Mistura ultrassónica de pasta de cimento para betão

A mistura ultrassónica de pasta de cimento oferece grandes benefícios para a moldagem de pré-fabricados, a moldagem de betão de consistência seca e as centrais de betão. Estes benefícios incluem tempos de início e fim de presa mais curtos, uma menor dosagem de superplastificante, uma hidratação mais rápida e mais completa, bem como uma maior resistência à compressão.

As tecnologias tradicionais de mistura de betão, como a “mistura durante o transporte” ou os misturadores rotativos, proporcionam uma ação de mistura insuficiente para dispersar aglomerados de partículas de cimento e de outros materiais cimentícios, como cinzas volantes ou sílica. Embora as partículas exteriores desses aglomerados estejam expostas à água, as superfícies das partículas interiores permanecem secas. Isto resulta numa hidratação lenta e incompleta.

Benefícios da tecnologia de mistura ultrassónica para o betão

A dispersão ultrassónica é a tecnologia mais avançada para desaglomerar e dispersar materiais de dimensão micrométrica e nanométrica em líquidos. A mistura ultrassónica utiliza forças de cisalhamento geradas pela cavitação que são mais eficazes na mistura de materiais finos do que os misturadores rotativos convencionais e os misturadores rotor–estator. No caso do cimento, da sílica, das cinzas volantes, dos pigmentos ou dos CNTs, o desempenho destes materiais é significativamente aumentado pela dispersão ultrassónica, uma vez que esta melhora a distribuição das partículas e o contacto com a água.

Durante a hidratação – a reação do cimento com a água – as fases C‑S‑H desenvolvem estruturas em forma de agulha. As imagens abaixo mostram a microestrutura da pasta de cimento após 5 horas de hidratação. Na pasta de cimento sonicada, as fases C‑S‑H têm um comprimento de quase 500nm, enquanto na pasta não sonicada as fases C‑S‑H têm cerca de 100nm.

Microestrutura da pasta de cimento após 5hrs de hidratação

com processamento ultrassónico	sem processamento ultrassónico
Pasta de cimento Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Universidade Bauhaus de Weimar

 
A mistura por cavitação induzida por ultrassons conduz a um crescimento mais rápido das fases C‑S‑H.

 
Temperatura de hidratação

Influência da sonicação de potência (PUS) nas curvas de tempo–temperatura das pastas de cimento

 
Resistência à compressão

Influência da sonicação de potência (PUS) na resistência à compressão de provetes prismáticos de argamassa

 
Velocidade do impulso ultrassónico

Influência da sonicação de potência (PUS) na velocidade do impulso ultrassónico das pastas de cimento em hidratação

O crescimento das fases C‑S‑H está correlacionado com a temperatura na pasta de cimento durante o período de hidratação (clique no gráfico à direita). Na pasta de cimento misturada por ultrassons, a hidratação começa aproximadamente uma hora mais cedo. Uma hidratação mais precoce está correlacionada com um aumento mais precoce da resistência à compressão. O aumento da velocidade de hidratação também pode ser medido pela velocidade do impulso ultrassónico.

Em particular no caso do betão pré-fabricado e do betão de consistência seca, isto reduz significativamente o tempo necessário até que o betão moldado possa ser retirado do molde. Estudos da Universidade Bauhaus (Alemanha) mostraram a seguinte redução dos tempos de presa.

Outro benefício interessante da mistura ultrassónica é a sua influência na fluidez. Como mostra a tabela acima, o abaixamento aumenta aproximadamente 30%. Isto permite reduzir a dosagem de superplastificantes.

Integração dos misturadores ultrassónicos no processo de produção de cimento

A Hielscher oferece misturadores ultrassónicos para a dispersão eficaz de cimento, sílica, cinzas volantes, pigmentos ou CNTs. Primeiro, qualquer material seco deve ser previamente misturado com água para formar uma pasta de elevada concentração, mas ainda bombeável. O misturador ultrassónico Hielscher desaglomera e dispersa as partículas através do cisalhamento gerado pela cavitação. Como resultado, toda a superfície de cada partícula fica completamente exposta à água.

Processamento ultrassónico de pasta de cimento

No caso da pasta de cimento, a hidratação começa após o processamento ultrassónico. Por isso, o misturador ultrassónico Hielscher deve ser utilizado em linha, uma vez que a pasta de cimento não pode ser armazenada durante longos períodos. O esquema abaixo ilustra o processo. Na etapa seguinte, o agregado, como areia ou gravilha, é adicionado e misturado com a pasta de cimento. Como as partículas de cimento já estão bem dispersas nessa fase, a pasta de cimento mistura-se bem com o agregado. O betão fica então pronto para ser colocado em moldes de pré-fabricados ou para ser transportado. Pode utilizar-se um tanque break-up junto ao misturador ultrassónico para tornar o processamento mais contínuo em caso de procura irregular de betão.
Saiba mais sobre a desaglomeração ultrassónica de partículas de cimento!

Dispersão ultrassónica de sílica, cinzas volantes e nanomateriais

A dispersão de sílica, cinzas volantes, pigmentos ou outros nanomateriais, como nanotubos de carbono, exige outras intensidades de processamento e outros níveis de energia. Por este motivo, recomendamos um misturador ultrassónico separado para produzir uma suspensão/pasta bem dispersa, que é depois adicionada à mistura de betão. Clique no gráfico acima para ver um esquema deste processo.

O equipamento de mistura ultrassónica necessário para o aumento de escala pode ser determinado com exatidão com base em ensaios à escala piloto utilizando o UIP1000hdT, um potente sonicador de 1 000 watts para utilização à escala piloto. A tabela abaixo apresenta recomendações gerais de equipamentos em função do volume do lote ou do caudal de pasta de cimento a processar.

Com até 16kW de potência de mistura ultrassónica por sonda ultrassónica individual, a Hielscher oferece a potência de processamento necessária para aplicações de grande volume. Esta tecnologia é fácil de testar e permite um aumento de escala linear.