Trộn hồ xi măng cho bê tông bằng siêu âm
Trộn hồ xi măng bằng siêu âm mang lại những lợi ích lớn cho quá trình đúc sẵn, đúc khô và các nhà máy bê tông. Những lợi ích này bao gồm thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết ngắn hơn, liều lượng phụ gia siêu dẻo thấp hơn, quá trình thủy hóa nhanh hơn và hoàn toàn hơn, cũng như cường độ chịu nén cao hơn.
Các công nghệ trộn bê tông truyền thống, chẳng hạn như “trộn trên đường vận chuyển” hoặc máy trộn quay, không tạo ra tác động trộn đủ mạnh để phân tán các khối kết tụ của hạt xi măng và các vật liệu kết dính khác, chẳng hạn như tro bay hoặc silica. Trong khi các hạt bên ngoài của những khối kết tụ này tiếp xúc với nước, bề mặt các hạt bên trong vẫn khô. Điều này dẫn đến quá trình thủy hóa chậm và không hoàn toàn.
Lợi ích của công nghệ trộn bằng siêu âm đối với bê tông
Phân tán bằng siêu âm là công nghệ tiên tiến nhất để phá vỡ các khối kết tụ và phân tán vật liệu có kích thước micromet và nanomet trong chất lỏng. Trộn bằng siêu âm sử dụng các lực cắt do xâm thực, có hiệu quả cao hơn trong việc trộn các vật liệu có kích thước nhỏ so với máy trộn quay và máy trộn rôto–stato thông thường. Đối với xi măng, silica, tro bay, chất màu hoặc CNTs, hiệu năng của những vật liệu này được tăng lên đáng kể nhờ phân tán bằng siêu âm, vì phương pháp này cải thiện sự phân bố hạt và khả năng tiếp xúc với nước.
Trong quá trình thủy hóa – phản ứng của xi măng với nước – các pha C‑S‑H phát triển thành những cấu trúc dạng kim. Các hình ảnh bên dưới cho thấy vi cấu trúc trong hồ xi măng sau 5 giờ thủy hóa. Trong hồ xi măng được xử lý bằng siêu âm, các pha C‑S‑H dài gần 500nm, trong khi ở hồ không được xử lý bằng siêu âm, các pha C‑S‑H dài khoảng 100nm.
Máy siêu âm UIP16000hdT để phân tán các vật liệu xây dựng như xi măng, geopolymer hoặc bê tông.
|
có xử lý bằng siêu âm
|
không xử lý bằng siêu âm
|
|---|---|
 |
 |
| Hồ xi măng Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Đại học Bauhaus Weimar | |
Trộn bằng xâm thực do siêu âm tạo ra giúp các pha C‑S‑H phát triển nhanh hơn.
Nhiệt độ thủy hóa
Ảnh hưởng của xử lý bằng siêu âm công suất cao (PUS) đến các đường cong thời gian–nhiệt độ của hồ xi măng
Cường độ chịu nén
Ảnh hưởng của xử lý bằng siêu âm công suất cao (PUS) đến cường độ chịu nén của các mẫu vữa hình lăng trụ
Vận tốc xung siêu âm
Ảnh hưởng của xử lý bằng siêu âm công suất cao (PUS) đến vận tốc xung siêu âm của hồ xi măng đang thủy hóa
Sự phát triển của các pha C‑S‑H có tương quan với nhiệt độ trong hồ xi măng trong thời gian thủy hóa (nhấp vào đồ thị bên phải). Trong hồ xi măng được trộn bằng siêu âm, quá trình thủy hóa bắt đầu sớm hơn khoảng một giờ. Quá trình thủy hóa diễn ra sớm hơn có tương quan với sự gia tăng cường độ chịu nén sớm hơn. Tốc độ thủy hóa tăng lên cũng có thể được đo bằng vận tốc xung siêu âm.
Máy trộn siêu âm trên đường ống (UIP1000hdT) để trộn xi măng công nghiệp trong chế độ vận hành dòng chảy liên tục.
