Ultraskaņas maisīšana augstas veiktspējas betonam

Silīcija dioksīda mikrodaļiņu un nanodaļiņu vai nanocaurulīšu izmantošana uzlabo augstas veiktspējas betona spiedes stiprību. Apstrāde ar ultraskaņu ir efektīvs paņēmiens nanomateriālu maisīšanai, slapināšanai un disperģēšanai cementā vai betonā.
 

Silīcija dioksīda mikrodaļiņas mūsdienās plaši izmanto betonā, iegūstot betonu ar lielāku spiedes stiprību vai izturību pret ūdeni un ķīmiskām vielām. Tas var samazināt materiālu izmaksas un enerģijas patēriņu. Jauni nanomateriāli, piemēram, silīcija dioksīda nanodaļiņas vai nanocaurulītes, vēl vairāk uzlabo izturību un stiprību. Taču, lai pilnībā izmantotu nanomateriālu potenciālu, ir nepieciešama uzticama un efektīva disperģēšanas tehnoloģija. Zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces ir visuzticamākais un iedarbīgākais paņēmiens nanodispersijas iegūšanai pat ļoti viskozās un pastveida suspensijās, piemēram, cementā un betonā.

Smalkdispersa cementa injekciju javas disperģēšana ar ultraskaņas maisītājiem

Draganović pētnieku grupas zinātniskajā rakstā autori pēta smalkdispersa cementa injekciju javas disperģēšanu, izmantojot ultraskaņas tehnoloģiju un parastos laboratorijas disperģēšanas maisītājus. Pētījuma mērķis ir salīdzināt ultraskaņas efektivitāti – šajā pētījumā konkrēti ultraskaņas apstrādes ierīces UP400St efektivitāti – ar tradicionālajām injekciju javas disperģēšanas metodēm.

Pētnieki veica virkni eksperimentu, izmantojot dažādas disperģēšanas tehnoloģijas, lai novērtētu smalkdispersā cementa daļiņu izmēru sadalījumu (PSD) un dzeta potenciālu. Disperģēšanas tehnoloģijas ietver apstrādi ar ultraskaņu, izmantojot ultraskaņas apstrādes ierīci UP400St, ātrgaitas laboratorijas disperģēšanas maisītājus un abu metožu kombināciju.

Rezultāti parādīja, ka disperģēšana ar ultraskaņu, izmantojot ultraskaņas apstrādes ierīci UP400St, nodrošināja ievērojami labāku daļiņu izmēru sadalījumu salīdzinājumā ar parastajiem laboratorijas disperģēšanas maisītājiem. Ultraskaņas apstrādes ierīce UP400St efektīvi samazina smalkdispersā cementa daļiņu aglomerāciju un rada viendabīgāku un stabilāku injekciju javas suspensiju. Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo mazāko daļiņu sadalījumu, tādējādi nodrošinot šaurāku daļiņu izmēru sadalījuma diapazonu.
 

Salīdzinātās disperģēšanas metodes: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 disperģēšanas maisītājs, kas aprīkots ar 90-mm disku un rotora–statora sistēmu. Hielscher UP400St ultraskaņas ierīce aprīkota ar H22 sonotrodi.
(Pētījums un attēli: ©Draganovic et al., 2020)

 
Turklāt ultraskaņas izmantošana kombinācijā ar parastajiem laboratorijas disperģēšanas maisītājiem vēl vairāk uzlabo disperģēšanas efektivitāti, nodrošinot vēl smalkāku daļiņu izmēru sadalījumu nekā tikai apstrāde ar ultraskaņu. Izmantojot abas metodes kopā, apstrāde ar ultraskaņu nodrošina mikromaisīšanu un nanodisperģēšanu, savukārt disperģēšanas maisītājs veicina makromaisīšanu, nodrošinot visu daļiņu nonākšanu ultraskaņas kavitācijas zonā. Tas ļauj labāk kontrolēt smalkdispersa cementa injekciju javas daļiņu izmēru sadalījumu (PSD) un dzeta potenciālu, veicot apstrādi partijās. Izmantojot plūsmas šūnas reaktoru, daļiņu suspensija automātiski šķērso intensīvās kavitācijas zonu, tāpēc papildu maisīšana nav nepieciešama.

Kopumā pētījums izceļ ultraskaņas apstrādes ierīces UP400St pārāko efektivitāti smalkdispersa cementa injekciju javas disperģēšanā. Apstrāde ar ultraskaņu, īpaši kombinācijā ar parastajiem laboratorijas disperģēšanas maisītājiem, piedāvā ļoti iedarbīgu un efektīvu metodi viendabīgas un stabilas smalkdispersā cementa daļiņu suspensijas iegūšanai.

Jāatzīmē, ka rakstā sniegts visaptverošs ultraskaņas un parasto disperģēšanas metožu salīdzinājums, izceļot apstrādes ar ultraskaņu pārāko efektivitāti injekciju javas disperģēšanā.
(sal. Draganović et al., 2020)
 

Ultraskaņas homogenizators UP400St tiek salīdzināts cementa injekciju javas disperģēšanas efektivitātes ziņā ar parastu laboratorijas maisītāju, kas aprīkots ar disku, un ar rotora–statora tehnoloģiju. Pētījums parādīja, ka disperģēšana ar ultraskaņu ir ne tikai efektīva metode, bet arī pārspēj maisītāju, kurā izmanto rotora–statora tehnoloģiju.
(pētījums un grafiks: © Draganović et al., 2020)

Betona pētniecība un izstrāde

Betona pētniecībā tiek meklēti materiāli un procesi, kas ļauj:

• samazināt materiālu un enerģijas izmaksas
• iegūt augstu sākotnējo un galīgo stiprību
• uzlabot blīvumu un spiedes stiprību
• uzlabot iestrādājamību, sūknējamību un virsmas apdares iespējas
• uzlabot ilgizturību un samazināt caurlaidību
• mazināt rukuma plaisu veidošanos, putēšanu un atslāņošanās problēmas
• nodrošināt ķīmisko izturību, piemēram, izturību pret sulfātiem

Cementa un betona sajaukšana

Uzlabojot betona īpašības, sajaukšanas tehnoloģija ir tikpat svarīga kā betona sastāvs. Sajaukšana ir būtisks posms viendabīga, augstas kvalitātes betona ražošanā. Lai gan daudzas vadlīnijas un normatīvi, piemēram, DIN EN 206, nosaka betona un tā sastāvdaļu sastāvu, pats cementa un betona sajaukšanas process ir atstāts lietotāja ziņā.
Izšķiroši svarīgi ir vienmērīgi disperģēt un sadalīt ūdeni, cementu un piedevas līdz pat smalkam mērogam un pietiekami disperģēt aglomerātus. Nepietiekama disperģēšana vai deaglomerācija pasliktina betona īpašības. Zemā ūdens satura un lielās piedevu devas dēļ pašblīvējošā betona (SCC) un īpaši augstas stiprības betona (UHPC) sajaukšanai nepieciešams ilgāks sajaukšanas laiks vai efektīvāka sajaukšanas tehnoloģija.
 
Uzziniet, kā lieljaudas ultraskaņa uzlabo un paātrina cementa pastu hidratāciju un stiprības veidošanos!
 

Nanomateriāli betonā

Cementa hidratācijas laikā cietējošajā betonā veidojas nanomēroga hidratācijas produkti, piemēram, kalcija hidrāti. Betonam sacietējot, silīcija dioksīda nanodaļiņas vai nanocaurulītes pārvēršas par cementa nanodaļiņām. Mazākas daļiņas samazina attālumu starp daļiņām un veido blīvāku, mazāk porainu materiālu. Tas palielina spiedes stiprību un samazina caurlaidību.

Tomēr būtisks nanomēroga pulveru un materiālu trūkums ir to tieksme veidot aglomerātus samitrināšanas un sajaukšanas laikā. Ja atsevišķās daļiņas nav labi disperģētas, aglomerācija samazina daļiņu atsegto virsmas laukumu, pasliktinot betona īpašības.

Sajaukšana ar ultraskaņu: nanomateriālu viendabīga disperģēšana cementa pastās

Apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti efektīvs paņēmiens sajaukšanai, disperģēšanai un deaglomerācijai. Tālāk redzamajā attēlā parādīts tipisks pirogēnā silīcija dioksīda disperģēšanas ar ultraskaņu rezultāts ūdenī.
Lasiet vairāk par cementa javām, kas pastiprinātas ar nanomateriāliem, izmantojot disperģēšanu ar ultraskaņu!

Sākot ar aglomerātu daļiņu izmēru, kas pārsniedza 200 mikronus (D50) (zaļā līkne), lielākās daļas daļiņu izmērs tika samazināts līdz mazāk nekā 200 nanometriem.

Sajaukšana ar ultraskaņu jebkurā mērogā

Hielscher piedāvā ultraskaņas sajaukšanas ierīces izmantošanai pētniecībā un pilna mēroga apstrādē.

Ultraskaņas apstrādes ierīces laboratorijas pētniecībai un izstrādei

Hielscher laboratorijas ultraskaņas homogenizatori ir ideāls sajaukšanas instruments pētniecībai un izstrādei laboratorijas mērogā. Hielscher laboratorijas ultraskaņas apstrādes ierīces parasti izmanto nelielu partiju sajaukšanai ar ultraskaņu. Hielscher ultraskaņas homogenizatori nodrošina precīzu parametru kontroli un izcilu reproducējamību, gatavojoties mēroga palielināšanai. Tas ļauj viegli sajaukt dažādas receptūras un noteikt ultraskaņas apstrādes intensitātes un ilguma ietekmi.

Sajaukšana ar ultraskaņu plūsmā ražošanā

Ražošanas mēroga palielināšanai nepieciešamo ultraskaņas maisīšanas aprīkojumu var precīzi noteikt, pamatojoties uz laboratorijas testu. Lielu cementa vai betona tilpuma plūsmu apstrādei augstas veiktspējas ultraskaņas ierīces parasti darbina nepārtrauktas plūsmas režīmā, izmantojot caurplūdes reaktorus. Tas nodrošina ļoti vienmērīgu maisīšanu un nevainojamu pastu un suspensiju apstrādi – pat ar ļoti augstu viskozitāti.

Tālāk sniegtā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas ierīču aptuveno apstrādes jaudu atkarībā no apstrādājamās partijas tilpuma vai plūsmas ātruma: