Betonhoz használt cementpép ultrahangos keverése

A cementpép ultrahangos keverése jelentős előnyöket kínál az előregyártott betonelemek öntésénél, a földnedves beton formázásánál és a betonüzemekben. Ezek közé tartozik a rövidebb kezdeti és végső kötési idő, a szuperképlékenyítő kisebb adagolási mennyisége, a gyorsabb és teljesebb hidratáció, valamint a nagyobb nyomószilárdság.

A hagyományos betonkeverési technológiák, például a „szállítás közbeni keverés” vagy a forgó keverők, nem biztosítanak elegendő keverőhatást a cementrészecskék és más cementkötésű anyagok, például a pernye vagy a szilícium-dioxid agglomerátumainak diszpergálásához. Míg az ilyen agglomerátumok külső részecskéi érintkeznek a vízzel, a belső részecskefelületek szárazak maradnak. Ez lassú és nem teljes hidratációt eredményez.

Az ultrahangos keverési technológia előnyei a beton esetében

Az ultrahangos diszpergálás a legfejlettebb technológia a mikrométeres és nanométeres méretű anyagok folyadékokban történő deagglomerálására és diszpergálására. Az ultrahangos keverés kavitációs nyíróerőket alkalmaz, amelyek a finom szemcséjű anyagok keverésében hatékonyabbak a hagyományos forgó keverőknél és rotor–sztátor keverőknél. A cement, a szilícium-dioxid, a pernye, a pigmentek vagy a CNT-k esetében az ultrahangos diszpergálás jelentősen javítja ezen anyagok teljesítményét, mivel javítja a részecskék eloszlását és vízzel való érintkezését.

A hidratáció – a cement vízzel való reakciója – során a C‑S‑H‑fázisok tűszerű struktúrákat növesztenek. Az alábbi képek a cementpép mikroszerkezetét mutatják 5 óra hidratáció után. Az ultrahanggal kezelt cementpépben a C‑S‑H‑fázisok közel 500nm hosszúak, míg az ultrahanggal nem kezelt pépben a C‑S‑H‑fázisok hossza körülbelül 100nm.

A cementpép mikroszerkezete 5 órás hidratáció után

ultrahangos kezeléssel	ultrahangos kezelés nélkül
Portlandcement-pép (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – weimari Bauhaus Egyetem

 
Az ultrahang által kiváltott kavitációval végzett keverés a C‑S‑H‑fázisok gyorsabb növekedéséhez vezet.

 
Hidratációs hőmérséklet

A nagy teljesítményű ultrahangos kezelés (PUS) hatása a cementpépek idő–hőmérséklet görbéire

 
Nyomószilárdság

A nagy teljesítményű ultrahangos kezelés (PUS) hatása a habarcsprizmák nyomószilárdságára

 
Ultrahangos impulzussebesség

A nagy teljesítményű ultrahangos kezelés (PUS) hatása a hidratálódó cementpépek ultrahangos impulzussebességére

A C‑S‑H‑fázisok növekedése összefügg a cementpép hidratáció alatti hőmérsékletével (kattintson a jobb oldali ábrára). Az ultrahanggal kevert cementpépben a hidratáció körülbelül egy órával korábban kezdődik. A korábbi hidratáció a nyomószilárdság korábbi növekedésével függ össze. A hidratáció megnövekedett sebessége az ultrahangos impulzussebességgel is mérhető.

Ez különösen az előregyártott és a földnedves beton esetében jelentősen lerövidíti azt az időt, amely után a formázott beton kivehető a formából. A Bauhaus Egyetem (Németország) vizsgálatai a kötési idők alábbi csökkenését mutatták ki.

Az ultrahangos keverés másik érdekes előnye a folyóképességre gyakorolt hatása. Amint a fenti táblázat mutatja, a roskadás körülbelül 30%-kal nő. Ez lehetővé teszi a szuperképlékenyítők adagolási mennyiségének csökkentését.

Az ultrahangos keverők beépítése a cementgyártási folyamatba

A Hielscher ultrahangos keverőket kínál a cement, a szilícium-dioxid, a pernye, a pigmentek vagy a CNT-k hatékony diszpergálásához. Először minden száraz anyagot vízzel kell előkeverni, hogy nagy koncentrációjú, de szivattyúzható pép keletkezzen. A Hielscher ultrahangos keverő kavitációs nyíróhatással deagglomerálja és diszpergálja a részecskéket. Ennek eredményeként minden részecske teljes felülete teljes mértékben érintkezik a vízzel.

A cementpép ultrahangos kezelése

A cementpép esetében a hidratáció az ultrahangos kezelés után kezdődik. Ezért a Hielscher ultrahangos keverőt sorba építve kell használni, mivel a cementpép hosszú ideig nem tárolható. Az alábbi vázlatos rajz szemlélteti a folyamatot. A következő lépésben az adalékanyagot, például homokot vagy kavicsot, hozzáadják a cementpéphez, és összekeverik vele. Mivel a cementrészecskék ebben a szakaszban már jól diszpergáltak, a cementpép jól elkeveredik az adalékanyaggal. A beton ezután készen áll az előregyártási formákba való betöltésre vagy a szállításra. Ingadozó betonigény esetén az ultrahangos keverő mellett elhelyezett break-up tartály használható a feldolgozás folyamatosságának javítására.
Tudjon meg többet a cementrészecskék ultrahangos deagglomerálásáról!

Szilícium-dioxid, pernye és nanoanyagok ultrahangos diszpergálása

A szilícium-dioxid, a pernye, a pigmentek vagy más nanoanyagok, például a szén nanocsövek diszpergálása eltérő kezelési intenzitásokat és energiaszinteket igényel. Ezért külön ultrahangos keverőt ajánlunk egy jól diszpergált szuszpenzió/pép előállításához, amelyet ezután a betonkeverékhez adnak. A folyamat vázlatos rajzához kattintson a fenti ábrára.

A méretnöveléshez szükséges ultrahangos keverőberendezés pontosan meghatározható az UIP1000hdT készülékkel végzett kísérleti üzemi vizsgálatok alapján; ez egy nagy teljesítményű, 1 000 wattos, kísérleti üzemi ultrahangos kezelőberendezés. Az alábbi táblázat általános készülékajánlásokat mutat a feldolgozandó cementpép adagtérfogatától vagy térfogatáramától függően.

Ultrahangos szondánként akár 16kW ultrahangos keverési teljesítménnyel a Hielscher biztosítja a nagy feldolgozási volumenű alkalmazásokhoz szükséges teljesítményt. Ez a technológia könnyen tesztelhető, és lineárisan növelhető a mérete.