Ультразвуковое смешивание цементной пасты для бетона

Ультразвуковое смешивание цементной пасты дает большие преимущества для литья сборных железобетонных изделий, сухого литья и бетонных заводов. Эти преимущества включают в себя более короткое начальное и окончательное время схватывания, меньшую дозировку суперпластификатора, более быструю и полную гидратацию, а также более высокую прочность на сжатие.

Традиционные технологии смешивания бетона, такие как “Смешивание на дороге” или ротационные смесители, обеспечивают недостаточное перемешивающее действие для диспергирования агломератов частиц цемента и других вяжущих материалов, таких как летучая зола или диоксид кремния. В то время как внешние частицы таких агломератов подвергаются воздействию воды, внутренние поверхности частиц остаются сухими. Это приводит к медленной и неполной гидратации.

Преимущества технологии ультразвукового смешивания бетона

Ультразвуковое диспергирование является самой передовой технологией деагломерации и диспергирования микронных и наноразмерных материалов в жидкостях. При ультразвуковом смешивании используются кавитационные силы сдвига, которые более эффективны при смешивании материалов мелкого размера, чем обычные роторные смесители и роторно-статорные смесители. Для цемента, диоксида кремния, летучей золы, пигментов или УНТ характеристики этих материалов значительно повышаются за счет ультразвукового диспергирования, так как оно улучшает распределение частиц и контакт с водой.

В процессе гидратации — реакции цемента с водой — в C-S-H-фазах образуются игольчатые структуры. На рисунках ниже показана микроструктура цементной пасты после 5 часов гидратации. В ультразвуковой цементной пасте C-S-H-фазы имеют длину почти 500 нм, в то время как в неультразвуковой пасте C-S-H-фазы составляют около 100 нм.

Микроструктура цементной пасты после 5 часов гидратации

с ультразвуковой обработкой	без ультразвуковой обработки
Портландцементная паста (CEM I42.5R), К. Рёсслер (2009) – Университет Баухаус в Веймаре

 
Смешивание с помощью кавитации, вызванной ультразвуком, приводит к более быстрому росту C-S-H-фаз.

 
Температура гидратации

Влияние силовой ультразвуковой обработки (УЗИ) на температурно-временные кривые цементных паст

 
Прочность на сжатие

Влияние силовой ультразвуковой обработки (УЗИ) на прочность на сжатие призм раствора

 
Скорость ультразвукового импульса

Влияние силовой ультразвуковой обработки (УЗИ) на скорость ультразвукового импульса гидратирующих цементных паст

Рост C-S-H-фаз коррелирует с температурой в цементной пасте в период гидратации (нажмите на график справа). В цементной пасте, смешанной ультразвуком, Гидратация начинается примерно на час раньше. Более ранняя гидратация коррелирует с более ранним увеличением прочности на сжатие. Повышенная скорость гидратации также может быть измерена по скорости ультразвукового импульса.

В частности, для сборного и сухого бетона это приводит к значительному сокращению времени извлечения литого бетона из формы. Исследования Университета Баухаус (Германия) показали следующее сокращение времени схватывания.

Еще одним интересным преимуществом ультразвукового смешивания является влияние на текучесть. Как показано в таблице выше, осадка увеличивается примерно на 30%. Это позволяет снизить дозировку суперпластификаторов.

Технологическая интеграция ультразвуковых смесителей в производство цемента

Hielscher предлагает ультразвуковые смесители для эффективного диспергирования цемента, диоксида кремния, летучей золы, пигментов или УНТ. Во-первых, любой сухой материал должен быть предварительно смешан с водой, чтобы получить пасту высокой концентрации, но пригодную для перекачки. Ультразвуковой смеситель Hielscher деагломерирует и диспергирует частицы с помощью кавитационного сдвига. В результате вся поверхность каждой частицы полностью подвергается воздействию воды.

Ультразвуковая обработка цементной пасты

В случае цементной пасты гидратация начинается после ультразвуковой обработки. Поэтому ультразвуковой смеситель Hielscher следует использовать в потоке, так как цементная паста не может храниться в течение длительного времени. На схематическом рисунке ниже показан этот процесс. На следующем этапе добавляется заполнитель, такой как песок или гравий, и смешивается с цементной пастой. Поскольку на этом этапе частицы цемента уже хорошо диспергированы, цементная паста хорошо смешивается с заполнителем. После этого бетон готов к заливке в сборные формы или к транспортировке. Разбивной бак рядом с ультразвуковым смесителем может использоваться для более непрерывной обработки в случае нестабильной потребности в бетоне.
Узнайте больше об ультразвуковой деагломерации частиц цемента!

Ультразвуковое диспергирование диоксида кремния, летучей золы и наноматериалов

Диспергирование диоксида кремния, летучей золы, пигментов или других наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки, требует другой интенсивности обработки и уровней энергии. По этой причине мы рекомендуем использовать отдельный ультразвуковой смеситель для получения хорошо диспергированной суспензии/пасты, которая затем добавляется в бетонную смесь. Пожалуйста, нажмите на график выше, чтобы увидеть схематический рисунок этого процесса.

Ультразвуковое смесительное оборудование, необходимое для масштабирования, может быть точно определено на основе пилотных испытаний с помощью UIP1000hdT, который представляет собой мощный ультразвуковой аппарат мощностью 1000 Вт. В таблице ниже приведены общие рекомендации по устройству в зависимости от объема партии или скорости потока цементной пасты, подлежащей обработке.

Обладая мощностью ультразвукового смешивания до 16 кВт на один ультразвуковой датчик, Hielscher обеспечивает вычислительную мощность, необходимую для больших объемов применения. Эта технология проста в тестировании и масштабируется линейно.