Deaglomeracija čestica cementa pomoću Power Ultrasonics
Sonikatori tipa sonde često se koriste za deaglomeraciju čestica cementa. Ova metoda eliminira potrebu za medijem za mljevenje, pojednostavljuje proces čineći filtraciju i intenzivno čišćenje nepotrebnim te omogućuje učinkovito smanjenje veličine čestica. Uz to, ultrazvuk smanjuje ovisnost o disperzantima i koristi kompaktniju, energetski učinkovitiju opremu, što ga čini vrlo povoljnim rješenjem za disperziju čestica cementa i deaglomeraciju.
Prednosti ultrazvučne deaglomeracije čestica cementa
Cement je jedan od najvažnijih materijala u građevinarstvu, široko korišten zbog svojih vezivnih svojstava. Međutim, postizanje optimalne učinkovitosti zahtijeva jednoliku raspodjelu čestica, budući da aglomerirane čestice mogu nepovoljno utjecati na učinkovitost cementa. Ultrazvučna deaglomeracija pojavila se kao moćna tehnika za rješavanje ovog izazova.
Industrijski sonikatori za visokoučinkovitu deaglomeraciju čestica cementa.
- Poboljšana disperzija čestica: Ultrazvučna deaglomeracija učinkovito raspršuje čestice cementa, osiguravajući jednoliku distribuciju veličine čestica. Ova ujednačenost je ključna za postizanje postojane čvrstoće i trajnosti cementnih materijala.
- Poboljšana hidratacija: Povećana površina deaglomeriranih čestica pospješuje proces hidratacije, što dovodi do boljeg povezivanja i veće čvrstoće konačnog proizvoda. Poboljšana hidratacija također smanjuje rizik od nepotpunih reakcija i slabih točaka u cementnoj matrici.
- Povećana obradivost: Dobro raspršene čestice cementa rezultiraju u obradivoj smjesi, što olakšava miješanje, izlijevanje i završnu obradu. Ova poboljšana obradivost može dovesti do bržeg vremena izgradnje i smanjenih troškova rada.
- Poboljšana mehanička svojstva: Ultrazvučna deaglomeracija doprinosi razvoju gušće i homogenije mikrostrukture u materijalima na bazi cementa. To rezultira poboljšanim mehaničkim svojstvima kao što su tlačna i vlačna čvrstoća.
- Smanjenje upotrebe aditiva: Postizanjem bolje disperzije kroz ultrazvučnu deaglomeraciju, potreba za kemijskim disperzantima i drugim dodacima može se svesti na minimum. Ovo ne samo da smanjuje troškove, već također smanjuje utjecaj proizvodnje cementa na okoliš.
- Isplativost: Bez obzira na početno ulaganje u ultrazvučni uređaj industrijske kvalitete, dugoročne prednosti poboljšane kvalitete proizvoda, smanjene upotrebe aditiva i poboljšanih performansi čine ga isplativim rješenjem za industriju cementa.
| Komparativni aspekt | Kuglično mljevenje čestica cementa | Ultrazvučna deaglomeracija čestica cementa |
|---|---|---|
| metoda | Koristi čelične ili silikatne kuglice kao medij za mljevenje | Koristi ultrazvučne valove visokog intenziteta za stvaranje akustične kavitacije i sonomehaničkih posmičnih sila |
| Zamjena medija za mljevenje | Česta zamjena čeličnih ili silika kuglica | Bez medija za mljevenje, eliminirajući troškove zamjene |
| Filtracija nakon procesa | Potreban za filtriranje medija za mljevenje | Nije potrebno, pojednostavljuje proces |
| Zahtjevi za čišćenje | Radno intenzivno i dugotrajno čišćenje medija i komore za mljevenje | Minimalno čišćenje, ultrazvučne sonde lakše je održavati |
| Učinkovitost u rasponu finih čestica | Neučinkovito za čestice u 0 – Raspon od 100 µm, dugotrajan | Vrlo učinkovit za fine veličine čestica, uključujući 0 – Raspon od 100 µm |
| Zahtjev za raspršivač | Potrebna velika količina disperzanta | Smanjena potreba za disperzantima zbog snažne kavitacije i posmičnih sila |
| Karakteristike opreme | Velik, glomazan, energetski neučinkovit, zahtijeva opsežno održavanje i čišćenje | Kompaktan, energetski učinkovit, manje održavanja, lakši za rukovanje i siguran za rad |
Studija slučaja: mikrofina disperzija cementne žbuke s ultrazvučnim mješalicama
Istraživački tim predvođen Draganovićem predstavlja opsežno istraživanje disperzije mikrofine cementne žbuke korištenjem ultrazvučne tehnologije u usporedbi s konvencionalnim laboratorijskim otapalima. Studija se posebno usredotočuje na izvedbu sonikatora UP400St u odnosu na tradicionalne metode disperzije žbuke.
Istraživači su proveli niz eksperimenata koristeći različite tehnike disperzije za procjenu raspodjele veličine čestica (PSD) i zeta potencijala mikrofinih čestica cementa. Evaluirane tehnike uključuju tretman ultrazvukom s sonikatorom UP400St, laboratorijskim otapalima velike brzine i kombinacijom obje metode.
Nalazi otkrivaju da ultrazvučna disperzija pomoću sonikatora UP400St značajno poboljšava distribuciju veličine čestica u usporedbi s konvencionalnim laboratorijskim otapalima. Sonikator UP400St učinkovito ublažava aglomeraciju mikrofinih čestica cementa, stvarajući homogeniju i stabilniju suspenziju žbuke. Tretman ultrazvukom poboljšava raspodjelu manjih čestica, što rezultira užim rasponom raspodjele veličine čestica.
Ultrazvučni homogenizator UP400St uspoređen je u pogledu disperzijske učinkovitosti cementne žbuke s običnom laboratorijskom mješalicom opremljenom diskom, a primjenom tehnike rotor-stator. Studija je pokazala da ultrazvučna disperzija nije samo učinkovita metoda, već je čak i bolja od miješalice koja koristi tehniku rotor-stator.
(elaborat i grafički prikaz: © Draganović i sur., 2020.)
Nadalje, kombiniranje ultrazvuka s konvencionalnim laboratorijskim otapalima povećava učinkovitost disperzije, postižući još finiju distribuciju veličine čestica od samog tretmana ultrazvukom. Ova kombinacija omogućuje poboljšanu kontrolu nad PSD i zeta potencijalom mikrofine cementne žbuke u šaržnim operacijama. U sustavima s kontinuiranim protokom, suspenzija čestica automatski prolazi kroz zonu kavitacijske vruće točke, čineći dodatno miješanje nepotrebnim.
Studija naglašava vrhunsku izvedbu sonikatora UP400St u raspršivanju mikrofine cementne žbuke. Tretman ultrazvukom, posebno u kombinaciji s konvencionalnim laboratorijskim otapalima, nudi djelotvornu i učinkovitu metodu za postizanje jednolike i stabilne suspenzije mikrofinih čestica cementa.
Ovo istraživanje daje detaljnu usporedbu između ultrazvuka i konvencionalnih disperzijskih metoda, ističući superiornu učinkovitost sonikacije u disperziji žbuke.
(usp. Draganović i sur., 2020.)
Uspoređene disperzijske metode: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 otapač opremljen diskom od 90 mm, sustavom rotor-stator (R/S) i Hielscher UP400St sonikator opremljen sonotrodom H22.
(Studija i slike: ©Draganovic et al., 2020)
Sonikator UP400St za disperziju mikrofine cementne žbuke
(Studija i slika: ©Draganovic et al., 2020)
Primjena sonikatora u industriji cementa
Korištenje povoljnih učinaka ultrazvuka velike snage u deaglomeraciji čestica cementa i žbuke otvara brojna područja primjene u industriji cementa, omogućujući poboljšana svojstva materijala i kvalitetu konačnog proizvoda.
- Mokro mljevenje cementnih čestica: Sonikacija je vrlo učinkovita i energetski učinkovita metoda za mljevenje cementnih čestica. Pročitajte više o ultrazvučnom mokrom mljevenju cementa!
- Proizvodnja betona visokih performansi: Sonikatori tipa sonde koriste se za proizvodnju betona visokih performansi osiguravajući jednoliku disperziju finih čestica cementa i dodatnih cementnih materijala poput letećeg pepela i silicij dioksida. To dovodi do betona vrhunskih mehaničkih svojstava i trajnosti.
- Razvoj nanokompozita: U istraživanju i razvoju, sonikatori olakšavaju ugradnju nanočestica u cementne matrice, stvarajući nanokompozite s poboljšanim svojstvima kao što su povećana čvrstoća, žilavost i otpornost na degradaciju okoliša.
- Optimizacija izvedbe aditiva: Ultrazvučna deaglomeracija pomaže u optimiziranju učinka kemijskih aditiva, kao što su superplastifikatori i agensi za uvlačenje zraka, osiguravajući njihovu ravnomjernu distribuciju u cementnoj matrici. To dovodi do poboljšane obradivosti i učinka konačnog proizvoda.
Visokoučinkoviti sonikatori za disperziju čestica cementa i deaglomeraciju
Ultrazvučna deaglomeracija pomoću sonikatora nudi značajne prednosti za industriju cementa. Povećavajući disperziju čestica, poboljšavajući hidrataciju i povećavajući obradivost, ovi uređaji doprinose proizvodnji visokokvalitetnih cementnih materijala. Precizna kontrola, skalabilnost i svestranost sonikatora čine ih vrijednim alatima za istraživanje i industrijske primjene, potičući inovacije i učinkovitost u proizvodnji cementa.
Hielscher Ultrasonic isporučuje visokoučinkovite sonikatore na bilo kojoj razini snage za obradu čestica cementa i cementne žbuke od manjih serija za istraživanje + razvoj do visokoučinkovitih za industrijsku deaglomeraciju cementa u proizvodnom opsegu.
- visoka efikasnost
- Najnovija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- podesiva, precizna kontrola procesa
- serija & u redu
- za bilo koji volumen
- inteligentni softver
- pametne značajke (npr. programabilne, podatkovni protokol, daljinsko upravljanje)
- jednostavan i siguran za rukovanje
- slabo održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu)
Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj
Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja lako se nose s Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Što je Cement?
Cement je fina, praškasta tvar koja djeluje kao vezivno sredstvo u građevinarstvu. Kada se pomiješa s vodom, prolazi kroz kemijsku reakciju koja se naziva hidratacija, stvrdnjavajući se u čvrsti materijal. Primarno se sastoji od vapnenca, gline, školjki i silicijevog dioksida, a ključni je sastojak betona, morta i drugih građevinskih materijala. Sposobnost cementa da stvrdne i veže druge materijale čini ga bitnim za izgradnju zgrada, cesta, mostova i druge infrastrukture. Najčešća vrsta cementa je Portland cement, koji je naširoko korišten zbog svoje čvrstoće i svestranosti.
Zašto je važna deaglomeracija cementnih čestica?
Deaglomeracija cementnih čestica važna je jer osigurava jednoliku raspodjelu veličine čestica, što poboljšava učinkovitost i kvalitetu materijala na bazi cementa. Pravilna deaglomeracija poboljšava učinkovitost hidratacije, što dovodi do jačeg i izdržljivijeg betona. Također poboljšava obradivost cementnih smjesa, čineći ih lakšim za miješanje, izlijevanje i završnu obradu. Osim toga, dobro raspršene čestice smanjuju potrebu za kemijskim dodacima, niže troškove proizvodnje i minimaliziraju utjecaj na okoliš. Sve u svemu, učinkovita deaglomeracija ključna je za postizanje optimalnih mehaničkih svojstava i dugoročne trajnosti u građevinskim projektima.
Kako se čestice cementa deaglomeriraju?
Čestice cementa deaglomeriraju se različitim metodama, a ultrazvučna deaglomeracija je jedna od najučinkovitijih tehnika. U tom procesu visokofrekventne ultrazvučne valove emitira sonda uronjena u cementnu kašu. Ovi valovi stvaraju intenzivne kavitacijske mjehuriće koji kolabiraju s velikom energijom, proizvodeći snažne sile smicanja i udarne valove. Ove sile razbijaju aglomerirane čestice cementa, osiguravajući jednoliku disperziju. Ostale metode uključuju mehaničko miješanje, mljevenje i upotrebu sredstava za raspršivanje, ali ultrazvučna deaglomeracija je favorizirana zbog svoje učinkovitosti i sposobnosti postizanja fine, konzistentne distribucije čestica.
Kakvu ulogu igra voda u preradi cementa?
Voda ima ključnu ulogu u preradi cementa. Hidrira razne minerale u klinkeru, što osigurava potrebnu fluidnost cementne paste. Međutim, upravljanje sadržajem vode je osjetljiva ravnoteža. Prekomjerna količina vode može dovesti do problema poput krvarenja (gdje se voda odvaja od mješavine) i smanjene tlačne čvrstoće. Nasuprot tome, nedovoljno vode može smanjiti obradivost, čineći cementnu mješavinu teškom za rukovanje i rezultirajući slabijim proizvodima.
Kako rade sonikatori?
Sonikatori tipa sonde posebna su klasa ultrazvučnih uređaja dizajniranih za raspršivanje i deaglomeraciju čestica u raznim suspenzijama, uključujući cement. Ovi uređaji koriste sondu ili rog koji emitira ultrazvučne valove izravno u medij, stvarajući kavitacijske mjehuriće koji implodiraju s velikom energijom, što dovodi do deaglomeracije čestica.
Sonikatori tipa sonde rade generiranjem ultrazvučnih valova obično u rasponu od 20 do 30 kHz. Sonda, koja se naziva i sonotroda, šipka je izrađena od materijala poput titana koja je uronjena u cementnu kašu. Kada se aktivira, sonda vibrira na ultrazvučnim frekvencijama, proizvodeći intenzivnu akustičnu kavitaciju. Ova kavitacija uključuje stvaranje i nasilno urušavanje mikroskopskih mjehurića u kaši, što stvara snažne sile smicanja i udarne valove. Te sile razbijaju aglomerirane čestice i potiču jednoliku disperziju.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.