ულტრაბგერითი შერევა მაღალეფექტური ბეტონისთვის
მიკრო- და ნანოსილიციუმის დიოქსიდის ან ნანომილაკების გამოყენება აუმჯობესებს მაღალეფექტური ბეტონის სიმტკიცეს კუმშვისას. ულტრაბგერითი დამუშავება ეფექტური საშუალებაა ცემენტში ან ბეტონში ნანომასალების შერევის, დასველებისა და დისპერგირებისთვის.
მიკროსილიციუმის დიოქსიდი დღეს ფართოდ გამოიყენება ბეტონში, რაც ზრდის სიმტკიცეს კუმშვისას ან უზრუნველყოფს წყალგამძლე და ქიმიურად მდგრადი ბეტონის მიღებას. ამან შეიძლება შეამციროს მასალის ხარჯები და ენერგიის მოხმარება. ახალი ნანომასალები, როგორიცაა ნანოსილიციუმის დიოქსიდი ან ნანომილაკები, კიდევ უფრო აუმჯობესებს მდგრადობასა და სიმტკიცეს. მაგრამ იმისთვის, რომ ნანომასალების სრული პოტენციალი გამოვლინდეს, საჭიროა საიმედო და ეფექტური დისპერგირების ტექნოლოგია. ზონდური ტიპის სონიკატორები ნანოდისპერსიის მიღების ყველაზე საიმედო და ეფექტური საშუალებაა ძალიან ბლანტ და პასტისებრ სუსპენზიებშიც კი, როგორიცაა ცემენტი და ბეტონი.
განსაკუთრებით წვრილმარცვლოვანი ცემენტის საინექციო ხსნარის დისპერგირება ულტრაბგერითი შემრევებით
დრაგანოვიჩის სამეცნიერო ჯგუფის მიერ წარმოდგენილ სამეცნიერო სტატიაში ავტორები იკვლევენ განსაკუთრებით წვრილმარცვლოვანი ცემენტის საინექციო ხსნარის დისპერგირებას ულტრაბგერითი ტექნოლოგიისა და ტრადიციული ლაბორატორიული დისოლვერების გამოყენებით. კვლევა მიზნად ისახავს ულტრაბგერის – კერძოდ, კვლევაში გამოყენებული სონიკატორის UP400St – ეფექტურობის შედარებას საინექციო ხსნარის დისპერგირების ტრადიციულ მეთოდებთან.
მკვლევარებმა ჩაატარეს ექსპერიმენტების სერია დისპერგირების სხვადასხვა მეთოდის გამოყენებით, რათა შეეფასებინათ განსაკუთრებით წვრილმარცვლოვანი ცემენტის ნაწილაკების ზომის განაწილება (PSD) და ზეტა პოტენციალი. დისპერგირების მეთოდები მოიცავს ულტრაბგერით დამუშავებას UP400St სონიკატორის გამოყენებით, მაღალსიჩქარიანი ლაბორატორიული დისოლვერების გამოყენებას და ორივე მეთოდის კომბინაციას.
MultiSonoReactor MSR-4: ულტრაბგერითი ინლაინ დისპერსია მაღალეფექტური ცემენტისა და ბეტონის სამრეწველო ინლაინ წარმოებისთვის.
შედეგებმა აჩვენა, რომ UP400St სონიკატორით ულტრაბგერითმა დისპერგირებამ მნიშვნელოვნად უკეთესი ნაწილაკების ზომის განაწილება უზრუნველყო, ვიდრე ტრადიციულმა ლაბორატორიულმა დისოლვერებმა. UP400St სონიკატორი ეფექტურად ამცირებს განსაკუთრებით წვრილმარცვლოვანი ცემენტის ნაწილაკების აგლომერაციას და ქმნის საინექციო ხსნარის უფრო ჰომოგენურ და სტაბილურ სუსპენზიას. ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს მცირე ზომის ნაწილაკების განაწილებას, რაც უზრუნველყოფს ნაწილაკების ზომის განაწილების უფრო ვიწრო დიაპაზონს.
შედარებული დისპერგირების მეთოდები: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 დისოლვერი, აღჭურვილი 90-mm დისკით და როტორ-სტატორის სისტემით. Hielscher UP400St ულტრაბგერითი აპარატი აღჭურვილია H22 სონოტროდით.
(კვლევა და სურათები: ©Draganovic et al., 2020)
გარდა ამისა, ულტრაბგერის გამოყენება ტრადიციულ ლაბორატორიულ დისოლვერებთან კომბინაციაში კიდევ უფრო აუმჯობესებს დისპერგირების ეფექტურობას და მხოლოდ ულტრაბგერით დამუშავებასთან შედარებით უზრუნველყოფს ნაწილაკების ზომის განაწილებას კიდევ უფრო მცირე ზომების დიაპაზონში. კომბინაციის შემთხვევაში ულტრაბგერითი დამუშავება უზრუნველყოფს მიკროშერევასა და ნანოდისპერსიას, ხოლო დისოლვერი ხელს უწყობს მაკროშერევას და ყველა ნაწილაკის მოხვედრას ულტრაბგერითი კავიტაციის ზონაში. ეს პერიოდულ რეჟიმში განსაკუთრებით წვრილმარცვლოვანი ცემენტის საინექციო ხსნარის ნაწილაკების ზომის განაწილების (PSD) და ზეტა პოტენციალის უკეთ კონტროლის საშუალებას იძლევა. გამდინარე კამერიანი რეაქტორის გამოყენებისას ნაწილაკების სუსპენზია ავტომატურად გადის კავიტაციის ინტენსიურ ზონაში, რის გამოც დამატებითი მორევა საჭირო აღარ არის.
მთლიანობაში, კვლევა ხაზს უსვამს UP400St სონიკატორის უპირატეს ეფექტურობას განსაკუთრებით წვრილმარცვლოვანი ცემენტის საინექციო ხსნარის დისპერგირებისას. ულტრაბგერითი დამუშავება, განსაკუთრებით ტრადიციულ ლაბორატორიულ დისოლვერებთან კომბინაციაში, განსაკუთრებით წვრილმარცვლოვანი ცემენტის ნაწილაკების ერთგვაროვანი და სტაბილური სუსპენზიის მიღების მაღალეფექტური და პროდუქტიული მეთოდია.
ღირს აღნიშვნა, რომ სტატიაში წარმოდგენილია ულტრაბგერისა და ტრადიციული დისპერსიის მეთოდების სრული შედარება, რაც ხაზს უსვამს ულტრაბგერითი დამუშავების უპირატესობას გრუტის დისპერსიისას.
(cf. Draganović et al., 2020)
ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი UP400St ცემენტის საინექციო ხსნარის დისპერგირების ეფექტურობის თვალსაზრისით შედარებულია დისკით აღჭურვილ ჩვეულებრივ ლაბორატორიულ შემრევთან და როტორ-სტატორის ტექნოლოგიასთან. კვლევამ აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი დისპერგირება არა მხოლოდ ეფექტური მეთოდია, არამედ როტორ-სტატორის ტექნოლოგიით მომუშავე შემრევზე უკეთეს შედეგსაც იძლევა.
(კვლევა და გრაფიკა: © Draganović et al., 2020)
ბეტონის კვლევა და განვითარება
ბეტონის კვლევა ეძებს მასალებს და პროცესებს, რომ:
- შეამციროს მასალის და ენერგიის ხარჯები
- მიიღოს მაღალი საწყისი და საბოლოო სიმტკიცე
- გააუმჯობესოს სიმკვრივე და კუმშვის სიმტკიცე
- გააუმჯობესოს დამუშავებადობა, ტუმბოთი გადატუმბვისა და ზედაპირის საბოლოო დამუშავების შესაძლებლობა
- გააუმჯობესოს გამძლეობა და შეამციროს შეღწევადობა
- შეამციროს შეკლებით გამოწვეული ბზარები, მტვრის წარმოქმნა და ფენებად აშრევების პრობლემები
- ქიმიური გამძლეობა, მაგ. სულფატური გამძლეობა
ცემენტის და ბეტონის შერევა
ბეტონის თვისებების გასაუმჯობესებლად შერევის ტექნოლოგია ისეთივე მნიშვნელოვანია, როგორც ბეტონის შემადგენლობა. შერევა აუცილებელი ეტაპია ერთგვაროვანი, მაღალი ხარისხის ბეტონის წარმოებაში. მიუხედავად იმისა, რომ მრავალი სახელმძღვანელო მითითება და რეგულაცია, მაგალითად DIN EN 206, განსაზღვრავს ბეტონისა და მისი კომპონენტების შემადგენლობას, ცემენტისა და ბეტონის შერევის უშუალო პროცესი მომხმარებლის შეხედულებაზეა მინდობილი.
გადამწყვეტია, რომ წყალი, ცემენტი და დანამატები წვრილ მასშტაბზეც თანაბრად იყოს დისპერგირებული და განაწილებული, ხოლო აგლომერატები საკმარისად იყოს დაშლილი. არასაკმარისი დისპერგირება ან დეაგლომერაცია აუარესებს ბეტონის თვისებებს. წყლის დაბალი შემცველობისა და დანამატების მაღალი დოზირების გამო თვითშემკვრივებადი ბეტონის (SCC) და ულტრამაღალი სიმტკიცის ბეტონის (UHPC) შერევას უფრო ხანგრძლივი დრო ან შერევის უფრო ეფექტური ტექნოლოგია სჭირდება.
ნანომასალები ბეტონში
ცემენტის ჰიდრატაციის დროს, ნანომასშტაბის ჰიდრატაციის პროდუქტები, როგორიცაა კალციუმის ჰიდრატები, წარმოიქმნება გამაგრებად ბეტონში. სილიკის ან ნანომილაკების ნანონაწილაკები გარდაიქმნება ცემენტის ნანონაწილაკებად ბეტონის გამაგრების დროს. მცირე ზომის ნაწილაკები იწვევს ნაწილაკებს შორის მცირე მანძილს და უფრო მკვრივ და ნაკლებად ფოროვან მასალას. ეს ზრდის კუმშვის სიმტკიცეს და ამცირებს შეღწევადობას.
თუმცა, ნანოზომის ფხვნილებისა და მასალების მთავარი ნაკლი დასველებისა და შერევის დროს აგლომერატების წარმოქმნის ტენდენციაა. თუ ცალკეული ნაწილაკები კარგად არ არის დისპერგირებული, აგლომერაცია ამცირებს ნაწილაკების ხელმისაწვდომ ზედაპირის ფართობს, რაც აუარესებს ბეტონის თვისებებს.
ულტრაბგერითი პროცესორი UIP16000 არის მაღალი წარმადობის ჰომოგენიზატორი ცემენტის და ბეტონის დისპერგიისთვის
ულტრაბგერითი შერევა: ნანომასალების ერთგვაროვანი დისპერგია ცემენტის პასტებში
ულტრაბგერითი დამუშავება შერევის, დისპერგირებისა და დეაგლომერაციის ძალიან ეფექტური საშუალებაა. ქვემოთ მოცემული სურათი აჩვენებს წყალში პიროგენული სილიციუმის დიოქსიდის ულტრაბგერითი დისპერგირების ტიპურ შედეგს.
გაიგეთ მეტი ნანო-გამაგრებული ცემენტის ხსნარების შესახებ ულტრაბგერითი დისპერგიის გამოყენებით!
საწყის მდგომარეობაში (მწვანე მრუდი) აგლომერატების ნაწილაკების ზომა 200 მიკრონზე მეტი იყო (D50), ხოლო დამუშავების შედეგად ნაწილაკების უმეტესობის ზომა 200 ნანომეტრზე ნაკლები გახდა.
ულტრაბგერითი შერევა ნებისმიერ მასშტაბში
Hielscher გთავაზობთ ულტრაბგერით შერევის მოწყობილობებს კვლევისა და სრული მასშტაბის დამუშავებისთვის.
სონიკატორები ლაბორატორიული კვლევისა და განვითარებისთვის
Hielscher ულტრაბგერითი ლაბორატორიული ჰომოგენიზატორები არის იდეალური შერევის ინსტრუმენტი კვლევისა და განვითარებისთვის ლაბორატორიულ მასშტაბში. Hielscher ლაბორატორიული სონიკატორები ჩვეულებრივ გამოიყენება მცირე პარტიების ულტრაბგერითი შერევისთვის. Hielscher ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები გთავაზობთ პარამეტრების ზუსტ კონტროლს და შესანიშნავ გამეორებადობას მასშტაბის ზრდისთვის მოსამზადებლად. ეს აადვილებს სხვადასხვა ფორმულაციების შერევას და ულტრაბგერითი დამუშავების ინტენსივობის და ხანგრძლივობის გავლენის დადგენას.
ულტრაბგერითი ინლაინ შერევა წარმოებაში
მასშტაბირებისთვის საჭირო ულტრაბგერითი შერევის აღჭურვილობა ზუსტად შეიძლება განისაზღვროს ლაბორატორიული ტესტის საფუძველზე. ცემენტის ან ბეტონის დიდი მოცულობის ნაკადების დასამუშავებლად, მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი სონიკატორები ჩვეულებრივ მუშაობენ უწყვეტი ნაკადის რეჟიმში, გამტარი რეაქტორების გამოყენებით. ეს საშუალებას იძლევა მაღალი ერთგვაროვნების შერევისა და პასტებისა და სუსპენზიების უნაკლო დამუშავებისა – მაშინაც კი, როდესაც სიბლანტე ძალიან მაღალია.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი სონიკატორების დაახლოებითი დამუშავების შესაძლებლობებზე, დამუშავებადი პარტიის მოცულობის ან მოცულობითი ხარჯის მიხედვით:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2 to 10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3 to 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | მეტი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
ლიტერატურა / გამოყენებული წყაროები
- 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.
ცემენტის ინლაინ შერევა სონიკატორის გამოყენებით
Hielscher-ის ულტრაბგერითი შერევის მოწყობილობები ჩვეულებრივ ინლაინ რეჟიმშია დამონტაჟებული. მასალა ულტრაბგერითი რეაქტორის ჭურჭელში იქნება გადატუმბული. იქ ის ინტენსიურ ულტრაბგერით კავიტაციას ექვემდებარება. ინლაინ ულტრაბგერითი დამუშავება გამორიცხავს გვერდზე გადასვლას, რადგან ყველა ნაწილაკი შერევის კამერას გადის განსაზღვრული გზით. ამიტომ, ულტრაბგერითი დამუშავება, როგორც წესი, ნაწილაკების ზომის განაწილების მრუდს გადაადგილებს და არა აფართოებს.
მდგრადი და მარტივად გასაწმენდი
ულტრაბგერითი შერევის რეაქტორი შედგება ნაკადის უჯრედისა და სონოტროდებისგან. საკისრები საჭირო არ არის. ნაკადის უჯრედის რეაქტორებს (უჟანგავი ფოლადის) აქვთ მარტივი გეომეტრია და მათი დემონტაჟი და გაწმენდა მარტივად შეიძლება. არ არსებობს მცირე ხვრელები ან ფარული კუთხეები.
ულტრაბგერის სხვა გამოყენებები ცემენტისა და ბეტონისთვის
Hielscher-ის ულტრაბგერითი მოწყობილობების გამოყენება ცემენტისა და ბეტონის მომზადებაში არ შემოიფარგლება მხოლოდ ცემენტის ნარევის ან ბეტონის შერევითა და დისპერსიით. ულტრაბგერა ძალიან ეფექტური საშუალებაა სითხეებისა და სუსპენზიების დეგაზირებისთვის. ეს ამცირებს გამაგრების შემდეგ ბეტონში ჩარჩენილი აირის ბუშტების რაოდენობასა და მოცულობას.
ულტრაბგერითი საცრის ვიბრატორები აუმჯობესებს მცირე ნაწილაკების ფხვნილის დაცრის გამტარუნარიანობასა და ხარისხს. Hielscher სთავაზობს ულტრაბგერითი აგიტაციის მქონე საცრებს ლაბორატორიული და სამრეწველო გამოყენებისთვის.
ბეტონის შესახებ ზოგადი ინფორმაცია
ბეტონი შედგება ცემენტისგან, მაგალითად, პორტლანდცემენტისა და სხვა ცემენტისმაგვარი მასალებისგან, როგორიცაა მფრინავი ნაცარი და წიდის ცემენტი, აგრეგატისგან (ხრეში, კირქვა, გრანიტი, ქვიშა), წყლისა და ქიმიური დამატებებისგან. ტიპიური დამატებებია აქსელერატორები ან რეტარდერები, პლასტიფიკატორები, პიგმენტები, სილიციუმის მტვერი (სილიკა ფიუმი) ან მაღალი რეაქციის უნარის მქონე მეტაკაოლინი (HRM). მიკრო სილიკა ბეტონში ტიპიური დამატებაა. მისი უარყოფითი მხარეა მისი შედარებით მაღალი ღირებულება და დაბინძურება, რომელიც ოპერატორებისა და მუშების ჯანმრთელობას აზიანებს.