Ուլտրաձայնային խառնում բարձր արդյունավետությամբ բետոնի համար
Միկրո- և նանոչափերի սիլիցիումի երկօքսիդի կամ նանոխողովակների օգտագործումը բարելավում է բարձր արդյունավետությամբ բետոնի սեղմման ամրությունը։ Ուլտրաձայնային մշակումը ցեմենտի կամ բետոնի մեջ նանոնյութերը խառնելու, թրջելու և դիսպերգելու արդյունավետ միջոց է։
Միկրոչափերի սիլիցիումի երկօքսիդն այսօր լայնորեն օգտագործվում է բետոնում՝ ապահովելով ավելի բարձր սեղմման ամրություն կամ ջրի և քիմիական նյութերի նկատմամբ կայուն բետոններ։ Դա կարող է նվազեցնել նյութերի ծախսերն ու էներգիայի սպառումը։ Նոր նանոնյութերը, ինչպիսիք են նանոչափերի սիլիցիումի երկօքսիդը կամ նանոխողովակները, հանգեցնում են կայունության և ամրության հետագա բարելավմանը։ Սակայն նանոնյութերի ամբողջ ներուժը դրսևորելու համար անհրաժեշտ է դիսպերգման հուսալի և արդյունավետ մեթոդ։ Զոնդային ուլտրաձայնային սարքերը նանոդիսպերսիա ստանալու ամենահուսալի և ամենաարդյունավետ միջոցն են նույնիսկ խիստ մածուցիկ և մածուկանման կախույթներում, ինչպիսիք են ցեմենտն ու բետոնը։
Միկրոնուրբ ցեմենտային ներարկման շաղախի դիսպերգում ուլտրաձայնային խառնիչներով
Draganović-ի հետազոտական խմբի ներկայացրած գիտական հոդվածում հեղինակներն ուսումնասիրում են միկրոնուրբ ցեմենտային ներարկման շաղախի դիսպերգումը՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային տեխնոլոգիա և սովորական լաբորատոր դիսոլվերներ։ Ուսումնասիրության նպատակն է համեմատել ուլտրաձայնային մշակման՝ տվյալ ուսումնասիրության մեջ մասնավորապես UP400St ուլտրաձայնային սարքի արդյունավետությունը շաղախի դիսպերգման ավանդական մեթոդների արդյունավետության հետ։
Հետազոտողները մի շարք փորձեր են կատարել՝ օգտագործելով դիսպերգման տարբեր մեթոդներ՝ միկրոնուրբ ցեմենտի մասնիկների չափերի բաշխումը (PSD) և ձետա պոտենցիալը գնահատելու համար։ Դիսպերգման մեթոդները ներառում են ուլտրաձայնային մշակում UP400St ուլտրաձայնային սարքով, բարձր արագությամբ լաբորատոր դիսոլվերների կիրառում և երկու մեթոդների համակցում։
MultiSonoReactor MSR-4. ուլտրաձայնային հոսքային դիսպերգում՝ բարձր արդյունավետությամբ ցեմենտի և բետոնի արդյունաբերական հոսքային արտադրության համար։
Արդյունքները ցույց տվեցին, որ UP400St ուլտրաձայնային սարքով ուլտրաձայնային դիսպերգումն ապահովել է մասնիկների չափերի զգալիորեն ավելի լավ բաշխում՝ համեմատած սովորական լաբորատոր դիսոլվերների հետ։ UP400St ուլտրաձայնային սարքն արդյունավետորեն նվազեցնում է միկրոնուրբ ցեմենտի մասնիկների ագլոմերացումը և առաջացնում շաղախի ավելի համասեռ ու կայուն կախույթ։ Ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում է ավելի փոքր մասնիկների բաշխումը՝ հանգեցնելով մասնիկների չափերի բաշխման ավելի նեղ միջակայքի։
Համեմատված դիսպերգման մեթոդները. Vma-Getzmann Dispermat CV-3 դիսոլվեր՝ հագեցած 90-mm սկավառակով և ռոտոր–ստատոր համակարգով։ Hielscher UP400St ուլտրաձայնային սարք՝ հագեցած H22 սոնոտրոդով։
(Ուսումնասիրությունը և նկարները՝ ©Draganovic և համահեղինակներ, 2020)
Բացի այդ, ուլտրաձայնի կիրառումը սովորական լաբորատոր դիսոլվերների հետ համատեղ է՛լ ավելի է բարելավում դիսպերգման արդյունավետությունը՝ ապահովելով մասնիկների չափերի նույնիսկ ավելի մանր բաշխում՝ համեմատած միայն ուլտրաձայնային մշակման հետ։ Համակցված կիրառման դեպքում ուլտրաձայնային մշակումն ապահովում է միկրոխառնումն ու նանոդիսպերգումը, մինչդեռ դիսոլվերը նպաստում է մակրոխառնմանը՝ ապահովելով բոլոր մասնիկների մուտքը ուլտրաձայնային կավիտացիայի գոտի։ Սա թույլ է տալիս պարբերական մշակման ընթացքում ավելի լավ վերահսկել միկրոնուրբ ցեմենտային ներարկման շաղախի մասնիկների չափերի բաշխումը (PSD) և ձետա պոտենցիալը։ Հոսքային բջջով ռեակտոր օգտագործելիս մասնիկների կախույթն ինքնաբերաբար անցնում է կավիտացիոն թեժ կետի գոտով, ուստի լրացուցիչ խառնումն ավելորդ է։
Ընդհանուր առմամբ, ուսումնասիրությունն ընդգծում է UP400St ուլտրաձայնային սարքի գերազանց արդյունավետությունը միկրոնուրբ ցեմենտային ներարկման շաղախի դիսպերգման գործում։ Ուլտրաձայնային մշակումը, հատկապես սովորական լաբորատոր դիսոլվերների հետ համատեղ, միկրոնուրբ ցեմենտի մասնիկների համասեռ և կայուն կախույթ ստանալու խիստ արդյունավետ և բարձր արտադրողականությամբ մեթոդ է։
Հարկ է նշել, որ հոդվածը ներկայացնում է ուլտրաձայնային և սովորական դիսպերգման մեթոդների համապարփակ համեմատություն՝ ընդգծելով ուլտրաձայնային մշակման գերազանց արդյունավետությունը շաղախի դիսպերգման գործում։
(հմմտ. Draganović և համահեղինակներ, 2020)
UP400St ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորը ցեմենտային ներարկման շաղախի դիսպերսման արդյունավետության առումով համեմատվում է սկավառակով հագեցած սովորական լաբորատոր խառնիչի և ռոտոր–ստատոր տեխնիկայի կիրառման հետ։ Ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ ուլտրաձայնային դիսպերսումը ոչ միայն արդյունավետ մեթոդ է, այլև նույնիսկ գերազանցում է ռոտոր–ստատոր տեխնիկայով աշխատող խառնիչին։
(ուսումնասիրությունը և գծապատկերը՝ © Draganović et al., 2020)
Բետոնի հետազոտություններ և մշակումներ
Բետոնի հետազոտություններն ուղղված են այնպիսի նյութերի և գործընթացների որոնմանը, որոնք թույլ կտան՝
- նվազեցնել նյութերի և էներգիայի ծախսերը
- ստանալ բարձր սկզբնական և վերջնական ամրություն
- բարելավել խտությունը և սեղմման ամրությունը
- բարելավել մշակելիությունը, պոմպով մղելիությունը և մակերևույթի վերջնամշակման հնարավորությունը
- բարելավել երկարակեցությունը և նվազեցնել թափանցելիությունը
- նվազեցնել կծկումից առաջացող ճաքերի, փոշեգոյացման և շերտազատման խնդիրները
- ապահովել քիմիական կայունություն, օրինակ՝ սուլֆատակայունություն
Ցեմենտի և բետոնի խառնում
Բետոնի հատկությունների բարելավման հարցում խառնման տեխնոլոգիան նույնքան կարևոր է, որքան բետոնի բաղադրությունը։ Խառնումը համասեռ, բարձրորակ բետոնի արտադրության էական փուլ է։ Թեև բազմաթիվ ուղեցույցներ և կանոնակարգեր, օրինակ՝ DIN EN 206-ը, սահմանում են բետոնի և դրա բաղադրիչների բաղադրությունը, ցեմենտի և բետոնի խառնման բուն գործընթացը թողնված է օգտագործողի հայեցողությանը։
Վճռորոշ է, որ ջուրը, ցեմենտը և հավելանյութերը հավասարաչափ դիսպերսվեն ու բաշխվեն մինչև մանր մասշտաբներ, իսկ ագլոմերատները բավարար չափով դիսպերսվեն։ Անբավարար դիսպերսումը կամ դեագլոմերացումը հանգեցնում են բետոնի հատկությունների վատթարացման։ Ջրի ցածր պարունակության և հավելանյութերի բարձր չափաբաժնի պատճառով ինքնախտացող բետոնի (SCC) և գերբարձր ամրության բետոնի (UHPC) խառնումը պահանջում է խառնման ավելի երկար ժամանակ կամ ավելի արդյունավետ խառնման տեխնոլոգիա։
Իմացեք, թե ինչպես է հզոր ուլտրաձայնը բարելավում և արագացնում ցեմենտային մածուկների հիդրատացումն ու ամրության զարգացումը։
Նանոնյութերը բետոնում
Ցեմենտի հիդրատացման ընթացքում կարծրացող բետոնում ձևավորվում են նանոմասշտաբային հիդրատացման արգասիքներ, օրինակ՝ կալցիումի հիդրատներ։ Սիլիցիումի երկօքսիդի նանոմասնիկները կամ նանոխողովակները բետոնի պնդացման ընթացքում վերածվում են ցեմենտի նանոմասնիկների։ Ավելի փոքր մասնիկները հանգեցնում են մասնիկների միջև հեռավորության կրճատման և ավելի խիտ ու պակաս ծակոտկեն նյութի ձևավորման։ Սա բարձրացնում է սեղմման ամրությունը և նվազեցնում թափանցելիությունը։
Սակայն նանոչափի փոշիների և նյութերի հիմնական թերությունը թրջման և խառնման ընթացքում ագլոմերատներ առաջացնելու հակումն է։ Եթե առանձին մասնիկները լավ չեն դիսպերսված, ագլոմերացումը նվազեցնում է մասնիկների բաց մակերևույթը՝ հանգեցնելով բետոնի հատկությունների վատթարացման։
UIP16000 ուլտրաձայնային մշակման սարքը բարձր արտադրողականությամբ հոմոգենիզատոր է՝ ցեմենտի և բետոնի դիսպերսման համար
Ուլտրաձայնային խառնում. նանոնյութերի համասեռ դիսպերսումը ցեմենտային մածուկներում
Ուլտրաձայնային մշակումը շատ արդյունավետ միջոց է խառնման, դիսպերսման և դեագլոմերացման համար։ Ստորև բերված պատկերը ցույց է տալիս ջրում պիրոգեն սիլիցիումի երկօքսիդի ուլտրաձայնային դիսպերսման բնորոշ արդյունքը։
Կարդացեք ավելին ուլտրաձայնային դիսպերսմամբ նանոամրացված ցեմենտային շաղախների մասին։
Ագլոմերատների մասնիկների՝ ավելի քան 200 միկրոն (D50) սկզբնական չափից (կանաչ կոր) մասնիկների մեծ մասի չափը նվազեցվել է մինչև 200 նանոմետրից պակաս։
Ուլտրաձայնային խառնում ցանկացած մասշտաբով
Hielscher-ն առաջարկում է ուլտրաձայնային խառնման սարքեր՝ հետազոտություններում և արտադրական ամբողջ մասշտաբով մշակման մեջ կիրառելու համար։
Ուլտրաձայնային սարքեր՝ լաբորատոր հետազոտությունների և մշակումների համար
Hielscher-ի լաբորատոր ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները խառնման կատարյալ գործիք են լաբորատոր մասշտաբով հետազոտությունների և մշակումների համար։ Hielscher-ի լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերը սովորաբար օգտագործվում են փոքր խմբաքանակների ուլտրաձայնային խառնման համար։ Hielscher-ի ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներն ապահովում են պարամետրերի ճշգրիտ վերահսկում և գերազանց վերարտադրելիություն՝ մասշտաբի մեծացմանը նախապատրաստվելու համար։ Սա հեշտացնում է տարբեր բաղադրությունների խառնումը և ուլտրաձայնային մշակման ինտենսիվության ու տևողության ազդեցության որոշումը։
Ուլտրաձայնային հոսքային խառնում արտադրությունում
Մասշտաբի մեծացման համար անհրաժեշտ ուլտրաձայնային խառնման սարքավորումները կարելի է ճշգրիտ որոշել լաբորատոր փորձարկման հիման վրա։ Ցեմենտի կամ բետոնի մեծածավալ հոսքերի մշակման համար բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային սարքերը սովորաբար շահագործվում են անընդհատ հոսքի ռեժիմով՝ հոսքային ռեակտորների կիրառմամբ։ Սա ապահովում է խիստ համասեռ խառնում և մածուկների ու կախույթների անթերի մշակում՝ նույնիսկ շատ բարձր մածուցիկության դեպքում։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման կարողության մասին՝ կախված մշակվող խմբաքանակի ծավալից կամ հոսքի ծավալային արագությունից։
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի ծավալային արագությունը | Առաջարկվող սարքերը |
|---|---|---|
| 1-ից 500mL | 10-ից 200mL/min | UP100H |
| 10-ից 2000mL | 20-ից 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-ից 20L | 0,2-ից 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-ից 100L | 2-ից 10L/min | UIP4000hdT |
| 15-ից 150L | 3-ից 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-ից 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի համախումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ / Հարցրե՛ք մեզ
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
Ցեմենտի հոսքային խառնում ուլտրաձայնային սարքի միջոցով
Hielscher ուլտրաձայնային խառնիչները սովորաբար տեղադրվում են հոսքագծում։ Նյութը պոմպով մղվում է ուլտրաձայնային ռեակտորի տարայի մեջ։ Այնտեղ այն ենթարկվում է ինտենսիվ ուլտրաձայնային կավիտացիայի։ Հոսքային ուլտրաձայնային մշակումը բացառում է շրջանցումը, քանի որ բոլոր մասնիկներն անցնում են խառնման խցիկով՝ հետևելով սահմանված ուղուն։ Հետևաբար, ուլտրաձայնային մշակումը սովորաբար տեղաշարժում է մասնիկների չափերի բաշխման կորը՝ այն լայնացնելու փոխարեն։
Ամուր և հեշտ մաքրվող
Ուլտրաձայնային խառնման ռեակտորը բաղկացած է հոսքային բջջից և սոնոտրոդներից։ Առանցքակալներ անհրաժեշտ չեն։ Հոսքային ռեակտորները (չժանգոտվող պողպատից) ունեն պարզ երկրաչափական ձևեր և հեշտությամբ ապամոնտաժվում ու մաքրվում են։ Փոքր անցքեր կամ թաքնված անկյուններ չկան։
Ուլտրաձայնի այլ կիրառություններ ցեմենտի և բետոնի համար
Ցեմենտների և բետոնների պատրաստման մեջ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի կիրառումը չի սահմանափակվում ցեմենտային նախախառնուրդների կամ բետոնների խառնմամբ և դիսպերսմամբ։ Ուլտրաձայնը հեղուկների և կախույթների գազազերծման շատ արդյունավետ միջոց է։ Սա նվազեցնում է կարծրացումից հետո բետոնում ներփակված գազային պղպջակների քանակն ու ծավալը։
Ուլտրաձայնային մաղաթափահարիչները բարձրացնում են մանր մասնիկներով փոշիների մաղման արտադրողականությունն ու որակը։ Hielscher-ն առաջարկում է ուլտրաձայնով տատանվող մաղեր՝ լաբորատոր և արդյունաբերական կիրառությունների համար։
Ընդհանուր տեղեկություններ բետոնի մասին
Բետոնը բաղկացած է ցեմենտից, օրինակ՝ պորտլանդցեմենտից, և այլ ցեմենտացնող նյութերից, ինչպիսիք են թռչող մոխիրը և խարամային ցեմենտը, լցանյութից (կոպիճ, կրաքար, գրանիտ, ավազ), ջրից և քիմիական հավելանյութերից։ Տիպիկ հավելանյութերից են արագացուցիչները կամ դանդաղեցուցիչները, պլաստիֆիկատորները, գունանյութերը, սիլիցիումի երկօքսիդի ծուխը կամ բարձր ռեակցիոնունակությամբ մետակաոլինը (HRM)։ Միկրոսիլիկան բետոնի տիպիկ հավելանյութ է։ Դրա թերություններն են համեմատաբար բարձր արժեքը և օպերատորների ու աշխատողների առողջության վրա ազդող աղտոտումը։