Ultrasonic Mixing Fir High-Performance Beton
D'Benotzung vu Mikro- an Nanosilica oder Nanotubes féiert zu Verbesserungen an der Drockstäerkt vum High-Performance Beton. Ultrasonication ass en effektiv Mëttel fir d'Mëschung, Bewässerung an Dispergéierung vun Nanomaterialien am Zement oder Beton.
Mikro Silica gëtt haut vill am Beton benotzt, wat zu méi héijer Drockstäerkt oder Waasser- a chemesche resistente Beton féiert. Dat kann d'Materialkäschte an d'Energieverbrauch reduzéieren. Nei Nanomaterialien, wéi Nano Silica oder Nanotubes féieren zu weider Verbesserunge vun der Resistenz a Kraaft. Awer fir dat vollt Potenzial vun Nanomaterialien ze weisen, ass eng zouverlässeg an effizient Dispersiounstechnik erfuerderlech. Sonde-Typ Sonicatoren sinn déi zouverlässeg an efficacest Technik fir Nano-Dispersioun ze produzéieren, och an héich viskos a paste-ähnlech Schläim wéi Zement a Beton.
Microfine Cement Grout Dispersioun mat Ultraschallmixer
D'Fuerschungsteam vum Draganović präsentéiert Fuerschungsartikel, d'Autoren ënnersichen d'Dispersioun vu mikrofeinen Zementmuer mat Ultraschalltechnologie a konventionell Laboropléiser. D'Etude zielt d'Performance vum Ultraschall ze vergläichen – an der Etude speziell de sonicator UP400St – mat traditionelle Methode vun der Mëschung Dispersioun.
D'Fuerscher hunn eng Serie vun Experimenter mat verschiddene Dispersiounstechnike gemaach fir d'Partikelgréisstverdeelung (PSD) an d'Zetapotenzial vun de mikrofeinen Zementpartikelen ze evaluéieren. D'Dispersiounstechniken enthalen d'Ultraschallbehandlung mam UP400St Sonicator, High-Speed-Laboratoire-Opléiser, an d'Kombinatioun vu béide Methoden.
MultiSonoReactor MSR-4: Ultraschall Inline Dispersioun fir d'industriell Inline Produktioun vun High-Performance Zement a Beton.
D'Resultater weisen datt d'Ultraschalldispersioun mam Sonicator UP400St wesentlech besser Partikelgréisstverdeelung am Verglach mat konventionelle Laboropléiser erreecht huet. De Sonicator UP400St reduzéiert effektiv d'Agglomeratioun vu mikrofeinen Zementpartikelen a produzéiert eng méi homogen a stabil Miesssuspension. D'Ultraschallbehandlung verbessert d'Verdeelung vu méi klenge Partikelen, wat zu enger méi schmueler Partikelgréisst Verdeelungsberäich resultéiert.
Vergläicht Dispersiounsmethoden: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 Opléiser equipéiert mat enger 90 mm Scheif an engem Rotor-Stator System. Hielscher UP400St Ultraschallapparat equipéiert mat engem H22 sonotrode.
(Studie a Biller: ©Draganovic et al., 2020)
Zousätzlech verbessert d'Benotzung vun Ultraschall a Kombinatioun mat konventionelle Laboropléiser d'Dispersiounseffizienz weider, fir eng nach méi fein Partikelgréisst Verdeelung am Verglach mat der Ultraschallbehandlung eleng z'erreechen. Wann kombinéiert, suergt d'Sonication d'Mikro-Mëschung an d'Nano-Dispersioun, während den Opléiser zur Makro-Mëschung bäidréit, fir datt all Partikelen an d'Ultraschallkavitatiounszone suergen. Dëst erlaabt eng besser Kontroll iwwer d'Partikelgréisst Verdeelung (PSD) an Zeta Potential vun der microfine Zement grout am Batch Operatioun. Wann Dir e Flowzellreaktor benotzt, passéiert d'Partikelsuspension automatesch d'Kavitational Hotspot Zone, sou datt den zousätzleche Rühr iwwerflësseg ass.
