Sonikasiya sementin hidratlaşmasını və möhkəmliyini yaxşılaşdırır

Sonikasiya kimi də tanınan güclü ultrasəs sement və tikinti məhlulu istehsalını intensivləşdirmək üçün praktik texnologiya kimi diqqət çəkir. Son tədqiqatlar göstərir ki, ultrasəslə emal hissəciklərin dispersiyasını yaxşılaşdıra, dənəvərləşdirilmiş domna şlakı (GBFS) kimi əlavə sementləşdirici materialları aktivləşdirə, hidratlaşmanı sürətləndirə, məsamə strukturunu incəldə və erkən yaşda möhkəmliyi əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.

Güclü ultrasəslə daha yüksək performanslı şlak qatqılı sement və tikinti məhlulu

Sement və tikinti məhlulu istehsalında əsas texniki çətinliklərdən biri əlavə sementləşdirici materiallardan səmərəli istifadədir. Dənəvərləşdirilmiş domna şlakı, yaxud GBFS, klinker miqdarını azaltmaq və dayanıqlılığı yaxşılaşdırmaq üçün geniş istifadə olunur. Lakin iri və ya aqlomerasiya olunmuş şlak hissəcikləri çox vaxt yavaş reaksiyaya girərək erkən möhkəmliyin inkişafını məhdudlaşdırır. Sonikasiya perspektivli həll təklif edir: aqlomeratları dispersləşdirmək, hissəcikləri parçalamaq və sement matrisində reaktiv nüvələnmə sahələrinin sayını artırmaq üçün yüksək intensivlikli akustik kavitasiyadan istifadə edir.

Sonikasiya sementin hidratlaşması üçün niyə vacibdir

Sonikasiyanın üstünlüyü erkən hidratlaşmadan əvvəl və onun gedişində birbaşa hissəcik sisteminə təsir etmək qabiliyyətindədir. Sementləşdirici suspenziyada ultrasəs kavitasiyası lokal kəsilmə qüvvələri, mikroşırnaqlar və təzyiq dalğalanmaları yaradır. Bu təsirlər aqlomeratları parçalamağa, incə hissəcikləri dispersləşdirməyə və yeni mineral səthləri üzə çıxarmağa kömək edir.
Sement və tikinti məhlulu istehsalçıları üçün bu vacibdir, çünki hidratlaşma əsasən səth prosesləri ilə müəyyən olunur. Daha yaxşı dispersiya və daha kiçik reaktiv hissəciklər su, klinker fazaları və şlak hissəcikləri arasındakı təması artıra bilər. Bu, istiliyin daha sürətli ayrılmasına, erkən bərkimənin yaxşılaşmasına və daha sıx mikrostruktura səbəb ola bilər.
Şlak qatqılı sistemlərdə sonikasiya xüsusilə əhəmiyyətlidir, çünki GBFS çox vaxt aktivləşdirmə tələb edir. GBFS hissəciklərinin ultrasəslə parçalanması – sonofraqmentasiya adlanan proses – hissəcik ölçüsünü, xüsusilə 125–250 μm fraksiyasında, azaldır.

Sement və tikinti məhlulu istehsalında sonikasiyanın əsas üstünlükləri

Güclü ultrasəs sement və tikinti məhlulunun sənaye istehsalına bir neçə istiqamətdə kömək edir:

• Hissəciklərin dispersiyasının yaxşılaşması: Sonikasiya sement, şlak və incə mineral hissəciklərin pasta və ya tikinti məhlulu qarışığında daha bərabər dispersləşməsinə kömək edir.
• Aqlomerasiyanın azalması: Ultrasəslə emal hissəcik yığınlarını parçalaya bilər və qarışdırma zamanı təkrar aqlomerasiyanı məhdudlaşdıra bilər.
• Dənələrin incəldilməsi: Daha iri şlak hissəcikləri daha incə fraksiyalara parçalana bilər və bununla əlçatan səth sahəsi artır.
• Daha çox nüvələnmə sahəsi: Parçalanmış GBFS hissəcikləri sement matrisində hidratlaşma məhsulları üçün nüvələnmə mərkəzləri kimi çıxış edə bilər.
• Hidratlaşmanın sürətlənməsi: Daha yaxşı dispersiya və üzə çıxarılmış səthlər ümumi istilik ayrılmasını və erkən bərkiməni artıra bilər.
• Daha yüksək erkən möhkəmlik: Sonikasiya olunmuş şlak qatqılı sement pastalarında cəmi iki gündən sonra sıxılma və əyilmə möhkəmliyi əhəmiyyətli dərəcədə arta bilər.
• Mikrostrukturun yaxşılaşması: Sonikasiya nanoməsaməlilik göstəricilərini artıra və məsamə strukturunu, xüsusilə 2–10 nm məsamə diapazonunda, dəyişdirə bilər.

 

Güclü ultrasəslə yığma betonda daha sürətli tutuşma və erkən möhkəmlik

Ch. Rößler tərəfindən aparılmış «Güclü ultrasəsin Portland sementi pastalarının axıcılığına və tutuşmasına təsiri» tədqiqatında CEM I 42,5 R əsasında, su/sement (w/c) nisbəti 0,37 olan və 0,1% poliakrilat superplastikləşdirici ehtiva edən Portland sementi pastaları araşdırılır. Güclü ultrasəsin hidratlaşmanı sürətləndirə, axıcılığı yaxşılaşdıra, tutuşma müddətini qısalda və erkən möhkəmliyi artıra bilib-bilmədiyini qiymətləndirmək üçün tədqiqatda axınlı quruluşda Hielscher UIP1000hd sonikatorundan istifadə edilmişdir.
Nəticələr göstərir ki, güclü ultrasəs (PUS) əsas hidratlaşma dövrünü sürətləndirir. Temperatur əyrisi hidratlaşma pikinin daha erkən baş verdiyini göstərir, beş saatdan sonra çəkilmiş mikrostruktur təsvirlərində isə ultrasəslə emal olunmuş pastada nəzarət nümunəsi ilə müqayisədə daha iri C-S-H fazaları müşahidə edilmişdir.
Əldə edilmiş əsas üstünlüklər:

• Daha yüksək axıcılıq: çökmə göstəricisi nəzarət pastasındakı 122 mm-dən PUS emalından sonra 158 mm-ə yüksəlmişdir.
• Daha sürətli tutuşma: tutuşmanın başlanmasına qədər müddət 5 h 15 min-dən 3 h 45 min-ə, tutuşmanın sonuna qədər müddət isə 6 h 45 min-dən 4 h 30 min-ə qısalmışdır.
• Sərtləşmənin sürətlənməsi: ultrasəs impulsunun sürəti bərkimənin təxminən 2 saat daha tez baş verdiyini göstərmişdir.
• Daha yüksək erkən möhkəmlik: PUS ilə emal edilmiş sement pastasından hazırlanmış tikinti məhlulu prizmaları ilk 24 saat ərzində daha yüksək sıxılma möhkəmliyi göstərmişdir.
• Prosesin iqtisadi səmərəlilik potensialı: müəlliflər hesablamışlar ki, sement pastasına təxminən 10 kWh/m³ enerji verilməsi tutuşmanı və erkən möhkəmliyin yaranmasını təxminən iki saat sürətləndirə bilər; göstərilən xərc beton üçün ≤ 1 Euro/m³ olmuşdur.
• Qatqıya tələbatın azalması: PUS axıcılığı artırdığı üçün müəlliflər superplastikləşdirici dozasının potensial olaraq azaldıla biləcəyi qənaətinə gəlmişlər.

Bu nəticələr yığma beton istehsalı üçün xüsusilə əhəmiyyətlidir; burada daha sürətli tutuşma və erkən möhkəmlik qəlibdə saxlanma müddətini, isitmə tələbatını və istehsal dövrünün müddətini azalda bilər.

