Desaglomeração de partículas de cimento com ultrassons de potência

Os sonicadores de 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 desnecessárias a filtração e a limpeza intensiva e proporciona uma redução eficiente do tamanho das partículas. Além disso, a sonicação reduz a dependência de dispersantes e utiliza equipamentos mais compactos e energeticamente eficientes, tornando-se uma solução altamente vantajosa para a dispersão e desaglomeração de partículas de cimento.

As vantagens da desaglomeração ultrassónica de partículas de cimento

O cimento é um dos materiais mais essenciais na construção, sendo amplamente utilizado pelas suas propriedades ligantes. No entanto, alcançar um desempenho ideal exige uma distribuição uniforme das partículas, uma vez que as partículas aglomeradas podem afetar negativamente o desempenho do cimento. A desaglomeração ultrassónica surgiu como uma técnica potente para enfrentar este desafio.

A desaglomeração ultrassónica do cimento utiliza ondas ultrassónicas de alta potência para desfazer aglomerados de partículas, oferecendo inúmeras vantagens:

• Melhor dispersão das partículas: A desaglomeração ultrassónica dispersa eficazmente as partículas de cimento, garantindo uma distribuição granulométrica uniforme. Esta uniformidade é crucial para alcançar uma resistência e uma durabilidade consistentes nos materiais cimentícios.
• Melhor hidratação: O aumento da área superficial das partículas desaglomeradas melhora o processo de hidratação, conduzindo a uma melhor ligação e a uma maior resistência no produto final. A melhoria da hidratação também reduz o risco de reações incompletas e de pontos fracos na matriz de cimento.
• Maior trabalhabilidade: As partículas de cimento bem dispersas resultam numa mistura com maior trabalhabilidade, facilitando a mistura, a colocação e o acabamento. Esta melhoria da trabalhabilidade pode reduzir os tempos de construção e os custos de mão de obra.
• Melhores propriedades mecânicas: A desaglomeração ultrassónica contribui para o desenvolvimento de uma microestrutura mais densa e homogénea nos materiais à base de cimento. Isto resulta em melhores propriedades mecânicas, como a resistência à compressão e à tração.
• Redução da utilização de aditivos: Ao conseguir uma melhor dispersão através da desaglomeração ultrassónica, a necessidade de dispersantes químicos e de outros aditivos pode ser minimizada. Isto não só reduz os custos, como também diminui o impacto ambiental da produção de cimento.
• Relação custo-benefício: Independentemente do investimento inicial num sonicador de nível industrial, os benefícios a longo prazo decorrentes da melhoria da qualidade do produto, da redução da utilização de aditivos e do aumento do desempenho tornam-no uma solução com uma boa relação custo-benefício para a indústria do cimento.

Visão geral comparativa: moagem em moinho de bolas vs. desaglomeração ultrassónica de partículas de cimento

Aspeto comparativo	Moagem em moinho de bolas de partículas de cimento	Desaglomeração ultrassónica de partículas de cimento
Método	Utiliza bolas de aço ou de sílica como meios de moagem	Utiliza ondas ultrassónicas de alta intensidade para criar cavitação acústica e forças de cisalhamento sonomecânicas
Substituição dos meios de moagem	Substituição frequente das bolas de aço ou de sílica	Sem meios de moagem, eliminando os custos de substituição
Filtração após o processo	Necessária para remover os meios de moagem por filtração	Desnecessária, simplificando o processo
Requisitos de limpeza	Limpeza dos meios e da câmara de moagem que exige muita mão de obra e tempo	Limpeza mínima; as sondas ultrassónicas são mais fáceis de manter
Eficiência na gama de partículas finas	Ineficiente para partículas na gama de 0 – 100 µm, exigindo muito tempo	Altamente eficaz para partículas de tamanho fino, incluindo a gama de 0 – 100 µm
Necessidade de dispersante	Necessita de uma grande quantidade de dispersante	Menor necessidade de dispersantes devido à cavitação potente e às forças de cisalhamento
Características do equipamento	Grande, volumoso, energeticamente ineficiente, exige manutenção e limpeza extensas	Compacto, energeticamente eficiente, requer menos manutenção, é mais fácil de manusear e seguro de operar

Estudo de caso: dispersão de calda de cimento microfino com misturadores ultrassónicos

A equipa de investigação liderada por Draganović apresenta uma investigação abrangente sobre a dispersão de calda de cimento microfino utilizando tecnologia ultrassónica, em comparação com dissolutores laboratoriais convencionais. O estudo centra-se especificamente no desempenho do sonicador UP400St em relação aos métodos tradicionais de dispersão de caldas de cimento.

Os investigadores realizaram uma série de experiências utilizando várias técnicas de dispersão para avaliar a distribuição granulométrica (PSD) e o potencial zeta das partículas de cimento microfino. As técnicas avaliadas incluem o tratamento ultrassónico com o sonicador UP400St, dissolutores laboratoriais de alta velocidade e uma combinação de ambos os métodos.

Os resultados revelam que a dispersão ultrassónica com o sonicador UP400St melhora significativamente a distribuição granulométrica em comparação com os dissolutores laboratoriais convencionais. O sonicador UP400St reduz eficazmente a aglomeração das partículas de cimento microfino, produzindo uma suspensão de calda de cimento mais homogénea e estável. O tratamento ultrassónico melhora a distribuição das partículas mais pequenas, resultando numa gama de distribuição granulométrica mais estreita.
 

 
Além disso, a combinação de ultrassons com dissolutores laboratoriais convencionais melhora a eficiência da dispersão, permitindo obter uma distribuição granulométrica ainda mais fina do que o tratamento ultrassónico isolado. Esta combinação permite um melhor controlo da PSD e do potencial zeta da calda de cimento microfino em operações por lotes. Nos sistemas de fluxo contínuo, a suspensão de partículas passa automaticamente pela zona de cavitação intensa, tornando desnecessária a agitação adicional.

O estudo salienta o desempenho superior do sonicador UP400St na dispersão de calda de cimento microfino. O tratamento ultrassónico, especialmente quando combinado com dissolutores laboratoriais 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 ultrassons e os métodos convencionais de dispersão, destacando a eficácia superior da sonicação na dispersão de caldas de cimento.
(cf. Draganović et al., 2020)
 

 

Aplicações dos sonicadores na indústria do cimento

A utilização dos efeitos vantajosos dos ultrassons de alta potência na desaglomeração de partículas e caldas de cimento abre inúmeros campos de aplicação na indústria do cimento, permitindo melhorar as características dos materiais e a qualidade do produto final.

• Moagem por via húmida de partículas de cimento: A sonicação com sonda é um método altamente eficaz e energeticamente eficiente para moer partículas de cimento. Saiba mais sobre a moagem ultrassónica de cimento por via húmida!
• Produção de betão de elevado desempenho: Os sonicadores de sonda são utilizados para produzir betão de elevado desempenho, garantindo uma dispersão uniforme de partículas finas de cimento e de materiais cimentícios suplementares, como cinzas volantes e sílica de fumo. Isto resulta num betão com propriedades mecânicas e durabilidade superiores.
• Desenvolvimento de nanocompósitos: Na investigação e desenvolvimento, os sonicadores de sonda facilitam a incorporação de nanopartículas em matrizes de cimento, criando nanocompósitos com propriedades melhoradas, como maior resistência, tenacidade e resistência à degradação ambiental.
• Otimização do desempenho dos aditivos: A desaglomeração ultrassónica ajuda a otimizar o desempenho de aditivos químicos, como superplastificantes e agentes introdutores de ar, garantindo a sua distribuição uniforme na matriz de cimento. Isto conduz a uma melhoria da trabalhabilidade e do desempenho do produto final.

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

A desaglomeração ultrassónica com sonicadores de sonda oferece vantagens significativas para a indústria do cimento. Ao melhorar a dispersão das partículas e a hidratação e ao aumentar a trabalhabilidade, estes dispositivos contribuem para a produção de materiais cimentícios de elevada qualidade. O controlo preciso, a escalabilidade e a versatilidade dos sonicadores de 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 elevado desempenho em qualquer nível de potência para o processamento de partículas e caldas de cimento, desde lotes mais pequenos para Investigação + Desenvolvimento até elevadas capacidades de processamento para a desaglomeração industrial de cimento à escala de produção.

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os sonicadores Hielscher são reconhecidos pelos seus padrões de qualidade e de conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos sonicadores em instalações industriais. Os sonicadores Hielscher lidam facilmente com condições adversas e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de elevado desempenho que incorporam tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos de UL, CSA e RoHs.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: