Ultrahangos keverés nagy teljesítményű betonhoz
A mikro- és nanoszilícium-dioxid vagy nanocsövek használata javítja a nagy teljesítményű beton nyomószilárdságát. Az ultrahangos kezelés hatékony eszköz a nanoanyagok keverésére, nedvesítésére és diszpergálására cementben vagy betonban.
A mikro-szilícium-dioxidot manapság széles körben használják a betonban, ami nagyobb nyomószilárdságot vagy víz- és vegyszerálló betonokat eredményez. Ez csökkentheti az anyagköltségeket és az energiafelhasználást. Az új nanoanyagok, például a nanoszilícium-dioxid vagy a nanocsövek az ellenállás és az erő további javulásához vezetnek. A nanoanyagokban rejlő lehetőségek teljes körű kiaknázásához azonban megbízható és hatékony diszperziós technikára van szükség. A szonda típusú szonda szonda típusú szonikátorok a legmegbízhatóbb és leghatékonyabb technika a nano-diszperzió előállítására, még nagyon viszkózus és pasztaszerű szuszpenziókban, például cementben és betonban is.
Mikrofinom cementhabarcs diszperzió ultrahangos keverőkkel
Draganović kutatócsoportja jelen kutatási cikket mutat be, a szerzők mikrofinom cementhabarcs diszperzióját vizsgálják ultrahang technológiával és hagyományos laboratóriumi oldókkal. A tanulmány célja az ultrahang teljesítményének összehasonlítása – a vizsgálatban kifejezetten az UP400St szonikátor – a habarcs diszperziójának hagyományos módszereivel.
A kutatók egy sor kísérletet végeztek különböző diszperziós technikákkal a mikrofinom cement részecskék részecskeméret-eloszlásának (PSD) és zéta-potenciáljának értékelésére. A diszperziós technikák közé tartozik az ultrahangos kezelés az UP400St szonikátorral, nagy sebességű laboratóriumi oldókkal és mindkét módszer kombinációjával.
MultiSonoReactor MSR-4: Ultrahangos inline diszperzió nagy teljesítményű cement és beton ipari inline gyártásához.
Az eredmények azt mutatták, hogy az ultrahangos diszperzió az UP400St szonikátorral szignifikánsan jobb részecskeméret-eloszlást ért el a hagyományos laboratóriumi oldószerekhez képest. Az UP400St szonikátor hatékonyan csökkenti a mikrofinom cementrészecskék agglomerációját, és homogénebb és stabilabb habarcsszuszpenziót állít elő. Az ultrahangos kezelés javítja a kisebb részecskék eloszlását, ami szűkebb szemcseméret-eloszlási tartományt eredményez.
Összehasonlított diszperziós módszerek: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 oldó, 90 mm-es tárcsával és rotor-állórész rendszerrel. Hielscher UP400St ultrahang készülék H22 sonotrode-val felszerelt.
Ezenkívül az ultrahang használata a hagyományos laboratóriumi oldókkal kombinálva tovább javítja a diszperzió hatékonyságát, még finomabb részecskeméret-eloszlást érve el, mint az ultrahangos kezelés. Kombinálva az ultrahangos kezelés biztosítja a mikrokeverést és a nano-diszperziót, míg az oldó hozzájárul a makro-keveréshez, biztosítva, hogy minden részecske az ultrahangos kavitációs zónába kerüljön. Ez lehetővé teszi a mikrofinom cementhabarcs részecskeméret-eloszlásának (PSD) és zéta-potenciáljának jobb szabályozását szakaszos működés közben. Áramlási cellás reaktor használata esetén a részecskeszuszpenzió automatikusan áthalad a kavitációs forró pont zónán, így a további keverés felesleges.
Összességében a tanulmány kiemeli az UP400St szonikátor kiváló teljesítményét a mikrofinom cementhabarcs diszpergésében. Az ultrahangos kezelés, különösen a hagyományos laboratóriumi oldókkal kombinálva, rendkívül hatékony és hatékony módszert kínál a mikrofinom cementrészecskék egyenletes és stabil szuszpenziójának elérésére.
Érdemes megjegyezni, hogy a cikk átfogó összehasonlítást nyújt az ultrahang és a hagyományos diszperziós módszerek között, kiemelve az ultrahangos kezelés kiváló teljesítményét a habarcs diszperzióban.
(vö. Draganović et al., 2020)
Az ultrahangos homogenizátor UP400St összehasonlítják a cementhabarcs diszperziós hatékonyságát egy tárcsával felszerelt szokásos laboratóriumi keverővel, és a rotor-állórész technikával. A tanulmány kimutatta, hogy az ultrahangos diszperzió nemcsak hatékony módszer, hanem még jobb, mint a rotor-állórész technikát alkalmazó keverő.
Konkrét kutatás és fejlesztés
A konkrét kutatás olyan anyagokat és folyamatokat keres, amelyek:
- az anyagköltségek és az energiaköltségek csökkentése
- magas kezdeti és végső ellenállás elérése
- javítja a sűrűséget és a nyomószilárdságot
- javítja a megmunkálhatóságot, a szivattyúzhatóságot és a befejezhetőséget
- javítja a tartósságot és csökkenti az áteresztőképességet
- csökkenti a zsugorodási repedéseket, porosodási és rétegleválási problémákat
- kémiai ellenállás, pl. szulfátrezisztencia
Cement és beton keverés
Amikor a beton tulajdonságainak javításáról van szó, a keverési technológia ugyanolyan fontos, mint a beton összetétele. A keverés elengedhetetlen lépés az egységes, kiváló minőségű beton előállításában. Bár számos irányelv és előírás, pl. a DIN EN 206 foglalkozik a beton összetételével és összetevőivel, a cementkeverés és a betonkeverés tényleges folyamata a felhasználóra van bízva.
Döntő fontosságú, hogy a víz, a cement és a keverékek egyenletesen oszlanak el és oszlanak el finom skálán, és hogy az agglomerátumok megfelelően diszpergálódnak. Az elégtelen diszpergálás vagy deagglomeráció rosszabb betontulajdonságokat eredményez. Az alacsony víztartalom és a nagy adag keverékek miatt az öntömörödő beton (SCC) és az ultra nagy szilárdságú beton (UHPC) keverése hosszabb keverési időt vagy hatékonyabb keverési technológiát igényel.
Nanoanyagok a betonban
A cement hidratálása során nanoméretű hidratáló termékek, például kalcium-hidrátok képződnek a keményedő betonban. A szilícium-dioxid vagy nanocsövek nanorészecskéi cement nanorészecskékké alakulnak a beton megszilárdulása során. A kisebb részecskék rövidebb részecsketávolságot, sűrűbb és kevésbé porózus anyagot eredményeznek. Ez növeli a nyomószilárdságot és csökkenti a permeabilitást.
A nanoméretű por és anyagok egyik legnagyobb hátránya azonban az, hogy a nedvesítés és keverés során agglomerátumok képződnek. Hacsak az egyes részecskék nem diszpergálódnak jól, az agglomeráció csökkenti a kitett részecskefelületet, ami rosszabb betontulajdonságokhoz vezet.
Az ultrahangos processzor UIP16000 nagy teljesítményű homogenizátor a cement és a beton diszperziójához
Nanoanyagok ultrahangos keverése
Az ultrahangos kezelés nagyon hatékony eszköz a keveréshez, diszpergáláshoz és deagglomerációhoz. Az alábbi képen a füstölt szilícium-dioxid vízben történő ultrahangos diszpergálásának tipikus eredménye látható.
A 200 mikronnál nagyobb agglomerátum részecskeméretnél (D50) kiindulva (zöld görbe) a részecskék többsége 200 nanométer alá csökkent.
Ultrahangos keverés bármilyen méretben
A Hielscher ultrahangos keverőberendezéseket kínál a kutatáshoz és a teljes körű feldolgozáshoz.
Sonicators laboratóriumi kutatáshoz és fejlesztéshez
A Hielscher ultrahangos laboratóriumi homogenizátorok tökéletes keverőeszköz a laboratóriumi méretű kutatáshoz és fejlesztéshez. A Hielscher laboratóriumi szonikátorokat általában kis tételek ultrahangos keverésére használják. A Hielscher ultrahangos homogenizátorok pontos paraméterszabályozást és kiváló reprodukálhatóságot kínálnak a méretarány előkészítéséhez. Ez megkönnyíti a különböző készítmények keverését és az ultrahangos kezelés intenzitásának és időtartamának meghatározását.
Ultrahangos inline keverés a termelésben
A méretarányos felskálázáshoz szükséges ultrahangos keverőberendezés pontosan meghatározható a laboratóriumi vizsgálat alapján. Nagy mennyiségű cement- vagy betonáramok feldolgozásához a nagy teljesítményű ultrahangos készülékeket általában folyamatos áramlási üzemmódban működtetik átfolyó reaktorokkal. Ez lehetővé teszi a paszták és pépek rendkívül egyenletes keverését és hibátlan feldolgozását – még nagyon magas viszkozitás esetén is.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását a feldolgozandó köteg mennyiségétől vagy áramlási sebességétől függően:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
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.
A cement inline keverése szonikátor segítségével
A Hielscher ultrahangos keverők általában in-line vannak telepítve. Az anyagot az ultrahangos reaktortartályba szivattyúzzák. Ott intenzív ultrahangos kavitációnak van kitéve. Az inline szonikáció kiküszöböli a megkerülést, mivel minden részecske áthalad a keverőkamrán egy meghatározott utat követve. Ezért az ultrahangos kezelés általában eltolja a részecskeméret-eloszlási görbét, nem pedig szélesíti.
Robusztus és könnyen tisztítható
Az ultrahangos keverőreaktor az áramlási cellából és a sonotrodesből áll. Nincs szükség csapágyakra. Az áramlási cellás reaktorok (rozsdamentes acél) egyszerű geometriával rendelkeznek, és könnyen szétszerelhetők és tisztíthatók. Nincsenek kis nyílások vagy rejtett sarkok.
Az Ultrahang Egyéb Alkalmazásai Ultrahang Cementhez És Betonhoz
A Hielscher ultrahangos készülékek használata cementek és betonok előállításához nem korlátozódik a cement premixek vagy betonok keverésére és diszpergálására. Az ultrahang nagyon hatékony eszköz a folyadékok és szuszpenziók gáztalanítására. Ez csökkenti a betonba beszorult gázbuborékok számát és térfogatát az edzés után.
Ultrahangos szitarázók javítsa a kis részecskék porszitálásának teljesítményét és minőségét. A Hielscher ultrahanggal kevert szitákat kínál laboratóriumi és ipari alkalmazásokhoz.
Konkrét háttér-információk
A beton cementből, pl. portlandcementből és más cementkötésű anyagokból, például pernyéből és salakcementből, adalékanyagból (kavics, mészkő, gránit, homok), vízből és vegyi keverékekből áll. A tipikus keverékek közé tartoznak a gyorsítók vagy késleltetők, lágyítók, pigmentek, szilícium-dioxid-füst vagy nagy reaktivitású metakaolin (HRM). A mikro-szilícium-dioxid tipikus keverék a betonban. Hátránya a viszonylag magas költségek és a szennyeződés, amely befolyásolja az üzemeltetők és a munkavállalók egészségét.