Pencampuran Ultrasonik Untuk Beton Berkinerja Tinggi

Penggunaan mikro dan nanosilika atau tabung nano mengarah pada peningkatan kekuatan tekan beton berkinerja tinggi. Ultrasonikasi adalah sarana yang efektif untuk pencampuran, pembasahan dan pendispersian bahan nano dalam semen atau beton.
 

Silika mikro banyak digunakan dalam beton saat ini, yang mengarah ke kekuatan tekan yang lebih tinggi atau beton tahan air dan bahan kimia. Itu dapat mengurangi biaya material dan penggunaan energi. Bahan nano baru, seperti nano silika atau tabung nano mengarah pada peningkatan lebih lanjut dalam ketahanan dan kekuatan. Tetapi untuk menunjukkan potensi penuh nanomaterial, diperlukan teknik dispersi yang andal dan efisien. Sonikator tipe probe adalah teknik yang paling andal dan berkhasiat untuk menghasilkan dispersi nano, bahkan dalam bubur yang sangat kental dan seperti pasta seperti semen dan beton.

Dispersi Nat Semen Mikrohalus dengan Mixer Ultrasonik

Tim peneliti Draganović mempresentasikan artikel penelitian, penulis menyelidiki dispersi nat semen mikrohalus menggunakan teknologi ultrasound dan pelarut laboratorium konvensional. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kinerja USG – dalam penelitian khususnya sonicator UP400St – dengan metode tradisional dispersi nat.

Para peneliti melakukan serangkaian percobaan menggunakan teknik dispersi yang berbeda untuk mengevaluasi distribusi ukuran partikel (PSD) dan potensi zeta dari partikel semen mikrofine. Teknik dispersi meliputi perawatan ultrasound menggunakan sonicator UP400St, pelarut laboratorium berkecepatan tinggi, dan kombinasi kedua metode tersebut.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa dispersi ultrasound menggunakan sonicator UP400St mencapai distribusi ukuran partikel yang jauh lebih baik dibandingkan dengan pelarut laboratorium konvensional. Sonicator UP400St secara efektif mengurangi aglomerasi partikel semen mikrohalus dan menghasilkan suspensi nat yang lebih homogen dan stabil. Perawatan ultrasonografi meningkatkan distribusi partikel yang lebih kecil, menghasilkan rentang distribusi ukuran partikel yang lebih sempit.
 

Metode dispersi yang dibandingkan: Pelarut Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dilengkapi dengan disk 90 mm dan sistem rotor-stator. Perangkat ultrasound Hielscher UP400St dilengkapi dengan sonotrode H22.
(Studi dan gambar: ©Draganovic et al., 2020)

 
Selain itu, penggunaan ultrasound yang dikombinasikan dengan pelarut laboratorium konvensional semakin meningkatkan efisiensi dispersi, mencapai distribusi ukuran partikel yang lebih halus dibandingkan dengan perawatan ultrasound saja. Ketika digabungkan, sonikasi memberikan pencampuran mikro dan dispersi nano, sementara pelarut berkontribusi pada pencampuran makro memastikan bahwa semua partikel ke dalam zona kavitasi ultrasonik. Hal ini memungkinkan kontrol yang lebih baik atas distribusi ukuran partikel (PSD) dan potensi zeta dari nat semen mikrohalus dalam operasi batch. Saat menggunakan reaktor sel aliran, suspensi partikel secara otomatis melewati zona titik panas kavitasi sehingga pengadukan tambahan tidak diperlukan.

Secara keseluruhan, penelitian ini menyoroti kinerja unggul sonicator UP400St dalam menyebarkan nat semen mikrohalus. Perawatan ultrasound, terutama bila dikombinasikan dengan pelarut laboratorium konvensional, menawarkan metode yang sangat efektif dan efisien untuk mencapai suspensi partikel semen mikrohalus yang seragam dan stabil.

Perlu dicatat bahwa artikel ini memberikan perbandingan komprehensif antara ultrasound dan metode dispersi konvensional yang menyoroti kinerja unggul sonikasi dalam dispersi nat.
(lih. Draganović et al., 2020)
 

Homogenizer ultrasonik UP400St dibandingkan mengenai efisiensi dispersi nat semen dengan mixer laboratorium biasa yang dilengkapi dengan cakram, dan menggunakan teknik rotor-stator. Studi ini menunjukkan bahwa dispersi ultrasonik bukan hanya metode yang efektif tetapi bahkan lebih baik daripada mixer yang menggunakan teknik rotor-stator.
(studi dan grafik: © Draganović et al., 2020)

Penelitian dan Pengembangan Beton

Penelitian beton mencari bahan dan proses untuk:

• mengurangi biaya material dan biaya energi
• Dapatkan resistensi awal dan akhir yang tinggi
• meningkatkan kepadatan dan kekuatan tekan
• meningkatkan kemampuan kerja, kemampuan pompa, dan kemampuan selesai
• meningkatkan daya tahan dan mengurangi permeabilitas
• mengurangi retakan penyusutan, masalah debu, dan delaminasi
• ketahanan kimia, misalnya resistensi sulfat

Pencampuran Semen Dan Beton

Dalam hal peningkatan sifat beton, teknologi pencampuran sama pentingnya dengan komposisi beton. Pencampuran adalah langkah penting dalam produksi beton yang seragam dan berkualitas tinggi. Meskipun banyak pedoman dan peraturan, misalnya DIN EN 206 mencakup komposisi beton dan komponennya, proses pencampuran semen dan pencampuran beton yang sebenarnya diserahkan kepada pengguna.
Sangat menentukan, bahwa air, semen dan campuran tersebar secara merata dan didistribusikan ke skala halus dan bahwa aglomerat cukup tersebar. Penyebaran atau deaglomerasi yang tidak mencukupi menghasilkan sifat beton yang lebih rendah. Karena kadar air yang rendah dan dosis campuran yang tinggi, pencampuran beton pemadatan sendiri (SCC) dan beton berkekuatan sangat tinggi (UHPC) membutuhkan waktu pencampuran yang lebih lama atau teknologi pencampuran yang lebih efektif.

Bahan Nano Dalam Beton

Selama hidrasi produk hidrasi skala nano semen, seperti kalsium hidrat terbentuk dalam beton pengerasan. Partikel nano silika atau tabung nano berubah menjadi partikel nano semen selama pemadatan beton. Partikel yang lebih kecil menyebabkan jarak partikel yang lebih pendek dan bahan yang lebih padat dan kurang berpori. Ini meningkatkan kekuatan tekan dan mengurangi permeabilitas.

Kerugian utama dari bubuk dan bahan ukuran nano, bagaimanapun, adalah kecenderungan untuk membentuk aglomerat selama pembasahan dan pencampuran. Kecuali partikel individu tersebar dengan baik, aglomerasi mengurangi permukaan partikel yang terbuka yang mengarah ke sifat beton yang lebih rendah.

Pencampuran Ultrasonik Bahan Nano

Ultrasonikasi adalah sarana yang sangat efektif untuk pencampuran, penyebaran dan deaglomerasi. Gambar di bawah ini menunjukkan hasil khas dari penyebaran ultrasonik silika berasap dalam air.

Dimulai (kurva hijau) pada ukuran partikel aglomerat lebih dari 200 mikron (D50), sebagian besar partikel dikurangi menjadi kurang dari 200 nanometer.

Pencampuran Ultrasonik Pada Skala Apa Pun

Hielscher menawarkan perangkat pencampuran ultrasonik untuk digunakan dalam penelitian dan pemrosesan skala penuh.

Sonitator untuk Penelitian dan Pengembangan Laboratorium

Penghomogen laboratorium ultrasonik Hielscher adalah alat pencampuran yang sempurna untuk penelitian dan pengembangan pada skala laboratorium. Sonikator laboratorium Hielscher biasanya digunakan untuk pencampuran ultrasonik batch kecil. Homogenizer ultrasonik Hielscher menawarkan kontrol parameter yang akurat dan reproduktifitas yang sangat baik untuk persiapan peningkatan skala. Hal ini memudahkan untuk mencampur formulasi yang berbeda dan menentukan dampak intensitas ultrasonikasi dan durasi sonikasi.

Pencampuran Inline Ultrasonik Dalam Produksi

Peralatan pencampuran ultrasonik yang diperlukan untuk peningkatan skala dapat ditentukan dengan tepat berdasarkan uji laboratorium. Untuk memproses aliran semen atau beton volume besar, ultrasonicator berkinerja tinggi biasanya dioperasikan dalam mode aliran kontinu menggunakan reaktor aliran. Hal ini memungkinkan pencampuran yang sangat seragam dan pemrosesan pasta dan bubur yang sempurna – bahkan dengan viskositas yang sangat tinggi.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonicators kami tergantung pada volume batch atau laju aliran yang akan diproses: