Ултразвучно мешање за бетон високих перформанси

Употреба микро- и наносилике или наноцеви доводи до побољшања чврстоће при притиску бетона високих перформанси. Ултразвучна обрада је ефикасно средство за мешање, квашење и дисперговање наноматеријала у цементу или бетону.
 

Микросилика се данас широко користи у бетону, чиме се постиже већа чврстоћа при притиску или добијају бетони отпорни на воду и хемикалије. То може смањити трошкове материјала и потрошњу енергије. Нови наноматеријали, попут наносилике или наноцеви, доводе до даљих побољшања отпорности и чврстоће. Међутим, да би наноматеријали испољили свој пуни потенцијал, потребна је поуздана и ефикасна техника дисперговања. Соникатори са сондом представљају најпоузданију и најделотворнију технику за добијање нанодисперзије, чак и у високовискозним и пастозним суспензијама попут цемента и бетона.

Дисперговање инјекционе масе од микрофиног цемента ултразвучним мешалицама

У истраживачком чланку истраживачког тима Драгановића, аутори испитују дисперговање инјекционе масе од микрофиног цемента применом ултразвучне технологије и конвенционалних лабораторијских дисолвера. Циљ студије је поређење учинка ултразвука – у овој студији конкретно соникатора UP400St – са традиционалним методама дисперговања инјекционе масе.

Истраживачи су спровели низ експеримената користећи различите технике дисперговања како би проценили расподелу величине честица (PSD) и зета потенцијал честица микрофиног цемента. Технике дисперговања обухватају ултразвучну обраду соникатором UP400St, лабораторијске дисолвере велике брзине и комбинацију обе методе.

Резултати су показали да је ултразвучним дисперговањем соникатором UP400St постигнута знатно боља расподела величине честица у поређењу са конвенционалним лабораторијским дисолверима. Соникатор UP400St ефикасно смањује агломерацију честица микрофиног цемента и ствара хомогенију и стабилнију суспензију инјекционе масе. Ултразвучна обрада побољшава расподелу мањих честица, што доводи до ужег опсега расподеле величине честица.
 

Упоређене методе дисперговања: дисолвер Vma-Getzmann Dispermat CV-3 опремљен диском од 90-mm и системом ротор–статор. Ултразвучни уређај Hielscher UP400St опремљен сонотродом H22.
(Студија и слике: ©Draganovic et al., 2020)

 
Поред тога, употреба ултразвука у комбинацији са конвенционалним лабораторијским дисолверима додатно побољшава ефикасност дисперговања, чиме се постиже расподела са још ситнијим честицама него при примени само ултразвучне обраде. При комбинованој примени, соникација обезбеђује микромешање и нанодисперговање, док дисолвер доприноси макромешању, обезбеђујући да све честице доспеју у зону ултразвучне кавитације. То омогућава бољу контролу расподеле величине честица (PSD) и зета потенцијала инјекционе масе од микрофиног цемента при шаржном раду. Када се користи реактор са проточном ћелијом, суспензија честица аутоматски пролази кроз зону кавитационог жаришта, тако да је додатно мешање сувишно.

У целини, студија истиче супериоран учинак соникатора UP400St у дисперговању инјекционе масе од микрофиног цемента. Ултразвучна обрада, нарочито у комбинацији са конвенционалним лабораторијским дисолверима, пружа веома делотворну и ефикасну методу за постизање уједначене и стабилне суспензије честица микрофиног цемента.

Вреди напоменути да чланак пружа свеобухватно поређење ултразвучних и конвенционалних метода дисперговања, истичући супериоран учинак соникације при дисперговању инјекционе масе.
(уп. Draganović et al., 2020)
 

Ултразвучни хомогенизатор UP400St се упоређује у погледу ефикасности дисперговања цементне инјекционе масе са обичном лабораторијском мешалицом опремљеном диском и са мешалицом која користи технику 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 графички приказ: © Draganović et al., 2020)

Истраживање и развој бетона

Истраживања бетона усмерена су на проналажење материјала и поступака којима се:

• смањују трошкови материјала и енергије
• постиже висока почетна и крајња чврстоћа
• побољшавају густина и чврстоћа при притиску
• побољшавају обрадивост, пумпабилност и могућност завршне обраде
• побољшава трајност и смањује пропустљивост
• смањују пукотине услед скупљања, прашење и проблеми са раслојавањем
• постиже хемијска отпорност, 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 неопходан корак у производњи уједначеног, висококвалитетног бетона. Иако бројне смернице и прописи, нпр. DIN EN 206, обухватају састав бетона и његове компоненте, сам поступак мешања цемента и бетона препуштен је кориснику.
Од пресудног је значаја да вода, цемент и додаци буду равномерно дисперговани и распоређени све до финог нивоа и да агломерати буду довољно дисперговани. Недовољно дисперговање или деагломерација доводе до лошијих својстава бетона. Због ниског садржаја воде и високих доза додатака, мешање самоуграђујућег бетона (SCC) и бетона ултрависоке чврстоће (UHPC) захтева дуже време мешања или ефикаснију технологију мешања.
 
Сазнајте како ултразвук велике снаге побољшава и убрзава хидратацију и развој чврстоће цементних паста!
 

Наноматеријали у бетону

Током хидратације цемента у бетону који очвршћава настају производи хидратације нанометарских димензија, као што су хидрати калцијума. Наночестице силицијум-диоксида или наноцеви претварају се у наночестице цемента током очвршћавања бетона. Мање честице доводе до мањег растојања између честица и гушћег и мање порозног материјала. Тиме се повећава чврстоћа при притиску и смањује пропустљивост.

Међутим, велики недостатак прахова и материјала нанометарских димензија јесте склоност ка стварању агломерата током квашења и мешања. Ако појединачне честице нису добро дисперговане, агломерација смањује изложену површину честица, што доводи до лошијих својстава бетона.

Ултразвучно мешање: хомогено дисперговање наноматеријала у цементним пастама

Ултразвучна обрада је веома ефикасно средство за мешање, дисперговање и деагломерацију. Слика испод приказује типичан резултат ултразвучног дисперговања пирогеног силицијум-диоксида у води.
Прочитајте више о цементним малтерима ојачаним наноматеријалима применом ултразвучног дисперговања!

Полазећи од величине агломерисаних честица веће од 200 микрона (D50) (зелена крива), већина честица смањена је на мање од 200 нанометара.

Ултразвучно мешање у било којој размери

Hielscher нуди уређаје за ултразвучно мешање за примену у истраживањима и обради у пуном производном обиму.

Соникатори за лабораторијско истраживање и развој

Ултразвучни лабораторијски хомогенизатори Hielscher савршен су алат за мешање при истраживању и развоју у лабораторијским размерама. Лабораторијски соникатори Hielscher обично се користе за ултразвучно мешање малих шаржи. Ултразвучни хомогенизатори Hielscher омогућавају прецизну контролу параметара и одличну поновљивост ради припреме преласка на већи обим производње. То олакшава мешање различитих формулација и утврђивање утицаја интензитета ултразвучне обраде и трајања соникације.

Ултразвучно мешање у протоку у производњи

Опрема за ултразвучно мешање потребна за повећање обима производње може се тачно одредити на основу лабораторијског испитивања. За обраду токова цемента или бетона великог запреминског протока, ултразвучни уређаји високих перформанси обично раде у режиму континуалног протока уз употребу проточних реактора. То омогућава изузетно равномерно мешање и беспрекорну обраду паста и суспензија – чак и при веома високим вискозностима.

Табела у наставку приказује приближан капацитет обраде наших ултразвучних уређаја у зависности од запремине шарже или протока који треба обрадити: