Ультразвукове замішування цементного тіста для бетону

Ультразвукове змішування цементного тіста дає великі переваги для заводів зі збірного формування, сухого лиття та бетону. Ці переваги включають коротший початковий і кінцевий час схоплювання, нижчу дозу суперпластифікатора, швидшу та повнішу гідратацію, а також вищу міцність на стиск.

Традиційні технології змішування бетону, такі як “Змішування на дорозі” або роторні міксери, забезпечують недостатню змішувальну дію для диспергування агломератів частинок цементу та інших цементних матеріалів, таких як зола або кремнезем. У той час як зовнішні частинки таких агломератів піддаються впливу води, внутрішні поверхні частинок залишаються сухими. Це призводить до повільної та неповної гідратації.

Переваги ультразвукової технології змішування для бетону

Ультразвукове диспергування є найбільш передовою технологією для деагломерації та диспергування мікронних і нанорозмірних матеріалів у рідинах. Ультразвукове змішування використовує кавітаційні сили зсуву, які є більш ефективними при змішуванні дрібнодисперсних матеріалів, ніж звичайні роторні міксери та роторно-статорні змішувачі. Для цементу, кремнезему, золи-винесення, пігментів або ВНТ експлуатаційні характеристики цих матеріалів значно підвищуються за рахунок ультразвукового диспергування, оскільки воно покращує розподіл частинок і контакт з водою.

Під час гідратації — реакції цементу з водою — у фазах C-S-H ростуть голчасті структури. На малюнках нижче показана мікроструктура в цементному тісті після 5 годин гідратації. В ультразвуковій цементній пасті C-S-H-фази мають довжину майже 500 нм, тоді як у незвуковій пасті C-S-H-фази мають довжину близько 100 нм.

Мікроструктура цементного тіста після 5 годин гідратації

з ультразвуковою обробкою	без ультразвукової обробки
Портландцементна паста (CEM I42.5R), К. Рьосслер (2009) – Веймарський університет Баугауз

 
Змішування шляхом кавітації, індукованої ультразвуком, призводить до більш швидкого росту C-S-H-фаз.

 
Температура гідратації

Вплив енергетичного ультразвуку (PUS) на часово-температурні криві цементних паст

 
Міцність на стиск

Вплив силового ультразвуку (PUS) на міцність на стиск розчинних призм

 
Швидкість ультразвукового імпульсу

Вплив енергетичного ультразвуку (PUS) на швидкість ультразвукового імпульсу гідратаційних цементних паст

Зростання C-S-H-фаз корелює з температурою в цементному тісті в період гідратації (натисніть на графік праворуч). У цементному тісті, змішаному ультразвуком, Гідратація починається приблизно на годину раніше. Більш рання гідратація корелює з більш раннім збільшенням міцності на стиск. Підвищену швидкість гідратації можна виміряти і за швидкістю ультразвукового імпульсу.

Зокрема, для збірного та сухого бетону це призводить до значно скорочення часу, поки литий бетон можна буде взяти з форми. Дослідження Університету Баухауз (Німеччина) показали наступне скорочення заданого часу.

Ще однією цікавою перевагою ультразвукового змішування є вплив на плинність. Як видно з таблиці вище, спад збільшується приблизно на 30%. Це дозволяє знизити дозування суперпластифікаторів.

Інтеграція процесів ультразвукових міксерів у виробництво цементу

Hielscher пропонує ультразвукові міксери для ефективного диспергування цементу, кремнезему, золи, пігментів або ВНТ. По-перше, будь-який сухий матеріал слід попередньо змішати з водою, щоб отримати пасту високої концентрації, але яку можна перекачувати. Ультразвуковий міксер Hielscher деагломерает і розсіює частинки за допомогою кавітаційного зсуву. В результаті вся поверхня кожної частинки повністю піддається впливу води.

Ультразвукова обробка цементного тіста

У випадку з цементним тістом гідратація починається після ультразвукової обробки. Тому ультразвуковий міксер Hielscher слід використовувати вбудований, так як цементна паста не може зберігатися протягом тривалого часу. Наведений нижче схематичний малюнок ілюструє процес. На наступному етапі додається заповнювач, такий як пісок або гравій, і змішується з цементною пастою. Оскільки на цьому етапі частинки цементу вже добре диспергуються, цементна паста добре змішується з заповнювачем. Потім бетон готовий до заливки в збірні форми або для транспортування. Розбивний бак поруч з ультразвуковим міксером може використовуватися для більш тривалої обробки в разі нестабільного попиту на бетон.
Дізнайтеся більше про ультразвукову деагломерацію частинок цементу!

Ультразвукове диспергування кремнезему, золи-виносу та наноматеріалів

Диспергування кремнезему, золи, пігментів або інших наноматеріалів, таких як вуглецеві нанотрубки, вимагає іншої інтенсивності обробки та рівня енергії. З цієї причини ми рекомендуємо окремий ультразвуковий міксер для отримання добре дисперсної суспензії/пасти, яка потім додається до бетонної суміші. Будь ласка, натисніть на графік вище, щоб побачити схематичне зображення цього процесу.

Ультразвукове змішувальне обладнання, необхідне для масштабування, можна точно визначити на основі тестів на пілотних масштабах з використанням UIP1000hdT, який є потужним 1,000-ватним звуковим апаратом з пілотною шкалою. У таблиці нижче наведені загальні рекомендації по пристрою в залежності від обсягу замісу або витрати оброблюваного цементного тіста.

Маючи до 16 кВт потужності ультразвукового змішування на один ультразвуковий зонд, компанія Hielscher пропонує обчислювальну потужність, необхідну для додатків з великими обсягами. Ця технологія проста в тестуванні та лінійно масштабується.