고성능 콘크리트를 위한 초음파 혼합

마이크로 및 나노 실리카 또는 나노 튜브를 사용하면 고성능 콘크리트의 압축 강도가 향상됩니다. 초음파는 시멘트 또는 콘크리트에서 나노 물질의 혼합, 습윤 및 분산을위한 효과적인 수단입니다.
 

마이크로 실리카는 오늘날 콘크리트에 널리 사용되어 압축 강도 또는 물 및 내화학성 콘크리트를 높입니다. 이를 통해 재료 비용과 에너지 사용량을 줄일 수 있습니다. 나노 실리카 또는 나노 튜브와 같은 새로운 나노 물질은 저항력과 강도를 더욱 향상시킵니다. 그러나 나노 물질의 잠재력을 최대한 발휘하기 위해서는 신뢰할 수 있고 효율적인 분산 기술이 필요합니다. 프로브 형 초음파 발생기는 시멘트 및 콘크리트와 같은 점성이 높고 페이스트와 같은 슬러리에서도 나노 분산을 생성하는 가장 신뢰할 수 있고 효과적인 기술입니다.

Microfine Cement Grout Dispersion with Ultrasonic Mixers

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

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

그 결과 초음파 발생기 UP400St를 사용한 초음파 분산이 기존의 실험실 용해제에 비해 훨씬 더 나은 입자 크기 분포를 달성 한 것으로 나타났습니다. 초음파 발생기 UP400St는 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: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 디솔버에는 90mm 디스크와 회전자-고정자 시스템이 장착되어 있습니다. Hielscher UP400St 초음파 장치 H22 sonotrode가 장착되어 있습니다.
(연구 및 사진: ©Draganovic et al., 2020)

 
또한 기존의 실험실 용해제와 함께 초음파를 사용하면 분산 효율이 더욱 향상되어 초음파 처리만 사용하는 것에 비해 훨씬 더 미세한 입자 크기 분포를 얻을 수 있습니다. 결합 될 때, 초음파 처리는 마이크로 혼합 및 나노 분산을 제공하는 반면, 디졸버는 매크로 혼합에 기여하여 모든 입자가 초음파 캐비테이션 영역으로 들어가도록합니다. 이를 통해 배치 작업에서 미세 시멘트 그라우트의 입자 크기 분포(PSD) 및 제타 전위를 더 잘 제어할 수 있습니다. 플로우 셀 반응기를 사용할 때 입자 현탁액은 캐비테이션 핫스폿 영역을 자동으로 통과하므로 추가 교반이 불필요합니다.

전반적으로이 연구는 초소형 시멘트 그라우트를 분산시키는 초음파 발생기 UP400St의 우수한 성능을 강조합니다. 초음파 처리는 특히 기존의 실험실 용해제와 결합될 때 미세 시멘트 입자의 균일하고 안정적인 현탁을 달성하기 위한 매우 효과적이고 효율적인 방법을 제공합니다.

이 기사는 초음파와 기존 분산 방법을 포괄적으로 비교하여 그라우트 분산에서 초음파 처리의 우수한 성능을 강조한다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
(Draganović et al., 2020 참조)
 

초음파 균질화기 UP400St 시멘트 그라우트의 분산 효율에 대해 디스크가 장착된 일반 실험실 믹서와 비교하고 Rotor-Stator 기술을 사용합니다. 이 연구는 초음파 분산이 효과적인 방법 일뿐만 아니라 회 전자 - 고정자 기술을 사용하는 믹서보다 훨씬 우수하다는 것을 보여주었습니다.
(연구 및 그래픽: © Draganović et al., 2020)

구체적인 연구 및 개발

구체적인 연구는 다음을 위해 재료와 공정을 찾습니다.

• 재료비 및 에너지 비용 절감
• 높은 초기 및 최종 저항을 얻습니다.
• 밀도와 압축 강도 향상
• 작업성, 펌핑성 및 마감성 향상
• 내구성을 향상시키고 투과성을 줄입니다.
• 수축, 균열, 분진 및 박리 문제 감소
• 내화학성(예: 황산염 저항성)

시멘트와 구체적인 섞기

콘크리트 특성의 개선에 관해서는 혼합 기술이 콘크리트 조성만큼 중요합니다. 혼합은 균일한 고품질 콘크리트 생산에서 필수적인 단계입니다. DIN EN 206과 같은 수많은 지침과 규정이 콘크리트의 조성 및 그 구성 요소를 다루고 있지만 시멘트 혼합 및 콘크리트 혼합의 실제 공정은 사용자에게 맡겨져 있습니다.
물, 시멘트 및 혼화제가 균일하게 분산되어 미세한 규모로 분포되고 응집체가 충분히 분산되는 것이 중요합니다. 불충분한 분산 또는 응집되지 않으면 콘크리트 특성이 저하됩니다. 수분 함량이 낮고 혼화제의 양이 많기 때문에 자체 압축 콘크리트(SCC)와 초고강도 콘크리트(UHPC)의 혼합에는 더 긴 혼합 시간이나 더 효과적인 혼합 기술이 필요합니다.

콘크리트의 나노 물질

시멘트의 수화 동안, 나노 스케일의 수화 생성물, 예를 들어 칼슘 하이드레이트와 같은 제품이 경화 콘크리트에 형성됩니다. 실리카 또는 나노튜브의 나노 입자는 콘크리트가 응고되는 동안 시멘트의 나노 입자로 변합니다. 입자가 작을수록 입자 거리가 짧아지고 밀도가 높고 다공성이 적은 물질이 됩니다. 이것은 압축 강도를 증가시키고 투과성을 감소시킵니다.

그러나 나노 크기 분말 및 물질의 주요 단점은 습윤 및 혼합 중에 응집체를 형성하는 경향입니다. 개별 입자가 잘 분산되지 않는 한, 응집은 노출된 입자 표면을 감소시켜 콘크리트 특성이 저하됩니다.

나노 물질의 초음파 혼합

초음파는 혼합, 분산 및 응집 해제를위한 매우 효과적인 수단입니다. 아래 그림은 흄드 실리카를 물에 초음파 분산시킨 전형적인 결과를 보여줍니다.

200미크론(D50) 이상의 응집체 입자 크기에서 시작하여(녹색 곡선) 대부분의 입자를 200나노미터 미만으로 줄였습니다.

모든 규모의 초음파 혼합

Hielscher는 연구 및 본격적인 처리에 사용하기위한 초음파 혼합 장치를 제공합니다.

실험실 연구 및 개발을위한 초음파 발생기

Hielscher 초음파 실험실 균질화기는 실험실 규모의 연구 개발을위한 완벽한 혼합 도구입니다. Hielscher 실험실 초음파 발생기는 일반적으로 소규모 배치의 초음파 혼합에 사용됩니다. Hielscher 초음파 균질화기는 스케일 업 준비를위한 정확한 매개 변수 제어와 우수한 재현성을 제공합니다. 이를 통해 다른 제형을 쉽게 혼합하고 초음파 강도와 초음파 처리 기간의 영향을 결정할 수 있습니다.

생산에서 초음파 인라인 혼합

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

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