Mezcla Ultrasónica de Pasta de Cemento
La mezcla ultrasónica de pasta de cemento ofrece grandes ventajas para el moldeo de prefabricados, el moldeo en seco y las plantas de hormigón. Estas ventajas incluyen tiempos de fraguado inicial y final más cortos, menor dosificación de superplastificante, hidratación más rápida y completa, así como mayor resistencia a la compresión.
Las tecnologías tradicionales de mezclado de hormigón, como “mezcla en carretera” o mezcladoras rotatorias, proporcionan una acción de mezclado insuficiente para dispersar los aglomerados de partículas de cemento y otros materiales cementantes, como cenizas volantes o sílice. Mientras que las partículas exteriores de dichos aglomerados están expuestas al agua, las superficies interiores de las partículas permanecen secas. El resultado es una hidratación lenta e incompleta.
Ventajas de la tecnología de mezclado por ultrasonidos para el hormigón
La dispersión ultrasónica es la tecnología más avanzada para desaglomerar y dispersar materiales de tamaño micrométrico y nanométrico en líquidos. La mezcla ultrasónica utiliza fuerzas de cizallamiento cavitacionales que son más eficaces en la mezcla de materiales de tamaño fino que los mezcladores rotatorios convencionales y los mezcladores rotor-estator. En el caso del cemento, la sílice, las cenizas volantes, los pigmentos o los CNT, el rendimiento de estos materiales aumenta considerablemente con la dispersión ultrasónica, ya que mejora la distribución de las partículas y el contacto con el agua.
Durante la hidratación -la reacción del cemento con el agua- las fases C-S-H desarrollan estructuras en forma de aguja. Las imágenes siguientes muestran la microestructura de la pasta de cemento tras 5 horas de hidratación. En la pasta de cemento tratada con ultrasonidos, las fases C-S-H miden casi 500 nm, mientras que en la pasta no tratada, las fases C-S-H miden unos 100 nm.

Sonicator UIP16000hdT para dispersar materiales de construcción como cemento, geopolímeros u hormigón.
con tratamiento ultrasónico
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sin tratamiento ultrasónico
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Pasta de cemento Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Universidad Bauhaus de Weimar |
La mezcla por cavitación inducida por ultrasonidos conduce a un crecimiento más rápido de las fases C-S-H.
Temperatura de hidratación

Influencia de la ultrasonicación de potencia (PUS) en las curvas tiempo-temperatura de las pastas de cemento
Resistencia a la compresión

Influencia de la ultrasonicación de potencia (PUS) en la resistencia a la compresión de prismas de mortero
Velocidad del pulso de ultrasonidos

Influencia de la ultrasonicación de potencia (PUS) en la velocidad de los impulsos ultrasónicos de las pastas de cemento hidratantes
El crecimiento de las fases C-S-H se correlaciona con la temperatura en la pasta de cemento durante el periodo de hidratación (haga clic en el gráfico de la derecha). En la pasta de cemento mezclada con ultrasonidos, la la hidratación comienza aproximadamente una hora antes. Una hidratación más temprana se correlaciona con un aumento más temprano de la resistencia a la compresión. El aumento de la velocidad de hidratación también puede medirse por la velocidad del pulso de ultrasonidos.

Mezclador ultrasónico en línea (UIP1000hdT) para la mezcla industrial de cemento en funcionamiento de flujo continuo.
En particular, en el caso de los prefabricados de hormigón y los prefabricados en seco, esto permite reducir considerablemente el tiempo que transcurre hasta que el hormigón moldeado puede extraerse del molde. Los estudios de la Universidad Bauhaus (Alemania) mostraron la siguiente reducción de los tiempos de fraguado.
Referencia | Diff. | ultrasonidos de potencia | |
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Conjunto inicial | 5 h 15 min | -29% | 3 h 45 min |
Conjunto final | 6 h 45 min | -33% | 4 h 30 min |
Desplome | 122 mm (4,8″) | +30% | 158 mm (6,2″) |
Otra ventaja interesante de la mezcla por ultrasonidos es su influencia en la fluidez. Como se muestra en la tabla anterior, el asentamiento aumenta aproximadamente un 30%. Esto permite reducir la dosificación de superplastificantes.
Integración de mezcladores ultrasónicos en la producción de cemento
Hielscher ofrece mezcladores ultrasónicos para la dispersión eficaz de cemento, sílice, cenizas volantes, pigmentos o CNT. En primer lugar, cualquier material seco debe premezclarse con agua para formar una pasta de alta concentración pero bombeable. El mezclador ultrasónico de Hielscher desaglomera y dispersa las partículas mediante cizallamiento cavitacional. Como resultado, toda la superficie de cada partícula queda totalmente expuesta al agua.
Tratamiento por ultrasonidos de la pasta de cemento
En el caso de la pasta de cemento, la hidratación comienza tras el procesamiento por ultrasonidos. Por lo tanto, el mezclador ultrasónico de Hielscher debe utilizarse en línea, ya que la pasta de cemento no puede almacenarse durante largos periodos. El siguiente dibujo esquemático ilustra el proceso. En el siguiente paso, se añade el árido, como arena o grava, y se mezcla con la pasta de cemento. Como las partículas de cemento ya están bien dispersas en esa fase, la pasta de cemento se mezcla bien con el árido. A continuación, el hormigón está listo para ser llenado en moldes prefabricados o para su transporte. Puede utilizarse un depósito de disgregación junto a la mezcladora ultrasónica para procesar de forma más continua en caso de demanda de hormigón inestable.
Más información sobre la desaglomeración por ultrasonidos de partículas de cemento.
Dispersión ultrasónica de sílice, cenizas volantes y nanomateriales
La dispersión de sílice, cenizas volantes, pigmentos u otros nanomateriales, como los nanotubos de carbono, requiere otras intensidades de procesamiento y niveles de energía. Por este motivo, recomendamos utilizar un mezclador ultrasónico independiente para producir una lechada/pasta bien dispersa que luego se añade a la mezcla de hormigón. Haga clic en el gráfico anterior para ver un dibujo esquemático de este proceso.
El equipo de mezcla por ultrasonidos necesario para el escalado puede determinarse con exactitud basándose en pruebas a escala piloto con el UIP1000hdT, que es un potente sonicador de 1.000 vatios a escala piloto. En la tabla siguiente se muestran las recomendaciones generales de dispositivos en función del volumen del lote o del caudal de pasta de cemento que se vaya a procesar.
Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
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0.1 a 10L | 0.2 a 2L/min | UIP1000hdT, UIP1500hdT |
De 10 a 50 litros | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
15 a 150L | De 3 a 15 l/min | UIP6000hdT |
n.a. | De 10 a 50 l/min | UIP16000 |
n.a. | mayor | Grupo de UIP16000 |
Con una potencia de mezcla por ultrasonidos de hasta 16 kW por cada sonda ultrasónica, Hielscher ofrece la potencia de procesamiento necesaria para aplicaciones de gran volumen. Esta tecnología es fácil de probar y se escala linealmente.
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Literatura / Referencias
- 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.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.