Đặc biệt đối với bê tông đúc sẵn và đúc khô, điều này giúp rút ngắn đáng kể thời gian chờ đến khi có thể tháo bê tông đã đúc ra khỏi khuôn. Các nghiên cứu của Đại học Bauhaus (Đức) cho thấy mức giảm thời gian đông kết như sau.
| Đối chứng | Chênh lệch | Siêu âm công suất cao | |
|---|---|---|---|
| Bắt đầu đông kết | 5 giờ 15 phút | -29% | 3 giờ 45 phút |
| Kết thúc đông kết | 6 giờ 45 phút | -33% | 4 giờ 30 phút |
| Độ sụt | 122 mm (4,8″) | +30% | 158 mm (6,2″) |
Một lợi ích đáng chú ý khác của việc trộn bằng siêu âm là ảnh hưởng đến tính lưu động. Như thể hiện trong bảng trên, độ sụt tăng khoảng 30%. Điều này cho phép giảm liều lượng phụ gia siêu dẻo.
Tích hợp máy trộn siêu âm vào quy trình sản xuất xi măng
Hielscher cung cấp máy trộn siêu âm để phân tán hiệu quả xi măng, silica, tro bay, chất màu hoặc CNTs. Trước tiên, mọi vật liệu khô đều cần được trộn sơ bộ với nước để tạo thành hỗn hợp nhão có nồng độ cao nhưng vẫn có thể bơm được. Máy trộn siêu âm Hielscher phá vỡ các khối kết tụ và phân tán hạt bằng lực cắt do xâm thực. Nhờ đó, toàn bộ bề mặt của mỗi hạt được tiếp xúc hoàn toàn với nước.
Xử lý hồ xi măng bằng siêu âm
Đối với hồ xi măng, quá trình thủy hóa bắt đầu sau khi xử lý bằng siêu âm. Vì vậy, máy trộn siêu âm Hielscher cần được sử dụng trên đường ống, do hồ xi măng không thể được lưu trữ trong thời gian dài. Sơ đồ bên dưới minh họa quy trình này. Ở bước tiếp theo, cốt liệu, chẳng hạn như cát hoặc sỏi, được thêm vào và trộn với hồ xi măng. Vì ở giai đoạn đó các hạt xi măng đã được phân tán tốt, hồ xi măng hòa trộn tốt với cốt liệu. Sau đó, bê tông đã sẵn sàng để đổ vào khuôn đúc sẵn hoặc vận chuyển. Có thể sử dụng một bồn mang tên “break-up tank” bên cạnh máy trộn siêu âm để xử lý liên tục hơn khi nhu cầu bê tông không ổn định.
Đọc thêm về việc phá vỡ các khối kết tụ hạt xi măng bằng siêu âm!
Phân tán silica, tro bay và vật liệu nano bằng siêu âm
Việc phân tán silica, tro bay, chất màu hoặc các vật liệu nano khác, chẳng hạn như ống nano carbon, đòi hỏi những cường độ xử lý và mức năng lượng khác. Vì lý do này, chúng tôi khuyến nghị sử dụng một máy trộn siêu âm riêng để tạo ra huyền phù/hỗn hợp nhão được phân tán tốt, sau đó bổ sung vào hỗn hợp bê tông. Vui lòng nhấp vào hình bên trên để xem sơ đồ của quy trình này.
Thiết bị trộn siêu âm cần thiết để mở rộng quy mô có thể được xác định chính xác dựa trên các thử nghiệm ở quy mô thí điểm bằng UIP1000hdT, một máy siêu âm quy mô thí điểm mạnh mẽ có công suất 1.000 oát. Bảng bên dưới đưa ra các khuyến nghị chung về thiết bị tùy theo thể tích mẻ hoặc lưu lượng hồ xi măng cần xử lý.
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 0,1 đến 10L | 0,2 đến 2L/min | UIP1000hdT, UIP1500hdT |
| 10 đến 50L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L/min | UIP6000hdT |
| không áp dụng | 10 đến 50L/min | UIP16000 |
| không áp dụng | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Với công suất trộn siêu âm lên đến 16kW cho mỗi đầu dò siêu âm riêng lẻ, Hielscher cung cấp công suất xử lý cần thiết cho các ứng dụng có thể tích lớn. Công nghệ này dễ thử nghiệm và có thể mở rộng quy mô theo tuyến tính.
Máy siêu âm dạng đầu dò UP400ST để phân tán vữa xi măng siêu mịn
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Draganovic và cộng sự, 2020)
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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.
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2022): Ultrasonic dispersion of hard dispersed ultrafine milled cement-based grout for water sealing of fractured hard rock. Construction and Building Materials, Volume 317, 2022.
- 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.
- 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.
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng hóa siêu âm hiệu suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.