Användningen av mikro-och Nanokisel eller nanorör leder till förbättringar i tryck hållfasthet av högpresterande betong. Ultraljud är ett effektivt sätt för blandning, vätning och spridning av nanomaterial i cement eller betong.
 

Mikrokiseldioxid används ofta i betong idag, vilket leder till högre tryckhållfasthet eller vatten- och kemikaliebeständig betong. Det kan minska materialkostnader och energianvändning. Nya nanomaterial, såsom nanokiseldioxid eller nanorör, leder till ytterligare förbättringar av resistens och styrka. Men för att uppvisa nanomaterialens fulla potential krävs en tillförlitlig och effektiv spridningsteknik. Sond-typ sonicators är den mest tillförlitliga och effektiva tekniken för att producera nano-dispersion, även i mycket viskösa och pasta-liknande uppslamningar såsom cement och betong.

Microfine Cement Grout dispersion med ultraljud blandare

Forskargruppen i Draganović presenterar forskningsartikel, författarna undersöker spridningen av mikrofin cementinjekteringsbruk med hjälp av ultraljudsteknik och konventionella laboratorieupplösare. Studien syftar till att jämföra utförandet av ultraljud – i studien specifikt sonicator UP400St – med traditionella metoder för injekteringsdispersion.

Forskarna genomförde en serie experiment med olika dispersionstekniker för att utvärdera partikelstorleksfördelningen (PSD) och zetapotentialen hos mikrofina cementpartiklar. Dispersionsteknikerna inkluderar ultraljudsbehandling med UP400St-ultraljudsatorn, höghastighetslaboratorielösare och kombinationen av båda metoderna.

Resultaten visade att ultraljudsdispersion med hjälp av ultraljudsbehandling UP400St uppnådde signifikant bättre partikelstorleksfördelning jämfört med konventionella laboratorieupplösare. Sonicator UP400St minskar effektivt agglomerationen av mikrofina cementpartiklar och producerar en mer homogen och stabil injekteringsupphängning. Ultraljudsbehandlingen förbättrar fördelningen av mindre partiklar, vilket resulterar i ett smalare partikelstorleksfördelningsområde.
 

Jämförda dispersionsmetoder: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dissolver utrustad med en 90 mm skiva och ett rotor-statorsystem. Hielscher UP400St ultraljudsenhet utrustad med en H22 sonotrode.
(Studie och bilder: ©Draganovic et al., 2020)

 
Dessutom förbättrar användningen av ultraljud i kombination med konventionella laboratorieupplösare ytterligare dispersionseffektiviteten och uppnår en ännu finare partikelstorleksfördelning jämfört med enbart ultraljudsbehandling. När de kombineras, ultraljudsbehandling ger mikro-blandning och nano-dispersion, medan upplösningen bidrar till makro-blandning säkerställa att alla partiklar i ultraljud kavitation zon. Detta möjliggör bättre kontroll över partikelstorleksfördelningen (PSD) och zetapotentialen hos mikrofin cementinjekteringsbruk vid satsdrift. Vid användning av en flödescellreaktor passerar partikelsuspensionen automatiskt kavitationens hot spot-zon så att den extra omrörningen är överflödig.

Sammantaget belyser studien den överlägsna prestandan hos ultraljudsapparaten UP400St vid spridning av mikrofin cementmassa. Ultraljudsbehandlingen, särskilt i kombination med konventionella laboratorieupplösare, erbjuder en mycket effektiv och effektiv metod för att uppnå en enhetlig och stabil suspension av mikrofina cementpartiklar.

