Mélange par ultrasons pour un béton à haute performance

L'utilisation de micro- et nanosilice ou de nanotubes permet d'améliorer la résistance à la compression du béton à haute performance. Les ultrasons sont un moyen efficace pour mélanger, mouiller et disperser les nanomatériaux dans le ciment ou le béton.
 

Cimenterie industrielleLa micro silice est aujourd'hui largement utilisée dans le béton, ce qui permet d'obtenir une résistance à la compression plus élevée ou des bétons résistants à l'eau et aux produits chimiques. Cela permet de réduire les coûts des matériaux et l'utilisation de l'énergie. Les nouveaux nanomatériaux, tels que la nano-silice ou les nanotubes, permettent d'améliorer encore la résistance et la solidité. Mais pour exploiter tout le potentiel des nanomatériaux, il faut une technique de dispersion fiable et efficace. Les sonicateurs à sonde constituent la technique la plus fiable et la plus efficace pour produire une nano-dispersion, même dans des boues très visqueuses et pâteuses telles que le ciment et le béton.

Dispersion de coulis de ciment microfin à l'aide de mélangeurs ultrasoniques

L'équipe de recherche de Draganović présente un article de recherche, les auteurs étudient la dispersion du coulis de ciment microfin en utilisant la technologie des ultrasons et des dissolveurs de laboratoire conventionnels. L'étude vise à comparer les performances des dissolveurs à ultrasons et des dissolveurs conventionnels de laboratoire. – dans l'étude, en particulier le sonicateur UP400St – avec les méthodes traditionnelles de dispersion des coulis.

Les chercheurs ont mené une série d'expériences en utilisant différentes techniques de dispersion pour évaluer la distribution de la taille des particules (PSD) et le potentiel zêta des particules de ciment microfines. Les techniques de dispersion comprennent le traitement par ultrasons à l'aide du sonicateur UP400St, les dissolveurs de laboratoire à grande vitesse et la combinaison des deux méthodes.

Disperseur ultrasonique MultiSonoReactor avec une capacité de dispersion de 16 000 watts pour le mélange de nanoparticules dans la pâte de ciment.

MultiSonoReactor MSR-4 : dispersion ultrasonique en ligne pour la production industrielle en ligne de ciment et de béton à haute performance.

Les résultats ont montré que la dispersion par ultrasons à l'aide du sonicateur UP400St permettait d'obtenir une distribution granulométrique nettement meilleure que celle obtenue avec les dissolveurs de laboratoire conventionnels. Le sonicateur UP400St réduit efficacement l'agglomération des particules de ciment microfines et produit une suspension de coulis plus homogène et plus stable. Le traitement aux ultrasons améliore la distribution des particules plus petites, ce qui permet d'obtenir une gamme de distribution de taille de particules plus étroite.
 

Le sonicateur Hielscher UP400S permet de disperser le coulis de ciment ultrafin de la manière la plus efficace et la plus fiable qui soit. Dans l'étude comparative, le sonicateur à sonde a clairement surpassé le disperseur à rotor-stator et le dissolveur à disque.

Méthodes de dispersion comparées : Dissolveur Vma-Getzmann Dispermat CV-3 équipé d'un disque de 90 mm et d'un système rotor-stator. Appareil à ultrasons Hielscher UP400St équipé d'une sonotrode H22.
(Étude et photos : ©Draganovic et al., 2020)

 
En outre, l'utilisation d'ultrasons en combinaison avec des dissolveurs de laboratoire conventionnels améliore encore l'efficacité de la dispersion, permettant d'obtenir une distribution granulométrique encore plus fine par rapport au traitement par ultrasons seul. Lorsqu'elle est combinée, la sonication assure le micro-mélange et la nano-dispersion, tandis que le dissolveur contribue au macro-mélange en veillant à ce que toutes les particules pénètrent dans la zone de cavitation ultrasonique. Cela permet de mieux contrôler la distribution de la taille des particules (PSD) et le potentiel zêta du coulis de ciment microfin dans le cadre d'une opération par lots. Lors de l'utilisation d'un réacteur à cellules d'écoulement, la suspension de particules passe automatiquement dans la zone de cavitation, de sorte que l'agitation supplémentaire est superflue.

Dans l'ensemble, l'étude met en évidence les performances supérieures du sonicateur UP400St dans la dispersion des coulis de ciment microfins. Le traitement par ultrasons, en particulier lorsqu'il est combiné avec des dissolvants de laboratoire conventionnels, offre une méthode très efficace et efficiente pour obtenir une suspension uniforme et stable de particules de ciment microfines.

Il convient de noter que l'article fournit une comparaison complète entre les méthodes de dispersion par ultrasons et les méthodes conventionnelles, mettant en évidence les performances supérieures de la sonication dans la dispersion du coulis.
(cf. Draganović et al., 2020)
 

L'homogénéisation par ultrasons a donné les meilleurs résultats pour la dispersion des gouttes de ciment Portland par rapport à un mélangeur de laboratoire équipé d'un disque et à un mélangeur à rotor-stator.

L'homogénéisateur à ultrasons UP400St est comparée en ce qui concerne l'efficacité de la dispersion du coulis de ciment avec un mélangeur de laboratoire ordinaire équipé d'un disque, et en 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)

Demande d'information





 

La vidéo montre le mélange et la dispersion par ultrasons du graphite dans 250 ml de résine époxy (Toolcraft L), à l'aide d'un homogénéisateur à ultrasons (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics fabrique des équipements pour disperser le graphite, le graphène, les nanotubes de carbone, les nanofils ou les charges en laboratoire ou dans des processus de production à haut volume. Les applications typiques sont la dispersion de nanomatériaux et de micro-matériaux pendant le processus de fonctionnalisation ou la dispersion dans des résines ou des polymères.

Mélanger la résine époxy avec la charge de graphite à l'aide de l'homogénéisateur ultrasonique UP400St (400 Watts).

Vignette vidéo

 

Recherche et développement dans le domaine du béton

La recherche sur le béton s'intéresse aux matériaux et aux procédés permettant de :

  • réduire les coûts des matériaux et de l'énergie
  • obtenir une résistance initiale et finale élevée
  • améliorer la densité et la résistance à la compression
  • améliorer l'ouvrabilité, la pompabilité et la finition
  • améliorer la durabilité et réduire la perméabilité
  • réduisent les fissures de retrait, les problèmes d'empoussièrement et de délamination
  • la résistance chimique, par exemple la résistance au sulfate

Mélange de ciment et de béton

Un mélange insuffisant entraîne des propriétés de béton inférieures.Lorsqu'il s'agit d'améliorer les propriétés du béton, la technologie du malaxage est aussi importante que la composition du béton. Le malaxage est une étape essentielle dans la production d'un béton uniforme et de haute qualité. Bien que de nombreuses directives et réglementations, telles que la norme DIN EN 206, couvrent la composition du béton et de ses composants, le processus de mélange du ciment et du béton est laissé à l'appréciation de l'utilisateur.
Il est décisif que l'eau, le ciment et les adjuvants soient uniformément dispersés et répartis jusqu'à une échelle fine et que les agglomérats soient suffisamment dispersés. Une dispersion ou une désagglomération insuffisante entraîne une dégradation des propriétés du béton. En raison de la faible teneur en eau et du dosage élevé en adjuvants, le mélange du béton autoplaçant (SCC) et du béton à ultra-haute résistance (UHPC) nécessite un temps de mélange plus long ou une technologie de mélange plus efficace.

Les nanomatériaux dans le béton

Pendant l'hydratation du ciment, des produits d'hydratation à l'échelle nanométrique, tels que des hydrates de calcium, se forment dans le béton durcissant. Les nanoparticules de silice ou les nanotubes se transforment en nanoparticules de ciment lors de la solidification du béton. Des particules plus petites réduisent la distance entre les particules et donnent un matériau plus dense et moins poreux. Cela augmente la résistance à la compression et réduit la perméabilité.

L'un des principaux inconvénients des poudres et matériaux de taille nanométrique est la tendance à former des agglomérats lors de l'humidification et du mélange. À moins que les particules individuelles ne soient bien dispersées, l'agglomération réduit la surface exposée des particules, ce qui entraîne des propriétés de béton inférieures.

Ultrasons pour la désagglomération des nanoparticules et la dispersion fiable et uniforme des nanomatériaux dans le ciment et le béton

Le processeur à ultrasons UIP16000 est un homogénéisateur haute performance pour la dispersion du ciment et du béton.

Cliquez ici pour en savoir plus sur les avantages du mélange par ultrasons des pâtes de ciment pour les usines de préfabrication, de préfabrication à sec et de béton.

Mélange ultrasonique de nanomatériaux

Les ultrasons sont un moyen très efficace pour mélanger, disperser et désagglomérer. L'image ci-dessous montre un résultat typique de la dispersion par ultrasons de silice pyrogénée dans l'eau.

Mélange ultrasonique de fumée de silice (micro silice)

À partir (courbe verte) d'une taille de particules agglomérées de plus de 200 microns (D50), la plupart des particules ont été réduites à moins de 200 nanomètres.

Mélange par ultrasons à toutes les échelles

Hielscher propose des appareils de mélange à ultrasons pour la recherche et le traitement à grande échelle.

Sonicateurs pour la recherche et le développement en laboratoire

Les homogénéisateurs de laboratoire à ultrasons Hielscher sont l'outil de mélange idéal pour la recherche et le développement à l'échelle du laboratoire. Les sonicateurs de laboratoire Hielscher sont généralement utilisés pour le mélange par ultrasons de petits lots. Les homogénéisateurs ultrasoniques Hielscher offrent un contrôle précis des paramètres et une excellente reproductibilité pour la préparation de la mise à l'échelle. Il est ainsi facile de mélanger différentes formulations et de déterminer l'impact de l'intensité et de la durée de l'ultrasonication.

Mélange en ligne par ultrasons en production

Béton prêt à l'emploiL'équipement de mélange par ultrasons nécessaire à la mise à l'échelle peut être déterminé avec précision sur la base des essais en laboratoire. Pour le traitement de grands volumes de ciment ou de béton, les mélangeurs à ultrasons haute performance sont généralement utilisés en mode de flux continu, avec des réacteurs à écoulement continu. Cela permet un mélange très uniforme et un traitement parfait des pâtes et des boues. – même avec des viscosités très élevées.

Dispersion ultrasonique de la nano-silice : L'homogénéisateur ultrasonique UP400St de Hielscher disperse rapidement et efficacement les nanoparticules de silice en une nano-dispersion uniforme.

Dispersion par ultrasons de la nano-silice à l'aide de l'appareil à ultrasons UP400St

Vignette vidéo

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons en fonction du volume du lot ou du débit à traiter :

Volume du lotdébitDispositifs recommandés
1 à 500mL10 à 200mL/minUP100H
10 à 2000mL20 à 400mL/minUP200Ht, UP400ST
0.1 à 20L0.2 à 4L/minUIP2000hdT
10 à 100L2 à 10L/minUIP4000hdt
15 à 150L3 à 15L/minUIP6000hdT
n.d.10 à 100L/minUIP16000
n.d.plus grandegroupe de UIP16000

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Demande d'informations complémentaires

Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous pour demander des informations complémentaires sur les mélangeurs à ultrasons, les applications liées au ciment, les données techniques et les prix. Nous serons heureux de discuter avec vous de votre processus de mélange de ciment et de vous proposer un mélangeur ultrasonique à haut cisaillement répondant à vos exigences !









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Littérature / Références


Mélange en ligne du ciment à l'aide d'un sonicateur

Mélange par ultrasons - organigrammeLes mélangeurs à ultrasons Hielscher sont généralement installés en ligne. Le matériau est pompé dans la cuve du réacteur à ultrasons. Il y est exposé à une cavitation ultrasonique intense. La sonication en ligne élimine le by-pass, car toutes les particules passent dans la chambre de mélange en suivant un chemin défini. Par conséquent, la sonication déplace généralement la courbe de distribution de la taille des particules au lieu de l'élargir.

Robuste et facile à nettoyer

Réacteur ultrasonique en acier inoxydable pour la sonication de liquides.Un réacteur de mélange à ultrasons se compose d'une cellule d'écoulement et de sonotrodes. Aucun palier n'est nécessaire. Les réacteurs à cellule d'écoulement (acier inoxydable) ont des géométries simples et peuvent être facilement démontés et nettoyés. Il n'y a pas de petits orifices ou de coins cachés.

Autres applications des ultrasons pour le ciment et le béton

L'utilisation des appareils à ultrasons Hielscher dans la préparation des ciments et des bétons ne se limite pas au mélange et à la dispersion des prémélanges de ciment ou des bétons. Les ultrasons sont un moyen très efficace pour dégazer les liquides et les boues. Ils réduisent le nombre et le volume des bulles de gaz piégées dans le béton après le durcissement.
Tamiseuses à ultrasons améliorer le rendement et la qualité du tamisage des poudres pour les petites particules. Hielscher propose des tamis à agitation ultrasonique pour les applications industrielles et de laboratoire.

Informations générales sur le béton

Le béton est composé de ciment, par exemple le ciment Portland et d'autres matériaux cimentaires, tels que les cendres volantes et le ciment de laitier, de granulats (gravier, calcaire, granit, sable), d'eau et d'adjuvants chimiques. Les adjuvants typiques comprennent les accélérateurs ou les retardateurs, les plastifiants, les pigments, la fumée de silice ou le métakaolin à haute réactivité (HRM). La micro silice est un adjuvant typique du béton. Son inconvénient est son coût relativement élevé et sa contamination qui affecte la santé des opérateurs et des travailleurs.

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