Mistura ultrassônica de pasta de cimento para concreto

A mistura ultrassônica de pasta de cimento oferece grandes benefícios para plantas de moldagem pré-moldada, drycast e concreto. Esses benefícios incluem tempos de presa inicial e final mais curtos, menor dosagem de superplastificante, hidratação mais rápida e completa, bem como maior resistência à compressão.

Tecnologias tradicionais de mistura de concreto, como “mixagem na estrada” ou misturadores rotativos, fornecem ação de mistura insuficiente para dispersar aglomerados de partículas de cimento e outros materiais cimentícios, como cinzas volantes ou sílica. Enquanto as partículas externas de tais aglomerados são expostas à água, as superfícies internas das partículas permanecem secas. Isso resulta em hidratação lenta e incompleta.

Benefícios da tecnologia de mistura ultrassônica para concreto

A dispersão ultrassônica é a tecnologia mais avançada para desaglomerar e dispersar materiais de tamanho mícron e nanométrico em líquidos. A mistura ultrassônica usa forças de cisalhamento cavitacionais que são mais eficazes na mistura de materiais de tamanho fino do que os misturadores rotativos convencionais e os misturadores rotor-estator. Para cimento, sílica, cinzas volantes, pigmentos ou CNTs, o desempenho desses materiais é significativamente aumentado pela dispersão ultrassônica, pois melhora a distribuição de partículas e o contato com a água.

Durante a hidratação - a reação do cimento com a água - as fases CSH desenvolvem estruturas semelhantes a agulhas. As fotos abaixo mostram a microestrutura em pasta de cimento após 5 horas de hidratação. Na pasta de cimento ultrassônica, as fases CSH têm quase 500 nm de comprimento, enquanto na pasta não sonicada, as fases CSH têm cerca de 100 nm.

Microestrutura da pasta de cimento após 5 horas de tempo de hidratação

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

 
A mistura por cavitação induzida por ultrassom leva a um crescimento mais rápido das fases CSH.

 
Temperatura de hidratação

Influência da ultrassonografia de potência (PUS) nas curvas de tempo-temperatura de pastas de cimento

 
Resistência à compressão

Influência da ultrassonografia de potência (PUS) na resistência à compressão de prismas de argamassa

 
Velocidade de pulso de ultrassom

Influência da ultrassonografia de potência (PUS) na velocidade de pulso ultrassônico de pastas de cimento hidratantes

O crescimento das fases CSH se correlaciona com a temperatura na pasta de cimento durante o período de hidratação (clique no gráfico à direita). Na pasta de cimento misturada por ultrassom, o a hidratação começa aprox. uma hora mais cedo. A hidratação precoce se correlaciona com o aumento precoce da força de compressão. O aumento da velocidade de hidratação também pode ser medido pela velocidade do pulso do ultrassom.

Em particular para concreto pré-moldado e drycast, isso leva a um tempo significativamente menor até que o concreto moldado possa ser retirado do molde. Estudos da Universidade Bauhaus (Alemanha) mostraram a seguinte redução dos tempos definidos.

Outro benefício interessante da mistura ultrassônica é a influência na fluidez. Conforme mostrado na tabela acima, a queda aumenta em aprox. 30%. Isso permite uma dosagem reduzida de superplastificantes.

Integração de Processos de Misturadores Ultrassônicos na Produção de Cimento

A Hielscher oferece misturadores ultrassônicos para a dispersão eficaz de cimento, sílica, cinzas volantes, pigmentos ou CNTs. Primeiro, qualquer material seco deve ser pré-misturado com água para formar uma pasta de alta concentração, mas bombeável. O misturador ultrassônico Hielscher desaglomera e dispersa as partículas usando cisalhamento cavitacional. Como resultado, toda a superfície de cada partícula é totalmente exposta à água.

Processamento ultrassônico de pasta de cimento

No caso da pasta de cimento, a hidratação começa após o processamento ultrassônico. Portanto, o misturador ultrassônico Hielscher deve ser usado em linha, pois a pasta de cimento não pode ser armazenada por longos períodos. O desenho esquemático abaixo ilustra o processo. Na próxima etapa, o agregado, como areia ou cascalho, é adicionado e misturado com a pasta de cimento. Como as partículas de cimento já estão bem dispersas nessa fase, a pasta de cimento se mistura bem com o agregado. O concreto está então pronto para ser preenchido em moldes pré-moldados ou para transporte. Um tanque de desagregação próximo ao misturador ultrassônico pode ser usado para processar mais continuamente em caso de demanda instável de concreto.
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Dispersão ultrassônica de sílica, cinzas volantes e nanomateriais

A dispersão de sílica, cinzas volantes, pigmentos ou outros nanomateriais, como nanotubos de carbono, requer outras intensidades de processamento e níveis de energia. Por esse motivo, recomendamos um misturador ultrassônico separado para produzir uma pasta/pasta bem dispersa que é então adicionada à mistura de concreto. Clique no gráfico acima para obter um desenho esquemático deste processo.

O equipamento de mistura ultrassônica necessário para o aumento de escala pode ser determinado exatamente com base em testes em escala piloto usando o UIP1000hdT, que é um poderoso sonicador em escala piloto de 1.000 watts. A tabela abaixo mostra as recomendações gerais do dispositivo, dependendo do volume do lote ou da vazão da pasta de cimento a ser processada.

Com até 16kW de potência de mistura ultrassônica por sonda ultrassônica única, a Hielscher oferece a potência de processamento necessária para aplicações de alto volume. Essa tecnologia é fácil de testar e pode ser ampliada linearmente.