Ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում է ցեմենտի հիդրատացումն ու ամրությունը

Հզոր ուլտրաձայնը, որը հայտնի է նաև որպես ուլտրաձայնային մշակում, ուշադրություն է գրավում որպես ցեմենտի և շաղախի արտադրության ինտենսիվացման գործնական տեխնոլոգիա։ Վերջին հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ ուլտրաձայնային մշակումը կարող է բարելավել մասնիկների դիսպերսացումը, ակտիվացնել լրացուցիչ ցեմենտային նյութերը, օրինակ՝ հատիկավորված դոմնային խարամը (GBFS), արագացնել հիդրատացումը, մանրացնել ծակոտիների կառուցվածքը և զգալիորեն բարձրացնել վաղ տարիքի ամրությունը։

Հզոր ուլտրաձայնով ավելի բարձր շահագործական հատկություններով խարամախառն ցեմենտ և շաղախ

Ցեմենտի և շաղախի արտադրության հիմնական տեխնիկական խնդիրներից մեկը լրացուցիչ ցեմենտային նյութերի արդյունավետ օգտագործումն է։ Հատիկավորված դոմնային խարամը՝ GBFS, լայնորեն օգտագործվում է կլինկերի պարունակությունը նվազեցնելու և կայունությունը բարելավելու համար։ Սակայն խարամի խոշոր կամ ագլոմերացված մասնիկները հաճախ դանդաղ են արձագանքում՝ սահմանափակելով վաղ ամրության զարգացումը։ Ուլտրաձայնային մշակումն առաջարկում է խոստումնալից լուծում. այն օգտագործում է բարձր ինտենսիվության ակուստիկ կավիտացիան՝ ագլոմերատները դիսպերսացնելու, մասնիկները մասնատելու և ցեմենտային մատրիցում ռեակցիոնունակ սաղմնագոյացման կենտրոնների թիվն ավելացնելու համար։

Ինչու է ուլտրաձայնային մշակումը կարևոր ցեմենտի հիդրատացման համար

Ուլտրաձայնային մշակման առավելությունը մասնիկների համակարգի վրա անմիջականորեն ազդելու կարողությունն է՝ վաղ հիդրատացումից առաջ և դրա ընթացքում։ Ցեմենտային սուսպենզիայում ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է տեղային սահքի ուժեր, միկրոշիթեր և ճնշման տատանումներ։ Այս ազդեցություններն օգնում են քայքայել ագլոմերատները, դիսպերսացնել մանր մասնիկները և բացել հանքային թարմ մակերևույթներ։
Ցեմենտ և շաղախ արտադրողների համար սա կարևոր է, քանի որ հիդրատացումը մեծապես պայմանավորված է մակերևութային գործընթացներով։ Ավելի լավ դիսպերսացումը և ավելի փոքր ռեակցիոնունակ մասնիկները կարող են մեծացնել ջրի, կլինկերի ֆազերի և խարամի մասնիկների միջև շփումը։ Սա կարող է հանգեցնել ավելի արագ ջերմազատման, բարելավված վաղ կարծրացման և ավելի խիտ միկրոկառուցվածքի։
Խարամախառն համակարգերում ուլտրաձայնային մշակումը հատկապես կարևոր է, քանի որ GBFS նյութը հաճախ ակտիվացում է պահանջում։ GBFS մասնիկների ուլտրաձայնային մասնատումը՝ այսպես կոչված սոնոֆրագմենտացիան, նվազեցնում է մասնիկների չափը, հատկապես՝ 125–250 μm ֆրակցիայում։

Ուլտրաձայնային մշակման հիմնական առավելությունները ցեմենտի և շաղախի արտադրության մեջ

Հզոր ուլտրաձայնը մի քանի եղանակով նպաստում է ցեմենտի և շաղախի արդյունաբերական արտադրությանը.

• Մասնիկների բարելավված դիսպերսացում. Ուլտրաձայնային մշակումն օգնում է ցեմենտի, խարամի և հանքային մանր մասնիկներն ավելի հավասարաչափ դիսպերսացնել խմորի կամ շաղախի խառնուրդում։
• Նվազեցված ագլոմերացում. Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է քայքայել մասնիկների կուտակումները և կարող է խոչընդոտել խառնման ընթացքում դրանց կրկնակի ագլոմերացմանը։
• Հատիկների մանրացում. Խարամի ավելի խոշոր մասնիկները կարող են մասնատվել՝ առաջացնելով ավելի մանր ֆրակցիաներ և մեծացնելով հասանելի մակերևույթի մակերեսը։
• Սաղմնագոյացման ավելի շատ կենտրոններ. GBFS մասնատված մասնիկները կարող են ցեմենտային մատրիցում ծառայել որպես հիդրատացման արգասիքների սաղմնագոյացման կենտրոններ։
• Արագացված հիդրատացում. Ավելի լավ դիսպերսացումը և բացված մակերևույթները կարող են մեծացնել կուտակային ջերմազատումը և ուժեղացնել վաղ կարծրացումը։
• Ավելի բարձր վաղ ամրություն. Ուլտրաձայնով մշակված խարամախառն ցեմենտային խմորները կարող են ընդամենը երկու օր անց ցուցաբերել սեղմման և ծռման ամրության զգալի աճ։
• Բարելավված միկրոկառուցվածք. Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է բարձրացնել նանոծակոտկենության ցուցանիշները և փոփոխել ծակոտիների կառուցվածքը, հատկապես՝ 2–10 nm չափերի տիրույթում։

