Ултразвучно мешање за бетон високих перформанси

Употреба микро- и наносилицијум диоксида или наноцеви доводи до побољшања тлачне чврстоће бетона високих перформанси. Ултразвук је ефикасно средство за мешање, влажење и дисперговање наноматеријала у цементу или бетону.
 

Микро силицијум се данас широко користи у бетону, што доводи до веће чврстоће на притисак или бетона отпорних на воду и хемикалије. То може смањити материјалне трошкове и потрошњу енергије. Нови наноматеријали, као што су нано силицијум или наноцеви, доводе до даљег побољшања отпорности и снаге. Али да би се показао пуни потенцијал наноматеријала, потребна је поуздана и ефикасна техника дисперзије. Соникатори типа сонде су најпоузданија и најефикаснија техника за производњу нано-дисперзије, чак и у високо вискозним и пастозним суспензијама као што су цемент и бетон.

Микрофина дисперзија цементне масе са ултразвучним миксерима

Истраживачки тим Драгановића представља истраживачки рад, аутори истражују дисперзију микрофине цементне фуге коришћењем ултразвучне технологије и конвенционалних лабораторијских растварача. Студија има за циљ да упореди учинак ултразвука – у студији посебно соникатор УП400Ст – са традиционалним методама дисперзије фуге.

Истраживачи су спровели низ експеримената користећи различите технике дисперзије да би проценили расподелу величине честица (ПСД) и зета потенцијал честица микрофиног цемента. Технике дисперзије укључују ултразвучни третман коришћењем соникатора УП400Ст, брзе лабораторијске раствараче и комбинацију обе методе.

Резултати су показали да је ултразвучна дисперзија помоћу соникатора УП400Ст постигла значајно бољу дистрибуцију величине честица у поређењу са конвенционалним лабораторијским растварачима. Соникатор УП400Ст ефикасно смањује агломерацију микрофиних честица цемента и производи хомогенију и стабилнију суспензију фуге. Третман ултразвуком побољшава дистрибуцију мањих честица, што резултира ужим опсегом расподеле величине честица.
 

Упоређене методе дисперзије: Вма-Гетзманн Диспермат ЦВ-3 растварач опремљен диском од 90 мм и системом ротор-статор. Ултразвучни уређај Хиелсцхер УП400Ст опремљен сонотродом Х22.
(Студија и слике: ©Драгановић и др., 2020)

 
Поред тога, употреба ултразвука у комбинацији са конвенционалним лабораторијским растварачима додатно побољшава ефикасност дисперзије, постижући још финију дистрибуцију величине честица у поређењу са само ултразвучним третманом. Када се комбинује, соникација обезбеђује микро-мешање и нано-дисперзију, док растварач доприноси макро-мешању обезбеђујући да све честице уђу у зону ултразвучне кавитације. Ово омогућава бољу контролу над дистрибуцијом величине честица (ПСД) и зета потенцијалом микрофине цементне фуге у серијском раду. Када се користи реактор са проточним ћелијама, суспензија честица аутоматски пролази кроз зону кавитационе вруће тачке тако да је додатно мешање сувишно.

Све у свему, студија истиче супериорне перформансе соникатора УП400Ст у дисперговању микрофине цементне масе. Третман ултразвуком, посебно када се комбинује са конвенционалним лабораторијским растварачима, нуди веома ефикасан и ефикасан метод за постизање уједначене и стабилне суспензије микрофиних честица цемента.

Вреди напоменути да чланак пружа свеобухватно поређење између ултразвука и конвенционалних метода дисперзије наглашавајући супериорне перформансе соникације у дисперзији фуге.
(уп. Драгановић и др., 2020)
 

Ултразвучни хомогенизатор УП400Ст упоређује се ефикасност дисперзије цементне фуге са обичном лабораторијском мешалицом опремљеном диском, и коришћењем ротор-статор технике. Студија је показала да ултразвучна дисперзија није само ефикасан метод, већ је чак и боља од миксера који користи технику ротор-статор.
(студија и графика: © Драгановић и др., 2020)

Истраживање и развој бетона

Конкретна истраживања траже материјале и процесе за:

• смањити материјалне трошкове и трошкове енергије
• добити висок почетни и коначни отпор
• побољшати густину и чврстоћу на притисак
• побољшати обрадивост, способност пумпања и завршну обраду
• побољшати издржљивост и смањити пропусност
• смањити пукотине од скупљања, запрашивање и проблеме са раслојавањем
• отпорност на хемикалије, нпр. отпорност на сулфате

Мешање цемента и бетона

Када је реч о побољшању својстава бетона, технологија мешања је подједнако важна као и састав бетона. Мешање је суштински корак у производњи уједначеног, висококвалитетног бетона. Иако бројне смернице и прописи, нпр. ДИН ЕН 206 покривају састав бетона и његових компоненти, сам процес мешања цемента и бетона је препуштен кориснику.
Одлучујуће је да су вода, цемент и додаци равномерно дисперговани и распоређени до фине скале и да су агломерати довољно дисперговани. Недовољно дисперговање или деагломерација резултира лошијим својствима бетона. Због ниског садржаја воде и велике дозе додатака, мешање самозбијајућег бетона (СЦЦ) и бетона ултра високе чврстоће (УХПЦ) захтева дуже време мешања или ефикаснију технологију мешања.

Наноматеријали у бетону

Током хидратације цемента у бетону који се стврдњава формирају се производи хидратације наноразмера, као што су калцијум хидрати. Наночестице силицијум диоксида или наноцеви се претварају у наночестице цемента током очвршћавања бетона. Мање честице доводе до краћег растојања између честица и гушћег и мање порозног материјала. Ово повећава чврстоћу на притисак и смањује пропустљивост.

Међутим, главни недостатак праха и материјала нано величине је склоност формирању агломерата током влажења и мешања. Осим ако појединачне честице нису добро распршене, агломерација смањује изложену површину честица што доводи до лошијих својстава бетона.

Ултразвучно мешање наноматеријала

Ултрасоницатион је веома ефикасно средство за мешање, дисперговање и деагломерацију. Слика испод приказује типичан резултат ултразвучног распршивања испареног силицијум диоксида у води.

Почевши (зелена крива) са величином честица агломерата већом од 200 микрона (Д50) већина честица је смањена на мање од 200 нанометара.

Ултразвучно мешање у било којој мери

Хиелсцхер нуди ултразвучне уређаје за мешање за употребу у истраживању и пуној обради.

Соникатори за лабораторијска истраживања и развој

Хиелсцхер ултразвучни лабораторијски хомогенизатори су савршен алат за мешање за истраживање и развој у лабораторијским размерама. Хиелсцхер лабораторијски соникатори се обично користе за ултразвучно мешање малих серија. Хиелсцхер ултразвучни хомогенизатори нуде прецизну контролу параметара и одличну поновљивост за припрему скалирања. Ово олакшава мешање различитих формулација и одређивање утицаја интензитета ултразвучне обраде и трајања ултразвучне обраде.

Ултразвучно инлине мешање у производњи

Ултразвучна опрема за мешање потребна за повећање величине може се тачно одредити на основу лабораторијског теста. За обраду великих токова цемента или бетона, ултрасоникатори високих перформанси обично раде у режиму континуираног протока користећи проточне реакторе. Ово омогућава веома уједначено мешање и беспрекорну обраду паста и суспензија – чак и са веома високим вискозитетима.

Табела испод даје вам индикацију приближног капацитета обраде наших ултразвучних апарата у зависности од запремине серије или протока који се обрађује: