Deagglomeratie van cementdeeltjes met krachtige ultrasoontechnologie
Ultrasone deagglomeratie met behulp van sonicators van het probe-type biedt een superieur alternatief door deze problemen op te lossen. Deze methode maakt maalmedia overbodig, vereenvoudigt het proces doordat filtratie na het proces en intensieve reiniging overbodig zijn en zorgt voor een efficiënte deeltjesgrootteverlaging in het fijne deeltjesbereik. Bovendien vermindert het de afhankelijkheid van dispergeermiddelen en maakt het gebruik van compactere, energiezuinigere apparatuur, waardoor het een zeer voordelige oplossing is voor het dispergeren en deagglomereren van cementdeeltjes.
De voordelen van ultrasone deagglomeratie van cementdeeltjes
Cement is een van de meest essentiële materialen in de bouw en wordt veel gebruikt vanwege zijn bindende eigenschappen. Voor optimale prestaties is echter een uniforme deeltjesverdeling nodig, omdat samengeklonterde deeltjes de cementprestaties negatief kunnen beïnvloeden. Ultrasone deagglomeratie is een krachtige techniek gebleken om deze uitdaging aan te gaan.
Industriële sonicators voor deagglomeratie van cementdeeltjes met hoge verwerkingscapaciteit.
- Verbeterde deeltjesverspreiding: Ultrasone deagglomeratie dispergeert cementdeeltjes effectief, waardoor een uniforme deeltjesgrootteverdeling ontstaat. Deze uniformiteit is cruciaal voor het bereiken van consistente sterkte en duurzaamheid in cementgebonden materialen.
- Verbeterde hydratatie: Het grotere oppervlak van gedesagglomereerde deeltjes verbetert het hydratatieproces, wat leidt tot een betere hechting en een hogere sterkte in het eindproduct. Verbeterde hydratatie vermindert ook het risico op onvolledige reacties en zwakke plekken in de cementmatrix.
- Verhoogde werkbaarheid: Goed verspreide cementdeeltjes resulteren in een beter verwerkbaar mengsel, waardoor het gemakkelijker te mengen, te gieten en af te werken is. Deze verbeterde verwerkbaarheid kan leiden tot snellere bouwtijden en lagere arbeidskosten.
- Verbeterde mechanische eigenschappen: Ultrasone deagglomeratie draagt bij tot de ontwikkeling van een dichtere en meer homogene microstructuur in cementgebaseerde materialen. Dit resulteert in verbeterde mechanische eigenschappen zoals druk- en treksterkte.
- Minder gebruik van additieven: Door een betere dispersie te bereiken via ultrasone deagglomeratie kan de behoefte aan chemische dispergeermiddelen en andere additieven geminimaliseerd worden. Dit verlaagt niet alleen de kosten, maar ook de milieueffecten van cementproductie.
- Kosteneffectiviteit: Ongeacht de initiële investering in een industriële ultrasone machine, maken de langetermijnvoordelen van verbeterde productkwaliteit, minder gebruik van additieven en verbeterde prestaties het een kosteneffectieve oplossing voor de cementindustrie.
| Vergelijkend aspect | Kogel malen voor cementdeeltjes | Ultrasone deagglomeratie voor cementdeeltjes |
|---|---|---|
| Methode | Gebruikt stalen of silicakogels als maalmedia | Gebruikt ultrasone golven met hoge intensiteit om akoestische cavitatie en sonomechanische schuifkrachten te creëren |
| Vervanging van slijpmiddelen | Frequente vervanging van stalen of silicakogels | Geen maalmedia, dus geen vervangingskosten |
| Filtratie na het proces | Vereist om maalmedia uit te filteren | Niet nodig, vereenvoudigt het proces |
| Schoonmaakvereisten | Arbeidsintensieve en tijdrovende reiniging van maalmedia en kamer | Minimale reiniging, ultrasone sondes zijn gemakkelijker te onderhouden |
| Efficiëntie in het bereik van fijne deeltjes | Inefficiënt voor deeltjes in de 0 – 100 µm bereik, tijdrovend | Zeer effectief voor fijne deeltjes, inclusief de 0 – 100 µm bereik |
| Vereiste dispergeermiddel | Grote hoeveelheid dispergeermiddel nodig | Minder dispergeermiddelen nodig dankzij krachtige cavitatie en schuifkrachten |
| Apparatuur Kenmerken | Groot, omvangrijk, energie-inefficiënt, vereist uitgebreid onderhoud en reiniging | Compact, energiezuinig, minder onderhoud, gemakkelijker te hanteren en veilig te bedienen |
Casestudie: Microfijne dispersie van cementmortel met ultrasone mengers
Het onderzoeksteam onder leiding van Draganović presenteert een uitgebreid onderzoek naar de dispersie van microfijne cementmortel met behulp van ultrasone technologie in vergelijking met conventionele laboratoriumoplossers. Het onderzoek richt zich specifiek op de prestaties van de sonicator UP400St in vergelijking met traditionele methoden voor het verspreiden van mortel.
De onderzoekers voerden een reeks experimenten uit waarbij verschillende dispersietechnieken werden gebruikt om de deeltjesgrootteverdeling (PSD) en zetapotentiaal van microfijne cementdeeltjes te beoordelen. De geëvalueerde technieken omvatten ultrasone behandeling met de UP400St sonicator, snelle laboratoriumoplossers en een combinatie van beide methoden.
De bevindingen tonen aan dat ultrasone dispersie met de UP400St sonicator de deeltjesgrootteverdeling aanzienlijk verbetert in vergelijking met conventionele laboratoriumoplossers. De sonicator UP400St vermindert effectief de samenklontering van microfijne cementdeeltjes, waardoor een homogenere en stabielere mortelsuspensie ontstaat. Ultrasone behandeling verbetert de verdeling van kleinere deeltjes, wat resulteert in een smallere deeltjesgrootteverdeling.
De ultrasone homogenisator UP400St is wat betreft dispersie-efficiëntie van cementmortel vergeleken met een gewone laboratoriummenger uitgerust met een schijf en met behulp van de rotor-statortechniek. Het onderzoek toonde aan dat ultrasone dispersie niet alleen een effectieve methode is, maar zelfs beter dan een mixer met de rotor-statortechniek.
(studie en grafiek: © Draganović et al., 2020)
Bovendien verbetert de combinatie van ultrageluid met conventionele laboratoriumoplossers de dispersie-efficiëntie, waardoor een nog fijnere deeltjesgrootteverdeling wordt bereikt dan bij behandeling met ultrageluid alleen. Deze combinatie maakt een betere controle mogelijk over de PSD en zetapotentiaal van microfijne cementmortel in batchprocessen. In systemen met continue stroming passeert de deeltjessuspensie automatisch de cavitatie hotspotzone, waardoor extra roeren overbodig wordt.
Het onderzoek onderstreept de superieure prestaties van de sonicator UP400St bij het dispergeren van microfijne cementmortel. Ultrasone behandeling, vooral in combinatie met conventionele laboratoriumoplossers, biedt een effectieve en efficiënte methode voor het bereiken van een uniforme en stabiele suspensie van microfijne cementdeeltjes.
Dit onderzoek biedt een gedetailleerde vergelijking tussen ultrasone en conventionele dispersiemethoden, waarbij de superieure doeltreffendheid van sonicatie bij het dispergeren van specie wordt benadrukt.
(vgl. Draganović et al., 2020)
Vergeleken dispergeermethoden: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dissolver uitgerust met een 90 mm schijf en een rotor-stator (R/S) systeem. Hielscher UP400St sonicator uitgerust met een H22 sonotrode.<br/>(Study and pictures: ©Draganovic et al., 2020)
Sonde sonicator UP400ST voor microfijne cementmortel dispersie
(Studie en afbeelding: ©Draganovic et al., 2020)
Toepassingen van Sonicators in de cementindustrie
Door gebruik te maken van de gunstige effecten van ultrageluid met een hoog vermogen bij de deagglomeratie van cementdeeltjes en specie, worden talloze toepassingsgebieden geopend in de cementindustrie, waardoor de materiaaleigenschappen en de kwaliteit van het eindproduct kunnen worden verbeterd.
- Nat malen van cementdeeltjes: Sonicatie met een sonde is een zeer effectieve en energiezuinige methode om cementdeeltjes te malen. Lees meer over ultrasoon natfrezen van cement!
- Productie van beton met hoge prestaties: Sonicators van het sonde-type worden gebruikt om beton met hoge prestaties te produceren door te zorgen voor een gelijkmatige dispersie van fijne cementdeeltjes en aanvullende cementgebonden materialen zoals vliegas en silica fume. Dit leidt tot beton met superieure mechanische eigenschappen en duurzaamheid.
- Ontwikkeling van nanocomposieten: In onderzoek en ontwikkeling vergemakkelijken sonische sondes de opname van nanodeeltjes in cementmatrices, waardoor nanocomposieten ontstaan met verbeterde eigenschappen zoals verhoogde sterkte, taaiheid en weerstand tegen milieuaantasting.
- Optimalisatie van additieve prestaties: Ultrasone deagglomeratie helpt bij het optimaliseren van de prestaties van chemische additieven, zoals superweekmakers en luchtafvoerende middelen, door te zorgen voor een gelijkmatige verdeling in de cementmatrix. Dit leidt tot verbeterde verwerkbaarheid en prestaties van het eindproduct.
Krachtige Sonicators voor dispergeren en deagglomereren van cementdeeltjes
Ultrasone deagglomeratie met behulp van sonische sondetoestellen biedt aanzienlijke voordelen voor de cementindustrie. Door de deeltjesdispersie te verbeteren, de hydratatie te verbeteren en de verwerkbaarheid te verhogen, dragen deze apparaten bij aan de productie van cementachtige materialen van hoge kwaliteit. De nauwkeurige regeling, schaalbaarheid en veelzijdigheid van sonicators van het probe-type maken ze tot waardevolle instrumenten voor zowel onderzoek als industriële toepassingen, en zorgen voor innovatie en efficiëntie in de cementproductie.
Hielscher Ultrasonic levert krachtige sonicators op elk vermogensniveau voor het verwerken van cementdeeltjes en cementspecie, van kleinere partijen voor onderzoek en ontwikkeling tot hoge verwerkingscapaciteiten voor industriële cementdeagglomeratie op productieschaal.
- hoog rendement
- ultramoderne technologie
- betrouwbaarheid & robuustheid
- instelbare, nauwkeurige procesregeling
- batch & inline
- voor elk volume
- intelligente software
- slimme functies (bijv. programmeerbaar, dataprotocollering, afstandsbediening)
- eenvoudig en veilig te bedienen
- gering onderhoud
- CIP (clean-in-place)
Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany
Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.
Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0.5 tot 1.5mL | n.v.t. | VialTweeter |
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 tot 150 liter | 3 tot 15 l/min | UIP6000hdT |
| 15 tot 150 liter | 3 tot 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispergeren, emulgeren en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Wat is cement?
Cement is een fijne, poederachtige substantie die fungeert als bindmiddel in de bouw. Wanneer het gemengd wordt met water, ondergaat het een chemische reactie die hydratatie heet en verhardt tot een vast materiaal. Het bestaat voornamelijk uit kalksteen, klei, schelpen en silica en is een belangrijk ingrediënt in beton, mortel en andere bouwmaterialen. Het vermogen van cement om uit te harden en andere materialen te binden maakt het essentieel voor de bouw van gebouwen, wegen, bruggen en andere infrastructuur. Het meest voorkomende type cement is portlandcement, dat veel gebruikt wordt vanwege zijn sterkte en veelzijdigheid.
Waarom is de deagglomeratie van cementdeeltjes belangrijk?
De deagglomeratie van cementdeeltjes is belangrijk omdat het zorgt voor een uniforme deeltjesgrootteverdeling, wat de prestaties en kwaliteit van cementgebaseerde materialen verbetert. Een goede deagglomeratie verbetert de hydratatie-efficiëntie, wat leidt tot sterker en duurzamer beton. Het verbetert ook de verwerkbaarheid van cementmengsels, waardoor ze gemakkelijker te mengen, te gieten en af te werken zijn. Goed gedispergeerde deeltjes verminderen bovendien de behoefte aan chemische additieven, verlagen de productiekosten en minimaliseren de impact op het milieu. In het algemeen is effectieve deagglomeratie cruciaal voor het bereiken van optimale mechanische eigenschappen en duurzaamheid op lange termijn in bouwprojecten.
Hoe worden cementdeeltjes gedeagglomereerd?
Cementdeeltjes worden op verschillende manieren gedeagglomereerd, waarbij ultrasone deagglomeratie een van de meest effectieve technieken is. Bij dit proces worden ultrasone golven met een hoge frequentie uitgezonden door een sonde die in de cementspecie is ondergedompeld. Deze golven creëren intense cavitatiebellen die met hoge energie in elkaar klappen, waardoor krachtige schuifkrachten en schokgolven ontstaan. Deze krachten breken de geagglomereerde cementdeeltjes uit elkaar en zorgen voor een uniforme dispersie. Andere methoden zijn mechanisch mengen, malen en het gebruik van dispergeermiddelen, maar ultrasone deagglomeratie geniet de voorkeur vanwege de efficiëntie en het vermogen om een fijne, consistente deeltjesverdeling te bereiken.
Welke rol speelt water in cementverwerking?
Water speelt een centrale rol in de cementverwerking. Het hydrateert verschillende mineralen in de klinker, waardoor de cementpasta de nodige vloeibaarheid krijgt. Het beheren van het watergehalte is echter een delicaat evenwicht. Te veel water kan leiden tot problemen zoals uitbloeden (waarbij water zich afscheidt van het mengsel) en verminderde druksterkte. Omgekeerd kan te weinig water de verwerkbaarheid verminderen, waardoor het cementmengsel moeilijk te verwerken is en de producten zwakker worden.
Hoe werken sonicatoren van het sonde-type?
Sonicatoren van het sonde-type zijn een specifieke klasse ultrasone apparaten ontworpen voor het dispergeren en deagglomereren van deeltjes in verschillende suspensies, waaronder cement. Deze apparaten maken gebruik van een sonde of hoorn die ultrasone golven rechtstreeks in het medium uitzendt, waardoor cavitatiebellen ontstaan die met hoge energie imploderen, wat leidt tot de deagglomeratie van de deeltjes.
Sonicators van het sonde-type genereren ultrasone golven in het bereik van 20 tot 30 kHz. De sonde, ook wel sonotrode genoemd, is een staaf gemaakt van materialen zoals titanium die in de cementspecie wordt ondergedompeld. Wanneer de sonde wordt geactiveerd, trilt deze op ultrasone frequenties, waardoor intense akoestische cavitatie ontstaat. Deze cavitatie zorgt voor de vorming en het gewelddadig uiteenvallen van microscopische belletjes in de slurry, waardoor krachtige schuifkrachten en schokgolven worden opgewekt. Deze krachten breken samengeklonterde deeltjes af en bevorderen een uniforme dispersie.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.