Deaglomerácia cementových častíc pomocou výkonových ultrazvukov
Ultrazvuková deaglomerácia pomocou sondových sonikátorov ponúka vynikajúcu alternatívu prekonaním týchto problémov. Táto metóda eliminuje potrebu mletia médií, zjednodušuje proces tým, že odstraňuje potrebu filtrácie po procese a intenzívneho čistenia a poskytuje efektívne zníženie veľkosti častíc v rozsahu jemných častíc. Okrem toho znižuje závislosť od dispergátorov a využíva kompaktnejšie a energeticky efektívnejšie zariadenia, čo z neho robí veľmi výhodné riešenie pre disperziu cementových častíc a deaglomeráciu.
Výhody ultrazvukovej deaglomerácie cementových častíc
Cement je jedným z najdôležitejších materiálov v stavebníctve, ktorý sa široko používa pre svoje spojovacie vlastnosti. Dosiahnutie optimálneho výkonu si však vyžaduje rovnomerné rozloženie častíc, pretože aglomerované častice môžu nepriaznivo ovplyvniť výkon cementu. Ultrazvuková deaglomerácia sa ukázala ako účinná technika na riešenie tejto výzvy.
Priemyselné sonikátory pre vysokovýkonnú deaglomeráciu cementových častíc.
- Vylepšená disperzia častíc: Ultrazvuková deaglomerácia účinne rozptyľuje častice cementu a zaisťuje rovnomerné rozloženie veľkosti častíc. Táto rovnomernosť je rozhodujúca pre dosiahnutie konzistentnej pevnosti a trvanlivosti cementových materiálov.
- Zlepšená hydratácia: Zväčšená plocha deaglomerovaných častíc zvyšuje proces hydratácie, čo vedie k lepšiemu spojeniu a vyššej pevnosti konečného produktu. Zlepšená hydratácia tiež znižuje riziko neúplných reakcií a slabých miest v cementovej matrici.
- Zvýšená spracovateľnosť: Dobre rozptýlené častice cementu vedú k spracovateľnejšej zmesi, čo uľahčuje miešanie, nalievanie a konečnú úpravu. Táto zlepšená spracovateľnosť môže viesť k rýchlejším časom výstavby a zníženiu nákladov na pracovnú silu.
- Vylepšené mechanické vlastnosti: Ultrazvuková deaglomerácia prispieva k rozvoju hustejšej a homogénnejšej mikroštruktúry v materiáloch na báze cementu. Výsledkom sú zlepšené mechanické vlastnosti, ako je pevnosť v tlaku a ťahu.
- Zníženie používania aditív: Dosiahnutím lepšej disperzie prostredníctvom ultrazvukovej deaglomerácie je možné minimalizovať potrebu chemických dispergátorov a iných prísad. To nielen znižuje náklady, ale aj vplyv výroby cementu na životné prostredie.
- Nákladová efektívnosť: Bez ohľadu na počiatočnú investíciu do priemyselného ultrazvuku, dlhodobé výhody zlepšenej kvality produktu, zníženého používania prísad a zvýšeného výkonu z neho robia nákladovo efektívne riešenie pre cementársky priemysel.
| Porovnávací aspekt | Guľôčkové frézovanie cementových častíc | Ultrazvuková deaglomerácia cementových častíc |
|---|---|---|
| Metóda | Ako mlecie médium používa oceľové alebo kremičité guľôčky | Využíva ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou na vytvorenie akustickej kavitácie a sonomechanických šmykových síl |
| Výmena brúsneho média | Častá výmena oceľových alebo kremičitých guľôčok | Žiadne brúsne médiá, čím sa eliminujú náklady na výmenu |
| Filtrácia po procese | Potrebné na odfiltrovanie mlecieho média | Nie je to potrebné, zjednodušuje sa proces |
| Požiadavky na čistenie | Pracné a časovo náročné čistenie mlynského média a komory | Minimálne čistenie, ultrazvukové sondy sa ľahšie udržiavajú |
| Účinnosť v rozsahu jemných častíc | Neefektívne pre častice v 0 – Rozsah 100 μm, časovo náročný | Vysoko účinný pre jemné častice, vrátane 0 – Rozsah 100 μm |
| Požiadavka na dispergátor | Potrebné veľké množstvo dispergátora | Znížená potreba dispergátorov vďaka silným kavitačným a šmykovým silám |
| Vlastnosti zariadenia | Veľký, objemný, energeticky neefektívny, vyžaduje rozsiahlu údržbu a čistenie | Kompaktný, energeticky účinný, menej údržbový, jednoduchšia manipulácia a bezpečná prevádzka |
Prípadová štúdia: Disperzia mikrojemnej cementovej škárovacej hmoty pomocou ultrazvukových miešačiek
Výskumný tím pod vedením Draganovića predstavuje komplexný výskum disperzie mikrojemnej cementovej zálievky pomocou ultrazvukovej technológie v porovnaní s konvenčnými laboratórnymi rozpúšťačmi. Štúdia sa konkrétne zameriava na výkon sonikátora UP400St v porovnaní s tradičnými metódami disperzie injektážnej hmoty.
Vedci uskutočnili sériu experimentov využívajúcich rôzne disperzné techniky na posúdenie distribúcie veľkosti častíc (PSD) a zeta potenciálu mikrojemných cementových častíc. Hodnotené techniky zahŕňajú ultrazvukové ošetrenie ultrazvukom UP400St, vysokorýchlostné laboratórne rozpúšťače a kombináciu oboch metód.
Zistenia odhaľujú, že ultrazvuková disperzia pomocou sonikátora UP400St významne zvyšuje distribúciu veľkosti častíc v porovnaní s konvenčnými laboratórnymi rozpúšťačmi. Sonikátor UP400St účinne zmierňuje aglomeráciu mikrojemných častíc cementu a vytvára homogénnejšiu a stabilnejšiu suspenziu injektážnej hmoty. Ultrazvukové ošetrenie zlepšuje distribúciu menších častíc, čo vedie k užšiemu rozsahu distribúcie veľkosti častíc.
Ultrazvukový homogenizátor UP400St sa porovnáva z hľadiska disperznej účinnosti cementovej škárovacej hmoty s bežným laboratórnym miešadlom vybaveným kotúčom a pomocou techniky rotor-stator. Štúdia ukázala, že ultrazvuková disperzia je nielen účinná metóda, ale je dokonca lepšia ako mixér využívajúci techniku rotor-stator.
(štúdia a grafika: © Draganović et al., 2020)
Okrem toho kombinácia ultrazvuku s konvenčnými laboratórnymi rozpúšťačmi zvyšuje účinnosť disperzie a dosahuje ešte jemnejšiu distribúciu veľkosti častíc ako samotné ultrazvukové ošetrenie. Táto kombinácia umožňuje lepšiu kontrolu nad potenciálom PSD a zeta mikrojemnej cementovej škárovacej hmoty v dávkových operáciách. V systémoch s kontinuálnym prietokom suspenzia častíc automaticky prechádza cez kavitačnú zónu horúceho miesta, čím nie je potrebné ďalšie miešanie.
Štúdia zdôrazňuje vynikajúci výkon sonikátora UP400St pri dispergovaní mikrojemnej cementovej zálievky. Ultrazvukové ošetrenie, najmä v kombinácii s konvenčnými laboratórnymi rozpúšťačmi, ponúka účinnú a efektívnu metódu na dosiahnutie rovnomernej a stabilnej suspenzie mikrojemných častíc cementu.
Tento výskum poskytuje podrobné porovnanie medzi ultrazvukom a konvenčnými disperznými metódami, pričom zdôrazňuje vynikajúcu účinnosť sonikácie pri disperzii injektážnej hmoty.
(porovnaj Draganović a kol., 2020)
Porovnané disperzné metódy: Rozpúšťač Vma-Getzmann Dispermat CV-3 vybavený 90 mm diskom a systémom rotor-stator (R/S). Ultrazvuk Hielscher UP400St vybavený sonotrodou H22.<br />(Study and pictures: ©Draganovic et al., 2020)
Sondový sonikátor UP400ST na mikrojemnú disperziu cementovej zálievky
(Štúdia a obrázok: ©Draganovic et al., 2020)
Aplikácie sonikátorov v cementárskom priemysle
Využitie výhodných účinkov vysokovýkonného ultrazvuku v deaglomerácii cementových častíc a škárovacej hmoty otvára množstvo oblastí použitia v cementárskom priemysle, čo umožňuje zlepšenie materiálových vlastností a kvality konečného produktu.
- Mokré mletie cementových častíc: Sonikácia sondového typu je vysoko účinná a energeticky efektívna metóda na mletie cementových častíc. Prečítajte si viac o ultrazvukovom mokrom mletí cementu!
- Výroba vysokovýkonného betónu: Sonikátory sondového typu sa používajú na výrobu vysokovýkonného betónu zabezpečením rovnomerného rozptylu jemných cementových častíc a doplnkových cementových materiálov, ako je popolček a výpary oxidu kremičitého. To vedie k betónu s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami a odolnosťou.
- Vývoj nanokompozitov: Vo výskume a vývoji sondové sonikátory uľahčujú začlenenie nanočastíc do cementových matríc a vytvárajú nanokompozity so zvýšenými vlastnosťami, ako je zvýšená pevnosť, húževnatosť a odolnosť voči degradácii životného prostredia.
- Optimalizácia aditívneho výkonu: Ultrazvuková deaglomerácia pomáha optimalizovať výkon chemických prísad, ako sú superplastifikátory a prevzdušňovacie činidlá, tým, že zabezpečuje ich rovnomerné rozloženie v cementovej matrici. To vedie k zlepšeniu spracovateľnosti a výkonu konečného produktu.
Vysokovýkonné sonikátory na disperziu a deaglomeráciu cementových častíc
Ultrazvuková deaglomerácia pomocou sondových sonikátorov ponúka významné výhody pre cementársky priemysel. Zvýšením disperzie častíc, zlepšením hydratácie a zvýšením spracovateľnosti tieto zariadenia prispievajú k výrobe vysokokvalitných cementových materiálov. Presné ovládanie, škálovateľnosť a všestrannosť sondových sondových prístrojov z nich robia cenné nástroje pre výskumné aj priemyselné aplikácie, ktoré podporujú inovácie a efektivitu vo výrobe cementu.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonic dodáva vysokovýkonné sonikátory na akejkoľvek úrovni výkonu na spracovanie cementových častíc a cementovej škárovacej hmoty z menších dávok pre výskum + vývoj až po vysokovýkonné pre priemyselnú deaglomeráciu cementu vo výrobnom meradle.
- vysoká účinnosť
- Najmodernejšia technológia
- spoľahlivosť & odolnosť
- nastaviteľné, presné riadenie procesu
- dávka & Inline
- pre akýkoľvek objem
- inteligentný softvér
- inteligentné funkcie (napr. programovateľné, dátové protokolovanie, diaľkové ovládanie)
- jednoduchá a bezpečná obsluha
- nízka údržba
- CIP (čistenie na mieste)
Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.
Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 05 až 1,5 ml | N.A. | VialTweeter |
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.
Literatúra / Referencie
- 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Čo je cement?
Cement je jemná prášková látka, ktorá pôsobí ako spojivo v stavebníctve. Po zmiešaní s vodou prechádza chemickou reakciou nazývanou hydratácia, ktorá tvrdne na pevný materiál. Skladá sa predovšetkým z vápenca, hliny, škrupín a oxidu kremičitého a je kľúčovou zložkou betónu, malty a iných stavebných materiálov. Schopnosť cementu tvrdnúť a viazať iné materiály ho robí nevyhnutným pre stavbu budov, ciest, mostov a inej infraštruktúry. Najbežnejším typom cementu je portlandský cement, ktorý je široko používaný vďaka svojej pevnosti a všestrannosti.
Prečo je deaglomerácia cementových častíc dôležitá?
Deaglomerácia cementových častíc je dôležitá, pretože zabezpečuje rovnomerné rozloženie veľkosti častíc, čo zvyšuje výkon a kvalitu materiálov na báze cementu. Správna deaglomerácia zlepšuje účinnosť hydratácie, čo vedie k pevnejšiemu a odolnejšiemu betónu. Zvyšuje tiež spracovateľnosť cementových zmesí, čo uľahčuje ich miešanie, nalievanie a konečnú úpravu. Dobre rozptýlené častice navyše znižujú potrebu chemických prísad, znižujú výrobné náklady a minimalizujú vplyv na životné prostredie. Celkovo je efektívna deaglomerácia rozhodujúca pre dosiahnutie optimálnych mechanických vlastností a dlhodobej životnosti stavebných projektov.
Ako sa častice cementu deaglomerujú?
Cementové častice sa deaglomerujú rôznymi metódami, pričom ultrazvuková deaglomerácia je jednou z najúčinnejších techník. V tomto procese sú vysokofrekvenčné ultrazvukové vlny vyžarované sondou ponorenou do cementovej kaše. Tieto vlny vytvárajú intenzívne kavitačné bubliny, ktoré sa zrútia s vysokou energiou a vytvoria silné šmykové sily a rázové vlny. Tieto sily rozbíjajú aglomerované častice cementu a zabezpečujú rovnomerný rozptyl. Medzi ďalšie metódy patrí mechanické miešanie, mletie a použitie dispergačných činidiel, ale ultrazvuková deaglomerácia je uprednostňovaná pre svoju účinnosť a schopnosť dosiahnuť jemnú a konzistentnú distribúciu častíc.
Akú úlohu zohráva voda pri spracovaní cementu?
Voda hrá kľúčovú úlohu pri spracovaní cementu. Hydratuje rôzne minerály v slinku, čo dodáva cementovej paste potrebnú tekutosť. Riadenie obsahu vody je však krehká rovnováha. Nadmerné množstvo vody môže viesť k problémom, ako je krvácanie (kde sa voda oddeľuje od zmesi) a znížená pevnosť v tlaku. Naopak, nedostatok vody môže znížiť spracovateľnosť, čo sťažuje manipuláciu s cementovou zmesou a vedie k slabším produktom.
Ako fungujú sondové sondy?
Sonikátory sondového typu sú špecifickou triedou ultrazvukových zariadení určených na rozptyľovanie a deaglomeráciu častíc v rôznych suspenziách vrátane cementu. Tieto zariadenia používajú sondu alebo klaksón, ktorý vyžaruje ultrazvukové vlny priamo do média a vytvára kavitačné bubliny, ktoré implodujú s vysokou energiou, čo vedie k deaglomerácii častíc.
Sondové sondy fungujú tak, že generujú ultrazvukové vlny zvyčajne v rozsahu 20 až 30 kHz. Sonda, nazývaná aj sonotroda, je tyč vyrobená z materiálov, ako je titán, ktorá je ponorená do cementovej kaše. Po aktivácii sonda vibruje na ultrazvukových frekvenciách a vytvára intenzívnu akustickú kavitáciu. Táto kavitácia zahŕňa tvorbu a prudký kolaps mikroskopických bublín v kaši, čo vytvára silné šmykové sily a rázové vlny. Tieto sily rozbíjajú aglomerované častice a podporujú rovnomernú disperziu.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.