Deagglomerazione delle particelle di cemento mediante ultrasuoni di potenza
La deagglomerazione a ultrasuoni con sonicatori a sonda offre un'alternativa superiore, superando questi problemi. Questo metodo elimina la necessità di mezzi di macinazione, semplifica il processo eliminando la necessità di una filtrazione post-processo e di una pulizia intensiva e fornisce un'efficiente riduzione delle dimensioni delle particelle nella gamma delle particelle fini. Inoltre, riduce l'uso di disperdenti e utilizza apparecchiature più compatte ed efficienti dal punto di vista energetico, rappresentando una soluzione estremamente vantaggiosa per la dispersione e la deagglomerazione delle particelle di cemento.
I vantaggi della deagglomerazione a ultrasuoni delle particelle di cemento
Il cemento è uno dei materiali più essenziali per l'edilizia, ampiamente utilizzato per le sue proprietà leganti. Tuttavia, per ottenere prestazioni ottimali è necessaria una distribuzione uniforme delle particelle, poiché le particelle agglomerate possono influire negativamente sulle prestazioni del cemento. La deagglomerazione a ultrasuoni è emersa come una tecnica potente per affrontare questa sfida.
Sonicatori industriali per la deagglomerazione di particelle di cemento ad alta produttività.
- Miglioramento della dispersione delle particelle: La deagglomerazione a ultrasuoni disperde efficacemente le particelle di cemento, garantendo una distribuzione granulometrica uniforme. Questa uniformità è fondamentale per ottenere una resistenza e una durata costanti nei materiali cementizi.
- Idratazione migliorata: La maggiore superficie delle particelle deagglomerate migliora il processo di idratazione, determinando un migliore legame e una maggiore resistenza del prodotto finale. Una migliore idratazione riduce anche il rischio di reazioni incomplete e di punti deboli nella matrice di cemento.
- Maggiore lavorabilità: Le particelle di cemento ben disperse danno luogo a una miscela più lavorabile, che facilita la miscelazione, il versamento e la finitura. Questa migliore lavorabilità può portare a tempi di costruzione più rapidi e a una riduzione dei costi di manodopera.
- Migliori proprietà meccaniche: La deagglomerazione a ultrasuoni contribuisce allo sviluppo di una microstruttura più densa e omogenea nei materiali a base di cemento. Ciò si traduce in un miglioramento delle proprietà meccaniche, come la resistenza alla compressione e alla trazione.
- Riduzione dell'uso di additivi: Ottenendo una migliore dispersione attraverso la deagglomerazione a ultrasuoni, è possibile ridurre al minimo la necessità di disperdenti chimici e altri additivi. Questo non solo riduce i costi, ma anche l'impatto ambientale della produzione di cemento.
- Costo-efficacia: Indipendentemente dall'investimento iniziale in un ultrasuonatore industriale, i vantaggi a lungo termine derivanti dal miglioramento della qualità del prodotto, dalla riduzione dell'uso di additivi e dal miglioramento delle prestazioni ne fanno una soluzione economicamente vantaggiosa per l'industria del cemento.
| Aspetto comparativo | Macinazione a sfere per particelle di cemento | Deagglomerazione a ultrasuoni per particelle di cemento |
|---|---|---|
| Metodo | Utilizza sfere d'acciaio o di silice come mezzi di macinazione | Utilizza onde ultrasoniche ad alta intensità per creare cavitazione acustica e forze di taglio sonomeccaniche. |
| Sostituzione dei mezzi di macinazione | Sostituzione frequente delle sfere in acciaio o in silice | Nessun supporto per la macinazione, eliminando i costi di sostituzione |
| Filtrazione post-processo | Necessario per filtrare i mezzi di macinazione | Non necessario, semplificazione del processo |
| Requisiti di pulizia | La pulizia dei mezzi di macinazione e della camera di lavoro richiede molto tempo e fatica. | Pulizia minima, le sonde a ultrasuoni sono più facili da mantenere |
| Efficienza nella gamma di particelle fini | Inefficiente per le particelle nella zona 0 – Intervallo di 100 µm, richiede tempo | Altamente efficace per le dimensioni delle particelle fini, incluso lo 0 – Gamma 100 µm |
| Requisito del disperdente | Necessità di un'elevata quantità di disperdente | Riduzione della necessità di disperdenti grazie alle potenti forze di cavitazione e di taglio |
| Caratteristiche dell'apparecchiatura | Grandi, ingombranti, poco efficienti dal punto di vista energetico, richiedono una manutenzione e una pulizia approfondite. | Compatto, efficiente dal punto di vista energetico, riduce la manutenzione, è più facile da maneggiare e sicuro da utilizzare. |
Caso di studio: Dispersione di boiacca di cemento microfine con miscelatori a ultrasuoni
Il team di ricerca guidato da Draganović presenta un'indagine completa sulla dispersione di boiacca di cemento microfine utilizzando la tecnologia a ultrasuoni rispetto ai tradizionali dissolutori da laboratorio. Lo studio si concentra in particolare sulle prestazioni del sonicatore UP400St rispetto ai metodi tradizionali di dispersione della boiacca.
I ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti utilizzando diverse tecniche di dispersione per valutare la distribuzione dimensionale delle particelle (PSD) e il potenziale zeta delle particelle di cemento microfine. Le tecniche valutate includono il trattamento a ultrasuoni con il sonicatore UP400St, dissolutori di laboratorio ad alta velocità e una combinazione di entrambi i metodi.
I risultati rivelano che la dispersione a ultrasuoni con il sonicatore UP400St migliora significativamente la distribuzione delle dimensioni delle particelle rispetto ai dissolutori di laboratorio convenzionali. Il sonicatore UP400St attenua efficacemente l'agglomerazione delle particelle di cemento microfine, producendo una sospensione di boiacca più omogenea e stabile. Il trattamento a ultrasuoni migliora la distribuzione delle particelle più piccole, con un conseguente restringimento dell'intervallo di distribuzione granulometrica.
L'omogeneizzatore a ultrasuoni UP400St è stato confrontato per quanto riguarda l'efficienza di dispersione della boiacca di cemento con un normale miscelatore da laboratorio dotato di disco e che utilizza la tecnica del rotore-statore. Lo studio ha dimostrato che la dispersione a ultrasuoni non solo è un metodo efficace, ma è addirittura migliore di un miscelatore che utilizza la tecnica del rotore-statore.
(studio e grafico: © Draganović et al., 2020)
Inoltre, la combinazione degli ultrasuoni con i dissolutori di laboratorio convenzionali migliora l'efficienza della dispersione, ottenendo una distribuzione granulometrica ancora più fine rispetto al solo trattamento a ultrasuoni. Questa combinazione consente di migliorare il controllo della PSD e del potenziale zeta della boiacca di cemento microfine nelle operazioni in batch. Nei sistemi a flusso continuo, la sospensione di particelle passa automaticamente attraverso la zona dei punti caldi di cavitazione, rendendo superflua un'ulteriore agitazione.
Lo studio sottolinea le prestazioni superiori del sonicatore UP400St nella dispersione di boiacche di cemento microfini. Il trattamento a ultrasuoni, soprattutto se combinato con i tradizionali dissolutori da laboratorio, offre un metodo efficace ed efficiente per ottenere una sospensione uniforme e stabile delle particelle di cemento microfine.
Questa ricerca fornisce un confronto dettagliato tra gli ultrasuoni e i metodi di dispersione convenzionali, evidenziando l'efficacia superiore della sonicazione nella dispersione della boiacca.
(cfr. Draganović et al., 2020)
Metodi di dispersione a confronto: Dissolutore Vma-Getzmann Dispermat CV-3 dotato di un disco da 90 mm e di un sistema rotore-statore (R/S). Sonicatore Hielscher UP400St dotato di un sonotrodo H22.<br />(Study and pictures: ©Draganovic et al., 2020)
Sonicatore a sonda UP400ST per la dispersione di boiacca di cemento microfine
(Studio e immagine: ©Draganovic et al., 2020)
Applicazioni dei sonicatori nell'industria del cemento
L'utilizzo dei vantaggiosi effetti degli ultrasuoni ad alta potenza nella deagglomerazione di particelle di cemento e boiacca apre numerosi campi di applicazione nell'industria del cemento, consentendo di migliorare le caratteristiche del materiale e la qualità del prodotto finale.
- Macinazione a umido di particelle di cemento: La sonicazione a sonda è un metodo altamente efficace ed efficiente dal punto di vista energetico per macinare le particelle di cemento. Per saperne di più sulla macinazione a umido del cemento con ultrasuoni!
- Produzione di calcestruzzo ad alte prestazioni: I sonicatori a sonda sono utilizzati per produrre calcestruzzo ad alte prestazioni, garantendo una dispersione uniforme delle particelle di cemento fine e dei materiali cementizi supplementari, come ceneri volanti e fumo di silice. In questo modo si ottiene un calcestruzzo con proprietà meccaniche e di durata superiori.
- Sviluppo di nanocompositi: Nella ricerca e nello sviluppo, i sonicatori a sonda facilitano l'incorporazione di nanoparticelle nelle matrici di cemento, creando nanocompositi con proprietà migliorate, come l'aumento della forza, della tenacità e della resistenza al degrado ambientale.
- Ottimizzazione delle prestazioni degli additivi: La deagglomerazione a ultrasuoni contribuisce a ottimizzare le prestazioni degli additivi chimici, come i superfluidificanti e gli agenti aeranti, garantendone la distribuzione uniforme nella matrice cementizia. Ciò consente di migliorare la lavorabilità e le prestazioni del prodotto finale.
Sonicatori ad alte prestazioni per la dispersione e la deagglomerazione delle particelle di cemento
La deagglomerazione a ultrasuoni mediante sonicatori a sonda offre vantaggi significativi per l'industria del cemento. Migliorando la dispersione delle particelle, l'idratazione e la lavorabilità, questi dispositivi contribuiscono alla produzione di materiali cementizi di alta qualità. Il controllo preciso, la scalabilità e la versatilità dei sonicatori a sonda li rendono strumenti preziosi sia per la ricerca che per le applicazioni industriali, favorendo l'innovazione e l'efficienza nella produzione del cemento.
Hielscher Ultrasonic fornisce sonicatori ad alte prestazioni a qualsiasi livello di potenza per il trattamento di particelle di cemento e boiacca di cemento, da lotti più piccoli per la ricerca e lo sviluppo a produzioni elevate per la deagglomerazione del cemento industriale su scala di produzione.
- Alta efficienza
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- Bassa manutenzione
- CIP (clean-in-place)
Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany
Gli ultrasuoni Hielscher sono noti per i loro elevati standard di qualità e design. La robustezza e la facilità d'uso consentono un'agevole integrazione dei nostri ultrasuoni negli impianti industriali. Gli ultrasuonatori Hielscher sono in grado di gestire facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.
Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuonatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 0,5-1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdt |
| Da 15 a 150L | Da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| Da 15 a 150L | Da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.
Letteratura / Riferimenti
- 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.
Particolarità / Cose da sapere
Che cos'è il cemento?
Il cemento è una sostanza fine e polverosa che funge da legante nelle costruzioni. Quando viene mescolato con l'acqua, subisce una reazione chimica chiamata idratazione, indurendosi in un materiale solido. È composto principalmente da calcare, argilla, conchiglie e silice, ed è un ingrediente chiave di calcestruzzo, malta e altri materiali da costruzione. La capacità del cemento di indurire e legare altri materiali lo rende essenziale per la costruzione di edifici, strade, ponti e altre infrastrutture. Il tipo di cemento più comune è il cemento Portland, ampiamente utilizzato per la sua resistenza e versatilità.
Perché è importante la deagglomerazione delle particelle di cemento?
La deagglomerazione delle particelle di cemento è importante perché garantisce una distribuzione granulometrica uniforme, che migliora le prestazioni e la qualità dei materiali a base di cemento. Un'adeguata deagglomerazione migliora l'efficienza dell'idratazione, portando a un calcestruzzo più resistente e durevole. Migliora anche la lavorabilità delle miscele di cemento, rendendole più facili da miscelare, versare e finire. Inoltre, le particelle ben disperse riducono la necessità di additivi chimici, abbassano i costi di produzione e minimizzano l'impatto ambientale. In generale, una deagglomerazione efficace è fondamentale per ottenere proprietà meccaniche ottimali e durata a lungo termine nei progetti edilizi.
Come si deagglomerano le particelle di cemento?
Le particelle di cemento vengono deagglomerate con diversi metodi e la deagglomerazione a ultrasuoni è una delle tecniche più efficaci. In questo processo, le onde ultrasoniche ad alta frequenza vengono emesse da una sonda immersa nel fango di cemento. Queste onde creano intense bolle di cavitazione che collassano con grande energia, producendo potenti forze di taglio e onde d'urto. Queste forze rompono le particelle di cemento agglomerate, garantendo una dispersione uniforme. Altri metodi includono la miscelazione meccanica, la macinazione e l'uso di agenti disperdenti, ma la deagglomerazione a ultrasuoni è preferita per la sua efficienza e la capacità di ottenere una distribuzione fine e uniforme delle particelle.
Qual è il ruolo dell'acqua nella lavorazione del cemento?
L'acqua svolge un ruolo fondamentale nella lavorazione del cemento. Idrata i vari minerali presenti nel clinker e fornisce la fluidità necessaria alla pasta di cemento. Tuttavia, la gestione del contenuto d'acqua è un equilibrio delicato. Un eccesso di acqua può causare problemi come il bleeding (separazione dell'acqua dall'impasto) e la riduzione della resistenza alla compressione. Al contrario, un'acqua insufficiente può diminuire la lavorabilità, rendendo il conglomerato cementizio difficile da maneggiare e dando origine a prodotti più deboli.
Come funzionano i sonicatori a sonda?
I sonicatori a sonda sono una classe specifica di dispositivi a ultrasuoni progettati per disperdere e deagglomerare le particelle in varie sospensioni, compreso il cemento. Questi dispositivi utilizzano una sonda o un corno che emette onde ultrasoniche direttamente nel mezzo, creando bolle di cavitazione che implodono con un'elevata energia, portando alla deagglomerazione delle particelle.
I sonicatori a sonda funzionano generando onde ultrasoniche, in genere nell'intervallo tra 20 e 30 kHz. La sonda, detta anche sonotrodo, è un'asta realizzata in materiali come il titanio che viene immersa nella boiacca di cemento. Quando viene attivata, la sonda vibra a frequenze ultrasoniche, producendo un'intensa cavitazione acustica. Questa cavitazione comporta la formazione e il collasso violento di microscopiche bolle nella boiacca, generando potenti forze di taglio e onde d'urto. Queste forze rompono le particelle agglomerate e favoriscono una dispersione uniforme.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensioni industriali.