Deaglomeracija cementnih delcev z visokozmogljivim ultrazvokom
Sondni sonikatorji se pogosto uporabljajo za deaglomeracijo cementnih delcev. Ta metoda odpravlja potrebo po mlevnih telesih, poenostavlja postopek, saj filtracija in intenzivno čiščenje nista potrebna, ter omogoča učinkovito zmanjšanje velikosti delcev. Poleg tega sonikacija zmanjšuje odvisnost od dispergirnih sredstev in uporablja kompaktnejšo, energijsko učinkovito opremo, zato je zelo ugodna rešitev za dispergiranje in deaglomeracijo cementnih delcev.
Prednosti ultrazvočne deaglomeracije cementnih delcev
Cement je eden najpomembnejših materialov v gradbeništvu in se zaradi svojih vezivnih lastnosti široko uporablja. Vendar je za optimalne lastnosti potrebna enakomerna porazdelitev delcev, saj lahko aglomerirani delci negativno vplivajo na lastnosti cementa. Ultrazvočna deaglomeracija se je uveljavila kot zmogljiva tehnika za reševanje tega izziva.
Industrijski sonikatorji za deaglomeracijo cementnih delcev z visoko zmogljivostjo obdelave.
- Izboljšano dispergiranje delcev: Ultrazvočna deaglomeracija učinkovito dispergira cementne delce in zagotavlja enakomerno porazdelitev velikosti delcev. Ta enakomernost je ključna za doseganje dosledne trdnosti in trajnosti materialov s cementnim vezivom.
- Izboljšana hidratacija: Povečana površina deaglomeriranih delcev izboljša proces hidratacije, kar vodi do boljšega vezanja in večje trdnosti končnega izdelka. Izboljšana hidratacija zmanjšuje tudi tveganje za nepopolne reakcije in šibka mesta v cementni matrici.
- Večja obdelavnost: Dobro dispergirani cementni delci omogočajo bolj obdelavno mešanico, ki jo je lažje mešati, vlivati in končno obdelati. Ta izboljšana obdelavnost lahko skrajša čas gradnje in zmanjša stroške dela.
- Izboljšane mehanske lastnosti: Ultrazvočna deaglomeracija prispeva k nastanku gostejše in bolj homogene mikrostrukture v materialih na osnovi cementa. To izboljša mehanske lastnosti, kot sta tlačna in natezna trdnost.
- Zmanjšanje uporabe dodatkov: Z doseganjem boljšega dispergiranja z ultrazvočno deaglomeracijo je mogoče potrebo po kemičnih dispergirnih sredstvih in drugih dodatkih zmanjšati na najmanjšo možno mero. To ne zmanjšuje le stroškov, temveč tudi vpliv proizvodnje cementa na okolje.
- Stroškovna učinkovitost: Ne glede na začetno naložbo v ultrazvočno napravo industrijskega razreda je zaradi dolgoročnih koristi izboljšane kakovosti izdelka, zmanjšane uporabe dodatkov in boljših lastnosti ta rešitev stroškovno učinkovita za cementno industrijo.
| Vidik primerjave | Mletje cementnih delcev v krogličnem mlinu | Ultrazvočna deaglomeracija cementnih delcev |
|---|---|---|
| Metoda | Kot mlevna telesa uporablja jeklene kroglice ali kroglice iz silicijevega dioksida | Uporablja ultrazvočne valove visoke intenzivnosti za ustvarjanje akustične kavitacije in sonomehanskih strižnih sil |
| Zamenjava mlevnih teles | Pogosta zamenjava jeklenih kroglic ali kroglic iz silicijevega dioksida | Brez mlevnih teles, kar odpravlja stroške zamenjave |
| Filtracija po obdelavi | Potrebna za odstranitev mlevnih teles s filtriranjem | Ni potrebna, kar poenostavlja postopek |
| Zahteve glede čiščenja | Delovno intenzivno in zamudno čiščenje mlevnih teles in komore | Minimalno čiščenje, ultrazvočne sonde je lažje vzdrževati |
| Učinkovitost v območju drobnih delcev | Neučinkovito za delce v območju 0 – 100 µm, zamudno | Zelo učinkovito za drobne delce, vključno z območjem 0 – 100 µm |
| Potreba po dispergirnem sredstvu | Potrebna je velika količina dispergirnega sredstva | Manjša potreba po dispergirnih sredstvih zaradi močne kavitacije in strižnih sil |
| Značilnosti opreme | Velika, okorna, energijsko neučinkovita, zahteva obsežno vzdrževanje in čiščenje | Kompaktna, energijsko učinkovita, potrebuje manj vzdrževanja, lažja za uporabo in varna za upravljanje |
Študija primera: dispergiranje injekcijske mase iz mikrofinega cementa z ultrazvočnimi mešalniki
Raziskovalna skupina pod vodstvom Draganovića predstavlja celovito raziskavo dispergiranja injekcijske mase iz mikrofinega cementa z ultrazvočno tehnologijo v primerjavi z običajnimi laboratorijskimi diskastimi dispergatorji. Študija se posebej osredotoča na učinkovitost sonikatorja UP400St v primerjavi s tradicionalnimi metodami dispergiranja injekcijske mase.
Raziskovalci so izvedli vrsto poskusov z različnimi tehnikami dispergiranja, da bi ocenili porazdelitev velikosti delcev (PSD) in zeta potencial delcev mikrofinega cementa. Ocenjene tehnike vključujejo ultrazvočno obdelavo s sonikatorjem UP400St, visokohitrostne laboratorijske diskaste dispergatorje in kombinacijo obeh metod.
Ugotovitve kažejo, da ultrazvočno dispergiranje s sonikatorjem UP400St znatno izboljša porazdelitev velikosti delcev v primerjavi z običajnimi laboratorijskimi diskastimi dispergatorji. Sonikator UP400St učinkovito zmanjšuje aglomeracijo delcev mikrofinega cementa ter ustvarja bolj homogeno in stabilno suspenzijo injekcijske mase. Ultrazvočna obdelava izboljša porazdelitev manjših delcev, kar povzroči ožji razpon porazdelitve velikosti delcev.
Ultrazvočni homogenizator UP400St se glede učinkovitosti dispergiranja cementne injekcijske mase primerja z običajnim laboratorijskim mešalnikom, opremljenim z diskom, in z uporabo tehnike rotor–stator. Študija je pokazala, da ultrazvočno dispergiranje ni le učinkovita metoda, temveč je celo boljše od mešalnika, ki uporablja tehniko rotor–stator.
(študija in grafični prikaz: © Draganović et al., 2020)
Poleg tega kombiniranje ultrazvoka z običajnimi laboratorijskimi diskastimi dispergatorji poveča učinkovitost dispergiranja in omogoča porazdelitev še drobnejših delcev kot zgolj ultrazvočna obdelava. Ta kombinacija omogoča boljši nadzor nad PSD in zeta potencialom injekcijske mase iz mikrofinega cementa pri šaržni obdelavi. V sistemih z neprekinjenim pretokom suspenzija delcev samodejno prehaja skozi območje najintenzivnejše kavitacije, zato dodatno mešanje ni potrebno.
Študija poudarja vrhunsko učinkovitost sonikatorja UP400St pri dispergiranju injekcijske mase iz mikrofinega cementa. Ultrazvočna obdelava, zlasti v kombinaciji z običajnimi laboratorijskimi diskastimi dispergatorji, ponuja učinkovito in zmogljivo metodo za doseganje enakomerne in stabilne suspenzije delcev mikrofinega cementa.
Ta raziskava podaja podrobno primerjavo ultrazvočnih in običajnih metod dispergiranja ter poudarja večjo učinkovitost sonikacije pri dispergiranju injekcijske mase.
(prim. Draganović et al., 2020)
Primerjane metode dispergiranja: diskasti dispergator Vma-Getzmann Dispermat CV-3, opremljen z 90-mm diskom, sistem rotor–stator (R/S) in sonikator Hielscher UP400St, opremljen s sonotrodo H22.
(študija in slike: ©Draganovic et al., 2020)
Sondni sonikator UP400ST za dispergiranje injekcijske mase iz mikrofinega cementa
(študija in slika: ©Draganovic et al., 2020)
Uporaba sonikatorjev v cementni industriji
Izkoriščanje ugodnih učinkov ultrazvoka visoke moči pri deaglomeraciji cementnih delcev in injekcijske mase odpira številna področja uporabe v cementni industriji ter omogoča izboljšanje lastnosti materialov in kakovosti končnega izdelka.
- Mokro mletje cementnih delcev: Sonikacija s sondo je zelo učinkovita in energijsko učinkovita metoda za mletje cementnih delcev. Preberite več o ultrazvočnem mokrem mletju cementa!
- Proizvodnja visokozmogljivega betona: Sondni sonikatorji se uporabljajo za proizvodnjo visokozmogljivega betona, saj zagotavljajo enakomerno dispergiranje drobnih cementnih delcev in dodatnih cementnih materialov, kot sta elektrofiltrski pepel in mikrosilika. Tako nastane beton z vrhunskimi mehanskimi lastnostmi in trajnostjo.
- Razvoj nanokompozitov: Pri raziskavah in razvoju sondni sonikatorji olajšujejo vključevanje nanodelcev v cementne matrice, s čimer nastajajo nanokompoziti z izboljšanimi lastnostmi, kot so večja trdnost, žilavost in odpornost proti razgradnji zaradi okoljskih vplivov.
- Optimizacija učinkovitosti dodatkov: Ultrazvočna deaglomeracija pomaga optimizirati učinkovitost kemičnih dodatkov, kot so superplastifikatorji in aeranti, saj zagotavlja njihovo enakomerno porazdelitev v cementni matrici. To izboljša obdelavnost in lastnosti končnega izdelka.
Visokozmogljivi sonikatorji za dispergiranje in deaglomeracijo cementnih delcev
Ultrazvočna deaglomeracija s sondnimi sonikatorji ponuja pomembne prednosti za cementno industrijo. Te naprave z izboljšanjem dispergiranja delcev in hidratacije ter povečanjem obdelavnosti prispevajo k proizvodnji visokokakovostnih materialov s cementnim vezivom. Zaradi natančnega nadzora, možnosti povečanja obsega obdelave in vsestranskosti so sondni sonikatorji dragocena orodja tako za raziskave kot za industrijsko uporabo ter spodbujajo inovacije in učinkovitost pri proizvodnji cementa.
Hielscher Ultrasonic dobavlja visokozmogljive sonikatorje vseh ravni moči za obdelavo cementnih delcev in cementne injekcijske mase, od manjših serij za raziskave + razvoj do visokih zmogljivosti obdelave za industrijsko deaglomeracijo cementa v proizvodnem obsegu.
- visoka učinkovitost
- najsodobnejša tehnologija
- zanesljivost in robustnost
- prilagodljiv, natančen nadzor procesa
- šaržna obdelava in obdelava v liniji
- za katero koli prostornino
- inteligentna programska oprema
- pametne funkcije (npr. možnost programiranja, beleženje podatkov, daljinsko upravljanje)
- preprosto in varno upravljanje
- malo vzdrževanja
- CIP (čiščenje na mestu)
Zasnova, proizvodnja in svetovanje – kakovost iz Nemčije
Ultrazvočne naprave Hielscher so znane po najvišjih standardih kakovosti in zasnove. Robustnost in preprosto upravljanje omogočata nemoteno vključitev naših ultrazvočnih naprav v industrijske obrate. Ultrazvočne naprave Hielscher zlahka obvladujejo težke pogoje in zahtevna okolja.
Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in uporabniku prijaznim upravljanjem. Ultrazvočne naprave Hielscher so seveda skladne z zahtevami CE ter izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 0,5 do 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, dispergiranje, emulgiranje in ekstrakcijo v laboratorijskem, pilotnem in industrijskem obsegu.
Literatura / Viri
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno poznati
Kaj je cement?
Cement je drobna praškasta snov, ki v gradbeništvu deluje kot vezivo. Ko ga zmešamo z vodo, v njem poteka kemična reakcija, imenovana hidratacija, pri kateri se strdi v trden material. Sestavljen je predvsem iz apnenca, gline, lupin školjk in silicijevega dioksida ter je ključna sestavina betona, malte in drugih gradbenih materialov. Zaradi sposobnosti strjevanja in vezanja drugih materialov je cement nepogrešljiv pri gradnji stavb, cest, mostov in druge infrastrukture. Najpogostejša vrsta cementa je portlandski cement, ki se zaradi svoje trdnosti in vsestranskosti široko uporablja.
Zakaj je deaglomeracija cementnih delcev pomembna?
Deaglomeracija cementnih delcev je pomembna, ker zagotavlja enakomerno porazdelitev velikosti delcev, kar izboljša lastnosti in kakovost materialov na osnovi cementa. Ustrezna deaglomeracija izboljša učinkovitost hidratacije, kar vodi do trdnejšega in trajnejšega betona. Izboljša tudi obdelavnost cementnih mešanic, ki jih je zato lažje mešati, vlivati in končno obdelati. Poleg tega dobro dispergirani delci zmanjšujejo potrebo po kemičnih dodatkih, znižujejo proizvodne stroške in zmanjšujejo vpliv na okolje na najmanjšo možno mero. Na splošno je učinkovita deaglomeracija ključna za doseganje optimalnih mehanskih lastnosti in dolgoročne trajnosti pri gradbenih projektih.
Kako poteka deaglomeracija cementnih delcev?
Cementne delce deaglomeriramo z različnimi metodami, pri čemer je ultrazvočna deaglomeracija ena najučinkovitejših tehnik. Pri tem postopku sonda, potopljena v cementno suspenzijo, oddaja visokofrekvenčne ultrazvočne valove. Ti valovi ustvarjajo intenzivne kavitacijske mehurčke, ki se sesedejo z veliko energijo ter ustvarjajo močne strižne sile in udarne valove. Te sile razbijajo aglomerirane cementne delce in zagotavljajo enakomerno dispergiranje. Druge metode vključujejo mehansko mešanje, mletje in uporabo dispergirnih sredstev, vendar ima ultrazvočna deaglomeracija prednost zaradi svoje učinkovitosti in sposobnosti doseganja enakomerne porazdelitve drobnih delcev.
Kakšno vlogo ima voda pri obdelavi cementa?
Voda ima ključno vlogo pri obdelavi cementa. Hidratira različne minerale v klinkerju, kar cementni pasti zagotavlja potrebno tekočnost. Vendar je pri uravnavanju vsebnosti vode potrebno skrbno ravnovesje. Preveč vode lahko povzroči težave, kot sta izločanje vode (pri katerem se voda loči od mešanice) in zmanjšana tlačna trdnost. Nasprotno pa lahko premalo vode zmanjša obdelavnost, zaradi česar je s cementno mešanico težko delati, nastali izdelki pa so manj trdni.
Kako delujejo sondni sonikatorji?
Sondni sonikatorji so posebna skupina ultrazvočnih naprav, namenjenih dispergiranju in deaglomeraciji delcev v različnih suspenzijah, vključno s cementnimi. Te naprave uporabljajo sondo ali ultrazvočni rog, ki oddaja ultrazvočne valove neposredno v medij in ustvarja kavitacijske mehurčke, ki implodirajo z veliko energijo ter povzročajo deaglomeracijo delcev.
Sondni sonikatorji delujejo tako, da ustvarjajo ultrazvočne valove običajno v območju od 20 do 30kHz. Sonda, imenovana tudi sonotroda, je palica iz materialov, kot je titan, ki je potopljena v cementno suspenzijo. Ko se aktivira, sonda vibrira pri ultrazvočnih frekvencah in ustvarja intenzivno akustično kavitacijo. Ta kavitacija vključuje nastajanje in silovito sesedanje mikroskopskih mehurčkov v suspenziji, kar ustvarja močne strižne sile in udarne valove. Te sile razbijajo aglomerirane delce in spodbujajo enakomerno dispergiranje.
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje v velikostih od laboratorijskih do industrijskih.