Ultradźwiękowe mieszanie pasty cementowej do betonu
Ultradźwiękowe mieszanie pasty cementowej oferuje ogromne korzyści dla formowania prefabrykatów, suchego odlewania i betoniarni. Korzyści te obejmują krótszy początkowy i końcowy czas wiązania, niższe dawki superplastyfikatora, szybsze i pełniejsze nawodnienie, a także wyższą wytrzymałość na ściskanie.
Tradycyjne technologie mieszania betonu, takie jak “mieszanie na drodze” lub mieszarki obrotowe, zapewniają niewystarczające mieszanie, aby rozproszyć aglomeraty cząstek cementu i innych materiałów cementowych, takich jak popiół lotny lub krzemionka. Podczas gdy zewnętrzne cząstki takich aglomeratów są narażone na działanie wody, wewnętrzne powierzchnie cząstek pozostają suche. Powoduje to powolną i niepełną hydratację.
Korzyści z ultradźwiękowej technologii mieszania betonu
Dyspergowanie ultradźwiękowe jest najbardziej zaawansowaną technologią deaglomeracji i dyspergowania materiałów o wielkości mikronów i nanometrów w cieczach. Mieszanie ultradźwiękowe wykorzystuje kawitacyjne siły ścinające, które są bardziej skuteczne w mieszaniu materiałów o drobnych rozmiarach niż konwencjonalne mieszalniki obrotowe i mieszalniki rotor-stator. W przypadku cementu, krzemionki, popiołu lotnego, pigmentów lub CNT, wydajność tych materiałów jest znacznie zwiększona przez dyspergowanie ultradźwiękowe, ponieważ poprawia rozkład cząstek i kontakt z wodą.
Podczas hydratacji - reakcji cementu z wodą - fazy C-S-H tworzą struktury przypominające igły. Poniższe zdjęcia przedstawiają mikrostrukturę pasty cementowej po 5 godzinach hydratacji. W ultradźwiękowej paście cementowej fazy C-S-H mają prawie 500 nm długości, podczas gdy w niesonikowanej paście fazy C-S-H mają około 100 nm.

Sonicator UIP16000hdT do dyspergowania materiałów budowlanych, takich jak cement, geopolimery lub beton.
z obróbką ultradźwiękową
|
bez obróbki ultradźwiękowej
|
---|---|
![]() |
![]() |
Portland Cement Paste (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Uniwersytet Bauhaus w Weimarze |
Mieszanie za pomocą kawitacji wywołanej ultradźwiękami prowadzi do szybszego wzrostu faz C-S-H.
Temperatura nawodnienia
Wytrzymałość na ściskanie
Prędkość impulsu ultradźwiękowego
Wzrost faz C-S-H koreluje z temperaturą pasty cementowej w okresie hydratacji (kliknij na prawą grafikę). W ultradźwiękowo mieszanej paście cementowej, faza nawodnienie rozpoczyna się około godzinę wcześniej. Wcześniejsza hydratacja koreluje z wcześniejszym wzrostem wytrzymałości na ściskanie. Zwiększoną prędkość hydratacji można również zmierzyć za pomocą prędkości impulsu ultradźwiękowego.

Ultradźwiękowy mikser liniowy (UIP1000hdT) do przemysłowego mieszania cementu w trybie ciągłego przepływu.
W szczególności w przypadku betonu prefabrykowanego i suchego prowadzi to do znacznego skrócenia czasu do momentu, w którym beton może zostać wyjęty z formy. Badania przeprowadzone przez Uniwersytet Bauhaus (Niemcy) wykazały następujące skrócenie czasu wiązania.
Odniesienie | Diff. | ultradźwięki mocy | |
---|---|---|---|
Zestaw początkowy | 5 godz. 15 min | -29% | 3 godz. 45 min |
Zestaw końcowy | 6 godz. 45 min | -33% | 4 godz. 30 min |
Upadek | 122 mm (4,8″) | +30% | 158 mm (6,2″) |
Kolejną interesującą zaletą mieszania ultradźwiękowego jest wpływ na płynność. Jak pokazano w powyższej tabeli, opadanie wzrasta o około 30%. Pozwala to na zmniejszenie dawki superplastyfikatorów.
Integracja procesowa mieszalników ultradźwiękowych w produkcji cementu
Hielscher oferuje mieszalniki ultradźwiękowe do skutecznego dyspergowania cementu, krzemionki, popiołów lotnych, pigmentów lub CNT. Po pierwsze, każdy suchy materiał powinien być wstępnie zmieszany z wodą, aby utworzyć pastę o wysokim stężeniu, ale nadającą się do pompowania. Mieszalnik ultradźwiękowy Hielscher deaglomeruje i rozprasza cząstki za pomocą ścinania kawitacyjnego. W rezultacie cała powierzchnia każdej cząstki jest w pełni wystawiona na działanie wody.
Ultradźwiękowe przetwarzanie pasty cementowej
W przypadku pasty cementowej hydratacja rozpoczyna się po obróbce ultradźwiękowej. Dlatego mieszalnik ultradźwiękowy Hielscher powinien być używany w linii, ponieważ pasta cementowa nie może być przechowywana przez długi czas. Poniższy schematyczny rysunek ilustruje ten proces. W następnym kroku kruszywo, takie jak piasek lub żwir, jest dodawane i mieszane z pastą cementową. Ponieważ cząsteczki cementu są już dobrze rozproszone na tym etapie, pasta cementowa dobrze łączy się z kruszywem. Beton jest następnie gotowy do wypełnienia prefabrykowanych form lub do transportu. Zbiornik rozbijający obok mieszalnika ultradźwiękowego może być używany do bardziej ciągłego przetwarzania w przypadku niestabilnego zapotrzebowania na beton.
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej deaglomeracji cząstek cementu!
Ultradźwiękowe dyspergowanie krzemionki, popiołu lotnego i nanomateriałów
Dyspergowanie krzemionki, popiołów lotnych, pigmentów lub innych nanomateriałów, takich jak nanorurki węglowe, wymaga innych intensywności przetwarzania i poziomów energii. Z tego powodu zalecamy stosowanie oddzielnego miksera ultradźwiękowego do produkcji dobrze zdyspergowanej zawiesiny/pasty, która jest następnie dodawana do mieszanki betonowej. Kliknij powyższą grafikę, aby zobaczyć schematyczny rysunek tego procesu.
Sprzęt do mieszania ultradźwiękowego potrzebny do zwiększenia skali można dokładnie określić na podstawie testów w skali pilotażowej przy użyciu UIP1000hdT, który jest potężnym sonikatorem pilotażowym o mocy 1000 W. Poniższa tabela przedstawia ogólne zalecenia dotyczące urządzeń w zależności od objętości partii lub natężenia przepływu przetwarzanej pasty cementowej.
Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
---|---|---|
0.1 do 10L | 0.2 do 2 l/min | UIP1000hdT, UIP1500hdT |
10 do 50 l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
15 do 150 l | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
b.d. | 10 do 50 l/min | UIP16000 |
b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Dzięki mocy mieszania ultradźwiękowego do 16 kW na pojedynczą sondę ultradźwiękową, Hielscher oferuje moc przetwarzania wymaganą do zastosowań o dużej objętości. Technologia ta jest łatwa do przetestowania i skaluje się liniowo.
Skontaktuj się z nami!? Zapytaj nas!
Literatura? Referencje
- 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.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.