Pencampuran Ultrasonik Pasta Semen untuk Beton

Pencampuran ultrasonik pasta semen menawarkan manfaat besar untuk pencetakan beton pracetak, beton cetak kering, dan pabrik beton. Manfaat ini mencakup waktu ikat awal dan akhir yang lebih singkat, dosis superplasticizer yang lebih rendah, hidrasi yang lebih cepat dan lebih sempurna, serta kuat tekan yang lebih tinggi.

Teknologi pencampuran beton tradisional, seperti “pencampuran selama perjalanan” atau mixer putar, tidak menghasilkan aksi pencampuran yang memadai untuk mendispersikan aglomerat partikel semen dan bahan sementisius lainnya, seperti abu terbang atau silika. Meskipun partikel di bagian luar aglomerat tersebut terpapar air, permukaan partikel di bagian dalam tetap kering. Hal ini menyebabkan hidrasi yang lambat dan tidak sempurna.

Manfaat Teknologi Pencampuran Ultrasonik untuk Beton

Dispersi ultrasonik merupakan teknologi paling maju untuk mendeaglomerasi dan mendispersikan bahan berukuran mikron dan nano dalam cairan. Pencampuran ultrasonik menggunakan gaya geser akibat kavitasi yang lebih efektif dalam mencampur bahan berukuran halus dibandingkan mixer putar konvensional dan mixer rotor‑stator. Untuk semen, silika, abu terbang, pigmen, atau CNT, kinerja bahan-bahan ini meningkat secara signifikan melalui dispersi ultrasonik, karena proses ini memperbaiki distribusi partikel dan kontaknya dengan air.

Selama hidrasi – reaksi semen dengan air – fase C‑S‑H membentuk struktur menyerupai jarum. Gambar di bawah menunjukkan mikrostruktur pasta semen setelah 5 jam hidrasi. Dalam pasta semen yang disonikasi, panjang fase C‑S‑H hampir mencapai 500nm, sedangkan dalam pasta yang tidak disonikasi, panjang fase C‑S‑H sekitar 100nm.

Mikrostruktur Pasta Semen Setelah Waktu Hidrasi 5 Jam

dengan pemrosesan ultrasonik	tanpa pemrosesan ultrasonik
Pasta Semen Portland (CEM I42.5R), C. Rössler (2009) – Bauhaus University Weimar

 
Pencampuran melalui kavitasi yang diinduksi ultrasonik menghasilkan pertumbuhan fase C‑S‑H yang lebih cepat.

 
Suhu Hidrasi

Pengaruh Sonikasi Berdaya Tinggi (PUS) terhadap Kurva Waktu–Suhu Pasta Semen

 
Kuat Tekan

Pengaruh Sonikasi Berdaya Tinggi (PUS) terhadap Kuat Tekan Prisma Mortar

 
Kecepatan Pulsa Ultrasonik

Pengaruh Sonikasi Berdaya Tinggi (PUS) terhadap Kecepatan Pulsa Ultrasonik Pasta Semen yang Mengalami Hidrasi

Pertumbuhan fase C‑S‑H berkorelasi dengan suhu pasta semen selama periode hidrasi (klik grafik di sebelah kanan). Dalam pasta semen yang dicampur secara ultrasonik, hidrasi dimulai sekitar satu jam lebih awal. Hidrasi yang lebih awal berkorelasi dengan peningkatan kuat tekan yang lebih awal. Peningkatan kecepatan hidrasi juga dapat diukur melalui kecepatan pulsa ultrasonik.

Khususnya untuk beton pracetak dan beton cetak kering, hal ini secara signifikan mempersingkat waktu hingga beton yang dicetak dapat dikeluarkan dari cetakan. Penelitian oleh Bauhaus University (Jerman) menunjukkan pengurangan waktu ikat berikut.

Manfaat menarik lainnya dari pencampuran ultrasonik adalah pengaruhnya terhadap fluiditas. Seperti ditunjukkan pada tabel di atas, slump meningkat sekitar 30%. Hal ini memungkinkan pengurangan dosis superplasticizer.

Integrasi Mixer Ultrasonik ke dalam Proses Produksi Semen

Hielscher menawarkan mixer ultrasonik untuk mendispersikan semen, silika, abu terbang, pigmen, atau CNT secara efektif. Pertama, setiap bahan kering harus terlebih dahulu dicampur dengan air untuk membentuk pasta berkonsentrasi tinggi yang tetap dapat dipompa. Mixer ultrasonik Hielscher mendeaglomerasi dan mendispersikan partikel menggunakan gaya geser akibat kavitasi. Hasilnya, seluruh permukaan setiap partikel terpapar air sepenuhnya.

Pemrosesan Ultrasonik Pasta Semen

Untuk pasta semen, hidrasi dimulai setelah pemrosesan ultrasonik. Oleh karena itu, mixer ultrasonik Hielscher harus digunakan secara inline, karena pasta semen tidak dapat disimpan dalam jangka waktu lama. Gambar skematis di bawah menggambarkan proses tersebut. Pada langkah berikutnya, agregat, seperti pasir atau kerikil, ditambahkan dan dicampur dengan pasta semen. Karena partikel semen sudah terdispersi dengan baik pada tahap tersebut, pasta semen bercampur dengan baik dengan agregat. Beton kemudian siap dimasukkan ke dalam cetakan pracetak atau diangkut. Tangki break-up di samping mixer ultrasonik dapat digunakan agar pemrosesan berlangsung lebih kontinu ketika permintaan beton tidak stabil.
Baca lebih lanjut tentang deaglomerasi ultrasonik partikel semen!

Dispersi Ultrasonik Silika, Abu Terbang, dan Nanomaterial

Dispersi silika, abu terbang, pigmen, atau nanomaterial lainnya, seperti nanot tabung karbon, memerlukan intensitas pemrosesan dan tingkat energi yang berbeda. Oleh karena itu, kami merekomendasikan mixer ultrasonik terpisah untuk menghasilkan suspensi/pasta yang terdispersi dengan baik, yang kemudian ditambahkan ke campuran beton. Silakan klik grafik di atas untuk melihat gambar skematis proses ini.

Peralatan pencampuran ultrasonik yang diperlukan untuk peningkatan skala dapat ditentukan secara tepat berdasarkan pengujian skala pilot menggunakan UIP1000hdT, yaitu sonikator skala pilot berdaya tinggi sebesar 1.000-watt. Tabel di bawah menunjukkan rekomendasi umum perangkat berdasarkan volume batch atau laju alir pasta semen yang akan diproses.

Dengan daya pencampuran ultrasonik hingga 16kW per probe ultrasonik, Hielscher menawarkan daya pemrosesan yang diperlukan untuk aplikasi bervolume tinggi. Teknologi ini mudah diuji dan dapat ditingkatkan skalanya secara linear.