Deaglomeracija čestica cementa ultrazvukom velike snage
Sonikatori sa sondom često se upotrebljavaju za deaglomeraciju čestica cementa. Ova metoda uklanja potrebu za sredstvima za mljevenje, pojednostavljuje postupak jer filtracija i intenzivno čišćenje postaju nepotrebni te omogućuje učinkovito smanjenje veličine čestica. Osim toga, sonikacija smanjuje ovisnost o dispergatorima i koristi kompaktniju, energetski učinkovitu opremu, što je čini vrlo povoljnim rješenjem za dispergiranje i deaglomeraciju čestica cementa.
Prednosti ultrazvučne deaglomeracije čestica cementa
Cement je jedan od najvažnijih materijala u građevinarstvu, široko primjenjivan zbog svojih vezivnih svojstava. Međutim, postizanje optimalnih svojstava zahtijeva jednoliku raspodjelu čestica jer aglomerirane čestice mogu nepovoljno utjecati na svojstva cementa. Ultrazvučna deaglomeracija pokazala se kao moćna tehnika za rješavanje tog izazova.
Industrijski sonikatori za deaglomeraciju čestica cementa uz velik kapacitet obrade.
- Poboljšano dispergiranje čestica: Ultrazvučna deaglomeracija učinkovito dispergira čestice cementa, osiguravajući jednoliku raspodjelu veličine čestica. Ta je jednolikost ključna za postizanje ujednačene čvrstoće i trajnosti cementnih materijala.
- Poboljšana hidratacija: Povećana površina deaglomeriranih čestica poboljšava proces hidratacije, što dovodi do boljeg vezivanja i veće čvrstoće konačnog proizvoda. Poboljšana hidratacija također smanjuje rizik od nepotpunih reakcija i slabih mjesta u cementnoj matrici.
- Povećana obradivost: Dobro dispergirane čestice cementa daju smjesu bolje obradivosti, što olakšava miješanje, izlijevanje i završnu obradu. Ta poboljšana obradivost može skratiti vrijeme gradnje i smanjiti troškove rada.
- Poboljšana mehanička svojstva: Ultrazvučna deaglomeracija pridonosi razvoju gušće i homogenije mikrostrukture u materijalima na bazi cementa. To rezultira poboljšanim mehaničkim svojstvima kao što su tlačna i vlačna čvrstoća.
- Smanjena upotreba dodataka: Postizanjem boljeg dispergiranja ultrazvučnom deaglomeracijom može se svesti na najmanju mjeru potreba za kemijskim dispergatorima i drugim dodacima. To ne samo da smanjuje troškove nego i umanjuje utjecaj proizvodnje cementa na okoliš.
- Isplativost: Bez obzira na početno ulaganje u industrijski ultrazvučni uređaj, dugoročne koristi od poboljšane kvalitete proizvoda, smanjene upotrebe dodataka i poboljšanih svojstava čine ga isplativim rješenjem za cementnu industriju.
| Aspekt usporedbe | Mljevenje čestica cementa u kugličnom mlinu | Ultrazvučna deaglomeracija čestica cementa |
|---|---|---|
| Metoda | Koristi čelične kuglice ili kuglice od silicijeva dioksida kao sredstva za mljevenje | Koristi ultrazvučne valove visokog intenziteta za stvaranje akustične kavitacije i sonomehaničkih smičnih sila |
| Zamjena sredstava za mljevenje | Česta zamjena čeličnih kuglica ili kuglica od silicijeva dioksida | Nema sredstava za mljevenje, čime se uklanjaju troškovi zamjene |
| Filtracija nakon obrade | Potrebna za uklanjanje sredstava za mljevenje filtracijom | Nije potrebna, što pojednostavljuje postupak |
| Zahtjevi za čišćenje | Čišćenje sredstava za mljevenje i komore zahtijeva mnogo rada i vremena | Minimalno čišćenje, ultrazvučne sonde lakše se održavaju |
| Učinkovitost u području sitnih čestica | Neučinkovito za čestice u rasponu 0 – 100 µm, zahtijeva mnogo vremena | Vrlo učinkovito za sitne čestice, uključujući raspon 0 – 100 µm |
| Potreba za dispergatorom | Potrebna je velika količina dispergatora | Smanjena potreba za dispergatorima zbog snažne kavitacije i smičnih sila |
| Karakteristike opreme | Velika, glomazna, energetski neučinkovita, zahtijeva opsežno održavanje i čišćenje | Kompaktna, energetski učinkovita, zahtijeva manje održavanja, lakša za rukovanje i sigurna za rad |
Studija slučaja: dispergiranje mikrofinog cementnog injekcijskog morta ultrazvučnim miješalicama
Istraživački tim pod vodstvom Draganovića predstavlja sveobuhvatno istraživanje dispergiranja injekcijske smjese od mikrofinog cementa primjenom ultrazvučne tehnologije u usporedbi s konvencionalnim laboratorijskim disolverima. Istraživanje se posebno usredotočuje na učinkovitost sonikatora UP400St u odnosu na tradicionalne metode dispergiranja injekcijskih smjesa.
Istraživači su proveli niz pokusa primjenjujući različite tehnike dispergiranja kako bi procijenili raspodjelu veličine čestica (PSD) i zeta-potencijal čestica mikrofinog cementa. Ocijenjene tehnike uključuju ultrazvučnu obradu sonikatorom UP400St, laboratorijske disolvere velike brzine vrtnje i kombinaciju obiju metoda.
Rezultati pokazuju da ultrazvučno dispergiranje sonikatorom UP400St znatno poboljšava raspodjelu veličine čestica u usporedbi s konvencionalnim laboratorijskim disolverima. Sonikator UP400St učinkovito smanjuje aglomeraciju čestica mikrofinog cementa, stvarajući homogeniju i stabilniju suspenziju injekcijske smjese. Ultrazvučna obrada poboljšava raspodjelu manjih čestica, što rezultira užim rasponom raspodjele veličine čestica.
Ultrazvučni homogenizator UP400St uspoređuje se u pogledu učinkovitosti dispergiranja cementne injekcijske smjese s običnom laboratorijskom miješalicom opremljenom diskom te s primjenom tehnike rotor–stator. Istraživanje je pokazalo da ultrazvučno dispergiranje nije samo učinkovita metoda nego je čak i bolje od miješalice koja primjenjuje tehniku rotor–stator.
(istraživanje i grafički prikaz: © Draganović et al., 2020)
Nadalje, kombiniranje ultrazvuka s konvencionalnim laboratorijskim disolverima povećava učinkovitost dispergiranja, postižući raspodjelu još sitnijih čestica nego samom ultrazvučnom obradom. Ta kombinacija omogućuje bolju kontrolu nad PSD-om i zeta-potencijalom injekcijske smjese od mikrofinog cementa pri šaržnoj obradi. U sustavima s kontinuiranim protokom suspenzija čestica automatski prolazi kroz zonu intenzivne kavitacije, čime dodatno miješanje postaje nepotrebno.
Istraživanje ističe vrhunsku učinkovitost sonikatora UP400St u dispergiranju injekcijske smjese od mikrofinog cementa. Ultrazvučna obrada, osobito u kombinaciji s konvencionalnim laboratorijskim disolverima, pruža djelotvornu i učinkovitu metodu za postizanje jednolike i stabilne suspenzije čestica mikrofinog cementa.
Ovo istraživanje pruža detaljnu usporedbu ultrazvučnih i konvencionalnih metoda dispergiranja, ističući veću djelotvornost sonikacije pri dispergiranju injekcijske smjese.
(usp. Draganović et al., 2020)
Uspoređene metode dispergiranja: disolver Vma-Getzmann Dispermat CV-3 opremljen diskom promjera 90 mm, sustav rotor–stator (R/S) i sonikator Hielscher UP400St opremljen sonotrodom H22.
(istraživanje i slike: ©Draganovic et al., 2020)
Sonikator sa sondom UP400ST za dispergiranje injekcijske smjese od mikrofinog cementa
(istraživanje i slika: ©Draganovic et al., 2020)
Primjene sonikatora u cementnoj industriji
Iskorištavanje povoljnih učinaka ultrazvuka velike snage pri deaglomeraciji čestica cementa i cementnih injekcijskih smjesa otvara brojna područja primjene u cementnoj industriji, omogućujući poboljšanje svojstava materijala i kvalitete konačnog proizvoda.
- Mokro mljevenje čestica cementa: Sonikacija sondom vrlo je učinkovita i energetski učinkovita metoda mljevenja čestica cementa. Pročitajte više o ultrazvučnom mokrom mljevenju cementa!
- Proizvodnja betona visokih uporabnih svojstava: Sonikatori sa sondom upotrebljavaju se za proizvodnju betona visokih uporabnih svojstava jer osiguravaju jednoliko dispergiranje sitnih čestica cementa i dopunskih cementnih materijala poput letećeg pepela i silicijske prašine. Time se dobiva beton vrhunskih mehaničkih svojstava i trajnosti.
- Razvoj nanokompozita: U istraživanju i razvoju sonikatori sa sondom olakšavaju ugradnju nanočestica u cementne matrice, stvarajući nanokompozite poboljšanih svojstava poput povećane čvrstoće, žilavosti i otpornosti na razgradnju uslijed djelovanja okoliša.
- Optimizacija učinkovitosti dodataka: Ultrazvučna deaglomeracija pomaže optimizirati djelovanje kemijskih dodataka, poput superplastifikatora i aeranata, osiguravajući njihovu ravnomjernu raspodjelu u cementnoj matrici. Time se poboljšavaju obradivost i svojstva konačnog proizvoda.
Sonikatori visokih performansi za dispergiranje i deaglomeraciju čestica cementa
Ultrazvučna deaglomeracija s pomoću sonikatora sa sondom nudi značajne prednosti za cementnu industriju. Poboljšanjem dispergiranja čestica i hidratacije te povećanjem obradivosti ovi uređaji pridonose proizvodnji visokokvalitetnih materijala na bazi cementa. Precizna kontrola, skalabilnost i svestranost sonikatora sa sondom čine ih vrijednim alatima za istraživanje i industrijsku primjenu te potiču inovacije i učinkovitost u proizvodnji cementa.
Hielscher Ultrasonic isporučuje sonikatore visokih performansi svih razina snage za obradu čestica cementa i cementne injekcijske mase, od manjih šarži za istraživanje i razvoj do velikih kapaciteta obrade za industrijsku deaglomeraciju cementa u proizvodnim razmjerima.
- visoka učinkovitost
- najsuvremenija tehnologija
- pouzdanost i robusnost
- prilagodljiva, precizna kontrola procesa
- šaržna i protočna obrada
- za bilo koji volumen
- inteligentan softver
- pametne funkcije (npr. mogućnost programiranja, bilježenje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavno i sigurno rukovanje
- mali zahtjevi za održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu)
Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj
Ultrazvučni uređaji Hielscher poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Ultrazvučni uređaji Hielscher lako podnose teške uvjete i zahtjevna okruženja.
Hielscher Ultrasonics tvrtka je s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnom upotrebom. Naravno, ultrazvučni uređaji Hielscher sukladni su zahtjevima za oznaku CE te ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0,5 do 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/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 |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje, dispergiranje, emulgiranje i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotnim 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.
Korisne činjenice
Što je cement?
Cement je fina, praškasta tvar koja služi kao vezivo u građevinarstvu. Kada se pomiješa s vodom, prolazi kroz kemijsku reakciju koja se naziva hidratacija te očvršćuje u čvrst materijal. Prvenstveno se sastoji od vapnenca, gline, ljuštura i silicijeva dioksida te je ključni sastojak betona, morta i drugih građevnih materijala. Sposobnost cementa da očvrsne i veže druge materijale čini ga neophodnim za izgradnju zgrada, cesta, mostova i druge infrastrukture. Najčešća vrsta cementa je portlandski cement, koji se široko upotrebljava zbog svoje čvrstoće i svestranosti.
Zašto je deaglomeracija čestica cementa važna?
Deaglomeracija čestica cementa važna je jer osigurava ujednačenu raspodjelu veličina čestica, čime se poboljšavaju svojstva i kvaliteta materijala na bazi cementa. Pravilna deaglomeracija poboljšava učinkovitost hidratacije, što rezultira čvršćim i trajnijim betonom. Također poboljšava obradivost cementnih smjesa, olakšavajući njihovo miješanje, ugradnju i završnu obradu. Osim toga, dobro dispergirane čestice smanjuju potrebu za kemijskim dodacima, snižavaju troškove proizvodnje i svode utjecaj na okoliš na najmanju moguću mjeru. Općenito, učinkovita deaglomeracija ključna je za postizanje optimalnih mehaničkih svojstava i dugoročne trajnosti u građevinskim projektima.
Kako se deaglomeriraju čestice cementa?
Čestice cementa deaglomeriraju se različitim metodama, pri čemu je ultrazvučna deaglomeracija jedna od najučinkovitijih tehnika. U tom postupku sonda uronjena u cementnu suspenziju emitira visokofrekventne ultrazvučne valove. Ti valovi stvaraju intenzivne kavitacijske mjehuriće koji kolabiraju uz oslobađanje velike energije, stvarajući snažne smične sile i udarne valove. Te sile razdvajaju aglomerirane čestice cementa, osiguravajući ujednačenu disperziju. Druge metode uključuju mehaničko miješanje, mljevenje i uporabu dispergirajućih sredstava, no ultrazvučnoj deaglomeraciji daje se prednost zbog njezine učinkovitosti i sposobnosti postizanja fine, ujednačene raspodjele čestica.
Koju ulogu ima voda u obradi cementa?
Voda ima ključnu ulogu u obradi cementa. Hidratizira različite minerale u klinkeru, čime se osigurava potrebna tečljivost cementne paste. Međutim, pri upravljanju udjelom vode potrebno je postići osjetljivu ravnotežu. Prekomjerna količina vode može dovesti do problema poput izdvajanja vode (pri čemu se voda odvaja iz smjese) i smanjene tlačne čvrstoće. Nasuprot tome, nedovoljna količina vode može smanjiti obradivost, otežavajući rukovanje cementnom smjesom i rezultirajući proizvodima manje čvrstoće.
Kako rade sonikatori sa sondom?
Sonikatori sa sondom posebna su skupina ultrazvučnih uređaja namijenjenih dispergiranju i deaglomeraciji čestica u različitim suspenzijama, uključujući cementne. Ti uređaji koriste sondu ili ultrazvučni rog koji emitira ultrazvučne valove izravno u medij, stvarajući kavitacijske mjehuriće koji implodiraju uz oslobađanje velike energije, što dovodi do deaglomeracije čestica.
Sonikatori sa sondom rade tako da generiraju ultrazvučne valove, obično u rasponu od 20 do 30kHz. Sonda, koja se naziva i sonotroda, šipka je izrađena od materijala poput titana koja se uranja u cementnu suspenziju. Kada se aktivira, sonda vibrira na ultrazvučnim frekvencijama, stvarajući intenzivnu akustičnu kavitaciju. Ta kavitacija uključuje nastanak i silovit kolaps mikroskopskih mjehurića u suspenziji, čime se stvaraju snažne smične sile i udarni valovi. Te sile razdvajaju aglomerirane čestice i potiču ujednačenu disperziju.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi u veličinama od laboratorijskih do industrijskih.