Betonam paredzētas cementa pastas maisīšana ar ultraskaņu
Cementa pastas maisīšana ar ultraskaņu sniedz lielas priekšrocības saliekamo betona izstrādājumu formēšanā, sausā betona formēšanā un betona ražotnēs. Šīs priekšrocības ietver īsāku saistīšanās sākuma un beigu laiku, mazāku superplastifikatora devu, ātrāku un pilnīgāku hidratāciju, kā arī lielāku spiedes stiprību.
Tradicionālās betona maisīšanas tehnoloģijas, piemēram, maisīšana pārvadāšanas laikā vai rotējošie maisītāji, nenodrošina pietiekamu maisīšanas iedarbību, lai disperģētu cementa daļiņu un citu cementējošo materiālu, piemēram, vieglo pelnu vai silīcija dioksīda, aglomerātus. Lai gan šādu aglomerātu ārējās daļiņas saskaras ar ūdeni, iekšējo daļiņu virsmas paliek sausas. Tas izraisa lēnu un nepilnīgu hidratāciju.
Ultraskaņas maisīšanas tehnoloģijas priekšrocības betonam
Disperģēšana ar ultraskaņu ir visprogresīvākā tehnoloģija mikrometru un nanometru izmēra materiālu deaglomerēšanai un disperģēšanai šķidrumos. Maisīšanā ar ultraskaņu tiek izmantoti kavitācijas radīti bīdes spēki, kas smalku materiālu maisīšanā ir efektīvāki nekā parastie rotējošie maisītāji un rotora–statora maisītāji. Disperģēšana ar ultraskaņu ievērojami uzlabo cementa, silīcija dioksīda, vieglo pelnu, pigmentu vai oglekļa nanocaurulīšu (CNT) īpašības, jo tā uzlabo daļiņu sadalījumu un saskari ar ūdeni.
Hidratācijas – cementa reakcijas ar ūdeni – laikā C‑S‑H fāzes veido adatveida struktūras. Tālāk redzamajos attēlos parādīta cementa pastas mikrostruktūra pēc 5 stundu hidratācijas. Ar ultraskaņu apstrādātajā cementa pastā C‑S‑H fāzes ir gandrīz 500nm garas, savukārt ar ultraskaņu neapstrādātajā pastā C‑S‑H fāzes ir aptuveni 100nm garas.
Ultraskaņas apstrādes iekārta UIP16000hdT būvmateriālu, piemēram, cementa, ģeopolimēru vai betona, disperģēšanai.
|
ar apstrādi ar ultraskaņu
|
bez apstrādes ar ultraskaņu
|
|---|---|
 |
 |
| Portlandcementa pasta (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Veimāras Bauhaus universitāte | |
Maisīšana, izmantojot ultraskaņas izraisītu kavitāciju, nodrošina ātrāku C‑S‑H fāžu augšanu.
Hidratācijas temperatūra
Lieljaudas ultraskaņas apstrādes (PUS) ietekme uz cementa pastu temperatūras izmaiņu līknēm laikā
Spiedes stiprība
Lieljaudas ultraskaņas apstrādes (PUS) ietekme uz javas prizmu spiedes stiprību
Ultraskaņas impulsa izplatīšanās ātrums
Lieljaudas ultraskaņas apstrādes (PUS) ietekme uz ultraskaņas impulsa izplatīšanās ātrumu cementa pastās hidratācijas laikā
C‑S‑H fāžu augšana korelē ar temperatūru cementa pastā hidratācijas laikā (noklikšķiniet uz grafika labajā pusē). Ar ultraskaņu sajauktā cementa pastā hidratācija sākas aptuveni vienu stundu agrāk. Agrāka hidratācija korelē ar agrāku spiedes stiprības pieaugumu. Paātrinātu hidratāciju var izmērīt arī pēc ultraskaņas impulsa izplatīšanās ātruma.
Plūsmā darbināms ultraskaņas maisītājs (UIP1000hdT) rūpnieciskai cementa maisīšanai nepārtrauktas caurplūdes režīmā.
