パワー超音波によるセメント粒子の凝集除去

プローブ型ソニケーターは、セメント粒子の脱凝集に頻繁に使用される。この方法では、粉砕媒体が不要になり、濾過や集中的な洗浄が不要になるためプロセスが簡素化され、効率的な粒子径の縮小が可能になる。さらに、超音波処理によって分散剤への依存度が下がり、よりコンパクトでエネルギー効率の高い装置を利用できるため、セメント粒子の分散と脱凝集に非常に有利なソリューションとなる。

セメント粒子の超音波脱凝集の利点

セメントは建設に欠かせない材料のひとつであり、その結合特性のために広く使用されている。しかし、最適な性能を得るには、粒子が均一に分布していることが必要であり、凝集した粒子はセメントの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。超音波凝集除去は、この課題に対処するための強力な技術として登場した。

• 粒子分散の強化： 超音波脱凝集は、セメント粒子を効果的に分散させ、均一な粒度分布を確保する。この均一性は、セメント系材料で安定した強度と耐久性を得るために極めて重要です。
• 水分補給の改善： 脱凝集粒子の表面積が増加することで、水和プロセスが促進され、最終製品の結合と強度が向上する。また、水和が改善されることで、反応が不完全になり、セメントマトリックスに弱点が生じるリスクも低減される。
• 作業性の向上： よく分散したセメント粒子は、より作業性の高い混合物となり、混合、注入、仕上げが容易になる。この作業性の向上は、施工時間の短縮と人件費の削減につながる。
• 機械的特性の向上： 超音波による脱凝集は、セメント系材料のより緻密で均質な微細構造の形成に寄与する。その結果、圧縮強度や引張強度などの機械的特性が向上する。
• 添加物の使用量の削減： 超音波脱凝集によってより良い分散を達成することで、化学分散剤やその他の添加剤の必要性を最小限に抑えることができる。これはコスト削減だけでなく、セメント製造における環境への影響も低減する。
• 費用対効果： 工業用超音波処理装置への初期投資にかかわらず、製品品質の向上、添加剤使用量の削減、性能の向上といった長期的なメリットにより、セメント業界にとって費用対効果の高いソリューションとなる。

比較の概要：セメント粒子のボールミリングと超音波凝集の比較

ケーススタディ超音波ミキサーによる微粒子セメントグラウトの分散

Draganović氏率いる研究チームは、超音波技術を用いた極細セメントグラウトの分散について、従来の実験室用ディゾルバと比較した包括的な調査結果を発表した。この研究では特に、従来のグラウト分散方法と比較した超音波分散装置UP400Stの性能に焦点を当てています。

研究者らは、セメント微粒子の粒度分布（PSD）とゼータ電位を評価するために、さまざまな分散技術を用いた一連の実験を行った。評価された技術には、UP400Stソニケーターによる超音波処理、実験室用高速ディゾルバー、および両方の方法の組み合わせが含まれる。

その結果、UP400Stソニケーターを使用した超音波分散は、従来の実験室用ディゾルバーと比較して粒度分布を大幅に向上させることが明らかになった。超音波処理装置UP400Stは、微細なセメント粒子の凝集を効果的に緩和し、より均質で安定したグラウト懸濁液を生成します。超音波処理により、より小さな粒子の分布が改善され、粒度分布範囲が狭くなります。
 

セメントグラウトの分散効率について、超音波ホモジナイザーUP400Stと、ディスクを備えた通常の実験室用ミキサー、およびローター・ステーター技術を用いたミキサーを比較した。その結果、超音波分散は効果的な方法であるだけでなく、ローター・ステーター技術を用いたミキサーよりもさらに優れていることが示された。
(研究およびグラフィック：© Draganović et al.）

 
さらに、超音波を従来のラボ用溶解剤と組み合わせることで、分散効率が向上し、超音波処理単独よりもさらに微細な粒度分布が得られる。この組み合わせにより、バッチ処理における超微粒子セメントグラウトのPSDとゼータ電位の制御が改善されます。連続フローシステムでは、粒子懸濁液は自動的にキャビテーションホットスポットゾーンを通過するため、追加の攪拌は不要です。

この研究により、超微粒子セメントグラウトの分散における超音波処理装置UP400Stの優れた性能が強調された。超音波処理は、特に従来の実験室用ディゾルバーと組み合わせた場合、微細セメント粒子の均一で安定した懸濁を達成するための効果的かつ効率的な方法を提供する。

この研究では、超音波分散法と従来の分散法を詳細に比較し、グラウト分散における超音波分散の優れた有効性を強調している。
(Draganovićら、2020参照）。
 

分散方法の比較Vma-Getzmann Dispermat CV-3 ディゾルバーは、90mmディスク、ローター・ステーター(R/S)システム、および H22ソノトロードを装備したHielscher UP400Stソニケーター。
(研究および写真：©Draganovic et al, 2020）

セメント産業におけるソニケーターの用途

セメント粒子やグラウトの脱凝集に高出力超音波の有利な効果を利用することで、セメント産業における多くの応用分野が開かれ、材料の特性や最終製品の品質が改善される。

• セメント粒子の湿式粉砕： プローブ式超音波処理は、セメント粒子を粉砕するための非常に効果的でエネルギー効率の高い方法である。 セメントの超音波湿式粉砕についてもっと読む！
• 高性能コンクリートの製造： プローブ型ソニケーターは、微細なセメント粒子とフライアッシュやシリカフュームなどの補助セメント質材料の均一な分散を確保することで、高性能コンクリートを製造するために使用されます。これにより、機械的特性と耐久性に優れたコンクリートを実現します。
• ナノコンポジットの開発： 研究開発において、プローブ型超音波発生装置は、セメントマトリックスへのナノ粒子の組み込みを容易にし、強度、靭性、環境劣化への耐性などの特性を向上させたナノコンポジットを作り出す。
• 添加物性能の最適化： 超音波脱凝集は、セメントマトリックス中での均一な分布を確保することで、超塑性剤や空気混入剤などの化学添加剤の性能を最適化するのに役立つ。これにより、最終製品の作業性と性能が向上する。

セメント粒子分散・脱凝集用高性能ソニケーター

プローブ型ソニケーターを用いた超音波凝集除去は、セメント産業にとって大きな利点がある。粒子分散を促進し、水和を改善し、作業性を向上させることで、これらの装置は高品質のセメント材料の製造に貢献します。プローブ型ソニケーターの正確な制御、拡張性、多用途性により、研究用と産業用の両方で貴重なツールとなり、セメント製造の革新と効率化を推進します。

Hielscher Ultrasonicは、研究開発用の小ロットから生産規模の工業用セメント脱凝集用の高スループットまで、セメント粒子やセメントグラウトを処理するためのあらゆる出力レベルの高性能ソニケーターを提供しています。

デザイン、製造、コンサルティング – 品質 ドイツ製

Hielscher社の超音波装置は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。頑丈で操作が簡単なため、産業設備にスムーズに組み込むことができます。過酷な条件や厳しい環境でも、Hielscherの超音波装置は容易に対応できます。

Hielscher Ultrasonics社は、ISO認証取得企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波振動子に特に重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：