Ultrasoon mengen van cementdeeg voor beton

Het ultrasoon mengen van cementpasta biedt grote voordelen voor prefab-, droog- en betoncentrales. Deze voordelen zijn onder andere kortere begin- en eindzettijden, een lagere dosering van superplastic, snellere en volledigere hydratatie en een hogere druksterkte.

Traditionele betonmengtechnologieën, zoals “mengen op de weg” of roterende mengers bieden onvoldoende mengkracht om agglomeraten van cementdeeltjes en andere cementgebonden materialen, zoals vliegas of silica, te dispergeren. Terwijl de buitenste deeltjes van dergelijke agglomeraten worden blootgesteld aan water, blijven de binnenste deeltjes droog. Dit resulteert in een langzame en onvolledige hydratatie.

Voordelen van ultrasone mengtechnologie voor beton

Ultrasoon dispergeren is de meest geavanceerde technologie voor het deagglomereren en dispergeren van micron- en nanomaterialen in vloeistoffen. Ultrasoon mengen maakt gebruik van cavitatieschuifkrachten die effectiever zijn in het mengen van materialen met fijne afmetingen dan conventionele roterende mixers en rotor-stator mixers. Voor cement, silica, vliegas, pigmenten of CNT's worden de prestaties van deze materialen aanzienlijk verbeterd door ultrasoon dispergeren, omdat het de deeltjesverdeling en het contact met water verbetert.

Tijdens de hydratatie - de reactie van cement met water - groeien naaldachtige structuren. De foto's hieronder tonen de microstructuur in cementpasta na 5 uur hydratatie. In de ultrasoon behandelde cementpasta zijn de C-S-H-fasen bijna 500 nm lang, terwijl in de niet-gesondeerde pasta de C-S-H-fasen ongeveer 100 nm zijn.

Microstructuur van cementpasta na 5 uur hydratatietijd

met ultrasone verwerking	zonder ultrasone behandeling
Portlandcementpasta (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Bauhaus Universiteit Weimar

 
Mengen door ultrasoon geïnduceerde cavitatie leidt tot snellere groei van C-S-H-fasen.

 
Hydratatietemperatuur

Invloed van krachtige ultrasoonbehandeling (PUS) op tijd-temperatuurkrommen van cementpasta's

 
Druksterkte

Invloed van ultrasone trillingen (PUS) op de druksterkte van mortelprisma's

 
Ultrasone puls snelheid

Invloed van Power Ultrasonication (PUS) op de ultrasone pulssnelheid van hydraterende cementpasta's

De groei van C-S-H-fasen correleert met de temperatuur in de cementpasta tijdens de hydratatieperiode (klik op grafiek rechts). In de ultrasoon gemengde cementpasta is de hydratatie begint ongeveer een uur eerder. Een eerdere hydratatie correleert met een eerdere toename van de druksterkte. De verhoogde hydratatiesnelheid kan ook worden gemeten met de ultrasone pulssnelheid.

In het bijzonder voor geprefabriceerd en drooggestort beton leidt dit tot een aanzienlijk kortere tijd tot het gegoten beton uit de mal kan worden gehaald. Studies van de Bauhaus Universiteit (Duitsland) toonden de volgende verkorting van de verhardingstijden aan.

Een ander interessant voordeel van ultrasoon mengen is de invloed op de vloeibaarheid. Zoals de tabel hierboven laat zien, neemt de slump met ongeveer 30% toe. Dit maakt een lagere dosering van superweekmakers mogelijk.

Procesintegratie van ultrasone mengers in de cementproductie

Hielscher biedt ultrasone mengers voor het effectief dispergeren van cement, silica, vliegas, pigmenten of CNTs. Eerst moet elk droog materiaal worden voorgemengd met water om een hoog geconcentreerde maar verpompbare pasta te vormen. De Hielscher ultrasone menger deagglomereert en dispergeert de deeltjes met behulp van cavitatieschuif. Hierdoor wordt het hele oppervlak van elk deeltje volledig blootgesteld aan water.

Ultrasone verwerking van cementpasta

In het geval van cementpasta begint de hydratatie na de ultrasone verwerking. Daarom moet de Hielscher ultrasoonmenger inline worden gebruikt, omdat de cementpasta niet lang kan worden opgeslagen. De schematische tekening hieronder illustreert het proces. In de volgende stap wordt het toeslagmateriaal, zoals zand of grind, toegevoegd en gemengd met de cementpasta. Aangezien de cementdeeltjes in dat stadium al goed verspreid zijn, mengt de cementpasta zich goed met het toeslagmateriaal. Het beton is dan klaar om te worden gevuld in prefab mallen of om te worden vervoerd. Een opbreektank naast de ultrasone menger kan worden gebruikt om continu te verwerken bij een onregelmatige betonvraag.
Lees meer over ultrasone deagglomeratie van cementdeeltjes!

Ultrasoon dispergeren van siliciumdioxide, vliegas en nanomaterialen

Het dispergeren van silica, vliegas, pigmenten of andere nanomaterialen, zoals koolstofnanobuisjes, vereist andere verwerkingsintensiteiten en energieniveaus. Daarom raden we een aparte ultrasone menger aan om een goed gedispergeerde slurry/pasta te produceren die vervolgens aan het betonmengsel wordt toegevoegd. Klik op de bovenstaande afbeelding voor een schematische tekening van dit proces.

De ultrasone mengapparatuur die nodig is voor schaalvergroting kan exact worden bepaald op basis van tests op pilotschaal met de UIP1000hdT, een 1.000 watt krachtige sonicator op pilotschaal. De onderstaande tabel toont algemene aanbevelingen voor apparatuur, afhankelijk van het batchvolume of debiet van de te verwerken cementpasta.

Met een ultrasoon mengvermogen tot 16 kW per enkele ultrasone sonde biedt Hielscher het verwerkingsvermogen dat nodig is voor toepassingen met grote volumes. Deze technologie is eenvoudig te testen en lineair schaalbaar.