Yüksek Performanslı Beton İçin Ultrasonik Karıştırma
Mikro ve nanosilika veya nanotüplerin kullanılması, yüksek performanslı betonun basınç dayanımında iyileşmelere yol açar. Ultrasonikasyon, nanomalzemelerin çimento veya betonda karıştırılması, ıslatılması ve dağılması için etkili bir araçtır.
Mikro silika, günümüzde betonda yaygın olarak kullanılmaktadır ve daha yüksek basınç dayanımına veya suya ve kimyasallara dayanıklı betonlara yol açmaktadır. Bu, malzeme maliyetlerini ve enerji kullanımını azaltabilir. Nano silika veya nanotüpler gibi yeni nanomalzemeler, direnç ve mukavemette daha fazla iyileşmeye yol açar. Ancak nanomalzemelerin tam potansiyelini sergilemek için güvenilir ve verimli bir dispersiyon tekniği gereklidir. Prob tipi sonikatörler, çimento ve beton gibi yüksek viskoziteli ve macun benzeri bulamaçlarda bile nano dispersiyon üretmek için en güvenilir ve etkili tekniktir.
Ultrasonik Karıştırıcılar ile Mikro İnce Çimento Harcı Dispersiyonu
Draganović'in araştırma ekibi araştırma makalesini sunuyor, yazarlar ultrason teknolojisi ve geleneksel laboratuvar çözücüleri kullanarak mikro ince çimento harcının dağılımını araştırıyor. Çalışma, ultrasonun performansını karşılaştırmayı amaçlamaktadır – çalışmada, özellikle sonikatör UP400St – geleneksel harç dağıtma yöntemleri ile.
Araştırmacılar, mikro ince çimento parçacıklarının parçacık boyutu dağılımını (PSD) ve zeta potansiyelini değerlendirmek için farklı dağılım teknikleri kullanarak bir dizi deney gerçekleştirdiler. Dispersiyon teknikleri, UP400St sonikatörü, yüksek hızlı laboratuvar çözücüleri ve her iki yöntemin kombinasyonunu kullanarak ultrason tedavisini içerir.
MultiSonoReactor MSR-4: Yüksek performanslı çimento ve betonun endüstriyel hat içi üretimi için ultrasonik hat içi dispersiyon.
Sonuçlar, sonicator UP400St kullanılarak yapılan ultrason dispersiyonunun, geleneksel laboratuvar çözücülerine kıyasla önemli ölçüde daha iyi partikül boyutu dağılımı elde ettiğini gösterdi. Sonikatör UP400St, mikro ince çimento parçacıklarının aglomerasyonunu etkili bir şekilde azaltır ve daha homojen ve stabil bir harç süspansiyonu üretir. Ultrason tedavisi, daha küçük partiküllerin dağılımını iyileştirir ve daha dar bir partikül boyutu dağılım aralığı ile sonuçlanır.
Karşılaştırılan Dispersiyon yöntemleri: 90 mm'lik bir disk ve bir rotor-stator sistemi ile donatılmış Vma-Getzmann Dispermat CV-3 çözücü. Hielscher UP400St ultrason cihazı bir H22 sonotrot ile donatılmıştır.
(Çalışma ve resimler: ©Draganovic ve ark., 2020)
Ek olarak, ultrasonun geleneksel laboratuvar çözücüleri ile kombinasyon halinde kullanılması, dispersiyon verimliliğini daha da artırır ve tek başına ultrason tedavisine kıyasla daha da ince bir partikül boyutu dağılımı elde eder. Birleştirildiğinde, sonikasyon mikro karıştırma ve nano dispersiyon sağlarken, çözücü makro karıştırmaya katkıda bulunur ve tüm parçacıkların ultrasonik kavitasyon bölgesine girmesini sağlar. Bu, parti bazlı çalışmada mikro ince çimento harcının partikül boyutu dağılımı (PSD) ve zeta potansiyeli üzerinde daha iyi kontrol sağlar. Bir akış hücresi reaktörü kullanılırken, partikül süspansiyonu otomatik olarak kavitasyonel sıcak nokta bölgesini geçer, böylece ek karıştırma gereksiz olur.
Genel olarak, çalışma, sonikatör UP400St'nin mikro ince çimento harcını dağıtmadaki üstün performansını vurgulamaktadır. Ultrason tedavisi, özellikle konvansiyonel laboratuvar çözücüleri ile birleştirildiğinde, mikro ince çimento parçacıklarının homojen ve stabil bir süspansiyonunu elde etmek için oldukça etkili ve verimli bir yöntem sunar.
Makalenin, ultrason ve geleneksel dispersiyon yöntemleri arasında kapsamlı bir karşılaştırma sağladığını ve harç dispersiyonunda sonikasyonun üstün performansını vurguladığını belirtmek önemlidir.
(bkz. Draganović ve diğerleri, 2020)
Ultrasonik homojenizatör UP400St çimento harcının dispersiyon verimliliği ile ilgili olarak, bir disk ile donatılmış ve rotor-stator tekniği kullanılarak sıradan bir laboratuvar mikseri ile karşılaştırılır. Çalışma, ultrasonik dispersiyonun sadece etkili bir yöntem olmadığını, aynı zamanda rotor-stator tekniğini kullanan bir karıştırıcıdan bile daha iyi olduğunu gösterdi.
(çalışma ve grafik: © Draganović ve ark., 2020)
Somut Araştırma ve Geliştirme
Somut araştırma, aşağıdakileri yapmak için malzeme ve süreçler arar:
- Malzeme maliyetlerini ve enerji maliyetlerini azaltın
- Yüksek başlangıç ve son direnç elde edin
- yoğunluğu ve basınç dayanımını artırmak
- İşlenebilirliği, pompalanabilirliği ve bitirilebilirliği iyileştirin
- Dayanıklılığı artırın ve geçirgenliği azaltın
- Büzülme çatlaklarını, tozlanma ve delaminasyon problemlerini azaltın
- Kimyasal direnç, örneğin sülfat direnci
Çimento ve Beton Karıştırma
Beton özelliklerindeki iyileştirmeler söz konusu olduğunda, karıştırma teknolojisi beton bileşimi kadar önemlidir. Karıştırma, tek tip, yüksek kaliteli beton üretiminde önemli bir adımdır. Her ne kadar DIN EN 206 gibi çok sayıda kılavuz ve yönetmelik betonun ve bileşenlerinin bileşimini kapsasa da, çimento karıştırma ve beton karıştırma işleminin asıl işlemi kullanıcıya bırakılmıştır.
Su, çimento ve katkı maddelerinin eşit bir şekilde dağılması ve ince bir ölçeğe kadar dağıtılması ve aglomeraların yeterince dağılması belirleyicidir. Yetersiz dağılma veya topaklanma, daha düşük beton özelliklerine neden olur. Düşük su içeriği ve yüksek katkı dozu nedeniyle, kendiliğinden yerleşen beton (SCC) ve ultra yüksek dayanımlı betonun (UHPC) karıştırılması, daha uzun bir karıştırma süresi veya daha etkili bir karıştırma teknolojisi gerektirir.
Betonda Nanomalzemeler
Çimentonun hidratasyonu sırasında, sertleşen betonda kalsiyum hidratlar gibi nano ölçekli hidratasyon ürünleri oluşur. Silika veya nanotüplerin nano parçacıkları, betonun katılaşması sırasında nano çimento parçacıklarına dönüşür. Daha küçük parçacıklar, daha kısa parçacık mesafesine ve daha yoğun ve daha az gözenekli bir malzemeye yol açar. Bu, basınç dayanımını arttırır ve geçirgenliği azaltır.
Bununla birlikte, nano boyutlu toz ve malzemelerin önemli bir dezavantajı, ıslatma ve karıştırma sırasında topaklar oluşturma eğilimidir. Tek tek parçacıklar iyi dağılmadıkça, aglomerasyon, maruz kalan parçacık yüzeyini azaltır ve bu da daha düşük beton özelliklerine yol açar.
Ultrasonik işlemci UIP16000, çimento ve betonun dispersiyonu için yüksek performanslı bir homojenizatördür
Nanomalzemelerin Ultrasonik Karıştırılması
Ultrasonikasyon, karıştırma, dağıtma ve deagglomeration için çok etkili bir araçtır. Aşağıdaki resim, füme silikanın suda ultrasonik olarak dağılmasının tipik bir sonucunu göstermektedir.