Īpaši saliekamo betona izstrādājumu ražošanā un sausā betona formēšanā tas ievērojami saīsina laiku līdz brīdim, kad ieformēto betonu var izņemt no veidnes. Bauhaus universitātes (Vācija) pētījumos konstatēts šāds saistīšanās laiku samazinājums.
| Kontrolparaugs | Starpība | Lieljaudas ultraskaņa | |
|---|---|---|---|
| Saistīšanās sākums | 5 h 15 min | -29% | 3 h 45 min |
| Saistīšanās beigas | 6 h 45 min | -33% | 4 h 30 min |
| Konusa nosēdums | 122 mm (4,8″) | +30% | 158 mm (6,2″) |
Vēl viena interesanta maisīšanas ar ultraskaņu priekšrocība ir tās ietekme uz plūstamību. Kā redzams iepriekšējā tabulā, konusa nosēdums palielinās aptuveni par 30%. Tas ļauj samazināt superplastifikatoru devu.
Ultraskaņas maisītāju integrēšana cementa ražošanas procesā
Hielscher piedāvā ultraskaņas maisītājus efektīvai cementa, silīcija dioksīda, vieglo pelnu, pigmentu vai oglekļa nanocaurulīšu (CNT) disperģēšanai. Vispirms jebkurš sausais materiāls iepriekš jāsamaisa ar ūdeni, lai izveidotu pastu ar augstu koncentrāciju, kuru tomēr var sūknēt. Hielscher ultraskaņas maisītājs deaglomerē un disperģē daļiņas, izmantojot kavitācijas radīto bīdi. Tādējādi katras daļiņas visa virsma pilnībā nonāk saskarē ar ūdeni.
Cementa pastas apstrāde ar ultraskaņu
Cementa pastas gadījumā hidratācija sākas pēc apstrādes ar ultraskaņu. Tādēļ Hielscher ultraskaņas maisītājs jāizmanto plūsmā, jo cementa pastu nevar ilgstoši uzglabāt. Tālāk redzamajā shēmā attēlots šis process. Nākamajā posmā pievieno pildvielu, piemēram, smiltis vai granti, un sajauc to ar cementa pastu. Tā kā šajā posmā cementa daļiņas jau ir labi disperģētas, cementa pasta labi sajaucas ar pildvielu. Pēc tam betons ir gatavs iepildīšanai saliekamo izstrādājumu veidnēs vai transportēšanai. Līdzās ultraskaņas maisītājam var izmantot breikapa tvertni, lai nodrošinātu nepārtrauktāku apstrādi nevienmērīga betona pieprasījuma gadījumā.
Lasiet vairāk par cementa daļiņu deaglomerēšanu ar ultraskaņu!
Silīcija dioksīda, vieglo pelnu un nanomateriālu disperģēšana ar ultraskaņu
Silīcija dioksīda, vieglo pelnu, pigmentu vai citu nanomateriālu, piemēram, oglekļa nanocaurulīšu, disperģēšanai nepieciešama cita apstrādes intensitāte un citi enerģijas līmeņi. Tādēļ mēs iesakām izmantot atsevišķu ultraskaņas maisītāju, lai pagatavotu labi disperģētu suspensiju vai pastu, ko pēc tam pievieno betona maisījumam. Noklikšķiniet uz iepriekš redzamā attēla, lai skatītu šī procesa shēmu.
Mēroga palielināšanai nepieciešamo ultraskaņas maisīšanas aprīkojumu var precīzi noteikt, veicot izmēģinājumus pilotmērogā ar UIP1000hdT – jaudīgu pilotmēroga ultraskaņas apstrādes iekārtu ar 1 000 vatu jaudu. Tālāk redzamajā tabulā sniegti vispārīgi iekārtu ieteikumi atkarībā no apstrādājamās cementa pastas partijas tilpuma vai plūsmas ātruma.
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās iekārtas |
|---|---|---|
| 0,1 līdz 10L | 0,2 līdz 2L/min | UIP1000hdT, UIP1500hdT |
| 10 līdz 50L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| nav piemērojams | 10 līdz 50L/min | UIP16000 |
| nav piemērojams | lielāks | iekārtu grupa: UIP16000 |
Ar ultraskaņas maisīšanas jaudu līdz 16kW uz vienu ultraskaņas zondi Hielscher piedāvā lielu apjomu apstrādei nepieciešamo jaudu. Šo tehnoloģiju ir viegli pārbaudīt, un tās mērogu var palielināt lineāri.
Zondes tipa ultraskaņas apstrādes iekārta UP400ST mikrosmalka cementa injekciju javas disperģēšanai
(Pētījums un attēls: ©Draganovic et al., 2020)
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
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.
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2022): Ultrasonic dispersion of hard dispersed ultrafine milled cement-based grout for water sealing of fractured hard rock. Construction and Building Materials, Volume 317, 2022.
- 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.
- 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.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas līdz rūpnieciskam mērogam.