Использование микро- и нанокремнезема или нанотрубок приводит к повышению прочности при сжатии бетона высокой производительности. Ultrasonication является эффективным средством для смешивания, смачивания и диспергирования наноматериалов в цемента или бетона.
 

Микрокремнезем сегодня широко используется в бетоне, что приводит к более высокой прочности на сжатие или водостойким и химически стойким бетонам. Это может снизить материальные затраты и потребление энергии. Новые наноматериалы, такие как нанокремнезем или нанотрубки, приводят к дальнейшему повышению сопротивления и прочности. Но для того, чтобы продемонстрировать весь потенциал наноматериалов, требуется надежный и эффективный метод диспергирования. Ультразвуковые аппараты зондового типа являются наиболее надежным и эффективным методом получения нанодисперсии даже в высоковязких и пастообразных суспензиях, таких как цемент и бетон.

Дисперсия цементного раствора Microfine с помощью ультразвуковых смесителей

Исследовательская группа Драгановича представляет исследовательскую статью, авторы исследуют дисперсию мелкодисперсного цементного раствора с использованием ультразвуковой технологии и обычных лабораторных растворителей. Исследование направлено на сравнение эффективности ультразвука – в исследовании, в частности, ультразвукового аппарата UP400St – традиционными методами диспергирования затирки.

Исследователи провели серию экспериментов с использованием различных методов диспергирования для оценки распределения частиц по размерам (PSD) и дзета-потенциала микродисперсных частиц цемента. Методы дисперсии включают ультразвуковую обработку с использованием ультразвукового аппарата UP400St, высокоскоростных лабораторных растворителей и комбинацию обоих методов.

Результаты показали, что ультразвуковая дисперсия с использованием ультразвукового аппарата UP400St достигла значительно лучшего распределения частиц по размерам по сравнению с обычными лабораторными растворителями. Ультразвуковой аппарат UP400St эффективно уменьшает агломерацию мелкодисперсных частиц цемента и производит более однородную и стабильную суспензию раствора. Ультразвуковая обработка улучшает распределение более мелких частиц, что приводит к более узкому диапазону распределения частиц по размерам.
 

Сравнение методов дисперсии: диссолвер Vma-Getzmann Dispermat CV-3, оснащенный 90-мм диском и системой ротор-статор. Ультразвуковой аппарат Hielscher UP400St оснащен сонотродом H22.
(Исследование и фотографии: ©Draganovic et al., 2020)

 
Кроме того, использование ультразвука в сочетании с обычными лабораторными растворителями еще больше повышает эффективность диспергирования, достигая еще более тонкого распределения частиц по размерам по сравнению с одним только ультразвуковым лечением. В сочетании обработка ультразвуком обеспечивает микросмешивание и нанодисперсию, в то время как диссольвер способствует макросмешиванию, гарантируя, что все частицы попадают в зону ультразвуковой кавитации. Это позволяет лучше контролировать гранулометрический состав (PSD) и дзета-потенциал мелкодисперсного цементного раствора в периодическом режиме. При использовании реактора с проточной ячейкой суспензия частиц автоматически проходит через зону кавитационной горячей точки, так что дополнительное перемешивание является излишним.

В целом, исследование подчеркивает превосходную производительность ультразвукового аппарата UP400St в диспергировании мелкодисперсного цементного раствора. Ультразвуковая обработка, особенно в сочетании с обычными лабораторными растворителями, предлагает высокоэффективный и действенный метод достижения однородной и стабильной суспензии мелкодисперсных частиц цемента.

Стоит отметить, что в статье приводится всестороннее сравнение между ультразвуком и обычными методами диспергирования, подчеркивая превосходную производительность обработки ультразвуком при дисперсии раствора.
(ср. Draganović et al., 2020)
 

Ультразвуковой гомогенизатор UP400St сравнивается по эффективности диспергирования цементного раствора с обычным лабораторным смесителем, оснащенным диском, и с использованием роторно-статорной техники. Исследование показало, что ультразвуковая дисперсия является не только эффективным методом, но даже лучше, чем смеситель, использующий метод ротор-статор.
(исследование и графика: © Draganović et al., 2020)

Бетонное Исследование и разработки

Бетонное исследование ищет материалы и процессы, чтобы:

• сократить материальные затраты и затраты на электроэнергию
• получить высокую начальную и конечную сопротивление
• повысить плотность и прочность на сжатие
• улучшить удобоукладываемость, прокачиваемость и отделку
• повысить долговечность и снизить проницаемость
• снизить усадочные трещины, пыление и проблемы расслаивания
• химическая стойкость, например, сульфат сопротивление

Цемент и бетонные

Когда дело доходит до улучшения свойств бетона, технологии смешивания также важно, как состав бетона. Перемешивание является важным шагом в производстве однородной, высокое качество бетона. Несмотря на многочисленные нормами и правилами, например, DIN EN 206 покрытия состава бетона и его компонентов, сам процесс перемешивания цемента и бетона перемешивания оставляют для пользователя.
Это имеет решающее значение, что вода, цемент и примесей равномерно распределены и распространяются вплоть до мелкого масштаба, и что агломераты достаточно разошлись. Недостаточные диспергирующие или деагломерация результаты в низших свойств бетона. В связи с низким содержанием воды и высокой дозировкой примесей, смешивание самоуплотняющегося бетона (SCC) и ультра высокой прочности бетона (UHPC) требует более длительного времени смешивания или более эффективной технологии смешивания.

Наноматериалы в бетоне

Во время гидратации цемента в твердеющем бетоне образуются наноразмерные продукты гидратации, такие как гидраты кальция. Наночастицы кремнезема или нанотрубки превращаются в наночастицы цемента во время затвердевания бетона. Более мелкие частицы приводят к более короткому расстоянию частиц и более плотному и менее пористому материалу. Это увеличивает прочность на сжатие и снижает проницаемость.

Основным недостатком порошка наноразмерного и материалов, однако, является склонность к образованию агломератов во время смачивания и перемешивания. Если отдельные частицы не будут хорошо диспергированы, агломерация снижает открытую поверхность частиц, порождающей низших свойств бетона.

Ультразвуковое смешение наноматериалов

Ультразвук является очень эффективным средством для смешивания, диспергирования и деагломерации. На рисунке ниже показан типичный результат ультразвукового диспергирования коллоидного кремнезема в воде.

Начиная (зеленая кривая) на агломерат размером частиц более 200 мкм (D50) большинство частиц были снижены до менее чем 200 нм.

Ультразвуковая Смешивание в любом масштабе

Hielscher предлагает ультразвуковые смесительные устройства для использования в научных исследованиях и полной переработке масштаба.

Ультразвуковые аппараты для лабораторных исследований и разработок

Ультразвуковые лабораторные гомогенизаторы Hielscher являются идеальным инструментом для смешивания для исследований и разработок в лабораторных масштабах. Лабораторные ультразвуковые аппараты Hielscher обычно используются для ультразвукового смешивания небольших партий. Ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher обеспечивают точный контроль параметров и отличную воспроизводимость для подготовки накипи. Это позволяет легко смешивать различные составы и определять влияние ультразвука, интенсивность и продолжительность обработки ультразвуком.

Ультразвуковое поточное смешивание в производстве

Ультразвуковое смесительное оборудование, необходимое для масштабирования, может быть точно определено на основе лабораторных испытаний. Для обработки больших объемов потоков цемента или бетона высокопроизводительные ультразвуковые аппараты обычно работают в режиме непрерывного потока с использованием проточных реакторов. Это обеспечивает высокоравномерное перемешивание и безупречную обработку паст и суспензий – даже при очень высокой вязкости.

Приведенная ниже таблица дает вам представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов в зависимости от объема партии или скорости потока, подлежащего обработке: