Cementrészecskék deagglomerációja nagy teljesítményű ultrahanggal
A szondás ultrahangos készülékeket gyakran használják cementrészecskék deagglomerációjára. Ez a módszer szükségtelenné teszi az őrlőtestek használatát, a szűrés és az intenzív tisztítás elhagyásával egyszerűsíti a folyamatot, és hatékony részecskeméret-csökkentést biztosít. Emellett az ultrahangos kezelés csökkenti a diszpergálószerektől való függőséget, és kompaktabb, energiahatékony berendezéseket alkalmaz, így rendkívül előnyös megoldást kínál a cementrészecskék diszpergálására és deagglomerációjára.
A cementrészecskék ultrahangos deagglomerációjának előnyei
A cement az építőipar egyik legfontosabb anyaga, amelyet kötőanyagként széles körben használnak. Az optimális teljesítmény eléréséhez azonban egyenletes részecskeeloszlás szükséges, mivel az agglomerálódott részecskék kedvezőtlenül befolyásolhatják a cement teljesítményét. Az ultrahangos deagglomeráció hatékony technikává vált e kihívás kezelésére.
Ipari ultrahangos készülékek cementrészecskék nagy átbocsátóképességű deagglomerációjához.
- Jobb részecskediszperzió: Az ultrahangos deagglomeráció hatékonyan diszpergálja a cementrészecskéket, egyenletes részecskeméret-eloszlást biztosítva. Ez az egyenletesség kulcsfontosságú a cementkötésű anyagok állandó szilárdságának és tartósságának eléréséhez.
- Jobb hidratáció: A deagglomerált részecskék megnövekedett felülete javítja a hidratációs folyamatot, ami jobb kötést és nagyobb szilárdságot eredményez a végtermékben. A jobb hidratáció a nem teljesen végbemenő reakciók és a cementmátrix gyenge pontjai kialakulásának kockázatát is csökkenti.
- Jobb bedolgozhatóság: A jól diszpergált cementrészecskék jobban bedolgozható keveréket eredményeznek, amely könnyebben keverhető, önthető és felületképezhető. Ez a jobb bedolgozhatóság rövidebb építési időt és alacsonyabb munkaköltségeket eredményezhet.
- Jobb mechanikai tulajdonságok: Az ultrahangos deagglomeráció hozzájárul a cementalapú anyagok tömörebb és homogénebb mikroszerkezetének kialakulásához. Ez jobb mechanikai tulajdonságokat, például nagyobb nyomó- és húzószilárdságot eredményez.
- Csökkentett adalékanyag-felhasználás: Az ultrahangos deagglomerációval elért jobb diszperzió révén minimálisra csökkenthető a kémiai diszpergálószerek és más adalékanyagok iránti igény. Ez nemcsak a költségeket csökkenti, hanem a cementgyártás környezeti hatását is mérsékli.
- Költséghatékonyság: Az ipari kivitelű ultrahangos készülék kezdeti beruházási költségétől függetlenül a jobb termékminőség, a csökkentett adalékanyag-felhasználás és a jobb teljesítmény hosszú távú előnyei költséghatékony megoldássá teszik a cementipar számára.
| Összehasonlítási szempont | Cementrészecskék golyósmalmos őrlése | Cementrészecskék ultrahangos deagglomerációja |
|---|---|---|
| Módszer | Acél- vagy szilícium-dioxid-golyókat használ őrlőtestként | Nagy intenzitású ultrahanghullámokkal hoz létre akusztikus kavitációt és szonomechanikai nyíróerőket |
| Őrlőtestek cseréje | Az acél- vagy szilícium-dioxid-golyók gyakori cseréje | Nincsenek őrlőtestek, így nincsenek csereköltségek |
| Feldolgozás utáni szűrés | Szükséges az őrlőtestek kiszűréséhez | Nem szükséges, ami egyszerűsíti a folyamatot |
| Tisztítási igény | Az őrlőtestek és az őrlőkamra munka- és időigényes tisztítása | Minimális tisztítás, az ultrahangos szondák könnyebben karbantarthatók |
| Hatékonyság a finom részecskék mérettartományában | A 0 – 100 µm mérettartományba eső részecskék esetében nem hatékony, időigényes | Rendkívül hatékony finom részecskeméreteknél, beleértve a 0 – 100 µm tartományt is |
| Diszpergálószer-igény | Nagy mennyiségű diszpergálószer szükséges | Az erőteljes kavitáció és a nyíróerők révén csökkentett diszpergálószer-igény |
| A berendezés jellemzői | Nagy, terjedelmes, energiahatékonysága alacsony, jelentős karbantartást és tisztítást igényel | Kompakt, energiahatékony, kevesebb karbantartást igényel, könnyebben kezelhető és biztonságosan üzemeltethető |
Esettanulmány: mikrofinom cementinjektáló habarcs diszpergálása ultrahangos keverőkkel
A Draganović vezette kutatócsoport átfogó vizsgálatot mutat be a mikrofinom cementinjektáló habarcs ultrahangos technológiával végzett diszpergálásáról, összehasonlítva azt a hagyományos laboratóriumi disszolverekkel. A tanulmány kifejezetten az UP400St ultrahangos készülék teljesítményére összpontosít a hagyományos injektálóhabarcs-diszpergálási módszerekhez viszonyítva.
A kutatók különböző diszpergálási technikákkal kísérletsorozatot végeztek a mikrofinom cementrészecskék részecskeméret-eloszlásának (PSD) és zéta-potenciáljának értékelésére. A vizsgált technikák közé tartozik az UP400St ultrahangos készülékkel végzett ultrahangos kezelés, a nagy fordulatszámú laboratóriumi disszolverek használata, valamint a két módszer kombinációja.
Az eredmények azt mutatják, hogy az UP400St ultrahangos készülékkel végzett ultrahangos diszpergálás jelentősen javítja a részecskeméret-eloszlást a hagyományos laboratóriumi disszolverekhez képest. Az UP400St ultrahangos készülék hatékonyan mérsékli a mikrofinom cementrészecskék agglomerációját, homogénebb és stabilabb injektálóhabarcs-szuszpenziót hozva létre. Az ultrahangos kezelés javítja a kisebb részecskék eloszlását, így szűkebb részecskeméret-eloszlási tartományt eredményez.
Az UP400St ultrahangos homogenizátort a cementinjektáló habarcs diszpergálási hatékonysága szempontjából egy szokványos, tárcsával felszerelt laboratóriumi keverővel és a rotor–sztátor technikát alkalmazó keveréssel hasonlítják össze. A tanulmány kimutatta, hogy az ultrahangos diszpergálás nemcsak hatékony módszer, hanem még a rotor–sztátor technikát alkalmazó keverőnél is jobb.
(tanulmány és ábra: © Draganović et al., 2020)
Ezenkívül az ultrahang és a hagyományos laboratóriumi disszolverek kombinálása növeli a diszpergálás hatékonyságát, még finomabb részecskeméret-eloszlást eredményezve, mint az önmagában alkalmazott ultrahangos kezelés. Ez a kombináció lehetővé teszi a mikrofinom cementinjektáló habarcs PSD-jének és zéta-potenciáljának jobb szabályozását szakaszos műveletekben. Folyamatos átfolyású rendszerekben a részecskeszuszpenzió automatikusan áthalad a kavitációs forrópontzónán, így további keverésre nincs szükség.
A tanulmány hangsúlyozza az UP400St ultrahangos készülék kiemelkedő teljesítményét a mikrofinom cementinjektáló habarcs diszpergálásában. Az ultrahangos kezelés, különösen hagyományos laboratóriumi disszolverekkel kombinálva, hatásos és hatékony módszert kínál a mikrofinom cementrészecskék egyenletes és stabil szuszpenziójának előállítására.
Ez a kutatás részletesen összehasonlítja az ultrahangos és a hagyományos diszpergálási módszereket, kiemelve az ultrahangos kezelés nagyobb hatásosságát az injektáló habarcs diszpergálásában.
(vö. Draganović et al., 2020)
Összehasonlított diszpergálási módszerek: 90-mm-es tárcsával felszerelt Vma-Getzmann Dispermat CV-3 disszolver, rotor–sztátor (R/S) rendszer és H22 szonotródával felszerelt Hielscher UP400St ultrahangos készülék.
(tanulmány és képek: ©Draganovic et al., 2020)
UP400ST szondás ultrahangos készülék mikrofinom cementinjektáló habarcs diszpergálásához
(tanulmány és kép: ©Draganovic et al., 2020)
Ultrahangos készülékek alkalmazásai a cementiparban
A nagy teljesítményű ultrahang kedvező hatásainak kihasználása a cementrészecskék és az injektáló habarcs deagglomerációjában számos alkalmazási területet nyit meg a cementiparban, lehetővé téve az anyagjellemzők és a végtermék minőségének javítását.
- Cementrészecskék nedves őrlése: A szondás ultrahangos kezelés rendkívül hatékony és energiahatékony módszer a cementrészecskék őrlésére. Olvasson többet a cement ultrahangos nedves őrléséről!
- Nagy teljesítőképességű beton előállítása: A szondás ultrahangos készülékeket nagy teljesítőképességű beton előállítására használják azáltal, hogy biztosítják a finom cementrészecskék és a kiegészítő cementkötésű anyagok, például a pernye és a szilikapor egyenletes diszperzióját. Ez kiválóbb mechanikai tulajdonságú és tartósságú betont eredményez.
- Nanokompozitok fejlesztése: A kutatás és fejlesztés során a szondás ultrahangos készülékek megkönnyítik a nanorészecskék beépítését a cementmátrixokba, jobb tulajdonságú nanokompozitokat hozva létre, például nagyobb szilárdsággal, szívóssággal és a környezeti hatások okozta károsodással szembeni ellenállással.
- Az adalékanyagok hatásosságának optimalizálása: Az ultrahangos deagglomeráció elősegíti a kémiai adalékanyagok, például a szuperképlékenyítők és a légbuborékképző szerek, hatásosságának optimalizálását azáltal, hogy biztosítja egyenletes eloszlásukat a cementmátrixban. Ez a végtermék jobb bedolgozhatóságát és teljesítményét eredményezi.
Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek cementrészecskék diszpergálásához és deagglomerációjához
A szondás ultrahangos készülékekkel végzett ultrahangos deagglomeráció jelentős előnyöket kínál a cementipar számára. A részecskediszperzió fokozásával, a hidratáció javításával és a bedolgozhatóság növelésével ezek a készülékek hozzájárulnak a kiváló minőségű cementkötésű anyagok előállításához. A szondás ultrahangos készülékek pontos szabályozhatósága, méretezhetősége és sokoldalúsága értékes eszközzé teszi őket mind a kutatási, mind az ipari alkalmazásokban, előmozdítva az innovációt és a hatékonyságot a cementgyártásban.
A Hielscher Ultrasonic bármilyen teljesítményszinten kínál nagy teljesítményű ultrahangos készülékeket cementrészecskék és cementinjektáló habarcs feldolgozására, a kutatás + fejlesztés kisebb tételeitől az ipari cementdeagglomeráció termelési léptékű, nagy átbocsátóképességű alkalmazásaiig.
- nagy hatékonyság
- csúcstechnológia
- megbízhatóság és robusztusság
- állítható, pontos folyamatszabályozás
- szakaszos és sorba épített üzem
- bármilyen térfogathoz
- intelligens szoftver
- intelligens funkciók (pl. programozhatóság, adatnaplózás, távvezérlés)
- egyszerű és biztonságos üzemeltetés
- alacsony karbantartási igény
- CIP (helyben történő tisztítás)
Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség
A Hielscher ultrahangos készülékek a legmagasabb minőségi és tervezési követelményszintjükről ismertek. A robusztusság és az egyszerű kezelés lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását az ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos készülékek könnyedén megbirkóznak a zord körülményekkel és az igényes környezetekkel.
A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, amely különös hangsúlyt fektet a csúcstechnológiát és felhasználóbarát kialakítást kínáló, nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre. A Hielscher ultrahangos készülékek természetesen megfelelnek a CE előírásainak, valamint az UL, CSA és RoHs követelményeinek.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Tételtérfogat | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 0,5 – 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 – 500mL | 10 – 200mL/min | UP100H |
| 10 – 2000mL | 20 – 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 – 20L | 0,2 – 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 – 100L | 2 – 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 – 150L | 3 – 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 – 150L | 3 – 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 – 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | készülékcsoport a következő egységekből: UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszpergáláshoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti üzemi és ipari léptékben.
Szakirodalom / Hivatkozások
- 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.
Hasznos tudnivalók
Mi a cement?
A cement finom, porszerű anyag, amely kötőanyagként szolgál az építőiparban. Vízzel keverve hidratációnak nevezett kémiai reakción megy keresztül, és szilárd anyaggá keményedik. Elsősorban mészkőből, agyagból, kagylóhéjakból és szilícium-dioxidból áll, és a beton, a habarcs és más építőanyagok egyik fő összetevője. A cement megszilárdulási képessége és más anyagokat összekötő tulajdonsága nélkülözhetetlenné teszi épületek, utak, hidak és más infrastrukturális létesítmények építéséhez. A leggyakoribb cementtípus a portlandcement, amelyet szilárdsága és sokoldalúsága miatt széles körben használnak.
Miért fontos a cementrészecskék deagglomerációja?
A cementrészecskék deagglomerációja azért fontos, mert egyenletes részecskeméret-eloszlást biztosít, ami javítja a cementalapú anyagok teljesítményét és minőségét. A megfelelő deagglomeráció javítja a hidratáció hatékonyságát, ami szilárdabb és tartósabb betont eredményez. A cementkeverékek bedolgozhatóságát is javítja, így azok könnyebben keverhetők, önthetők és felületképezhetők. Emellett a jól diszpergált részecskék csökkentik a kémiai adalékanyagok iránti igényt, mérséklik a gyártási költségeket és minimálisra csökkentik a környezeti hatást. Összességében a hatékony deagglomeráció kulcsfontosságú az optimális mechanikai tulajdonságok és a hosszú távú tartósság eléréséhez az építési projektekben.
Hogyan végzik a cementrészecskék deagglomerációját?
A cementrészecskék deagglomerációját különböző módszerekkel végzik, amelyek közül az ultrahangos deagglomeráció az egyik leghatékonyabb technika. Ebben a folyamatban a cementiszapba merített szonda nagy frekvenciájú ultrahanghullámokat bocsát ki. Ezek a hullámok intenzív kavitációs buborékokat hoznak létre, amelyek nagy energiával omlanak össze, erőteljes nyíróerőket és lökéshullámokat keltve. Ezek az erők felbontják az agglomerálódott cementrészecskéket, egyenletes diszperziót biztosítva. További módszerek a mechanikus keverés, az őrlés és a diszpergálószerek használata, de az ultrahangos deagglomerációt hatékonysága és a finom, egyenletes részecskeeloszlás elérésére való képessége miatt részesítik előnyben.
Milyen szerepet játszik a víz a cement feldolgozásában?
A víz kulcsszerepet játszik a cement feldolgozásában. Hidratálja a klinker különböző ásványait, ami biztosítja a cementpép szükséges folyósságát. A víztartalom szabályozása azonban kényes egyensúlyt igényel. A túl sok víz olyan problémákhoz vezethet, mint a kivérzés (amikor a víz kiválik a keverékből) és a csökkent nyomószilárdság. Ezzel szemben az elégtelen vízmennyiség ronthatja a bedolgozhatóságot, ami megnehezíti a cementkeverék kezelését, és gyengébb termékeket eredményez.
Hogyan működnek a szondás ultrahangos készülékek?
A szondás ultrahangos készülékek az ultrahangos berendezések sajátos csoportját alkotják, amelyeket különböző szuszpenziókban, köztük cementszuszpenziókban lévő részecskék diszpergálására és deagglomerációjára terveztek. Ezek a készülékek szondát vagy ultrahangos kürtöt használnak, amely közvetlenül a közegbe bocsát ki ultrahanghullámokat, kavitációs buborékokat hozva létre. A buborékok nagy energiával omlanak össze, ami a részecskék deagglomerációjához vezet.
A szondás ultrahangos készülékek jellemzően a 20 – 30kHz tartományban állítanak elő ultrahanghullámokat. A szonda, más néven szonotróda, egy például titánból készült rúd, amelyet a cementiszapba merítenek. Bekapcsoláskor a szonda ultrahangos frekvencián rezeg, intenzív akusztikus kavitációt keltve. Ez a kavitáció mikroszkopikus buborékok képződését és heves összeomlását jelenti az iszapban, ami erőteljes nyíróerőket és lökéshullámokat hoz létre. Ezek az erők felbontják az agglomerálódott részecskéket, és elősegítik az egyenletes diszperziót.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt laboratóriumi mérettől ipari méretig.