Деагломерација честица цемента ултразвуком велике снаге
Соникатори са сондом често се користе за деагломерацију честица цемента. Ова метода елиминише потребу за телима за млевење, поједностављује процес јер филтрацију и интензивно чишћење чини непотребним и омогућава ефикасно смањење величине честица. Поред тога, соникација смањује зависност од дисперзаната и користи компактнију, енергетски ефикасну опрему, што је чини веома повољним решењем за дисперговање и деагломерацију честица цемента.
Предности ултразвучне деагломерације честица цемента
Цемент је један од најважнијих материјала у грађевинарству, који се широко користи због својих везивних својстава. Међутим, постизање оптималних својстава захтева равномерну расподелу честица, јер агломерисане честице могу неповољно утицати на својства цемента. Ултразвучна деагломерација се показала као моћна техника за решавање овог изазова.
Индустријски соникатори за деагломерацију честица цемента са великим капацитетом обраде.
- Побољшано дисперговање честица: Ултразвучна деагломерација ефикасно диспергује честице цемента, обезбеђујући уједначену расподелу величина честица. Ова уједначеност је кључна за постизање доследне чврстоће и трајности материјала на бази цементних везива.
- Побољшана хидратација: Повећана површина деагломерисаних честица побољшава процес хидратације, што доводи до бољег везивања и веће чврстоће крајњег производа. Побољшана хидратација такође смањује ризик од непотпуних реакција и слабих места у цементној матрици.
- Повећана обрадивост: Добро дисперговане честице цемента дају смешу боље обрадивости, што олакшава мешање, изливање и завршну обраду. Ова побољшана обрадивост може довести до краћег времена изградње и смањених трошкова рада.
- Побољшана механичка својства: Ултразвучна деагломерација доприноси развоју гушће и хомогеније микроструктуре материјала на бази цемента. То доводи до побољшаних механичких својстава, као што су чврстоћа при притиску и затезању.
- Смањена употреба адитива: Постизањем бољег дисперговања ултразвучном деагломерацијом може се свести на минимум потреба за хемијским дисперзантима и другим адитивима. Тиме се не само смањују трошкови већ и утицај производње цемента на животну средину.
- Исплативост: Без обзира на почетно улагање у индустријски ултразвучни уређај, дугорочне користи од побољшаног квалитета производа, смањене употребе адитива и побољшаних својстава чине га исплативим решењем за цементну индустрију.
| Аспект поређења | Млевење честица цемента у кугличном млину | Ултразвучна деагломерација честица цемента |
|---|---|---|
| Метода | Користи куглице од челика или силицијум-диоксида као тела за млевење | Користи ултразвучне таласе високог интензитета за стварање акустичне кавитације и сономеханичких сила смицања |
| Замена тела за млевење | Честа замена куглица од челика или силицијум-диоксида | Нема тела за млевење, чиме се елиминишу трошкови замене |
| Филтрација након обраде | Неопходна за издвајање тела за млевење филтрацијом | Није неопходна, што поједностављује процес |
| Захтеви за чишћење | Чишћење тела за млевење и коморе захтева много рада и времена | Минимално чишћење, ултразвучне сонде се лакше одржавају |
| Ефикасност у опсегу финих честица | Неефикасно за честице у опсегу 0 – 100 µm, захтева много времена | Веома ефикасно за фине честице, укључујући опсег 0 – 100 µm |
| Потреба за дисперзантом | Потребна је велика количина дисперзанта | Смањена потреба за дисперзантима услед снажне кавитације и сила смицања |
| Карактеристике опреме | Велика, гломазна, енергетски неефикасна, захтева обимно одржавање и чишћење | Компактна, енергетски ефикасна, захтева мање одржавања, лакша за руковање и безбедна за рад |
Студија случаја: дисперговање инјекционе масе од микрофиног цемента ултразвучним мешалицама
Истраживачки тим који предводи Draganović представља свеобухватно истраживање дисперговања инјекционе масе од микрофиног цемента применом ултразвучне технологије у поређењу са конвенционалним лабораторијским дисолверима. Студија је посебно усмерена на перформансе соникатора UP400St у односу на традиционалне методе дисперговања инјекционе масе.
Истраживачи су спровели низ експеримената применом различитих техника дисперговања како би проценили расподелу величине честица (PSD) и зета потенцијал честица микрофиног цемента. Испитане технике обухватају ултразвучни третман соникатором UP400St, лабораторијске дисолвере велике брзине и комбинацију обе методе.
Резултати показују да ултразвучно дисперговање соникатором UP400St значајно побољшава расподелу величине честица у поређењу са конвенционалним лабораторијским дисолверима. Соникатор UP400St ефикасно смањује агломерацију честица микрофиног цемента, стварајући хомогенију и стабилнију суспензију инјекционе масе. Ултразвучни третман побољшава расподелу ситнијих честица, што резултира ужим опсегом расподеле величине честица.
Ултразвучни хомогенизатор UP400St упоређује се у погледу ефикасности дисперговања цементне инјекционе масе са обичном лабораторијском мешалицом опремљеном диском и са применом технике ротор–статор. Студија је показала да ултразвучно дисперговање није само ефикасна метода већ је чак и боље од мешалице која користи технику ротор–статор.
(студија и графикон: © Draganović et al., 2020)
Поред тога, комбиновање ултразвука са конвенционалним лабораторијским дисолверима повећава ефикасност дисперговања, постижући расподелу са још ситнијим честицама него при примени само ултразвучног третмана. Ова комбинација омогућава бољу контролу над PSD и зета потенцијалом инјекционе масе од микрофиног цемента при шаржној обради. У системима са континуалним протоком, суспензија честица аутоматски пролази кроз зону интензивне кавитационе активности, чиме додатно мешање постаје непотребно.
Студија истиче супериорне перформансе соникатора UP400St при дисперговању инјекционе масе од микрофиног цемента. Ултразвучни третман, посебно у комбинацији са конвенционалним лабораторијским дисолверима, пружа делотворну и ефикасну методу за постизање уједначене и стабилне суспензије честица микрофиног цемента.
Ово истраживање пружа детаљно поређење ултразвучних и конвенционалних метода дисперговања, истичући већу делотворност соникације при дисперговању инјекционе масе.
(уп. Draganović et al., 2020)
Упоређене методе дисперговања: дисолвер Vma-Getzmann Dispermat CV-3 опремљен диском од 90 mm, систем ротор–статор (R/S) и соникатор Hielscher UP400St опремљен сонотродом H22.
(студија и слике: ©Draganovic et al., 2020)
Соникатор са сондом UP400ST за дисперговање инјекционе масе од микрофиног цемента
(студија и слика: ©Draganovic et al., 2020)
Примене соникатора у цементној индустрији
Коришћење повољних ефеката ултразвука велике снаге при деагломерацији цементних честица и инјекционе масе отвара бројне области примене у цементној индустрији, омогућавајући побољшање карактеристика материјала и квалитета крајњег производа.
- Мокро млевење честица цемента: Соникација сондом је веома ефикасна и енергетски ефикасна метода млевења честица цемента. Прочитајте више о ултразвучном мокром млевењу цемента!
- Производња бетона високих перформанси: Соникатори са сондом користе се за производњу бетона високих перформанси тако што обезбеђују равномерно дисперговање финих честица цемента и допунских цементних материјала као што су летећи пепео и силикатна прашина. То доводи до добијања бетона са супериорним механичким својствима и трајношћу.
- Развој нанокомпозита: У истраживању и развоју, соникатори са сондом олакшавају уградњу наночестица у цементне матрице, стварајући нанокомпозите са побољшаним својствима као што су повећана чврстоћа, жилавост и отпорност на деградацију услед утицаја околине.
- Оптимизација деловања адитива: Ултразвучна деагломерација помаже у оптимизацији деловања хемијских адитива, као што су суперпластификатори и аеранти, обезбеђујући њихову равномерну расподелу у цементној матрици. То доводи до побољшане обрадивости и бољих својстава крајњег производа.
Соникатори високих перформанси за дисперговање и деагломерацију честица цемента
Ултразвучна деагломерација помоћу соникатора са сондом нуди значајне предности цементној индустрији. Побољшавањем дисперговања честица, унапређивањем хидратације и повећањем обрадивости, ови уређаји доприносе производњи висококвалитетних материјала на бази цемента. Прецизна контрола, могућност скалирања и свестраност соникатора са сондом чине их драгоценим алатима за истраживачке и индустријске примене, подстичући иновације и ефикасност у производњи цемента.
Hielscher Ultrasonic испоручује соникаторе високих перформанси свих нивоа снаге за обраду честица цемента и цементне инјекционе масе, од мањих шаржи за истраживање и развој до високих капацитета обраде за индустријску деагломерацију цемента у производним размерама.
- висока ефикасност
- најсавременија технологија
- поузданост и робусност
- подесива, прецизна контрола процеса
- шаржна и проточна обрада
- за било коју запремину
- интелигентан софтвер
- паметне функције (нпр. могућност програмирања, евидентирање података, даљинско управљање)
- једноставно и безбедно руковање
- мала потреба за одржавањем
- CIP (чишћење на месту)
Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој
Hielscher ултразвучни уређаји су познати по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Hielscher ултразвучни уређаји лако подносе сурове услове и захтевна окружења.
Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом и посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси који се одликују најсавременијом технологијом и једноставном употребом. Наравно, Hielscher ултразвучни уређаји су усаглашени са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.
Табела испод даје оквирни приказ приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:
| Запремина шарже | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 0,5 до 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси за мешање, дисперговање, емулговање и екстракцију у лабораторијским, пилотским и индустријским размерама.
Литература / Референце
- 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.
Чињенице које вреди знати
Шта је цемент?
Цемент је фина, прашкаста супстанца која служи као везивно средство у грађевинарству. Када се помеша са водом, у њему се одвија хемијска реакција која се назива хидратација, при чему очвршћава у чврст материјал. Првенствено се састоји од кречњака, глине, љуштура шкољки и силицијум-диоксида и кључни је састојак бетона, малтера и других грађевинских материјала. Способност цемента да очврсне и веже друге материјале чини га неопходним за изградњу зграда, путева, мостова и друге инфраструктуре. Најчешћа врста цемента је портланд цемент, који се широко користи због своје чврстоће и свестраности.
Зашто је деагломерација честица цемента важна?
Деагломерација честица цемента је важна јер обезбеђује уједначену расподелу величине честица, чиме се побољшавају својства и квалитет материјала на бази цемента. Правилна деагломерација побољшава ефикасност хидратације, што доводи до чвршћег и трајнијег бетона. Такође побољшава обрадљивост цементних мешавина, олакшавајући њихово мешање, изливање и завршну обраду. Поред тога, добро дисперговане честице смањују потребу за хемијским адитивима, снижавају трошкове производње и своде утицај на животну средину на најмању меру. Свеукупно, ефикасна деагломерација је кључна за постизање оптималних механичких својстава и дугорочне трајности у грађевинским пројектима.
Како се врши деагломерација честица цемента?
Деагломерација честица цемента врши се различитим методама, при чему је ултразвучна деагломерација једна од најефикаснијих техника. У овом процесу сонда уроњена у цементну суспензију емитује високофреквентне ултразвучне таласе. Ови таласи стварају интензивне кавитационе мехуриће који колабирају уз ослобађање велике енергије, стварајући снажне смицајне силе и ударне таласе. Ове силе разбијају агломерате честица цемента, обезбеђујући уједначену дисперзију. Друге методе укључују механичко мешање, млевење и употребу средстава за дисперговање, али се ултразвучној деагломерацији даје предност због њене ефикасности и способности да постигне фину, уједначену расподелу честица.
Коју улогу има вода у преради цемента?
Вода има кључну улогу у преради цемента. Она хидратише различите минерале у клинкеру, чиме се цементној пасти обезбеђује неопходна течљивост. Међутим, регулисање садржаја воде захтева пажљиво одржавање равнотеже. Прекомерна количина воде може довести до проблема као што су издвајање воде (када се вода одваја из мешавине) и смањена чврстоћа на притисак. Насупрот томе, недовољна количина воде може смањити обрадљивост, отежавајући руковање цементном мешавином и доводећи до производа мање чврстоће.
Како раде соникатори са сондом?
Соникатори са сондом су посебна класа ултразвучних уређаја намењених дисперговању и деагломерацији честица у различитим суспензијама, укључујући цементне. Ови уређаји користе сонду или ултразвучни рог који емитује ултразвучне таласе директно у медијум, стварајући кавитационе мехуриће који имплодирају уз ослобађање велике енергије, што доводи до деагломерације честица.
Соникатори са сондом раде тако што генеришу ултразвучне таласе, обично у опсегу од 20 до 30kHz. Сонда, која се назива и сонотрода, јесте шипка израђена од материјала попут титанијума, која се урања у цементну суспензију. Када се активира, сонда вибрира на ултразвучним фреквенцијама, стварајући интензивну акустичну кавитацију. Ова кавитација подразумева настанак и силовит колапс микроскопских мехурића у суспензији, при чему настају снажне смицајне силе и ударни таласи. Ове силе разбијају агломерате честица и подстичу уједначену дисперзију.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лабораторијских до индустријских величина.