Ултразвучно мешање цементне пасте за бетон

Ултразвучно мешање цементне пасте нуди велике предности за префабриковане калупе, суво ливење и фабрике бетона. Ове предности укључују краће почетно и коначно време везивања, мању дозу суперпластификатора, бржу и потпунију хидратацију, као и већу чврстоћу на притисак.

Традиционалне технологије мешања бетона, као нпр “мешање на путу” или ротациони миксери, обезбеђују недовољно дејство мешања 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, унутрашње површине честица остају суве. Ово резултира спором и непотпуном хидратацијом.

Предности ултразвучне технологије мешања бетона

Ултразвучно дисперговање је најнапреднија технологија за деагломерацију и распршивање материјала микронске и нано величине у течностима. Ултразвучно мешање користи кавитационе смичне силе које су ефикасније у мешању материјала фине величине од конвенционалних ротационих миксера и ротор-статорских мешалица. За цемент, силицијум диоксид, електрофилтерски пепео, пигменте или ЦНТ, перформансе ових материјала се значајно повећавају ултразвучним распршивањем, јер побољшава дистрибуцију честица и контакт са водом.

Током хидратације — реакције цемента са водом — Ц‑С‑Х‑фазе расту игличасте структуре. Слике испод показују микроструктуру у цементној пасти након 5 сати хидратације. У ултразвучној цементној пасти, Ц‑С‑Х‑фазе су дугачке скоро 500 нм, док су у несонифицираној пасти Ц‑С‑Х‑фазе дугачке око 100 нм.

Микроструктура цементне пасте после 5 сати времена хидратације

са ултразвучном обрадом	без ултразвучне обраде
Портланд цементна паста (ЦЕМ И42.5Р), Ц. Росслер (2009) – Универзитет Баухаус у Вајмару

 
Мешање кавитацијом изазваном ултразвуком доводи до бржег раста Ц‑С‑Х‑фаза.

 
Температура хидратације

Утицај ултразвучне обраде (ПУС) на временско-температурне криве цементних паста

 
Компресијска снага

Утицај ултразвучне обраде (ПУС) на компресијску чврстоћу малтерних призма

 
Ултразвучна пулсна брзина

Утицај ултразвучне обраде (ПУС) на брзину ултразвучног пулса хидратантних цементних паста

Раст Ц‑С‑Х-фаза корелира са температуром у цементној пасти током периода хидратације (кликните на десној слици). У ултразвучно мешаној цементној пасти, хидратација почиње прибл. један сат раније. Ранија хидратација корелира са ранијим повећањем чврстоће компресије. Повећана брзина хидратације се такође може мерити брзином ултразвучног пулса.

Посебно за префабриковане и суво ливене бетоне, ово доводи до знатно краћег времена док се ливени бетон не може извадити из калупа. Студије Универзитета Баухаус (Немачка) показале су следеће смањење времена постављања.

Још једна интересантна предност ултразвучног мешања је утицај на течност. Као што је приказано у горњој табели, пад се повећава за прибл. 30%. Ово омогућава смањену дозу суперпластификатора.

Процес интеграције ултразвучних миксера у производњу цемента

Хиелсцхер нуди ултразвучне миксере за ефикасно распршивање цемента, силицијум диоксида, летећег пепела, пигмената или ЦНТ-а. Прво, сваки сув материјал треба претходно помешати са водом да би се формирала паста високе концентрације која се може пумпати. Хиелсцхер ултразвучни миксер деагломерира и распршује честице помоћу кавитационог смицања. Као резултат, цела површина сваке честице је у потпуности изложена води.

Ултразвучна обрада цементне пасте

У случају цементне пасте, хидратација почиње након ултразвучне обраде. Због тога, ултразвучни миксер Хиелсцхер треба да се користи у линији, пошто се цементна паста не може чувати дуже време. Шематски цртеж испод илуструје процес. У следећем кораку, агрегат, као што је песак или шљунак, се додаје и меша са цементном пастом. Пошто су у тој фази честице цемента већ добро дисперговане, цементна паста се добро меша са агрегатом. Бетон је тада спреман за пуњење у префабриковане калупе или за транспорт. Резервоар за разбијање поред ултразвучног миксера може се користити за континуиранију обраду у случају несталне потражње бетона.
Прочитајте више о ултразвучној деагломерацији цементних честица!

Ултразвучно распршивање силицијум диоксида, летећег пепела и наноматеријала

Распршивање силицијум диоксида, летећег пепела, пигмената или других наноматеријала, као што су угљеничне наноцеви, захтева друге интензитете обраде и нивое енергије. Из тог разлога, препоручујемо посебан ултразвучни миксер за производњу добро дисперговане суспензије/пасте која се затим додаје у бетонску мешавину. Кликните на горњу графику за шематски цртеж овог процеса.

Опрема за ултразвучно мешање потребна за повећање величине може се тачно одредити на основу тестова пилот скале користећи УИП1000хдТ, који је моћни соникатор пилотске скале од 1.000 вати. Табела у наставку приказује опште препоруке за уређаје у зависности од запремине шарже или протока цементне пасте која се обрађује.

Са до 16 кВ ултразвучне снаге мешања по једној ултразвучној сонди, Хиелсцхер нуди процесорску снагу потребну за апликације великог обима. Ову технологију је лако тестирати и линеарно се повећава.