การผสมซีเมนต์เพสต์สำหรับคอนกรีตด้วยอัลตราซาวนด์

การผสมซีเมนต์เพสต์ด้วยอัลตราซาวนด์ให้ประโยชน์อย่างมากต่อการขึ้นรูปคอนกรีตสำเร็จรูป การหล่อคอนกรีตแบบแห้ง และโรงงานคอนกรีต ประโยชน์เหล่านี้รวมถึงระยะเวลาการก่อตัวเริ่มต้นและการก่อตัวสุดท้ายที่สั้นลง ปริมาณการใช้สารลดน้ำพิเศษที่ลดลง ปฏิกิริยาไฮเดรชันที่เร็วขึ้นและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น ตลอดจนกำลังอัดที่สูงขึ้น

เทคโนโลยีการผสมคอนกรีตแบบดั้งเดิม เช่น “การผสมระหว่างขนส่ง” หรือเครื่องผสมแบบหมุน ให้แรงผสมไม่เพียงพอที่จะกระจายกลุ่มอนุภาคซีเมนต์ที่เกาะรวมกันและวัสดุประสานอื่น ๆ เช่น เถ้าลอยหรือซิลิกา แม้ว่าอนุภาคด้านนอกของกลุ่มอนุภาคเหล่านี้จะสัมผัสกับน้ำ แต่พื้นผิวของอนุภาคด้านในยังคงแห้ง ส่งผลให้ปฏิกิริยาไฮเดรชันเกิดขึ้นช้าและไม่สมบูรณ์

ประโยชน์ของเทคโนโลยีการผสมด้วยอัลตราซาวนด์สำหรับคอนกรีต

การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์เป็นเทคโนโลยีที่ล้ำหน้าที่สุดในการสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันและกระจายวัสดุขนาดไมครอนและนาโนในของเหลว การผสมด้วยอัลตราซาวนด์ใช้แรงเฉือนจากคาวิเทชัน ซึ่งมีประสิทธิภาพในการผสมวัสดุขนาดละเอียดมากกว่าเครื่องผสมแบบหมุนและเครื่องผสมแบบโรเตอร์–สเตเตอร์ทั่วไป สำหรับซีเมนต์ ซิลิกา เถ้าลอย สารสี หรือ CNTs การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มสมรรถนะของวัสดุเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากช่วยปรับปรุงการกระจายอนุภาคและการสัมผัสกับน้ำ

ระหว่างปฏิกิริยาไฮเดรชัน – ปฏิกิริยาของซีเมนต์กับน้ำ – เฟส C‑S‑H จะเติบโตเป็นโครงสร้างคล้ายเข็ม ภาพด้านล่างแสดงโครงสร้างจุลภาคในซีเมนต์เพสต์หลังเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชันเป็นเวลา 5 ชั่วโมง ในซีเมนต์เพสต์ที่ผ่านการใช้อัลตราซาวนด์ เฟส C‑S‑H มีความยาวเกือบ 500nm ขณะที่ในซีเมนต์เพสต์ที่ไม่ได้ผ่านการใช้อัลตราซาวนด์ เฟส C‑S‑H มีความยาวประมาณ 100nm

โครงสร้างจุลภาคของซีเมนต์เพสต์หลังเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชันเป็นเวลา 5 ชั่วโมง

ผ่านการประมวลผลด้วยอัลตราซาวนด์	ไม่ได้ผ่านการประมวลผลด้วยอัลตราซาวนด์
ซีเมนต์เพสต์จากปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – มหาวิทยาลัยเบาเฮาส์ ไวมาร์

 
การผสมด้วยคาวิเทชันที่เกิดจากอัลตราซาวนด์ทำให้เฟส C‑S‑H เติบโตเร็วขึ้น

 
อุณหภูมิของปฏิกิริยาไฮเดรชัน

อิทธิพลของการใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูง (PUS) ต่อเส้นโค้งเวลา–อุณหภูมิของซีเมนต์เพสต์

 
กำลังอัด

อิทธิพลของการใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูง (PUS) ต่อกำลังอัดของแท่งปริซึมมอร์ตาร์

 
ความเร็วพัลส์อัลตราซาวนด์

อิทธิพลของการใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูง (PUS) ต่อความเร็วพัลส์อัลตราซาวนด์ของซีเมนต์เพสต์ที่กำลังเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชัน

การเติบโตของเฟส C‑S‑H มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิในซีเมนต์เพสต์ระหว่างช่วงที่เกิดปฏิกิริยาไฮเดรชัน (คลิกที่กราฟด้านขวา) ในซีเมนต์เพสต์ที่ผสมด้วยอัลตราซาวนด์ ปฏิกิริยาไฮเดรชันเริ่มเร็วขึ้นประมาณหนึ่งชั่วโมง การเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชันเร็วขึ้นมีความสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของกำลังอัดที่เร็วขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชันที่เพิ่มขึ้นยังสามารถวัดได้ด้วยความเร็วพัลส์อัลตราซาวนด์

โดยเฉพาะสำหรับคอนกรีตสำเร็จรูปและคอนกรีตหล่อแบบแห้ง วิธีนี้ช่วยลดระยะเวลารอจนสามารถนำคอนกรีตที่หล่อออกจากแบบได้อย่างมีนัยสำคัญ การศึกษาของมหาวิทยาลัยเบาเฮาส์ (เยอรมนี) แสดงให้เห็นการลดระยะเวลาการก่อตัวดังต่อไปนี้

ประโยชน์ที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งของการผสมด้วยอัลตราซาวนด์คือผลต่อความสามารถในการไหล ดังที่แสดงในตารางข้างต้น ค่าการยุบตัวเพิ่มขึ้นประมาณ 30% ซึ่งช่วยให้ลดปริมาณการใช้สารลดน้ำพิเศษได้

การบูรณาการเครื่องผสมอัลตราซาวนด์เข้ากับกระบวนการผลิตซีเมนต์

Hielscher มีเครื่องผสมอัลตราซาวนด์สำหรับกระจายซีเมนต์ ซิลิกา เถ้าลอย สารสี หรือ CNTs อย่างมีประสิทธิภาพ ขั้นแรก ควรผสมวัสดุแห้งใด ๆ กับน้ำล่วงหน้าให้เป็นเพสต์ที่มีความเข้มข้นสูงแต่ยังสามารถสูบได้ เครื่องผสมอัลตราซาวนด์ของ Hielscher สลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันและกระจายอนุภาคโดยใช้แรงเฉือนจากคาวิเทชัน ส่งผลให้พื้นผิวทั้งหมดของแต่ละอนุภาคสัมผัสกับน้ำอย่างทั่วถึง

การประมวลผลซีเมนต์เพสต์ด้วยอัลตราซาวนด์

ในกรณีของซีเมนต์เพสต์ ปฏิกิริยาไฮเดรชันเริ่มขึ้นหลังการประมวลผลด้วยอัลตราซาวนด์ ดังนั้นจึงควรใช้เครื่องผสมอัลตราซาวนด์ของ Hielscher แบบอินไลน์ เนื่องจากซีเมนต์เพสต์ไม่สามารถเก็บไว้เป็นเวลานานได้ แผนภาพด้านล่างแสดงกระบวนการนี้ ในขั้นตอนถัดไป จะเติมมวลรวม เช่น ทรายหรือกรวด และผสมกับซีเมนต์เพสต์ เนื่องจากอนุภาคซีเมนต์กระจายตัวดีอยู่แล้วในขั้นตอนนี้ ซีเมนต์เพสต์จึงผสมเข้ากับมวลรวมได้ดี จากนั้นคอนกรีตก็พร้อมสำหรับการบรรจุลงในแบบหล่อคอนกรีตสำเร็จรูปหรือการขนส่ง อาจใช้ถัง break-up ที่อยู่ข้างเครื่องผสมอัลตราซาวนด์เพื่อให้การประมวลผลต่อเนื่องมากขึ้นในกรณีที่ความต้องการคอนกรีตไม่สม่ำเสมอ
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสลายกลุ่มอนุภาคซีเมนต์ที่เกาะรวมกันด้วยอัลตราซาวนด์!

การกระจายซิลิกา เถ้าลอย และวัสดุนาโนด้วยอัลตราซาวนด์

การกระจายซิลิกา เถ้าลอย สารสี หรือวัสดุนาโนอื่น ๆ เช่น ท่อนาโนคาร์บอน ต้องใช้ความเข้มในการประมวลผลและระดับพลังงานที่แตกต่างกัน ด้วยเหตุนี้ เราจึงแนะนำให้ใช้เครื่องผสมอัลตราซาวนด์แยกต่างหากเพื่อผลิตสารแขวนลอย/เพสต์ที่กระจายตัวดี แล้วจึงเติมลงในส่วนผสมคอนกรีต โปรดคลิกที่ภาพด้านบนเพื่อดูแผนภาพของกระบวนการนี้

สามารถกำหนดอุปกรณ์ผสมอัลตราซาวนด์ที่จำเป็นสำหรับการขยายขนาดได้อย่างแม่นยำจากการทดสอบระดับนำร่องด้วย UIP1000hdT ซึ่งเป็นเครื่องอัลตราซาวนด์ระดับนำร่องกำลังสูงขนาด 1,000 วัตต์ ตารางด้านล่างแสดงคำแนะนำทั่วไปในการเลือกอุปกรณ์ตามปริมาตรต่อชุดหรืออัตราการไหลของซีเมนต์เพสต์ที่จะประมวลผล

ด้วยกำลังผสมอัลตราซาวนด์สูงสุดถึง 16kW ต่อโพรบอัลตราซาวนด์แต่ละหัว Hielscher จึงมีกำลังในการประมวลผลที่จำเป็นสำหรับงานที่มีปริมาณมาก เทคโนโลยีนี้ทดสอบได้ง่ายและขยายขนาดได้แบบเชิงเส้น