Miscelazione a ultrasuoni della pasta cementizia per calcestruzzo
La miscelazione a ultrasuoni della pasta cementizia offre grandi vantaggi per la produzione di elementi prefabbricati in stampo, di elementi in calcestruzzo a consistenza di terra umida e per gli impianti di produzione del calcestruzzo. Questi vantaggi comprendono tempi di inizio e fine presa più brevi, un dosaggio inferiore di superfluidificante, un’idratazione più rapida e completa e una maggiore resistenza a compressione.
Le tecnologie tradizionali di miscelazione del calcestruzzo, come la miscelazione durante il trasporto o i miscelatori rotativi, non offrono un’azione di miscelazione sufficiente a disperdere gli agglomerati di particelle di cemento e di altri materiali cementizi, come le ceneri volanti o la silice. Mentre le particelle esterne di questi agglomerati sono esposte all’acqua, le superfici delle particelle interne rimangono asciutte. Ne consegue un’idratazione lenta e incompleta.
Vantaggi della tecnologia di miscelazione a ultrasuoni per il calcestruzzo
La dispersione a ultrasuoni è la tecnologia più avanzata per deagglomerare e disperdere nei liquidi materiali di dimensioni micrometriche e nanometriche. La miscelazione a ultrasuoni utilizza forze di taglio generate dalla cavitazione, più efficaci nella miscelazione di materiali fini rispetto ai miscelatori rotativi e ai miscelatori rotore-statore convenzionali. Nel caso di cemento, silice, ceneri volanti, pigmenti o CNT, la dispersione a ultrasuoni migliora significativamente le prestazioni di questi materiali, poiché migliora la distribuzione delle particelle e il loro contatto con l’acqua.
Durante l’idratazione – la reazione del cemento con l’acqua – le fasi C‑S‑H sviluppano strutture aghiformi. Le immagini sottostanti mostrano la microstruttura della pasta cementizia dopo 5 ore di idratazione. Nella pasta cementizia sottoposta a sonicazione, le fasi C‑S‑H sono lunghe quasi 500nm, mentre nella pasta non sottoposta a sonicazione le fasi C‑S‑H sono lunghe circa 100nm.
Sonicatore UIP16000hdT per la dispersione di materiali da costruzione come cemento, geopolimeri o calcestruzzo.
|
con trattamento a ultrasuoni
|
senza trattamento a ultrasuoni
|
|---|---|
 |
 |
| Pasta di cemento Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Bauhaus University Weimar | |
La miscelazione mediante cavitazione indotta dagli ultrasuoni determina una crescita più rapida delle fasi C‑S‑H.
Temperatura di idratazione
Influenza della sonicazione di potenza (PUS) sulle curve tempo-temperatura delle paste cementizie
Resistenza a compressione
Influenza della sonicazione di potenza (PUS) sulla resistenza a compressione dei prismi di malta
Velocità degli impulsi ultrasonici
Influenza della sonicazione di potenza (PUS) sulla velocità degli impulsi ultrasonici nelle paste cementizie in fase di idratazione
La crescita delle fasi C‑S‑H è correlata alla temperatura della pasta cementizia durante il periodo di idratazione (fare clic sul grafico a destra). Nella pasta cementizia miscelata a ultrasuoni, l’idratazione inizia circa un’ora prima. Un’idratazione anticipata è correlata a un aumento anticipato della resistenza a compressione. La maggiore velocità di idratazione può essere misurata anche tramite la velocità degli impulsi ultrasonici.
Miscelatore a ultrasuoni in linea (UIP1000hdT) per la miscelazione industriale del cemento con funzionamento a flusso continuo.
In particolare per il calcestruzzo prefabbricato e quello a consistenza di terra umida, ciò riduce significativamente il tempo necessario prima di poter estrarre il calcestruzzo dallo stampo. Studi della Bauhaus University (Germania) hanno evidenziato le seguenti riduzioni dei tempi di presa.
| Riferimento | Diff. | Ultrasuoni di potenza | |
|---|---|---|---|
| Inizio presa | 5 hr 15 min | -29% | 3 hr 45 min |
| Fine presa | 6 hr 45 min | -33% | 4 hr 30 min |
| Abbassamento al cono | 122 mm (4,8″) | +30% | 158 mm (6,2″) |
Un altro interessante vantaggio della miscelazione a ultrasuoni è il suo effetto sulla fluidità. Come mostrato nella tabella precedente, l’abbassamento al cono aumenta di circa il 30%. Ciò consente di ridurre il dosaggio dei superfluidificanti.
Integrazione dei miscelatori a ultrasuoni nel processo di produzione del cemento
Hielscher offre miscelatori a ultrasuoni per la dispersione efficace di cemento, silice, ceneri volanti, pigmenti o CNT. Innanzitutto, qualsiasi materiale secco deve essere premiscelato con acqua per formare una pasta ad alta concentrazione ma comunque pompabile. Il miscelatore a ultrasuoni Hielscher deagglomera e disperde le particelle mediante il taglio generato dalla cavitazione. Di conseguenza, l’intera superficie di ogni particella è completamente esposta all’acqua.
Trattamento a ultrasuoni della pasta cementizia
Nel caso della pasta cementizia, l’idratazione inizia dopo il trattamento a ultrasuoni. Pertanto, il miscelatore a ultrasuoni Hielscher deve essere utilizzato in linea, poiché la pasta cementizia non può essere conservata per lunghi periodi. Lo schema sottostante illustra il processo. Nella fase successiva, l’aggregato, come sabbia o ghiaia, viene aggiunto e miscelato con la pasta cementizia. Poiché in questa fase le particelle di cemento sono già ben disperse, la pasta cementizia si miscela bene con l’aggregato. Il calcestruzzo è quindi pronto per essere versato negli stampi per elementi prefabbricati o per essere trasportato. Un serbatoio intermedio accanto al miscelatore a ultrasuoni può essere utilizzato per rendere il trattamento più continuo in caso di domanda irregolare di calcestruzzo.
Scoprite di più sulla deagglomerazione a ultrasuoni delle particelle di cemento!
Dispersione a ultrasuoni di silice, ceneri volanti e nanomateriali
La dispersione di silice, ceneri volanti, pigmenti o altri nanomateriali, come i nanotubi di carbonio, richiede intensità di trattamento e livelli energetici diversi. Per questo motivo, consigliamo un miscelatore a ultrasuoni separato per produrre una sospensione/pasta ben dispersa, da aggiungere successivamente alla miscela di calcestruzzo. Fate clic sull’immagine precedente per visualizzare uno schema di questo processo.
L’apparecchiatura di miscelazione a ultrasuoni necessaria per il passaggio a scala superiore può essere determinata con precisione sulla base di prove su scala pilota utilizzando UIP1000hdT, un potente sonicatore da 1.000 watt per applicazioni su scala pilota. La tabella seguente riporta raccomandazioni generali sui dispositivi in funzione del volume del lotto o della portata della pasta cementizia da trattare.
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| da 0,1 a 10L | da 0,2 a 2L/min | UIP1000hdT, UIP1500hdT |
| da 10 a 50L | da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| da 15 a 150L | da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| non applicabile | da 10 a 50L/min | UIP16000 |
| non applicabile | superiore | gruppo di UIP16000 |
Con una potenza di miscelazione a ultrasuoni fino a 16kW per singola sonda ultrasonica, Hielscher offre la potenza di trattamento necessaria per applicazioni ad alto volume. Questa tecnologia è facile da testare e consente un aumento di scala lineare.
Sonicatore a sonda UP400ST per la dispersione di boiacca di cemento microfine
(Studio e immagine: ©Draganovic et al., 2020)
Contattateci! / Chiedeteci informazioni!
Bibliografia / 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.
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2022): Ultrasonic dispersion of hard dispersed ultrafine milled cement-based grout for water sealing of fractured hard rock. Construction and Building Materials, Volume 317, 2022.
- 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.
- 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 produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni, dalla scala di laboratorio a quella industriale.