Ultraschallmëschung fir Héichleeschtungsbeton
D’Benotzung vu Mikro- an Nanosilika oder Nanoréier verbessert d’Drockfestegkeet vun Héichleeschtungsbeton. D’Ultraschallbehandlung ass en effikast Mëttel fir Nanomaterialien an Zement oder Beton ze mëschen, ze benetzen an ze dispergéieren.
Mikrosilika gëtt haut vill am Beton agesat, wat zu enger méi héijer Drockfestegkeet oder zu waasser- a chemikaliebestännege Betone féiert. Dat kann d’Materialkäschten an den Energieverbrauch reduzéieren. Nei Nanomaterialien, wéi Nanosilika oder Nanoréier, féieren zu weidere Verbesserunge vun der Widderstandsfäegkeet an der Festegkeet. Fir dat vollt Potenzial vun Nanomaterialien auszenotzen, ass awer eng zouverlässeg an effizient Dispersiounstechnik néideg. Sonikatore mat enger Sond sinn déi zouverlässegst a wierksaamst Technik fir eng Nanodispersioun hierzestellen, och an héichviskosen a pastenaartege Schlëmme wéi Zement a Beton.
Dispersioun vu mikrofeinem Zementschlëmm mat Ultraschallmëscher
Am Fuerschungsartikel vun der Fuerschungsekipp vum Draganović ënnersichen d’Auteuren d’Dispersioun vu mikrofeinem Zementschlëmm mat Ultraschalltechnologie a konventionelle Labordissolveren. D’Etüd soll d’Leeschtung vum Ultraschall – an der Etüd speziell vum Sonikator UP400St – mat traditionelle Methode fir d’Dispersioun vun Zementschlëmm vergläichen.
D’Fuerscher hunn eng Rei Experimenter mat verschiddenen Dispersiounstechniken duerchgefouert, fir d’Partikelgréissteverdeelung (PSD) an d’Zetapotenzial vun de mikrofeinen Zementpartikelen ze bewäerten. D’Dispersiounstechniken ëmfaassen d’Ultraschallbehandlung mam Sonikator UP400St, séier dréiend Labordissolveren an d’Kombinatioun vu béide Methoden.
MultiSonoReactor MSR-4: Ultraschall-Inline-Dispersioun fir d’industriell Inline-Produktioun vun Héichleeschtungszement an Héichleeschtungsbeton.
D’Resultater hu gewisen, datt d’Ultraschalldispersioun mam Sonikator UP400St eng däitlech besser Partikelgréissteverdeelung erreecht huet wéi konventionell Labordissolveren. De Sonikator UP400St reduzéiert d’Agglomeratioun vu mikrofeinen Zementpartikelen op eng effikass Manéier a produzéiert eng méi homogen a méi stabil Zementschlëmmsuspensioun. D’Ultraschallbehandlung verbessert d’Verdeelung vu méi klenge Partikelen, wat zu engem méi enke Beräich vun der Partikelgréissteverdeelung féiert.
Verglachen Dispersiounsmethoden: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 Dissolver, ekipéiert mat enger 90-mm Scheif an engem Rotor-Stator-System. Hielscher UP400St Ultraschallapparat ekipéiert mat enger H22 Sonotrod.
(Etüd a Biller: ©Draganovic et al., 2020)
Zousätzlech verbessert d’Benotzung vun Ultraschall a Kombinatioun mat konventionelle Labordissolveren d’Dispersiounseffizienz weider a féiert zu enger nach méi feiner Partikelgréissteverdeelung wéi d’Ultraschallbehandlung eleng. Bei dëser Kombinatioun suergt d’Ultraschallbehandlung fir d’Mikromëschung an d’Nanodispersioun, wärend den Dissolver zur Makromëschung bäidréit an dofir suergt, datt all Partikelen an d’Ultraschallkavitatiounszon geroden. Dat erméiglecht eng besser Kontroll vun der Partikelgréissteverdeelung (PSD) an dem Zetapotenzial vum mikrofeinen Zementschlëmm am Chargebetrib. Beim Asaz vun engem Duerchflosszellreakter passéiert d’Partikelsuspensioun automatesch d’Zon vun der intensivster Kavitatioun, sou datt zousätzlecht Réieren iwwerflësseg ass.
Insgesamt ënnersträicht d’Etüd déi iwwerleeë Leeschtung vum Sonikator UP400St bei der Dispersioun vu mikrofeinem Zementschlëmm. D’Ultraschallbehandlung bitt, besonnesch a Kombinatioun mat konventionelle Labordissolveren, eng héichwierksam an effizient Method, fir eng eenheetlech a stabil Suspensioun vu mikrofeinen Zementpartikelen ze erreechen.
Et ass ervirzehiewen, datt den Artikel en ëmfaassende Verglach tëscht Ultraschall a konventionellen Dispersiounsmethode bitt an dobäi déi iwwerleeë Leeschtung vun der Ultraschallbehandlung bei der Dispersioun vun Zementschlëmm ënnersträicht.
(vgl. Draganović et al., 2020)
Den Ultraschallhomogenisator UP400St gëtt wat d’Dispergéierungseffizienz vun Zementinjektiounsmörtel ugeet mat engem gewéinleche Labormëscher verglach, dee mat enger Scheif equipéiert ass an d’Rotor-Stator-Technik benotzt. D’Etüd huet gewisen, datt d’Ultraschalldispergéierung net nëmmen eng effektiv Method ass, mee esouguer besser ass wéi e Mëscher, deen d’Rotor-Stator-Technik benotzt.
(Etüd a Grafik: © Draganović et al., 2020)
Fuerschung an Entwécklung am Beräich Beton
D’Betonfuerschung sicht no Materialien a Verfare fir:
- d’Materialkäschten an d’Energiekäschten ze reduzéieren
- eng héich ufänglech an endgülteg Widderstandsfäegkeet z’erreechen
- d’Dicht an d’Drockfestegkeet ze verbesseren
- d’Veraarbechtbarkeet, d’Pompelbarkeet an d’Bearbechtbarkeet vun der Uewerfläch ze verbesseren
- d’Dauerhaftegkeet ze verbesseren an d’Permeabilitéit ze reduzéieren
- Schrumpfrëss, Stëbsbildung a Problemer mat der Delaminatioun ze reduzéieren
- cheemesch Beständegkeet, z. B. Sulfatbeständegkeet
Mësche vun Zement a Beton
Wann et ëm d’Verbesserung vun de Betoneegenschafte geet, ass d’Mëschtechnik genee esou wichteg wéi d’Zesummesetzung vum Beton. D’Mëschen ass e wesentleche Schrëtt bei der Produktioun vun eenheetlechem, héichwäertegem Beton. Obwuel vill Richtlinnen a Virschrëften, z. B. DIN EN 206, d’Zesummesetzung vum Beton a senge Bestanddeeler ofdecken, bleift den eigentleche Prozess vum Zement- a Betonmëschen dem Benotzer iwwerlooss.
Et ass entscheedend, datt Waasser, Zement an Zousazmëttel gläichméisseg bis op eng fein Skala dispergéiert a verdeelt ginn an datt Agglomerater genuch dispergéiert ginn. Eng net genuch grëndlech Dispergéierung oder Deagglomeratioun féiert zu manner gudde Betoneegenschaften. Wéinst dem niddrege Waassergehalt an der héijer Doséierung vun Zousazmëttel erfuerdert d’Mësche vu selbstverdichtendem Beton (SCC) a Beton mat ultrahéijer Festegkeet (UHPC) eng méi laang Mëschzäit oder eng méi effektiv Mëschtechnik.
Léiert, wéi Leeschtungsultraschall d’Hydratatioun an d’Festegkeet vun Zementleim verbessert a beschleunegt!
Nanomaterialien am Beton
Bei der Hydratatioun vum Zement entstinn am haart ginnende Beton nanoskalëg Hydratatiounsprodukter, wéi Kalziumhydrater. Nanopartikele vu Siliziumdioxid oder Nanoréiercher verwandelen sech wärend der Verfestegung vum Beton an Nanopartikele vun Zement. Méi kleng Partikele féieren zu méi klengen Ofstänn tëscht de Partikelen an zu engem méi dichten a manner poréise Material. Dëst erhéicht d’Drockfestegkeet a reduzéiert d’Permeabilitéit.
E groussen Nodeel vun nanoskalëge Pudder a Materialien ass awer hir Tendenz, beim Benetzen a Mëschen Agglomerater ze bilden. Wann déi eenzel Partikelen net gutt dispergéiert sinn, reduzéiert d’Agglomeratioun déi fräiléiend Partikeluewerfläch, wat zu manner gudde Betoneegenschafte féiert.
Den Ultraschallprozessor UIP16000 ass en Héichleeschtungshomogenisator fir d’Dispergéierung vun Zement a Beton
Mësche mat Ultraschall: homogen Dispergéierung vun Nanomaterialien an Zementleim
D’Ultraschallbehandlung ass e ganz effikasst Mëttel fir d’Mëschen, d’Dispergéierung an d’Deagglomeratioun. D’Bild hei drënner weist en typescht Resultat vun der Ultraschalldispergéierung vu pyrogenem Siliziumdioxid am Waasser.
Liest méi iwwer nanoverstäerkt Zementmörtele mat Hëllef vun Ultraschalldispergéierung!