Det är värt att notera att artikeln ger en omfattande jämförelse mellan ultraljud och konventionella dispersionsmetoder som belyser ultraljudsbehandlingens överlägsna prestanda i injekteringsdispersion.
(jfr Draganović et al., 2020)
 

Ultraljud homogenisator UP400St jämförs med avseende på dispersionseffektivitet hos cementbruk med en vanlig laboratorieblandare utrustad med en skiva och med rotor-statorteknik. Studien visade att ultraljudsdispersion inte bara är en effektiv metod utan är ännu bättre än en mixer som använder rotor-statortekniken.
(studie och grafik: © Draganović et al., 2020)

Konkret forskning och utveckling

Konkret forskning söker efter material och processer för att:

• minska material kostnader och energi kostnader
• få hög initial-och resistens
• förbättra densitet och tryck hållfasthet
• förbättra arbets förmågan, pumpability och finishability
• förbättra hållbarheten och minska permeabiliteten
• minska krympsprickor, damning och delaminering problem
• kemisk resistens, t. ex.

Cement och betong blandning

När det gäller förbättringar i konkreta egenskaper, är blandning teknik lika viktigt som betong sammansättning. Blandning är ett viktigt steg i produktionen av enhetlig, högkvalitativ betong. Även om talrika anvisningar och reglemente, e.g. BULLEREN 206 täcker sammansättningen av hårdna och dess delar, den faktiska processen av cementerar blandning och hårdnar blandning lämnas till användaren.
Det är avgörande, att vatten, cement och tillsatsmedel är jämnt spridda och fördelas ner till en fin skala och att agglomeratblandningar är tillräckligt spridda. Otillräcklig spridning eller deagglomeration resulterar i sämre konkreta egenskaper. På grund av den låga vattenhalten och den höga doseringen av tillsatsmedel, blandning av Self-kompakverkande betong (SCC) och ultra hög håll fast betong (UHPC) kräver en längre blandnings tid eller en mer effektiv blandning teknik.

Nanomaterial i betong

Under hydreringen av cementet bildas hydratiseringsprodukter i nanoskala, såsom kalciumhydrater, i härdningsbetongen. Nanopartiklar av kiseldioxid eller nanorör förvandlas till nanopartiklar av cement under stelningen av betongen. Mindre partiklar leder till kortare partikelavstånd och ett tätare och mindre poröst material. Detta ökar tryckhållfastheten och minskar permeabiliteten.

En stor nackdel med nanostorlek pulver och material, dock, är tendensen att bilda agglomerat under vätning och blandning. Om inte de enskilda partiklarna är väl spridda, minskar gytter den exponerade partikel ytan leder till sämre konkreta egenskaper.

Ultraljud blandning av nanomaterial

Ultraljud är ett mycket effektivt sätt för blandning, spridning och deagglomeration. Bilden nedan visar ett typiskt resultat av ultraljudsspridning av rökt kiseldioxid i vatten.

Start (grön kurva) vid en agglomerat partikel storlek på mer än 200 Micron (D50) de flesta av partiklarna reducerades till mindre än 200 nanometer.

Ultraljud blandning i alla skalor

Hielscher erbjuder ultraljud blandning enheter för användning i forskning och full skala bearbetning.

Sonicators för laboratorieforskning och utveckling

Hielscher ultraljud laboratorium homogenisatorer är det perfekta blandningsverktyget för forskning och utveckling på labbskala. Hielscher lab sonicators används vanligtvis för ultraljud blandning av små satser. Hielscher ultraljud homogenisatorer erbjuder en exakt parameterkontroll och utmärkt reproducerbarhet för beredning av uppskalningen. Detta gör det enkelt att blanda olika formuleringar och bestämma effekterna av ultraljud intensitet och varaktighet av ultraljudsbehandling.

Ultraljud Inline blandning i produktion

Ultraljudsblandningsutrustningen som behövs för uppskalning kan bestämmas exakt baserat på laboratorietestet. För bearbetning av stora volymströmmar av cement eller betong drivs högpresterande ultrasonicators vanligtvis i kontinuerligt flödesläge med hjälp av genomströmningsreaktorer. Detta möjliggör mycket enhetlig blandning och felfri bearbetning av pastor och uppslamningar – även med mycket höga viskositeter.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultrasonicators beroende på batchvolymen eller flödeshastigheten som ska behandlas: