Sonikatsiya sementning gidratsiyasi va mustahkamligini yaxshilaydi

Power ultrasound, also known as sonication, is gaining attention as a practical intensification technology for cement and mortar production. Recent research shows that ultrasonic treatment can improve particle dispersion, activate supplementary cementitious materials such as granulated blast furnace slag (GBFS), accelerate hydration, refine pore structure and significantly increase early-age strength.

Yuqori samarali shlak bilan aralashtirilgan tsement va ohak kuchli ultratovush bilan

Sement ishlab chiqarish va ohak ishlab chiqarishda asosiy texnik muammolardan biri qo'shimcha sementli materiallardan samarali foydalanishdir. Granulatsion blast furnace shlagi yoki GBFS keng qo'llaniladi, bu esa klinker miqdorini kamaytirish va barqarorlikni oshirish uchun ishlatiladi. Biroq, qo'pol yoki aglomeratsiyalangan shlak zarralari ko'pincha sekin reaksiyaga kiradi, bu esa erta mustahkamlik rivojlanishini cheklaydi. Sonikatsiya istiqbolli yechimni taklif qiladi: u yuqori intensivlikdagi akustik kavitatsiya yordamida aglomeratlarni tarqatadi, zarrachalarni parchalaydi va tsement matritsasida reaktiv nukleatsiya joylarining sonini oshiradi.

Sement gidratsiyasi uchun ultratovushning ahamiyati

Ultratovushning afzalligi shundaki, u dastlabki gidratsiya jarayonlaridan oldin va davomida zarra tizimiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri ta’sir ko‘rsatishi mumkin. Sement suspenziyasida ultratovushli kavitatsiya lokal shear kuchlarini, mikrojetlarni va bosim tebranishlarini hosil qiladi. Ushbu effektlar aglomeratlarni parchalaydi, mayda zarrachalarni tarqatadi va yangi minerallar yuzalarini ochishga yordam beradi.
Sement va ohak ishlab chiqaruvchilar uchun bu muhim, chunki gidratatsiya juda ko'p sirtga ta'sir qiladi. Yaxshiroq dispersiya va kichikroq reaktiv zarralar suv, klinker fazalari va shlak zarralari o'rtasidagi aloqani oshirishi mumkin. Bu tezroq issiqlik ajralishiga, erta qattiqlashishga va zichroq mikrotuzilmani ta'minlaydi.
Slag-aralashgan tizimlarda sonikatsiya ayniqsa muhim, chunki GBFS ko'pincha faollashtirishni talab qiladi. GBFS zarralarining ultratovushli zarralarning parchalanishi – shuningdek sonofragmentatsiya deb ataladi – zarrachalarning o'lchamini, ayniqsa 125–250 μm fraksiyasini kamaytiradi.

Sement va ohak ishlab chiqarishda sonikatsiyaning asosiy afzalliklari

Quvvatli ultratovush sanoat tsement va ohak ishlab chiqarishni bir necha yo'llar bilan qo'llab-quvvatlaydi:

• Zarrachalarning tarqalishini yaxshilash: Sonikatsiya sement, shlak va mayda mineral zarrachalarni pasta yoki ohak aralashmasida bir tekis tarqatishga yordam beradi.
• Kamaytirilgan aglomeratsiya: Ultrasonik davolash zarralar klasterlarini parchalashi va aralashtirish jarayonida qayta aglomeratsiyani to'xtatishi mumkin.
• Donni tozalash: Qo'pol shlak zarralari mayda fraksiyalarga bo'linib, mavjud yuza maydonini oshiradi.
• Ko'proq yadrolanish joylari: Parchalangan GBFS zarralari sement matritsasida gidratatsiya mahsulotlari uchun nukleatsiya markazi sifatida xizmat qilishi mumkin.
• Tezlashtirilgan gidratatsiya: Yaxshiroq tarqalish va ochiq yuzalar issiqlik ajralishini va erta qattiqlikni oshirishi mumkin.
• Erta mustahkamlikdan yuqori: Sonikatsiyalangan shlak-aralashgan sement pastalari atigi ikki kundan so'ng bosim va egilish mustahkamligida sezilarli o'sishni ko'rsatishi mumkin.
• Yaxshilangan mikrostruktura: Sonication can increase nanoporosity indicators and modify the pore structure, especially in the 2–10 nm pore range.

 

Faster Setting and Early Strength in Precast Concrete with Power Ultrasound

The study “Portlend tsement pastalarining suyuqligi va mustahkamligiga kuchli ultratovushning ta'siri” by Ch. Rößler investigates Portland cement pastes based on CEM I 42.5 R, a w/c ratio of 0.37 and 0.1% polyacrylate superplasticizer. The study usedsa Hielscher UIP1000hd sonicator in flow-through setup to evaluate whether power ultrasound could accelerate hydration, improve fluidity, shorten setting and increase early strength.
Natijalar shuni ko'rsatadiki, quvvatli ultratovush (PUS) asosiy gidratlanish davrini tezlashtiradi. Harorat egri chizig'i gidratatsiya cho'qqisini oldinroq ko'rsatdi, besh soatdan so'ng mikrostruktura tasvirlari ultratovush yordamida ishlov berilgan pastada ma'lumotga nisbatan kattaroq C-S-H fazalarini ko'rsatdi.
Asosiy afzalliklar erishildi:

• Yuqori suyuqlik: pastga tushish PUS bilan davolashdan so'ng 122 mm dan 158 mm gacha oshdi.
• Tezroq sozlash: dastlabki to'plam 5 soat 15 daqiqadan 3 soat 45 daqiqagacha qisqartirildi, va yakuniy o'rnatish 6 soat 45 daqiqadan 4 soat 30 daqiqagacha.
• Tezlashtirilgan rigidlashtirish: Ultrasonik impuls tezligi taxminan 2 soat tezroq qattiqlashishni ko'rsatdi.
• Erta mustahkamlikdan yuqori: PUS bilan ishlov berilgan sement pastasidan tayyorlangan ohak prizmalari dastlabki 24 soatda bosim mustahkamligini oshirdi.
• Jarayon iqtisodiyligi salohiyat: Mualliflar taxminan 10 kWh/m³ tsement pastasi energiya kiritish va dastlabki mustahkamlikni taxminan ikki soatga tezlashtirishi mumkinligini taxmin qilishdi, bu esa 1 yevro/m³ beton narxi ≤ ko'rsatilgan.
• Qo'shimcha aralashtirish talabining kamayishi: PUS suyuqlikni oshirgani sababli, mualliflar superplastikizator dozasini kamaytirish mumkin degan xulosaga kelishdi.

Bu natijalar ayniqsa prequyma beton ishlab chiqarish uchun muhimdir, bu yerda tezroq o'rnatish va erta mustahkamlik qolipchilik vaqtini, isitish talabiyatini va ishlab chiqarish sikl vaqtlarini qisqartirishi mumkin.

 

 

GBFS aralashmasi tsement pastasida erta mustahkamlik

Sanoat sement va ohak qo'llanilishi uchun eng muhim natijalardan biri erta yoshdagi mustahkamlikning yaxshilanishidir. Lisowski va boshq. (2024) ga ko'ra, 20% to'plangan GBFS bo'lgan tsement pastalarining pulsli ultratovush muolajasi ikki kundan so'ng ancha yuqori mustahkamlikni ta'minladi. Qayd etilgan o'sishlar bosim mustahkamligida 132% gacha, egilish mustahkamligida esa 58% gacha yetdi.
Bu prequyma beton, quruq aralashma ohak, ta'mirlash ohaklari, plitka yopishtiruvchilari va boshqa sementli mahsulotlar uchun juda muhimdir, chunki bu yerda erta demolding, erta ishlash mustahkamligi yoki tez qurilish yutuqlari iqtisodiy jihatdan muhim bo'ladi.
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.

 

 

Sonofragmentation Makes Coarser Slag Fractions More Useful

Ayniqsa qimmatli natija nisbatan qo'pol GBFS fraksiyalarining samarali faollashuvidir. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, 125–250 μm shlak fraksiyasi eng yaxshi erta yosh va 28 kunlik mustahkamlikni qo'yilgan shlak zarrachalarini ajratish va quvvatli ultratovush muolajasi bilan birlashtirilganda beradi.
Bu sanoat uchun ahamiyatli, chunki shlakni juda mayda o'lchamlarga maydalash energiya talab qiladi. Agar sonikatsiya qo'pol yoki cho'ktirilgan GBFS fraksiyalarining reaktivligini yaxshilasa, ishlab chiqaruvchilar maydalash talabini kamaytirishi, xomashyo samaradorligini oshirishi va ikkilamchi material oqimlaridan yaxshiroq foydalanishi mumkin.
 
Ultrasonik tarqalish nano mustahkamlangan tsement mortarlari ishlab chiqarilishini qanday osonlashtirishini o'rganing!

Sanoatga ahamiyati: Samarali tsement va mortarlari ishlab chiqarish uchun kuchli ultratovush

Sanoat tsement va mortarlari ishlab chiqaruvchilari uchun sonikatsiya bir necha strategik afzalliklarni taklif qiladi. Bu texnologiyani slurry tayyorlash, bog'lovchi moddalarni faollashtirish, qo'shimchalarni tarqatish yoki yuqori samarali mortarlardan aralashtirish jarayonlarini kuchaytirish bosqichi sifatida integratsiya qilish mumkin. Texnologiya ayniqsa nozik zarra taqsimoti, tez gidratsiya va qo'shimcha tsement materiallarining optimallashtirilgan ishlatilishiga bog'liq mahsulotlar uchun jozibadordir.

Ultrasonik tsement ishlab chiqarishining sanoat foydalari quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• Klinker miqdorini oshirmasdan yuqori dastlabki mustahkamlik
• GBFS va boshqa qo'shimcha tsement materiallarini yaxshiroq faollashtirish
• Qalin yoki cho‘kib qolgan shlak fraksiyalaridan yaxshiroq foydalanish
• Sement suspenziyalarida aglomeratsiyaning kamayishi
• Gidratlanish va qotish xatti-harakatlarining barqarorroq bo‘lishi
• Tanlangan shlak oqimlari uchun maydalash intensivligini kamaytirish imkoniyati
• Past klinkerli va past karbonatli sement formulalarining yaxshilangan ishlashi

Bu sonikatsiyani barqaror sement, shlak sementi, yuqori unumdorlikdagi ohaklar, oldindan ishlab chiqarilgan elementlar, ta’mirlash materiallari va maxsus qurilish mahsulotlarini ishlab chiqarishda juda muhim qiladi.

Past-karbonatli sement texnologiyasi uchun vosita sifatida sonikatsiya

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 sonikatorlari tsement hidratatsiyasi va mustahkamligini yaxshilash uchun kuchli vositadir, ayniqsa kul-blended tsement tizimlarida.
Sanoat tsementining deagglomeratsiyasi va dispersiyasi uchun, Hielscher yuqori samarali sonikatorlari tsement, kul va mineral to'ldiruvchi aglomeratlarni mayda tarqalgan zarralarga bo'lish uchun talab qilinadigan kuchli kavitatsion qirqishni ta'minlaydi, bu tsement suspenziyalarida zarralarning namlanishini, sirt aktivatsiyasini va gomogenligini yaxshilaydi. Hielscher tizimlari stol usti va pilot miqyosidan tortib yuqori oqim ishlab chiqarish tizimlariga qadar mavjud bo'lib, tsement grout va mineral suspenziyalarini uzluksiz qayta ishlash uchun yuqori quvvatli inline sonikatorlarni o'z ichiga oladi. Bu jarayonni rivojlantirishni R dan to'g'ridan-to'g'ri kattalashtirish mumkin qiladi.&D to'liq sanoat o'tkazuvchanligiga. Tozalash vositalariga ehtiyojni yo'q qilish yoki kamaytirish orqali ultratovushli deagglomeratsiya jarayonni soddalashtiradi, ifloslanish xavfini kamaytiradi va tozalash ishlarini kamaytiradi, shu bilan birga takrorlanadigan dispersiya sifatini ta'minlaydi. Sement va ohak ishlab chiqaruvchilari uchun Hielscher sonikatorlari yanada bir xil bog'lovchi tizimlar, yaxshilangan gidratatsiya kinetikasi, GBFS va boshqa qo'shimcha sementli materiallardan yaxshiroq foydalanish hamda yuqori samarali past klinkerli formulalar uchun amaliy yo'lni taklif etadi.

Quyidagi jadval bizning quvvatli ultratovush tizimlarimizning taxminiy ishlov berish quvvatini ko'rsatadi:

Dizayn, ishlab chiqarish va konsalting – Germaniyada ishlab chiqarilgan sifat

Hielscher ultrasonikatorlari eng yuqori sifat va dizayn standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va qulay foydalanish ultratovush qurilmalarimizni sanoat ob'ektlariga silliq integratsiya qilish imkonini beradi. Qo'pol sharoitlar va talabchan muhit Hielscher ultrasonikatorlari tomonidan osonlik bilan hal qilinadi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya bo'lib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanuvchilarga qulaylik bilan ajralib turadigan yuqori samarali ultratovush apparatlariga alohida e'tibor beradi. Albatta, Hielscher ultrasonikatorlari Idoralar talablariga javob beradi va UL, CSA va RoHs talablariga javob beradi.

---

---

 

Adabiyot / Adabiyotlar

• 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.