 

Հզոր ուլտրաձայնով ավելի արագ կապակցում և վաղ ամրության ձեռքբերում հավաքովի բետոնում

Ch. Rößler-ի «Բարձր հզորության ուլտրաձայնի ազդեցությունը պորտլանդցեմենտային խմորների հոսունության և կապակցման վրա» ուսումնասիրությունում հետազոտվում են CEM I 42,5 R հիմքով պորտլանդցեմենտային խմորներ՝ 0,37 ջուր/ցեմենտ (w/c) հարաբերությամբ և 0,1% պոլիակրիլատային սուպերպլաստիֆիկատորով։ Ուսումնասիրությունում կիրառվել է Hielscher UIP1000hd ուլտրաձայնային մշակման սարք՝ հոսքային սխեմայով, գնահատելու համար, թե արդյոք բարձր հզորության ուլտրաձայնը կարող է արագացնել հիդրատացումը, բարելավել հոսունությունը, կրճատել կապակցման ժամանակը և բարձրացնել վաղ ամրությունը։
Արդյունքները ցույց են տալիս, որ բարձր հզորության ուլտրաձայնը (PUS) արագացնում է հիդրատացման հիմնական շրջանը։ Ջերմաստիճանային կորը ցույց է տալիս հիդրատացման գագաթնակետի ավելի վաղ առաջացում, իսկ հինգ ժամ անց ստացված միկրոկառուցվածքի պատկերներում ուլտրաձայնով մշակված խմորում նկատվել են ավելի խոշոր C-S-H ֆազեր, քան համեմատական նմուշում։
Ձեռք բերված հիմնական առավելությունները՝

• Ավելի բարձր հոսունություն. նստվածքը համեմատական խմորի 122 mm ցուցանիշից PUS մշակման արդյունքում աճել է մինչև 158 mm։
• Ավելի արագ կապակցում. կապակցման սկզբի ժամանակը կրճատվել է 5 h 15 min-ից մինչև 3 h 45 min, իսկ կապակցման ավարտի ժամանակը՝ 6 h 45 min-ից մինչև 4 h 30 min։
• Արագացված կոշտացում. ուլտրաձայնային իմպուլսի արագությունը ցույց է տվել մոտավորապես 2 ժամով ավելի արագ կարծրացում։
• Ավելի բարձր վաղ ամրություն. PUS մշակման ենթարկված ցեմենտային խմորից պատրաստված շաղախային պրիզմաներն առաջին 24 ժամվա ընթացքում ցուցաբերել են սեղմման ավելի բարձր ամրություն։
• Գործընթացի տնտեսական արդյունավետության բարձրացման ներուժ. հեղինակների գնահատմամբ՝ ցեմենտային խմորի համար մոտավորապես 10 kWh/m³ էներգիայի ներդրումը կարող էր մոտ երկու ժամով արագացնել կապակցումն ու վաղ ամրության զարգացումը՝ բետոնի համար նշված ≤ 1 Euro/m³ ծախսով։
• Հավելանյութերի նվազած պահանջարկ. քանի որ PUS մշակումը բարձրացրել է հոսունությունը, հեղինակները եզրակացրել են, որ սուպերպլաստիֆիկատորի չափաբաժինը հնարավոր է նվազեցնել։

Այս արդյունքները հատկապես կարևոր են հավաքովի բետոնի արտադրության համար, որտեղ ավելի արագ կապակցումն ու վաղ ամրությունը կարող են կրճատել կաղապարում պահելու ժամանակը, ջեռուցման պահանջարկը և արտադրական ցիկլերի տևողությունը։

 

 

Ավելի բարձր վաղ ամրություն GBFS հավելումով ցեմենտային խմորում

Ցեմենտի և շաղախի արդյունաբերական կիրառությունների համար կարևորագույն բացահայտումներից մեկը վաղ տարիքում ամրության բարելավումն է։ Ըստ Lisowski et al. (2024) ուսումնասիրության՝ 20% կուտակված GBFS պարունակող ցեմենտային խմորների իմպուլսային ուլտրաձայնային մշակումը երկու օր անց ապահովել է զգալիորեն ավելի բարձր ամրություն։ Արձանագրված աճը սեղմման ամրության դեպքում հասել է մինչև 132%, իսկ ծռման ամրության դեպքում՝ 58%։
Սա խիստ կարևոր է հավաքովի բետոնի, չոր շաղախային խառնուրդների, վերանորոգման շաղախների, սալիկների սոսինձների և ցեմենտային այլ արտադրանքների համար, երբ վաղ ապակաղապարումը, վաղ փուլում տեղափոխման համար անհրաժեշտ ամրությունը կամ շինարարության արագ առաջընթացը տնտեսական կարևորություն ունեն։
Ամրության աճը փոխկապակցված էր կարծրացման կուտակային ջերմության աճի հետ, ինչը հուշում է, որ ուլտրաձայնային մշակումը ոչ միայն բարելավում է ֆիզիկական դիսպերսացումը, այլև ինտենսիվացնում է վաղ հիդրատացումը։ Գործնական առումով սա նշանակում է, որ բարձր հզորության ուլտրաձայնը կարող էր օգնել արտադրողներին ավելի արդյունավետ օգտագործել խարամը՝ առանց վաղ փուլում բնութագրերը վատթարացնելու։

 

 

Սոնոֆրագմենտացումը խարամի ավելի խոշոր ֆրակցիաները դարձնում է ավելի օգտակար

Հատկապես արժեքավոր արդյունք է GBFS համեմատաբար խոշոր ֆրակցիաների արդյունավետ ակտիվացումը։ Ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ խարամի 125–250 μm ֆրակցիան ապահովել է վաղ տարիքի և 28-օրյա լավագույն ամրությունը, երբ համակցվել է կուտակված խարամի մասնիկների տարանջատման և բարձր հզորության ուլտրաձայնային մշակման հետ։
Սա արդյունաբերական նշանակություն ունի, քանի որ խարամը մինչև շատ փոքր չափեր աղալը էներգատար է։ Եթե ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում է GBFS ավելի խոշոր կամ կուտակված ֆրակցիաների ռեակցիոնունակությունը, արտադրողները կարող են նվազեցնել աղացման պահանջը, բարձրացնել հումքի օգտագործման արդյունավետությունը և ավելի արդյունավետ օգտագործել երկրորդային նյութերի հոսքերը։
 
Իմացե՛ք, թե ինչպես է ուլտրաձայնային դիսպերսացումը հեշտացնում նանոամրացված ցեմենտային շաղախների արտադրությունը։

Արդյունաբերական նշանակությունը. բարձր հզորության ուլտրաձայնը ցեմենտի և շաղախի արդյունավետ արտադրության համար

Ցեմենտի և շինարարական շաղախների արդյունաբերական արտադրողների համար ուլտրաձայնային մշակումը մի շարք ռազմավարական առավելություններ է առաջարկում։ Այն կարող է ներդրվել որպես գործընթացի ինտենսիվացման փուլ՝ կախույթի պատրաստման, կապակցանյութի ակտիվացման, հավելանյութերի դիսպերսման կամ բարձր արդյունավետությամբ շաղախների խառնման ընթացքում։ Այս տեխնոլոգիան հատկապես գրավիչ է այն արտադրատեսակների համար, որոնց հատկությունները կախված են մանր մասնիկների բաշխումից, արագ հիդրատացումից և լրացուցիչ ցեմենտացնող նյութերի օպտիմալացված օգտագործումից։

Ցեմենտի ուլտրաձայնային արտադրության արդյունաբերական առավելությունները ներառում են՝

• Ավելի բարձր վաղ ամրություն՝ առանց կլինկերի պարունակության ավելացման
• GBFS նյութի և այլ լրացուցիչ ցեմենտացնող նյութերի ավելի լավ ակտիվացում
• Խարամի խոշոր կամ կուտակված ֆրակցիաների բարելավված օգտագործում
• Ագլոմերացման նվազեցում ցեմենտային կախույթներում
• Հիդրատացման և կարծրացման ավելի կայուն ընթացք
• Աղացման ինտենսիվության հնարավոր նվազեցում խարամի ընտրված հոսքերի համար
• Կլինկերի ցածր պարունակությամբ և ածխածնային ցածր արտանետումներով ցեմենտային բաղադրակազմերի բարելավված հատկություններ

Սա ուլտրաձայնային մշակումը խիստ արդիական է դարձնում կայուն ցեմենտի, խարամային ցեմենտի, բարձր արդյունավետությամբ շաղախների, հավաքովի տարրերի, վերանորոգման նյութերի և հատուկ նշանակության շինարարական արտադրատեսակների արտադրության համար։

Ուլտրաձայնային մշակումը՝ որպես ածխածնային ցածր արտանետումներով ցեմենտի տեխնոլոգիայի գործիք

Ցեմենտի արդյունաբերությունը ճնշման տակ է՝ CO₂ արտանետումները նվազեցնելու անհրաժեշտության պատճառով, իսկ կլինկերի բաժնեմասի նվազեցումն ամենաուղղակի ուղիներից մեկն է։ Սակայն կլինկերի՝ GBFS նյութով, թռչող մոխրով, կալցինացված կավով կամ այլ լրացուցիչ ցեմենտացնող նյութերով փոխարինման ավելի բարձր աստիճանը կարող է դանդաղեցնել վաղ ամրության զարգացումը։ Հզոր ուլտրաձայնը կարող է օգնել հաղթահարել այս խոչընդոտը՝ բարելավելով դիսպերսումը, ակտիվացնելով մասնիկները և արագացնելով վաղ հիդրատացումը։
Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է խարամի հավելումով ցեմենտախմորները դարձնել ավելի ռեակցունակ և մեխանիկորեն ավելի ամուր, հատկապես երբ գործընթացն օպտիմալացված է ըստ մասնիկների չափային ֆրակցիայի և մշակման տևողության։ Այս համակցությունը խիստ արդիական է արդյունաբերական մասշտաբով կապակցանյութերի նախագծման համար։

Hielscher ուլտրաձայնային սարքեր՝ ցեմենտի հիդրատացման, ամրության և խարամի ռեակցունակության բարելավման համար

Hielscher հոսքագծային ուլտրաձայնային սարքերը հզոր գործիք են ցեմենտի հիդրատացումն ու ամրությունը բարելավելու համար, հատկապես խարամի հավելումով ցեմենտային համակարգերում։
Ցեմենտի արդյունաբերական դեագլոմերացման և դիսպերսման համար Hielscher բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային սարքերն ապահովում են կավիտացիոն ինտենսիվ սահքային ներգործություն, որն անհրաժեշտ է ցեմենտի, խարամի և հանքային լցանյութերի ագլոմերատները մանր դիսպերսված մասնիկների բաժանելու համար՝ բարելավելով մասնիկների թրջումը, մակերևույթի ակտիվացումը և ցեմենտային կախույթների համասեռությունը։ Hielscher համակարգերը հասանելի են սեղանադիր և փորձնական մասշտաբի սարքերից մինչև ամուր կառուցվածքով, բարձր արտադրողականությամբ արտադրական համակարգեր, այդ թվում՝ բարձր հզորությամբ հոսքագծային ուլտրաձայնային սարքեր՝ ցեմենտային ներարկման շաղախի և հանքային կախույթների շարունակական մշակման համար։ Սա հնարավորություն է տալիս մշակվող գործընթացի մասշտաբն ուղղակիորեն մեծացնել՝ հետազոտություններից և մշակումներից անցնելով լիարժեք արդյունաբերական արտադրողականության։ Վերացնելով կամ նվազեցնելով աղացող մարմինների անհրաժեշտությունը՝ ուլտրաձայնային դեագլոմերացումը պարզեցնում է մշակումը, նվազագույնի հասցնում աղտոտման ռիսկերը և նվազեցնում մաքրման համար պահանջվող ջանքերը՝ միաժամանակ ապահովելով դիսպերսման վերարտադրելի որակ։ Ուստի ցեմենտի և շինարարական շաղախների արտադրողների համար Hielscher ուլտրաձայնային սարքերն առաջարկում են գործնական ուղի դեպի ավելի համասեռ կապակցանյութային համակարգեր, հիդրատացման բարելավված կինետիկա, GBFS նյութի և այլ լրացուցիչ ցեմենտացնող նյութերի ավելի լավ օգտագործում և կլինկերի ցածր պարունակությամբ ավելի բարձր արդյունավետությամբ բաղադրակազմեր։

Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր հզոր ուլտրաձայնային համակարգերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին՝

Նախագծում, արտադրություն և խորհրդատվություն – Գերմանիայում ստեղծված որակ

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց որակի և նախագծման ամենաբարձր չափանիշներով։ Ամուր կառուցվածքն ու շահագործման պարզությունը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերը սահուն ինտեգրել արդյունաբերական կայանքներում։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հեշտությամբ աշխատում են խիստ պայմաններում և բարձր պահանջներ ներկայացնող միջավայրերում։

Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ունի ISO հավաստագրում և առանձնահատուկ ուշադրություն է դարձնում բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքերին, որոնք առանձնանում են նորագույն տեխնոլոգիաներով և օգտագործման հարմարավետությամբ։ Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են CE պահանջներին և բավարարում են UL, CSA և RoHs պահանջները։

---

---

 

Գրականություն / Հղումներ

• 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.