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Materiali da costruzione l'analisi della dimensione granulometrica e della forma per il miglioramento delle prestazioni del prodotto

I materiali da costruzione sono necessari per un'ampia gamma di lavori di costruzione, tra cui carpenteria, coperture, rinforzi strutturali, isolamento e impianti idraulici. La dimensione e la forma delle particelle delle materie prime influenzano la qualità e le prestazioni del prodotto finale e pertanto richiedono un controllo qualità mediante la caratterizzazione delle particelle. Gli analizzatori Microtrac vengono utilizzati con successo per determinare le dimensioni e la forma di numerosi materiali da costruzione.

I materiali da costruzione variano da sostanze naturali come roccia, argilla, sabbia e legno a polimeri sintetici e combinazioni multiple di entrambi (compositi). Ad esempio il calcestruzzo o la malta sono miscele di cemento e aggregati come sabbia o ghiaia.

Perché le proprietà delle particelle sono così importanti per i materiali da costruzione?

La dimensione e la forma delle particelle delle materie prime sono importanti per molte ragioni. La distribuzione granulometrica ha vari effetti sulla lavorazione dei materiali da costruzione, ad esempio:

  • Flusso di polvere: un'ampia distribuzione o un numero eccessivo di particelle riducono la scorrevolezza
  • Segregazione: un'ampia distribuzione porterà alla segregazione dimensionale
  • Reologia della sospensione: particelle fini o di forma irregolare aumentano la viscosità

Effetti problematici dovuti a particelle sovradimensionate

  • Scarsa qualità del prodotto finale (grani sporgenti dall'intonaco, superfici delle piastrelle ruvide, materiali disomogenei che possono rompersi)
  • Modifica dell'aspetto e della sensazione al tatto del prodotto finale
  • Cambiamenti nel comportamento del flusso e altri parametri di processo del prodotto finale
  • Blocco dei setacci di produzione
  • Rimozione del materiale dal processo di produzione e riciclaggio (costi e sforzi aggiuntivi)

Effetti problematici dovuti a particelle sottodimensionate

  • Modifica dell'aspetto e della sensazione al tatto del prodotto finale
  • Polvere (inquinamento) sul posto di lavoro
  • Blocco del filtro
  • Cambiamenti nel comportamento del flusso e altri parametri di processo del prodotto finale 

Analisi delle dimensioni delle particelle - Panoramica di prodotto


Microtrac offre prodotti per tutte le tecnologie di Analisi Granulometrica.

Soluzione Analizzatore delle dimensioni e della forma delle particelle CAMSIZER X2

Il CAMSIZER X2 è un analizzatore di particelle performante ed estremamente versatile con un ampio range di misura che combina l'avanzata tecnologia dell'analisi ad immagine dinamica con opzioni di dispersione flessibili. Basato sul principio dell'analisi dinamica dell'immagine (ISO 13322-2), CAMSIZER X2 fornisce informazioni precise sulla dimensione e sulla forma delle particelle di polveri, granuli e sospensioni in un range di misura da 0,8 μm a 8 mm.

Il CAMSIZER X2 produce un flusso di particelle caratterizzato da un sistema ottico ad alta risoluzione. Una sorgente luminosa stroboscopica a LED ultraluminosa e due fotocamere digitali ad alta risoluzione raggiungono un frame rate di oltre 300 immagini al secondo che vengono valutate in tempo reale da un potente software. Pertanto, il CAMSIZER X2 cattura le immagini da centinaia di migliaia a diversi milioni di particelle con la massima precisione in soli 1-3 minuti.

Il CAMSIZER X2 fornisce un'ampia gamma di informazioni sulle particelle che consente una caratterizzazione completa e affidabile del  campione. È adatto per l'uso in ricerca e sviluppo nonché per attività di routine nel controllo di qualità.

Esempio 1 Correlazione della setacciatura con i campioni di sabbia

Nella maggior parte dei casi, la distribuzione granulometrica della sabbia utilizzata nei materiali da costruzione viene analizzata mediante setacciatura. La serie CAMSIZER di Microtrac può sostituire questa tecnica, lunga e soggetta a errori, con un metodo più rapido e affidabile che fornisce una maggiore risoluzione dei risultati granulometrici e informazioni aggiuntive sulla forma delle particelle.

Materiali da costruzione - Figura 1
Figura 1

Due tipi di sabbia prelevati da luoghi diversi e misurati con il CAMSIZER X2. Questa sabbia viene utilizzata come strato in tubi di plastica rinforzati con vetro per aumentarne la rigidità. Il parametro dimensionale riportato è xc min (=larghezza delle particelle). La curva rossa è leggermente bimodale. La sabbia con un'ampia distribuzione dimensionale può essere compattata più strettamente nel nucleo del tubo, conferendo al prodotto finito una maggiore stabilità.

Materiali da costruzione - Figura 2
Figura 2

Un campione di sabbia misurato tramite setacciatura (nero) e CAMSIZER X2 utilizzando due diversi moduli di dispersione: il modulo X-Fall (verde) e il modulo X-Jet (rosso). I risultati si confrontano molto bene, dimostrando che il CAMSIZER X2 è in grado di eguagliare i risultati delle analisi al setaccio esistenti. Pertanto, le specifiche di prodotto basate sull'analisi al setaccio possono rimanere invariate quando si passa a un sistema CAMSIZER.

Esempio 2 Analisi della dimensione e della forma delle particelle di calcare

Il calcare (carbonato di calcio) è una materia prima utilizzata in molti prodotti.

Materiali da costruzione - Figura 3
Figura 3

La distribuzione granulometrica misurata con il CAMSIZER X2 per una serie di qualità di calcare.

Figura 4

I risultati della distribuzione della forma delle particelle per la stessa raccolta di campioni di calcare. Il parametro di forma riportato è la sfericità, definita come: sfericità = 4 p A/ P2 dove "A = Area della proiezione della particella" e "P = Lunghezza del perimetro della proiezione della particella". Il campione meno rotondo è il n. 6 (rosso), mentre quello più rotondo è il n. 4 (azzurro).

Esempio 3 Dispersione efficace dei campioni di gesso

Risultato tipico dell'analisi granulometrica di un campione di gesso. L'intervallo dimensionale è piuttosto ampio, da 2 micron a circa 1 mm. Il grafico mostra il risultato del CAMSIZER X2 in modalità X-Jet, misurato con una pressione di dispersione di 150 kPa (curva rossa).

Le particelle di gesso risultano agglomeranti e sono "appiccicose", quindi i risultati di una setacciatura convenzionale mostrano dati molto più grossolani (curva nera), soprattutto per le particelle fini. Tuttavia, se le particelle vengono disperse correttamente mediante un setacciatore a getto d'aria (AS 200 jet, curva blu), i risultati concordano perfettamente con il CAMSIZER X2.

Materiali da costruzione - Figura 5
Figura 5

Esempio 4 Rilevamento del sovradimensionamento nei rivestimenti delle piastrelle

L'individuazione sicura e affidabile di particelle sovradimensionate è uno degli obiettivi più importanti dell'analisi granulometrica. A questo scopo, l'analisi d'immagine dinamica con CAMSIZER X2 è la tecnica più potente con una precisione senza pari. 

La Figura 6 mostra un campione di silicato analizzato con CAMSIZER X2 utilizzando il modulo X-Fall. Inizialmente, è stato misurato il campione originale e la distribuzione dimensionale è risultata compresa tra 5 μm e 100 μm (curva rossa). Poi è stato aggiunto lo 0,1% di particelle sovradimensionate (> 100 μm) e il campione è stato analizzato nuovamente (curva verde). Infine, l'esperimento è stato ripetuto con l'aggiunta dell'1% di particelle sovradimensionate (curva blu).

Questo silicato viene utilizzato come materia prima per il rivestimento delle piastrelle. Le particelle sovradimensionate causano una superficie ruvida e irregolare della piastrella finita. Il CAMSIZER X2 rileva in modo affidabile la quantità corretta di sovradimensionamento. Si noti che al di sotto dei 100 μm, quando tutti i campioni sono identici, la riproducibilità è eccellente!

Materiali da costruzione - Figura 6
Figura 6

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Analisi delle dimensioni delle particelle - Panoramica di prodotto


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