Mistura ultra-sônica de pasta de cimento para concreto

A mistura ultra-sônica de pasta de cimento oferece grandes benefícios para moldagem de pré-moldados, fundição seca e plantas de concreto. Esses benefícios incluem tempos de ajuste inicial e final mais curtos, menor dosagem de superplastificante, hidratação mais rápida e completa, bem como maior resistência à compressão.

tecnologias de mistura de concreto tradicionais, tais como “on-road-mistura” 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 ultra-sônica para concreto

A dispersão ultra-sônica é a tecnologia mais avançada para desaglomerar e dispersar materiais de tamanho micrométrico e nanométrico em líquidos. A mistura ultra-sônica usa forças de cisalhamento cavitacionais que são mais eficazes na mistura de materiais de tamanho fino do que os misturadores rotativos convencionais e 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 C-S-H crescem estruturas semelhantes a agulhas. As fotos abaixo mostram a microestrutura em pasta de cimento após 5 horas de hidratação. Na pasta de cimento ultrassonicada, as fases C-S-H têm quase 500nm de comprimento, enquanto na pasta não sonicada, as fases C-S-H têm cerca de 100nm.

 

Pedido de informação





Sonicator de alto perfromance UIP16000 para processos de alto volume, como mistura de cimento ou geopolimerização para a fabricação de materiais de construção.

Sonicator UIP16000hdT para dispersar materiais de construção como cimento, geopolímeros ou concreto.

Microestrutura da pasta de cimento Após 5 horas Hidratação Tempo
com o processamento ultra-sónico
sem tratamento ultra-sónico

Microestrutura da pasta de cimento após o processamento ultra-som e 5hrs

Microestrutura da pasta de cimento sem processamento ultra-som e 5hrs
De cimento Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Bauhaus Universidade Weimar

 
A mistura por cavitação induzida por ultrassom leva ao crescimento mais rápido das fases C-S-H.

 
Temperatura hidratação

Influência do Poder Ultra-som (PUS) em curvas de tempo-temperatura de pastas de cimento

Influência do Poder Ultra-som (PUS) em curvas de tempo-temperatura de pastas de cimento

 
força de compressão

Influência da ultrassonografia de potência (PUS) na resistência à compressão de prismas de argamassa. O estudo foi realizado usando o sonicador Hielscher UIP1000hdT.

Influência do Poder Ultra-som (PUS) na força de compressão de argamassa Prismas

 
O ultra-som de velocidade de pulso

Influência do Poder Ultra-som (PUS) em Ultrasonic Velocity Pulse of pastas de cimento Hidratante

Influência do Poder Ultra-som (PUS) em Ultrasonic Velocity Pulse of pastas de cimento Hidratante

 

O crescimento de C-S-H-fases correlaciona-se com a temperatura da pasta de cimento durante o período de hidratação (clique no gráfico à direita). Na pasta de cimento por ultra-sons misto, o hidratação começa aprox. uma hora mais cedo. Earlier hydration correlates with earlier increase in compressional strength. The increased hydration speed can be measured by the ultrasound pulse velocity, too.

dispersor Ultrasonic melhorar o processamento e qualidade do cimento.

Ultrasonic Inline Mixer (UIP1000hdT) for industrial cement mixing in continuous flow-through operation.

 

In particular for precast and drycast concrete, this leads to significantly shorter time until the cast concrete can be taken from the mold. Studies by the Bauhaus University (Germany) showed the following reduction of set times.

ReferênciaDif.Ultrasonics de energia
Set Initial5 h 15 min-293 h 45 min
conjunto final6 h 45 min-33%4 h 30 min
crise122 mm (4,8″)+ 30%158 mm (6,2″)

Another interesting benefit of ultrasonic mixing is the influence on the fluidity. As shown in the table above, the slump increases by approx. 30%. This allows for reduced dosage of superplasticizers.

 

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.

Ultrasonic Processamento 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 etapa seguinte, o agregado, como areia ou brita, 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 ruptura ao lado do misturador ultrassônico pode ser usado para processar mais continuamente em caso de demanda instável de concreto.
Leia mais sobre desaglomeração ultra-sônica de partículas de cimento!

Dispersão ultra-sônica de sílica, cinzas volantes e nanomateriais


Processamento de pasta de cimento usando sonicadores Hielscher em um processo de fluxo contínuo.

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

O equipamento de mistura ultrassônica necessário para o aumento de escala pode ser determinado exatamente com base em testes de escala piloto usando o UIP1000hdT, que é um sonicador de escala piloto potente 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.

Volume batchQuociente de vazãoDispositivos Recomendados
0.1 a 10L00,2 a 2 L / minUIP1000hdT UIP1500hdT
10 a 50L2 de 10L / minUIP4000hdT
15 a 150L3 a 15L/minUIP6000hdT
n / D.10 a 50 L / minUIP16000
n / D.maioraglomerado de UIP16000

Com até 16kW de potência de mistura ultrassônica por única sonda ultrassônica, a Hielscher oferece o poder de processamento necessário para aplicações de alto volume. Esta tecnologia é fácil de testar e aumenta linearmente.


O rejunte de cimento pode ser eficientemente disperso em escala nanométrica usando o sonicador do tipo sonda UP400St.

Sonicator tipo sonda UP400St para dispersão de rejunte de micro-cimento fino
(Estudo e imagem: ©Draganovic et al., 2020)

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Literatura / Referências



Ultrassônicos de alto desempenho! A linha de produtos Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.


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