Ультразвукове змішування цементного тіста для бетону

Ультразвукове змішування цементного тіста пропонує великі переваги для заводів з виробництва збірних бетонних конструкцій, сухого лиття та бетону. Ці переваги включають коротші часи початкового та кінцевого схоплювання, нижчу дозу суперпластифікатора, швидшу та повнішу гідратацію, а також вищу міцність на стиск.

Традиційні технології змішування бетону, такі як «змішування в дорозі» або ротаційні змішувачі, забезпечують недостатню інтенсивність змішування для диспергування агломератів частинок цементу та інших цементовмісних матеріалів, таких як зола-виніс або кремнезем. Хоча зовнішні частинки таких агломератів піддаються впливу води, внутрішні поверхні частинок залишаються сухими. Це призводить до повільної та неповної гідратації.

Переваги технології ультразвукового змішування для бетону

Ультразвукове диспергування є найбільш передовою технологією для деагломерації та диспергування матеріалів мікро- та нанорозміру в рідинах. Ультразвукове змішування використовує кавітаційні зсувні сили, які є більш ефективними при змішуванні дрібнодисперсних матеріалів, ніж звичайні ротаційні змішувачі та роторно-статорні змішувачі. Для цементу, кремнезему, золи-виносу, пігментів або вуглецевих нанотрубок (CNTs) ефективність цих матеріалів значно підвищується завдяки ультразвуковому диспергуванню, оскільки воно покращує розподіл частинок та їхній контакт із водою.

Під час гідратації – реакції цементу з водою – фази C‑S‑H утворюють голчасті структури. Зображення нижче показують мікроструктуру цементного тіста після 5 годин гідратації. В ультразвуково обробленому цементному тісті фази C‑S‑H мають довжину майже 500nm, тоді як в необробленому тісті фази C‑S‑H становлять близько 100nm.

 

Мікроструктура цементного тіста після 5hrs часу гідратації

з ультразвуковою обробкою	без ультразвукової обробки
Портландцементне тісто (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Університет Баухаус у Веймарі

 
Змішування за допомогою ультразвуково-індукованої кавітації призводить до швидшого росту фаз C‑S‑H.

 
Температура гідратації

Вплив потужної ультразвукової обробки (PUS) на криві залежності температури від часу для цементних тіст

 
Міцність на стиск

Вплив потужної ультразвукової обробки (PUS) на міцність на стиск зразків розчину

 
Швидкість ультразвукового імпульсу

Вплив потужної ультразвукової обробки (PUS) на швидкість ультразвукового імпульсу гідратуючих цементних тіст

 

Ріст фаз C‑S‑H корелює з температурою в цементному тісті під час періоду гідратації (клацніть на графіку праворуч). В цементному тісті, змішаному ультразвуком, гідратація починається приблизно на одну годину раніше. Раніша гідратація корелює з ранішим зростанням міцності на стиск. Підвищену швидкість гідратації також можна виміряти за швидкістю ультразвукового імпульсу.

Зокрема для збірного та литого сухим способом бетону це призводить до значно коротшого часу, необхідного для виймання відлитого бетону з форми. Дослідження Університету Баухаус (Німеччина) показали наступне скорочення часів схоплювання.

Іншою цікавою перевагою ультразвукового змішування є вплив на плинність. Як показано в таблиці вище, осідання конуса збільшується приблизно на 30%. Це дозволяє зменшити дозування суперпластифікаторів.

 

Інтеграція процесу ультразвукових змішувачів у виробництво цементу

Hielscher пропонує ультразвукові змішувачі для ефективного диспергування цементу, кремнезему, золи-виносу, пігментів або вуглецевих нанотрубок (CNTs). Спочатку будь-який сухий матеріал слід попередньо змішати з водою, щоб утворити пасту високої концентрації, але придатну для перекачування. Ультразвуковий змішувач Hielscher деагломерує та диспергує частинки, використовуючи кавітаційний зсув. В результаті вся поверхня кожної частинки повністю піддається впливу води.

Ультразвукова обробка цементного тіста

У випадку цементного тіста гідратація починається після ультразвукової обробки. Тому ультразвуковий змішувач Hielscher слід використовувати в лінії, оскільки цементне тісто не можна зберігати протягом тривалих періодів. Схема нижче ілюструє процес. На наступному етапі додається заповнювач, такий як пісок або гравій, і змішується з цементним тістом. Оскільки частинки цементу вже добре дисперговані на цьому етапі, цементне тісто добре змішується із заповнювачем. Бетон потім готовий для заповнення збірних форм або для транспортування. Резервуар break-up поруч із ультразвуковим змішувачем може використовуватися для більш безперервної обробки у разі нестабільного попиту на бетон.
Дізнайтеся більше про ультразвукову деагломерацію частинок цементу!

Ультразвукове диспергування кремнезему, золи-виносу та наноматеріалів

Диспергування кремнезему, золи-виносу, пігментів або інших наноматеріалів, таких як вуглецеві нанотрубки, вимагає інших інтенсивностей обробки та рівнів енергії. З цієї причини ми рекомендуємо окремий ультразвуковий змішувач для виробництва добре диспергованої суспензії/пасти, яка потім додається до бетонної суміші. Будь ласка, клацніть на графіку вище для перегляду схеми цього процесу.

Обладнання для ультразвукового змішування, необхідне для масштабування, можна точно визначити на основі пілотних випробувань з використанням UIP1000hdT, який є потужним пілотним сонікатором на 1 000-watt. Таблиця нижче показує загальні рекомендації щодо обладнання залежно від об’єму партії або об’ємної витрати цементного тіста, що обробляється.

Завдяки потужності ультразвукового змішування до 16kW на одну ультразвукову зонд-головку, Hielscher пропонує обробну потужність, необхідну для високооб’ємних застосувань. Цю технологію легко протестувати, і вона масштабується лінійно.