Ultradźwiękowa deaglomeracja przy użyciu sonikatorów typu sondy oferuje lepszą alternatywę poprzez przezwyciężenie tych problemów. Metoda ta eliminuje potrzebę stosowania środków mielących, upraszcza proces, eliminując potrzebę filtracji po procesie i intensywnego czyszczenia oraz zapewnia skuteczną redukcję wielkości cząstek w zakresie drobnych cząstek. Dodatkowo zmniejsza zależność od dyspergatorów i wykorzystuje bardziej kompaktowy, energooszczędny sprzęt, co czyni go bardzo korzystnym rozwiązaniem do dyspergowania i deaglomeracji cząstek cementu.

Zalety ultradźwiękowej deaglomeracji cząstek cementu

Cement jest jednym z najważniejszych materiałów w budownictwie, szeroko stosowanym ze względu na swoje właściwości wiążące. Jednak osiągnięcie optymalnej wydajności wymaga równomiernego rozkładu cząstek, ponieważ aglomerowane cząstki mogą niekorzystnie wpływać na wydajność cementu. Deaglomeracja ultradźwiękowa stała się potężną techniką pozwalającą sprostać temu wyzwaniu.

Ultradźwiękowa deaglomeracja cementu wykorzystuje fale ultradźwiękowe o dużej mocy do rozbijania skupisk cząstek, oferując liczne korzyści:

• Zwiększona dyspersja cząstek: Deaglomeracja ultradźwiękowa skutecznie rozprasza cząstki cementu, zapewniając jednolity rozkład wielkości cząstek. Ta jednorodność ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia stałej wytrzymałości i trwałości materiałów cementowych.
• Lepsze nawilżenie: Zwiększona powierzchnia zdeaglomerowanych cząstek poprawia proces hydratacji, prowadząc do lepszego wiązania i wyższej wytrzymałości produktu końcowego. Lepsza hydratacja zmniejsza również ryzyko niepełnych reakcji i słabych punktów w matrycy cementowej.
• Zwiększona wydajność: Dobrze rozproszone cząstki cementu powodują, że mieszanka jest bardziej urabialna, co ułatwia jej mieszanie, wylewanie i wykańczanie. Ta lepsza urabialność może prowadzić do skrócenia czasu budowy i zmniejszenia kosztów pracy.
• Ulepszone właściwości mechaniczne: Deaglomeracja ultradźwiękowa przyczynia się do rozwoju gęstszej i bardziej jednorodnej mikrostruktury w materiałach na bazie cementu. Skutkuje to poprawą właściwości mechanicznych, takich jak wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie.
• Zmniejszenie zużycia dodatków: Osiągając lepszą dyspersję poprzez deaglomerację ultradźwiękową, można zminimalizować zapotrzebowanie na dyspergatory chemiczne i inne dodatki. To nie tylko obniża koszty, ale także zmniejsza wpływ produkcji cementu na środowisko.
• Efektywność kosztowa: Niezależnie od początkowej inwestycji w ultrasonograf klasy przemysłowej, długoterminowe korzyści wynikające z poprawy jakości produktu, zmniejszonego zużycia dodatków i zwiększonej wydajności sprawiają, że jest to opłacalne rozwiązanie dla przemysłu cementowego.

Przegląd porównawczy: Mielenie kulowe a dezaglomeracja ultradźwiękowa cząstek cementu

Aspekt porównawczy	Mielenie kulowe cząstek cementu	Deaglomeracja ultradźwiękowa cząstek cementu
Metoda	Wykorzystuje kulki stalowe lub krzemionkowe jako materiał ścierny	Wykorzystuje fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności do tworzenia kawitacji akustycznej i sonomechanicznych sił ścinających.
Wymiana ścierniwa	Częsta wymiana kulek stalowych lub krzemionkowych	Brak materiałów ściernych eliminuje koszty wymiany
Filtracja po zakończeniu procesu	Wymagane do odfiltrowania ścierniwa	Nie jest to konieczne, upraszcza proces
Wymagania dotyczące czyszczenia	pracochłonne i czasochłonne czyszczenie mediów mielących i komory	Minimalne czyszczenie, sondy ultradźwiękowe są łatwiejsze w utrzymaniu
Wydajność w zakresie drobnych cząstek	Nieefektywne dla cząsteczek w 0 – Zakres 100 µm, czasochłonne	Wysoka skuteczność w przypadku drobnych cząstek, w tym 0 – Zakres 100 µm
Wymagania dotyczące dyspergatorów	Potrzebna duża ilość dyspergatora	Zmniejszone zapotrzebowanie na dyspergatory dzięki silnym siłom kawitacji i ścinania
Charakterystyka sprzętu	Duże, nieporęczne, nieefektywne energetycznie, wymagające intensywnej konserwacji i czyszczenia	Kompaktowy, energooszczędny, wymagający mniej konserwacji, łatwiejszy w obsłudze i bezpieczny w użytkowaniu

Studium przypadku: Dyspersja drobnoziarnistej zaprawy cementowej z mieszalnikami ultradźwiękowymi

Zespół badawczy kierowany przez Draganovića przedstawia kompleksowe badanie dyspersji mikrodrobnoziarnistego zaczynu cementowego przy użyciu technologii ultradźwiękowej w porównaniu z konwencjonalnymi rozpuszczalnikami laboratoryjnymi. Badanie koncentruje się w szczególności na wydajności sonikatora UP400St w porównaniu z tradycyjnymi metodami dyspersji zaprawy.

Naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów z wykorzystaniem różnych technik dyspersji w celu oceny rozkładu wielkości cząstek (PSD) i potencjału zeta mikrodrobnych cząstek cementu. Oceniane techniki obejmują obróbkę ultradźwiękową za pomocą sonikatora UP400St, szybkie rozpuszczalniki laboratoryjne oraz kombinację obu metod.

Wyniki badań pokazują, że dyspersja ultradźwiękowa przy użyciu sonikatora UP400St znacznie poprawia rozkład wielkości cząstek w porównaniu z konwencjonalnymi rozpuszczalnikami laboratoryjnymi. Sonikator UP400St skutecznie łagodzi aglomerację mikrodrobnych cząstek cementu, tworząc bardziej jednorodną i stabilną zawiesinę zaprawy. Obróbka ultradźwiękowa poprawia dystrybucję mniejszych cząstek, co skutkuje węższym zakresem rozkładu wielkości cząstek.
 

 
Ponadto połączenie ultradźwięków z konwencjonalnymi rozpuszczalnikami laboratoryjnymi zwiększa wydajność dyspersji, osiągając jeszcze drobniejszy rozkład wielkości cząstek niż sama obróbka ultradźwiękowa. Ta kombinacja pozwala na lepszą kontrolę nad PSD i potencjałem zeta mikrodrobnoziarnistej zaprawy cementowej w operacjach wsadowych. W systemach ciągłego przepływu zawiesina cząstek automatycznie przechodzi przez kawitacyjną strefę gorącego punktu, dzięki czemu dodatkowe mieszanie nie jest konieczne.

Badanie podkreśla doskonałą wydajność sonikatora UP400St w dyspergowaniu drobnoziarnistej zaprawy cementowej. Obróbka ultradźwiękowa, zwłaszcza w połączeniu z konwencjonalnymi rozpuszczalnikami laboratoryjnymi, oferuje skuteczną i wydajną metodę uzyskiwania jednorodnej i stabilnej zawiesiny drobnych cząstek cementu.

Badania te zapewniają szczegółowe porównanie między ultradźwiękami a konwencjonalnymi metodami dyspersji, podkreślając wyższą skuteczność sonikacji w dyspersji zaprawy.
(por. Draganović i in., 2020)
 

 

Zastosowania sonikatorów w przemyśle cementowym

Wykorzystanie korzystnych efektów ultradźwięków o dużej mocy w deaglomeracji cząstek cementu i zaczynu cementowego otwiera wiele obszarów zastosowań w przemyśle cementowym, umożliwiając poprawę właściwości materiału i jakości produktu końcowego.

• Mielenie cząstek cementu na mokro: Sonikacja sondą jest wysoce skuteczną i energooszczędną metodą mielenia cząstek cementu. Przeczytaj więcej o ultradźwiękowym mieleniu cementu na mokro!
• Produkcja betonu o wysokich parametrach: Sonikatory sondowe są używane do produkcji betonu o wysokiej wydajności poprzez zapewnienie równomiernego rozproszenia drobnych cząstek cementu i dodatkowych materiałów cementowych, takich jak popiół lotny i pył krzemionkowy. Prowadzi to do uzyskania betonu o doskonałych właściwościach mechanicznych i trwałości.
• Rozwój nanokompozytów: W badaniach i rozwoju sonikatory typu sondowego ułatwiają wprowadzanie nanocząstek do matryc cementowych, tworząc nanokompozyty o ulepszonych właściwościach, takich jak zwiększona wytrzymałość, ciągliwość i odporność na degradację środowiska.
• Optymalizacja wydajności dodatków: Deaglomeracja ultradźwiękowa pomaga w optymalizacji działania dodatków chemicznych, takich jak superplastyfikatory i środki napowietrzające, zapewniając ich równomierne rozprowadzenie w matrycy cementowej. Prowadzi to do poprawy urabialności i wydajności produktu końcowego.

Wysokowydajne sonikatory do dyspergowania i deaglomeracji cząstek cementu

Deaglomeracja ultradźwiękowa z wykorzystaniem sonikatorów typu sondowego oferuje znaczące korzyści dla przemysłu cementowego. Zwiększając dyspersję cząstek, poprawiając hydratację i zwiększając urabialność, urządzenia te przyczyniają się do produkcji wysokiej jakości materiałów cementowych. Precyzyjna kontrola, skalowalność i wszechstronność sonikatorów sprawiają, że są one cennymi narzędziami zarówno do badań, jak i zastosowań przemysłowych, napędzając innowacje i wydajność w produkcji cementu.

Hielscher Ultrasonic dostarcza wysokowydajne sonikatory na dowolnym poziomie mocy do przetwarzania cząstek cementu i zaczynu cementowego od mniejszych partii do badań + rozwoju do wysokowydajnych do przemysłowej deaglomeracji cementu na skalę produkcyjną.

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: