Cementa daļiņu deaglomerācija, izmantojot lieljaudas ultraskaņu
Zondes tipa sonikatorus bieži izmanto cementa daļiņu deaglomerācijai. Šī metode novērš nepieciešamību pēc malšanas ķermeņiem, vienkāršo procesu, padarot filtrēšanu un intensīvu tīrīšanu nevajadzīgu, un nodrošina efektīvu daļiņu izmēra samazināšanu. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu samazina nepieciešamību pēc disperģētājiem un ļauj izmantot kompaktākas, energoefektīvākas iekārtas, tādējādi tā ir ļoti izdevīgs risinājums cementa daļiņu disperģēšanai un deaglomerācijai.
Cementa daļiņu ultraskaņas deaglomerācijas priekšrocības
Cements ir viens no būtiskākajiem būvniecības materiāliem, ko plaši izmanto tā saistīšanas īpašību dēļ. Tomēr optimālu ekspluatācijas īpašību sasniegšanai nepieciešams vienmērīgs daļiņu sadalījums, jo aglomerētas daļiņas var nelabvēlīgi ietekmēt cementa īpašības. Ultraskaņas deaglomerācija ir kļuvusi par iedarbīgu metodi šīs problēmas risināšanai.
Rūpnieciskie sonikatori cementa daļiņu deaglomerācijai ar augstu ražību.
- Uzlabota daļiņu disperģēšana: Ultraskaņas deaglomerācija efektīvi disperģē cementa daļiņas, nodrošinot vienmērīgu daļiņu izmēru sadalījumu. Šis vienmērīgums ir būtisks, lai cementu saturošos materiālos panāktu nemainīgu stiprību un ilgizturību.
- Uzlabota hidratācija: Deaglomerēto daļiņu palielinātais virsmas laukums uzlabo hidratācijas procesu, nodrošinot labāku sasaisti un augstāku galaprodukta stiprību. Uzlabota hidratācija arī samazina nepilnīgu reakciju un vājo vietu rašanās risku cementa matricā.
- Uzlabota iestrādājamība: Labi disperģētas cementa daļiņas veido labāk iestrādājamu maisījumu, ko ir vieglāk samaisīt un ieliet un kura virsmu ir vieglāk apstrādāt. Šī uzlabotā iestrādājamība var saīsināt būvniecības laiku un samazināt darbaspēka izmaksas.
- Uzlabotas mehāniskās īpašības: Ultraskaņas deaglomerācija veicina blīvākas un viendabīgākas mikrostruktūras veidošanos cementa bāzes materiālos. Tā rezultātā uzlabojas mehāniskās īpašības, piemēram, spiedes un stiepes stiprība.
- Piedevu patēriņa samazināšana: Panākot labāku disperģēšanu ar ultraskaņas deaglomerāciju, var līdz minimumam samazināt nepieciešamību pēc ķīmiskiem disperģētājiem un citām piedevām. Tas ne tikai samazina izmaksas, bet arī mazina cementa ražošanas ietekmi uz vidi.
- Izmaksu efektivitāte: Neatkarīgi no sākotnējā ieguldījuma rūpnieciskas klases ultraskaņas iekārtā ilgtermiņa ieguvumi, ko sniedz uzlabota produkta kvalitāte, samazināts piedevu patēriņš un uzlabotas ekspluatācijas īpašības, padara to par izmaksu ziņā efektīvu risinājumu cementa rūpniecībai.
| Salīdzināmais aspekts | Cementa daļiņu malšana lodīšu dzirnavās | Cementa daļiņu ultraskaņas deaglomerācija |
|---|---|---|
| Metode | Izmanto tērauda vai silīcija dioksīda lodītes kā malšanas ķermeņus | Izmanto augstas intensitātes ultraskaņas viļņus, lai radītu akustisko kavitāciju un sonomehāniskus bīdes spēkus |
| Malšanas ķermeņu nomaiņa | Bieža tērauda vai silīcija dioksīda lodīšu nomaiņa | Nav malšanas ķermeņu, tādēļ nav arī to nomaiņas izmaksu |
| Filtrēšana pēc apstrādes | Nepieciešama malšanas ķermeņu atfiltrēšanai | Nav nepieciešama, tādējādi vienkāršojot procesu |
| Tīrīšanas prasības | Darba un laika ietilpīga malšanas ķermeņu un kameras tīrīšana | Minimāla tīrīšana, ultraskaņas zondes ir vieglāk uzturēt |
| Efektivitāte smalko daļiņu diapazonā | Neefektīva daļiņām 0 – 100 µm diapazonā, laikietilpīga | Ļoti efektīva smalkām daļiņām, tostarp 0 – 100 µm diapazonā |
| Nepieciešamība pēc disperģētāja | Nepieciešams liels disperģētāja daudzums | Mazāka nepieciešamība pēc disperģētājiem, pateicoties spēcīgai kavitācijai un bīdes spēkiem |
| Iekārtu raksturojums | Lielas, apjomīgas, enerģētiski neefektīvas, nepieciešama apjomīga apkope un tīrīšana | Kompaktas, energoefektīvas, nepieciešama mazāka apkope, vieglāk lietojamas un droši ekspluatējamas |
Gadījuma izpēte: īpaši smalka cementa injekcijas javas disperģēšana ar ultraskaņas maisītājiem
Draganović vadītā pētnieku grupa sniedz visaptverošu pētījumu par īpaši smalkgraudaina cementa injekcijas javas disperģēšanu ar ultraskaņas tehnoloģiju salīdzinājumā ar parastajiem laboratorijas disolveriem. Pētījumā īpaša uzmanība pievērsta ultraskaņas apstrādes ierīces UP400St veiktspējai salīdzinājumā ar tradicionālajām injekcijas javas disperģēšanas metodēm.
Pētnieki veica virkni eksperimentu, izmantojot dažādas disperģēšanas metodes, lai novērtētu īpaši smalkgraudaina cementa daļiņu izmēru sadalījumu (PSD) un dzeta potenciālu. Novērtētās metodes ietver apstrādi ar ultraskaņas apstrādes ierīci UP400St, ātrgaitas laboratorijas disolveru izmantošanu un abu metožu kombināciju.
Rezultāti liecina, ka disperģēšana ar ultraskaņas apstrādes ierīci UP400St ievērojami uzlabo daļiņu izmēru sadalījumu salīdzinājumā ar parastajiem laboratorijas disolveriem. Ultraskaņas apstrādes ierīce UP400St efektīvi samazina īpaši smalkgraudaina cementa daļiņu aglomerāciju, veidojot viendabīgāku un stabilāku injekcijas javas suspensiju. Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo mazāko daļiņu sadalījumu, tādējādi sašaurinot daļiņu izmēru sadalījuma diapazonu.
Ultraskaņas homogenizators UP400St tiek salīdzināts ar parastu laboratorijas maisītāju, kas aprīkots ar disku, un ar rotora un statora tehnoloģiju attiecībā uz cementa injekcijas javas disperģēšanas efektivitāti. Pētījums parādīja, ka disperģēšana ar ultraskaņu ir ne tikai efektīva metode, bet tā ir pat labāka par maisītāju, kurā izmanto rotora un statora tehnoloģiju.
(pētījums un grafiks: © Draganović et al., 2020)
Turklāt ultraskaņas kombinēšana ar parastajiem laboratorijas disolveriem uzlabo disperģēšanas efektivitāti, nodrošinot vēl smalkāku daļiņu izmēru sadalījumu nekā apstrāde tikai ar ultraskaņu. Šī kombinācija ļauj labāk kontrolēt īpaši smalkgraudaina cementa injekcijas javas PSD un dzeta potenciālu, veicot apstrādi partijās. Nepārtrauktas plūsmas sistēmās daļiņu suspensija automātiski izplūst caur intensīvas kavitācijas zonu, tāpēc papildu maisīšana nav nepieciešama.
Pētījums uzsver ultraskaņas apstrādes ierīces UP400St pārāko veiktspēju īpaši smalkgraudaina cementa injekcijas javas disperģēšanā. Apstrāde ar ultraskaņu, īpaši kombinācijā ar parastajiem laboratorijas disolveriem, piedāvā iedarbīgu un efektīvu metodi viendabīgas un stabilas īpaši smalkgraudaina cementa daļiņu suspensijas iegūšanai.
Šis pētījums sniedz detalizētu ultraskaņas un tradicionālo disperģēšanas metožu salīdzinājumu, izceļot apstrādes ar ultraskaņu pārāko iedarbīgumu injekcijas javas disperģēšanā.
(sal. Draganović et al., 2020)
Salīdzinātās disperģēšanas metodes: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 disolvers, kas aprīkots ar 90-mm disku, rotora un statora (R/S) sistēma un Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīce UP400St, kas aprīkota ar sonotrodi H22.
(pētījums un attēli: ©Draganovic et al., 2020)
Zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīce UP400ST īpaši smalkgraudaina cementa injekcijas javas disperģēšanai
(pētījums un attēls: ©Draganovic et al., 2020)
Ultraskaņas apstrādes ierīču lietojums cementa rūpniecībā
Lieljaudas ultraskaņas labvēlīgās iedarbības izmantošana cementa daļiņu un injekcijas javas deaglomerācijā paver daudzas lietojuma jomas cementa rūpniecībā, ļaujot uzlabot materiāla īpašības un galaprodukta kvalitāti.
- Cementa daļiņu slapjā malšana: Apstrāde ar zondes tipa ultraskaņas ierīci ir ļoti efektīva un energoefektīva cementa daļiņu malšanas metode. Lasiet vairāk par cementa slapjo malšanu ar ultraskaņu!
- Augstas veiktspējas betona ražošana: Zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces izmanto augstas veiktspējas betona ražošanai, nodrošinot smalku cementa daļiņu un papildu cementējošo materiālu, piemēram, vieglo pelnu un silīcija dioksīda mikropulvera, vienmērīgu disperģēšanu. Tādējādi iegūst betonu ar izcilākām mehāniskajām īpašībām un ilgizturību.
- Nanokompozītu izstrāde: Pētniecībā un izstrādē zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces atvieglo nanodaļiņu iestrādi cementa matricās, radot nanokompozītus ar uzlabotām īpašībām, piemēram, lielāku stiprību, sīkstumu un noturību pret vides izraisītu noārdīšanos.
- Piedevu iedarbības optimizēšana: Ultraskaņas deaglomerācija palīdz optimizēt ķīmisko piedevu, piemēram, superplastifikatoru un gaisu iesaistošo piedevu, iedarbību, nodrošinot to vienmērīgu sadalījumu cementa matricā. Tas uzlabo galaprodukta iestrādājamību un ekspluatācijas īpašības.
Augstas veiktspējas sonikatori cementa daļiņu disperģēšanai un deaglomerācijai
Ultraskaņas deaglomerācija, izmantojot zondes tipa sonikatorus, sniedz būtiskas priekšrocības cementa rūpniecībai. Uzlabojot daļiņu disperģēšanu, hidratāciju un iestrādājamību, šīs ierīces veicina augstas kvalitātes cementu saturošu materiālu ražošanu. Zondes tipa sonikatoru precīzā vadība, mērogojamība un daudzpusība padara tos par vērtīgiem instrumentiem gan pētniecībā, gan rūpnieciskos lietojumos, veicinot inovācijas un efektivitāti cementa ražošanā.
Hielscher Ultrasonic piegādā augstas veiktspējas sonikatorus ar jebkuru jaudas līmeni cementa daļiņu un cementa injekcijas javas apstrādei – no nelielām partijām pētniecībai un izstrādei līdz augstai ražībai rūpnieciskai cementa deaglomerācijai ražošanas mērogā.
- augsta efektivitāte
- vismodernākā tehnoloģija
- uzticamība un izturība
- regulējama, precīza procesa vadība
- apstrāde partijās un plūsmā
- jebkuram tilpumam
- vieda programmatūra
- viedas funkcijas (piemēram, programmējamība, datu reģistrēšana, attālināta vadība)
- vienkārša un droša lietošana
- neliela nepieciešamība pēc apkopes
- CIP (tīrīšana uz vietas)
Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte
Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir labi pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un konstrukcijas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes ierīces bez grūtībām integrēt rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.
Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar vismodernāko tehnoloģiju un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.
Tālāk sniegtā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 0,5 līdz 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200mL/min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 līdz 20L | 0,2 līdz 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lielāks | iekārtu grupa, ko veido UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Uzdodiet mums jautājumus!
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus sajaukšanai, disperģēšanai, emulģēšanai un ekstrakcijai laboratorijas, pilotiekārtu un rūpnieciskā mērogā.
Literatūra / Atsauces
- 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.
Noderīgi fakti
Kas ir cements?
Cements ir smalka, pulverveida viela, kas būvniecībā darbojas kā saistviela. Sajaucot ar ūdeni, tajā notiek ķīmiska reakcija, ko sauc par hidratāciju, un tas sacietē, veidojot cietu materiālu. Tas galvenokārt sastāv no kaļķakmens, māla, gliemežvākiem un silīcija dioksīda un ir būtiska betona, javas un citu būvmateriālu sastāvdaļa. Cementa spēja sacietēt un saistīt citus materiālus padara to neaizstājamu ēku, ceļu, tiltu un citas infrastruktūras būvniecībā. Visizplatītākais cementa veids ir portlandcements, ko plaši izmanto tā stiprības un daudzpusības dēļ.
Kāpēc cementa daļiņu deaglomerācija ir svarīga?
Cementa daļiņu deaglomerācija ir svarīga, jo tā nodrošina vienmērīgu daļiņu izmēru sadalījumu, kas uzlabo cementa bāzes materiālu īpašības un kvalitāti. Pareiza deaglomerācija uzlabo hidratācijas efektivitāti, nodrošinot stiprāku un ilgmūžīgāku betonu. Tā arī uzlabo cementa maisījumu iestrādājamību, atvieglojot to sajaukšanu, liešanu un virsmas apdari. Turklāt labi disperģētas daļiņas samazina vajadzību pēc ķīmiskajām piedevām, pazemina ražošanas izmaksas un samazina ietekmi uz vidi. Kopumā efektīva deaglomerācija ir izšķiroši svarīga optimālu mehānisko īpašību un ilgtermiņa izturības nodrošināšanai būvniecības projektos.
Kā tiek deaglomerētas cementa daļiņas?
Cementa daļiņas tiek deaglomerētas ar dažādām metodēm, un deaglomerācija ar ultraskaņu ir viena no efektīvākajām metodēm. Šajā procesā cementa suspensijā iegremdēta zonde izstaro augstfrekvences ultraskaņas viļņus. Šie viļņi rada intensīvus kavitācijas burbuļus, kas sabrūk ar lielu enerģiju, radot spēcīgus bīdes spēkus un triecienviļņus. Šie spēki sašķeļ cementa daļiņu aglomerātus, nodrošinot vienmērīgu dispersiju. Citas metodes ietver mehānisku maisīšanu, malšanu un disperģējošu vielu izmantošanu, taču deaglomerācijai ar ultraskaņu tiek dota priekšroka tās efektivitātes un spējas nodrošināt smalku daļiņu vienmērīgu sadalījumu dēļ.
Kāda nozīme ir ūdenim cementa apstrādē?
Ūdenim ir izšķiroša nozīme cementa apstrādē. Tas hidratē dažādus klinkera minerālus, tādējādi nodrošinot cementa pastai nepieciešamo plūstamību. Tomēr ūdens satura regulēšanā nepieciešams rūpīgs līdzsvars. Pārmērīgs ūdens daudzums var izraisīt tādas problēmas kā ūdens atdalīšanās no maisījuma un samazināta spiedes stiprība. Savukārt nepietiekams ūdens daudzums var pasliktināt iestrādājamību, apgrūtinot darbu ar cementa maisījumu un radot mazāk stiprus izstrādājumus.
Kā darbojas zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces?
Zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces ir īpaša ultraskaņas ierīču grupa, kas paredzēta daļiņu disperģēšanai un deaglomerācijai dažādās suspensijās, tostarp cementa suspensijās. Šajās ierīcēs tiek izmantota zonde jeb ultraskaņas rags, kas izstaro ultraskaņas viļņus tieši vidē, radot kavitācijas burbuļus, kuri sabrūk ar lielu enerģiju un izraisa daļiņu deaglomerāciju.
Zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces darbojas, ģenerējot ultraskaņas viļņus, kuru frekvence parasti ir diapazonā no 20 līdz 30kHz. Zonde, ko sauc arī par sonotrodi, ir no tādiem materiāliem kā titāns izgatavots stienis, ko iegremdē cementa suspensijā. Pēc aktivizēšanas zonde vibrē ultraskaņas frekvencēs, radot intensīvu akustisko kavitāciju. Šī kavitācija ietver mikroskopisku burbuļu veidošanos un strauju sabrukšanu suspensijā, kas rada spēcīgus bīdes spēkus un triecienviļņus. Šie spēki sašķeļ daļiņu aglomerātus un veicina vienmērīgu dispersiju.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas mēroga līdz rūpnieciskam mērogam.