monitoring ความหนาแน่นและความหนืดในการพิมพ์ซีเมนต์ 3 มิติ

รูปที่ 1: การพิมพ์ซีเมนต์ 3 มิติ [1]

สารบัญ

1. บทนำ
2. กระบวนการผลิตสารเติมแต่งซีเมนต์
3. กระบวนการและการตรวจสอบoring ความท้าทาย
4. Rheonics เซ็นเซอร์วัดความหนาแน่นและความหนืดแบบอินไลน์
   1. การติดตั้ง
   2. ข้อควรพิจารณาในการติดตั้ง

1. บทนำ

การผลิตแบบเติมแต่งได้มีการก้าวหน้าอย่างมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมาและมีความเกี่ยวข้องในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การพิมพ์ซีเมนต์หรือคอนกรีต 3 มิติ (3DCP). หรือที่เรียกว่า การผลิตสารเติมแต่งคอนกรีตซึ่งเป็นเทคโนโลยีล้ำสมัยที่ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างแบบชั้นต่อชั้นได้โดยอัตโนมัติโดยใช้วัสดุผสมซีเมนต์ ซึ่งแตกต่างจากการก่อสร้างคอนกรีตแบบดั้งเดิมซึ่งต้องใช้แบบหล่อและแรงงานคนจำนวนมาก การพิมพ์ 3 มิติโดยตรง อัดส่วนผสมที่เป็นซีเมนต์ ปฏิบัติตามแบบจำลองดิจิทัลที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า ซึ่งไม่ต่างจากการพิมพ์ 3 มิติด้วยโพลิเมอร์ที่รู้จักกันดีมากนัก เทคโนโลยี 3DCP ที่แตกต่างกันนั้นสามารถทำได้ เช่น การพ่นสารยึดเกาะและการพ่นวัสดุ แต่การอัดรีดเป็นวิธีการหลัก เทคโนโลยีนี้มีข้อดีหลายประการ เช่น ลดการสิ้นเปลืองวัสดุ เวลาในการก่อสร้างเร็วขึ้น และความยืดหยุ่นในการออกแบบมากขึ้นอย่างไรก็ตาม เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ สิ่งสำคัญคือ ตรวจสอบและเพิ่มประสิทธิภาพองค์ประกอบของวัสดุ พารามิเตอร์การอัดขึ้นรูป และสภาวะการบ่ม เพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอ ความสามารถในการพิมพ์ ความสม่ำเสมอของวัสดุ การยึดติดที่ถูกต้องระหว่างชั้น การควบคุมสภาพแวดล้อมฯลฯ

บทความนี้เน้นถึงความเกี่ยวข้องของพารามิเตอร์หลัก เช่น ความหนืดและความหนาแน่นในการพิมพ์ซีเมนต์ 3 มิติ และวิธีการ Rheonics เซ็นเซอร์ช่วยให้สามารถวัดค่าอินไลน์แบบเรียลไทม์สำหรับมอนิเตอร์oring และการควบคุม

PERI 3D Construction Printing: อาคารที่พักอาศัยที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกในเยอรมนี – [1]

2. กระบวนการผลิตสารเติมแต่งซีเมนต์

รูปที่ 2: ภาพรวมกระบวนการพิมพ์ซีเมนต์ 3 มิติ

เมื่อมองกว้างๆ กระบวนการพิมพ์ซีเมนต์ 3 มิติสามารถแบ่งออกได้เป็นขั้นตอนต่างๆ ดังต่อไปนี้ [2]:

พรีมิกซ์
วัสดุที่ผสมล่วงหน้าจะถูกผสมเพื่อให้ได้ซีเมนต์ที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษสำหรับ 3DCP โดยทั่วไปจะประกอบด้วยซีเมนต์ ทราย สารเติมแต่ง และบางครั้งอาจรวมถึงเส้นใยเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความสามารถในการทำงาน บริษัทหลายแห่งนำเสนอวัสดุที่ผสมล่วงหน้าเหล่านี้พร้อมสำหรับการพิมพ์ซีเมนต์ 3 มิติแล้ว การพัฒนาขั้นต้นใช้สารทำให้ข้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีแรงดึงสูงหลังจากการอัดรีด ในขณะที่การพัฒนาล่าสุดใช้สารหน่วงการแข็งตัวเพื่อป้องกันการแข็งตัวของวัสดุใหม่ในระหว่างกระบวนการปั๊ม ร่วมกับสารเร่งปฏิกิริยาที่ต่อต้านผลของสารหน่วงการแข็งตัวและทำให้เวลาในการแข็งตัวเร็วขึ้น

การผสม
กระบวนการไฮเดรชั่นของวัสดุแห้งโดยการเติมน้ำเป็นหลัก การผสมสามารถทำได้ทั้งแบบเป็นชุดหรือแบบต่อเนื่อง บางกระบวนการใช้ขั้นตอนการผสมครั้งที่สองก่อนการอัดรีดเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันซึ่งเกี่ยวข้องกับของเหลวที่ใช้

การขนส่ง
การขนส่งคอนกรีตโดยปกติต้องใช้ปั๊มโพรงก้าวหน้า นอกจากนี้ยังสามารถใช้ปั๊มลูกสูบแบบจ่ายแรงดันเชิงบวกได้อีกด้วย การจัดหาคอนกรีตสดอย่างสม่ำเสมอถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพิมพ์ที่ประสบความสำเร็จ โดยทั่วไป ความตั้งใจคือหลีกเลี่ยงการหยุดพิมพ์บ่อยครั้ง และความเร็วจะต้องไม่เกินอัตราการสร้างคอนกรีตในแนวตั้งสูงสุด

รูปที่ 3: ปั๊มโพรงก้าวหน้า [3]

รูปที่ 4: ระบบเครนสำหรับการอัดรีดพิมพ์ซีเมนต์ [4]

3. กระบวนการและการติดตามoring ความท้าทาย

พฤติกรรมของของเหลวของคอนกรีตสร้างความท้าทายมากมายในการตรวจสอบoring คุณสมบัติของรีโอโลยี คอนกรีตมีแรงดึง ซึ่งหมายความว่าคอนกรีตจะมีลักษณะเป็นของแข็งเมื่อแรงเฉือนต่ำกว่าที่กำหนด และจะมีลักษณะเป็นของไหลเมื่อแรงเฉือนเกินกำหนด นอกจากนี้ ยังจำเป็นต้องมีการไหลสูงในระหว่างการสูบน้ำ แต่ต้องมีความแข็งและความแข็งแรงในระดับหนึ่งเพื่อรักษารูปร่างหลังการอัดรีดด้วย

ความหนืดบ่งบอกถึงความต้านทานการไหลและความสม่ำเสมอของของเหลว ในขณะที่ความหนาแน่นใช้เป็นตัวบ่งบอกถึงการผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของของเหลว (เช่น อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์) ซึ่งส่งผลต่อความแข็งแรง ความสามารถในการพิมพ์ และระยะเวลาการแข็งตัว โดยทั่วไป ความหนืดและความหนาแน่นจะตรวจสอบได้oring จะต้องกำหนด:

• ความสามารถในการพิมพ์ (รูปทรงที่คงอยู่หลังการสะสม จำนวนชั้นที่รองรับ)
• ความแข็งแรงของวัสดุ
• คุณภาพการพิมพ์
• การหดตัวจากการอบแห้ง
• หลีกเลี่ยงการติดขัดบนหัวฉีด

นอกจากคุณสมบัติของวัสดุแล้วoringการทราบพารามิเตอร์การพิมพ์และเงื่อนไขการบ่มถือเป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการพิมพ์คอนกรีต 3 มิติ

4. Rheonics เซ็นเซอร์วัดความหนาแน่นและความหนืดแบบอินไลน์

5 รูป: Rheonics เครื่องวัดความหนืดแบบอินไลน์ (SRV) และเครื่องวัดความหนาแน่นและความหนืด (SRD) รุ่นแทรกยาวพร้อมการเชื่อมต่อแบบเกลียว NPT 1.25”

Rheonics นำเสนอเครื่องวัดความหนาแน่นและความหนืดของกระบวนการแบบอินไลน์สำหรับการตรวจสอบแบบเรียลไทม์oring ของคอนกรีต

Rheonics เครื่องวัดความหนืดแบบอินไลน์ SRVเซ็นเซอร์นี้วัดความหนืดและอุณหภูมิในช่วงกว้างแบบเรียลไทม์ และเหมาะสำหรับการติดตั้งในถังเพื่อตรวจสอบกระบวนการผสม และในท่อเพื่อวัดของเหลวที่ไหลอย่างต่อเนื่อง Rheonics SRV เหมาะเป็นพิเศษสำหรับกระบวนการผสมความเร็วสูง และไม่ได้รับผลกระทบจากฟองอากาศในของเหลวหรือแรงสั่นสะเทือนจากภายนอก

Rheonics เครื่องวัดความหนาแน่นและความหนืดอินไลน์ SRD:เซ็นเซอร์นี้วัดความหนาแน่น ความหนืด และอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ เหมาะที่สุดสำหรับการติดตั้งในท่อและถังที่มีความเร็วในการผสมคงที่ SRD เพิ่มความหนาแน่นให้กับการวัด ช่วยให้คำนวณความเข้มข้นของของเหลวเพิ่มเติมได้ อย่างไรก็ตาม มีช่วงความหนืดในการวัดที่แคบกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ SRV และความเข้มข้นของฟองอากาศที่สูงอาจทำให้การอ่านค่ามีสัญญาณรบกวนเนื่องจากการวัดความหนาแน่น SRD ไม่ได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนจากภายนอก

มีหัววัดเซนเซอร์ SRV และ SRD (ประเภท SR) หลายแบบให้เลือกเพื่อให้เหมาะกับความต้องการในการติดตั้งที่เฉพาะเจาะจง เยี่ยมชม ตัวแปรเครื่องวัดความหนืด SRV และ เครื่องวัดความหนาแน่นและความหนืด SRD รุ่นต่างๆ.

การติดตั้ง

คอนกรีตเป็นของเหลวที่เป็นเม็ดประกอบด้วยของเหลว โดยส่วนใหญ่แล้วจะเป็นน้ำที่เติมลงไประหว่างการผสม และโดยปกติแล้วจะเป็นอนุภาคละเอียด เช่น ซิลิกาฟูม เถ้าลอย ตะกรัน เป็นต้น เนื่องจากองค์ประกอบและคุณสมบัติในการขัดถูทั่วไป Rheonics มีข้อกำหนดการติดตั้งถัดไปเพื่อวัดความหนืดและความหนาแน่นของคอนกรีตด้วยเซ็นเซอร์ Type-SR

• การติดตั้งใน Sweep Elbow

รูปที่ 6: ตัวอย่างการติดตั้งเครื่องวัดความหนาแน่นและความหนืด SRD

Rheonics เซ็นเซอร์ หัววัดแบบสอดยาว (Type-SR-X5) การติดตั้งแบบข้อศอกเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ดีมากสำหรับการวัดแบบอินไลน์คอนกรีต การติดตั้งแบบข้อศอกช่วยให้ของเหลวมาขนานหรืออยู่ในแนวแกนกับองค์ประกอบการตรวจจับของหัววัดเซ็นเซอร์ ในขณะที่การออกแบบการสอดยาวช่วยให้องค์ประกอบการตรวจจับอยู่ไกลออกไปในแนวเส้นตรง ซึ่งการไหลของของเหลวจะสม่ำเสมอมากกว่าใกล้กับผนัง วิธีนี้ช่วยให้องค์ประกอบการตรวจจับสะอาดอยู่เสมอ (การไหลจะทำให้สะอาดและไม่มีตะกอนใดๆ)

ด้วยหัววัดแบบสอดยาว ลูกค้าสามารถกำหนดความยาวของการสอด (A) และการเชื่อมต่อกระบวนการ (B) ได้ ตารางต่อไปนี้แสดงวิธีแก้ปัญหาทั่วไปโดยใช้การเชื่อมต่อแบบเกลียว NPT 1.25” และ elbolet

รูปที่ 7: ภาพวาดการติดตั้งข้อต่อเครื่องวัดความหนาแน่นและความหนืดของ SRD

ดูตัวอย่างการติดตั้งข้อศอกแบบกวาดเพิ่มเติมได้ในบทความของเรา: การติดตั้งเครื่องวัดความหนืดและความหนาแน่นแบบ Type-SR ในข้อต่อโค้ง

• การติดตั้งด้วย Rheonics เกท

SRV หรือ SRD Stargate (SG) เหมาะสำหรับของเหลวที่มีความหนืดสูงและความเร็วสูงโดยลดการสะสมและภาระบนหัววัด เนื่องจากมีการออกแบบเซลล์เวเฟอร์ที่วางหัววัดไว้ตรงกลางเป็นเส้นตรง

เค้ก ความได้เปรียบ การติดตั้ง Stargate จะช่วยลดการเกาะติดของสิ่งสกปรกและลดการสึกกร่อนของหัววัดได้ ข้อควรพิจารณาหลักในการติดตั้งนี้คือต้องมีอะแดปเตอร์สำหรับเชื่อมต่อกับกระบวนการ Rheonics เสนอ Tri-Clamp อะแดปเตอร์ที่โดยทั่วไปไม่เหมาะสำหรับการใช้งานซีเมนต์หรือคอนกรีต ด้วยเหตุนี้ ลูกค้าควรปฏิบัติตามภาพวาดอินเทอร์เฟซเชิงกลของ Stargate เพื่อปรับให้เข้ากับกระบวนการ

• การติดตั้งตั้งฉาก

การติดตั้งแบบตั้งฉากจะวางหัววัดไว้ที่ 90° จากการไหลของของเหลว ข้อดีหลักของการติดตั้งแบบนี้คือความเรียบง่าย โดยปกติแล้ว Rheonics ใช้หัววัดเซนเซอร์ที่มีการเชื่อมต่อแบบเกลียว (G1/2 หรือ NPT 3/4”) และต้องใช้ข้อต่อแบบเชื่อมสำหรับการติดตั้ง (HAW-12G-OTK or WOL-34NL) เหมาะสำหรับการติดตั้งหลังจากการผสม ระหว่างท่อ หรือก่อนแม่พิมพ์อัดหรือหัวพิมพ์

อย่างไรก็ตาม การติดตั้งนี้มีแนวโน้มที่จะเกิดตะกอนหรือการสะสมรอบๆ หัววัด ซึ่งอาจปกคลุมองค์ประกอบการตรวจจับและส่งผลต่อการอ่านค่าของเซ็นเซอร์ ตะกอนของไหลมักพบในของเหลวที่มีความหนืดสูง เช่น ซีเมนต์หรือคอนกรีต ลูกค้าควรหลีกเลี่ยงบริเวณที่มีแนวโน้มเกิดตะกอน (บริเวณที่ไม่มีตะกอน) และทำความสะอาดหัววัดหากเกิดตะกอน

รูปที่ 8: การติดตั้งหัววัดเซนเซอร์สั้นในแนวตั้งฉากเป็นแนวตรง

5. ข้อควรพิจารณาในการติดตั้ง

การสึกกร่อนจากการกัดเซาะ
การใช้งานคอนกรีตอาจทำให้หัววัดเซนเซอร์เกิดการสึกกร่อนเนื่องจากผลของการกัดเซาะของของเหลวบนวัสดุพื้นผิวของหัววัด ในกรณีดังกล่าว หัววัดจะต้องเปลี่ยนใหม่หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง ผู้ใช้เพียงแค่ต้องขอหัววัดใหม่เท่านั้น โดยสายเซนเซอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะต้องอยู่กับที่ อายุการใช้งานของหัววัดในสภาวะเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอัตราการไหล อนุภาคในของเหลว รอบการทำงาน เป็นต้น ซึ่งไม่สามารถประมาณได้ล่วงหน้า Rheonics สามารถกำหนดค่าเซ็นเซอร์เพื่อให้ผู้ใช้ทราบระดับการสึกหรอและเตือนเมื่อจำเป็นต้องเปลี่ยน

วัสดุเปียก

Rheonics หัววัดเซนเซอร์สำหรับซีเมนต์มีให้เลือกใช้วัสดุสเตนเลสสตีล 316L เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุของหัววัดได้ที่นี่: Rheonics ความเข้ากันได้ทางเคมีของวัสดุความหนาแน่นของเครื่องวัดความหนืด

จำกัดความเร็วการไหล

Rheonics หัววัด SRV และ SRD เข้ากันได้กับความเร็วการไหลสูงสุด 10 ม./วินาที การติดตั้งขนานกันที่ข้อต่อช่วยลดผลกระทบของความเร็วการไหลต่อหัววัด แต่ความเร็วในช่วงนี้อาจเพิ่มสัญญาณรบกวนในการอ่านค่าได้มากเกินไป อ่านเพิ่มเติมได้ที่ หัววัดชนิด SR ที่มีความหนืดและของเหลวความเร็วสูง.

อนุภาคในของเหลว

อนุภาคที่มีอยู่ในของเหลวที่วัดได้นั้นเชื่อมโยงกับผลกระทบจากการสึกกร่อนของหัววัด โดยปกติแล้วอนุภาคอ่อนในระดับไมครอนจะไม่ส่งผลกระทบต่อการวัดของเซ็นเซอร์ อนุภาคเหล่านี้อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนในการอ่านค่าได้เท่านั้น ซึ่งระบบอิเล็กทรอนิกส์ของเซ็นเซอร์สามารถกรองได้ อนุภาคที่มีขนาดใหญ่หรือแข็งในระดับมิลลิเมตรหรือเซนติเมตรอาจสร้างสัญญาณรบกวนในการอ่านค่าที่สูงมากหรืออาจสร้างความเสียหายให้กับหัววัดได้ ดังนั้นจึงต้องหลีกเลี่ยงอนุภาคเหล่านี้

อ้างอิง

[1] PERI 3D Construction Printing: อาคารที่พักอาศัยที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกในเยอรมนี (EN)

[2] https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf

[3] ปั๊มโพรงก้าวหน้าสเตนเลสสตีล PCM EcoMoineau™ C สำหรับการใช้งานหลากหลาย

[4] โซลูชั่น | COBOD นานาชาติ

[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714