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 – azaz a cement és a víz közötti reakció során – a C–S–H-fázisok tűszerű szerkezeteket képeznek. Az alábbi képek a cementpaszta mikroszerkezetét mutatják 5 órás hidratáció után. Az ultrahanggal kezelt cementpasztában a C–S–H-fázisok hossza megközelítőleg 500 nm, míg az ultrahanggal nem kezelt pasztában a C–S–H-fázisok hossza körülbelül 100 nm.

A cementpaszta mikrostruktúrája 5 órás hidratációs idő után

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.

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.

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.

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.