Cementpaszta ultrahangos keverése betonhoz
A cementpaszta ultrahangos keverése nagy előnyökkel jár az előregyártott öntés, a szárazöntés és a betonüzemek számára. Ezek az előnyök magukban foglalják a rövidebb kezdeti és végső beállítási időket, a szuperlágyító alacsonyabb adagját, a gyorsabb és teljesebb hidratálást, valamint a nagyobb nyomószilárdságot.
Hagyományos betonkeverési technológiák, mint például “Közúti keverés” vagy rotációs keverők, elégtelen keverési hatást biztosítanak a cementrészecskék és más cementkötésű anyagok, például pernye vagy szilícium-dioxid agglomerátumainak diszpergálásához. Míg az ilyen agglomerátumok külső részecskéi vízzel vannak kitéve, a belső részecskefelületek szárazak maradnak. Ez lassú és hiányos hidratálást eredményez.
A beton ultrahangos keverési technológiájának előnyei
Az ultrahangos diszpergálás a legfejlettebb technológia a mikron méretű és nanoméretű anyagok folyadékokban történő deagglomerálására és diszpergálására. Az ultrahangos keverés kavitációs nyíróerőket használ, amelyek hatékonyabbak a finom méretű anyagok keverésében, mint a hagyományos rotációs keverők és rotor-állórész keverők. A cement, szilícium-dioxid, pernye, pigmentek vagy CNT-k esetében ezeknek az anyagoknak a teljesítményét jelentősen növeli az ultrahangos diszpergálás, mivel javítja a részecskék eloszlását és a vízzel való érintkezést.
A hidratáció során – a cement vízzel való reakciója során – a C-S-H fázisok tűszerű szerkezeteket növesztenek. Az alábbi képek a cementpaszta mikroszerkezetét mutatják 5 órás hidratálás után. Az ultrahangos cementpasztában a C-S-H-fázisok majdnem 500nm hosszúak, míg az ultrahangos pasztában a C-S-H-fázisok 100nm körül vannak.
Sonicator UIP16000hdT építőanyagok, például cement, geopolimerek vagy beton diszpergálására.
ultrahangos feldolgozással | ultrahangos feldolgozás nélkül |
|---|---|
 |
 |
| portlandcement paszta (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Weimari Bauhaus Egyetem | |
Az ultrahang által kiváltott kavitációval történő keverés a C-S-H-fázisok gyorsabb növekedéséhez vezet.
Hidratálási hőmérséklet
A teljesítmény ultrahangos hatása (PUS) a cementpaszták idő-hőmérséklet görbéire
Nyomószilárdság
A teljesítmény ultrahangos hatása (PUS) a habarcs prizmák nyomószilárdságára
Ultrahang impulzussebesség
A teljesítmény ultrahangos hatása (PUS) a hidratáló cementpaszták ultrahangos impulzussebességére
A C-S-H-fázisok növekedése korrelál a cementpaszta hőmérsékletével a hidratációs időszak alatt (kattintson a jobb oldali ábrára). Az ultrahanggal kevert cementpasztában a A hidratálás kb. egy órával korábban kezdődik. A korábbi hidratáció korrelál a nyomószilárdság korábbi növekedésével. A megnövekedett hidratációs sebesség az ultrahang impulzussebességgel is mérhető.
Ultrahangos inline keverő (UIP1000hdT) ipari cementkeveréshez folyamatos átfolyásos üzemben.
Különösen az előregyártott és szárazöntvény beton esetében ez jelentősen rövidebb időt eredményez, amíg az öntött betont ki lehet venni az öntőformából. A Bauhaus Egyetem (Németország) tanulmányai a meghatározott idők következő csökkenését mutatták.
| Utalás | Diff. | teljesítmény ultrahang | |
|---|---|---|---|
| Kezdeti készlet | 5 óra 15 perc | -29% | 3 óra 45 perc |
| Döntő szett | 6 óra 45 perc | -33% | 4 óra 30 perc |
| Pangást | 122 mm (4,8″) | +30% | 158 mm (6,2″) |
Az ultrahangos keverés másik érdekes előnye a folyékonyságra gyakorolt hatás. Amint azt a fenti táblázat mutatja, a visszaesés kb. 30% -kal nő. Ez lehetővé teszi a szuperlágyítók csökkentett adagját.
Az ultrahangos keverők folyamatintegrálása a cementgyártásba
A Hielscher ultrahangos keverőket kínál a cement, szilícium-dioxid, pernye, pigmentek vagy CNT-k hatékony diszpergálásához. Először is, minden száraz anyagot elő kell keverni vízzel, hogy nagy koncentrációjú, mégis szivattyúzható pasztát kapjunk. A Hielscher ultrahangos keverő kavitációs nyírással deagglomerálja és diszpergálja a részecskéket. Ennek eredményeként az egyes részecskék teljes felülete teljesen ki van téve víznek.
A cementpaszta ultrahangos feldolgozása
A cementpaszta esetében a hidratálás az ultrahangos feldolgozás után kezdődik. Ezért a Hielscher ultrahangos keverőt inline kell használni, mivel a cementpaszta hosszú ideig nem tárolható. Az alábbi vázlatos rajz szemlélteti a folyamatot. A következő lépésben hozzáadjuk az aggregátumot, például homokot vagy kavicsot, és összekeverjük a cementpasztával. Mivel a cementrészecskék már ebben a szakaszban jól diszpergálódnak, a cementpaszta jól keveredik az aggregátummal. A beton ezután készen áll az előregyártott formákba való feltöltésre vagy szállításra. Az ultrahangos keverő melletti szakítótartály instabil betonigény esetén folyamatosabb feldolgozásra használható.
További információ a cementrészecskék ultrahangos deagglomerációjáról!
A szilícium-dioxid, a pernye és a nanoanyagok ultrahangos diszpergálása
A szilícium-dioxid, pernye, pigmentek vagy más nanoanyagok, például szén nanocsövek diszpergálása más feldolgozási intenzitást és energiaszintet igényel. Ezért javasoljuk egy külön ultrahangos keverő előállításához jól diszpergált szuszpenzió / paszta, amelyet ezután hozzáadunk a betonkeverékhez. Kérjük, kattintson a fenti ábrára a folyamat sematikus rajzához.
A méretarányos felszámításhoz szükséges ultrahangos keverőberendezés pontosan meghatározható kísérleti skála tesztek alapján az UIP1000hdT használatával, amely egy 1,000 wattos erőteljes kísérleti méretű szonikátor. Az alábbi táblázat általános eszközajánlásokat mutat be a feldolgozandó cementpaszta tételmennyiségétől vagy áramlási sebességétől függően.
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.1-től 10L-ig | 0.2-től 2 liter/percig | UIP1000hdT, UIP1500hdT |
| 10–50 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–50 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Akár 16kW ultrahangos keverési teljesítmény egyetlen ultrahangos szondánként, Hielscher kínálja a nagy volumenű alkalmazásokhoz szükséges feldolgozási teljesítményt. Ez a technológia könnyen tesztelhető, és lineárisan skálázható.
Szonda típusú szonikátor UP400St mikrofinom cementhabarcs diszperzióhoz
(Tanulmány és kép: ©Draganovic et al., 2020)
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Irodalom / 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.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.