Ausgoend vun enger Agglomeratpartikelgréisst vu méi wéi 200 Mikrometer (D50) (gréng Kéier) goufen déi meescht Partikelen op manner wéi 200 Nanometer verklengert.
Mësche mat Ultraschall op all Skala
Hielscher bitt Ultraschallmëschapparater fir den Asaz an der Fuerschung an an der Veraarbechtung am Produktiounsmoossstaf un.
Sonikatore fir Fuerschung an Entwécklung am Labo
D’Ultraschall-Laborhomogenisatore vun Hielscher sinn dat perfekt Mëschgeschier fir Fuerschung an Entwécklung am Labormoossstaf. D’Laborsonikatore vun Hielscher ginn typescherweis fir d’Mësche vu klenge Chargë mat Ultraschall benotzt. D’Ultraschallhomogenisatore vun Hielscher bidden eng präzis Kontroll vun de Parameteren an eng exzellent Reproduzéierbarkeet fir d’Virbereedung vun der Iwwerdroung op e méi grousse Moossstaf. Doduerch ass et einfach, verschidde Formuléierungen ze mëschen an den Afloss vun der Intensitéit an der Dauer vun der Ultraschallbehandlung ze bestëmmen.
Inline-Mësche mat Ultraschall an der Produktioun
D’Ultraschallmëschanlag, déi fir d’Iwwerdroung op e méi grousse Moossstaf néideg ass, kann op Basis vum Laborversuch genee bestëmmt ginn. Fir grouss Volumestréim vun Zement oder Bëtong ze verschaffen, ginn Héichleeschtungsultraschallapparater normalerweis am kontinuéierlechen Duerchflossbetrib mat Duerchflossreaktere bedriwwen. Dëst erméiglecht eng héichgläichméisseg Mëschung an eng feelerfräi Veraarbechtung vu Pasten a Schlämmen – och bei ganz héije Viskositéiten.
Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater, ofhängeg vum Chargevolume oder vum Duerchfloss, dee verschafft soll ginn:
| Chargevolume | Duerchfloss | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150L | 3 bis 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | méi grouss | Grupp vu UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Stellt eis Är Froen!
Literatur / Referenzen
- 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.
Inline-Mëschung vun Zement mat engem Sonikator
Hielscher Ultraschallmëscher ginn typescherweis inline installéiert. D’Material gëtt an den Ultraschallreakterbehälter gepompelt. Do gëtt et intensiver Ultraschallkavitatioun ausgesat. D’Inline-Beschallung verhënnert, datt Material laanscht d’Mëschkummer fléisst, well all Partikelen op engem definéierte Wee duerch d’Mëschkummer passéieren. Dofir verréckelt d’Ultraschallbehandlung typescherweis d’Partikelgréissteverdeelungskurv, amplaz se ze verbreederen.
Robust an einfach ze botzen
En Ultraschallmëschreakter besteet aus der Duerchflosszell an de Sonotroden. Et si keng Lagere néideg. Duerchflossreakteren aus Edelstol hunn einfach Geometrien a kënne liicht auserneegeholl a gebotzt ginn. Et gi keng kleng Ëffnungen oder verstoppt Ecken.
Aner Uwendunge vun Ultraschall fir Zement a Bëtong
Den Asaz vun Hielscher Ultraschallapparater bei der Preparatioun vun Zementer a Bëtongen ass net op d’Mëschen an d’Dispergéiere vun Zementvirmëschungen oder Bëtongen limitéiert. Ultraschall ass e ganz effikaasst Mëttel fir Flëssegkeeten a Schlämmer ze entgasen. Dëst reduzéiert d’Zuel an de Volume vun de Gasblosen, déi nom Aushäerten am Bëtong agespaart sinn.
Ultraschall-Siffrësler verbesseren den Duerchsaz an d’Qualitéit beim Siffe vu Puddere mat klenge Partikelen. Hielscher bitt Siffer un, déi duerch Ultraschall a Schwéngung versat ginn, fir Uwendungen am Laboratoire an an der Industrie.
Hannergrondinformatiounen iwwer Bëtong
Bëtong besteet aus Zement, z. B. Portlandzement, an aneren zementaartege Materialien, wéi Fluchäsch a Schlackenzement, Gesteenskäernung (Kisel, Kalleksteen, Granit, Sand), Waasser a cheemeschen Zousazmëttelen. Typesch Zousazmëttele sinn ënner anerem Beschleuneger oder Verzögerer, Plastifizéierer, Pigmenter, Silikastëbs oder Metakaolin mat héijer Reaktivitéit (HRM). Mikrosilika ass en typeschen Zousaz am Bëtong. Säin Nodeel ass säi relativ héije Präis an d’Kontaminatioun, déi d’Gesondheet vun de Bedreiwer an den Aarbechter beaflosst.