Miscelazione ad ultrasuoni della pasta di cemento per calcestruzzo

La miscelazione ad ultrasuoni della pasta di cemento offre grandi vantaggi per la prefabbricazione, il drycast e gli impianti di calcestruzzo. Questo include: Tempo di presa iniziale e finale più breve, dosaggio inferiore di superfluidificante, idratazione più rapida e completa e maggiore resistenza alla compressione.

Tecnologie tradizionali di miscelazione del calcestruzzo, quali “miscelazione su strada” o i mescolatori rotanti non forniscono un'azione di miscelazione sufficiente a disperdere gli agglomerati di particelle di cemento e altri materiali cementizi, come ceneri volanti o silice. Mentre le particelle esterne di tali agglomerati sono esposte all'acqua, le superfici interne delle particelle 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 materiali di dimensioni micron e nano nei liquidi. La miscelazione a ultrasuoni utilizza forze di taglio cavitazionali che sono più efficaci nella miscelazione di materiali di dimensioni fini rispetto ai miscelatori rotativi convenzionali e ai miscelatori rotore-statore. Per il cemento, la silice, le ceneri volanti, i pigmenti o i CNT, le prestazioni di questi materiali aumentano significativamente con la dispersione a ultrasuoni, poiché migliora la distribuzione delle particelle e il contatto con l'acqua.
Durante l'idratazione – la reazione del cemento con l'acqua – Le fasi C-S-H-fasi crescono come strutture ad ago. Le immagini seguenti mostrano la microstruttura in pasta di cemento dopo 5 ore di idratazione. Nella pasta di cemento ultrasonico, le fasi C-S-H sono lunghe quasi 500 nm, mentre nella pasta non risonante, le fasi C-S-H sono di circa 100 nm.
 

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I disperditori ad ultrasuoni migliorano la lavorazione e la qualità del cemento.

Miscelatore ad ultrasuoni in linea (UIP1000hdT)

Microstruttura della pasta di cemento dopo 5 ore di idratazione
con elaborazione ad ultrasuoni
senza elaborazione ad ultrasuoni
Microstruttura della pasta di cemento dopo la lavorazione ad ultrasuoni e 5 ore di lavoro Microstruttura in pasta di cemento senza lavorazione ad ultrasuoni e 5 ore
Pasta di cemento Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Università Bauhaus di Weimar

 
La miscelazione cavitazionale a ultrasuoni porta a una crescita più rapida delle fasi C-S-H.

 
Temperatura di idratazione

Influenza dell'ultrasonicazione di potenza (PUS) sulle curve tempo-temperatura delle paste cementizie

Influenza dell'ultrasonicazione di potenza (PUS) sulle curve tempo-temperatura delle paste cementizie

 
Forza di compressione
Influenza dell'ultrasonicazione di potenza (PUS) sulla forza di compressione dei prismi della malta.
 
Velocità di impulso ad ultrasuoni

Influenza dell'ultrasonicazione di potenza (PUS) sulla velocità dell'impulso ultrasonico delle paste cementizie idratanti

Influenza dell'ultrasonicazione di potenza (PUS) sulla velocità dell'impulso ultrasonico delle paste cementizie idratanti

 

La crescita delle fasi C-S-H-fasi C-S-H è correlata alla temperatura della pasta di cemento durante il periodo di idratazione (cliccare sul grafico a destra). Nella pasta di cemento miscelata ad ultrasuoni, il l'idratazione inizia circa un'ora prima. L'idratazione precoce è correlata al precedente aumento della forza di compressione (fare clic sul grafico a destra). La maggiore velocità di idratazione può essere misurata anche dalla velocità dell'impulso ad ultrasuoni.

In particolare per il calcestruzzo prefabbricato e gettato a secco, questo porta a tempi notevolmente più brevi fino a quando il calcestruzzo gettato può essere prelevato dallo stampo. Studi dell'Università Bauhaus (Germania) ha mostrato la seguente riduzione dei tempi di set.

Riferimento Diff. Potenza Ultrasuoni
Set iniziale 5 ore 15 min. -29% 3 ore e 45 minuti
Set finale 6 ore e 45 minuti -33% 4 ore 30 min.
Gobbo 122 mm (4,8″) +30% 158 mm (6.2″)

Un altro interessante vantaggio della miscelazione ad ultrasuoni è l'influenza sulla fluidità. Come mostrato nella tabella precedente, il metodo aumenti di crollo di circa il 30%. Ciò consente di ridurre il dosaggio dei superfluidificanti.
 

Integrazione di processo dei miscelatori a ultrasuoni nella produzione di cemento

Hielscher offre miscelatori a ultrasuoni per la dispersione efficace di cemento, silice, ceneri volanti, pigmenti o CNT. In primo luogo, qualsiasi materiale secco deve essere premiscelato con acqua per formare un'alta concentrazione. – ma pasta pompabile. Il miscelatore a ultrasuoni Hielscher deagglomera e disperde le particelle utilizzando il taglio cavitazionale. In questo modo, l'intera superficie di ogni particella è completamente esposta all'acqua.

Lavorazione ad ultrasuoni della pasta di cemento

Nel caso della pasta di cemento, l'idratazione inizia dopo la lavorazione a ultrasuoni. Pertanto, il miscelatore a ultrasuoni Hielscher deve essere utilizzato in linea, poiché la pasta di cemento non può essere conservata per lunghi periodi. Il disegno schematico sottostante illustra il processo. Nella fase successiva, l'aggregato, come sabbia o ghiaia, viene aggiunto e mescolato con la pasta di cemento. Poiché le particelle di cemento sono già ben disperse in questa fase, la pasta di cemento si mescola bene con l'aggregato. Il calcestruzzo è quindi pronto per essere riempito in stampi prefabbricati o per il trasporto. Una vasca di rottura accanto al mescolatore a ultrasuoni può essere utilizzata per lavorare in modo più continuo in caso di domanda di calcestruzzo instabile.

Miscelazione ad ultrasuoni in linea di cemento per la produzione di prefabbricati

Dispersione ad ultrasuoni di silice, cenere volante e nanomateriali

Miscelazione ad ultrasuoni in linea di cemento per la produzione di prefabbricatiLa dispersione di silice, ceneri volanti, pigmenti o altri nanomateriali, come i nanotubi di carbonio, richiede altre intensità di lavorazione e livelli di energia. Per questo motivo si consiglia di utilizzare un miscelatore a ultrasuoni separato per produrre un impasto ben disperso da aggiungere poi al conglomerato cementizio. Per un disegno schematico di questo processo, fare clic sul grafico qui sopra.

Calcestruzzo pronto all'usoL'apparecchiatura di miscelazione a ultrasuoni necessaria per l'ampliamento della scala può essere determinata con esattezza sulla base di test su scala pilota utilizzando una Set UIP1000hd (1.000 watt). La tabella seguente riporta le raccomandazioni generali dell'apparecchio in funzione del volume del lotto o della portata della pasta cementizia da lavorare.

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
0.1 a 10L 0.2 a 2L/min UIP1000hdT, UIP1500hdT
10 a 50L 2 - 10L/min UIP4000hdT
Da 15 a 150L Da 3 a 15L/min UIP6000hdT
n.a. Da 10 a 50L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

Con una potenza di miscelazione ad ultrasuoni fino a 16 kW per singolo dispositivo, Hielscher offre la potenza di elaborazione necessaria per applicazioni ad alto volume. Questa tecnologia è facile da testare e scala su lineare.

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Hielscher's ultrasonic dispersion technology improves cement precasts.

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