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. Esto incluye: Menor tiempo de fraguado inicial y final, 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 cementicios, 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 sólo unos 100 nm.
 

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El dispersor ultrasónico mejora el procesamiento y la calidad del cemento.

Mezclador ultrasónico en línea (UIP1000hdT)

Microestructura de la pasta de cemento tras 5 horas de hidratación
con tratamiento ultrasónico
sin tratamiento ultrasónico
Microestructura de la pasta de cemento después del tratamiento con ultrasonidos y 5 horas Microestructura de la pasta de cemento sin tratamiento ultrasónico y 5hrs
Pasta de cemento Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Universidad Bauhaus de Weimar

 
La mezcla cavitacional ultrasónica 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

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

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 por 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 (haga clic en el gráfico de la derecha). El aumento de la velocidad de hidratación también puede medirse por la velocidad del pulso de ultrasonidos.

En particular, en el caso de los prefabricados de hormigón y los prefabricados de hormigón en seco, esto permite acortar considerablemente el tiempo que transcurre hasta que el hormigón moldeado puede extraerse del molde. Estudios de la Universidad Bauhaus (Alemania) mostraron la siguiente reducción de los tiempos de fraguado.

Referencia Diff. ultrasonidos de potencia
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, la aumenta el desplome en 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 alta concentración – pasta 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.

Mezclado ultrasónico en línea de cemento para la fabricación de prefabricados

Dispersión ultrasónica de sílice, cenizas volantes y nanomateriales

Mezclado ultrasónico en línea de cemento para la fabricación de prefabricadosLa 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 un mezclador ultrasónico independiente para producir una pasta bien dispersa que se añade a la mezcla de hormigón. Haga clic en el gráfico de arriba para ver un esquema de este proceso.

Hormigón listo para usarEl equipo de mezcla por ultrasonidos necesario para la ampliación puede determinarse con exactitud basándose en pruebas a escala piloto utilizando un Conjunto UIP1000hd (1.000 vatios). La siguiente tabla muestra las recomendaciones generales de los 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
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 hasta 16 kW de potencia de mezcla por ultrasonidos por cada dispositivo, Hielscher ofrece la potencia de procesamiento necesaria para aplicaciones de gran volumen. Esta tecnología es fácil de probar y escala lineal.

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Hielscher's ultrasonic dispersion technology improves cement precasts.

Literatura/Referencias


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