلیس یا نانولوله ها در طی انجماد بتن به نانو ذرات سیمان تبدیل می شوند. ذرات کوچکتر منجر به فاصله ذرات کوتاه تر و ماده متراکم تر و متخلخل تر می شوند. این باعث افزایش مقاومت فشاری و کاهش نفوذپذیری می شود.
با این حال، یکی از معایب عمده پودر و مواد نانواندازه، تمایل به تشکیل آگلومراها در هنگام خیس کردن و اختلاط است. مگر اینکه ذرات منفرد به خوبی پراکنده شوند، تجمع سطح ذرات در معرض دید را کاهش می دهد که منجر به خواص بتن پایین تر می شود.
پردازنده اولتراسونیک UIP16000 یک هموژنایزر با کارایی بالا برای پراکندگی سیمان و بتن است
اختلاط التراسونیک نانومواد
امواج فراصوت یک وسیله بسیار موثر برای مخلوط کردن، پراکنده کردن و deagglomeration است. تصویر زیر یک نتیجه معمولی از پراکندگی اولتراسونیک سیلیس دود شده در آب را نشان می دهد.
با شروع (منحنی سبز) در اندازه ذرات آگلومرا بیش از 200 میکرون (D50) بیشتر ذرات به کمتر از 200 نانومتر کاهش یافتند.
مخلوط کردن التراسونیک در هر مقیاسی
Hielscher ارائه می دهد دستگاه های اختلاط مافوق صوت برای استفاده در تحقیقات و پردازش در مقیاس کامل.
Sonicators برای تحقیق و توسعه آزمایشگاهی
هموژنایزرهای آزمایشگاهی مافوق صوت Hielscher ابزار مخلوط کردن کامل برای تحقیق و توسعه در مقیاس آزمایشگاهی هستند. ماسونیک آزمایشگاه Hielscher به طور معمول برای مخلوط کردن اولتراسونیک از دسته های کوچک استفاده می شود. هموژنایزرهای مافوق صوت Hielscher ارائه کنترل پارامتر دقیق و تکرارپذیری عالی برای آماده سازی مقیاس بالا. این باعث می شود آن را آسان برای مخلوط کردن فرمولاسیون های مختلف و تعیین تاثیر شدت فراصوت و مدت زمان فراصوت.
اختلاط درون خطی اولتراسونیک در تولید
تجهیزات اختلاط اولتراسونیک مورد نیاز برای مقیاس بالا را می توان دقیقا بر اساس test آزمایشگاهی تعیین. برای پردازش جریان های حجم زیادی از سیمان یا بتن، مافوق صوت با کارایی بالا معمولا در حالت جریان مداوم با استفاده از راکتورهای جریان عمل می کنند. این امکان اختلاط بسیار یکنواخت و پردازش بی عیب و نقص خمیرها و دوغاب ها را فراهم می کند – حتی با ویسکوزیته بسیار بالا.
جدول زیر به شما می دهد نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی از ultrasonicators ما بسته به حجم دسته ای و یا سرعت جریان به پردازش:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150 لیتر | 3 تا 15 لیتر در دقیقه | UIP6000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
ادبیات / منابع
- 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.
اختلاط درون خطی سیمان با استفاده از سونیکاتور
میکسرهای اولتراسونیک Hielscher معمولا در خط نصب می شوند. این ماده به مخزن راکتور اولتراسونیک پمپ می شود. در آنجا در معرض حفره اولتراسونیک شدید قرار می گیرد. فراصوت درون خطی حذف بای پس به عنوان تمام ذرات عبور از محفظه اختلاط پس از یک مسیر مشخص. بنابراین، فراصوت به طور معمول منحنی توزیع اندازه ذرات را به جای گسترش آن تغییر می دهد.
مقاوم و آسان برای تمیز کردن
یک راکتور اختلاط مافوق صوت از سلول جریان و sonotrodes تشکیل شده است. هیچ بلبرینگ مورد نیاز نیست. راکتورهای سلول جریان (فولاد ضد زنگ) دارای هندسه های ساده ای هستند و به راحتی می توان آنها را جدا و تمیز کرد. هیچ روزنه کوچک یا گوشه ای پنهان وجود ندارد.
سایر کاربردهای اولتراسونیک برای سیمان و بتن
استفاده از دستگاه های اولتراسونیک Hielscher در آماده سازی سیمان و بتن به مخلوط کردن و پراکندگی مخلوط سیمان و یا بتن محدود نمی شود. سونوگرافی یک وسیله بسیار موثر برای گاززدایی مایعات و دوغاب است. این امر باعث کاهش تعداد و حجم حباب های گاز محبوس شده در بتن پس از سخت شدن می شود.
شیکرهای غربال اولتراسونیک بهبود توان و کیفیت الک پودر برای ذرات کوچک. Hielscher ارائه می دهد غربال مافوق صوت هم زده برای برنامه های آزمایشگاهی و صنعتی.
اطلاعات پس زمینه عینی
بتن از سیمان، به عنوان مثال سیمان پرتلند و سایر مواد سیمانی مانند خاکستر بادی و سیمان سرباره، سنگدانه (شن، سنگ آهک، گرانیت، ماسه)، آب و مواد افزودنی شیمیایی تشکیل شده است. افزودنی های معمولی شامل شتاب دهنده ها یا بازدارنده ها ، نرم کننده ها ، رنگدانه ها ، دود سیلیس یا متاکائولین با واکنش بالا (HRM) است. میکروسیلیس یک افزودنی معمولی در بتن است. عیب آن هزینه نسبتا بالا و آلودگی آن است که بر سلامت اپراتورها و کارگران تأثیر می گذارد.