Ultrahangos keverés nagy teljesítőképességű betonhoz
A mikro- és nanoszilícium-dioxid vagy a nanocsövek használata javítja a nagy teljesítőképességű beton nyomószilárdságát. Az ultrahangos kezelés hatékony eszköz a nanoanyagok cementben vagy betonban történő keverésére, nedvesítésére és diszpergálására.
A mikroszilícium-dioxidot ma széles körben használják a betonban, ami nagyobb nyomószilárdságot, illetve vízzel és vegyszerekkel szemben ellenálló betonokat eredményez. Ez csökkentheti az anyagköltségeket és az energiafelhasználást. Az új nanoanyagok, például a nanoszilícium-dioxid vagy a nanocsövek tovább javítják az ellenálló képességet és a szilárdságot. A nanoanyagokban rejlő lehetőségek teljes kiaknázásához azonban megbízható és hatékony diszpergálási technikára van szükség. A szondás ultrahangos készülékek jelentik a legmegbízhatóbb és legeredményesebb technikát a nanodiszperziók előállítására, még olyan nagy viszkozitású és pasztaszerű szuszpenziókban is, mint a cement és a beton.
Mikrofinom cementből készült injektáló habarcs diszpergálása ultrahangos keverőkkel
A Draganović kutatócsoportja által bemutatott kutatási cikkben a szerzők a mikrofinom cementből készült injektáló habarcs diszpergálását vizsgálják ultrahangos technológiával és hagyományos laboratóriumi disszolverekkel. A tanulmány célja az ultrahang – a vizsgálatban konkrétan az UP400St ultrahangos készülék – teljesítményének összehasonlítása a habarcsdiszpergálás hagyományos módszereivel.
A kutatók különböző diszpergálási technikákkal kísérletsorozatot végeztek a mikrofinom cementrészecskék részecskeméret-eloszlásának (PSD) és zéta-potenciáljának értékelésére. A diszpergálási technikák között szerepelt az UP400St ultrahangos készülékkel végzett ultrahangos kezelés, a nagy fordulatszámú laboratóriumi disszolverek használata és a két módszer kombinációja.
MultiSonoReactor MSR-4: Ultrahangos, sorba épített diszpergálás nagy teljesítőképességű cement és beton ipari, sorba épített gyártásához.
Az eredmények azt mutatták, hogy az UP400St ultrahangos készülékkel végzett ultrahangos diszpergálás jelentősen jobb részecskeméret-eloszlást eredményezett, mint a hagyományos laboratóriumi disszolverek. Az UP400St ultrahangos készülék hatékonyan csökkenti a mikrofinom cementrészecskék agglomerációját, és homogénebb, stabilabb habarcsszuszpenziót hoz létre. Az ultrahangos kezelés javítja a kisebb részecskék eloszlását, ami szűkebb részecskeméret-eloszlási tartományt eredményez.
Összehasonlított diszpergálási módszerek: 90-mm átmérőjű tárcsával és rotor–sztátor rendszerrel felszerelt Vma-Getzmann Dispermat CV-3 disszolver. Hielscher UP400St ultrahangos készülék H22 szonotródával felszerelve.
(Tanulmány és képek: ©Draganovic et al., 2020)
Ezenkívül az ultrahang hagyományos laboratóriumi disszolverekkel kombinált alkalmazása tovább javítja a diszpergálás hatékonyságát, és még finomabb részecskeméret-eloszlást eredményez, mint az önmagában alkalmazott ultrahangos kezelés. A kombinált alkalmazás során az ultrahangos kezelés biztosítja a mikrokeverést és a nanodiszpergálást, míg a disszolver hozzájárul a makrokeveréshez, biztosítva, hogy minden részecske az ultrahangos kavitációs zónába jusson. Ez lehetővé teszi a mikrofinom cementből készült injektáló habarcs részecskeméret-eloszlásának (PSD) és zéta-potenciáljának jobb szabályozását szakaszos üzemmódban. Átfolyó cellás reaktor használatakor a részecskeszuszpenzió automatikusan áthalad az intenzív kavitáció zónáján, így a további keverés feleslegessé válik.
