Desaglomeração de partículas de cimento utilizando ultra-sons de potência

Os sonicadores do tipo sonda são frequentemente utilizados para a desaglomeração de partículas de cimento. Este método elimina a necessidade de meios de moagem, simplifica o processo ao tornar desnecessária a filtragem e a limpeza intensiva, e proporciona uma redução eficiente do tamanho das partículas. Além disso, a sonicação reduz a dependência de dispersantes e utiliza equipamento mais compacto e eficiente em termos energéticos, tornando-a uma solução altamente vantajosa para a dispersão e desaglomeração de partículas de cimento.

As vantagens da desaglomeração ultra-sónica de partículas de cimento

O cimento é um dos materiais mais essenciais na construção, amplamente utilizado pelas suas propriedades aglutinantes. No entanto, para se obter um desempenho ótimo é necessária uma distribuição uniforme das partículas, uma vez que as partículas aglomeradas podem afetar negativamente o desempenho do cimento. A desaglomeração ultra-sónica surgiu como uma técnica poderosa para enfrentar este desafio.

A desaglomeração ultra-sónica do cimento utiliza ondas de ultra-sons de alta potência para quebrar os aglomerados de partículas, oferecendo inúmeras vantagens:

• Aumento da dispersão de partículas: A desaglomeração ultra-sónica dispersa eficazmente as partículas de cimento, assegurando uma distribuição uniforme do tamanho das partículas. Esta uniformidade é crucial para alcançar uma resistência e durabilidade consistentes em materiais cimentícios.
• Hidratação melhorada: O aumento da área de superfície das partículas desaglomeradas melhora o processo de hidratação, conduzindo a uma melhor ligação e a uma maior resistência do produto final. A hidratação melhorada também reduz o risco de reacções incompletas e pontos fracos na matriz do cimento.
• Maior capacidade de trabalho: Partículas de cimento bem dispersas resultam numa mistura mais trabalhável, facilitando a mistura, o vazamento e o acabamento. Esta melhor trabalhabilidade pode levar a tempos de construção mais rápidos e a custos de mão de obra reduzidos.
• Propriedades mecânicas melhoradas: A desaglomeração ultra-sónica contribui para o desenvolvimento de uma microestrutura mais densa e homogénea em materiais à base de cimento. Isto resulta em propriedades mecânicas melhoradas, como a resistência à compressão e à tração.
• Redução da utilização de aditivos: Ao conseguir uma melhor dispersão através da desaglomeração ultra-sónica, a necessidade de dispersantes químicos e outros aditivos pode ser minimizada. Isto não só reduz os custos, mas também diminui o impacto ambiental da produção de cimento.
• Custo-eficácia: Independentemente do investimento inicial num ultrassonicador de nível industrial, os benefícios a longo prazo da melhoria da qualidade do produto, da redução da utilização de aditivos e do aumento do desempenho fazem dele uma solução rentável para a indústria do cimento.

Visão geral comparativa: Moagem de Bolas vs. Desaglomeração Ultra-sónica para Partículas de Cimento

Aspeto comparativo	Moagem de bolas para partículas de cimento	Desaglomeração ultra-sónica para partículas de cimento
Método	Utiliza esferas de aço ou de sílica como meios de moagem	Utiliza ondas ultra-sónicas de alta intensidade para criar cavitação acústica e forças de corte sonomecânicas
Substituição de corpos moedores	Substituição frequente das esferas de aço ou de sílica	Sem meios de moagem, eliminando os custos de substituição
Filtragem pós-processo	Necessário para filtrar o material de moagem	Não é necessário, simplificando o processo
Requisitos de limpeza	Limpeza intensiva e demorada do meio de moagem e da câmara	Limpeza mínima, as sondas ultra-sónicas são mais fáceis de manter
Eficiência na gama de partículas finas	Ineficiente para partículas no intervalo 0 – Gama de 100 µm, demorada	Altamente eficaz para tamanhos de partículas finas, incluindo 0 – Gama de 100 µm
Necessidade de dispersante	Necessidade de uma quantidade elevada de dispersante	Necessidade reduzida de dispersantes devido às poderosas forças de cavitação e cisalhamento
Caraterísticas do equipamento	Grande, volumoso, ineficiente em termos energéticos, requer manutenção e limpeza extensivas	Compacto, eficiente em termos energéticos, menos manutenção, mais fácil de manusear e seguro de operar

Estudo de caso: Dispersão de calda de cimento microfina com misturadores ultra-sónicos

A equipa de investigação liderada por Draganović apresenta uma investigação abrangente sobre a dispersão de calda de cimento microfina utilizando a tecnologia de ultra-sons em comparação com os dissolventes de laboratório convencionais. O estudo foca especificamente no desempenho do sonicador UP400St em relação aos métodos tradicionais de dispersão de calda de cimento.

Os investigadores realizaram uma série de experiências empregando várias técnicas de dispersão para avaliar a distribuição do tamanho das partículas (PSD) e o potencial zeta das partículas microfinas de cimento. As técnicas avaliadas incluem o tratamento por ultra-sons com o sonicador UP400St, dissolventes laboratoriais de alta velocidade e uma combinação de ambos os métodos.

Os resultados revelam que a dispersão por ultra-sons utilizando o sonicador UP400St melhora significativamente a distribuição do tamanho das partículas em comparação com os dissolventes de laboratório convencionais. O sonicador UP400St atenua eficazmente a aglomeração de partículas microfinas de cimento, produzindo uma suspensão de calda de cimento mais homogénea e estável. O tratamento por ultra-sons melhora a distribuição de partículas mais pequenas, resultando numa gama de distribuição de tamanho de partículas mais estreita.
 

 
Além disso, a combinação de ultra-sons com dissolventes laboratoriais convencionais aumenta a eficiência da dispersão, alcançando uma distribuição de tamanho de partículas ainda mais fina do que o tratamento por ultra-sons isoladamente. Esta combinação permite um melhor controlo sobre a PSD e o potencial zeta da calda de cimento microfina em operações de lote. Em sistemas de fluxo contínuo, a suspensão de partículas passa automaticamente pela zona de ponto quente cavitacional, tornando desnecessária a agitação adicional.

O estudo sublinha o desempenho superior do sonicador UP400St na dispersão de calda de cimento microfina. O tratamento por ultra-sons, especialmente quando combinado com dissolventes de laboratório convencionais, oferece um método eficaz e eficiente para obter uma suspensão uniforme e estável de partículas de cimento microfino.

Esta investigação fornece uma comparação detalhada entre os métodos de dispersão por ultra-sons e os métodos de dispersão convencionais, destacando a eficácia superior da sonicação na dispersão da calda de cimento.
(cf. Draganović et al., 2020)
 

 

Aplicações dos Sonicadores na Indústria do Cimento

A utilização dos efeitos vantajosos dos ultra-sons de alta potência na desaglomeração de partículas de cimento e caldas de cimento abre numerosos campos de aplicação na indústria cimenteira, permitindo melhorar as caraterísticas do material e a qualidade do produto final.

• Moagem húmida de partículas de cimento: A sonicação do tipo sonda é um método altamente eficaz e eficiente em termos energéticos para moer partículas de cimento. Leia mais sobre a moagem húmida de cimento por ultra-sons!
• Produção de betão de elevado desempenho: Os sonicadores do tipo sonda são utilizados para produzir betão de elevado desempenho, assegurando a dispersão uniforme de partículas finas de cimento e materiais cimentícios suplementares, como cinzas volantes e sílica ativa. Isto conduz a um betão com propriedades mecânicas e durabilidade superiores.
• Desenvolvimento de nanocompósitos: Na investigação e desenvolvimento, os sonicadores do tipo sonda facilitam a incorporação de nanopartículas em matrizes de cimento, criando nanocompósitos com propriedades melhoradas, tais como maior resistência, tenacidade e resistência à degradação ambiental.
• Otimização do desempenho dos aditivos: A desaglomeração por ultra-sons ajuda a otimizar o desempenho dos aditivos químicos, como os superplastificantes e os agentes de retenção de ar, assegurando a sua distribuição uniforme na matriz de cimento. Isto leva a uma melhor trabalhabilidade e desempenho do produto final.

Sonicadores de alto desempenho para dispersão e desaglomeração de partículas de cimento

A desaglomeração ultra-sónica utilizando sonicadores do tipo sonda oferece vantagens significativas para a indústria do cimento. Ao aumentar a dispersão das partículas, melhorar a hidratação e aumentar a trabalhabilidade, estes dispositivos contribuem para a produção de materiais cimentícios de alta qualidade. O controlo preciso, a escalabilidade e a versatilidade dos sonicadores de tipo sonda tornam-nos ferramentas valiosas tanto para a investigação como para aplicações industriais, impulsionando a inovação e a eficiência na produção de cimento.

A Hielscher Ultrasonic fornece sonicadores de alto desempenho em qualquer nível de potência para o processamento de partículas de cimento e calda de cimento, desde lotes mais pequenos para Investigação + Desenvolvimento até aos de alto rendimento para a desaglomeração industrial de cimento à escala de produção.

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: