Géopolymérisation améliorée par sonication
Les géopolymères constituent une alternative prometteuse aux matériaux traditionnels à base de ciment, car ils présentent des avantages sur le plan de l'environnement, de la mécanique et de la durabilité. La dispersion par ultrasons est une technique très efficace pour produire des géopolymères présentant d'excellentes caractéristiques. La sonication représente une méthode de mélange très efficace permettant la production économique de géopolymères de haute performance en grandes quantités.
Amélioration de la géopolymérisation par les ultrasons de puissance
La géopolymérisation nécessite un mélange méticuleux et vigoureux pour assurer un contact optimal entre ses composants, facilitant ainsi une polymérisation complète. L'application d'ultrasons de puissance induit des forces de cisaillement intenses, favorisant ainsi le mélange et l'homogénéisation nécessaires, tout en fournissant simultanément l'énergie nécessaire à une géopolymérisation rapide et complète. Les ultrasons de puissance améliorent la cinétique de la géopolymérisation en favorisant une meilleure dispersion des réactifs et en facilitant la décomposition des agglomérats, ce qui permet d'améliorer les taux de réaction et la qualité du produit.
MultiSonoReactor avec une puissance d'ultrasons de 16 kW pour la géopolymérisation en ligne à l'échelle de production
Le mélange et la dispersion par ultrasons peuvent favoriser la géopolymérisation par le biais de plusieurs mécanismes :
Ces mécanismes induits par les ultrasons contribuent collectivement à l'amélioration de la cinétique de géopolymérisation et au développement de matériaux géopolymères aux propriétés améliorées.
Les ultrasons de puissance pour améliorer la fabrication des matériaux de construction
Les ultrasons de puissance se sont imposés comme une technologie fiable pour la fabrication de matériaux de construction, notamment le ciment, le béton, les géopolymères et d'autres matériaux de construction. Le traitement par ultrasons implique l'application d'ondes ultrasonores à basse fréquence à un milieu liquide ou boueux, ce qui entraîne une série d'effets bénéfiques sur les propriétés du matériau et les caractéristiques du traitement. Les chercheurs et les professionnels de l'industrie reconnaissent de plus en plus le potentiel des ultrasons pour améliorer les performances, l'efficacité et la durabilité des matériaux de construction. Cette introduction donne un aperçu des applications et des avantages des ultrasons de puissance dans la fabrication des matériaux de construction.
- Ciment : Le traitement par ultrasons peut améliorer la cinétique d'hydratation des matériaux cimentaires en favorisant la dissolution des phases de clinker et en accélérant la formation des produits d'hydratation. Il en résulte des temps de durcissement plus courts, un meilleur développement de la résistance initiale et une durabilité accrue des structures en béton. En outre, les ultrasons peuvent faciliter la dispersion des additifs et des matériaux cimentaires supplémentaires, tels que les cendres volantes et le laitier, ce qui permet d'obtenir des compositions de ciment plus durables et plus respectueuses de l'environnement.
En savoir plus sur la prise accélérée par ultrasons et le développement précoce de la résistance du béton ! - Béton : Les techniques de mélange et de cure par ultrasons peuvent améliorer l'ouvrabilité, la résistance et la durabilité des mélanges de béton. La sonication favorise la dispersion des agrégats et des fibres de renforcement, réduit la présence de vides d'air et de défauts, et renforce la liaison entre la matrice cimentaire et les agrégats. Il en résulte un béton plus résistant à la compression, une meilleure résistance à la fissuration et à la dégradation, et une meilleure performance à long terme dans diverses conditions environnementales.
En savoir plus sur les effets bénéfiques de la sonication sur l'hydratation du ciment ! - Géopolymères : Le traitement par ultrasons joue un rôle crucial dans la synthèse et le durcissement des géopolymères, qui sont des alternatives écologiques aux matériaux traditionnels à base de ciment. Les ultrasons favorisent la dissolution des précurseurs d'aluminosilicate, accélèrent la polymérisation des espèces de silicate et améliorent l'homogénéisation des réactifs, ce qui permet un durcissement plus rapide et des propriétés mécaniques supérieures des produits géopolymères. En outre, les ultrasons peuvent améliorer les propriétés rhéologiques et la maniabilité des boues de géopolymères, ce qui permet de fabriquer des formes et des structures complexes.
- Autres matériaux de construction : Les ultrasons de puissance ont diverses applications dans la fabrication de divers matériaux de construction, notamment le mortier, les coulis, le plâtre et les produits d'isolation. La sonication peut améliorer la dispersion des additifs, des charges et des agents de renforcement, optimiser la microstructure et la porosité des matériaux et améliorer leurs propriétés thermiques et mécaniques. En particulier lorsqu'il s'agit de l'incorporation uniforme de nanomatériaux, la dispersion et la géagglomération ultrasoniques contribuent à la qualité et à la performance des matériaux de construction dans les applications architecturales et d'infrastructure.
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Sonicateurs haute performance pour la production de géopolymères
Les sonicateurs Hielscher sont capables de produire une cavitation acoustique intense, qui entraîne la formation et l'effondrement de bulles microscopiques dans le milieu liquide. Ce processus permet un mélange et une homogénéisation très efficaces des matériaux précurseurs des géopolymères, assurant une distribution uniforme des réactifs et améliorant la qualité du produit final. Les processeurs industriels à ultrasons de Hielscher Ultrasonics peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Le traitement continu à l'aide d'une cellule d'écoulement à ultrasons permet de soniquer de grands volumes dans des conditions contrôlées avec précision, garantissant ainsi une géopolymérisation de haute qualité en continu.
Des disperseurs à ultrasons pour la synthèse de géopolymères à toutes les échelles : Hielscher propose une gamme d'équipements ultrasoniques dont les capacités de puissance et les volumes de traitement varient, ce qui permet une évolutivité et une personnalisation en fonction des exigences spécifiques des processus de fabrication des géopolymères. Qu'il s'agisse d'expérimentation en laboratoire sur des lots ou de production en ligne à l'échelle industrielle, les sonicateurs Hielscher peuvent être adaptés pour répondre aux besoins de différentes applications.
Points forts du traitement par ultrasons – y compris l'amélioration de l'homogénéisation, l'accélération de la cinétique de réaction, la réduction de la taille des particules, l'amélioration des propriétés mécaniques et l'extensibilité. – font de Hielscher une technique puissante pour optimiser la synthèse des géopolymères et faire progresser le développement de matériaux de construction durables. Offrant de solides avantages pour la fabrication de géopolymères, les sonicateurs Hielscher vous placent à l'avant-garde de la production de géopolymères.
Sonicator UIP16000 pour la dispersion de matériaux de construction tels que les géopolymères ou les matériaux cimentaires.
- haute efficacité
- Une technologie de pointe
- fiabilité & Robustesse
- contrôle du processus réglable et précis
- lot & en ligne
- pour tout volume
- logiciel intelligent
- fonctions intelligentes (par exemple, programmable, protocole de données, contrôle à distance)
- Facile et sûr à utiliser
- Faible entretien
- CIP (clean-in-place)
Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany
Les ultrasons Hielscher sont réputés pour leur qualité et leurs normes de conception les plus élevées. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration aisée de nos ultrasons dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement gérés par les ultrasons Hielscher.
Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
Contactez nous ! / Demandez-nous !
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance pour les applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.
Littérature / Références
- Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J.S.J. )2004): Ultrasound enhanced geopolymerisation. Journal of Materials Science 39, 2004. 571–580.
- 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.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
- Peters, S.; Kraus, M.; Rößler, Christiane; Ludwig, H.-M. (2011): Workability of cement suspensions Using power ultrasound to improve cement suspension workability. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Plant and Precast Technology. 77, 2011. 26-33.
- M.G. Hamed, A.M. El-Kamash & A. A. El-Sayed (2023): Selective removal of lead using nanostructured chitosan ion-imprinted polymer grafted with sodium styrene sulphonate and acrylic acid from aqueous solution. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 103:17, 5465-5482.
Qu'il faut savoir
Que sont les géopolymères et à quoi servent-ils ?
Les géopolymères sont des polymères inorganiques ou des matériaux aluminosilicatés qui sont généralement synthétisés par l'activation alcaline de précurseurs aluminosilicatés tels que les cendres volantes, les scories, le métakaolin ou des matériaux naturels tels que les cendres volcaniques. Ils sont formés par un réseau polymérique d'oxydes d'aluminium et de silicium, l'activateur alcalin jouant un rôle crucial dans le déclenchement de la réaction de géopolymérisation.
Ces matériaux ont attiré l'attention en tant qu'alternative durable au béton traditionnel à base de ciment Portland en raison de leurs propriétés respectueuses de l'environnement et de leurs excellentes performances techniques.
Les géopolymères sont utilisés dans diverses applications, notamment :
Géopolymères – Une alternative écologique au béton
Les géopolymères offrent une alternative écologique au béton traditionnel grâce à plusieurs caractéristiques respectueuses de l'environnement. Les principaux avantages du géopolymère en tant que matériau de construction sont la réduction des émissions de carbone, l'utilisation de sous-produits industriels, la conservation de l'énergie et de l'eau, ainsi que sa recyclabilité et sa durabilité. Alors que la prise de conscience des problèmes environnementaux ne cesse de croître dans le monde entier, les géopolymères sont de plus en plus reconnus comme une solution viable pour réduire l'empreinte environnementale des matériaux de construction. La sonication est une technique de mélange très efficace qui permet de produire des géopolymères de haute performance de manière économique et en grande quantité.
- Réduction de l'empreinte carbone : Les géopolymères ont généralement une empreinte carbone plus faible que le béton traditionnel à base de ciment Portland. La production de ciment Portland implique des procédés de cuisson à haute température, qui émettent d'importantes quantités de dioxyde de carbone (CO2). En revanche, les géopolymères peuvent être synthétisés à des températures beaucoup plus basses, parfois à température ambiante, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie et les émissions de CO2 lors de la fabrication.
- Utilisation des sous-produits industriels : Les géopolymères utilisent souvent comme précurseurs des sous-produits industriels tels que les cendres volantes, les scories et le métakaolin. Ces matériaux sont souvent considérés comme des déchets provenant d'autres industries et devraient autrement être éliminés, contribuant ainsi à la charge environnementale. En incorporant ces sous-produits dans les géopolymères, non seulement ils sont détournés des décharges, mais ils réduisent également la demande de matières premières vierges, ce qui réduit encore l'impact sur l'environnement.
- Consommation d'énergie réduite : La production de géopolymères nécessite généralement moins d'énergie que celle du ciment Portland. Les processus de géopolymérisation peuvent se dérouler à des températures plus basses et ne pas nécessiter le processus de calcination étendu qu'implique la production de ciment. Il en résulte une réduction de la consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre qui y sont associées.
- Durabilité et longévité : Les géopolymères peuvent présenter d'excellentes propriétés de durabilité, notamment une résistance élevée à la compression, une faible perméabilité et une résistance à la corrosion chimique. Par conséquent, les structures fabriquées à partir de géopolymères peuvent nécessiter moins d'entretien et de réparations au cours de leur durée de vie que le béton traditionnel. Cette longévité réduit la nécessité d'une reconstruction ou d'un remplacement fréquents, ce qui permet de préserver les ressources et de réduire l'impact global sur l'environnement.
- Réduction de la consommation d'eau : La production de géopolymères nécessite généralement moins d'eau que le béton traditionnel. Le processus de mélange des géopolymères implique souvent une teneur en eau minimale, ce qui permet de réduire la consommation d'eau et la pression sur les ressources en eau.
- Recyclage et réutilisation : Les matériaux géopolymères peuvent souvent être recyclés ou réutilisés à la fin de leur durée de vie. Contrairement au béton traditionnel, dont le recyclage ou l'élimination peut nécessiter un traitement à forte intensité énergétique, les géopolymères peuvent être décomposés et réutilisés avec un impact moindre sur l'environnement.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.