Deagglomeration av cementpartiklar med hjälp av Power Ultrasonics
Ultraljudsdeagglomeration med sond-typ sonikatorer erbjuder ett överlägset alternativ genom att övervinna dessa problem. Denna metod eliminerar behovet av malningsmedia, förenklar processen genom att ta bort behovet av filtrering efter processen och intensiv rengöring och ger effektiv minskning av partikelstorleken i området för fina partiklar. Dessutom minskar det beroendet av dispergeringsmedel och använder mer kompakt, energieffektiv utrustning, vilket gör det till en mycket fördelaktig lösning för cementpartikeldispersion och deagglomerering.
Fördelarna med ultraljud deagglomerering av cementpartiklar
Cement är ett av de viktigaste materialen i konstruktionen, som ofta används för sina bindande egenskaper. För att uppnå optimal prestanda krävs dock en jämn partikelfördelning, eftersom agglomererade partiklar kan påverka cementens prestanda negativt. Ultraljud deagglomeration har dykt upp som en kraftfull teknik för att ta itu med denna utmaning.
- Förbättrad partikeldispersion: Ultraljudsdeagglomeration dispergerar effektivt cementpartiklar, vilket säkerställer en enhetlig partikelstorleksfördelning. Denna enhetlighet är avgörande för att uppnå konsekvent styrka och hållbarhet i cementbaserade material.
- Förbättrad hydrering: Den ökade ytan av deagglomererade partiklar förbättrar hydratiseringsprocessen, vilket leder till bättre bindning och högre hållfasthet i slutprodukten. Förbättrad hydrering minskar också risken för ofullständiga reaktioner och svaga punkter i cementmatrisen.
- Ökad bearbetbarhet: Väl dispergerade cementpartiklar resulterar i en mer användbar blandning, vilket gör det lättare att blanda, hälla och avsluta. Denna förbättrade bearbetbarhet kan leda till snabbare byggtider och minskade arbetskostnader.
- Förbättrade mekaniska egenskaper: Ultraljudsdeagglomeration bidrar till utvecklingen av en tätare och mer homogen mikrostruktur i cementbaserade material. Detta resulterar i förbättrade mekaniska egenskaper som tryck- och draghållfasthet.
- Minskning av användningen av tillsatser: Genom att uppnå bättre dispersion genom ultraljudsdeagglomerering kan behovet av kemiska dispergeringsmedel och andra tillsatser minimeras. Detta minskar inte bara kostnaderna utan minskar också miljöpåverkan från cementproduktionen.
- Kostnadseffektivitet: Oavsett den initiala investeringen i en ultraljudsapparat av industriell kvalitet, gör de långsiktiga fördelarna med förbättrad produktkvalitet, minskad tillsatsanvändning och förbättrad prestanda det till en kostnadseffektiv lösning för cementindustrin.
Jämförande aspekt | Kulfräsning för cementpartiklar | Ultraljud deagglomeration för cementpartiklar |
---|---|---|
Metod | Använder kulor av stål eller kiseldioxid som malningsmedel | Använder högintensiva ultraljudsvågor för att skapa akustisk kavitation och sonomekaniska skjuvkrafter |
Byte av slipmedia | Frekvent byte av stål- eller kiseldioxidkulor | Inget malningsmedium, vilket eliminerar utbyteskostnader |
Filtrering efter bearbetning | Krävs för att filtrera bort malningsmedia | Inte nödvändigt, vilket förenklar processen |
Krav på rengöring | Arbetsintensiv och tidskrävande rengöring av malmedia och kammare | Minimal rengöring, ultraljudssonder är lättare att underhålla |
Effektivitet i området för fina partiklar | Ineffektiv för partiklar i 0 – 100 μm räckvidd, tidskrävande | Mycket effektiv för fina partikelstorlekar, inklusive 0 – 100 μm räckvidd |
Krav på dispergeringsmedel | Hög mängd dispergeringsmedel behövs | Minskat behov av dispergeringsmedel på grund av kraftiga kavitations- och skjuvkrafter |
Utrustningens egenskaper | Stor, skrymmande, energiineffektiv, kräver omfattande underhåll och rengöring | Kompakt, energieffektiv, mindre underhåll, lättare att hantera och säker att använda |
Fallstudie: Mikrofin cementinjekteringsbruk dispersion med ultraljudsblandare
Forskargruppen ledd av Draganović presenterar en omfattande undersökning av dispersionen av mikrofin cementinjekteringsbruk med hjälp av ultraljudsteknik i jämförelse med konventionella laboratorieupplösare. Studien fokuserar specifikt på prestandan hos sonikatorn UP400St i förhållande till traditionella injekteringsmetoder dispersion.
Forskarna genomförde en serie experiment med olika dispersionstekniker för att bedöma partikelstorleksfördelningen (PSD) och zetapotentialen hos mikrofina cementpartiklar. De utvärderade teknikerna inkluderar ultraljudsbehandling med UP400St ultraljudsapparat, höghastighets laboratorieupplösare och en kombination av båda metoderna.
Resultaten visar att ultraljudsdispersion med hjälp av UP400St sonikator avsevärt förbättrar partikelstorleksfördelningen jämfört med konventionella laboratorieupplösare. Soniatorn UP400St mildrar effektivt agglomereringen av mikrofina cementpartiklar, vilket ger en mer homogen och stabil injekteringsbruk suspension. Ultraljudsbehandling förbättrar fördelningen av mindre partiklar, vilket resulterar i ett smalare partikelstorleksfördelningsområde.

Ultraljudshomogenisatorn UP400St jämförs med avseende på dispersionseffektivitet hos cementinjekteringsbruk med en vanlig laboratorieblandare utrustad med en skiva och med hjälp av rotor-stator-tekniken. Studien visade att ultraljudsdispersion inte bara är en effektiv metod utan till och med är bättre än en blandare som använder rotor-stator-tekniken.
(studie och grafik: © Draganović et al., 2020)
Att kombinera ultraljud med konventionella laboratorieupplösare förbättrar dessutom dispersionseffektiviteten och uppnår en ännu finare partikelstorleksfördelning än enbart ultraljudsbehandling. Denna kombination möjliggör förbättrad kontroll över PSD- och zeta-potentialen hos mikrofin cementinjekteringsbruk i batchoperationer. I system med kontinuerligt flöde passerar partikelsuspensionen automatiskt genom den kavitationella hot spot-zonen, vilket gör ytterligare omrörning onödig.
Studien understryker den överlägsna prestandan hos ultraljudssonactorn UP400St vid dispergering av mikrofin cementbruk. Ultraljudsbehandling, särskilt i kombination med konventionella laboratorieupplösningsmedel, erbjuder en effektiv och effektiv metod för att uppnå en enhetlig och stabil suspension av mikrofina cementpartiklar.
Denna forskning ger en detaljerad jämförelse mellan ultraljud och konventionella dispersionsmetoder, vilket belyser den överlägsna effekten av ultraljudsbehandling vid injekteringsbruksdispersion.
(jfr Draganović et al., 2020)

Jämförda dispersionsmetoder: Vma-Getzmann Dispermat CV-3 upplösningsapparat utrustad med en 90 mm skiva och ett rotor-statorsystem (R/S). Hielscher UP400St sonikator utrustad med en H22 sonotrode.<br />(Study and pictures: ©Draganovic et al., 2020)

Sond-typ sonchester UP400ST för mikrofin cementinjekteringsbruk dispersion
(Studie och bild: ©Draganovic et al., 2020)
Tillämpningar av ultraljudssonikatorer inom cementindustrin
Att utnyttja de fördelaktiga effekterna av högeffekts ultraljud vid deagglomerering av cementpartiklar och injekteringsbruk öppnar många tillämpningsområden inom cementindustrin, vilket möjliggör förbättrade materialegenskaper och slutlig produktkvalitet.
- Våtmalning av cementpartiklar: Sond-typ ultraljudsbehandling är en mycket effektiv och energieffektiv metod för att mala cementpartiklar. Läs mer om ultraljudsvåtmalning av cement!
- Produktion av högpresterande betong: Sond-typ sonsonikatorer används för att producera högpresterande betong genom att säkerställa jämn dispersion av fina cementpartiklar och kompletterande cementbaserade material som flygaska och kiseldioxidånga. Detta leder till betong med överlägsna mekaniska egenskaper och hållbarhet.
- Utveckling av nanokompositer: Inom forskning och utveckling underlättar sond-typ sonikatorer inkorporeringen av nanopartiklar i cementmatriser, vilket skapar nanokompositer med förbättrade egenskaper såsom ökad styrka, seghet, och motståndskraft mot miljöförstöring.
- Optimering av additiv prestanda: Ultraljudsdeagglomeration hjälper till att optimera prestandan hos kemiska tillsatser, såsom supermjukgörare och luftträningsmedel, genom att säkerställa deras jämna fördelning i cementmatrisen. Detta leder till förbättrad bearbetbarhet och prestanda hos slutprodukten.
Högpresterande sonikatorer för cementpartikeldispersion och deagglomerering
Ultraljud deagglomeration med sond-typ sonikatorer erbjuder betydande fördelar för cementindustrin. Genom att förbättra partikeldispersionen, förbättra hydratiseringen och öka bearbetbarheten bidrar dessa enheter till produktionen av cementbaserade material av hög kvalitet. Den exakta kontrollen, skalbarheten och mångsidigheten hos sonsonatorer av sondtyp gör dem till värdefulla verktyg för både forskning och industriella tillämpningar, vilket driver innovation och effektivitet inom cementproduktion.
Hielscher Ultrasonic levererar högpresterande sonikatorer på alla effektnivåer för bearbetning av cementpartiklar och cementinjekteringsbruk från mindre partier för forskning + utveckling till hög genomströmning för industriell cement deagglomeration i produktionsskala.
- Hög effektivitet
- Toppmodern teknik
- tillförlitlighet & robusthet
- Justerbar, exakt processtyrning
- batch & Inline
- för vilken volym som helst
- Intelligent programvara
- Smarta funktioner (t.ex. programmerbar, dataprotokoll, fjärrkontroll)
- Enkel och säker att använda
- Lågt underhåll
- CIP (clean-in-place)
Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland
Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.
Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänligheten. Naturligtvis är Hielscher ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
---|---|---|
0.5 till 1,5 ml | N.A. | VialTweeter |
1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
15 till 150L | 3 till 15 l/min | UIP6000hdT |
15 till 150L | 3 till 15 l/min | UIP6000hdT |
N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur / Referenser
- 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.
- Peters, Simone (2017): The Influence of Power Ultrasound on Setting and Strength Development of Cement Suspensions. Doctoral Thesis Bauhaus-Universität Weimar, 2017.
- N.-M. Barkoula, C. Ioannou, D.G. Aggelis, T.E. Matikas (2016): Optimization of nano-silica’s addition in cement mortars and assessment of the failure process using acoustic emission monitoring. Construction and Building Materials, Volume 125, 2016. 546-552.
- Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2; 2016.
- Amani, Mahmood; Retnanto, Albertus; Aljuhani, Salem; Al-Jubouri, Mohammed; Shehada, Salem; Yrac, Rommel (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. Conference: International Petroleum Technology Conference 2015.
Fakta som är värda att veta
Vad är cement?
Cement är ett fint, pulverformigt ämne som fungerar som bindemedel i konstruktionen. När det blandas med vatten genomgår det en kemisk reaktion som kallas hydrering och härdar till ett fast material. Den består främst av kalksten, lera, skal och kiseldioxid och är en viktig ingrediens i betong, murbruk och andra byggmaterial. Cementens förmåga att härda och binda andra material gör det viktigt för att konstruera byggnader, vägar, broar och annan infrastruktur. Den vanligaste typen av cement är portlandcement, som används i stor utsträckning på grund av dess styrka och mångsidighet.
Varför är deagglomerering av cementpartiklar viktig?
Deagglomereringen av cementpartiklar är viktig eftersom den säkerställer en enhetlig partikelstorleksfördelning, vilket förbättrar prestandan och kvaliteten hos cementbaserade material. Korrekt deagglomerering förbättrar hydratiseringseffektiviteten, vilket leder till starkare och mer hållbar betong. Det förbättrar också bearbetbarheten hos cementblandningar, vilket gör dem lättare att blanda, hälla och avsluta. Dessutom minskar väl dispergerade partiklar behovet av kemiska tillsatser, sänker produktionskostnaderna och minimerar miljöpåverkan. Sammantaget är effektiv deagglomeration avgörande för att uppnå optimala mekaniska egenskaper och långsiktig hållbarhet i byggprojekt.
Hur deagglomereras cementpartiklar?
Cementpartiklar deagglomereras med olika metoder, där ultraljudsdeagglomerering är en av de mest effektiva teknikerna. I denna process avges högfrekventa ultraljudsvågor av en sond nedsänkt i cementuppslamningen. Dessa vågor skapar intensiva kavitationsbubblor som kollapsar med hög energi, vilket ger kraftfulla skjuvkrafter och chockvågor. Dessa krafter bryter sönder de agglomererade cementpartiklarna, vilket säkerställer en jämn dispersion. Andra metoder inkluderar mekanisk blandning, malning och användning av dispergeringsmedel, men ultraljudsdeagglomeration gynnas för sin effektivitet och förmåga att uppnå fin, konsekvent partikelfördelning.
Vilken roll spelar vatten vid cementbearbetning?
Vatten spelar en central roll vid cementbearbetning. Den återfuktar olika mineraler i klinkern, vilket ger den nödvändiga fluiditeten till cementpastan. Att hantera vatteninnehållet är dock en känslig balansgång. För mycket vatten kan leda till problem som blödning (där vatten separeras från blandningen) och minskad tryckhållfasthet. Omvänt kan otillräckligt vatten minska bearbetbarheten, vilket gör cementblandningen svår att hantera och resultera i svagare produkter.
Hur fungerar sond-typ sonikatorer?
Sond-typ sonikatorer är en specifik klass av ultraljudsanordningar utformade för att dispergera och deagglomerera partiklar i olika suspensioner, inklusive cement. Dessa enheter använder en sond eller ett horn som sänder ut ultraljudsvågor direkt in i mediet, vilket skapar kavitationsbubblor som imploderar med hög energi, vilket leder till partikeldeagglomeration.
Sond-typ sonikatorer fungerar genom att generera ultraljudsvågor vanligtvis i intervallet 20 till 30kHz. Sonden, även kallad sonotrode, är en stav gjord av material som titan som är nedsänkt i cementuppslamningen. När den är aktiverad vibrerar sonden vid ultraljudsfrekvenser, vilket ger intensiv akustisk kavitation. Denna kavitation innebär att mikroskopiska bubblor bildas och våldsamt kollapsar i uppslamningen, vilket genererar kraftfulla skjuvkrafter och chockvågor. Dessa krafter bryter ner agglomererade partiklar och främjar en jämn dispersion.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.