सोनिकेशन सीमेंट के हाइड्रेशन और ताकत में सुधार करता है

पॉवर अल्ट्रासाउंड, जिसे सोनिकेशन के रूप में भी जाना जाता है, सीमेंट और मोर्टार उत्पादन के लिए एक व्यावहारिक तीव्रता तकनीक के रूप में ध्यान आकर्षित कर रहा है। हाल के शोध से पता चलता है कि अल्ट्रासोनिक उपचार कणों के प्रसार में सुधार कर सकता है, सजाया हुआ ब्लास्ट फर्नेस स्लैग (GBFS) जैसी पूरक सीमेंटिशियस सामग्री को सक्रिय कर सकता है, हाइड्रेशन को तेज कर सकता है, छिद्र संरचना को परिष्कृत कर सकता है और प्रारंभिक आयु में ताकत को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।

Higher-Performance Slag-Blended Cement and Mortar With Power Ultrasound

In cement manufacturing and mortar production, one of the major technical challenges is the efficient use of supplementary cementitious materials. Granulated blast furnace slag, or GBFS, is widely used to reduce clinker content and improve sustainability. However, coarse or agglomerated slag particles often react slowly, limiting early strength development. Sonication offers a promising solution: it uses high-intensity acoustic cavitation to disperse agglomerates, fragment particles and increase the number of reactive nucleation sites inside the cement matrix.

सीमेंट हाइड्रेशन के लिए सोनिकेशन क्यों महत्वपूर्ण है

सोनिकेशन का लाभ इसकी क्षमता में निहित है कि यह प्रारंभिक हाइड्रेशन के दौरान और उससे पहले कण प्रणाली पर सीधे कार्य कर सकती है। सीमेंटयुक्त निलंबन में, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन स्थानीयकृत कतरनी बल, माइक्रोजेट और दबाव परिवर्तन पैदा करता है। ये प्रभाव एग्लोमेरट्स को तोड़ने, सूक्ष्म कणों को फैलाने और ताजे खनिज सतहों को प्रकट करने में मदद करते हैं।
सीमेंट और मोर्टार उत्पादकों के लिए, यह महत्वपूर्ण है क्योंकि जलयोजन अत्यधिक सतह से संचालित होता है। बेहतर फैलाव और छोटे प्रतिक्रियाशील कण पानी, क्लिंकर चरणों और लावा कणों के बीच संपर्क बढ़ा सकते हैं। इससे तेजी से गर्मी जारी हो सकती है, जल्दी सख्त होने में सुधार हो सकता है और एक सघन माइक्रोस्ट्रक्चर हो सकता है।
स्लैग-मिश्रित प्रणालियों में, सोनिकेशन विशेष रूप से प्रासंगिक है क्योंकि GBFS को अक्सर सक्रियण की आवश्यकता होती है। अल्ट्रासोनिक कण विखंडन – तथाकथित सोनोफ्रैगमेंटेशन – GBFS कणों के कण आकार को कम करता है, विशेष रूप से 125-250 माइक्रोन अंश।

सीमेंट और मोर्टार उत्पादन में सोनिकेशन के प्रमुख लाभ

पावर अल्ट्रासाउंड कई तरीकों से औद्योगिक सीमेंट और मोर्टार उत्पादन का समर्थन करता है:

• बेहतर कण फैलाव: सोनिकेशन सीमेंट, स्लैग और सूक्ष्म खनिज कणों को पेस्ट या मोर्टार मिक्स में अधिक समान रूप से फैलाने में मदद करता है।
• कटौती हुई जमावट: अल्ट्रासोनिक उपचार कण क्लस्टरों को तोड़ सकता है और मिक्सिंग के दौरान पुनः-जमावट को रोक सकता है।
• अनाज शोधन: मोटे स्लैग कणों को छोटे अंशों में टूटकर उपलब्ध सतह क्षेत्र बढ़ाया जा सकता है।
• अधिक न्यूक्लिएशन साइट्स: टूटे हुए GBFS कण सीमेंट मैट्रिक्स में हाइड्रेशन उत्पादों के लिए न्यूक्लिएशन केंद्र के रूप में कार्य कर सकते हैं।
• तेज हाइड्रेशन: बेहतर फैलाव और उजागर सतहें संचयी गर्मी उत्सर्जन और प्रारंभिक कठोरता को बढ़ा सकती हैं।
• उच्च प्रारंभिक शक्ति: सोनिकेशन किए हुए स्लैग-मिक्स्ड सीमेंट पेस्ट केवल दो दिनों में संपीड़न और फ्लेक्सुरल शक्ति में महत्वपूर्ण वृद्धि दिखा सकते हैं।
• सुधरी माइक्रोस्ट्रक्चर: Sonication can increase nanoporosity indicators and modify the pore structure, especially in the 2–10 nm pore range.

हाइड्रेटिंग सीमेंट पेस्ट के अल्ट्रासोनिक पल्स वेग पर पावर अल्ट्रासोनिकेशन (पीयूएस) का प्रभाव

Faster Setting and Early Strength in Precast Concrete with Power Ultrasound

The study “पोर्टलैंड सीमेंट पेस्ट की तरलता और सेटिंग पर पावर-अल्ट्रासाउंड का प्रभाव” by Ch. Rößler investigates Portland cement pastes based on CEM I 42.5 R, a w/c ratio of 0.37 and 0.1% polyacrylate superplasticizer. The study usedsa Hielscher UIP1000hd sonicator in flow-through setup to evaluate whether power ultrasound could accelerate hydration, improve fluidity, shorten setting and increase early strength.
The results show that power ultrasound (PUS) accelerates the main hydration period. The temperature curve demonstrate an earlier hydration peak, while the microstructure images after five hours showed larger C-S-H phases in the ultrasound-treated paste than in the reference.
Key advantages achieved:

• Higher fluidity: slump increased from 122 mm in the reference paste to 158 mm after PUS treatment.
• Faster setting: initial set was shortened from 5 h 15 min to 3 h 45 min, and final set from 6 h 45 min to 4 h 30 min.
• Accelerated rigidification: ultrasonic pulse velocity indicated approximately 2 hours faster hardening.
• उच्च प्रारंभिक शक्ति: mortar prisms produced from PUS-treated cement paste showed increased compressive strength during the first 24 hours.
• Process-economy potential: the authors estimated that an energy input of approximately 10 kWh/m³ cement paste could accelerate setting and early strength by around two hours, with an indicated cost of ≤ 1 Euro/m³ concrete.
• Reduced admixture demand: because PUS increased fluidity, the authors concluded that superplasticizer dosage could potentially be reduced.

These results are especially relevant for precast concrete production, where faster setting and early strength can reduce formwork time, heating demand and production cycle times.

Vicker’s Hardness and Elastic Modulus of C + S pastes prepared conventionally and with the use of Power Ultrasound after 28 d.
Graphs and study: ©Lisowski et al. 2024.

Stronger Early Strength in GBFS-Blended Cement Paste

One of the most important findings for industrial cement and mortar applications is the improvement in early-age strength. According to Lisowski et al. (2024), pulsed ultrasound treatment of cement pastes containing 20% deposited GBFS produced considerably higher strength after two days. The reported increases reached up to 132% in compressive strength and 58% in flexural strength.
This is highly relevant for precast concrete, dry-mix mortar, repair mortars, tile adhesives and other cementitious products where early demolding, early handling strength or rapid construction progress is economically important.
The strength increase was correlated with increased cumulative heat of hardening, suggesting that sonication does not merely improve physical dispersion but also intensifies early hydration. In practical terms, this means that power ultrasound could help producers use slag more effectively without sacrificing early performance.

SEM images of Cement-GBFS paste specimen C + S comparing the effect without and with Power Ultrasound at 28d.
Images and study: ©Lisowski et al. 2024.

Sonofragmentation Makes Coarser Slag Fractions More Useful

A particularly valuable result is the effective activation of relatively coarse GBFS fractions. The study found that the 125–250 μm slag fraction delivered the best early-age and 28-day strength when combined with deposited slag particle separation and power ultrasound treatment.
This is industrially significant because grinding slag to very fine sizes is energy-intensive. If sonication improves the reactivity of coarser or deposited GBFS fractions, producers can reduce grinding demand, improve raw material efficiency and make better use of secondary material streams.
 
जानें कि अल्ट्रासोनिक फैलाव नैनो-प्रबलित सीमेंट मोर्टार के उत्पादन की सुविधा कैसे प्रदान करता है!

औद्योगिक प्रासंगिकता: कुशल सीमेंट और मोर्टार उत्पादन के लिए पावर अल्ट्रासाउंड

औद्योगिक सीमेंट और मोर्टार उत्पादकों के लिए, सोनिकेशन कई रणनीतिक लाभ प्रदान करता है। इसे घोल तैयार करने, बांधने की मशीन सक्रियण, मिश्रण फैलाव या उच्च प्रदर्शन मोर्टार मिश्रण के दौरान एक प्रक्रिया-गहनता चरण के रूप में एकीकृत किया जा सकता है। प्रौद्योगिकी उन उत्पादों के लिए विशेष रूप से आकर्षक है जो ठीक कण वितरण, तेजी से जलयोजन और पूरक सीमेंटयुक्त सामग्री के अनुकूलित उपयोग पर निर्भर करते हैं।

• क्लिंकर सामग्री को बढ़ाए बिना उच्च प्रारंभिक शक्ति
• जीबीएफएस और अन्य पूरक सीमेंटयुक्त सामग्री का बेहतर सक्रियण
• Improved use of coarse or deposited slag fractions
• Reduced agglomeration in cementitious suspensions
• More consistent hydration and hardening behavior
• Potential reduction of grinding intensity for selected slag streams
• Improved performance of low-clinker and low-carbon cement formulations

This makes sonication highly relevant for the production of sustainable cement, slag cement, high-performance mortars, precast elements, repair materials and specialty construction products.

Sonication as a Tool for Low-Carbon Cement Technology

The cement industry is under pressure to reduce CO₂ emissions, and lowering the clinker factor is one of the most direct routes. However, higher replacement levels with GBFS, fly ash, calcined clay or other supplementary cementitious materials can slow down early strength development. Power ultrasound may help overcome this bottleneck by improving dispersion, activating particles and accelerating early hydration.
Sonication can make slag-blended cement pastes more reactive and mechanically stronger, especially when the process is optimized for particle size fraction and treatment time. That combination is highly relevant for industrial-scale binder engineering.

Hielscher Sonicators for Enhanced Cement Hydration, Strength and Slag Reactivity

Hielscher inline sonicators are a powerful tool to improve cement hydration and strength, particularly in slag-blended cementitious systems.
For industrial cement deagglomeration and dispersion, Hielscher high-performance sonicators provide the intense cavitational shear required to break cement, slag and mineral filler agglomerates into finely dispersed particles, improving particle wetting, surface activation and homogeneity in cementitious slurries. Hielscher systems are available from bench-top and pilot scale to robust high-throughput production systems, including high-power inline sonicators for continuous processing of cement grout and mineral suspensions. This makes process development directly scalable from R&डी पूर्ण औद्योगिक थ्रूपुट के लिए। पीसने वाले मीडिया की आवश्यकता को समाप्त करने या कम करने से, अल्ट्रासोनिक डीग्ग्लोमेरेशन प्रसंस्करण को सरल बनाता है, संदूषण के जोखिम को कम करता है और सफाई के प्रयास को कम करता है, जबकि प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य फैलाव गुणवत्ता प्रदान करता है। सीमेंट और मोर्टार निर्माताओं के लिए, Hielscher सोनिकेटर इसलिए अधिक समान बाइंडर सिस्टम, बेहतर जलयोजन कैनेटीक्स, GBFS और अन्य पूरक सीमेंटयुक्त सामग्री के बेहतर उपयोग, और उच्च-प्रदर्शन वाले कम-क्लिंकर फॉर्मूलेशन के लिए एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान करते हैं।

नीचे दी गई तालिका आपको हमारे पावर अल्ट्रासाउंड सिस्टम की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

डिजाइन, विनिर्माण और परामर्श – गुणवत्ता जर्मनी में निर्मित

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपने उच्चतम गुणवत्ता और डिजाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मजबूती और आसान संचालन औद्योगिक सुविधाओं में हमारे अल्ट्रासोनिकेटर के सुचारू एकीकरण की अनुमति देता है। किसी न किसी स्थिति और मांग वातावरण आसानी से Hielscher ultrasonicators द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं।

Hielscher Ultrasonics एक आईएसओ प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी और उपयोगकर्ता-मित्रता की विशेषता वाले उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर पर विशेष जोर देती है। बेशक, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर सीई के अनुरूप हैं और उल, सीएसए और RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

साहित्य/सन्दर्भ