Ultraschallbehandlung verbessert d’Hydratatioun an d’Festegkeet vum Zement

Leeschtungsultraschall, och als Sonikatioun bekannt, entwéckelt sech zu enger praktescher Technologie fir d’Intensivéierung vun der Zement- a Mörtelproduktioun. Rezent Fuerschunge weisen, datt eng Ultraschallbehandlung d’Dispersioun vun de Partikele verbesseren, ergänzend zementaarteg Materialien ewéi granuléiert Héichueweschlak (GBFS) aktivéieren, d’Hydratatioun beschleunegen, d’Porestruktur verfeineren an d’Fréifestegkeet däitlech erhéije kann.

Méi leeschtungsfäegen Zement a Mörtel mat Schlakbäimëschung duerch Leeschtungsultraschall

Bei der Zementhierstellung an der Mörtelproduktioun ass déi effizient Notzung vun ergänzenden zementaartege Materialien eng vun de gréissten techneschen Erausfuerderungen. Granuléiert Héichueweschlak, oder GBFS, gëtt wäit verbreet agesat, fir de Klinkerundeel ze reduzéieren an d’Nohaltegkeet ze verbesseren. Graff oder agglomeréiert Schlakpartikele reagéieren awer dacks lues, wat d’Entwécklung vun der Fréifestegkeet begrenzt. D’Ultraschallbehandlung bitt eng villverspriechend Léisung: Si notzt akustesch Kavitatioun mat héijer Intensitéit, fir Agglomerater ze dispergéieren, Partikelen ze fragmentéieren an d’Zuel vun de reaktive Keimbildungsplazen an der Zementmatrix ze erhéijen.

Firwat d’Ultraschallbehandlung fir d’Zementhydratatioun wichteg ass

De Virdeel vun der Ultraschallbehandlung läit an hirer Fäegkeet, virun a wärend der fréier Hydratatioun direkt op de Partikelsystem anzewierken. An enger zementaarteger Suspensioun erzeugt d’Ultraschallkavitatioun lokal Schéierkräften, Mikrostralen an Drockschwankungen. Dës Effekter hëllefen, Agglomerater opzebriechen, fein Partikelen ze dispergéieren a frësch mineralesch Uewerfläche fräizeleeën.
Fir Zement- a Mörtelproduzenten ass dat wichteg, well d’Hydratatioun staark vun den Uewerflächen ofhänkt. Eng besser Dispersioun a méi kleng reaktiv Partikele kënnen de Kontakt tëscht Waasser, Klinkerphasen a Schlakpartikelen erhéijen. Dat kann zu enger méi séierer Wäermtofgab, enger verbesserter fréier Häertung an enger méi dichter Mikrostruktur féieren.
A Systemer mat Schlakbäimëschung ass d’Ultraschallbehandlung besonnesch relevant, well GBFS dacks eng Aktivéierung erfuerdert. D’Fragmentéierung vu GBFS-Partikelen duerch Ultraschall – déi sougenannt Sonofragmentatioun – reduzéiert d’Partikelgréisst, besonnesch an der Fraktioun vun 125–250 μm.

Wichteg Virdeeler vun der Ultraschallbehandlung an der Zement- a Mörtelproduktioun

Leeschtungsultraschall ënnerstëtzt d’industriell Zement- a Mörtelproduktioun op verschidde Manéieren:

• Verbessert Partikeldispersioun: D’Ultraschallbehandlung hëlleft, Zement, Schlak a fein mineralesch Partikele méi gläichméisseg an der Paste oder an der Mörtelmëschung ze dispergéieren.
• Reduzéiert Agglomeratioun: D’Ultraschallbehandlung kann Partikelusammlungen opbriechen a méiglecherweis eng erneit Agglomeratioun beim Mëschen hemmen.
• Käreverfeinerung: Méi graff Schlakpartikele kënnen a méi fein Fraktioune fragmentéiert ginn, wouduerch déi verfügbar Uewerfläch vergréissert gëtt.
• Méi Keimbildungsplazen: Fragmentéiert GBFS-Partikele kënnen als Keimbildungszentre fir Hydratatiounsprodukter an der Zementmatrix déngen.
• Beschleunegt Hydratatioun: Eng besser Dispersioun a fräigeluechten Uewerfläche kënnen déi kumulativ Wäermtofgab an déi fréi Häertung erhéijen.
• Méi héich Fréifestegkeet: Mat Ultraschall behandelt Zementpaste mat Schlakbäimëschung kënne schonn no nëmmen zwee Deeg däitlech Erhéijunge vun der Drock- a Béiefestegkeet weisen.
• Verbessert Mikrostruktur: D’Ultraschallbehandlung kann d’Indikatore fir d’Nanoporositéit erhéijen an d’Porestruktur veränneren, besonnesch am Poregréissteberäich vun 2–10 nm.

 

Méi séiert Ofbannen a Fréifestegkeet bei Betonfäerdegdeeler mat Leeschtungsultraschall

D’Etüd „Afloss vu Leeschtungsultraschall op d’Fléissfäegkeet an d’Ofbanne vu Portlandzementpaste“ vum Ch. Rößler ënnersicht Portlandzementpasten op Basis vu CEM I 42,5 R, mat engem Waasser-Zement-Verhältnis vun 0,37 an 0,1% Polyacrylat-Superplastifizéierer. An der Etüd gouf en Hielscher UIP1000hd-Sonikator an enger Duerchflosskonfiguratioun benotzt, fir ze evaluéieren, ob Leeschtungsultraschall d’Hydratatioun beschleunege kéint, d’Fléissfäegkeet verbessere kéint, d’Ofbannzäit verkierze kéint an d’Fréifestegkeet erhéije kéint.
D’Resultater weisen, datt Leeschtungsultraschall (PUS) d’Haapthydratatiounsphas beschleunegt. D’Temperaturkurv weist e méi fréien Hydratatiounspeek, wärend d’Biller vun der Mikrostruktur no fënnef Stonne méi grouss C-S-H-Phasen an der mat Ultraschall behandelter Paste gewisen hunn ewéi an der Referenzpaste.
Wichteg erreecht Virdeeler:

• Méi héich Fléissfäegkeet: d’Setzmooss ass vun 122 mm an der Referenzpaste op 158 mm no der PUS-Behandlung geklommen.
• Méi séiert Ofbannen: d’Zäit bis zum Ufank vum Ofbanne gouf vu 5 h 15 min op 3 h 45 min verkierzt, an d’Zäit bis zum Enn vum Ofbanne vu 6 h 45 min op 4 h 30 min.
• Beschleunegt Versteifung: d’Ultraschallpulsvitesse huet op eng ongeféier 2 Stonne méi séier Aushäertung higewisen.
• Méi héich Fréifestegkeet: Mörtelprismen, déi aus PUS-behandelter Zementpaste hiergestallt goufen, hunn an den éischte 24 Stonnen eng méi héich Drockfestegkeet gewisen.
• Potenzial fir d’Wirtschaftlechkeet vum Prozess: d’Auteuren hu geschat, datt en Energieasaz vun ongeféier 10 kWh/m³ Zementpaste d’Ofbannen an d’Entwécklung vun der Fréifestegkeet ëm ronn zwou Stonne beschleunege kéint, bei uginnene Käschte vun ≤ 1 Euro/m³ Beton.
• Reduzéierte Besoin un Zousazmëttelen: well PUS d’Fléissfäegkeet erhéicht huet, sinn d’Auteuren zur Konklusioun komm, datt d’Doséierung vum Superplastifizéierer potenziell reduzéiert kéint ginn.

Dës Resultater si besonnesch relevant fir d’Produktioun vu Bëtongsfäerdegdeeler, wou méi séiert Ofbannen a Fréifestegkeet d’Dauer an der Schalung, de Besoin un Hëtzt an d’Produktiounszykluszäite reduzéiere kënnen.

 

 

Méi héich Fréifestegkeet an Zementpaste mat GBFS

Eng vun de wichtegsten Erkenntnesser fir industriell Zement- a Mörtelapplikatiounen ass d’Verbesserung vun der Fréifestegkeet. Laut Lisowski et al. (2024) huet d’Behandlung mat gepulstem Ultraschall vun Zementpasten, déi 20% ofgelagert GBFS enthalen, no zwee Deeg eng däitlech méi héich Festegkeet erginn. Déi gemellten Erhéijungen hu bis zu 132% bei der Drockfestegkeet an 58% bei der Béizuchfestegkeet erreecht.
Dat ass héich relevant fir Bëtongsfäerdegdeeler, Dréchemörtel, Reparaturmörtelen, Plätterchersklebstoffer an aner zementhalteg Produkter, bei deenen e fréit Ausschalen, eng fréi Festegkeet fir d’Handhabung oder e séiere Baufortschrëtt wirtschaftlech wichteg ass.
D’Erhéijung vun der Festegkeet huet mat enger Erhéijung vun der kumuléierter Aushäertungswärmt korreléiert, wat drop hindeit, datt d’Sonikatioun net nëmmen déi physikalesch Dispersioun verbessert, mee och déi fréi Hydratatioun verstäerkt. An der Praxis bedeit dat, datt Leeschtungsultraschall de Produzenten hëllefe kéint, Schlake méi effektiv ze benotzen, ouni d’Leeschtung am fréien Alter ze beeinträchtegen.

 

 

Sonofragmentatioun mécht méi graff Schlakefraktioune méi nëtzlech

E besonnesch wäertvollt Resultat ass déi effektiv Aktivéierung vu relativ graffe GBFS-Fraktiounen. D’Etüd huet festgestallt, datt d’Schlakefraktioun vun 125–250 μm déi bescht Festegkeet am fréien Alter an no 28 Deeg geliwwert huet, wann se mat der Trennung vun ofgelagerte Schlakepartikelen an enger Behandlung mat Leeschtungsultraschall kombinéiert gouf.
Dat ass industriell bedeitend, well d’Muele vu Schlake bis op ganz kleng Partikelgréissten energieintensiv ass. Wann d’Sonikatioun d’Reaktivitéit vu méi graffen oder ofgelagerte GBFS-Fraktioune verbessert, kënnen d’Produzenten de Muelbedarf reduzéieren, d’Rohstoffeffizienz verbesseren a Sekundärmaterialstréim besser notzen.
 
Léiert, wéi d’Ultraschalldispersioun d’Produktioun vun nanoverstäerkten Zementmörtelen erliichtert!

Industriell Relevanz: Leeschtungsultraschall fir eng effizient Zement- a Mörtelproduktioun

Fir industriell Zement- a Mörtelproduzente bitt d’Ultraschallbehandlung verschidde strategesch Virdeeler. Si kann als Schrëtt zur Prozessintensivéierung bei der Virbereedung vu Schlämmen, der Aktivéierung vu Bindemëttelen, der Dispergéierung vun Zousazmëttelen oder dem Mësche vun Héichleeschtungsmörtel integréiert ginn. D’Technologie ass besonnesch attraktiv fir Produkter, déi op eng fein Partikelverdeelung, eng séier Hydratatioun an eng optiméiert Notzung vun zousätzlechen zementaartege Materialien ugewise sinn.

Zu den industrielle Virdeeler vun der Zementproduktioun mat Ultraschall gehéieren:

• Méi héich Fréifestegkeet ouni Erhéijung vum Klinkergehalt
• Besser Aktivéierung vu GBFS an aneren zousätzlechen zementaartege Materialien
• Verbessert Notzung vu graffen oder ofgelagerte Schlakefraktiounen
• Reduzéiert Agglomeratioun an zementaartege Suspensiounen
• Méi gläichméissegt Hydratatiouns- an Häertungsverhalen
• Méiglech Reduktioun vun der Muelintensitéit fir ausgewielte Schlakestréim
• Verbessert Leeschtung vu klinker- a kuelestoffaarmen Zementrezepturen

Doduerch ass d’Ultraschallbehandlung héich relevant fir d’Produktioun vun nohaltegem Zement, Schlakezement, Héichleeschtungsmörtelen, fäerdege Bauelementer, Reparaturmaterialien a spezielle Bauprodukter.

Ultraschallbehandlung als Instrument fir kuelestoffaarm Zementtechnologie

D’Zementindustrie steet ënner Drock, fir d’CO₂-Emissiounen ze reduzéieren, an d’Erofsetze vum Klinkerfaktor ass ee vun den direktste Weeër dohin. Méi héich Ersatzundeeler vu GBFS, Fluchäsch, kalzinéiertem Leem oder aneren zousätzlechen zementaartege Materialie kënnen awer d’Entwécklung vun der Fréifestegkeet verlangsamen. Héichleeschtungsultraschall kéint hëllefen, dësen Engpass ze iwwerwannen, andeems en d’Dispergéierung verbessert, d’Partikelen aktivéiert an déi fréi Hydratatioun beschleunegt.
D’Ultraschallbehandlung kann Zementleimer mat bäigemëschter Schlack méi reaktiv a mechanesch méi fest maachen, besonnesch wann de Prozess op d’Partikelgréisstefraktioun an d’Behandlungsdauer ofgestëmmt ass. Dës Kombinatioun ass héich relevant fir d’Entwécklung vu Bindemëttelen am industrielle Moossstaf.

Hielscher Ultraschallapparater fir eng verbessert Zementhydratatioun, Festegkeet a Schlakereaktivitéit

Hielscher Inline-Ultraschallapparater sinn e leeschtungsstaarkt Instrument, fir d’Hydratatioun an d’Festegkeet vum Zement ze verbesseren, besonnesch an zementaartege Systemer mat bäigemëschter Schlack.
Fir d’industriell Deagglomeratioun an Dispergéierung vum Zement liwweren Hielscher Héichleeschtungsultraschallapparater déi intensiv Schéierwierkung duerch Kavitatioun, déi néideg ass, fir Agglomerater aus Zement, Schlack a mineralesche Fëllstoffer a fein dispergéiert Partikelen opzebriechen. Doduerch verbessere sech d’Benetzung vun de Partikelen, d’Aktivéierung vun den Uewerflächen an d’Homogenitéit an zementaartege Schlämmen. Hielscher Systemer si vun Dëschapparater a Systemer am Pilotmoossstaf bis zu robuste Produktiounssystemer mat héijem Duerchsaz disponibel, dorënner leeschtungsstaark Inline-Ultraschallapparater fir déi kontinuéierlech Veraarbechtung vun Zementinjektiounsmörtel a mineralesche Suspensiounen. Doduerch léisst sech d’Prozessentwécklung direkt vun der Fuerschung an Entwécklung op de vollen industriellen Duerchsaz skaléieren. Well d’Deagglomeratioun mat Ultraschall de Besoin u Muelkierper eliminéiert oder reduzéiert, vereinfacht si d’Veraarbechtung, miniméiert d’Kontaminatiounsrisiken a reduzéiert de Botzopwand, wärend si eng reproduzéierbar Dispergéierungsqualitéit liwwert. Fir Zement- a Mörtelhiersteller bidden Hielscher Ultraschallapparater dofir e praktesche Wee zu méi gläichméissege Bindemëttelsystemer, enger verbesserter Hydratatiounskinetik, enger besserer Notzung vu GBFS an aneren zousätzlechen zementaartege Materialien a méi leeschtungsfäege klinkeraarme Rezepturen.

Déi folgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Héichleeschtungsultraschallsystemer:

Konzeptioun, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit aus Däitschland

Hielscher Ultraschallapparater si fir hir héchst Qualitéits- an Designstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen eng reiwungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. Hielscher Ultraschallapparater gi liicht mat haarde Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfelder eens.

Hielscher Ultrasonics ass en ISO-zertifiéiert Betrib a leet besonnesche Wäert op héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater mat modernster Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Selbstverständlech sinn Hielscher Ultraschallapparater CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.

---

---

 

Literatur / Referenzen

• 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.