200 mikrondan (D50) daha büyük bir aglomera parçacık boyutundan başlayarak (yeşil eğri), parçacıkların çoğu 200 nanometrenin altına düşürüldü.
Her Ölçekte Ultrasonik Karıştırma
Hielscher, araştırma ve tam ölçekli işlemede kullanılmak üzere ultrasonik karıştırma cihazları sunmaktadır.
Laboratuvar Araştırma ve Geliştirme için Sonikatörler
Hielscher ultrasonik laboratuvar homojenizatörleri, laboratuvar ölçeğinde araştırma ve geliştirme için mükemmel bir karıştırma aracıdır. Hielscher laboratuvar sonikatörleri tipik olarak küçük partilerin ultrasonik karıştırılması için kullanılır. Hielscher ultrasonik homojenizatörler, ölçek büyütme hazırlanması için doğru bir parametre kontrolü ve mükemmel tekrarlanabilirlik sunar. Bu, farklı formülasyonları karıştırmayı ve ultrasonikasyon yoğunluğunun ve sonikasyon süresinin etkisini belirlemeyi kolaylaştırır.
Üretimde Ultrasonik Satır İçi Karıştırma
Ölçek büyütme için gerekli olan ultrasonik karıştırma ekipmanı, laboratuvar testine göre tam olarak belirlenebilir. Büyük hacimli çimento veya beton akışlarını işlemek için, yüksek performanslı ultrasonicators genellikle akış reaktörleri kullanarak sürekli akış modunda çalıştırılır. Bu, son derece homojen bir şekilde karıştırılmasına ve macunların ve bulamaçların kusursuz bir şekilde işlenmesine olanak tanır – çok yüksek viskozitelerde bile.
Aşağıdaki tablo, işlenecek toplu iş hacmine veya akış hızına bağlı olarak ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ila 150L | 3 ila 15L/dk | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Literatür / Referanslar
- 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.
Sonikatör Kullanarak Çimentonun Satır İçi Karıştırılması
Hielscher ultrasonik karıştırıcılar tipik olarak hat içi olarak kurulur. Malzeme ultrasonik reaktör kabına pompalanır. Orada yoğun ultrasonik kavitasyona maruz kalır. Satır içi sonikasyon, tüm parçacıklar tanımlanmış bir yolu izleyerek karıştırma odasını geçerken baypası ortadan kaldırır. Bu nedenle, ultrasonikasyon tipik olarak parçacık boyutu dağılım eğrisini genişletmek yerine kaydırır.
Sağlam ve temizlemesi kolay
Bir ultrasonik karıştırma reaktörü, akış hücresi ve sonotrodlardan oluşur. Rulmana gerek yoktur. Akış hücresi reaktörleri (paslanmaz çelik) basit geometrilere sahiptir ve kolayca demonte edilebilir ve temizlenebilir. Küçük delikler veya gizli köşeler yoktur.
Çimento ve Beton İçin Ultrasoniklerin Diğer Uygulamaları
Çimentoların ve betonların hazırlanmasında Hielscher ultrasonik cihazların kullanımı, çimento premikslerinin veya betonların karıştırılması ve dağıtılması ile sınırlı değildir. Ultrason, sıvıların ve bulamaçların gazdan arındırılması için çok etkili bir araçtır. Bu, sertleştikten sonra betonda sıkışan gaz kabarcıklarının sayısını ve hacmini azaltır.
Ultrasonik elek çalkalayıcılar Küçük parçacıklar için toz eleme verimini ve kalitesini iyileştirin. Hielscher, laboratuvar ve endüstriyel uygulamalar için ultrasonik olarak çalkalanmış elekler sunar.
Somut Arka Plan Bilgisi
Beton, çimento, örneğin Portland çimentosu ve uçucu kül ve cüruf çimentosu, agrega (çakıl, kireçtaşı, granit, kum), su ve kimyasal katkılar gibi diğer çimentolu malzemelerden oluşur. Tipik katkılar arasında hızlandırıcılar veya geciktiriciler, plastikleştiriciler, pigmentler, silika dumanı veya Yüksek Reaktiviteli Metakaolin (HRM) bulunur. Mikro silika, betonda tipik bir katkı maddesidir. Dezavantajı, operatörlerin ve işçilerin sağlığını etkileyen nispeten yüksek maliyeti ve kontaminasyonudur.