Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Mezcla de pasta de cemento para hormigón por ultrasonidos

La mezcla por ultrasonidos de la pasta de cemento ofrece grandes beneficios para el preformado y fraguado de hormigón. Esto incluye: menor tiempo de fraguado, menor cantidad de superplastificante, hidratación más rápida y completa así como una mayor resistencia a la compresión.
Las tecnologías de mezcla de hormigón tradicionales, tales como “el mezclado en carretera” o mezcladores rotatorios proporcionan una acción de mezcla insuficiente para dispersar los aglomerados de partículas de cemento y otros materiales cementosos, tales como cenizas volantes o sílice. Mientras que las partículas exteriores de tales aglomerados se exponen al agua, las superficies de las partículas interiores permanecen secas. Esto se traduce en una hidratación lenta e incompleta.

Beneficios de la tecnología de mezclado ultrasónico

La dispersión ultrasónica es la tecnología más avanzada para desaglomerar y dispersar micro y nanomateriales en líquidos. El mezclado ultrasónico utiliza fuerzas de cizallamiento cavitacionales que son más eficaces en la mezcla de materiales finos que los mezcladores rotativos convencionales y que los mezcladores de rotor-estator. Para cemento, sílice, cenizas volantes, pigmentos o CNTs, se mejor significativamente el rendimiento de estos materiales por dispersión ultrasónica, ya que ésta mejora la distribución de partículas y el contacto con el agua.
Durante la hidratación – la reacción del cemento con el agua – fases de C-S-H crecen en estructuras aciculares. Las siguientes imágenes muestran la microestructura de la pasta de cemento después de 5 horas de hidratación. En la pasta de cemento sonicada, las fases C-S-H tienen una longitud de casi 500 nm, mientras que en la pasta no sonicada, las fases C-S-H están alrededor de 100 nm solamente.

Hielscher's ultrasonic dispersion technology improves cement precasts.

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Microestructura de la pasta de cemento después de 5 horas de hidratación
con procesamiento ultrasónico
sin procesamiento ultrasónico
Microestructura de la pasta de cemento tras el procesamiento ultrasónico a 5 horasMicroestructura de la pasta de cemento sin procesamiento ultrasónico a 5 horas
Pasta de cemento Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Universidad Bauhaus de Weimar

La mezcla cavitacional por ultrasonidos conlleva un crecimiento más rápido de las fases C-S-H.

Temperatura de hidratación

Influencia de los Ultrasonidos de Potencia (PUS) en las curvas de tiempo-temperatura de las pastas de cemento

Resistencia a la compresión

Influencia de los Ultrasonidos de Potencia (PUS) en la resistencia a la compresión de prismas de mortero

Velocidad de pulsación ultrasónica

Influencia del los Ultrasonidos de Potencia (PUS) en la Velocidad de pulsación ultrasónica en pastas de cemento hidratado

C. Rössler (2009)

El crecimiento de las fases C-S-H se relaciona con la temperatura de la pasta de cemento durante el período de hidratación (haga clic en la gráfica a la derecha). En la pasta de cemento mezclada por ultrasonidos, la hidratación comienza aproximadamente una hora antes. Una hidratación más temprana se correlaciona con un aumento de la resistencia a la compresión (clic en la gráfica a la derecha). La mayor velocidad de hidratación se puede medir también por la velocidad de pulsación ultrasónica

En particular, para el hormigón premoldeado y para el vaciado en seco, esto significa un tiempo significativamente más corto para retirar el hormigón moldeado del molde. Los estudios realizados por la Universidad Bauhaus (Alemania) mostraron la siguiente reducción de los tiempos de fraguado.

ReferenciaDif.Ultrasonidos de potencia
Set inicial5 h 15 min-29 %3 h 45 min
Set final6 h 45 min-33 %4 h 30 min
Asentamiento122 mm (4,8″)+ 30 %158 mm (6,2″)

Otra ventaja interesante de la mezcla por ultrasonidos es su influencia sobre la fluidez. Como se muestra en la tabla anterior, el asentamiento aumenta aproximadamente un 30 %. Esto permite una dosis menor de superplastificantes.

Proceso de integración de los mezcladores ultrasónicos

Hielscher ofrece mezcladores ultrasónicos para la dispersión eficiente de cemento, sílice, cenizas volantes, pigmentos o CNTs. En primer lugar, cualquier material seco debe premezclarse con agua hasta alcanzar una concentración elevada – no obstante, una pasta todavía bombeable. El mezclador de ultrasonidos de Hielscher desaglomera y dispersa las partículas usando cizalla cavitacional . Como resultado de ello, toda la superficie de cada partícula se expone completamente al agua.

Procesamiento de pasta de cemento por ultrasonidos

En el caso de la pasta de cemento, la hidratación comienza tras la sonicación. Esto significa que el mezclador de ultrasonidos de Hielscher se debe utilizar en línea, ya que pasta de cemento no se puede almacenar durante largos periodos. El siguiente esquema ilustra el proceso. En un siguiente paso, se añade el agregado, como arena o grava, y se mezcla con la pasta de cemento. Como las partículas de cemento ya se encuentran bien dispersadas en esta fase, la pasta de cemento se mezcla bien con el agregado. El hormigón está entonces listo para trasvasarse a moldes prefabricados o para su transporte. Se puede emplear un tanque intermedio cercano a la mezcladora de ultrasonidos para producir más hormigón de forma continua en caso de demanda inesperada.

Mezcla de cemento en línea por ultrasonidos para la fabricación de elementos prefabricados

Dispersión ultrasónica de sílice, cenizas volantes y nanomateriales

Mezcla de cemento en línea por ultrasonidos para la fabricación de elementos prefabricadosLa dispersión de sílice, cenizas volantes, pigmentos u otros nanomateriales como nanotubos de carbono, requiere otra intensidades de procesamiento y los niveles de energía. Por esta razón, se recomienda un mezclador de ultrasonidos independiente para producir una suspensión o pasta bien dispersa para añadirla posteriormente a la mezcla de hormigón. Haga clic en la imagen superior para ampliar el diagrama esquemático de este proceso.

Hormigón listo para su usoEl equipo de mezcla de ultrasonidos necesario para escalar la producción se puede determinar a partir de ensayos a escala piloto, basadas exactamente utilizando un set UIP1000hdT (1000 vatios). La siguiente tabla muestra las recomendaciones generales sobre los dispositivos en función del volumen del lote o el caudal de la pasta de cemento a procesar.

Volumen del loteTasa de flujoDispositivos recomendados
0,1 a 10 L0,2 a 2 L/minUIP1000hdT, UIP1500hdT
10 a 50 L2 a 10 L/minUIP4000
n.a.10 a 50 L/minUIP16000
n.a.mayorGrupo de UIP16000

Con unidades de hasta 16 kW de potencia de mezcla por ultrasonidos, Hielscher ofrece la potencia de procesamiento requerida para aplicaciones a gran escala. Esta tecnología es fácil de probar y se escala linealmente.

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La dispersión por ultrasonidos mejora el tratamiento y la calidad del cemento.

Mezclador Ultrasónico en línea (UIP1000hdT)

Literatura/Referencias