Ултразвучно мешање цементне пасте за бетон

Ултразвучно мешање цементне пасте пружа велике предности за ливење префабрикованих елемената, суво ливење и бетонаре. Ове предности обухватају краће време почетка и завршетка везивања, мању дозу суперпластификатора, бржу и потпунију хидратацију, као и већу чврстоћу при притиску.

Традиционалне технологије мешања бетона, као што су „мешање током транспорта“ или ротационе мешалице, не обезбеђују довољно интензивно мешање за дисперговање агломерата честица цемента и других цементних материјала, као што су летећи пепео или силицијум-диоксид. Док су спољашње честице таквих агломерата изложене води, површине унутрашњих честица остају суве. То доводи до споре и непотпуне хидратације.

Предности технологије ултразвучног мешања за бетон

Ултразвучно дисперговање је најнапреднија технологија за деагломерацију и дисперговање материјала микрометарских и нанометарских величина у течностима. Ултразвучно мешање користи кавитационе силе смицања које су ефикасније при мешању финих материјала од конвенционалних ротационих мешалица и мешалица са ротором и статором. Код цемента, силицијум-диоксида, летећег пепела, пигмената или угљеничних наноцеви (CNT), ултразвучно дисперговање значајно побољшава својства ових материјала јер побољшава расподелу честица и њихов контакт са водом.

Током хидратације – реакције цемента са водом – C‑S‑H фазе развијају игличасте структуре. Слике испод приказују микроструктуру цементне пасте после 5 сати хидратације. У цементној пасти обрађеној ултразвуком, C‑S‑H фазе су дуге скоро 500nm, док су у пасти која није обрађена ултразвуком C‑S‑H фазе дуге око 100nm.

Микроструктура цементне пасте после 5 сати хидратације

са ултразвучном обрадом	без ултразвучне обраде
Паста од портланд цемента (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Универзитет Баухаус у Вајмару

 
Мешање кавитацијом изазваном ултразвуком доводи до бржег раста C‑S‑H фаза.

 
Температура хидратације

Утицај ултразвучне обраде високе снаге (PUS) на криве зависности температуре од времена код цементних паста

 
Чврстоћа при притиску

Утицај ултразвучне обраде високе снаге (PUS) на чврстоћу малтерских призми при притиску

 
Брзина ултразвучног импулса

Утицај ултразвучне обраде високе снаге (PUS) на брзину ултразвучног импулса у цементним пастама током хидратације

Раст C‑S‑H фаза је у корелацији са температуром цементне пасте током хидратације (кликните на графикон десно). У цементној пасти мешаној ултразвуком хидратација почиње приближно један сат раније. Ранија хидратација је у корелацији са ранијим повећањем чврстоће при притиску. Повећана брзина хидратације може се мерити и помоћу брзине ултразвучног импулса.

Нарочито код префабрикованог и суво ливеног бетона, ово доводи до значајног скраћења времена до вађења изливеног бетона из калупа. Истраживања Универзитета Баухаус (Немачка) показала су следеће скраћење времена везивања.

Још једна занимљива предност ултразвучног мешања је утицај на течљивост. Као што је приказано у табели изнад, слегање се повећава за приближно 30%. То омогућава смањење дозе суперпластификатора.

Интеграција ултразвучних мешалица у процес производње цемента

Hielscher нуди ултразвучне мешалице за ефикасно дисперговање цемента, силицијум-диоксида, летећег пепела, пигмената или угљеничних наноцеви (CNT). Најпре сваки суви материјал треба претходно помешати са водом како би се добила паста високе концентрације која се ипак може пумпати. Ултразвучна мешалица Hielscher деагломерише и диспергује честице применом кавитационог смицања. Као резултат тога, целокупна површина сваке честице потпуно је изложена води.

Ултразвучна обрада цементне пасте

У случају цементне пасте, хидратација почиње после ултразвучне обраде. Стога ултразвучну мешалицу Hielscher треба користити у проточној линији, јер се цементна паста не може дуго складиштити. Шематски приказ испод илуструје процес. У следећем кораку додаје се агрегат, као што су песак или шљунак, и меша са цементном пастом. Пошто су честице цемента у тој фази већ добро дисперговане, цементна паста се добро меша са агрегатом. Бетон је затим спреман за уливање у калупе за префабриковане елементе или за транспорт. Резервоар „брејк-ап“ поред ултразвучне мешалице може се користити за континуалнију обраду у случају неуједначене потражње за бетоном.
Прочитајте више о ултразвучној деагломерацији честица цемента!

Ултразвучно дисперговање силицијум-диоксида, летећег пепела и наноматеријала

Дисперговање силицијум-диоксида, летећег пепела, пигмената или других наноматеријала, као што су угљеничне наноцеви, захтева другачије интензитете обраде и нивое енергије. Због тога препоручујемо засебну ултразвучну мешалицу за припрему добро дисперговане суспензије/пасте која се затим додаје бетонској мешавини. Кликните на графички приказ изнад да бисте видели шематски приказ овог процеса.

Опрема за ултразвучно мешање потребна за повећање размера производње може се тачно одредити на основу испитивања у пилот-размерама помоћу уређаја UIP1000hdT, снажног соникатора за пилот-примену снаге 1.000 вати. Табела испод приказује опште препоруке за уређаје у зависности од запремине шарже или запреминског протока цементне пасте коју треба обрадити.

Са снагом ултразвучног мешања до 16kW по појединачној ултразвучној сонди, Hielscher обезбеђује снагу обраде потребну за примене са великим запреминама. Ова технологија се лако испитује и омогућава линеарно повећање размера производње.