Ultrazvučno miješanje cementne paste za beton

Ultrazvučno miješanje cementne paste nudi velike prednosti za tvornice prefabrikovanog kalupa, suhog lijevanja i betona. Ove prednosti uključuju kraće početno i konačno vrijeme stvrdnjavanja, nižu dozu superplastifikatora, bržu i potpuniju hidrataciju, kao i veću tlačnu čvrstoću.

Tradicionalne tehnologije miješanja betona, kao što su “na cesti-miješanje” ili rotacijske miješalice, ne pružaju dovoljno djelovanje miješanja za raspršivanje aglomerata cementnih čestica i drugih cementnih materijala, kao što je leteći pepeo ili silicij. Dok su vanjske čestice takvih aglomerata izložene vodi, unutarnje površine čestica ostaju suhe. To rezultira sporom i nepotpunom hidratacijom.

Prednosti ultrazvučne tehnologije miješanja betona

Ultrazvučno raspršivanje je najnaprednija tehnologija za deaglomeraciju i raspršivanje materijala mikronske i nano veličine u tekućinama. Ultrazvučno miješanje koristi kavitacijske sile smicanja koje su učinkovitije u miješanju finih materijala nego konvencionalne rotacijske miješalice i rotor-statorske miješalice. Za cement, silicij, leteći pepeo, pigmente ili CNT, učinak ovih materijala značajno se povećava ultrazvučnim raspršivanjem, jer poboljšava distribuciju čestica i kontakt s vodom.

During the hydration–the reaction of cement with water–C‑S‑H‑phases grow needle-like structures. The pictures below show the microstructure in cement paste after 5 hours of hydration. In the ultrasonicated cement paste, the C‑S‑H‑phases are almost 500nm long, while in the unsonicated paste, C‑S‑H‑phases are around 100nm.

Mikrostruktura cementne paste nakon 5 sati hidratacije

s ultrazvučnom obradom	bez ultrazvučne obrade
Portland cementna pasta (CEM I42.5R), C. Rössler (2009.) – Sveučilište Bauhaus Weimar

 
Miješanje kavitacijom izazvanom ultrazvukom dovodi do bržeg rasta C‑S‑H‑faza.

 
Temperatura hidratacije

Utjecaj Power Ultrasonication (PUS) na vremensko-temperaturne krivulje cementnih pasta

 
Čvrstoća na pritisak

Utjecaj Power Ultrasonication (PUS) na tlačnu čvrstoću malternih prizmi

 
Brzina ultrazvučnog pulsa

Utjecaj Power Ultrasonication (PUS) na brzinu ultrazvučnog pulsa hidratantnih cementnih pasta

Rast C‑S‑H-faza u korelaciji je s temperaturom u cementnoj tijestu tijekom perioda hidratacije (kliknite na desnu grafiku). U ultrazvučno miješanoj cementnoj tijesto, hidratacija počinje cca. jedan sat ranije. Ranija hidratacija korelira s ranijim povećanjem tlačne čvrstoće. Povećana brzina hidratacije može se mjeriti i brzinom ultrazvučnog pulsa.

Osobito za montažni i suho lijevani beton, to dovodi do znatno kraćeg vremena dok se lijevani beton ne može izvaditi iz kalupa. Studije Sveučilišta Bauhaus (Njemačka) pokazale su sljedeće smanjenje vremena postavljanja.

Još jedna zanimljiva prednost ultrazvučnog miješanja je utjecaj na fluidnost. Kao što je prikazano u gornjoj tablici, pad se povećava za cca. 30%. To omogućuje smanjenu dozu superplastifikatora.

Integracija procesa ultrazvučnih mješalica u proizvodnju cementa

Hielscher nudi ultrazvučne miješalice za učinkovito raspršivanje cementa, silicija, letećeg pepela, pigmenata ili CNT-a. Prvo, svaki suhi materijal treba prethodno pomiješati s vodom kako bi se dobila pasta visoke koncentracije koja se može pumpati. Hielscher ultrazvučni mikser deaglomerira i raspršuje čestice pomoću kavitacijskog smicanja. Zbog toga je cijela površina svake čestice u potpunosti izložena vodi.

Ultrazvučna obrada cementne paste

U slučaju cementne paste, hidratacija počinje nakon ultrazvučne obrade. Stoga bi se Hielscher ultrazvučna miješalica trebala koristiti u liniji, jer se cementna pasta ne može skladištiti dulje vrijeme. Shematski crtež u nastavku ilustrira proces. U sljedećem koraku, agregat, poput pijeska ili šljunka, dodaje se i miješa s cementnom pastom. Budući da su čestice cementa već dobro raspršene u toj fazi, cementna pasta se dobro stapa s agregatom. Beton je tada spreman za punjenje u predgotovljene kalupe ili za transport. Spremnik za razbijanje pored ultrazvučne miješalice može se koristiti za kontinuiraniju obradu u slučaju nestabilne potražnje za betonom.
Pročitajte više o ultrazvučnoj deaglomeraciji cementnih čestica!

Ultrazvučno raspršivanje silicija, letećeg pepela i nanomaterijala

Raspršivanje silicija, letećeg pepela, pigmenata ili drugih nanomaterijala, kao što su ugljikove nanocijevi, zahtijeva druge intenzitete obrade i razine energije. Iz tog razloga preporučujemo zasebnu ultrazvučnu mješalicu za proizvodnju dobro raspršene kaše/paste koja se zatim dodaje u betonsku smjesu. Kliknite na gornju grafiku za shematski crtež ovog procesa.

Ultrazvučna oprema za miješanje potrebna za povećanje veličine može se točno odrediti na temelju testova pilot skale pomoću UIP1000hdT, koji je snažan sonikator pilot skale od 1000 vata. Donja tablica prikazuje opće preporuke za uređaje ovisno o volumenu šarže ili brzini protoka cementne paste koja se obrađuje.

S do 16kW snage ultrazvučnog miješanja po jednoj ultrazvučnoj sondi, Hielscher nudi snagu obrade potrebnu za aplikacije velikog volumena. Ovu tehnologiju lako je testirati i linearno se povećava.