마이크로 및 나노 실리카 또는 나노 튜브의 사용은 고성능 콘크리트의 압축 강도를 향상시킵니다. Ultrasonication은 시멘트 또는 콘크리트에 나노 물질의 혼합, 습윤 및 분산을위한 효과적인 수단입니다.
 

마이크로 실리카는 오늘날 콘크리트에 널리 사용되어 더 높은 압축 강도 또는 내수성 및 내화학성 콘크리트로 이어집니다. 이를 통해 재료비와 에너지 사용량을 줄일 수 있습니다. 나노 실리카 또는 나노 튜브와 같은 새로운 나노 물질은 저항과 강도를 더욱 향상시킵니다. 그러나 나노 물질의 잠재력을 최대한 발휘하기 위해서는 신뢰할 수 있고 효율적인 분산 기술이 필요합니다. 프로브 형 초음파 는 시멘트 및 콘크리트와 같은 점성이 높고 페이스트와 같은 슬러리에서도 나노 분산을 생성하는 가장 신뢰할 수 있고 효과적인 기술입니다.

초음파 믹서를 사용한 미세 시멘트 그라우트 분산

Draganović의 연구팀은 연구 논문을 발표하고, 저자는 초음파 기술과 기존의 실험실 용해기를 사용하여 미세 미세 시멘트 그라우트의 분산을 조사합니다. 이 연구는 초음파의 성능을 비교하는 것을 목표로 합니다 – 연구에서 특히 초음파 처리기 UP400St – 그라우트 분산의 전통적인 방법.

연구원들은 미세 미세 시멘트 입자의 입자 크기 분포 (PSD)와 제타 전위를 평가하기 위해 다양한 분산 기술을 사용하여 일련의 실험을 수행했습니다. 분산 기술에는 UP400St 초음파 처리기, 고속 실험실 용해기 및 두 가지 방법의 조합을 사용한 초음파 처리가 포함됩니다.

결과는 초음파 처리기를 사용한 초음파 분산이 UP400St 기존의 실험실 용해기에 비해 훨씬 더 나은 입자 크기 분포를 달성했음을 보여주었습니다. 초음파 처리기 UP400St는 미세 미세 시멘트 입자의 응집을 효과적으로 줄이고보다 균질하고 안정적인 그라우트 현탁액을 생성합니다. 초음파 처리는 더 작은 입자의 분포를 개선하여 입자 크기 분포 범위를 좁힙니다.
 

비교 분산 방법 : 3mm 디스크와 회 전자 고정자 시스템이 장착 된 Vma-Getzmann Dispermat CV-90 용해기. Hielscher UP400St 초음파 장치 H22 sonotrode가 장착되어 있습니다.
(연구 및 사진: ©Draganovic et al., 2020)

 
또한 기존의 실험실 용해기와 함께 초음파를 사용하면 분산 효율이 더욱 향상되어 초음파 처리 단독에 비해 훨씬 더 미세한 입자 크기 분포를 얻을 수 있습니다. 결합하면 초음파 처리는 미세 혼합 및 나노 분산을 제공하는 반면, 용해기는 매크로 혼합에 기여하여 모든 입자가 초음파 캐비테이션 영역으로 들어가도록 합니다. 이를 통해 배치 작업에서 미세 미세 시멘트 그라우트의 입자 크기 분포(PSD) 및 제타 전위를 더 잘 제어할 수 있습니다. 유동 전지 반응기를 사용할 때, 입자 현탁액은 자동으로 캐비테이션 핫스팟 영역을 통과하여 추가 교반이 불필요합니다.

전반적으로이 연구는 초음파 처리기의 우수한 성능을 강조합니다 UP400St 미세 미세 시멘트 그라우트 분산에. 초음파 처리는 특히 기존의 실험실 용해기와 결합 될 때 미세 미세 시멘트 입자의 균일하고 안정적인 현탁액을 달성하기위한 매우 효과적이고 효율적인 방법을 제공합니다.

이 기사는 그라우트 분산에서 초음파 처리의 우수한 성능을 강조하는 초음파와 기존 분산 방법 간의 포괄적 인 비교를 제공한다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
(참조: Draganović et al., 2020)
 

초음파 균질 기 UP400St 시멘트 그라우트의 분산 효율과 관련하여 디스크가 장착 된 일반 실험실 믹서와 로터 고정자 기술을 사용하여 비교됩니다. 이 연구는 초음파 분산이 효과적인 방법 일뿐만 아니라 회 전자 고정자 기술을 사용하는 믹서보다 훨씬 낫다는 것을 보여주었습니다.
(연구 및 그래픽: © Draganović et al., 2020)

콘크리트 연구 및 개발

구체적 연구는 다음과 같은 재료 및 공정을 찾습니다.

