Mistura ultra-sónica para betão de alto desempenho

A utilização de micro e nanosílica ou nanotubos leva a melhorias na resistência à compressão do betão de alto desempenho. Ultrasonication é um meio eficaz para a mistura, molhar e dispersão de nanomateriais em cimento ou betão.
 

Atualmente, a microssílica é amplamente utilizada no betão, conduzindo a uma maior resistência à compressão ou a betões resistentes à água e a produtos químicos. Isto pode reduzir os custos dos materiais e a utilização de energia. Os novos nanomateriais, como a nano-sílica ou os nanotubos, permitem melhorar ainda mais a resistência e a força. No entanto, para que os nanomateriais apresentem todo o seu potencial, é necessária uma técnica de dispersão fiável e eficiente. Os sonicadores de tipo sonda são a técnica mais fiável e eficaz para produzir nanodispersão, mesmo em pastas altamente viscosas e pastosas, como o cimento e o betão.

Dispersão de calda de cimento microfina com misturadores ultra-sónicos

A equipe de pesquisa de Draganović apresenta um artigo de pesquisa, os autores investigam a dispersão de calda de cimento microfina usando tecnologia de ultrassom e dissolventes de laboratório convencionais. O estudo visa comparar o desempenho do ultrassom – no estudo, especificamente o sonicador UP400St – com os métodos tradicionais de dispersão de calda de cimento.

Os investigadores realizaram uma série de experiências utilizando diferentes técnicas de dispersão para avaliar a distribuição do tamanho das partículas (PSD) e o potencial zeta das partículas de cimento microfino. As técnicas de dispersão incluem o tratamento por ultra-sons utilizando o sonicador UP400St, dissolventes de laboratório de alta velocidade e a combinação de ambos os métodos.

Os resultados mostraram que a dispersão por ultra-sons utilizando o sonicador UP400St alcançou uma distribuição de tamanho de partículas significativamente melhor em comparação com os dissolventes de laboratório convencionais. O sonicador UP400St reduz eficazmente a aglomeração de partículas de cimento microfinas e produz uma suspensão de calda de cimento mais homogénea e estável. O tratamento por ultra-sons melhora a distribuição de partículas mais pequenas, resultando numa gama de distribuição de tamanho de partículas mais estreita.
 

Métodos de dispersão comparados: Dissolvente Vma-Getzmann Dispermat CV-3 equipado com um disco de 90 mm e um sistema rotor-estator. Aparelho de ultrassom Hielscher UP400St equipado com um sonotrodo H22.
(Estudo e imagens: ©Draganovic et al., 2020)

 
Além disso, a utilização de ultra-sons em combinação com dissolventes laboratoriais convencionais melhora ainda mais a eficiência da dispersão, alcançando uma distribuição de tamanho de partículas ainda mais fina em comparação com o tratamento por ultra-sons isolado. Quando combinada, a sonicação proporciona a micro-mistura e a nano-dispersão, enquanto o dissolvente contribui para a macro-mistura, assegurando que todas as partículas entram na zona de cavitação ultra-sónica. Isto permite um melhor controlo sobre a distribuição do tamanho das partículas (PSD) e o potencial zeta da calda de cimento microfina em operação descontínua. Quando se utiliza um reator de célula de fluxo, a suspensão de partículas passa automaticamente para a zona de cavitação, pelo que a agitação adicional é supérflua.

No geral, o estudo destaca o desempenho superior do sonicador UP400St na dispersão de calda de cimento microfina. O tratamento por ultra-sons, especialmente quando combinado com dissolventes laboratoriais convencionais, oferece um método altamente eficaz e eficiente para alcançar uma suspensão uniforme e estável de partículas de cimento microfino.

É de salientar que o artigo fornece uma comparação abrangente entre os métodos de dispersão por ultra-sons e convencionais, destacando o desempenho superior da sonicação na dispersão da calda de cimento.
(cf. Draganović et al., 2020)
 

O homogeneizador ultrassónico UP400St é comparada relativamente à eficiência de dispersão da calda de cimento com um misturador normal de laboratório equipado com um disco e utilizando a técnica de rotor-estator. O estudo mostrou que a dispersão ultra-sónica não só é um método eficaz, como é ainda melhor do que um misturador que utiliza a técnica de rotor-estator.
(estudo e gráfico: © Draganović et al., 2020)

Investigação e desenvolvimento do betão

A investigação sobre o betão procura materiais e processos para:

• reduzir os custos de material e de energia
• obter uma resistência inicial e final elevada
• melhorar a densidade e a resistência à compressão
• melhorar a trabalhabilidade, a capacidade de bombear e a capacidade de acabamento
• melhorar a durabilidade e reduzir a permeabilidade
• reduzir os problemas de fissuras de retração, poeiras e delaminação
• resistência química, por exemplo, resistência aos sulfatos

Mistura de cimento e betão

Quando se trata de melhorar as propriedades do betão, a tecnologia de mistura é tão importante como a composição do betão. A mistura é um passo essencial na produção de betão uniforme e de alta qualidade. Embora numerosas diretrizes e regulamentos, como por exemplo a norma DIN EN 206, abranjam a composição do betão e dos seus componentes, o processo real de mistura do cimento e do betão é deixado ao critério do utilizador.
É decisivo que a água, o cimento e os aditivos estejam uniformemente dispersos e distribuídos até uma escala fina e que os aglomerados estejam suficientemente dispersos. Uma dispersão ou desaglomeração insuficiente resulta em propriedades inferiores do betão. Devido ao baixo teor de água e à elevada dosagem de aditivos, a mistura do betão auto-adensável (SCC) e do betão de ultra-alta resistência (UHPC) requer um tempo de mistura mais longo ou uma tecnologia de mistura mais eficaz.

Nanomateriais em betão

Durante a hidratação do cimento, formam-se produtos de hidratação à escala nanométrica, tais como hidratos de cálcio, no betão endurecido. As nano partículas de sílica ou nanotubos transformam-se em nano partículas de cimento durante a solidificação do betão. Partículas mais pequenas conduzem a uma distância mais curta entre as partículas e a um material mais denso e menos poroso. Isto aumenta a resistência à compressão e reduz a permeabilidade.

No entanto, uma das principais desvantagens dos pós e materiais nanométricos é a tendência para formar aglomerados durante a humidificação e a mistura. A menos que as partículas individuais estejam bem dispersas, a aglomeração reduz a superfície exposta das partículas, o que conduz a propriedades inferiores do betão.

Mistura ultra-sónica de nanomateriais

A ultra-sons é um meio muito eficaz para a mistura, dispersão e desaglomeração. A imagem abaixo mostra um resultado típico de dispersão ultra-sónica de sílica pirogénica em água.

Começando (curva verde) com um tamanho de partícula de aglomerado superior a 200 microns (D50), a maioria das partículas foi reduzida para menos de 200 nanómetros.

Mistura ultra-sónica em qualquer escala

A Hielscher oferece dispositivos de mistura por ultra-sons para utilização em investigação e processamento à escala real.

Sonicadores para investigação e desenvolvimento laboratorial

Os homogeneizadores ultrassónicos de laboratório Hielscher são a ferramenta de mistura perfeita para investigação e desenvolvimento à escala laboratorial. Os sonicadores de laboratório Hielscher são normalmente utilizados para a mistura ultra-sónica de pequenos lotes. Os homogeneizadores ultra-sônicos Hielscher oferecem um controle preciso de parâmetros e excelente reprodutibilidade para a preparação da escala. Isto torna mais fácil para misturar diferentes formulações e determinar o impacto da intensidade de ultra-sons e duração da ultra-sons.

Mistura em linha por ultra-sons na produção

O equipamento de mistura ultra-sónica necessário para o aumento de escala pode ser determinado exatamente com base no teste de laboratório. Para o processamento de fluxos de grande volume de cimento ou betão, os ultrassons de alto desempenho são normalmente operados em modo de fluxo contínuo utilizando reactores de fluxo contínuo. Isto permite uma mistura altamente uniforme e o processamento sem falhas de pastas e lamas – mesmo com viscosidades muito elevadas.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultrassons, em função do volume do lote ou do caudal a processar: