การผสมอัลตราโซนิกสําหรับคอนกรีตประสิทธิภาพสูง
การใช้ไมโครซิลิกาและนาโนซิลิกาหรือท่อนาโนนําไปสู่การปรับปรุงกําลังรับแรงอัดของคอนกรีตประสิทธิภาพสูง อัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสําหรับการผสมทําให้เปียกและกระจายตัวของวัสดุนาโนในปูนซีเมนต์หรือคอนกรีต
ไมโครซิลิกาถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายในคอนกรีตในปัจจุบันซึ่งนําไปสู่กําลังรับแรงอัดที่สูงขึ้นหรือคอนกรีตที่ทนต่อน้ําและสารเคมี ซึ่งสามารถลดต้นทุนวัสดุและการใช้พลังงานได้ วัสดุนาโนใหม่ เช่น นาโนซิลิกาหรือท่อนาโนนําไปสู่การปรับปรุงความต้านทานและความแข็งแรงต่อไป แต่เพื่อแสดงศักยภาพของวัสดุนาโนอย่างเต็มที่จําเป็นต้องมีเทคนิคการกระจายตัวที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ เครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบเป็นเทคนิคที่น่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการผลิตการกระจายตัวของนาโนแม้ในสารละลายที่มีความหนืดสูงและคล้ายแป้งเช่นปูนซีเมนต์และคอนกรีต
Microfine Cement Grout Dispersion พร้อมเครื่องผสมอัลตราโซนิก
ทีมวิจัยของ Draganović นําเสนอบทความวิจัยผู้เขียนตรวจสอบการกระจายตัวของยาแนวซีเมนต์ไมโครไฟน์โดยใช้เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์และสารละลายในห้องปฏิบัติการทั่วไป การศึกษานี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของอัลตราซาวนด์ – ในการศึกษาโดยเฉพาะเครื่องโซนิก UP400St – ด้วยวิธีการกระจายยาแนวแบบดั้งเดิม
นักวิจัยได้ทําการทดลองหลายชุดโดยใช้เทคนิคการกระจายตัวที่แตกต่างกันเพื่อประเมินการกระจายขนาดอนุภาค (PSD) และศักยภาพของซีเมนต์ขนาดเล็ก เทคนิคการกระจายรวมถึงการรักษาด้วยอัลตราซาวนด์โดยใช้เครื่องโซนิก UP400St เครื่องละลายในห้องปฏิบัติการความเร็วสูงและการผสมผสานทั้งสองวิธี
MultiSonoReactor MSR-4: การกระจายแบบอินไลน์อัลตราโซนิกสําหรับการผลิตปูนซีเมนต์และคอนกรีตประสิทธิภาพสูงในเชิงอุตสาหกรรม
ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าการกระจายตัวของอัลตราซาวนด์โดยใช้เครื่องโซนิคเตอร์ UP400St มีการกระจายขนาดอนุภาคที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับเครื่องละลายในห้องปฏิบัติการทั่วไป เครื่องโซนิคเตอร์ UP400St ช่วยลดการรวมตัวกันของอนุภาคปูนซีเมนต์ขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพและผลิตสารแขวนลอยยาแนวที่เป็นเนื้อเดียวกันและมีเสถียรภาพมากขึ้น การรักษาด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มการกระจายของอนุภาคขนาดเล็กส่งผลให้ช่วงการกระจายขนาดอนุภาคแคบลง
เปรียบเทียบวิธีการกระจาย: เครื่องละลาย Vma-Getzmann Dispermat CV-3 ที่ติดตั้งดิสก์ขนาด 90 มม. และระบบโรเตอร์สเตเตอร์ อุปกรณ์อัลตราซาวนด์ Hielscher UP400St ติดตั้ง H22 sonotrode
(การศึกษาและรูปภาพ: ©Draganovic et al., 2020)
นอกจากนี้การใช้อัลตราซาวนด์ร่วมกับเครื่องละลายในห้องปฏิบัติการทั่วไปยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายตัวได้การกระจายขนาดอนุภาคที่ละเอียดยิ่งขึ้นเมื่อเทียบกับการรักษาด้วยอัลตราซาวนด์เพียงอย่างเดียว เมื่อรวมกันแล้ว sonication จะให้การผสมไมโครและการกระจายตัวของนาโนในขณะที่ตัวละลายมีส่วนช่วยในการผสมมาโครเพื่อให้มั่นใจว่าอนุภาคทั้งหมดเข้าสู่โซนโพรงอากาศอัลตราโซนิก สิ่งนี้ช่วยให้สามารถควบคุมการกระจายขนาดอนุภาค (PSD) และศักยภาพของยาแนวซีเมนต์ไมโครไฟน์ในการทํางานของแบทช์ได้ดีขึ้น เมื่อใช้เครื่องปฏิกรณ์เซลล์การไหลสารแขวนลอยของอนุภาคจะผ่านโซนฮอตสปอตโพรงอากาศโดยอัตโนมัติเพื่อให้การกวนเพิ่มเติมไม่จําเป็น
โดยรวมแล้วการศึกษาเน้นย้ําถึงประสิทธิภาพที่เหนือกว่าของเครื่อง sonicator UP400St ในการกระจายยาแนวซีเมนต์ไมโครไพน์ การรักษาด้วยอัลตราซาวนด์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ร่วมกับเครื่องละลายในห้องปฏิบัติการทั่วไปเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลสูงในการแขวนอนุภาคซีเมนต์ขนาดเล็กที่สม่ําเสมอและเสถียร
เป็นที่น่าสังเกตว่าบทความนี้ให้การเปรียบเทียบที่ครอบคลุมระหว่างอัลตราซาวนด์และวิธีการกระจายตัวแบบเดิมโดยเน้นประสิทธิภาพที่เหนือกว่าของ sonication ในการกระจายตัวของยาแนว
(อ้างอิง Draganović et al., 2020)
โฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก UP400St เปรียบเทียบเกี่ยวกับประสิทธิภาพการกระจายตัวของยาแนวปูนซีเมนต์กับเครื่องผสมในห้องปฏิบัติการธรรมดาที่ติดตั้งดิสก์และใช้เทคนิคโรเตอร์สเตเตอร์ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกไม่เพียง แต่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพ แต่ยังดีกว่าเครื่องผสมโดยใช้เทคนิคโรเตอร์สเตเตอร์
(การศึกษาและกราฟิก: © Draganović et al., 2020)
การวิจัยและพัฒนาคอนกรีต
การวิจัยที่เป็นรูปธรรมมองหาวัสดุและกระบวนการเพื่อ:
- ลดต้นทุนวัสดุและต้นทุนพลังงาน
- รับความต้านทานเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายสูง
- ปรับปรุงความหนาแน่นและกําลังรับแรงอัด
- ปรับปรุงความสามารถในการทํางาน ความสามารถในการสูบน้ํา และความสามารถในการตกแต่ง
- ปรับปรุงความทนทานและลดการซึมผ่าน
- ลดปัญหารอยแตกการหดตัว การปัดฝุ่น และการหลุดลอก
- ทนต่อสารเคมี เช่น ทนต่อซัลเฟต
ปูนซีเมนต์และคอนกรีตผสม
เมื่อพูดถึงการปรับปรุงคุณสมบัติของคอนกรีตเทคโนโลยีการผสมมีความสําคัญพอๆ กับองค์ประกอบคอนกรีต การผสมเป็นขั้นตอนสําคัญในการผลิตคอนกรีตคุณภาพสูงที่สม่ําเสมอ แม้ว่าแนวทางและข้อบังคับมากมาย เช่น DIN EN 206 จะครอบคลุมองค์ประกอบของคอนกรีตและส่วนประกอบ แต่กระบวนการผสมปูนซีเมนต์และการผสมคอนกรีตที่แท้จริงนั้นขึ้นอยู่กับผู้ใช้
เป็นสิ่งชี้ขาดที่น้ําปูนซีเมนต์และสารผสมจะกระจายอย่างสม่ําเสมอและกระจายลงไปในระดับละเอียดและการรวมตัวกันนั้นกระจายตัวเพียงพอ การกระจายตัวหรือการแยกตัวไม่เพียงพอส่งผลให้คุณสมบัติคอนกรีตด้อยกว่า เนื่องจากปริมาณน้ําต่ําและสารผสมในปริมาณที่สูงการผสมคอนกรีตอัดตัวเอง (SCC) และคอนกรีตความแข็งแรงสูงพิเศษ (UHPC) จึงต้องใช้เวลาในการผสมนานขึ้นหรือเทคโนโลยีการผสมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
วัสดุนาโนในคอนกรีต
