Mixing à ultrasons pour le béton à haute performance
L'utilisation de micro- et nanosilice ou nanotubes conduit à une amélioration de la résistance à la compression du béton à haute performance. Ultrasons, est un moyen efficace pour le mélange, le mouillage et la dispersion des nanomatériaux en ciment ou en béton.
La micro silice est aujourd'hui largement utilisée dans le béton, ce qui permet d'obtenir une résistance à la compression plus élevée ou des bétons résistants à l'eau et aux produits chimiques. Cela permet de réduire les coûts des matériaux et l'utilisation de l'énergie. Les nouveaux nanomatériaux, tels que la nano-silice ou les nanotubes, permettent d'améliorer encore la résistance et la solidité. Mais pour exploiter tout le potentiel des nanomatériaux, il faut une technique de dispersion fiable et efficace. Les sonicateurs à sonde constituent la technique la plus fiable et la plus efficace pour produire une nano-dispersion, même dans des boues très visqueuses et pâteuses telles que le ciment et le béton.
Dispersion de coulis de ciment microfin à l'aide de mélangeurs ultrasoniques
L'équipe de recherche de Draganović présente un article de recherche, les auteurs étudient la dispersion du coulis de ciment microfin en utilisant la technologie des ultrasons et des dissolveurs de laboratoire conventionnels. L'étude vise à comparer les performances des dissolveurs à ultrasons et des dissolveurs conventionnels de laboratoire. – dans l'étude, en particulier le sonicateur UP400St – avec les méthodes traditionnelles de dispersion des coulis.
Les chercheurs ont mené une série d'expériences en utilisant différentes techniques de dispersion pour évaluer la distribution de la taille des particules (PSD) et le potentiel zêta des particules de ciment microfines. Les techniques de dispersion comprennent le traitement par ultrasons à l'aide du sonicateur UP400St, les dissolveurs de laboratoire à grande vitesse et la combinaison des deux méthodes.
MultiSonoReactor MSR-4 : dispersion ultrasonique en ligne pour la production industrielle en ligne de ciment et de béton à haute performance.
Les résultats ont montré que la dispersion par ultrasons à l'aide du sonicateur UP400St permettait d'obtenir une distribution granulométrique nettement meilleure que celle obtenue avec les dissolveurs de laboratoire conventionnels. Le sonicateur UP400St réduit efficacement l'agglomération des particules de ciment microfines et produit une suspension de coulis plus homogène et plus stable. Le traitement aux ultrasons améliore la distribution des particules plus petites, ce qui permet d'obtenir une gamme de distribution de taille de particules plus étroite.
Méthodes de dispersion comparées : Dissolveur Vma-Getzmann Dispermat CV-3 équipé d'un disque de 90 mm et d'un système rotor-stator. Appareil à ultrasons Hielscher UP400St équipé d'une sonotrode H22.
(Étude et photos : ©Draganovic et al., 2020)
En outre, l'utilisation d'ultrasons en combinaison avec des dissolveurs de laboratoire conventionnels améliore encore l'efficacité de la dispersion, permettant d'obtenir une distribution granulométrique encore plus fine par rapport au traitement par ultrasons seul. Lorsqu'elle est combinée, la sonication assure le micro-mélange et la nano-dispersion, tandis que le dissolveur contribue au macro-mélange en veillant à ce que toutes les particules pénètrent dans la zone de cavitation ultrasonique. Cela permet de mieux contrôler la distribution de la taille des particules (PSD) et le potentiel zêta du coulis de ciment microfin dans le cadre d'une opération par lots. Lors de l'utilisation d'un réacteur à cellules d'écoulement, la suspension de particules passe automatiquement dans la zone de cavitation, de sorte que l'agitation supplémentaire est superflue.
Dans l'ensemble, l'étude met en évidence les performances supérieures du sonicateur UP400St dans la dispersion des coulis de ciment microfins. Le traitement par ultrasons, en particulier lorsqu'il est combiné avec des dissolvants de laboratoire conventionnels, offre une méthode très efficace et efficiente pour obtenir une suspension uniforme et stable de particules de ciment microfines.
Il convient de noter que l'article fournit une comparaison complète entre les méthodes de dispersion par ultrasons et les méthodes conventionnelles, mettant en évidence les performances supérieures de la sonication dans la dispersion des coulis.
(cf. Draganović et al., 2020)
L'homogénéisateur à ultrasons UP400St est comparée en ce qui concerne l'efficacité de la dispersion du coulis de ciment avec un mélangeur de laboratoire ordinaire équipé d'un disque, et en utilisant la technique du rotor-stator. L'étude a montré que la dispersion par ultrasons n'est pas seulement une méthode efficace, mais qu'elle est même meilleure qu'un mélangeur utilisant la technique du rotor-stator.
(étude et graphique : © Draganović et al., 2020)
Béton Recherche et Développement
la recherche concrète cherche matériaux et procédés à:
- réduire les coûts matériels et coûts d'énergie
- obtenir une haute résistance initiale et finale
- améliorer la densité et résistance à la compression
- améliorer la maniabilité, pompabilité et qualité de finition
- améliorer la durabilité et réduire la perméabilité
- réduire les fissures de retrait, épousseter et problèmes de délamination
- la résistance chimique, par exemple, résistance sulfate
Ciment et Béton Mixing
En ce qui concerne l'amélioration des propriétés du béton, la technologie de mélange est aussi importante que la composition du béton. Le mélange est une étape essentielle dans la production de l'uniforme, le béton de haute qualité. Bien que de nombreuses directives et règlements, par exemple DIN EN 206 couvrent la composition du béton et de ses composants, le véritable processus de mélange de ciment et de béton est laissé à l'utilisateur.
Il est décisif, que l'eau, le ciment et sont uniformément dispersés adjuvants et distribués jusqu'à une échelle fine et agglomérats sont suffisamment dispersés. des résultats insuffisants de dispersion ou désagglomération dans les propriétés du béton de qualité inférieure. En raison de la faible teneur en eau et la dose élevée d'adjonctions, le mélange du béton autoplaçant (SCC) et le béton ultra-haute résistance (BFUP) nécessite un temps de mélange plus ou une technologie de mélange plus efficace.
Nanomatériaux en béton
Pendant l'hydratation du ciment, des produits d'hydratation à l'échelle nanométrique, tels que des hydrates de calcium, se forment dans le béton durcissant. Les nanoparticules de silice ou les nanotubes se transforment en nanoparticules de ciment lors de la solidification du béton. Des particules plus petites réduisent la distance entre les particules et donnent un matériau plus dense et moins poreux. Cela augmente la résistance à la compression et réduit la perméabilité.
Un inconvénient majeur de poudre nanométrique et des matériaux, cependant, est la tendance à former des agglomérats au cours de mouillage et de mélange. A moins que les particules individuelles sont bien dispersés, agglomération réduit la surface exposée des particules conduisant à des propriétés inférieures en béton.
Le processeur à ultrasons UIP16000 est un homogénéisateur haute performance pour la dispersion du ciment et du béton.
Mixing ultrasons de Nanomatériaux
Les ultrasons sont un moyen très efficace pour mélanger, disperser et désagglomérer. L'image ci-dessous montre un résultat typique de la dispersion par ultrasons de silice pyrogénée dans l'eau.
À partir de (courbe verte) à une taille de particules d'agglomérat de plus de 200 microns (D50) la plupart des particules ont été réduites à moins de 200 nanomètres.
Ultrasons mélange à toute échelle
Hielscher offre des dispositifs de mélange à ultrasons destinés à être utilisés dans la recherche et le traitement à grande échelle.
Sonicateurs pour la recherche et le développement en laboratoire
Les homogénéisateurs de laboratoire à ultrasons Hielscher sont l'outil de mélange idéal pour la recherche et le développement à l'échelle du laboratoire. Les sonicateurs de laboratoire Hielscher sont généralement utilisés pour le mélange par ultrasons de petits lots. Les homogénéisateurs ultrasoniques Hielscher offrent un contrôle précis des paramètres et une excellente reproductibilité pour la préparation de la mise à l'échelle. Il est ainsi facile de mélanger différentes formulations et de déterminer l'impact de l'intensité et de la durée de l'ultrasonication.
Mélange en ligne par ultrasons en production
L'équipement de mélange par ultrasons nécessaire à la mise à l'échelle peut être déterminé avec précision sur la base des essais en laboratoire. Pour le traitement de grands volumes de ciment ou de béton, les mélangeurs à ultrasons haute performance sont généralement utilisés en mode de flux continu, avec des réacteurs à écoulement continu. Cela permet un mélange très uniforme et un traitement parfait des pâtes et des boues. – même avec des viscosités très élevées.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons en fonction du volume du lot ou du débit à traiter :
| lot Volume | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500 ml | 10 à 200 ml / min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
| n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
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Littérature / Références
- 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.
Mélange en ligne du ciment à l'aide d'un sonicateur
mélangeurs à ultrasons Hielscher sont généralement installés en ligne. Le matériau est pompé dans la cuve de réacteur à ultrasons. Il est exposé à cavitation ultrasonique intense. sonication Inline élimine par passage que toutes les particules passent à la chambre de mélange suivant un trajet défini. Par conséquent, les ultrasons se déplace généralement la courbe de distribution de taille de particules plutôt que l'élargir.
Robuste et facile à nettoyer
Un réacteur de mélange à ultrasons se compose d'une cellule d'écoulement et de sonotrodes. Aucun palier n'est nécessaire. Les réacteurs à cellule d'écoulement (acier inoxydable) ont des géométries simples et peuvent être facilement démontés et nettoyés. Il n'y a pas de petits orifices ou de coins cachés.
D'autres applications de Ultrasons pour le ciment et le béton
L'utilisation des appareils à ultrasons Hielscher dans la préparation des ciments et des bétons ne se limite pas au mélange et à la dispersion des prémélanges de ciment ou des bétons. Les ultrasons sont un moyen très efficace pour dégazer les liquides et les boues. Ils réduisent le nombre et le volume des bulles de gaz piégées dans le béton après le durcissement.
Tamiseuses à ultrasons améliorer le rendement et la qualité du tamisage des poudres pour les petites particules. Hielscher propose des tamis à agitation ultrasonique pour les applications industrielles et de laboratoire.
Informations générales Béton
Le béton est composé de ciment, par exemple le ciment Portland et d'autres matériaux cimentaires, tels que les cendres volantes et le ciment de laitier, de granulats (gravier, calcaire, granit, sable), d'eau et d'adjuvants chimiques. Les adjuvants typiques comprennent les accélérateurs ou les retardateurs, les plastifiants, les pigments, la fumée de silice ou le métakaolin à haute réactivité (HRM). La micro silice est un adjuvant typique du béton. Son inconvénient est son coût relativement élevé et sa contamination qui affecte la santé des opérateurs et des travailleurs.