콘크리트용 시멘트 페이스트의 초음파 혼합
The ultrasonic mixing of cement paste offers great benefits for precast molding, drycast, and concrete plants. These benefits include shorter initial and final set times, lower dosage of superplasticizer, faster and more complete hydration, as well as higher compressive strength.
다음과 같은 전통적인 콘크리트 혼합 기술 “온로드 믹싱” 또는 로터리 믹서는 시멘트 입자 및 플라이 애시 또는 실리카와 같은 기타 시멘트 물질의 응집체를 분산시키기에 불충분한 혼합 작용을 제공합니다. 이러한 응집체의 외부 입자는 물에 노출되지만 내부 입자 표면은 건조한 상태로 유지됩니다. 그 결과 수분 공급이 느리고 불완전해집니다.
콘크리트용 초음파 혼합 기술의 이점
초음파 분산은 액체에서 미크론 크기 및 나노 크기의 물질을 응집시키고 분산시키는 가장 진보 된 기술입니다. 초음파 혼합은 기존의 로터리 믹서 및 로터-스테이터 믹서보다 미세한 크기의 재료를 혼합하는 데 더 효과적인 캐비테이션 전단력을 사용합니다. 시멘트, 실리카, 플라이 애시, 안료 또는 CNT의 경우, 입자 분포 및 물과의 접촉을 개선하기 때문에 초음파 분산에 의해 이러한 물질의 성능이 크게 향상됩니다.
시멘트와 물의 반응인 수화 동안 C-S-H-상은 바늘 같은 구조를 성장시킵니다. 아래 그림은 5시간의 수화 후 시멘트 페이스트의 미세 구조를 보여줍니다. 초음파 처리 된 시멘트 페이스트에서 CSH 상은 거의 500nm 길이이고 초음파 처리되지 않은 페이스트에서 CSH 상은 약 100nm입니다.
초음파 ator UIP16000hdT 시멘트, 지오폴리머 또는 콘크리트와 같은 건축 자재를 분산시키기 위해.
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초음파 처리로
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초음파 처리 없이
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| 포틀랜드 시멘트 페이스트(CEM I42.5R), C. 뢰슬러 (2009) – 바이마르 바우하우스 대학교 | |
초음파 유도 캐비테이션에 의한 혼합은 C-S-H-상의 더 빠른 성장으로 이어집니다.
수화 온도
Power Ultrasonication (PUS)이 시멘트 페이스트의 시간 - 온도 곡선에 미치는 영향
압축 강도
Power Ultrasonication (PUS)이 모르타르 프리즘의 압축 강도에 미치는 영향
초음파 펄스 속도
수화 시멘트 페이스트의 초음파 펄스 속도에 대한 전력 초음파 (PUS)의 영향
C-S-H-phase의 성장은 수화 기간 동안 시멘트 페이스트의 온도와 관련이 있습니다(오른쪽 그래픽 클릭). 초음파로 혼합 된 시멘트 페이스트에서, 수분 공급은 약 1시간 일찍 시작됩니다.. 조기 수분 공급은 압박 강도의 조기 증가와 상관관계가 있습니다. 증가된 수화 속도는 초음파 맥박 속도로도 측정할 수 있습니다.
특히 프리캐스트 및 드라이캐스트 콘크리트의 경우 주조 콘크리트를 금형에서 꺼낼 수 있을 때까지 시간이 훨씬 짧아집니다. 독일 바우하우스 대학(Bauhaus University)의 연구에 따르면 설정 시간이 다음과 같이 단축되는 것으로 나타났습니다.
| 참조 | 차이. | 전력 초음파 | |
|---|---|---|---|
| 이니셜 세트 | 5 시간 15 분 | -29% | 3 시간 45 분 |
| 파이널 세트 | 6 시간 45 분 | -33% | 4 시간 30 분 |
| 불황 | 122mm(4.8″) | +30% | 158mm(6.2″) |
초음파 혼합의 또 다른 흥미로운 이점은 유동성에 미치는 영향입니다. 위의 표에서 볼 수 있듯이 슬럼프는 약 30% 증가합니다. 이를 통해 초가소제의 투여량을 줄일 수 있습니다.
초음파 혼합기를 시멘트 생산에 통합하는 공정
Hielscher는 시멘트, 실리카, 플라이 애시, 안료 또는 CNT의 효과적인 분산을위한 초음파 믹서를 제공합니다. 첫째, 모든 건조 재료는 물과 미리 혼합하여 고농도이면서도 펌핑 가능한 페이스트를 형성해야 합니다. Hielscher 초음파 믹서는 캐비테이션 전단을 사용하여 입자를 응집시키고 분산시킵니다. 결과적으로 각 입자의 전체 표면이 물에 완전히 노출됩니다.
시멘트 페이스트의 초음파 처리
시멘트 페이스트의 경우 초음파 가공 후 수화가 시작됩니다. 따라서 Hielscher 초음파 믹서는 시멘트 페이스트를 장기간 보관할 수 없으므로 인라인으로 사용해야합니다. 아래의 개략도는 프로세스를 보여줍니다. 다음 단계에서는 모래 또는 자갈과 같은 골재를 첨가하고 시멘트 페이트와 혼합합니다. 시멘트 입자는 그 단계에서 이미 잘 분산되어 있기 때문에 시멘트 페이스트는 골재와 잘 혼합됩니다. 그런 다음 콘크리트를 프리캐스트 금형에 채우거나 운송할 준비가 됩니다. 초음파 믹서 옆의 분해 탱크는 콘크리트 수요가 불안정한 경우보다 연속적으로 처리하는 데 사용될 수 있습니다.
시멘트 입자의 초음파 응집 제거에 대해 자세히 알아보십시오!
실리카, 플라이 애쉬 및 나노 물질의 초음파 분산
실리카, 플라이 애시, 안료 또는 탄소 나노튜브와 같은 기타 나노 물질의 분산에는 다른 가공 강도와 에너지 수준이 필요합니다. 이러한 이유로, 우리는 콘크리트 혼합물에 첨가되는 잘 분산 된 슬러리 / 페이스트를 생산하기 위해 별도의 초음파 믹서를 권장합니다. 위의 그래픽을 클릭하면 이 과정의 개략도를 볼 수 있습니다.
스케일 업에 필요한 초음파 혼합 장비는 1,000 와트의 강력한 파일럿 스케일 초음파 발생기 인 UIP1000hdT를 사용하여 파일럿 스케일 테스트를 기반으로 정확하게 결정할 수 있습니다. 아래 표는 처리할 시멘트 페이스트의 배치량 또는 유속에 따른 일반적인 장치 권장 사항을 보여줍니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 0.1 내지 10L | 0.2 내지 2L/min | UIP1000hdT, UIP1500hdT 님 |
| 10에서 50L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| 15에서 150L | 3 내지 15L/min | UIP6000hdT 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 50L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
단일 초음파 프로브 당 최대 16kW의 초음파 혼합 능력을 갖춘 Hielscher는 대용량 응용 분야에 필요한 처리 능력을 제공합니다. 이 기술은 테스트하기 쉽고 선형적으로 확장할 수 있습니다.
프로브 식 초음파 발생기 UP400St 마이크로 파인 시멘트 그라우트 분산용
(연구 및 이미지: ©Draganovic et al., 2020)
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문헌 / 참고문헌
- 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.