ในระหว่างการให้ความชุ่มชื้นของผลิตภัณฑ์ไฮเดรชั่นระดับนาโนซีเมนต์เช่นแคลเซียมไฮเดรตก่อตัวขึ้นในคอนกรีตชุบแข็ง อนุภาคนาโนของซิลิกาหรือท่อนาโนจะกลายเป็นอนุภาคนาโนของปูนซีเมนต์ในระหว่างการแข็งตัวของคอนกรีต อนุภาคขนาดเล็กนําไปสู่ระยะห่างของอนุภาคที่สั้นลงและวัสดุที่มีความหนาแน่นและรูพรุนน้อยลง สิ่งนี้จะเพิ่มกําลังรับแรงอัดและลดการซึมผ่าน
ข้อเสียที่สําคัญของผงและวัสดุขนาดนาโนคือแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นก้อนระหว่างการเปียกและการผสม การรวมตัวกันจะช่วยลดพื้นผิวอนุภาคที่สัมผัสซึ่งนําไปสู่คุณสมบัติคอนกรีตที่ด้อยกว่า
โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก UIP16000 เป็นโฮโมจีไนเซอร์ประสิทธิภาพสูงสําหรับการกระจายตัวของปูนซีเมนต์และคอนกรีต
การผสมอัลตราโซนิกของวัสดุนาโน
Ultrasonication เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากสําหรับการผสมการกระจายตัวและการจับตัวเป็นก้อน ภาพด้านล่างแสดงผลลัพธ์ทั่วไปของการกระจายตัวของอัลตราโซนิกของซิลิกาควันในน้ํา
เริ่มต้น (เส้นโค้งสีเขียว) ที่ขนาดอนุภาครวมตัวกันมากกว่า 200 ไมครอน (D50) อนุภาคส่วนใหญ่ลดลงเหลือน้อยกว่า 200 นาโนเมตร
การผสมอัลตราโซนิกในทุกขนาด
Hielscher นําเสนออุปกรณ์ผสมอัลตราโซนิกสําหรับใช้ในการวิจัยและการประมวลผลเต็มรูปแบบ
เครื่องโซนิคเตอร์สําหรับการวิจัยและพัฒนาในห้องปฏิบัติการ
โฮโมจีไนเซอร์ในห้องปฏิบัติการอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นเครื่องมือผสมที่สมบูรณ์แบบสําหรับการวิจัยและพัฒนาในระดับห้องปฏิบัติการ โดยทั่วไปจะใช้เครื่องสะท้อนเสียงในห้องปฏิบัติการ Hielscher สําหรับการผสมอัลตราโซนิกของชุดเล็ก โฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher มีการควบคุมพารามิเตอร์ที่แม่นยําและความสามารถในการทําซ้ําที่ดีเยี่ยมสําหรับการเตรียมการปรับขนาด ทําให้ง่ายต่อการผสมสูตรต่างๆและกําหนดผลกระทบของความเข้มของอัลตราโซนิกและระยะเวลาของการ sonication
อัลตราโซนิกอินไลน์ผสมในการผลิต
อุปกรณ์ผสมอัลตราโซนิกที่จําเป็นสําหรับการขยายขนาดสามารถกําหนดได้อย่างแม่นยําตามการทดสอบในห้องปฏิบัติการ สําหรับการแปรรูปกระแสปูนซีเมนต์หรือคอนกรีตปริมาณมากเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงมักจะทํางานในโหมดการไหลต่อเนื่องโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่าน สิ่งนี้ช่วยให้สามารถผสมได้สม่ําเสมอสูงและการแปรรูปน้ําพริกและสารละลายที่ไร้ที่ติ – แม้จะมีความหนืดสูงมาก
ตารางด้านล่างให้การบ่งชี้ความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเราขึ้นอยู่กับปริมาตรแบทช์หรืออัตราการไหลที่จะประมวลผล:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15 ลิตร / นาที | UIP6000hdT |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
วรรณกรรม / อ้างอิง
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- Peters, Simone (2017): The Influence of Power Ultrasound on Setting and Strength Development of Cement Suspensions. Doctoral Thesis Bauhaus-Universität Weimar, 2017.
- N.-M. Barkoula, C. Ioannou, D.G. Aggelis, T.E. Matikas (2016): Optimization of nano-silica’s addition in cement mortars and assessment of the failure process using acoustic emission monitoring. Construction and Building Materials, Volume 125, 2016. 546-552.
- Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2; 2016.
- Amani, Mahmood; Retnanto, Albertus; Aljuhani, Salem; Al-Jubouri, Mohammed; Shehada, Salem; Yrac, Rommel (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. Conference: International Petroleum Technology Conference 2015.
การผสมปูนซีเมนต์แบบอินไลน์โดยใช้เครื่องโซนิคเตอร์
เครื่องผสมอัลตราโซนิก Hielscher มักจะติดตั้งในบรรทัด วัสดุถูกสูบเข้าไปในภาชนะเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก ที่นั่นมันสัมผัสกับโพรงอากาศอัลตราโซนิกที่รุนแรง Inline sonication ช่วยลดการบายพาสเนื่องจากอนุภาคทั้งหมดผ่านห้องผสมตามเส้นทางที่กําหนด ดังนั้นอัลตราโซนิกมักจะเปลี่ยนเส้นโค้งการกระจายขนาดอนุภาคแทนที่จะขยายให้กว้างขึ้น
ทนทานและทําความสะอาดง่าย
เครื่องปฏิกรณ์ผสมอัลตราโซนิกประกอบด้วยโฟลว์เซลล์และโซโนทรอด ไม่จําเป็นต้องใช้ตลับลูกปืน เครื่องปฏิกรณ์โฟลว์เซลล์ (สแตนเลส) มีรูปทรงที่เรียบง่ายและสามารถถอดประกอบและทําความสะอาดได้อย่างง่ายดาย ไม่มีปากเล็ก ๆ หรือมุมที่ซ่อนอยู่
การใช้งานอื่น ๆ ของอัลตราโซนิกสําหรับปูนซีเมนต์และคอนกรีต
การใช้อุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ในการเตรียมปูนซีเมนต์และคอนกรีตไม่ได้ จํากัด เฉพาะการผสมและการกระจายตัวของพรีมิกซ์ปูนซีเมนต์หรือคอนกรีต อัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากสําหรับการขจัดก๊าซของของเหลวและสารละลาย ซึ่งจะช่วยลดจํานวนและปริมาตรของฟองก๊าซที่ติดอยู่ในคอนกรีตหลังจากการชุบแข็ง
เครื่องปั่นตะแกรงอัลตราโซนิก ปรับปรุงปริมาณงานและคุณภาพของการร่อนผงสําหรับอนุภาคขนาดเล็ก Hielscher นําเสนอตะแกรงกวนอัลตราโซนิกสําหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม
ข้อมูลพื้นฐานที่เป็นรูปธรรม
คอนกรีตประกอบด้วยปูนซีเมนต์ เช่น ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์และวัสดุซีเมนต์อื่นๆ เช่น เถ้าลอยและปูนซีเมนต์ตะกรัน มวลรวม (กรวด หินปูน หินแกรนิต ทราย) น้ําและสารผสมทางเคมี สารผสมทั่วไป ได้แก่ สารเร่งหรือสารหน่วง พลาสติไซเซอร์ เม็ดสี ซิลิกาฟูม หรือ Metakaolin ปฏิกิริยาสูง (HRM) ไมโครซิลิกาเป็นสารผสมทั่วไปในคอนกรีต ข้อเสียคือต้นทุนที่ค่อนข้างสูงและการปนเปื้อนที่ส่งผลต่อสุขภาพของผู้ปฏิบัติงานและคนงาน