Amestecarea cu ultrasunete a pastei de ciment pentru beton

Amestecarea cu ultrasunete a pastei de ciment oferă beneficii importante pentru turnarea prefabricatelor, producția drycast și stațiile de betoane. Aceste beneficii includ timpi mai scurți de priză inițială și finală, o dozare mai redusă de superplastifiant, o hidratare mai rapidă și mai completă, precum și o rezistență la compresiune mai mare.

Tehnologiile tradiționale de amestecare a betonului, cum ar fi „on-road-mixing” sau malaxoarele rotative, asigură o acțiune de amestecare insuficientă pentru a dispersa aglomeratele de particule de ciment și de alte materiale cimentoase, cum ar fi cenușa zburătoare sau silicea. În timp ce particulele exterioare ale acestor aglomerate sunt expuse apei, suprafețele particulelor interioare rămân uscate. Acest lucru duce la o hidratare lentă și incompletă.

Beneficiile tehnologiei de amestecare cu ultrasunete pentru beton

Dispersarea cu ultrasunete este cea mai avansată tehnologie pentru dezaglomerarea și dispersarea materialelor de dimensiuni micronice și nanometrice în lichide. Amestecarea cu ultrasunete utilizează forțe de forfecare cavitaționale, care sunt mai eficiente în amestecarea materialelor fine decât malaxoarele rotative convenționale și mixerele rotor‑stator. În cazul cimentului, silicei, cenușii zburătoare, pigmenților sau CNT-urilor, performanța acestor materiale este crescută semnificativ prin dispersarea cu ultrasunete, deoarece aceasta îmbunătățește distribuția particulelor și contactul cu apa.

În timpul hidratării – reacția cimentului cu apa – fazele C‑S‑H formează structuri aciculare. Imaginile de mai jos prezintă microstructura pastei de ciment după 5 ore de hidratare. În pasta de ciment tratată cu ultrasunete, fazele C‑S‑H au o lungime de aproape 500nm, în timp ce în pasta netratată cu ultrasunete fazele C‑S‑H au aproximativ 100nm.

Microstructura pastei de ciment după 5 h de hidratare

cu procesare cu ultrasunete	fără procesare cu ultrasunete
Pastă de ciment Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Universitatea Bauhaus din Weimar

Amestecarea prin cavitație indusă de ultrasunete duce la o creștere mai rapidă a fazelor C‑S‑H.

Temperatura de hidratare

Influența sonicării de putere (PUS) asupra curbelor timp-temperatură ale pastelor de ciment

 
Rezistența la compresiune

Influența sonicării de putere (PUS) asupra rezistenței la compresiune a prismelor de mortar

 
Viteza impulsurilor ultrasonice

Influența sonicării de putere (PUS) asupra vitezei impulsurilor ultrasonice în pastele de ciment aflate în curs de hidratare

Creșterea fazelor C‑S‑H se corelează cu temperatura din pasta de ciment în perioada de hidratare (faceți clic pe graficul din dreapta). În pasta de ciment amestecată cu ultrasunete, hidratarea începe cu aprox. o oră mai devreme. Hidratarea mai timpurie se corelează cu o creștere mai timpurie a rezistenței la compresiune. Viteza crescută de hidratare poate fi măsurată și prin viteza impulsurilor ultrasonice.

În special în cazul betonului prefabricat și al betonului drycast, acest lucru duce la un timp semnificativ mai scurt până când betonul turnat poate fi scos din matriță. Studiile Universității Bauhaus (Germania) au arătat următoarea reducere a timpilor de priză.

Un alt beneficiu interesant al amestecării cu ultrasunete este influența asupra fluidității. Așa cum se arată în tabelul de mai sus, tasarea crește cu aprox. 30%. Acest lucru permite o dozare redusă a superplastifianților.

Integrarea mixerelor cu ultrasunete în producția de ciment

Hielscher oferă mixere cu ultrasunete pentru dispersarea eficientă a cimentului, silicei, cenușii zburătoare, pigmenților sau CNT-urilor. Mai întâi, orice material uscat trebuie preamestecat cu apă pentru a forma o pastă cu concentrație ridicată, dar pompabilă. Mixerul cu ultrasunete Hielscher dezaglomerează și dispersează particulele prin forfecare cavitațională. Ca urmare, întreaga suprafață a fiecărei particule este complet expusă apei.

Procesarea cu ultrasunete a pastei de ciment

În cazul pastei de ciment, hidratarea începe după procesarea cu ultrasunete. Prin urmare, mixerul cu ultrasunete Hielscher trebuie utilizat în linie, deoarece pasta de ciment nu poate fi depozitată pe perioade lungi. Desenul schematic de mai jos ilustrează procesul. În etapa următoare, agregatul, cum ar fi nisipul sau pietrișul, este adăugat și amestecat cu pasta de ciment. Deoarece particulele de ciment sunt deja bine dispersate în acea etapă, pasta de ciment se amestecă bine cu agregatul. Betonul este apoi gata pentru a fi turnat în matrițe pentru prefabricate sau pentru transport. Un rezervor break-up amplasat lângă mixerul cu ultrasunete poate fi utilizat pentru a procesa într-un mod mai continuu în cazul unei cereri variabile de beton.
Citiți mai multe despre dezaglomerarea cu ultrasunete a particulelor de ciment!

Dispersarea cu ultrasunete a silicei, cenușii zburătoare și nanomaterialelor

Dispersarea silicei, a cenușii zburătoare, a pigmenților sau a altor nanomateriale, cum ar fi nanotuburile de carbon, necesită alte intensități de procesare și alte niveluri de energie. Din acest motiv, recomandăm un mixer cu ultrasunete separat pentru a produce o suspensie/pastă bine dispersată, care este apoi adăugată în amestecul de beton. Vă rugăm să faceți clic pe graficul de mai sus pentru un desen schematic al acestui proces.

Echipamentul de amestecare cu ultrasunete necesar pentru scalare poate fi determinat exact pe baza testelor la scară pilot efectuate cu UIP1000hdT, un sonicator puternic de 1.000 de wați pentru scară pilot. Tabelul de mai jos prezintă recomandări generale de echipamente în funcție de volumul lotului sau de debitul pastei de ciment care urmează să fie procesată.

Cu o putere de amestecare ultrasonică de până la 16kW per sonotrodă individuală, Hielscher oferă puterea de procesare necesară pentru aplicațiile de volum mare. Această tehnologie este ușor de testat și se scalează liniar.