Désagglomération des particules de ciment à l'aide d'ultrasons de puissance
Les sonicateurs à sonde sont fréquemment utilisés pour la désagglomération des particules de ciment. Cette méthode élimine la nécessité d'utiliser des agents de broyage, simplifie le processus en rendant inutiles la filtration et le nettoyage intensif, et permet une réduction efficace de la taille des particules. En outre, la sonication réduit le recours aux dispersants et utilise des équipements plus compacts et moins gourmands en énergie, ce qui en fait une solution très avantageuse pour la dispersion et la désagglomération des particules de ciment.
Avantages de la désagglomération ultrasonique des particules de ciment
Le ciment est l'un des matériaux les plus essentiels dans la construction, largement utilisé pour ses propriétés de liant. Toutefois, pour obtenir des performances optimales, il faut une distribution uniforme des particules, car les particules agglomérées peuvent nuire aux performances du ciment. La désagglomération par ultrasons s'est imposée comme une technique puissante pour relever ce défi.
Sonicateurs industriels pour la désagglomération à haut débit des particules de ciment.
- Dispersion améliorée des particules : La désagglomération par ultrasons disperse efficacement les particules de ciment, garantissant une distribution uniforme de la taille des particules. Cette uniformité est cruciale pour obtenir une résistance et une durabilité constantes des matériaux cimentaires.
- Hydratation améliorée : La surface accrue des particules désagglomérées améliore le processus d'hydratation, ce qui se traduit par une meilleure liaison et une plus grande résistance du produit final. Une meilleure hydratation réduit également le risque de réactions incomplètes et de points faibles dans la matrice du ciment.
- Amélioration de la maniabilité : Des particules de ciment bien dispersées permettent d'obtenir un mélange plus facile à travailler, ce qui facilite le mélange, le coulage et la finition. Cette meilleure maniabilité peut permettre d'accélérer les délais de construction et de réduire les coûts de main-d'œuvre.
- Propriétés mécaniques améliorées : La désagglomération par ultrasons contribue au développement d'une microstructure plus dense et plus homogène dans les matériaux à base de ciment. Il en résulte une amélioration des propriétés mécaniques telles que la résistance à la compression et à la traction.
- Réduction de l'utilisation d'additifs : En obtenant une meilleure dispersion grâce à la désagglomération par ultrasons, le besoin de dispersants chimiques et d'autres additifs peut être minimisé. Cela permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi de diminuer l'impact environnemental de la production de ciment.
- Rapport coût-efficacité : Quel que soit l'investissement initial dans un appareil à ultrasons de qualité industrielle, les avantages à long terme liés à l'amélioration de la qualité du produit, à la réduction de l'utilisation d'additifs et à l'amélioration des performances en font une solution rentable pour l'industrie du ciment.
| Aspect comparatif | Broyage à billes pour les particules de ciment | Désagglomération par ultrasons des particules de ciment |
|---|---|---|
| méthode | Utilise des billes d'acier ou de silice comme moyen de broyage | Utilise des ondes ultrasoniques de haute intensité pour créer une cavitation acoustique et des forces de cisaillement sonomécaniques. |
| Remplacement des agents de broyage | Remplacement fréquent des billes d'acier ou de silice | Pas de média de broyage, ce qui élimine les coûts de remplacement |
| Filtration après traitement | Nécessaire pour filtrer les éléments de broyage | Pas nécessaire, simplification du processus |
| Exigences en matière de nettoyage | Nettoyage laborieux et fastidieux du support de broyage et de la chambre de broyage | Nettoyage minimal, les sondes ultrasoniques sont plus faciles à entretenir |
| Efficacité dans la gamme des particules fines | Inefficace pour les particules dans la zone 0 – Gamme de 100 µm, chronophage | Très efficace pour les particules de taille fine, y compris celles de 0 – Gamme de 100 µm |
| Besoins en dispersants | Grande quantité de dispersant nécessaire | Réduction des besoins en dispersants grâce aux puissantes forces de cavitation et de cisaillement |
| Caractéristiques de l'équipement | Grandes, encombrantes, inefficaces sur le plan énergétique, nécessitant un entretien et un nettoyage importants | Compact, économe en énergie, moins d'entretien, plus facile à manipuler et sûr à utiliser |
Étude de cas : Dispersion de coulis de ciment microfin à l'aide de mélangeurs ultrasoniques
L'équipe de recherche dirigée par Draganović présente une étude complète sur la dispersion de coulis de ciment microfin à l'aide de la technologie des ultrasons en comparaison avec les dissolveurs de laboratoire conventionnels. L'étude se concentre spécifiquement sur les performances du sonicateur UP400St par rapport aux méthodes traditionnelles de dispersion du coulis.
Les chercheurs ont mené une série d'expériences en utilisant diverses techniques de dispersion pour évaluer la distribution de la taille des particules (PSD) et le potentiel zêta des particules de ciment microfines. Les techniques évaluées comprennent le traitement par ultrasons avec le sonicateur UP400St, les dissolveurs de laboratoire à grande vitesse et une combinaison des deux méthodes.
Les résultats révèlent que la dispersion par ultrasons à l'aide du sonicateur UP400St améliore considérablement la distribution de la taille des particules par rapport aux dissolveurs de laboratoire conventionnels. Le sonicateur UP400St atténue efficacement l'agglomération des particules de ciment microfines, produisant une suspension de coulis plus homogène et plus stable. Le traitement par ultrasons améliore la distribution des particules plus petites, ce qui permet d'obtenir une gamme de distribution de taille de particules plus étroite.
L'homogénéisateur à ultrasons UP400St est comparé, en ce qui concerne l'efficacité de la dispersion du coulis de ciment, à un mélangeur de laboratoire ordinaire équipé d'un disque et utilisant la technique du rotor-stator. L'étude a montré que la dispersion par ultrasons n'est pas seulement une méthode efficace, mais qu'elle est même meilleure qu'un mélangeur utilisant la technique du rotor-stator.
(étude et graphique : © Draganović et al., 2020)
En outre, la combinaison des ultrasons avec des dissolveurs de laboratoire conventionnels améliore l'efficacité de la dispersion, permettant d'obtenir une distribution granulométrique encore plus fine que le traitement par ultrasons seul. Cette combinaison permet un meilleur contrôle de la DSP et du potentiel zêta du coulis de ciment microfin dans les opérations par lots. Dans les systèmes à flux continu, la suspension de particules passe automatiquement par la zone du point chaud cavitationnel, rendant inutile toute agitation supplémentaire.
L'étude souligne les performances supérieures du sonicateur UP400St dans la dispersion du coulis de ciment microfin. Le traitement par ultrasons, en particulier lorsqu'il est combiné avec des dissolveurs de laboratoire conventionnels, offre une méthode efficace et efficiente pour obtenir une suspension uniforme et stable de particules de ciment microfines.
Cette recherche fournit une comparaison détaillée entre les méthodes de dispersion par ultrasons et les méthodes conventionnelles, mettant en évidence l'efficacité supérieure de la sonication dans la dispersion du coulis.
(cf. Draganović et al., 2020)
Méthodes de dispersion comparées : Dissolveur Vma-Getzmann Dispermat CV-3 équipé d'un disque de 90 mm, d'un système rotor-stator (R/S) et d'un système d'aspiration. Sonicateur Hielscher UP400St équipé d'une sonotrode H22.
(Étude et photos : ©Draganovic et al., 2020)
Sonicateur à sonde UP400St pour la dispersion de coulis de ciment microfin
(Étude et image : ©Draganovic et al., 2020)
Applications des sonicateurs dans l'industrie du ciment
L'utilisation des effets avantageux des ultrasons de forte puissance dans la désagglomération des particules de ciment et des coulis ouvre de nombreux champs d'application dans l'industrie du ciment, ce qui permet d'améliorer les caractéristiques des matériaux et la qualité du produit final.
- Broyage humide de particules de ciment : La sonication par sonde est une méthode très efficace et économe en énergie pour broyer les particules de ciment. En savoir plus sur le broyage humide du ciment par ultrasons !
- Production de béton à haute performance : Les sonicateurs à sonde sont utilisés pour produire des bétons à hautes performances en assurant une dispersion uniforme des fines particules de ciment et des matériaux cimentaires supplémentaires tels que les cendres volantes et les fumées de silice. Cela permet d'obtenir un béton aux propriétés mécaniques et à la durabilité supérieures.
- Développement de nanocomposites : Dans le domaine de la recherche et du développement, les sonicateurs à sonde facilitent l'incorporation de nanoparticules dans les matrices de ciment, créant ainsi des nanocomposites aux propriétés améliorées, telles qu'une plus grande solidité, une plus grande ténacité et une plus grande résistance à la dégradation de l'environnement.
- Optimisation de la performance des additifs : La désagglomération par ultrasons permet d'optimiser les performances des additifs chimiques, tels que les superplastifiants et les agents entraîneurs d'air, en assurant leur distribution uniforme dans la matrice du ciment. Cela permet d'améliorer la maniabilité et les performances du produit final.
Sonicateurs haute performance pour la dispersion et la désagglomération des particules de ciment
La désagglomération par ultrasons à l'aide de sonicateurs à sonde offre des avantages significatifs pour l'industrie du ciment. En améliorant la dispersion des particules, l'hydratation et la maniabilité, ces appareils contribuent à la production de matériaux cimentaires de haute qualité. Le contrôle précis, l'évolutivité et la polyvalence des sonicateurs à sonde en font des outils précieux pour la recherche et les applications industrielles, favorisant l'innovation et l'efficacité dans la production de ciment.
Hielscher Ultrasonic fournit des sonicateurs de haute performance à tous les niveaux de puissance pour le traitement des particules de ciment et des coulis de ciment, depuis les plus petits lots pour la recherche et le développement jusqu'aux hauts débits pour la désagglomération industrielle du ciment à l'échelle de la production.
- haute efficacité
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- Faible entretien
- CIP (clean-in-place)
Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany
Les ultrasons Hielscher sont réputés pour leur qualité et leurs normes de conception les plus élevées. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration aisée de nos ultrasons dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement gérés par les ultrasons Hielscher.
Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 00,5 à 1,5 ml | n.d. | VialTweeter |
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance pour les applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.
Littérature / Références
- 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.
Qu'il faut savoir
Qu'est-ce que le ciment ?
Le ciment est une substance fine et poudreuse qui sert de liant dans la construction. Mélangé à l'eau, il subit une réaction chimique appelée hydratation et durcit pour devenir un matériau solide. Il est principalement composé de calcaire, d'argile, de coquilles et de silice, et constitue un ingrédient clé du béton, du mortier et d'autres matériaux de construction. La capacité du ciment à durcir et à lier d'autres matériaux le rend essentiel pour la construction de bâtiments, de routes, de ponts et d'autres infrastructures. Le type de ciment le plus courant est le ciment Portland, qui est largement utilisé en raison de sa résistance et de sa polyvalence.
Pourquoi la désagglomération des particules de ciment est-elle importante ?
La désagglomération des particules de ciment est importante car elle garantit une distribution uniforme de la taille des particules, ce qui améliore les performances et la qualité des matériaux à base de ciment. Une bonne désagglomération améliore l'efficacité de l'hydratation, ce qui permet d'obtenir un béton plus solide et plus durable. Elle améliore également la maniabilité des mélanges de ciment, ce qui les rend plus faciles à mélanger, à couler et à finir. En outre, des particules bien dispersées réduisent le besoin d'additifs chimiques, diminuent les coûts de production et minimisent l'impact sur l'environnement. Dans l'ensemble, une désagglomération efficace est cruciale pour obtenir des propriétés mécaniques optimales et une durabilité à long terme dans les projets de construction.
Comment les particules de ciment sont-elles désagglomérées ?
Les particules de ciment sont désagglomérées par différentes méthodes, la désagglomération par ultrasons étant l'une des techniques les plus efficaces. Dans ce processus, des ondes ultrasoniques à haute fréquence sont émises par une sonde immergée dans la boue de ciment. Ces ondes créent des bulles de cavitation intenses qui s'effondrent avec une grande énergie, produisant de puissantes forces de cisaillement et des ondes de choc. Ces forces brisent les particules de ciment agglomérées, assurant ainsi une dispersion uniforme. Les autres méthodes comprennent le mélange mécanique, le broyage et l'utilisation d'agents dispersants, mais la désagglomération par ultrasons est privilégiée pour son efficacité et sa capacité à obtenir une distribution fine et cohérente des particules.
Quel est le rôle de l'eau dans le traitement du ciment ?
L'eau joue un rôle essentiel dans le traitement du ciment. Elle hydrate les différents minéraux du clinker, ce qui confère la fluidité nécessaire à la pâte de ciment. Cependant, la gestion de la teneur en eau est un équilibre délicat. Un excès d'eau peut entraîner des problèmes tels que le ressuage (séparation de l'eau du mélange) et une réduction de la résistance à la compression. Inversement, une teneur en eau insuffisante peut diminuer la maniabilité, rendant le mélange cimentaire difficile à manipuler et donnant des produits plus faibles.
Comment fonctionnent les sonicateurs à sonde ?
Les sonicateurs à sonde sont une catégorie spécifique d'appareils à ultrasons conçus pour disperser et désagglomérer les particules dans diverses suspensions, y compris le ciment. Ces appareils utilisent une sonde ou un pavillon qui émet des ondes ultrasoniques directement dans le milieu, créant des bulles de cavitation qui implosent avec une énergie élevée, entraînant la désagglomération des particules.
Les sonicateurs à sonde fonctionnent en générant des ondes ultrasoniques généralement comprises entre 20 et 30 kHz. La sonde, également appelée sonotrode, est une tige fabriquée à partir de matériaux tels que le titane, qui est immergée dans la boue de ciment. Lorsqu'elle est activée, la sonde vibre à des fréquences ultrasoniques, produisant une cavitation acoustique intense. Cette cavitation implique la formation et l'effondrement violent de bulles microscopiques dans la suspension, ce qui génère de puissantes forces de cisaillement et des ondes de choc. Ces forces brisent les particules agglomérées et favorisent une dispersion uniforme.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.