Miscelazione ad ultrasuoni per calcestruzzi ad alte prestazioni

L'uso di micro e nanosilice o nanotubi porta a miglioramenti nella resistenza alla compressione del calcestruzzo ad alte prestazioni. L'ultrasonicazione è un mezzo efficace per miscelare, bagnare e disperdere nanomateriali nel cemento o nel calcestruzzo.

La microsilice è oggi ampiamente utilizzata nel calcestruzzo, il che porta ad una maggiore resistenza alla compressione o a calcestruzzi resistenti all'acqua e agli agenti chimici. Ciò può ridurre i costi dei materiali e il consumo energetico. Nuovi nanomateriali, come ad esempio nano silice o nanotubi portare ad ulteriori miglioramenti nella resistenza e nella forza.

Informazioni di fondo concrete

Il calcestruzzo è composto da Cementoad es. cemento Portland e altri materiali cementizi, come ceneri volanti e scorie, aggregati (ghiaia, calcare, granito, sabbia), acqua e additivi chimici. Additivi tipici sono acceleratori o ritardanti, plastificanti, pigmenti, fumo di silice o metakaolina ad alta reattività (HRM). La microsilice è un tipico additivo nel calcestruzzo. Il suo svantaggio è il costo relativamente elevato e la contaminazione che colpisce gli operatori.’ salute.

Ricerca e sviluppo del calcestruzzo

La ricerca concreta cerca i materiali e i processi da utilizzare:

• ridurre i costi dei materiali e i costi energetici
• ottenere un'elevata resistenza iniziale e finale
• migliorare la densità e la resistenza alla compressione
• migliorare la lavorabilità, la pompabilità e la finitura
• migliorare la durata e ridurre la permeabilità
• ridurre le cricche da ritiro, i problemi di spolveramento e delaminazione
• resistenza chimica, ad esempio resistenza al solfato

Miscelazione di cemento e calcestruzzo

Quando si tratta di migliorare le proprietà del calcestruzzo, la tecnologia di miscelazione è importante quanto la composizione del calcestruzzo. La miscelazione è una fase essenziale per la produzione di calcestruzzo uniforme e di alta qualità. Sebbene la composizione del calcestruzzo e dei suoi componenti sia disciplinata da numerose direttive e regolamenti, come ad esempio la norma DIN EN 206, l'effettivo processo di miscelazione del cemento e del calcestruzzo è lasciato all'utente.
È decisivo che l'acqua, il cemento e gli additivi siano dispersi in modo uniforme e distribuiti fino ad una scala fine e che gli agglomerati siano sufficientemente dispersi. Una dispersione o deagglomerazione insufficiente determina proprietà inferiori del calcestruzzo. A causa del basso contenuto d'acqua e dell'elevato dosaggio di additivi, la miscelazione di calcestruzzo autocompattante (SCC) e di calcestruzzo ad altissima resistenza (UHPC) richiede un tempo di miscelazione più lungo o una tecnologia di miscelazione più efficace.

Nanomateriali in calcestruzzo

Durante l'idratazione dei prodotti di idratazione su scala nanometrica del cemento, come gli idrati di calcio si formano nel calcestruzzo indurito. Nano particelle di silice o nanotubi si trasformano in nano particelle di cemento durante la solidificazione del calcestruzzo. Le particelle più piccole portano ad una distanza tra le particelle più breve e ad un materiale più denso e meno poroso. Questo aumenta la resistenza alla compressione e riduce la permeabilità.

Uno dei principali svantaggi delle polveri e dei materiali nanosize, tuttavia, è la tendenza a formare agglomerati durante la bagnatura e la miscelazione. A meno che le singole particelle non siano ben disperse, l'agglomerazione riduce la superficie esposta delle particelle, il che porta a proprietà inferiori del calcestruzzo.

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Miscelazione ultrasonica di nanomateriali

L'ultrasonicazione è un mezzo molto efficace per la miscelazione, la dispersione e deagglomerazione. L'immagine qui sotto mostra un tipico risultato di ultrasuoni dispersione di silice pirogenica pirogenica in acqua.

Iniziando (curva verde) ad una dimensione delle particelle dell'agglomerato di oltre 200 micron (D50) la maggior parte delle particelle sono state ridotte a meno di 200 nanometri.

Miscelazione ad ultrasuoni in qualsiasi scala

Hielscher offre dispositivi di miscelazione ad ultrasuoni per l'uso nella ricerca e nell'elaborazione su larga scala.

Ricerca e sviluppo di laboratorio

Hielscher I dispositivi ad ultrasuoni più piccoli quindi da laboratorio sono lo strumento di miscelazione perfetto per il laboratorio R&D. I dispositivi di laboratorio sono tipicamente utilizzati per la miscelazione ad ultrasuoni di piccoli lotti. I dispositivi ad ultrasuoni Hielscher offrono un accurato controllo dei parametri e un'eccellente riproducibilità per la preparazione della bilancia. In questo modo è facile miscelare diverse formulazioni e determinare l'impatto dell'intensità dell'ultrasonicazione e la durata della sonicazione.

Miscelazione ad ultrasuoni in produzione

L'apparecchiatura di miscelazione ad ultrasuoni necessaria per la pesatura può essere determinata esattamente sulla base dei test di laboratorio. La tabella che segue mostra le raccomandazioni generali dell'apparecchio a seconda del volume del lotto o della portata da elaborare.

Miscelazione in linea

I miscelatori ad ultrasuoni Hielscher sono tipicamente installati in linea. Il materiale viene pompato nel serbatoio del reattore ad ultrasuoni. Lì è esposta ad un'intensa cavitazione ultrasonica. La sonicazione in linea elimina il by-passing poiché tutte le particelle passano attraverso la camera di miscelazione seguendo un percorso definito. Pertanto, l'ultrasonicazione sposta tipicamente la curva di distribuzione granulometrica piuttosto che allargarla.

Robusto e Facile da Pulire

Un reattore di miscelazione ad ultrasuoni è costituito dalla cella di flusso e dalla sonotrodo. Non sono necessari cuscinetti. I reattori a cella di flusso (acciaio inossidabile) sono dotati di geometrie semplici e possono facilmente smontati e pulito. Non ci sono piccoli orifizi o angoli nascosti.

Altre applicazioni degli ultrasuoni per cemento e calcestruzzo

L'uso degli apparecchi ad ultrasuoni Hielscher nella preparazione di cementi e calcestruzzi non si limita alla miscelazione e alla dispersione di premiscele di cemento o calcestruzzi. L'ecografia è un mezzo molto efficace per il degassificazione di liquidi e fanghi. Questo riduce il numero e il volume delle bolle di gas intrappolate nel calcestruzzo dopo l'indurimento.

Dispositivi di setacciatura ad ultrasuoni migliorare il rendimento e la qualità della setacciatura delle polveri per le piccole particelle. Hielscher offre setacci ad ultrasuoni agitati per applicazioni di laboratorio e industriali.