Insgesamt beliicht d'Studie déi super Leeschtung vum Sonicator UP400St bei der Dispergéierung vun mikrofeinen Zementmout. D'Ultraschallbehandlung, besonnesch wann se mat konventionelle Laboropléiser kombinéiert ginn, bitt eng héich effizient an effizient Method fir eng eenheetlech a stabil Suspension vu mikrofeinen Zementpartikelen z'erreechen.
Et ass derwäert ze bemierken datt den Artikel e komplette Verglach tëscht Ultraschall a konventionell Dispersiounsmethoden ubitt, déi d'Superleistung vun der Sonikatioun an der Mëschungsdispersioun beliicht.
(cf. Draganović et al., 2020)
Den Ultraschallhomogenisator UP400St gëtt vergläicht iwwer d'Dispersiounseffizienz vun Zementmuer mat engem gewéinleche Labormixer ausgestatt mat enger Scheif, a benotzt d'Rotor-Stator Technik. D'Studie huet gewisen datt d'Ultraschalldispersioun net nëmmen eng effektiv Method ass, awer och besser ass wéi e Mixer mat der Rotor-Stator Technik.
(Studie a Grafik: © Draganović et al., 2020)
Beton Fuerschung an Entwécklung
Konkret Fuerschung sicht Materialien a Prozesser fir:
- reduzéieren Material Käschten an Energie Käschten
- kréien héich initial an final Resistenz
- verbesseren Dicht an compressive Kraaft
- verbesseren workability, pumpability an finishability
- d'Haltbarkeet verbesseren an d'Permeabilitéit reduzéieren
- reduzéieren Schrumpf Rëss, Stëbs an delamination Problemer
- chemesch Resistenz, zB Sulfatresistenz
Zement a Beton Mëschung
Wann et ëm Verbesserunge vun de Betoneigenschaften geet, ass d'Mëschungstechnologie sou wichteg wéi d'Betonkompositioun. Mëschung ass e wesentleche Schrëtt an der Produktioun vun eenheetlechen, héichqualitativen Beton. Och wa vill Richtlinnen a Reglementer, zB DIN EN 206 d'Zesummesetzung vum Beton a seng Komponenten ofdecken, ass den eigentleche Prozess vun der Zementmëschung a Betonmëschung dem Benotzer iwwerlooss.
Et ass entscheedend datt Waasser, Zement an Zousatzstoffer gläichméisseg verdeelt a bis op eng fein Skala verdeelt sinn an datt Agglomeraten genuch verspreet sinn. Net genuch Dispergéierung oder Deagglomeratioun féiert zu schlechte Betoneigenschaften. Wéinst dem gerénge Waassergehalt an der héijer Doséierung vun Zousatzstoffer erfuerdert d'Mëschung vu selbstverdichtend Beton (SCC) an Ultra High Stäerkt Beton (UHPC) eng méi laang Mëschzäit oder eng méi effektiv Mëschtechnologie.
Nanomaterialien am Beton
Wärend der Hydratatioun vun den Zement Nanoskala Hydratatiounsprodukter, wéi Kalziumhydraten, bilden am härtende Beton. Nano-Partikele vu Silica oder Nanotubes ginn an Nanopartikele vum Zement wärend der Verstäerkung vum Beton. Méi kleng Partikele féieren zu méi kuerzer Partikeldistanz an zu engem méi dichter a manner porösem Material. Dëst erhéicht d'Drockstäerkt a reduzéiert d'Permeabilitéit.
E groussen Nodeel vum Nanosize Pulver a Materialien ass awer d'Tendenz Agglomeraten ze bilden wärend der Befeuchtung a Vermëschung. Ausser déi eenzel Partikele gutt verspreet sinn, reduzéiert d'Agglomeratioun déi ausgesat Partikeloberfläche, déi zu schlechte Betoneigenschaften féiert.
Den Ultraschallprozessor UIP16000 ass en High-Performance Homogenisator fir d'Dispersioun vun Zement a Beton
Ultrasonic Mëschung vun Nanomaterialien
Ultrasonication ass e ganz efficace Mëttel fir d'Mëschung, Dispersioun an Deagglomeratioun. D'Bild hei drënner weist en typescht Resultat vun der Ultraschallverdeelung vu fuméiertem Silica am Waasser.