 

 

GBFS qatqılı sement pastasında daha yüksək erkən möhkəmlik

Sement və tikinti məhlulunun sənaye tətbiqləri üçün ən mühüm nəticələrdən biri erkən yaşda möhkəmliyin yaxşılaşmasıdır. Lisowski et al. (2024) məlumatlarına görə, tərkibində 20% depozisiya olunmuş GBFS olan sement pastalarının impuls ultrasəslə emalı iki gündən sonra xeyli yüksək möhkəmlik təmin etmişdir. Bildirilən artımlar sıxılma möhkəmliyində 132%-ə, əyilmə möhkəmliyində isə 58%-ə qədər çatmışdır.
Bu, qəlibdən erkən çıxarılmanın, erkən daşınma və işlənmə möhkəmliyinin və ya tikintinin sürətli irəliləməsinin iqtisadi baxımdan vacib olduğu yığma beton, quru qarışıq tikinti məhlulu, təmir məhlulları, plitə yapışdırıcıları və digər sementləşdirici məhsullar üçün çox əhəmiyyətlidir.
Möhkəmlik artımı bərkimə zamanı ayrılan ümumi istiliyin artması ilə əlaqəli olmuşdur; bu da sonikasiyanın fiziki dispersiyanı yaxşılaşdırmaqla yanaşı, erkən hidratlaşmanı da intensivləşdirdiyini ehtimal etməyə əsas verir. Praktik baxımdan bu, güclü ultrasəsin istehsalçılara erkən performansı azaltmadan şlakdan daha səmərəli istifadə etməyə kömək edə biləcəyi deməkdir.

 

 

Sonofraqmentasiya daha iri şlak fraksiyalarını daha faydalı edir

Xüsusilə dəyərli nəticələrdən biri nisbətən iri GBFS fraksiyalarının effektiv aktivləşdirilməsidir. Tədqiqat göstərmişdir ki, 125–250 μm şlak fraksiyası depozisiya olunmuş şlak hissəciklərinin ayrılması və güclü ultrasəslə emal ilə birləşdirildikdə erkən yaşda və 28 günlük yaşda ən yaxşı möhkəmliyi təmin etmişdir.
Bu, sənaye baxımından əhəmiyyətlidir, çünki şlakın çox incə ölçülərə qədər üyüdülməsi böyük enerji sərfi tələb edir. Sonikasiya daha iri və ya depozisiya olunmuş GBFS fraksiyalarının reaktivliyini yaxşılaşdırarsa, istehsalçılar üyütmə tələbatını azalda, xammaldan istifadə səmərəliliyini artıra və təkrar xammal axınlarından daha yaxşı istifadə edə bilərlər.
 
Ultrasəs dispersiyasının nanoarmaturlaşdırılmış sement məhlullarının istehsalını necə asanlaşdırdığını öyrənin!

Sənaye əhəmiyyəti: səmərəli sement və tikinti məhlulu istehsalı üçün güclü ultrasəs

Sement və tikinti məhlulunun sənaye istehsalçıları üçün sonikasiya bir neçə strateji üstünlük təklif edir. O, suspenziyanın hazırlanması, bağlayıcının aktivləşdirilməsi, qatqıların dispersləşdirilməsi və ya yüksək performanslı tikinti məhlulunun qarışdırılması zamanı prosesi intensivləşdirmə mərhələsi kimi inteqrasiya edilə bilər. Bu texnologiya incə hissəciklərin paylanmasından, sürətli hidratlaşmadan və əlavə sementləşdirici materialların optimal istifadəsindən asılı olan məhsullar üçün xüsusilə cəlbedicidir.

Ultrasəslə sement istehsalının sənaye üstünlüklərinə aşağıdakılar daxildir:

• Klinker miqdarını artırmadan daha yüksək erkən möhkəmlik
• GBFS və digər əlavə sementləşdirici materialların daha yaxşı aktivləşdirilməsi
• İri və ya depozisiya olunmuş şlak fraksiyalarından daha yaxşı istifadə
• Sementləşdirici suspenziyalarda aqlomerasiyanın azalması
• Daha sabit hidratlaşma və bərkimə davranışı
• Seçilmiş şlak axınları üçün üyütmə intensivliyinin potensial azalması
• Az klinkerli və az karbonlu sement tərkiblərinin performansının yaxşılaşması

Bu, sonikasiyanı dayanıqlı sement, şlaklı sement, yüksək performanslı tikinti məhlulları, yığma elementlər, təmir materialları və xüsusi tikinti məhsullarının istehsalı üçün çox əhəmiyyətli edir.

Az karbonlu sement texnologiyası üçün vasitə kimi sonikasiya

Sement sənayesi CO₂ emissiyalarını azaltmaq üçün təzyiq altındadır və klinker əmsalının azaldılması ən birbaşa yollardan biridir. Lakin klinkerin GBFS, uçucu kül, kalsinə edilmiş gil və ya digər əlavə sementləşdirici materiallarla daha yüksək nisbətdə əvəz edilməsi erkən möhkəmliyin inkişafını ləngidə bilər. Güclü ultrasəs dispersiyanı yaxşılaşdırmaq, hissəcikləri aktivləşdirmək və erkən hidratlaşmanı sürətləndirmək yolu ilə bu məhdudiyyəti aradan qaldırmağa kömək edə bilər.
Sonikasiya şlak qatqılı sement pastalarını daha reaktiv və mexaniki baxımdan daha möhkəm edə bilər, xüsusilə proses hissəcik ölçüsü fraksiyası və emal müddəti üzrə optimallaşdırıldıqda. Bu birləşmə sənaye miqyasında bağlayıcıların hazırlanması üçün çox əhəmiyyətlidir.

Sementin hidratlaşmasını, möhkəmliyini və şlakın reaktivliyini artırmaq üçün Hielscher sonikatorları

Hielscher axın xəttinə quraşdırılan sonikatorları sementin hidratlaşmasını və möhkəmliyini, xüsusilə şlak qatqılı sementləşdirici sistemlərdə, yaxşılaşdırmaq üçün güclü vasitədir.
Sementin sənaye miqyasında deaqlomerasiyası və dispersləşdirilməsi üçün Hielscher yüksək məhsuldarlıqlı sonikatorları sement, şlak və mineral doldurucu aqlomeratlarını incə dispersləşmiş hissəciklərə parçalamaq üçün tələb olunan intensiv kavitasiya mənşəli kəsilmə təsirini təmin edir və sementləşdirici suspenziyalarda hissəciklərin islanmasını, səthin aktivləşməsini və bircinsliyi yaxşılaşdırır. Hielscher sistemləri masaüstü və pilot miqyasdan möhkəm konstruksiyalı, yüksək emal məhsuldarlıqlı istehsal sistemlərinə qədər mövcuddur; bunlara sement inyeksiya məhlulunun və mineral suspenziyaların fasiləsiz emalı üçün axın xəttinə quraşdırılan yüksək güclü sonikatorlar da daxildir. Bu, prosesin hazırlanmasını tədqiqat və inkişafdan tam sənaye emal məhsuldarlığına qədər birbaşa miqyaslandırmağa imkan verir. Üyüdücü cisimlərə ehtiyacı aradan qaldırmaqla və ya azaltmaqla ultrasəs deaqlomerasiyası emalı sadələşdirir, çirklənmə risklərini minimuma endirir və təmizləmə işini azaldır, eyni zamanda təkrarlana bilən dispersiya keyfiyyəti təmin edir. Buna görə də Hielscher sonikatorları sement və tikinti məhlulu istehsalçılarına daha bərabər bağlayıcı sistemləri, yaxşılaşdırılmış hidratlaşma kinetikası, GBFS və digər əlavə sementləşdirici materiallardan daha yaxşı istifadə və daha yüksək performanslı az klinkerli tərkiblər əldə etmək üçün praktik yol təklif edir.

Aşağıdakı cədvəl güclü ultrasəs sistemlərimizin təxmini emal gücü barədə təsəvvür verir:

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və layihələndirmə standartları ilə tanınır. Möhkəm konstruksiya və asan idarəetmə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə problemsiz inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitdə və yüksək tələblər qoyulan mühitlərdə asanlıqla işləyir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiya ilə istifadə rahatlığını birləşdirən yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.

---

---

 

Ədəbiyyat / İstinadlar

• Peters S., Stöckigt M., Rößler C. (2009): Influence of power-ultrasound on the fluidity and setting of Portland cement pastes. In: Proceedings of the 17th International Conference on Building Materials (ibausil). Vol 1. Weimar, Germany; 2009. 259-264.
• Paweł Lisowski, Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Magdalena Osial, Kamil Bochenek, Piotr Denis, Michał A. Glinicki (2024): Power ultrasound-assisted enhancement of granulated blast furnace slag reactivity in cement paste. Cement and Concrete Composites, Volume 154, 2024.
• Peters, S.; Kraus, M.; Rößler, Christiane; Ludwig, H.-M. (2011): Workability of cement suspensions Using power ultrasound to improve cement suspension workability. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Plant and Precast Technology. 77, 2011. 26-33.
• 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.