Összességében a tanulmány kiemeli az UP400St ultrahangos készülék kiemelkedő teljesítményét a mikrofinom cementből készült injektáló habarcs diszpergálásában. Az ultrahangos kezelés, különösen hagyományos laboratóriumi disszolverekkel kombinálva, rendkívül eredményes és hatékony módszert kínál a mikrofinom cementrészecskék egyenletes és stabil szuszpenziójának előállítására.
Érdemes megjegyezni, hogy a cikk átfogó összehasonlítást nyújt az ultrahangos és a hagyományos diszpergálási módszerekről, kiemelve az ultrahangos kezelés kiemelkedő teljesítményét a habarcs diszpergálásában.
(vö. Draganović et al., 2020)
Az UP400St ultrahangos homogenizátort a cementből készült injektáló habarcs diszpergálási hatékonysága tekintetében hasonlítják össze egy szokásos laboratóriumi keverővel, tárcsával felszerelve, illetve rotor–sztátor technikát alkalmazva. A tanulmány kimutatta, hogy az ultrahangos diszpergálás nemcsak hatékony módszer, hanem még jobb is, mint a rotor–sztátor technikát alkalmazó keverő.
(Tanulmány és ábra: © Draganović et al., 2020)
Betonkutatás és -fejlesztés
A betonkutatás olyan anyagokat és eljárásokat keres, amelyekkel elérhetők a következő célok:
- az anyagköltségek és az energiaköltségek csökkentése
- nagy kezdeti és végső szilárdság elérése
- a sűrűség és a nyomószilárdság javítása
- a bedolgozhatóság, a szivattyúzhatóság és a felületi megmunkálhatóság javítása
- a tartósság javítása és az áteresztőképesség csökkentése
- a zsugorodási repedések, a porzás és a rétegelválási problémák csökkentése
- vegyi ellenálló képesség, például szulfátállóság
Cement- és betonkeverés
A beton tulajdonságainak javításában a keverési technológia ugyanolyan fontos, mint a beton összetétele. A keverés elengedhetetlen lépés az egyenletes, kiváló minőségű beton előállításában. Bár számos irányelv és előírás, például a DIN EN 206 szabályozza a beton és alkotóelemei összetételét, a cementkeverés és a betonkeverés tényleges folyamatát a felhasználóra bízzák.
Döntő fontosságú, hogy a víz, a cement és az adalékszerek egyenletesen, finom léptékben is diszpergálódjanak és oszoljanak el, valamint hogy az agglomerátumok megfelelően diszpergálódjanak. Az elégtelen diszpergálás vagy deagglomerálás gyengébb betontulajdonságokat eredményez. Az alacsony víztartalom és az adalékszerek nagy adagolási mennyisége miatt az öntömörödő beton (SCC) és az ultranagy szilárdságú beton (UHPC) keverése hosszabb keverési időt vagy hatékonyabb keverési technológiát igényel.
Tudja meg, hogyan javítja és gyorsítja fel a nagy teljesítményű ultrahang a cementpépek hidratációját és szilárdságának kialakulását!
Nanoanyagok a betonban
A cement hidratációja során nanoméretű hidratációs termékek, például kalcium-hidrátok képződnek a szilárduló betonban. A szilícium-dioxid nanorészecskéi vagy a nanocsövek a beton megszilárdulása során cementnanorészecskékké alakulnak. A kisebb részecskék kisebb részecsketávolságot, valamint sűrűbb és kevésbé porózus anyagot eredményeznek. Ez növeli a nyomószilárdságot és csökkenti az áteresztőképességet.
A nanoméretű porok és anyagok egyik jelentős hátránya azonban az, hogy nedvesítés és keverés során hajlamosak agglomerátumokat képezni. Ha az egyes részecskék nincsenek megfelelően diszpergálva, az agglomeráció csökkenti a részecskék hozzáférhető felületét, ami gyengébb betontulajdonságokat eredményez.
Az UIP16000 ultrahangos feldolgozóberendezés nagy teljesítményű homogenizátor a cement és a beton diszpergálásához
Ultrahangos keverés: nanoanyagok homogén diszpergálása cementpépekben
Az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony eszköz a keveréshez, a diszpergáláshoz és a deagglomeráláshoz. Az alábbi kép a pirogén szilícium-dioxid vízben történő ultrahangos diszpergálásának tipikus eredményét mutatja.
Olvasson bővebben az ultrahangos diszpergálással előállított, nanoanyagokkal erősített cementhabarcsokról!
A kezdeti, több mint 200 mikronos agglomerátum-részecskeméretből (D50) kiindulva (zöld görbe) a részecskék többségének méretét 200 nanométer alá csökkentették.
Ultrahangos keverés bármilyen léptékben
A Hielscher ultrahangos keverőberendezéseket kínál kutatási és teljes üzemi léptékű feldolgozási célokra.
Ultrahangos készülékek laboratóriumi kutatáshoz és fejlesztéshez
A Hielscher ultrahangos laboratóriumi homogenizátorai tökéletes keverőeszközök a laboratóriumi léptékű kutatáshoz és fejlesztéshez. A Hielscher laboratóriumi ultrahangos készülékeit jellemzően kis adagok ultrahangos keverésére használják. A Hielscher ultrahangos homogenizátorai pontos paraméterszabályozást és kiváló reprodukálhatóságot biztosítanak a léptéknövelés előkészítéséhez. Ez megkönnyíti a különböző összetételek keverését, valamint az ultrahangos kezelés intenzitása és időtartama hatásának meghatározását.
Sorba épített ultrahangos keverés a gyártásban
A léptéknöveléshez szükséges ultrahangos keverőberendezés a laboratóriumi vizsgálat alapján pontosan meghatározható. Nagy térfogatáramú cement- vagy betonáramok feldolgozásához a nagy teljesítményű ultrahangos készülékeket általában folyamatos átfolyásos üzemmódban, átfolyó reaktorokkal működtetik. Ez rendkívül egyenletes keverést, valamint a paszták és szuszpenziók kifogástalan feldolgozását teszi lehetővé – még nagyon nagy viszkozitás esetén is.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról a feldolgozandó adag térfogata vagy térfogatárama függvényében:
| Adagtérfogat | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 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 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | csoportba kapcsolt UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
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.
Cement sorba épített keverése ultrahangos készülékkel
A Hielscher ultrahangos keverőit jellemzően sorba építve telepítik. Az anyagot az ultrahangos reaktortartályba szivattyúzzák. Ott intenzív ultrahangos kavitációnak teszik ki. A sorba épített ultrahangos kezelés kiküszöböli a megkerülő áramlást, mivel minden részecske meghatározott útvonalon halad át a keverőkamrán. Ezért az ultrahangos kezelés jellemzően eltolja a részecskeméret-eloszlási görbét, ahelyett hogy kiszélesítené.
Robusztus és könnyen tisztítható
Az ultrahangos keverőreaktor az átfolyó cellából és a szonotródákból áll. Nincs szükség csapágyakra. A rozsdamentes acélból készült átfolyó cellás reaktorok egyszerű geometriájúak, és könnyen szétszerelhetők és tisztíthatók. Nincsenek kis nyílások vagy rejtett sarkok.
Az ultrahang további alkalmazásai cementhez és betonhoz
A Hielscher ultrahangos készülékeinek alkalmazása cementek és betonok előállításában nem korlátozódik a cement-előkeverékek vagy betonok keverésére és diszpergálására. Az ultrahang rendkívül hatékony eszköz folyadékok és szuszpenziók gáztalanítására. Ez csökkenti a megszilárdulást követően a betonban rekedt gázbuborékok számát és térfogatát.
Az ultrahangos szitarázók javítják a kis részecskékből álló porok szitálásának átbocsátási teljesítményét és minőségét. A Hielscher ultrahanggal rezgetett szitákat kínál laboratóriumi és ipari alkalmazásokhoz.
Háttérinformációk a betonról
A beton cementből, például portlandcementből és más cementkötésű anyagokból, például pernyéből és salakcementből, adalékanyagból (kavics, mészkő, gránit, homok), vízből és vegyi adalékszerekből áll. A jellemző adalékszerek közé tartoznak a kötésgyorsítók vagy kötéskésleltetők, a képlékenyítők, a pigmentek, a szilikapor vagy a nagy reakcióképességű metakaolin (HRM). A mikroszilícium-dioxid a beton jellemző adalékszere. Hátránya a viszonylag magas költsége és a gépkezelők, illetve a dolgozók egészségét érintő szennyezés.