Start (gréng Curve) bei enger agglomeréierter Partikelgréisst vu méi wéi 200 Mikron (D50) goufen déi meescht Partikelen op manner wéi 200 Nanometer reduzéiert.
Ultrasonic Mëschung op all Skala
Hielscher bitt Ultraschallmëschungsapparater fir ze benotzen an der Fuerschung a voller Skala Veraarbechtung.
Sonicators fir Laboratoire Fuerschung an Entwécklung
Hielscher Ultraschall Laboratoire Homogenisatoren sinn dat perfekt Mëschungsinstrument fir Fuerschung an Entwécklung op Labo Skala. Hielscher Labo Sonicators ginn typesch fir d'Ultraschallmëschung vu klenge Chargen benotzt. Hielscher Ultraschallhomogenisatoren bidden eng präzis Parameterkontrolle an eng exzellente Reproduzibilitéit fir d'Virbereedung vun der Skala erop. Dëst mécht et einfach verschidde Formuléierungen ze mëschen an den Impakt vun der Ultraschallintensitéit an der Dauer vun der Sonikatioun ze bestëmmen.
Ultraschall Inline Mëschung an der Produktioun
D'Ultraschallvermëschungsausrüstung, déi néideg ass fir d'Skala eropzesetzen, ka genee op Basis vum Labortest bestëmmt ginn. Fir d'Veraarbechtung vu grousse Volumenstroum vu Zement oder Beton, High-Performance Ultraschaller ginn normalerweis am kontinuéierleche Flow-Modus mat Flow-Through-Reaktoren operéiert. Dëst erlaabt eng héich uniform Vermëschung an déi flawless Veraarbechtung vu Paste a Schläim – och mat ganz héijer Viskositéiten.
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller ofhängeg vum Batchvolumen oder de Flowrate fir ze veraarbecht:
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500 ml | 10 bis 200 ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 l | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
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 vum Zement mat engem Sonicator
Hielscher Ultraschallmixer ginn typesch an der Linn installéiert. D'Material gëtt an d'Ultraschallreaktorbehälter gepompelt. Do ass et un intensiv Ultraschallkavitatioun ausgesat. Inline Sonication eliminéiert Bypass wéi all Partikel d'Mëschkammer passéieren no engem definéierte Wee. Dofir verännert d'Ultraschall normalerweis d'Partikelgréisst Verdeelungskurve anstatt se ze vergréisseren.
Robust an einfach ze botzen
En Ultraschallmixreaktor besteet aus der Flowzelle an de Sonotroden. Keng Lager sinn néideg. Flowzellreaktoren (Edelstahl) hunn einfache Geometrien a kënnen einfach demontéiert a gebotzt ginn. Et gi keng kleng Oueren oder verstoppt Ecker.
Aner Uwendungen vun Ultraschall fir Zement a Beton
D'Benotzung vun Hielscher Ultraschall-Geräter bei der Virbereedung vun Zement a Beton ass net limitéiert op d'Mëschung an d'Dispergéierung vun Zementpremixen oder Beton. Ultraschall ass e ganz efficace Mëttel fir d'Entgasung vu Flëssegkeeten a Schlëmmeren. Dëst reduzéiert d'Zuel an d'Volumen vun de Gasblasen, déi am Beton agefaange sinn no der Härtung.
Ultraschall Sief Shakers verbesseren den Duerchgang an d'Qualitéit vum Pulversieft fir kleng Partikelen. Hielscher bitt ultraschall agitéiert Séi fir Labo an industriell Uwendungen.
Konkret Hannergrond Informatiounen
Beton besteet aus Zement, zB Portland-Zement an aner Zementmaterialien, wéi Fligerasche a Schlackzement, Aggregat (Kies, Kalksteen, Granit, Sand), Waasser a chemesch Zousatzstoffer. Typesch Zousatzstoffer enthalen Beschleuniger oder Retarder, Plastifizéierer, Pigmenter, Silicadamp oder High Reactivity Metakaolin (HRM). Mikro Silica ass eng typesch Zousatz am Beton. Säin Nodeel ass seng relativ héich Käschte a Kontaminatioun déi d'Gesondheet vun de Betreiber an den Aarbechter beaflossen.