การใช้ไมโครและ nanosilica หรือ nanotubes นำไปสู่การปรับปรุงในการรับแรงอัดของคอนกรีตที่มีประสิทธิภาพสูง Ultrasonication เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสำหรับการผสมเปียกและการกระจายของวัสดุนาโนในซีเมนต์หรือคอนกรีต
 

ไมโครซิลิกาใช้กันอย่างแพร่หลายในคอนกรีตในปัจจุบันซึ่งนําไปสู่กําลังรับแรงอัดที่สูงขึ้นหรือคอนกรีตที่ทนต่อน้ําและสารเคมี ที่สามารถลดต้นทุนวัสดุและการใช้พลังงาน วัสดุนาโนใหม่ เช่น นาโนซิลิกาหรือท่อนาโนนําไปสู่การปรับปรุงความต้านทานและความแข็งแรงเพิ่มเติม แต่เพื่อแสดงศักยภาพของวัสดุนาโนอย่างเต็มที่จําเป็นต้องมีเทคนิคการกระจายตัวที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ sonicators ประเภทโพรบเป็นเทคนิคที่น่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการผลิตการกระจายตัวของนาโนแม้ในสารละลายที่มีความหนืดสูงและคล้ายแปะเช่นซีเมนต์และคอนกรีต

Microfine Cement Grout Dispersion พร้อมเครื่องผสมอัลตราโซนิก

ทีมวิจัยของ Draganović นําเสนอบทความวิจัยผู้เขียนตรวจสอบการกระจายตัวของยาแนวซีเมนต์ไมโครไฟน์โดยใช้เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์และตัวละลายในห้องปฏิบัติการทั่วไป การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของอัลตราซาวนด์ – ในการศึกษาโดยเฉพาะ sonicator UP400St – ด้วยวิธีการแบบดั้งเดิมของการกระจายยาแนว

นักวิจัยได้ทําการทดลองหลายชุดโดยใช้เทคนิคการกระจายที่แตกต่างกันเพื่อประเมินการกระจายขนาดอนุภาค (PSD) และศักยภาพซีตาของอนุภาคซีเมนต์ไมโครไฟน์ เทคนิคการกระจายตัวรวมถึงการรักษาด้วยอัลตราซาวนด์โดยใช้ sonicator UP400St ตัวละลายในห้องปฏิบัติการความเร็วสูงและการรวมกันของทั้งสองวิธี

ผลการวิจัยพบว่าการกระจายตัวของอัลตราซาวนด์โดยใช้ sonicator UP400St มีการกระจายขนาดอนุภาคที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับตัวละลายในห้องปฏิบัติการทั่วไป sonicator UP400St ช่วยลดการรวมตัวกันของอนุภาคซีเมนต์ไมโครไฟน์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและผลิตสารแขวนลอยยาแนวที่เป็นเนื้อเดียวกันและมีเสถียรภาพมากขึ้น การรักษาด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มการกระจายของอนุภาคขนาดเล็กส่งผลให้ช่วงการกระจายขนาดอนุภาคแคบลง
 

เปรียบเทียบวิธีการกระจาย: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dissolver พร้อมกับดิสก์ขนาด 90 มม. และระบบโรเตอร์สเตเตอร์ อุปกรณ์อัลตราซาวนด์ Hielscher UP400St พร้อมกับ sonotrode H22
(การศึกษาและภาพ: ©Draganovic et al., 2020)

 
นอกจากนี้การใช้อัลตราซาวนด์ร่วมกับตัวละลายในห้องปฏิบัติการทั่วไปยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายตัวทําให้มีการกระจายขนาดอนุภาคที่ละเอียดยิ่งขึ้นเมื่อเทียบกับการรักษาด้วยอัลตราซาวนด์เพียงอย่างเดียว เมื่อรวมกันแล้ว sonication จะให้การผสมขนาดเล็กและการกระจายตัวของนาโนในขณะที่ตัวละลายมีส่วนช่วยในการผสมมาโครเพื่อให้แน่ใจว่าอนุภาคทั้งหมดเข้าสู่โซนโพรงอากาศอัลตราโซนิก สิ่งนี้ช่วยให้สามารถควบคุมการกระจายขนาดอนุภาค (PSD) และศักยภาพซีตาของยาแนวซีเมนต์ไมโครไฟน์ในการทํางานเป็นชุดได้ดีขึ้น เมื่อใช้เครื่องปฏิกรณ์เซลล์ไหลสารแขวนลอยของอนุภาคจะผ่านโซนจุดร้อนของโพรงอากาศโดยอัตโนมัติเพื่อให้การกวนเพิ่มเติมไม่จําเป็น

โดยรวมแล้วการศึกษาเน้นถึงประสิทธิภาพที่เหนือกว่าของ sonicator UP400St ในการกระจายยาแนวซีเมนต์ไมโครไฟน์ การรักษาอัลตราซาวนด์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับตัวละลายในห้องปฏิบัติการทั่วไปนําเสนอวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูงและมีประสิทธิภาพในการบรรลุการระงับอนุภาคซีเมนต์ไมโครไฟน์ที่สม่ําเสมอและมีเสถียรภาพ

เป็นที่น่าสังเกตว่าบทความนี้ให้การเปรียบเทียบที่ครอบคลุมระหว่างอัลตร้าซาวด์และวิธีการกระจายตัวแบบเดิมที่เน้นประสิทธิภาพที่เหนือกว่าของ sonication ในการกระจายยาแนว
(cf. Draganović et al., 2020)
 

เครื่องทําโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก UP400St มีการเปรียบเทียบเกี่ยวกับประสิทธิภาพการกระจายตัวของยาแนวซีเมนต์กับเครื่องผสมในห้องปฏิบัติการทั่วไปที่ติดตั้งดิสก์และใช้เทคนิคโรเตอร์สเตเตอร์ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการกระจายตัวของอัลตราโซนิกไม่เพียง แต่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพ แต่ยังดีกว่าเครื่องผสมที่ใช้เทคนิคโรเตอร์สเตเตอร์
(การศึกษาและกราฟิก: © Draganović et al., 2020)

การวิจัยและพัฒนาคอนกรีต

การวิจัยคอนกรีตมองหาวัสดุและกระบวนการที่:

• ลดค่าใช้จ่ายวัสดุและค่าใช้จ่ายพลังงาน
• ได้รับการเริ่มต้นสูงและความต้านทานสุดท้าย
• เพิ่มความหนาแน่นและแรงอัด
• ปรับปรุงความสามารถทำงานได้, pumpability และการแต่งผิว
• ปรับปรุงความทนทานและลดการซึมผ่าน
• ลดรอยแตกหดตัวปัดฝุ่นและปัญหา delamination
• ทนต่อสารเคมีเช่น ต้านทานซัลเฟต

ปูนซิเมนต์และการผสมคอนกรีต

เมื่อมันมาถึงการปรับปรุงในคุณสมบัติของคอนกรีตผสมเทคโนโลยีมีความสำคัญเป็นองค์ประกอบที่เป็นรูปธรรม ผสมเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตเครื่องแบบคอนกรีตที่มีคุณภาพสูง แม้ว่าแนวทางต่าง ๆ นานาและกฎระเบียบเช่น มาตรฐาน DIN EN 206 ครอบคลุมองค์ประกอบของคอนกรีตและส่วนประกอบของกระบวนการที่เกิดขึ้นจริงของการผสมปูนซีเมนต์และคอนกรีตผสมที่เหลือให้กับผู้ใช้
มันเป็นเด็ดขาดว่าน้ำซีเมนต์และส่วนผสมจะแยกย้ายกันไปอย่างสม่ำเสมอและกระจายลงไปในระดับที่ดีและที่ agglomerates จะแยกย้ายกันไปพอสมควร ไม่เพียงพอหรือกระจาย deagglomeration ผลในคุณสมบัติของคอนกรีตที่ด้อยกว่า เนื่องจากปริมาณน้ำต่ำและปริมาณที่สูงของสารผสมผสมคอนกรีตตนเองกระชับ (SCC) และอัลตร้ามีความแข็งแรงสูงคอนกรีต (UHPC) ต้องใช้เวลานานในการผสมหรือเทคโนโลยีการผสมมีประสิทธิภาพมากขึ้น

วัสดุนาโนในคอนกรีต

ในระหว่างการให้ความชุ่มชื้นของผลิตภัณฑ์ไฮเดรชั่นระดับนาโนของซีเมนต์เช่นแคลเซียมไฮเดรตในรูปแบบคอนกรีตชุบแข็ง อนุภาคนาโนของซิลิกาหรือท่อนาโนกลายเป็นอนุภาคนาโนของซีเมนต์ในระหว่างการแข็งตัวของคอนกรีต อนุภาคขนาดเล็กนําไปสู่ระยะอนุภาคที่สั้นลงและวัสดุที่หนาแน่นและมีรูพรุนน้อยลง สิ่งนี้จะเพิ่มกําลังรับแรงอัดและลดการซึมผ่าน

ข้อเสียที่สำคัญของผง nanosize และวัสดุ แต่เป็นแนวโน้มที่จะฟอร์ม agglomerates ระหว่างเปียกและการผสม เว้นแต่แต่ละอนุภาคจะแยกย้ายกันไปกันรวมตัวกันช่วยลดผิวอนุภาคสัมผัสที่นำไปสู่คุณสมบัติคอนกรีตที่ด้อยกว่า

อัลตราโซนิกการผสมของวัสดุนาโน

Ultrasonication เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากสําหรับการผสมการกระจายตัวและ deagglomeration ภาพด้านล่างแสดงผลลัพธ์ทั่วไปของการกระจายตัวของซิลิกาที่รมควันในน้ํา

เริ่มต้น (โค้งสีเขียว) ที่มีขนาดอนุภาคจับเป็นก้อนกว่า 200 ไมครอน (D50) ที่สุดของอนุภาคถูกลดลงไปน้อยกว่า 200 นาโนเมตร

อัลตราโซนิกผสมในระดับใด

Hielscher มีอุปกรณ์ผสมล้ำสำหรับการใช้งานในการวิจัยและเต็มรูปแบบการประมวลผล

Sonicators สําหรับการวิจัยและพัฒนาในห้องปฏิบัติการ

Hielscher ultrasonic laboratory homogenizers เป็นเครื่องมือผสมที่สมบูรณ์แบบสําหรับการวิจัยและพัฒนาในระดับห้องปฏิบัติการ Hielscher lab sonicators มักใช้สําหรับการผสมอัลตราโซนิกของชุดเล็ก ๆ Hielscher ultrasonic homogenizers ให้การควบคุมพารามิเตอร์ที่แม่นยําและความสามารถในการทําซ้ําที่ยอดเยี่ยมสําหรับการเตรียมเครื่องชั่ง สิ่งนี้ทําให้ง่ายต่อการผสมสูตรที่แตกต่างกันและกําหนดผลกระทบของความเข้มของอัลตราโซนิกและระยะเวลาของ sonication

อัลตราโซนิกอินไลน์ผสมในการผลิต

อุปกรณ์ผสมอัลตราโซนิกที่จําเป็นสําหรับการขยายขนาดสามารถกําหนดได้อย่างแน่นอนตามการทดสอบในห้องปฏิบัติการ สําหรับการประมวลผลกระแสขนาดใหญ่ของซีเมนต์หรือคอนกรีตเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงมักจะทํางานในโหมดการไหลต่อเนื่องโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่าน สิ่งนี้ช่วยให้สามารถผสมได้สม่ําเสมอและการประมวลผลที่ไร้ที่ติของน้ําพริกและสารละลาย – แม้จะมีความหนืดสูงมาก

ตารางด้านล่างแสดงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเราขึ้นอยู่กับปริมาณแบทช์หรืออัตราการไหลที่จะประมวลผล: