Përzierja me ultratinguj për beton me performancë të lartë

Përdorimi i mikro- dhe nanosilicës ose i nanotubave sjell përmirësime në rezistencën në shtypje të betonit me performancë të lartë. Trajtimi me ultratinguj është një mjet efektiv për përzierjen, lagien dhe dispergimin e nanomaterialeve në çimento ose beton.
 

Mikrosilica përdoret gjerësisht në beton sot, duke sjellë rezistencë më të lartë në shtypje ose betone rezistente ndaj ujit dhe substancave kimike. Kjo mund të ulë kostot e materialeve dhe konsumin e energjisë. Nanomaterialet e reja, si nanosilica ose nanotubat, sjellin përmirësime të mëtejshme në qëndrueshmëri dhe rezistencë mekanike. Por, për të shfaqur potencialin e plotë të nanomaterialeve, nevojitet një teknikë dispergimi e besueshme dhe efikase. Sonikatorët me sondë janë teknika më e besueshme dhe më efektive për të prodhuar nanodispersione, edhe në suspensione shumë viskoze dhe në trajtë paste, si çimentoja dhe betoni.

Dispergimi i llaçit të injektimit me çimento mikrofine me përzierës me ultratinguj

Në artikullin kërkimor të ekipit të Draganović, autorët hetojnë dispergimin e llaçit të injektimit me çimento mikrofine duke përdorur teknologjinë e ultratingujve dhe disolverë laboratorikë konvencionalë. Studimi synon të krahasojë performancën e ultratingujve – në këtë studim, konkretisht të sonikatorit UP400St – me metodat tradicionale të dispergimit të llaçit të injektimit.

Studiuesit kryen një seri eksperimentesh duke përdorur teknika të ndryshme dispergimi për të vlerësuar shpërndarjen e madhësisë së grimcave (PSD) dhe potencialin zeta të grimcave të çimentos mikrofine. Teknikat e dispergimit përfshijnë trajtimin me ultratinguj duke përdorur sonikatorin UP400St, disolverët laboratorikë me shpejtësi të lartë dhe kombinimin e të dyja metodave.

Rezultatet treguan se dispergimi me ultratinguj duke përdorur sonikatorin UP400St arriti një shpërndarje dukshëm më të mirë të madhësisë së grimcave krahasuar me disolverët laboratorikë konvencionalë. Sonikatori UP400St redukton në mënyrë efektive aglomerimin e grimcave të çimentos mikrofine dhe prodhon një suspension llaçi injektimi më homogjen dhe më të qëndrueshëm. Trajtimi me ultratinguj përmirëson shpërndarjen e grimcave më të vogla, duke sjellë një interval më të ngushtë të shpërndarjes së madhësisë së grimcave.
 

Metodat e dispergimit të krahasuara: Disolveri Vma-Getzmann Dispermat CV-3 i pajisur me një disk 90-mm dhe një sistem rotor-stator. Pajisja me ultratinguj Hielscher UP400St e pajisur me një sonotrodë H22.
(Studimi dhe fotografitë: ©Draganovic et al., 2020)

 
Për më tepër, përdorimi i ultratingujve në kombinim me disolverët laboratorikë konvencionalë përmirëson më tej efikasitetin e dispergimit, duke arritur një shpërndarje edhe më të imët të madhësisë së grimcave krahasuar me trajtimin vetëm me ultratinguj. Kur kombinohen, sonikimi siguron mikropërzierjen dhe nanodispergimin, ndërsa disolveri kontribuon në makropërzierje, duke siguruar që të gjitha grimcat të hyjnë në zonën e kavitacionit ultrasonik. Kjo mundëson kontroll më të mirë mbi shpërndarjen e madhësisë së grimcave (PSD) dhe potencialin zeta të llaçit të injektimit me çimento mikrofine gjatë punës me tufa. Kur përdoret një reaktor me qelizë rrjedhjeje, suspensioni i grimcave kalon automatikisht nëpër zonën e pikës së nxehtë të kavitacionit, kështu që përzierja shtesë është e panevojshme.

Në tërësi, studimi nxjerr në pah performancën superiore të sonikatorit UP400St në dispergimin e llaçit të injektimit me çimento mikrofine. Trajtimi me ultratinguj, veçanërisht kur kombinohet me disolverët laboratorikë konvencionalë, ofron një metodë shumë efektive dhe efikase për të arritur një suspension të njëtrajtshëm dhe të qëndrueshëm të grimcave të çimentos mikrofine.

Vlen të theksohet se artikulli ofron një krahasim gjithëpërfshirës midis ultratingujve dhe metodave konvencionale të dispergimit, duke nxjerrë në pah performancën superiore të sonikimit në dispergimin e llaçit të injektimit.
(cf. Draganović et al., 2020)
 

Homogjenizuesi me ultratinguj UP400St krahasohet për sa i përket efikasitetit të dispergimit të llaçit të çimentos me një përzierës të zakonshëm laboratorik të pajisur me disk dhe me teknikën rotor-stator. Studimi tregoi se dispergimi me ultratinguj është jo vetëm një metodë efektive, por është edhe më i mirë se një përzierës që përdor teknikën rotor-stator.
(studimi dhe grafiku: © Draganović et al., 2020)

Kërkimi dhe zhvillimi për betonin

Kërkimet për betonin synojnë të gjejnë materiale dhe procese për të:

• ulur kostot e materialeve dhe të energjisë
• arritur rezistencë të lartë fillestare dhe përfundimtare
• përmirësuar dendësinë dhe rezistencën në shtypje
• përmirësuar punueshmërinë, pompueshmërinë dhe aftësinë për përfundimin e sipërfaqes
• përmirësuar qëndrueshmërinë dhe ulur përshkueshmërinë
• zvogëluar plasaritjet nga tkurrja, formimin e pluhurit dhe problemet e shkëputjes së shtresave
• rezistencë kimike, p.sh. rezistencë ndaj sulfateve

Përzierja e çimentos dhe betonit

Kur bëhet fjalë për përmirësimin e vetive të betonit, teknologjia e përzierjes është po aq e rëndësishme sa përbërja e betonit. Përzierja është një hap thelbësor në prodhimin e betonit të njëtrajtshëm dhe me cilësi të lartë. Megjithëse shumë udhëzime dhe rregullore, p.sh. DIN EN 206, trajtojnë përbërjen e betonit dhe përbërësit e tij, procesi konkret i përzierjes së çimentos dhe i përzierjes së betonit i lihet përdoruesit.
Është vendimtare që uji, çimentoja dhe aditivët të dispergohen dhe të shpërndahen në mënyrë të njëtrajtshme deri në shkallë të imët dhe që aglomeratet të dispergohen mjaftueshëm. Dispergimi ose deaglomerimi i pamjaftueshëm sjell veti më të dobëta të betonit. Për shkak të përmbajtjes së ulët të ujit dhe dozimit të lartë të aditivëve, përzierja e betonit vetëngjeshës (SCC) dhe e betonit me rezistencë tepër të lartë (UHPC) kërkon një kohë më të gjatë përzierjeje ose një teknologji më efektive përzierjeje.
 
Mësoni se si ultratingujt me fuqi të lartë përmirësojnë dhe përshpejtojnë hidratimin dhe zhvillimin e rezistencës së pastave të çimentos!
 

Nanomaterialet në beton

Gjatë hidratimit të çimentos, në betonin që po ngurtësohet formohen produkte hidratimi në shkallë nanometrike, si hidratet e kalciumit. Nanogrimcat e silicës ose nanotubat shndërrohen në nanogrimca çimentoje gjatë ngurtësimit të betonit. Grimcat më të vogla sjellin distanca më të shkurtra ndërmjet grimcave dhe një material më të dendur e më pak poroz. Kjo rrit rezistencën në shtypje dhe ul përshkueshmërinë.

Megjithatë, një mangësi e madhe e pluhurave dhe materialeve me përmasa nanometrike është prirja për të formuar aglomerate gjatë lagies dhe përzierjes. Nëse grimcat individuale nuk dispergohen mirë, aglomerimi zvogëlon sipërfaqen e ekspozuar të grimcave, duke sjellë veti më të dobëta të betonit.

Përzierja me ultratinguj: dispergimi homogjen i nanomaterialeve në pastat e çimentos

Trajtimi me ultratinguj është një mjet shumë efektiv për përzierjen, dispergimin dhe deaglomerimin. Figura më poshtë tregon një rezultat tipik të dispergimit me ultratinguj të silicës pirogjenike në ujë.
Lexoni më shumë rreth llaçeve të çimentos të përforcuara me nanomateriale duke përdorur dispergimin me ultratinguj!

Duke nisur (kurba e gjelbër) nga një madhësi e grimcave të aglomeruara prej më shumë se 200 mikronësh (D50), shumica e grimcave u zvogëluan në më pak se 200 nanometra.

Përzierja me ultratinguj në çdo shkallë

Hielscher ofron pajisje për përzierje me ultratinguj për përdorim në kërkim dhe në përpunim në shkallë të plotë.

Sonikatorë për kërkim dhe zhvillim laboratorik

Homogjenizuesit laboratorikë me ultratinguj të Hielscher janë mjeti i përsosur i përzierjes për kërkim dhe zhvillim në shkallë laboratorike. Sonikatorët laboratorikë të Hielscher përdoren zakonisht për përzierjen me ultratinguj të sasive të vogla në përpunim me ngarkesa. Homogjenizuesit me ultratinguj të Hielscher ofrojnë kontroll të saktë të parametrave dhe riprodhueshmëri të shkëlqyer për përgatitjen e kalimit në shkallë më të madhe. Kjo e bën të lehtë përzierjen e formulimeve të ndryshme dhe përcaktimin e ndikimit të intensitetit të trajtimit me ultratinguj dhe të kohëzgjatjes së tij.

Përzierja me ultratinguj në linjë gjatë prodhimit

Pajisjet e përzierjes me ultratinguj që nevojiten për kalimin në shkallë më të madhe mund të përcaktohen saktësisht në bazë të provës laboratorike. Për përpunimin e rrjedhave me vëllime të mëdha çimentoje ose betoni, aparatet me ultratinguj me performancë të lartë zakonisht përdoren në regjim rrjedhjeje të vazhdueshme me reaktorë me rrjedhje kaluese. Kjo mundëson përzierje shumë të njëtrajtshme dhe përpunim pa të meta të pastave dhe pezullimeve – edhe me viskozitete shumë të larta.

Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të aparateve tona me ultratinguj, në varësi të vëllimit të serisë ose prurjes që duhet përpunuar: