ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા કોંક્રિટ માટે અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ
માઇક્રો- અને નેનોસિલિકા અથવા નેનોટ્યૂબના ઉપયોગથી ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા કોંક્રિટની દાબસહન શક્તિમાં સુધારો થાય છે. સિમેન્ટ અથવા કોંક્રિટમાં નેનોસામગ્રીનું મિશ્રણ કરવા, તેને ભીની કરવા અને વિખેરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન એક અસરકારક સાધન છે.
આજે કોંક્રિટમાં માઇક્રો સિલિકાનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે, જેનાથી વધુ દાબસહન શક્તિવાળું અથવા પાણી અને રસાયણો સામે પ્રતિકારક્ષમ કોંક્રિટ બને છે. તેનાથી સામગ્રીનો ખર્ચ અને ઊર્જાનો વપરાશ ઘટી શકે છે. નેનો સિલિકા અથવા નેનોટ્યૂબ જેવી નવી નેનોસામગ્રી પ્રતિકારક્ષમતા અને મજબૂતીમાં વધુ સુધારો લાવે છે. પરંતુ નેનોસામગ્રીની સંપૂર્ણ ક્ષમતા પ્રગટ કરવા માટે વિશ્વસનીય અને કાર્યક્ષમ વિખેરણ તકનીક જરૂરી છે. સિમેન્ટ અને કોંક્રિટ જેવી અત્યંત શ્યાન અને પેસ્ટ જેવી સ્લરીમાં પણ નેનોવિખેરણ ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રોબ પ્રકારના સોનિકેટર સૌથી વિશ્વસનીય અને અસરકારક તકનીક છે.
અલ્ટ્રાસોનિક મિક્સર વડે અતિસૂક્ષ્મ સિમેન્ટ ગ્રાઉટનું વિખેરણ
Draganović ની સંશોધન ટીમે રજૂ કરેલા સંશોધન લેખમાં લેખકો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તકનીક અને પરંપરાગત પ્રયોગશાળાના ડિસોલ્વરનો ઉપયોગ કરીને અતિસૂક્ષ્મ સિમેન્ટ ગ્રાઉટના વિખેરણની તપાસ કરે છે. આ અભ્યાસનો હેતુ અલ્ટ્રાસાઉન્ડની કામગીરીની – આ અભ્યાસમાં ખાસ કરીને સોનિકેટર UP400St ની કામગીરીની – ગ્રાઉટ વિખેરણની પરંપરાગત પદ્ધતિઓ સાથે તુલના કરવાનો છે.
સંશોધકોએ અતિસૂક્ષ્મ સિમેન્ટ કણોના કણકદ વિતરણ (PSD) અને ઝીટા વિભવનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે વિવિધ વિખેરણ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને શ્રેણીબદ્ધ પ્રયોગો કર્યા. આ વિખેરણ તકનીકોમાં UP400St સોનિકેટરનો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપચાર, ઉચ્ચ ગતિના પ્રયોગશાળાના ડિસોલ્વર અને બંને પદ્ધતિઓનું સંયોજન સામેલ છે.
MultiSonoReactor MSR-4: ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા સિમેન્ટ અને કોંક્રિટના ઔદ્યોગિક ઇનલાઇન ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઇનલાઇન વિખેરણ.
પરિણામોએ દર્શાવ્યું કે પરંપરાગત પ્રયોગશાળાના ડિસોલ્વરની તુલનામાં સોનિકેટર UP400St વડે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વિખેરણથી નોંધપાત્ર રીતે વધુ સારું કણકદ વિતરણ પ્રાપ્ત થયું. સોનિકેટર UP400St અતિસૂક્ષ્મ સિમેન્ટ કણોનું સમૂહીકરણ અસરકારક રીતે ઘટાડે છે અને વધુ સમાન અને સ્થિર ગ્રાઉટ નિલંબન ઉત્પન્ન કરે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપચાર નાના કણોના વિતરણમાં સુધારો કરે છે, જેના પરિણામે કણકદ વિતરણનો વ્યાપ વધુ સાંકડો બને છે.
તુલના કરેલી વિખેરણ પદ્ધતિઓ: 90-mm ડિસ્ક અને રોટર-સ્ટેટર પ્રણાલીથી સજ્જ Vma-Getzmann Dispermat CV-3 ડિસોલ્વર. Hielscher UP400St અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપકરણ H22 સોનોટ્રોડથી સજ્જ છે.
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: ©Draganovic et al., 2020)
વધુમાં, પરંપરાગત પ્રયોગશાળાના ડિસોલ્વર સાથે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો સંયુક્ત ઉપયોગ વિખેરણ કાર્યક્ષમતામાં વધુ સુધારો કરે છે અને માત્ર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપચારની તુલનામાં વધુ સૂક્ષ્મ કણકદ વિતરણ પ્રાપ્ત કરે છે. બંનેનો સંયુક્ત ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે સોનિકેશન સૂક્ષ્મ સ્તરનું મિશ્રણ અને નેનોવિખેરણ પૂરું પાડે છે, જ્યારે ડિસોલ્વર સ્થૂળ સ્તરના મિશ્રણમાં ફાળો આપે છે અને બધા કણો અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન ક્ષેત્રમાં પહોંચે તેની ખાતરી કરે છે. આનાથી બેચ પ્રક્રિયામાં અતિસૂક્ષ્મ સિમેન્ટ ગ્રાઉટના કણકદ વિતરણ (PSD) અને ઝીટા વિભવ પર વધુ સારું નિયંત્રણ મેળવી શકાય છે. ફ્લો સેલ રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે કણોનું નિલંબન આપમેળે કેવિટેશનના હોટ સ્પોટ ક્ષેત્રમાંથી પસાર થાય છે, જેથી વધારાનું હલાવવું બિનજરૂરી બને છે.
એકંદરે, આ અભ્યાસ અતિસૂક્ષ્મ સિમેન્ટ ગ્રાઉટનું વિખેરણ કરવામાં સોનિકેટર UP400St ની શ્રેષ્ઠ કામગીરીને ઉજાગર કરે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપચાર, ખાસ કરીને પરંપરાગત પ્રયોગશાળાના ડિસોલ્વર સાથે સંયુક્ત રીતે ઉપયોગમાં લેવાય ત્યારે, અતિસૂક્ષ્મ સિમેન્ટ કણોનું એકસમાન અને સ્થિર નિલંબન મેળવવા માટે અત્યંત અસરકારક અને કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ પૂરી પાડે છે.
એ નોંધવા જેવું છે કે આ લેખ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને પરંપરાગત વિખેરણ પદ્ધતિઓ વચ્ચે વ્યાપક તુલના પૂરી પાડે છે અને ગ્રાઉટ વિખેરણમાં સોનિકેશનની શ્રેષ્ઠ કામગીરીને ઉજાગર કરે છે.
(જુઓ Draganović et al., 2020)
અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર UP400St ની સિમેન્ટ ગ્રાઉટના વિખેરણની કાર્યક્ષમતાના સંદર્ભમાં ડિસ્કથી સજ્જ સામાન્ય પ્રયોગશાળા મિક્સર સાથે અને રોટર-સ્ટેટર તકનીકનો ઉપયોગ કરીને સરખામણી કરવામાં આવે છે. અભ્યાસે દર્શાવ્યું કે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ માત્ર અસરકારક પદ્ધતિ જ નથી, પરંતુ રોટર-સ્ટેટર તકનીકનો ઉપયોગ કરતા મિક્સર કરતાં પણ વધુ સારું છે.
(અભ્યાસ અને આલેખ: © Draganović et al., 2020)
કોંક્રિટનું સંશોધન અને વિકાસ
કોંક્રિટના સંશોધનમાં નીચેના હેતુઓ માટે સામગ્રી અને પ્રક્રિયાઓ શોધવામાં આવે છે:
- સામગ્રીનો ખર્ચ અને ઊર્જાનો ખર્ચ ઘટાડવો
- ઉચ્ચ પ્રારંભિક અને અંતિમ પ્રતિકારક્ષમતા મેળવવી
- ઘનતા અને સંકોચન સામર્થ્ય સુધારવાં
- કામ કરવાની, પંપ કરવાની અને સપાટીને અંતિમ ઓપ આપવાની સુગમતા સુધારવી
- ટકાઉપણું સુધારવું અને પારગમ્યતા ઘટાડવી
- સંકોચનથી પડતી તિરાડો, સપાટી પરથી ધૂળ છૂટવાની અને સ્તરો છૂટા પડવાની સમસ્યાઓ ઘટાડવી
- રાસાયણિક પ્રતિકારક્ષમતા, દા.ત. સલ્ફેટ સામેની પ્રતિકારક્ષમતા
સિમેન્ટ અને કોંક્રિટનું મિશ્રણ
કોંક્રિટના ગુણધર્મોમાં સુધારાની વાત આવે ત્યારે મિશ્રણ તકનીક કોંક્રિટની સંરચના જેટલી જ મહત્વપૂર્ણ છે. એકસમાન, ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા કોંક્રિટના ઉત્પાદનમાં મિશ્રણ એક આવશ્યક તબક્કો છે. અનેક માર્ગદર્શિકાઓ અને નિયમો, દા.ત. DIN EN 206, કોંક્રિટ અને તેના ઘટકોની સંરચનાને આવરી લેતા હોવા છતાં, સિમેન્ટ અને કોંક્રિટના મિશ્રણની વાસ્તવિક પ્રક્રિયા વપરાશકર્તા પર છોડવામાં આવે છે.
પાણી, સિમેન્ટ અને ઉમેરણો સૂક્ષ્મ સ્તર સુધી સમાન રીતે વિખેરાય અને વિતરિત થાય તથા કણસમૂહો પૂરતા પ્રમાણમાં વિખેરાય તે નિર્ણાયક છે. અપૂરતું વિખેરણ અથવા કણસમૂહોનું અપૂરતું વિઘટન કોંક્રિટના નબળા ગુણધર્મોનું કારણ બને છે. પાણીનું પ્રમાણ ઓછું અને ઉમેરણોની માત્રા વધુ હોવાને કારણે, સ્વયં સંઘનિત થતા કોંક્રિટ (SCC) અને અતિ ઉચ્ચ સામર્થ્યવાળા કોંક્રિટ (UHPC) ના મિશ્રણ માટે વધુ લાંબો મિશ્રણ સમય અથવા વધુ અસરકારક મિશ્રણ તકનીક જરૂરી છે.
પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સિમેન્ટ પેસ્ટનું જલયોજન અને સામર્થ્ય કેવી રીતે સુધારે છે અને તેમના વિકાસને કેવી રીતે વેગ આપે છે તે જાણો!
કોંક્રિટમાં નેનોસામગ્રીઓ
સિમેન્ટના જલયોજન દરમિયાન સખત થતા કોંક્રિટમાં કેલ્શિયમ હાઇડ્રેટ્સ જેવા નેનોસ્તરીય જલયોજન ઉત્પાદનો બને છે. કોંક્રિટના ઘનીકરણ દરમિયાન સિલિકાના નેનોકણો અથવા નેનોટ્યુબ્સ સિમેન્ટના નેનોકણોમાં ફેરવાય છે. નાના કણોને કારણે કણો વચ્ચેનું અંતર ઓછું થાય છે અને વધુ ગીચ તથા ઓછી છિદ્રાળુ સામગ્રી બને છે. આ સંકોચન સામર્થ્ય વધારે છે અને પારગમ્યતા ઘટાડે છે.
જોકે, નેનોકદના પાઉડર અને સામગ્રીઓનો એક મુખ્ય ગેરલાભ ભીંજવતી વખતે અને મિશ્રણ દરમિયાન કણસમૂહો બનાવવાની વૃત્તિ છે. જો વ્યક્તિગત કણો સારી રીતે વિખેરાયેલા ન હોય, તો કણસમૂહનથી કણોની ખુલ્લી સપાટી ઘટે છે, જેના પરિણામે કોંક્રિટના ગુણધર્મો નબળા પડે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર UIP16000 સિમેન્ટ અને કોંક્રિટના વિખેરણ માટેનું ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળું હોમોજેનાઇઝર છે
અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ: સિમેન્ટ પેસ્ટમાં નેનોસામગ્રીઓનું સમાન વિખેરણ
અલ્ટ્રાસોનિકેશન મિશ્રણ, વિખેરણ અને કણસમૂહોના વિઘટન માટેનું ખૂબ અસરકારક સાધન છે. નીચેનું ચિત્ર પાણીમાં ફ્યુમ્ડ સિલિકાના અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણનું એક લાક્ષણિક પરિણામ દર્શાવે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણનો ઉપયોગ કરીને નેનોસામગ્રીથી પ્રબલિત કરેલા સિમેન્ટ મોર્ટાર વિશે વધુ વાંચો!
શરૂઆતમાં (લીલો વક્ર) કણસમૂહનું કદ 200 માઇક્રોન (D50) કરતાં વધુ હતું, અને મોટા ભાગના કણોનું કદ ઘટાડીને 200 નેનોમીટર કરતાં ઓછું કરવામાં આવ્યું હતું.
કોઈપણ પાયે અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ
Hielscher સંશોધન અને પૂર્ણ પાયે પ્રક્રિયા માટે અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ ઉપકરણો પ્રદાન કરે છે.
પ્રયોગશાળાના સંશોધન અને વિકાસ માટે સોનિકેટર્સ
Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રયોગશાળા હોમોજેનાઇઝર્સ પ્રયોગશાળાના પાયે સંશોધન અને વિકાસ માટે આદર્શ મિશ્રણ સાધનો છે. Hielscher ના પ્રયોગશાળા સોનિકેટર્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે નાના બેચના અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ માટે થાય છે. Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સ ઉત્પાદનનો પાયો વધારવાની તૈયારી માટે પરિમાણોનું ચોક્કસ નિયંત્રણ અને ઉત્તમ પુનરુત્પાદકતા પ્રદાન કરે છે. આનાથી વિવિધ ફોર્મ્યુલેશનોનું મિશ્રણ કરવું અને અલ્ટ્રાસોનિકેશનની તીવ્રતા તથા સોનિકેશનની અવધિની અસર નક્કી કરવી સરળ બને છે.
ઉત્પાદનમાં અલ્ટ્રાસોનિક ઇનલાઇન મિશ્રણ
ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારવા માટે જરૂરી અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ સાધનો પ્રયોગશાળાના પરીક્ષણના આધારે ચોક્કસ રીતે નક્કી કરી શકાય છે. સિમેન્ટ અથવા કોંક્રિટના મોટા આયતનવાળા પ્રવાહો પર પ્રક્રિયા કરવા માટે, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો સામાન્ય રીતે ફ્લો-થ્રૂ રિએક્ટરોનો ઉપયોગ કરીને સતત પ્રવાહની સ્થિતિમાં ચલાવવામાં આવે છે. આ અત્યંત સમાન મિશ્રણ અને પેસ્ટ તથા સ્લરી પર ખામીરહિત પ્રક્રિયા શક્ય બનાવે છે – ખૂબ ઊંચી શ્યાનતા હોય ત્યારે પણ.
નીચેનું કોષ્ટક પ્રક્રિયા કરવાના બૅચના આયતન અથવા પ્રવાહ દરના આધારે અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:
| બૅચનું આયતન | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલ ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 થી 150L | 3 થી 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં ગોઠવેલ UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- 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.
સોનિકેટરનો ઉપયોગ કરીને સિમેન્ટનું ઇનલાઇન મિશ્રણ
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક મિક્સરો સામાન્ય રીતે ઇનલાઇન સ્થાપિત કરવામાં આવે છે. સામગ્રીને પંપ દ્વારા અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરના પાત્રમાં મોકલવામાં આવે છે. ત્યાં તે તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનના સંપર્કમાં આવે છે. ઇનલાઇન સોનિકેશનમાં બધા કણો નિર્ધારિત માર્ગને અનુસરીને મિશ્રણ ચેમ્બરમાંથી પસાર થાય છે, તેથી કોઈ કણ પ્રક્રિયાને બાજુ પરથી ટાળી શકતો નથી. તેથી, અલ્ટ્રાસોનિકેશન સામાન્ય રીતે કણકદ વિતરણના વક્રને પહોળો કરવાને બદલે તેને ખસેડે છે.
મજબૂત અને સાફ કરવામાં સરળ
અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ રિએક્ટર ફ્લો સેલ અને સોનોટ્રોડ્સનું બનેલું હોય છે. કોઈ બેરિંગની જરૂર પડતી નથી. ફ્લો સેલ રિએક્ટરોની (સ્ટેનલેસ સ્ટીલ) ભૌમિતિક રચના સરળ હોય છે અને તેમને સરળતાથી છૂટા પાડીને સાફ કરી શકાય છે. તેમાં કોઈ નાનાં છિદ્રો કે છુપાયેલા ખૂણા હોતા નથી.
સિમેન્ટ અને કોંક્રિટ માટે અલ્ટ્રાસોનિક્સના અન્ય ઉપયોગો
સિમેન્ટ અને કોંક્રિટની તૈયારીમાં Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોનો ઉપયોગ સિમેન્ટનાં પૂર્વમિશ્રણો અથવા કોંક્રિટના મિશ્રણ અને વિક્ષેપણ સુધી મર્યાદિત નથી. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહી અને સ્લરીમાંથી વાયુ દૂર કરવાનું ખૂબ અસરકારક માધ્યમ છે. આથી સખત થયા પછી કોંક્રિટમાં ફસાયેલા વાયુના પરપોટાની સંખ્યા અને આયતન ઘટે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી કંપકો નાના કણો માટે પાવડર ચાળવાની પ્રક્રિયાનો ઉત્પાદન દર અને ગુણવત્તા સુધારે છે. Hielscher પ્રયોગશાળા અને ઔદ્યોગિક ઉપયોગો માટે અલ્ટ્રાસોનિક રીતે કંપિત થતી ચાળણીઓ પૂરી પાડે છે.
કોંક્રિટ વિશેની પાયાની માહિતી
કોંક્રિટ સિમેન્ટ, દા.ત. પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ અને ફ્લાય ઍશ તથા સ્લૅગ સિમેન્ટ જેવા અન્ય સિમેન્ટીય પદાર્થો, એગ્રીગેટ (કાંકરી, ચૂનાનો પથ્થર, ગ્રેનાઇટ, રેતી), પાણી અને રાસાયણિક ઉમેરણોનું બનેલું હોય છે. સામાન્ય ઉમેરણોમાં સેટિંગ ઝડપી કે ધીમું કરનારા પદાર્થો, પ્લાસ્ટિસાઇઝરો, રંગદ્રવ્યો, સિલિકા ફ્યુમ અથવા ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયાશીલતા ધરાવતું મેટાકેઓલિન (HRM) સામેલ હોય છે. માઇક્રો સિલિકા કોંક્રિટમાં વપરાતું એક સામાન્ય ઉમેરણ છે. તેના ગેરફાયદા તેની પ્રમાણમાં ઊંચી કિંમત અને સંચાલકો તથા કામદારોના આરોગ્યને અસર કરતું દૂષણ છે.