Sonication Improves Cement Hydration and Strength

ძალა სონდაცია, ასევე ცნობილი როგორც სონიკაცია, იწვევს ყურადღებას, როგორც პრაქტიკული ინტენსივირების ტექნოლოგია ცემენტის და საწყობის წარმოებისთვის. უახლესი კვლევები აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი მკურნალობა შეიძლება გააუმჯობესოს_PARTICLE_ების განმაწილება, გააქტიუროს დამატებითი ცემენტის მასალები, როგორიცაა გრანულირებული წარსული ღუმელის საფეთქელი (GBFS), დააჩქაროს ჰიდრაციის პროცესი, გააფართოვოს ხვრელების სტრუქტურა და მნიშვნელოვნად გაზარდოს ადრეული ასაკის სიმტკიცე.

მაღალი წარმადობის საფეთქელთან შერეული ცემენტისა და საწყობის გამოყენებით ძალოვანი ულტრაბგერითი

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.

რატომ არის სონიკაცია მნიშვნელოვანი ცემენტის ჰიდრატაციისთვის

სონიკაციის უპირატესობა მდგომარეობს იმაში, რომ ის პირდაპირ მოქმედებს ნაწილაკთა სისტემაზე ადრეულ ჰიდრატაციამდე და პროცესის განმავლობაში. ცემენტიან სუსპენზიაში ულტრաձայնური კავიტაცია წარმოქმნის ლოკალიზებულ წნეხის ძალებს, მიკროჯეტებს და წნევის ატარევებს. ეს ეფექტები ეხმარება აგლომერატების გაყოფას, წვრილი ნაწილაკების დისპერსიას და ახალი მინერალური ზედაპირების გამჟღავნებას.
ცემენტის და ძირტყის მწარმოებლებისთვის ეს მნიშვნელოვანი არის, რადგან ჰიდრატაცია დიდწილად ზედაპირის მიხედვით ხდება. უკეთესი დისპერსია და მცირე რეაქტიული ნაწილაკები უფრო მეტ კონტაქტს ქმნიან წყალს, კლინკერის ფაზებსა და შლაგის ნაწილაკებს შორის. ეს შეიძლება გამოიწვიოს სითბოს სწრაფი გამოყოფა, გაუმჯობესებული ადრეული გამაგრებითი პროცესი და უფრო მკვრივი მიკროსტრუქტურა.
შლაგის ნარევებით სისტემებში ონიკაცია განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი ხდება, რადგან GBFS ხშირად აქტივაციას საჭიროებს. ულტრაბგერითი ნაწილაკების ფრაგმენტაცია – ასევე სახელწოდებით სონოფლაგმენტაცია – GBFS ნაწილაკების ზომას ამცირებს, განსაკუთრებით 125–250 მიკრომეტრიან ფრაქციას.

სონიკაციის მთავარი უპირატესობები ცემენტისა და ძებნა-მარის წარმოებაში

ძლიერი ულტრაბგერა წარმოადგენს ინდუსტრიულ ცემენტის და მარილის წარმოებაში რამდენიმე გზით:

• ნაწილაკების გაუმჯობესებული გადანაწილება: სონიკაცია ეხმარება ცემენტის, შლაგისა და ნანო-მინერალური ნაწილაკების უფრო თანაბრად გადანაწილებას პასტაში ან მარილის ნარევში.
• აგლომერაციის შემცირება: ულტრაბგერითი პროცედურა შეუძლია ნაწილაკების კლასტერების დაშლას და შეიძლება შეზღუდოს ხელახლა აგლომერაცია მორევის დროს.
• მარცვლეულის დახვეწა: გრანდი შლაგის ნაწილაკებს შეუძლიათ დაყოფილი გახდნენ წვრილ ფრაქციებად, რაც ზრდის ხელმისაწვდომ ზედაპარს.
• ბევრი ნუკლეოზური საიტები: ფრაგმენტული GBFS ნაწილაკები შეიძლება იმოქმედონ როგორც ნუკლეაციის ცენტრები ცემენტის მატრიცაში ჰიდრატაციის პროდუქტებისთვის.
• დაჩქარებული ჰიდრატაცია: უკეთესმა დისპერსიამ და დაუცველმა ზედაპირებმა შეიძლება გაზარდოს კუმულაციური სითბოს გამოყოფა და ადრეული გამკვრივება.
• უფრო მაღალი ადრეული სიძლიერე: გაჟღენთილი წიდის შერეული ცემენტის პასტებს შეუძლიათ აჩვენონ მნიშვნელოვანი მიღწევები კომპრესიულ და მოქნილ სიმტკიცეს მხოლოდ ორი დღის შემდეგ.
• გაძლიერებული მიკროსტრუქტურა: Sonication-ს შეუძლია გაზარდოს ნანოფორობის ინდიკატორები და შეცვალოს ფორების სტრუქტურა, განსაკუთრებით 2-10 ნმ ფორების დიაპაზონში.

დენის ულტრაბგერითი (PUS) გავლენა დამატენიანებელი ცემენტის პასტების ულტრაბგერითი პულსის სიჩქარეზე

უფრო სწრაფი დაყენება და ადრეული სიმტკიცე ასაწყობ ბეტონში დენის ულტრაბგერით

კვლევა “სიმძლავრე-ულტრაბგერის გავლენა პორტლანდცემენტის პასტების სითხესა და დაყენებაზე” Ch. Rößler-ის მიერ იკვლევს პორტლანდცემენტის პასტებს CEM I 42.5 R-ზე დაყრდნობით, w/c თანაფარდობა 0.37 და 0.1% პოლიაკრილატის სუპერპლასტიფიკატორი. კვლევამ გამოიყენა Hielscher UIP1000hd sonicator ნაკადის კონფიგურაციაში, რათა შეაფასოს, შეუძლია თუ არა სიმძლავრის ულტრაბგერას დააჩქაროს ჰიდრატაცია, გააუმჯობესოს სითხე, შეამციროს პარამეტრი და გაზარდოს ადრეული სიძლიერე.
შედეგები აჩვენებს, რომ დენის ულტრაბგერითი (PUS) აჩქარებს ძირითად ჰიდრატაციის პერიოდს. ტემპერატურის მრუდი აჩვენებს ადრეულ ჰიდრატაციის პიკს, ხოლო მიკროსტრუქტურის სურათებმა ხუთი საათის შემდეგ აჩვენა უფრო დიდი CSH ფაზები ულტრაბგერით დამუშავებულ პასტაში, ვიდრე მითითებაში.
მიღწეული ძირითადი უპირატესობები:

• უფრო მაღალი სითხე: ვარდნა გაიზარდა 122 მმ-დან საცნობარო პასტაში 158 მმ-მდე PUS მკურნალობის შემდეგ.
• უფრო სწრაფი პარამეტრი: თავდაპირველი ნაკრები შემცირდა 5 სთ 15 წთ-დან 3 სთ 45 წთ-მდე, ხოლო საბოლოო ნაკრები 6 სთ 45 წთ-დან 4 სთ 30 წთ-მდე.
• დაჩქარებული გახადება: ულტრაბგერითი პულსის სიჩქარე მიუთითებდა დაახლოებით 2 საათით უფრო სწრაფ გამკვრივებაზე.
• უფრო მაღალი ადრეული სიძლიერე: PUS-ით დამუშავებული ცემენტის პასტისგან წარმოქმნილმა ნაღმტყორცნებიდან პრიზმებმა აჩვენა გაზრდილი კომპრესიული სიმტკიცე პირველი 24 საათის განმავლობაში.
• პროცეს-ეკონომიკის პოტენციალი: ავტორებმა დაადგინეს, რომ დაახლოებით 10 კვტ/სთ/მ³ ცემენტის პასტის ენერგიის შეყვანამ შეიძლება დააჩქაროს დაყენება და ადრეული სიმტკიცე დაახლოებით ორი საათით, მითითებული ღირებულებით ≤ 1 ევრო/მ³ ბეტონი.
• შემცირებული დანამატის მოთხოვნა: იმის გამო, რომ PUS-მა გაზარდა სითხე, ავტორებმა დაასკვნეს, რომ სუპერპლასტიფიკატორის დოზა პოტენციურად შეიძლება შემცირდეს.

ეს შედეგები განსაკუთრებით აქტუალურია ასაწყობი ბეტონის წარმოებისთვის, სადაც უფრო სწრაფმა დაყენებამ და ადრეულმა სიმტკიცემ შეიძლება შეამციროს ყალიბის დრო, გათბობის მოთხოვნა და წარმოების ციკლის დრო.

ვიკერის სიმტკიცე და ელასტიური მოდული C + S პასტების პირობითად მომზადებული და დენის ულტრაბგერის გამოყენებით 28 დღის შემდეგ.
გრაფიკები და შესწავლა: ©Lisowski et al. 2024.

უფრო ძლიერი ადრეული სიძლიერე GBFS-შერეული ცემენტის პასტაში

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

განსაკუთრებით ღირებული შედეგი გახლავთ შედარებით საბჭოიანი GBFS-ის ფრაქციების ეფექტური აქტივაცია. კვლევამ დაადგინა, რომ 125–250 მიკრონია ობსიდიანი ფრაქციის კომბინაციით დეპოზირებული ობსიდის ნაწილაკების განცალკევება და ულტრაბგერითი დაფარვის პროცედურა უზრუნველყოფს საუკეთესო ადრეული ასაკის და 28-დღიან სიმტკიცეს.
ეს ინდუსტრიულად მნიშვნელოვანია, რადგან ობსიდის ძალიან წვრილ ზომამდე დაფქვა ენერგოინტენსიურია. თუ სონიკაცია აუმჯობესებს შედარებით საბჭოიანი ან დეპოზირებული GBFS-ის ფრაქციების რეაქტივობას, მწარმოებლები შეძლებენ შემცირებულად დაფქვის მოთხოვნას, გაუმჯობესონ ნედლეულის ეფექტურობა და საუკეთესო გამოყენება შესთავაზონ მეორად მასალათა ნაკადებს.
 
შეიტყვეთ, თუ როგორ უწყობს ხელს ულტრაბგერითი დისპერსია ნანო-რკინა ცემენტის ნაღმტყორცნების წარმოებას!

სამრეწველო შესაბამისობა: დენის ულტრაბგერითი ცემენტისა და ნაღმტყორცნების ეფექტური წარმოებისთვის

სამრეწველო ცემენტისა და ნაღმტყორცნების მწარმოებლებისთვის, სონიკა გთავაზობთ რამდენიმე სტრატეგიულ უპირატესობას. ის შეიძლება ინტეგრირებული იყოს, როგორც პროცესის ინტენსიფიკაციის ეტაპი ნალექის მომზადების, შემკვრელის გააქტიურების, დანამატის დისპერსიის ან მაღალი ხარისხის ნაღმტყორცნების შერევის დროს. ტექნოლოგია განსაკუთრებით მიმზიდველია პროდუქტებისთვის, რომლებიც დამოკიდებულია ნაწილაკების წვრილ განაწილებაზე, სწრაფ დატენიანებაზე და დამატებითი ცემენტის მასალების ოპტიმიზებულ გამოყენებაზე.

• უფრო მაღალი ადრეული სიმტკიცე კლინკერის შემცველობის გაზრდის გარეშე
• GBFS-ის და სხვა დამატებითი ცემენტის მასალების უკეთესი გააქტიურება
• გაფართოებული გამოყენება უხეში ან დეპონირებული შლაგის ფრაქციების
• ცემენტური სუსპენზიებში აგლომერაციის შემცირება
• მარტივი ჰიდრაციისა და გამაგრების ერთგვარი ქცევა
• შერჩეული შლაგის ნაკადების საწინააღმდეგო დაფქვების ინტენსივობის შესაძლო შემცირება
• გაჭიმული კლინკერისა და დაბალი კარბონის ცემენტის ფორმულაციების გაუმჯობესებული შესრულება

ეს ხდის სონიკაციას ძალზე აქტუალურ მდგრადი ცემენტის, შლაგის ცემენტის, მაღალი შესრულების მოსართავების, წინასწარ ჩამოსხმული ელემენტების, შეკეთების მასალებისა და სპეციალური სამშენებლო პროდუქტების წარმოებისთვის.

სონიკაცია როგორც დაბალ-კარბონიანი ცემენტის ტექნოლოგიის ინსტრუმენტი

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 არის ძლიერი ინსტრუმენტი ცემენტის დატენიანებისა და სიმტკიცის გასაუმჯობესებლად, განსაკუთრებით წიდის შერეული ცემენტის სისტემებში.
სამრეწველო ცემენტის დეაგლომერაციისა და დისპერსიისთვის, Hielscher მაღალი ხარისხის სონიკატორები უზრუნველყოფენ ინტენსიურ კავიტაციურ ათვლას, რომელიც საჭიროა ცემენტის, წიდის და მინერალური შემავსებლის აგლომერატების წვრილად გაფანტულ ნაწილაკებად გასატეხად, ნაწილაკების დასველების, ზედაპირის გააქტიურებისა და ერთგვაროვნების გასაუმჯობესებლად ცემენტის ნალექებში. Hielscher სისტემები ხელმისაწვდომია სკამზე და საპილოტე მასშტაბიდან დაწყებული ძლიერი მაღალი გამტარუნარიანობის წარმოების სისტემებამდე, მათ შორის მაღალი სიმძლავრის შიდა სონიკატორები ცემენტის ხრეშისა და მინერალური სუსპენზიების უწყვეტი დამუშავებისთვის. ეს ხდის პროცესის განვითარებას პირდაპირ მასშტაბირებადს R-დან&D სრულ ინდუსტრიულ გამტარუნარიანობამდე. დაფქვის მედიის საჭიროების აღმოფხვრით ან შემცირებით, ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია ამარტივებს დამუშავებას, ამცირებს დაბინძურების რისკებს და ამცირებს დასუფთავების ძალისხმევას, ხოლო უზრუნველყოფს განმეორებადი დისპერსიის ხარისხს. ცემენტისა და ნაღმტყორცნების მწარმოებლებისთვის, Hielscher sonicators გვთავაზობენ პრაქტიკულ მარშრუტს უფრო ერთგვაროვანი შემკვრელის სისტემებისკენ, გაუმჯობესებული ჰიდრატაციის კინეტიკისკენ, GBFS-ის და სხვა დამატებითი ცემენტის მასალების უკეთეს გამოყენებას და უფრო მაღალი ხარისხის დაბალი კლინკერის ფორმულირებებს.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გაძლევთ მითითებას ჩვენი სიმძლავრის ულტრაბგერითი სისტემების სავარაუდო დამუშავების სიმძლავრის შესახებ:

დიზაინი, წარმოება და კონსულტაცია – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში

Hielscher ულტრაბგერითები ცნობილია მათი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი მუშაობა საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების გლუვი ინტეგრაცია სამრეწველო ობიექტებში. უხეში პირობები და მომთხოვნი გარემო ადვილად უმკლავდება Hielscher ულტრაბგერითებს.

Hielscher Ultrasonics არის ISO სერთიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებული აქცენტი კეთდება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერაზე, რომელიც აღჭურვილია უახლესი ტექნოლოგიით და მომხმარებლის კეთილგანწყობით. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითები შეესაბამება CE და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.

ლიტერატურა / ლიტერატურა