ערבוב אולטראסוני לבטון בעל ביצועים גבוהים

השימוש במיקרו וננו-סיליקה או ננו-צינוריות מוביל לשיפור בחוזק הדחיסה של בטון בעל ביצועים גבוהים. אולטרה-סוניקציה היא אמצעי יעיל לערבוב, הרטבה ופיזור של ננו-חומרים במלט או בבטון.
 

מיקרו סיליקה נמצאת בשימוש נרחב בבטון כיום, מה שמוביל לחוזק דחיסה גבוה יותר או בטון עמיד בפני מים וכימיקלים. זה יכול להפחית את עלויות החומרים ואת השימוש באנרגיה. ננו-חומרים חדשים, כגון ננו-סיליקה או ננו-צינוריות מובילים לשיפור נוסף בהתנגדות ובחוזק. אבל כדי להציג את מלוא הפוטנציאל של ננו-חומרים, נדרשת טכניקת פיזור אמינה ויעילה. סוניקטורים מסוג בדיקה הם הטכניקה האמינה והיעילה ביותר לייצור פיזור ננו, אפילו בתרחיפים צמיגים מאוד דמויי משחה כגון מלט ובטון.

פיזור דיס מלט Microfine עם מערבלים קוליים

צוות המחקר של דרגנוביץ' מציג מאמר מחקר, המחברים חוקרים את הפיזור של דיס מלט microfine באמצעות טכנולוגיית אולטרסאונד וממיסים מעבדה קונבנציונליים. מטרת המחקר היא להשוות את ביצועי האולטרסאונד – במחקר במיוחד הסוניקטור UP400St – בשיטות מסורתיות של פיזור דיס.

החוקרים ערכו סדרה של ניסויים תוך שימוש בטכניקות פיזור שונות כדי להעריך את התפלגות גודל החלקיקים (PSD) ואת פוטנציאל הזטה של חלקיקי הצמנט הזעירים. טכניקות הפיזור כוללות טיפול באולטרסאונד באמצעות הסוניקטור UP400St, ממיסי מעבדה במהירות גבוהה ושילוב של שתי השיטות.

התוצאות הראו כי פיזור אולטרסאונד באמצעות הסוניקטור UP400St השיג פיזור גודל חלקיקים טוב יותר באופן משמעותי בהשוואה לממיסים מעבדה קונבנציונליים. הסוניקטור UP400St מפחית ביעילות את הצטברות חלקיקי המלט הזעירים ומייצר מתלה דיס הומוגני ויציב יותר. טיפול האולטרסאונד משפר את הפיזור של חלקיקים קטנים יותר, וכתוצאה מכך טווח פיזור גודל חלקיקים צר יותר.
 

שיטות פיזור משוות: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dissolver מצויד בדיסק 90 מ"מ ומערכת רוטור-סטטור. מכשיר אולטרסאונד Hielscher UP400St מצויד בסונוטרודה H22.
(מחקר ותמונות: ©Draganovic et al., 2020)

 
בנוסף, השימוש באולטרסאונד בשילוב עם ממיסי מעבדה קונבנציונליים משפר עוד יותר את יעילות הפיזור, ומשיג פיזור עדין עוד יותר של גודל החלקיקים בהשוואה לטיפול באולטרסאונד בלבד. בשילוב, הסוניקציה מספקת מיקרו-ערבוב ופיזור ננו, בעוד שהממיס תורם לערבוב המאקרו ומבטיח שכל החלקיקים ייכנסו לאזור הקוויטציה העל-קולי. זה מאפשר שליטה טובה יותר על התפלגות גודל החלקיקים (PSD) ופוטנציאל הזטה של דיס מלט microfine בפעולת אצווה. בעת שימוש בכור תאי זרימה, תרחיף החלקיקים עובר אוטומטית את אזור הנקודה החמה הקוויטציונית כך שהערבוב הנוסף מיותר.

בסך הכל, המחקר מדגיש את הביצועים המעולים של הסוניקטור UP400St בפיזור דיס מלט מיקרו-דק. טיפול האולטרסאונד, במיוחד בשילוב עם ממיסי מעבדה קונבנציונליים, מציע שיטה יעילה ואפקטיבית ביותר להשגת תרחיף אחיד ויציב של חלקיקי צמנט זעירים.

ראוי לציין כי המאמר מספק השוואה מקיפה בין אולטרסאונד לבין שיטות פיזור קונבנציונליות המדגישות את הביצועים המעולים של סוניקציה בפיזור דיס.
(ראה: Draganović et al., 2020)
 

הומוגנייזר קולי UP400St מושווה לגבי יעילות הפיזור של דיס מלט עם מערבל מעבדה רגיל המצויד בדיסק, ושימוש בטכניקת רוטור-סטטור. המחקר הראה כי פיזור קולי הוא לא רק שיטה יעילה, אלא אפילו טוב יותר מאשר מיקסר באמצעות טכניקת רוטור-סטטור.
(מחקר וגרפיקה: © Draganović et al., 2020)

מחקר ופיתוח קונקרטי

מחקר קונקרטי מחפש חומרים ותהליכים כדי:

• הפחתת עלויות חומרים ועלויות אנרגיה
• להשיג התנגדות ראשונית וסופית גבוהה
• שפר את הצפיפות ואת חוזק הדחיסה
• שפר את יכולת העבודה, יכולת השאיבה והגימור
• לשפר את העמידות ולהפחית את החדירות
• הפחתת סדקים מתכווצים, בעיות אבק ודלמינציה
• עמידות כימית, למשל עמידות לסולפטים

ערבוב מלט ובטון

כשמדובר בשיפורים בתכונות הבטון, טכנולוגיית הערבוב חשובה לא פחות מהרכב הבטון. הערבוב הוא שלב חיוני בייצור בטון אחיד ואיכותי. למרות שהנחיות ותקנות רבות, כגון DIN EN 206 מכסות את הרכב הבטון ומרכיביו, התהליך בפועל של ערבוב מלט וערבוב בטון נותר למשתמש.
זה מכריע, כי מים, מלט ותערובות מפוזרים באופן שווה ומופצים בקנה מידה דק וכי agglomerates מפוזרים מספיק. פיזור או פירוק לא מספקים גורמים לתכונות בטון נחותות. בשל תכולת המים הנמוכה והמינון הגבוה של תערובות, ערבוב של בטון דוחס עצמי (SCC) ובטון בעל חוזק גבוה במיוחד (UHPC) דורש זמן ערבוב ארוך יותר או טכנולוגיית ערבוב יעילה יותר.

ננו-חומרים בבטון

במהלך ההידרציה של המלט נוצרים מוצרי הידרציה ננומטריים, כגון הידרטים של סידן בבטון המתקשה. חלקיקי ננו של סיליקה או ננו-צינוריות הופכים לננו-חלקיקי מלט במהלך התמצקות הבטון. חלקיקים קטנים יותר מובילים למרחק חלקיקים קצר יותר ולחומר צפוף יותר ונקבובי פחות. זה מגביר את כוח הדחיסה ומקטין את החדירות.

עם זאת, חסרון עיקרי של אבקה וחומרים ננומטריים הוא הנטייה ליצור אגרומרטים במהלך הרטבה וערבוב. אלא אם כן החלקיקים הבודדים מפוזרים היטב, הצטברות מפחיתה את פני השטח של החלקיקים החשופים ומובילה לתכונות בטון נחותות.

ערבוב קולי של ננו-חומרים

Ultrasonication הוא אמצעי יעיל מאוד עבור ערבוב, פיזור deagglomeration. התמונה הבאה מציגה תוצאה אופיינית של פיזור קולי של סיליקה fumed במים.

החל (עקומה ירוקה) בגודל חלקיקי אגלומרט של יותר מ-200 מיקרון (D50), רוב החלקיקים צומצמו לפחות מ-200 ננומטר.

ערבוב קולי בכל קנה מידה

Hielscher מציעה מכשירי ערבוב קולי לשימוש במחקר ועיבוד בקנה מידה מלא.

סוניקטורים למחקר ופיתוח מעבדה

Hielscher קולי מעבדה homogenizers הם כלי ערבוב מושלם למחקר ופיתוח בקנה מידה המעבדה. סוניקטורים מעבדה Hielscher משמשים בדרך כלל עבור ערבוב קולי של קבוצות קטנות. Hielscher קולי homogenizers מציעים בקרת פרמטרים מדויקת שחזור מעולה להכנת בקנה מידה. זה מקל על ערבוב ניסוחים שונים ולקבוע את ההשפעה של עוצמת ultrasonication ומשך סוניקציה.

ערבוב מוטבע אולטראסוני בייצור

ציוד הערבוב העל-קולי הדרוש להרחבה יכול להיקבע בדיוק על סמך בדיקת המעבדה. לעיבוד זרמים בנפח גדול של מלט או בטון, אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים מופעלים בדרך כלל במצב זרימה רציפה באמצעות כורי זרימה. זה מאפשר ערבוב אחיד מאוד ועיבוד ללא רבב של משחות ותרחיפים – אפילו עם צמיגות גבוהה מאוד.

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו בהתאם לנפח האצווה או קצב הזרימה שיש לעבד: