Ultrazvočno mešanje cementne paste za beton

Ultrazvočno mešanje cementne paste ponuja velike prednosti za montažne kalupe, suho litje in betonarne. Te prednosti vključujejo krajši začetni in končni čas nastavitve, manjši odmerek superplastifikatorja, hitrejšo in popolnejšo hidracijo ter večjo tlačno trdnost.

Tradicionalne tehnologije mešanja betona, kot so “mešanje na cesti” ali rotacijski mešalniki zagotavljajo nezadostno mešanje za razpršitev aglomeratov cementnih delcev in drugih cementnih materialov, kot so leteči pepel ali silicijev dioksid. Medtem ko so zunanji delci takšnih aglomeratov izpostavljeni vodi, notranje površine delcev ostanejo suhe. To ima za posledico počasno in nepopolno hidracijo.

Prednosti tehnologije ultrazvočnega mešanja betona

Ultrazvočna disperzija je najnaprednejša tehnologija za deaglomeracijo in razprševanje mikronskih in nano-velikih materialov v tekočinah. Ultrazvočno mešanje uporablja kavitacijske strižne sile, ki so učinkovitejše pri mešanju materialov fine velikosti kot običajni rotacijski mešalniki in rotor-statorski mešalniki. Za cement, silicijev dioksid, leteči pepel, pigmente ali CNT se zmogljivost teh materialov znatno poveča z ultrazvočno disperzijo, saj izboljša porazdelitev delcev in stik z vodo.

Med hidracijo - reakcijo cementa z vodo - C-S-H-faze rastejo igličaste strukture. Spodnje slike prikazujejo mikrostrukturo v cementni pasti po 5 urah hidracije. V ultrazvočni cementni pasti so faze CSH dolge skoraj 500 nm, medtem ko so v nezvočni pasti faze CSH okoli 100 nm.

Mikrostruktura cementne paste po 5-urnem času hidracije

z ultrazvočno obdelavo	brez ultrazvočne obdelave
portlandska cementna pasta (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Univerza Bauhaus Weimar

 
Mešanje z ultrazvočno povzročeno kavitacijo vodi do hitrejše rasti C-S-H-faz.

 
Temperatura hidracije

Vpliv ultrazvočne moči (PUS) na časovno-temperaturne krivulje cementnih past

 
Tlačna trdnost

Vpliv ultrazvočne moči (PUS) na tlačno trdnost prizem malte

 
Ultrazvočna hitrost impulza

Vpliv ultrazvočne moči (PUS) na ultrazvočno impulzno hitrost vlažilnih cementnih past

Rast C-S-H-faz je povezana s temperaturo v cementni pasti v obdobju hidracije (kliknite na desno sliko). V ultrazvočno mešani cementni pasti je hidracija se začne približno eno uro prej. Zgodnejša hidracija je povezana s zgodnejšim povečanjem kompresijske moči. Povečano hitrost hidracije lahko izmerimo tudi z ultrazvočno hitrostjo impulza.

Zlasti pri montažnem in suhem betonu to vodi do bistveno krajšega časa, dokler se litega betona ne vzame iz kalupa. Študije Univerze Bauhaus (Nemčija) so pokazale naslednje skrajšanje določenih časov.

Druga zanimiva prednost ultrazvočnega mešanja je vpliv na fluidnost. Kot je prikazano v zgornji tabeli, se padec poveča za približno 30%. To omogoča zmanjšan odmerek superplastifikatorjev.

Procesna integracija ultrazvočnih mešalnikov v proizvodnjo cementa

Hielscher ponuja ultrazvočne mešalnike za učinkovito razprševanje cementa, silicijevega dioksida, letečega pepela, pigmentov ali CNT. Najprej je treba vsak suh material predhodno zmešati z vodo, da nastane visoka koncentracija, vendar črpljiva pasta. Hielscher ultrazvočni mešalnik deaglomerira in razprši delce s kavitacijskim striženjem. Posledično je celotna površina vsakega delca popolnoma izpostavljena vodi.

Ultrazvočna obdelava cementne paste

V primeru cementne paste se hidracija začne po ultrazvočni obdelavi. Zato je treba ultrazvočni mešalnik Hielscher uporabljati v liniji, saj cementne paste ni mogoče shranjevati dlje časa. Spodnja shematska risba ponazarja postopek. V naslednjem koraku se doda agregat, kot je pesek ali gramoz, in zmeša s cementno pasto. Ker so cementni delci na tej stopnji že dobro razpršeni, se cementna pasta dobro zlije z agregatom. Beton je nato pripravljen za polnjenje v montažne kalupe ali za prevoz. Razdelilni rezervoar poleg ultrazvočnega mešalnika se lahko uporablja za bolj neprekinjeno obdelavo v primeru nestabilnega povpraševanja po betonu.
Preberite več o ultrazvočni deaglomeraciji cementnih delcev!

Ultrazvočna disperzija silicijevega dioksida, letečega pepela in nanomaterialov

Razpršitev silicijevega dioksida, letečega pepela, pigmentov ali drugih nanomaterialov, kot so ogljikove nanocevke, zahteva druge intenzivnosti obdelave in ravni energije. Zato priporočamo ločen ultrazvočni mešalnik za izdelavo dobro razpršene gnojevke / paste, ki jo nato dodamo v betonsko mešanico. Kliknite na zgornjo sliko za shematsko risbo tega procesa.

Ultrazvočno mešalno opremo, potrebno za povečanje, je mogoče natančno določiti na podlagi pilotnih testov z uporabo UIP1000hdT, ki je 1.000-vatni močan pilotni zvočnik. Spodnja tabela prikazuje splošna priporočila naprave, odvisno od prostornine serije ali pretoka cementne paste, ki jo je treba obdelati.

Z do 16kW ultrazvočne mešalne moči na eno ultrazvočno sondo, Hielscher ponuja procesno moč, potrebno za aplikacije v velikem obsegu. To tehnologijo je enostavno preizkusiti in linearno povečati.