• 재료비 및 에너지 비용 절감
• 높은 초기 및 최종 저항을 얻는다.
• 밀도 및 압축 강도 향상
• 작업 성, 펌핑 성 및 마무리 성 개선
• 내구성 향상 및 투자율 감소
• 수축 균열, 분진 및 박리 문제를 줄인다.
• 내 화학성, 예를 들어 황산염 내성

시멘트 및 콘크리트 혼합

콘크리트 특성의 향상에 관해서는 혼합 기술이 콘크리트 구성만큼 중요합니다. 혼합은 균일하고 고품질의 콘크리트 생산에 필수적인 단계입니다. DIN EN 206과 같은 수많은 지침과 규정이 콘크리트와 그 구성 요소의 조성을 다루고 있지만, 시멘트 혼합과 콘크리트 혼합의 실제 공정은 사용자에게 맡겨져 있습니다.
물, 시멘트 및 혼합물이 균등하게 분산되어 미세한 스케일로 분포되고 응집체가 충분히 분산된다는 것이 중요합니다. 불충분 한 분산 또는 해쇄는 열등한 콘크리트 특성을 초래한다. 수분 함량이 낮고 혼합비가 높기 때문에 자체 압축 콘크리트 (SCC)와 초 고강도 콘크리트 (UHPC)의 혼합에는 더 긴 혼합 시간 또는보다 효과적인 혼합 기술이 필요합니다.

콘크리트 내 나노 물질

시멘트의 수화 동안, 나노 스케일 수화 생성물, 예컨대 칼슘 수화물은 경화 콘크리트 내에 형성된다. 실리카 또는 나노 튜브의 나노 입자는 콘크리트의 응고 중에 시멘트의 나노 입자로 변합니다. 입자가 작을수록 입자 거리가 짧아지고 밀도가 높고 다공성 물질이 줄어듭니다. 이것은 압축 강도를 증가시키고 투과성을 감소시킵니다.

그러나 나노 크기의 분말 및 물질의 주요 단점은 습윤 및 혼합 중에 응집체를 형성하는 경향이 있다는 것입니다. 개개의 입자가 잘 분산되어 있지 않으면 응집에 의해 노출 된 입자 표면이 감소되어 콘크리트 특성이 열악 해집니다.

나노 물질의 초음파 혼합

초음파는 혼합, 분산 및 응집 제거에 매우 효과적인 수단입니다. 아래 그림은 물에 흄드 실리카의 초음파 분산의 전형적인 결과를 보여줍니다.

200 마이크론 (D50) 이상의 응집체 입자 크기에서 시작 (녹색 곡선) 대부분의 입자는 200 나노 미터 미만으로 감소되었습니다.

모든 규모의 초음파 혼합

Hielscher는 연구 및 풀 스케일 처리에 사용하기 위해 초음파 혼합 장치를 제공합니다.

실험실 연구 및 개발을위한 초음파 발생기

Hielscher 초음파 실험실 균질화는 실험실 규모의 연구 및 개발을 위한 완벽한 혼합 도구입니다. Hielscher 실험실 초음파 처리기는 일반적으로 작은 배치의 초음파 혼합에 사용됩니다. Hielscher 초음파 균질화는 스케일 업 준비를 위한 정확한 매개변수 제어와 우수한 재현성을 제공합니다. 이를 통해 다양한 제형을 쉽게 혼합하고 초음파 처리 강도와 초음파 처리 기간의 영향을 결정할 수 있습니다.

생산에서 초음파 인라인 혼합

스케일 업에 필요한 초음파 혼합 장비는 실험실 테스트를 기반으로 정확하게 결정될 수 있습니다. 시멘트 또는 콘크리트의 대량의 스트림을 처리하기 위해 고성능 초음파 는 일반적으로 유동 반응기를 사용하여 연속 흐름 모드로 작동됩니다. 이를 통해 매우 균일한 혼합과 페이스트 및 슬러리의 완벽한 처리가 가능합니다 – 매우 높은 점도에서도.

아래 표는 처리 할 배치 부피 또는 유속에 따라 초음파 의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.