उच्च-प्रदर्शन कंक्रीट के लिए अल्ट्रासोनिक मिश्रण

माइक्रो-सिलिका और नैनो-सिलिका या नैनोट्यूब के उपयोग से उच्च-प्रदर्शन कंक्रीट की संपीडन सामर्थ्य में सुधार होता है। सीमेंट या कंक्रीट में नैनोसामग्रियों के मिश्रण, आर्द्रीकरण और परिक्षेपण के लिए अल्ट्रासोनिकेशन एक प्रभावी साधन है।
 

आज कंक्रीट में माइक्रो-सिलिका का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिससे अधिक संपीडन सामर्थ्य वाला या पानी और रसायनों के प्रति प्रतिरोधी कंक्रीट बनता है। इससे सामग्री की लागत और ऊर्जा का उपयोग कम हो सकता है। नैनो-सिलिका या नैनोट्यूब जैसी नई नैनोसामग्रियाँ प्रतिरोध और सामर्थ्य में और सुधार करती हैं। लेकिन नैनोसामग्रियों की पूरी क्षमता का लाभ उठाने के लिए एक विश्वसनीय और कुशल परिक्षेपण तकनीक की आवश्यकता होती है। सीमेंट और कंक्रीट जैसी अत्यधिक श्यान और पेस्ट जैसी स्लरियों में भी नैनो-परिक्षेपण तैयार करने के लिए प्रोब-प्रकार के सोनिकेटर सबसे विश्वसनीय और प्रभावकारी तकनीक हैं।

अल्ट्रासोनिक मिक्सरों से अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट का परिक्षेपण

Draganović की शोध टीम द्वारा प्रस्तुत शोध लेख में लेखक अल्ट्रासाउंड तकनीक और पारंपरिक प्रयोगशाला डिसॉल्वरों का उपयोग करके अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट के परिक्षेपण की जाँच करते हैं। अध्ययन का उद्देश्य अल्ट्रासाउंड – इस अध्ययन में विशेष रूप से सोनिकेटर UP400St – के प्रदर्शन की तुलना ग्राउट परिक्षेपण की पारंपरिक विधियों से करना है।

शोधकर्ताओं ने अतिसूक्ष्म सीमेंट कणों के कण आकार वितरण (PSD) और ज़ीटा विभव का मूल्यांकन करने के लिए विभिन्न परिक्षेपण तकनीकों का उपयोग करके प्रयोगों की एक शृंखला संचालित की। परिक्षेपण तकनीकों में UP400St सोनिकेटर से अल्ट्रासाउंड उपचार, उच्च-गति वाले प्रयोगशाला डिसॉल्वर और दोनों विधियों का संयोजन शामिल हैं।

परिणामों से पता चला कि सोनिकेटर UP400St से अल्ट्रासाउंड परिक्षेपण करने पर पारंपरिक प्रयोगशाला डिसॉल्वरों की तुलना में उल्लेखनीय रूप से बेहतर कण आकार वितरण प्राप्त हुआ। सोनिकेटर UP400St अतिसूक्ष्म सीमेंट कणों के समूहन को प्रभावी रूप से कम करता है और अधिक समांगी तथा स्थिर ग्राउट निलंबन तैयार करता है। अल्ट्रासाउंड उपचार छोटे कणों के वितरण में सुधार करता है, जिसके परिणामस्वरूप कण आकार वितरण की सीमा अधिक संकीर्ण हो जाती है।
 

तुलना की गई परिक्षेपण विधियाँ: 90-mm डिस्क और एक रोटर-स्टेटर प्रणाली से सुसज्जित Vma-Getzmann Dispermat CV-3 डिसॉल्वर। Hielscher UP400St अल्ट्रासाउंड उपकरण H22 सोनोट्रोड से सुसज्जित है।
(अध्ययन और चित्र: ©Draganovic et al., 2020)

 
इसके अतिरिक्त, पारंपरिक प्रयोगशाला डिसॉल्वरों के साथ अल्ट्रासाउंड का उपयोग परिक्षेपण दक्षता को और बेहतर बनाता है, जिससे केवल अल्ट्रासाउंड उपचार की तुलना में और भी सूक्ष्म कण आकार वितरण प्राप्त होता है। संयुक्त उपयोग में सोनिकेशन सूक्ष्म स्तर पर मिश्रण और नैनो-परिक्षेपण प्रदान करता है, जबकि डिसॉल्वर स्थूल स्तर पर मिश्रण में योगदान देता है और यह सुनिश्चित करता है कि सभी कण अल्ट्रासोनिक कैविटेशन क्षेत्र में पहुँचें। इससे बैच प्रचालन में अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट के कण आकार वितरण (PSD) और ज़ीटा विभव पर बेहतर नियंत्रण संभव होता है। प्रवाह सेल रिएक्टर का उपयोग करते समय कणों का निलंबन स्वचालित रूप से कैविटेशन के हॉट स्पॉट क्षेत्र से होकर गुजरता है, जिससे अतिरिक्त विलोडन अनावश्यक हो जाता है।

समग्र रूप से, अध्ययन अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट के परिक्षेपण में सोनिकेटर UP400St के श्रेष्ठ प्रदर्शन को उजागर करता है। अल्ट्रासाउंड उपचार, विशेष रूप से पारंपरिक प्रयोगशाला डिसॉल्वरों के साथ संयुक्त होने पर, अतिसूक्ष्म सीमेंट कणों का एकसमान और स्थिर निलंबन प्राप्त करने की अत्यधिक प्रभावी और कुशल विधि प्रदान करता है।

यह ध्यान देने योग्य है कि लेख अल्ट्रासाउंड और पारंपरिक परिक्षेपण विधियों की व्यापक तुलना प्रस्तुत करता है और ग्राउट परिक्षेपण में सोनिकेशन के श्रेष्ठ प्रदर्शन को उजागर करता है।
(तुलना करें: Draganović et al., 2020)
 

अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र UP400St की तुलना सीमेंट ग्राउट के परिक्षेपण की दक्षता के संदर्भ में डिस्क लगे एक सामान्य प्रयोगशाला मिक्सर और रोटर-स्टेटर तकनीक का उपयोग करने वाले मिक्सर से की गई है। अध्ययन से पता चला कि अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण न केवल एक प्रभावी विधि है, बल्कि रोटर-स्टेटर तकनीक का उपयोग करने वाले मिक्सर से भी बेहतर है।
(अध्ययन और ग्राफ़िक: © Draganović et al., 2020)

कंक्रीट अनुसंधान और विकास

कंक्रीट अनुसंधान में ऐसी सामग्रियों और प्रक्रियाओं की खोज की जाती है, जिनसे:

• सामग्री और ऊर्जा की लागत कम हो
• उच्च प्रारंभिक और अंतिम प्रतिरोध प्राप्त हो
• घनत्व और संपीडन सामर्थ्य में सुधार हो
• सुकार्यता, पंपनीयता और सतह की फिनिश देने की क्षमता में सुधार हो
• टिकाऊपन में सुधार हो और पारगम्यता कम हो
• संकुचन से पड़ने वाली दरारों, सतह से धूल झड़ने और परतें अलग होने की समस्याएँ कम हों
• रासायनिक प्रतिरोध मिले, जैसे सल्फेट प्रतिरोध

सीमेंट और कंक्रीट का मिश्रण

कंक्रीट के गुणों में सुधार के लिए मिश्रण तकनीक उतनी ही महत्वपूर्ण है जितनी कंक्रीट की संरचना। एकसमान, उच्च गुणवत्ता वाले कंक्रीट के उत्पादन में मिश्रण एक आवश्यक चरण है। हालाँकि अनेक दिशानिर्देश और विनियम, जैसे DIN EN 206, कंक्रीट और उसके घटकों की संरचना को निर्धारित करते हैं, लेकिन सीमेंट और कंक्रीट के मिश्रण की वास्तविक प्रक्रिया उपयोगकर्ता पर छोड़ दी जाती है।
यह निर्णायक है कि पानी, सीमेंट और मिश्रक अत्यंत सूक्ष्म स्तर तक समान रूप से परिक्षेपित और वितरित हों तथा कण-समुच्चय पर्याप्त रूप से परिक्षेपित हों। अपर्याप्त परिक्षेपण या कण-समुच्चयों के अपर्याप्त विघटन से कंक्रीट के गुण निम्नतर हो जाते हैं। पानी की कम मात्रा और मिश्रकों की अधिक खुराक के कारण, स्व-संघनित कंक्रीट (SCC) और अति उच्च सामर्थ्य वाले कंक्रीट (UHPC) के मिश्रण के लिए अधिक समय या अधिक प्रभावी मिश्रण तकनीक की आवश्यकता होती है।
 
जानें कि उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड सीमेंट पेस्ट के जलयोजन और सामर्थ्य में कैसे सुधार करता है तथा जलयोजन और सामर्थ्य के विकास को कैसे तेज करता है!
 

कंक्रीट में नैनोसामग्रियाँ

सीमेंट के जलयोजन के दौरान, कठोर हो रहे कंक्रीट में नैनोस्तरीय जलयोजन उत्पाद, जैसे कैल्शियम हाइड्रेट, बनते हैं। कंक्रीट के ठोस होने के दौरान सिलिका के नैनोकण या नैनोट्यूब सीमेंट के नैनोकणों में बदल जाते हैं। छोटे कणों के कारण कणों के बीच की दूरी कम होती है और सामग्री अधिक सघन तथा कम छिद्रयुक्त होती है। इससे संपीडन सामर्थ्य बढ़ता है और पारगम्यता कम होती है।

हालाँकि, नैनो आकार के चूर्ण और सामग्रियों का एक बड़ा नुकसान गीला करने और मिश्रण के दौरान कण-समुच्चय बनाने की प्रवृत्ति है। यदि अलग-अलग कण अच्छी तरह परिक्षेपित न हों, तो समुच्चयन से कणों का अनावृत सतह क्षेत्र घट जाता है, जिससे कंक्रीट के गुण निम्नतर हो जाते हैं।

अल्ट्रासोनिक मिश्रण: सीमेंट पेस्ट में नैनोसामग्रियों का समांगी परिक्षेपण

अल्ट्रासोनिकेशन मिश्रण, परिक्षेपण और कण-समुच्चयों के विघटन का एक अत्यंत प्रभावी साधन है। नीचे दिया गया चित्र पानी में फ्यूम्ड सिलिका के अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण का एक सामान्य परिणाम दिखाता है।
अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण का उपयोग करके नैनो-प्रबलित सीमेंट मोर्टार बनाने के बारे में और पढ़ें!

शुरुआत में कण-समुच्चयों का आकार 200 माइक्रोन (D50) से अधिक था (हरा वक्र); अधिकांश कणों का आकार घटाकर 200 नैनोमीटर से कम कर दिया गया।

किसी भी पैमाने पर अल्ट्रासोनिक मिश्रण

Hielscher अनुसंधान और पूर्ण पैमाने पर प्रसंस्करण में उपयोग के लिए अल्ट्रासोनिक मिश्रण उपकरण उपलब्ध कराता है।

प्रयोगशाला अनुसंधान और विकास के लिए सोनिकेटर

Hielscher के अल्ट्रासोनिक प्रयोगशाला होमोजेनाइज़र प्रयोगशाला स्तर पर अनुसंधान और विकास के लिए आदर्श मिश्रण उपकरण हैं। Hielscher के प्रयोगशाला सोनिकेटर आम तौर पर छोटे बैचों के अल्ट्रासोनिक मिश्रण के लिए उपयोग किए जाते हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बड़े पैमाने पर प्रक्रिया अपनाने की तैयारी के लिए मापदंडों का सटीक नियंत्रण और उत्कृष्ट पुनरुत्पादकता प्रदान करते हैं। इससे विभिन्न फॉर्मूलेशनों का मिश्रण करना तथा अल्ट्रासोनिकेशन की तीव्रता और सोनिकेशन की अवधि के प्रभाव का निर्धारण करना आसान हो जाता है।

उत्पादन में अल्ट्रासोनिक इनलाइन मिश्रण

उत्पादन का पैमाना बढ़ाने के लिए आवश्यक अल्ट्रासोनिक मिश्रण उपकरण का निर्धारण प्रयोगशाला परीक्षण के आधार पर सटीक रूप से किया जा सकता है। सीमेंट या कंक्रीट की बड़ी आयतन वाली धाराओं के प्रसंस्करण के लिए, उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटरों को आमतौर पर प्रवाह-पार रिएक्टरों का उपयोग करके निरंतर प्रवाह मोड में संचालित किया जाता है। इससे अत्यधिक एकसमान मिश्रण और पेस्ट तथा स्लरी का त्रुटिरहित प्रसंस्करण संभव होता है – बहुत अधिक श्यानता होने पर भी।

नीचे दी गई तालिका प्रसंस्करण किए जाने वाले बैच के आयतन या प्रवाह दर के आधार पर हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: