Mistura ultra-sónica de pasta de cimento para betão

A mistura ultra-sónica de pasta de cimento oferece grandes benefícios para as fábricas de moldagem de pré-fabricados, de moldagem a seco e de betão. Estas vantagens incluem tempos de presa iniciais e finais mais curtos, menor dosagem de superplastificante, hidratação mais rápida e completa, bem como maior resistência à compressão.

As tecnologias tradicionais de mistura de betão, tais como “mistura na estrada” ou misturadores rotativos, proporcionam uma ação de mistura insuficiente para dispersar aglomerados de partículas de cimento e outros materiais cimentícios, tais como cinzas volantes ou sílica. Enquanto as partículas exteriores de tais aglomerados são expostas à água, as superfícies interiores das partículas permanecem secas. Isto resulta numa hidratação lenta e incompleta.

Benefícios da tecnologia de mistura por ultra-sons para betão

A dispersão por ultra-sons é a tecnologia mais avançada para desaglomerar e dispersar materiais de dimensão micrométrica e nanométrica em líquidos. A mistura ultra-sónica utiliza 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. No caso do cimento, da sílica, das cinzas volantes, dos pigmentos ou dos CNT, o desempenho destes materiais é significativamente aumentado pela dispersão ultra-sónica, uma vez que 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 semelhantes a agulhas. As imagens abaixo mostram a microestrutura da pasta de cimento após 5 horas de hidratação. Na pasta de cimento ultra-sónica, as fases C-S-H têm quase 500 nm de comprimento, enquanto na pasta não-sónica, as fases C-S-H têm cerca de 100 nm.

Microestrutura da pasta de cimento após 5 horas de hidratação

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

 
A mistura por cavitação induzida por ultra-sons leva a um crescimento mais rápido das fases C-S-H.

 
Temperatura de hidratação

Influência de ultrassom de energia (PUS) em 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 do pulso de ultrassom

Influência de ultrassom de energia (PUS) na velocidade de pulso ultra-sônico de pastas de cimento hidratante

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 ultra-sons, a a hidratação começa cerca de uma hora antes. 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 de pulso do ultrassom.

Em particular no caso do betão pré-fabricado e do betão seco, isto leva a uma redução significativa do tempo até o betão poder ser retirado do molde. Estudos efectuados pela Universidade de Bauhaus (Alemanha) revelaram a seguinte redução dos tempos de presa.

Outro benefício interessante da mistura ultra-sónica é a influência na fluidez. Como mostra a tabela acima, o abatimento aumenta em cerca de 30%. Isto permite uma dosagem reduzida de superplastificantes.

Integração do processo de misturadores ultra-sónicos na produção de cimento

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

Processamento ultrassónico de pasta de cimento

No caso da pasta de cimento, a hidratação começa após o processamento ultrassónico. Por conseguinte, a misturadora ultra-sónica Hielscher deve ser utilizada em linha, uma vez que a pasta de cimento não pode ser armazenada durante longos períodos. O desenho esquemático abaixo ilustra o processo. No passo seguinte, o agregado, como areia ou cascalho, é adicionado e misturado com a pasta de cimento. Como as partículas de cimento já estão bem dispersas nesta fase, a pasta de cimento mistura-se bem com o agregado. O betão está então pronto para ser colocado em moldes pré-fabricados ou para transporte. Um tanque de desagregação ao lado do misturador ultrassónico pode ser utilizado para processar de forma mais contínua em caso de procura instável de betão.
Leia mais sobre a desaglomeração ultra-sónica de partículas de cimento!

Dispersão ultra-sónica de sílica, cinzas volantes, e nanomateriais

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

O equipamento de mistura ultra-sónica necessário para o aumento de escala pode ser determinado com exatidão com base em testes à escala piloto utilizando o UIP1000hdT, que é um sonicador potente de 1.000 watts à escala piloto. A tabela abaixo mostra as recomendações gerais do dispositivo, dependendo do volume do lote ou do caudal da pasta de cimento a ser processada.

Com até 16 kW de potência de mistura ultra-sónica por sonda ultra-sónica única, a Hielscher oferece a potência de processamento necessária para aplicações de grande volume. Esta tecnologia é fácil de testar e é escalonada linearmente.