Mistura ultrassônica para concreto de alto desempenho

O uso de micro e nanosílica ou nanotubos leva a melhorias na resistência à compressão do concreto de alto desempenho. A ultrassonografia é um meio eficaz para a mistura, umedecimento e dispersão de nanomateriais em cimento ou concreto.
 

A microsílica é amplamente utilizada no concreto hoje, levando a uma maior resistência à compressão ou concretos resistentes à água e produtos químicos. Isso pode reduzir os custos de material e o uso de energia. Novos nanomateriais, como nanosílica ou nanotubos, levam a melhorias adicionais na resistência e resistência. Mas, para exibir todo o potencial dos nanomateriais, é necessária uma técnica de dispersão confiável e eficiente. Os sonicadores do tipo sonda são a técnica mais confiável e eficaz para produzir nanodispersão, mesmo em pastas altamente viscosas e pastosas, como cimento e concreto.

Dispersão de argamassa de cimento microfino com misturadores ultrassônicos

A equipe de pesquisa de Draganović apresenta artigo de pesquisa, os autores investigam a dispersão de argamassa de cimento microfino usando tecnologia de ultrassom e dissolventes convencionais de laboratório. O estudo tem como objetivo comparar o desempenho do ultrassom – no estudo especificamente o sonicator UP400St – com métodos tradicionais de dispersão de argamassa.

Os pesquisadores realizaram uma série de experimentos usando diferentes técnicas de dispersão para avaliar a distribuição do tamanho das partículas (PSD) e o potencial zeta das partículas microfinas de cimento. As técnicas de dispersão incluem tratamento por ultrassom usando o sonicador UP400St, dissolvedores de laboratório de alta velocidade e a combinação de ambos os métodos.

Os resultados mostraram que a dispersão por ultrassom usando o sonicador UP400St alcançou uma distribuição de tamanho de partícula significativamente melhor em comparação com os dissolventes convencionais de laboratório. O sonicador UP400St reduz efetivamente a aglomeração de partículas microfinas de cimento e produz uma suspensão de argamassa mais homogênea e estável. O tratamento com ultrassom melhora a distribuição de partículas menores, resultando em uma faixa de distribuição de tamanho de partícula 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 fotos: ©Draganovic et al., 2020)

 
Além disso, o uso de ultrassom em combinação com dissolventes laboratoriais convencionais melhora ainda mais a eficiência da dispersão, alcançando uma distribuição de tamanho de partícula ainda mais fina em comparação com o tratamento de ultrassom sozinho. Quando combinada, a sonicação fornece a micro-mistura e a nano-dispersão, enquanto o dissolvente contribui para a macro-mistura, garantindo que todas as partículas entrem na zona de cavitação ultrassônica. Isso permite um melhor controle sobre a distribuição de tamanho de partícula (PSD) e o potencial zeta da argamassa de cimento microfino em operação em lote. Ao usar um reator de célula de fluxo, a suspensão de partículas passa automaticamente pela zona de ponto quente cavitacional, de modo que a agitação adicional é supérflua.

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

Vale ressaltar que o artigo fornece uma comparação abrangente entre os métodos de ultrassom e dispersão convencional, destacando o desempenho superior da sonicação na dispersão do rejunte.
(cf. Draganović et al., 2020)
 

O homogeneizador ultrassônico UP400St é comparado quanto à eficiência de dispersão da argamassa de cimento com um misturador de laboratório comum equipado com um disco e usando a técnica rotor-estator. O estudo mostrou que a dispersão ultrassônica não é apenas um método eficaz, mas é ainda melhor do que um misturador usando a técnica rotor-estator.
(estudo e gráfico: © Draganović et al., 2020)

Pesquisa e desenvolvimento de concreto

A pesquisa concreta procura materiais e processos para:

• reduzir os custos de material e os custos de energia
• obter alta resistência inicial e final
• melhorar a densidade e a resistência à compressão
• melhorar a trabalhabilidade, bombeamento e acabamento
• melhorar a durabilidade e reduzir a permeabilidade
• reduzir rachaduras de encolhimento, poeira e problemas de delaminação
• resistência química, por exemplo, resistência ao sulfato

Mistura de cimento e concreto

Quando se trata de melhorias nas propriedades do concreto, a tecnologia de mistura é tão importante quanto a composição do concreto. A mistura é uma etapa essencial na produção de concreto uniforme e de alta qualidade. Embora inúmeras diretrizes e regulamentos, por exemplo, DIN EN 206, abranjam a composição do concreto e seus componentes, o processo real de mistura de cimento e mistura de concreto é deixado para o usuário.
É decisivo que a água, o cimento e os aditivos sejam uniformemente dispersos e distribuídos até uma escala fina e que os aglomerados estejam suficientemente dispersos. A dispersão ou desaglomeração insuficiente resulta em propriedades inferiores do concreto. Devido ao baixo teor de água e à alta dosagem de aditivos, a mistura de concreto autoadensável (SCC) e concreto de ultra alta resistência (UHPC) requer um tempo de mistura mais longo ou uma tecnologia de mistura mais eficaz.

Nanomateriais em concreto

Durante a hidratação do cimento, produtos de hidratação em nanoescala, como hidratos de cálcio, se formam no concreto endurecido. Nano partículas de sílica ou nanotubos se transformam em nanopartículas de cimento durante a solidificação do concreto. Partículas menores levam a uma distância de partícula mais curta e a um material mais denso e menos poroso. Isso aumenta a resistência à compressão e reduz a permeabilidade.

Uma grande desvantagem do pó e dos materiais nanométricos, no entanto, é a tendência de formar aglomerados durante o umedecimento e a mistura. A menos que as partículas individuais estejam bem dispersas, a aglomeração reduz a superfície da partícula exposta, levando a propriedades inferiores do concreto.

Mistura ultrassônica de nanomateriais

A ultrassonografia é um meio muito eficaz para a mistura, dispersão e desaglomeração. A imagem abaixo mostra um resultado típico da dispersão ultrassônica de sílica pirogênica em água.

Começando (curva verde) em um tamanho de partícula aglomerado de mais de 200 mícrons (D50), a maioria das partículas foi reduzida para menos de 200 nanômetros.

Mistura ultrassônica em qualquer escala

A Hielscher oferece dispositivos de mistura ultrassônica para uso em pesquisa e processamento em escala real.

Sonicadores para Pesquisa e Desenvolvimento de Laboratório

Os homogeneizadores de laboratório ultrassônicos Hielscher são a ferramenta de mistura perfeita para pesquisa e desenvolvimento em escala de laboratório. Os sonicadores de laboratório Hielscher são normalmente usados para a mistura ultrassônica de pequenos lotes. Os homogeneizadores ultrassônicos Hielscher oferecem um controle preciso dos parâmetros e excelente reprodutibilidade para a preparação do aumento de escala. Isso facilita a mistura de diferentes formulações e a determinação do impacto da intensidade da ultrassonografia e da duração da sonicação.

Mistura ultrassônica em linha na produção

O equipamento de mistura ultrassônica necessário para aumentar a escala pode ser determinado exatamente com base no teste de laboratório. Para processar grandes fluxos de volume de cimento ou concreto, os ultrassônicos de alto desempenho são geralmente operados em modo de fluxo contínuo usando reatores de fluxo contínuo. Isso permite uma mistura altamente uniforme e o processamento impecável de pastas e pastas – mesmo com viscosidades muito altas.

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade de processamento aproximada de nossos ultrasonicadores, dependendo do volume do lote ou da vazão a ser processada: