コンクリート用セメントペーストの超音波混合

セメントペーストの超音波混合は、プレキャスト成形、ドライキャスト、およびコンクリートプラントに大きな利点をもたらします。これらの利点には、初期セットと最終セット時間の短縮、高性能減水剤の低用量、より迅速で完全な水分補給、およびより高い圧縮強度が含まれます。

次のような従来のコンクリート混合技術 “オンロードミキシング” またはロータリーミキサーは、セメント粒子とフライアッシュやシリカなどの他のセメント系材料の凝集体を分散させるのに十分な混合作用を提供しません。このような凝集体の外側の粒子は水にさらされていますが、内側の粒子表面は乾燥したままです。これにより、水分補給が遅くなり、不完全になります。

コンクリートの超音波混合技術の利点

超音波分散は、ミクロンサイズおよびナノサイズの材料を液体中に解凝集および分散させるための最先端の技術です。超音波混合は、従来のロータリーミキサーやローターステーターミキサーよりも細かいサイズの材料の混合に効果的なキャビテーションせん断力を使用します。セメント、シリカ、フライアッシュ、顔料、またはCNTの場合、これらの材料の性能は、粒子分布および水との接触を改善するため、超音波分散によって大幅に向上します。

水和(セメントと水の反応)の間に、C-S-H相は針のような構造を成長させます。下の写真は、5時間の水和後のセメントペーストの微細構造を示しています。超音波処理セメントペーストでは、C-S-H相はほぼ500nmの長さであり、一方、非超音波処理ペーストでは、C-S-H相は約100nmである。

5時間の水和の時間後のセメントののりの微細構造

超音波処理付き	超音波処理なし
ポルトランドセメントペースト(CEM I42.5R)、 C.レスラー(2009) – バウハウス大学ワイマール

 
超音波誘起キャビテーションによる混合は、C-S-H-相のより速い成長をもたらす。

 
ハイドレーション温度

セメントペーストの時間-温度曲線に対するパワー超音波処理(PUS)の影響

 
圧縮強度

迫撃砲プリズムの圧縮強度に対するパワー超音波処理(PUS)の影響

 
超音波パルス速度

パワー超音波処理(PUS)が水和セメントペーストの超音波パルス速度に及ぼす影響

C-S-H相の成長は、水和期間中のセメントペースト内の温度と相関しています(右の図をクリックしてください)。超音波混合セメントペーストでは、 水分補給は約1時間早く始まります.早期の水分補給は、圧縮強度の早期増加と相関しています。水和速度の増加は、超音波のパルス速度でも測定できます。

特にプレキャストコンクリートとドライキャストコンクリートの場合、これにより、キャストコンクリートを型枠から取り出すまでの時間が大幅に短縮されます。バウハウス大学(ドイツ)の研究によると、設定時間の短縮は次のようなものでした。

超音波混合のもう一つの興味深い利点は、流動性への影響です。上の表に示すように、スランプは約30%増加します。これにより、高性能減水剤の投与量を減らすことができます。

超音波ミキサーのセメント生産へのプロセス統合

ヒールシャーは、セメント、シリカ、フライアッシュ、顔料、またはCNTの効果的な分散のための超音波ミキサーを提供しています。まず、乾燥した材料を水と事前に混合して、高濃度でありながらポンプで汲み上げ可能なペーストを形成する必要があります。ヒールシャー超音波ミキサーは、キャビテーションせん断を使用して粒子を解凝集し分散させます。その結果、各粒子の表面全体が水に完全にさらされます。

セメントペーストの超音波処理

セメントペーストの場合、超音波処理後に水和が始まります。したがって、ヒールシャー超音波ミキサーは、セメントペーストを長期間保存することができないため、インラインで使用する必要があります。以下の概略図は、そのプロセスを示しています。次のステップでは、砂や砂利などの骨材を加え、セメントペーストと混合します。その段階でセメント粒子はすでに十分に分散しているため、セメントペーストは骨材とよく混ざり合います。その後、コンクリートはプレキャスト型に充填したり、輸送したりする準備が整います。超音波ミキサーの隣にある分裂タンクは、不安定なコンクリート需要の場合に、より連続的に処理するために使用できます。
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シリカ、フライアッシュ、ナノ材料の超音波分散

シリカ、フライアッシュ、顔料、またはカーボンナノチューブなどの他のナノ材料の分散には、他の処理強度とエネルギーレベルが必要です。このため、別の超音波ミキサーを使用して、十分に分散したスラリー/ペーストを生成し、それをコンクリート混合物に添加することをお勧めします。このプロセスの概略図については、上の図をクリックしてください。

スケールアップに必要な超音波撹拌装置は、1,000Wの強力なパイロットスケールソニケーターであるUIP1000hdTを使用したパイロットスケールテストに基づいて正確に決定できます。以下の表は、処理するセメントペーストのバッチ量または流量に応じた一般的なデバイスの推奨事項を示しています。

単一の超音波プローブあたり最大16kWの超音波混合電力で、ヒールシャーは大量のアプリケーションに必要な処理能力を提供します。このテクノロジーはテストが簡単で、直線的にスケールアップします。