Amestecarea cu ultrasunete a pastă de ciment pentru beton

Amestecarea cu ultrasunete a pastă de ciment oferă beneficii mari pentru turnare prefabricate, uscat, și plante de beton. Aceste beneficii includ timpi inițiali și finali mai scurți, dozare mai mică de superplastifiant, hidratare mai rapidă și mai completă, precum și o rezistență mai mare la compresiune.

Tehnologii tradiționale de amestecare a betonului, cum ar fi “Amestecarea pe șosea” sau mixere rotative, asigură o acțiune de amestecare insuficientă pentru a dispersa aglomeratele de particule de ciment și alte materiale pe bază de ciment, cum ar fi cenușa zburătoare sau silicele. În timp ce particulele exterioare ale acestor aglomerate sunt expuse la apă, suprafețele interioare ale particulelor rămân uscate. Acest lucru duce la o hidratare lentă și incompletă.

Beneficiile tehnologiei de amestecare cu ultrasunete pentru beton

Dispersarea cu ultrasunete este cea mai avansată tehnologie pentru a deaglomera și dispersa materiale de dimensiuni micronice și nano în lichide. Amestecarea cu ultrasunete utilizează forțe de forfecare cavitaționale, care sunt mai eficiente în amestecarea materialelor de dimensiuni fine decât mixerele rotative convenționale și mixerele rotor-stator. Pentru ciment, silice, cenușă zburătoare, pigmenți sau CNT, performanța acestor materiale este semnificativ crescută prin dispersarea cu ultrasunete, deoarece îmbunătățește distribuția particulelor și contactul cu apa.

În timpul hidratării - reacția cimentului cu apa - fazele C-S-H cresc structuri asemănătoare acului. Imaginile de mai jos arată microstructura în pastă de ciment după 5 ore de hidratare. În pasta de ciment ultrasonicated, fazele CS-H au o lungime de aproape 500nm, în timp ce în pasta nesonicată, fazele CS-H sunt în jur de 100nm.

Microstructura pastei de ciment după 5 ore timp de hidratare

cu prelucrare cu ultrasunete	fără prelucrare cu ultrasunete
Pastă de ciment Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) · – Universitatea Bauhaus Weimar

 
Amestecarea prin cavitație indusă de ultrasunete duce la o creștere mai rapidă a fazelor C-S-H.

 
Temperatura de hidratare

Influența ultrasonication putere (PUS) asupra curbelor timp-temperatură ale pastelor de ciment

 
Rezistența la compresie

Influența ultrasonication putere (PUS) asupra rezistenței la compresie a prismelor de mortar

 
Viteza pulsului cu ultrasunete

Influența ultrasonication putere (PUS) asupra vitezei pulsului cu ultrasunete a pastelor de ciment hidratante

Creșterea fazelor C-S-H se corelează cu temperatura din pasta de ciment în timpul perioadei de hidratare (faceți clic pe graficul din dreapta). În pasta de ciment amestecată ultrasonically, Hidratarea începe cu aproximativ o oră mai devreme. Hidratarea timpurie se corelează cu creșterea anterioară a rezistenței la compresie. Viteza crescută de hidratare poate fi măsurată și prin viteza pulsului cu ultrasunete.

În special pentru betonul prefabricat și turnat uscat, acest lucru duce la un timp semnificativ mai scurt până când betonul turnat poate fi luat din matriță. Studiile efectuate de Universitatea Bauhaus (Germania) au arătat următoarea reducere a timpilor stabiliți.

Un alt beneficiu interesant al amestecării cu ultrasunete este influența asupra fluidității. După cum se arată în tabelul de mai sus, scăderea crește cu aproximativ 30%. Acest lucru permite reducerea dozei de superplastifianți.

Procesul de integrare a mixerelor cu ultrasunete în producția de ciment

Hielscher oferă mixere cu ultrasunete pentru dispersarea eficientă a cimentului, silice, cenușă zburătoare, pigmenți sau CNT-uri. În primul rând, orice material uscat trebuie amestecat cu apă pentru a forma o pastă cu concentrație ridicată, dar pompabilă. Hielscher mixer cu ultrasunete deaglomerează și dispersează particulele folosind forfecare cavitațională. Ca rezultat, întreaga suprafață a fiecărei particule este complet expusă la apă.

Prelucrarea cu ultrasunete a pastă de ciment

În cazul pastei de ciment, hidratarea începe după prelucrarea cu ultrasunete. Prin urmare, mixerul cu ultrasunete Hielscher trebuie utilizat în linie, deoarece pasta de ciment nu poate fi depozitată pentru perioade lungi de timp. Desenul schematic de mai jos ilustrează procesul. În etapa următoare, agregatul, cum ar fi nisipul sau pietrișul, este adăugat și amestecat cu pasta de ciment. Deoarece particulele de ciment sunt deja bine dispersate în această etapă, pasta de ciment se amestecă bine cu agregatul. Betonul este apoi gata pentru a fi umplut în matrițe prefabricate sau pentru transport. Un rezervor de dezmembrare de lângă mixerul cu ultrasunete poate fi utilizat pentru a procesa mai continuu în cazul unei cereri instabile de beton.
Citiți mai multe despre dezaglomerarea cu ultrasunete a particulelor de ciment!

Dispersarea cu ultrasunete de silice, cenușă zburătoare, și nanomateriale

Dispersarea silicei, a cenușii zburătoare, a pigmenților sau a altor nanomateriale, cum ar fi nanotuburile de carbon, necesită alte intensități de prelucrare și niveluri de energie. Din acest motiv, vă recomandăm un mixer cu ultrasunete separat pentru a produce o suspensie / pastă bine dispersată, care este apoi adăugată la amestecul de beton. Vă rugăm să faceți clic pe graficul de mai sus pentru un desen schematic al acestui proces.

Echipamentul de amestecare cu ultrasunete necesar pentru scale-up poate fi determinat exact pe baza testelor la scară pilot folosind UIP1000hdT, care este un 1.000-watt puternic pilot-scară sonicator. Tabelul de mai jos prezintă recomandările generale ale dispozitivului în funcție de volumul lotului sau de debitul pastei de ciment care urmează să fie prelucrată.

Cu până la 16kW de putere de amestecare cu ultrasunete pe o singură sondă cu ultrasunete, Hielscher oferă puterea de procesare necesară pentru aplicații de volum mare. Această tehnologie este ușor de testat și se extinde liniar.