Pencampuran Ultrasonik untuk Beton Berkinerja Tinggi
Penggunaan mikrosilika dan nanosilika atau nanotube meningkatkan kuat tekan beton berkinerja tinggi. Ultrasonikasi merupakan cara yang efektif untuk mencampur, membasahi, dan mendispersikan nanomaterial dalam semen atau beton.
Mikrosilika banyak digunakan dalam beton saat ini untuk menghasilkan kuat tekan yang lebih tinggi atau beton yang tahan terhadap air dan bahan kimia. Hal ini dapat mengurangi biaya material dan penggunaan energi. Nanomaterial baru, seperti nanosilika atau nanotube, semakin meningkatkan ketahanan dan kekuatan. Namun, untuk memanfaatkan seluruh potensi nanomaterial, diperlukan teknik dispersi yang andal dan efisien. Sonikator tipe probe merupakan teknik yang paling andal dan efektif untuk menghasilkan nanodispersi, bahkan dalam bubur berkekentalan tinggi dan menyerupai pasta seperti semen dan beton.
Dispersi Grout Semen Mikrohalus dengan Pencampur Ultrasonik
Dalam artikel penelitian yang disajikan oleh tim peneliti Draganović, para penulis menyelidiki dispersi grout semen mikrohalus menggunakan teknologi ultrasonik dan dissolver laboratorium konvensional. Penelitian ini bertujuan membandingkan kinerja ultrasonik – khususnya sonikator UP400St dalam penelitian ini – dengan metode tradisional untuk mendispersikan grout.
Para peneliti melakukan serangkaian eksperimen menggunakan berbagai teknik dispersi untuk mengevaluasi distribusi ukuran partikel (PSD) dan potensial zeta partikel semen mikrohalus. Teknik dispersi tersebut mencakup perlakuan ultrasonik menggunakan sonikator UP400St, dissolver laboratorium berkecepatan tinggi, dan kombinasi kedua metode tersebut.
MultiSonoReactor MSR-4: Dispersi ultrasonik dalam jalur untuk produksi semen dan beton berkinerja tinggi secara industri dalam jalur.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa dispersi ultrasonik menggunakan sonikator UP400St menghasilkan distribusi ukuran partikel yang jauh lebih baik dibandingkan dengan dissolver laboratorium konvensional. Sonikator UP400St secara efektif mengurangi aglomerasi partikel semen mikrohalus dan menghasilkan suspensi grout yang lebih homogen dan stabil. Perlakuan ultrasonik memperbaiki distribusi partikel yang lebih kecil, sehingga menghasilkan rentang distribusi ukuran partikel yang lebih sempit.
Metode dispersi yang dibandingkan: dissolver Vma-Getzmann Dispermat CV-3 yang dilengkapi cakram 90-mm dan sistem rotor-stator. Perangkat ultrasonik Hielscher UP400St dilengkapi sonotrode H22.
(Penelitian dan gambar: ©Draganovic et al., 2020)
Selain itu, penggunaan ultrasonik yang dikombinasikan dengan dissolver laboratorium konvensional semakin meningkatkan efisiensi dispersi, sehingga menghasilkan distribusi ukuran partikel yang lebih halus dibandingkan dengan perlakuan ultrasonik saja. Saat dikombinasikan, sonikasi menghasilkan pencampuran mikro dan nanodispersi, sedangkan dissolver berkontribusi pada pencampuran makro yang memastikan seluruh partikel masuk ke zona kavitasi ultrasonik. Hal ini memungkinkan pengendalian yang lebih baik atas distribusi ukuran partikel (PSD) dan potensial zeta grout semen mikrohalus dalam operasi batch. Saat menggunakan reaktor sel alir, suspensi partikel secara otomatis melewati zona titik panas kavitasi sehingga pengadukan tambahan tidak diperlukan.
Secara keseluruhan, penelitian ini menyoroti kinerja unggul sonikator UP400St dalam mendispersikan grout semen mikrohalus. Perlakuan ultrasonik, terutama bila dikombinasikan dengan dissolver laboratorium konvensional, menawarkan metode yang sangat efektif dan efisien untuk menghasilkan suspensi partikel semen mikrohalus yang seragam dan stabil.
Perlu dicatat bahwa artikel tersebut memberikan perbandingan menyeluruh antara metode dispersi ultrasonik dan konvensional, yang menyoroti kinerja unggul sonikasi dalam dispersi grout.
(bandingkan Draganović et al., 2020)
Homogenizer ultrasonik UP400St dibandingkan dalam hal efisiensi dispersi grout semen dengan pencampur laboratorium biasa yang dilengkapi cakram, serta dengan teknik rotor-stator. Penelitian menunjukkan bahwa dispersi ultrasonik bukan hanya metode yang efektif, tetapi bahkan lebih baik daripada pencampur yang menggunakan teknik rotor-stator.
(penelitian dan grafik: © Draganović et al., 2020)
Penelitian dan Pengembangan Beton
Penelitian beton mencari material dan proses untuk:
- mengurangi biaya material dan biaya energi
- memperoleh ketahanan awal dan akhir yang tinggi
- meningkatkan kepadatan dan kuat tekan
- meningkatkan kemudahan pengerjaan, pemompaan, dan penyelesaian permukaan
- meningkatkan durabilitas dan mengurangi permeabilitas
- mengurangi masalah retak susut, pembentukan debu, dan delaminasi
- ketahanan terhadap bahan kimia, misalnya ketahanan terhadap sulfat
Pencampuran Semen dan Beton
Dalam meningkatkan sifat beton, teknologi pencampuran sama pentingnya dengan komposisi beton. Pencampuran merupakan tahap penting dalam produksi beton yang seragam dan berkualitas tinggi. Meskipun banyak pedoman dan peraturan, misalnya DIN EN 206, mengatur komposisi beton dan komponennya, proses pencampuran semen dan beton yang sebenarnya diserahkan kepada pengguna.
Hal yang menentukan adalah air, semen, dan bahan tambah harus terdispersi dan terdistribusi secara merata hingga skala halus, serta aglomerat harus terdispersi secara memadai. Dispersi atau deaglomerasi yang tidak memadai menghasilkan sifat beton yang lebih buruk. Karena kadar air yang rendah dan dosis bahan tambah yang tinggi, pencampuran beton memadat sendiri (SCC) dan beton berkekuatan ultra tinggi (UHPC) memerlukan waktu pencampuran yang lebih lama atau teknologi pencampuran yang lebih efektif.
Pelajari bagaimana ultrasonik berdaya tinggi meningkatkan dan mempercepat hidrasi serta perkembangan kekuatan pasta semen!
Nanomaterial dalam Beton
Selama hidrasi semen, produk hidrasi berskala nano, seperti hidrat kalsium, terbentuk dalam beton yang sedang mengeras. Nanopartikel silika atau nanotube berubah menjadi nanopartikel semen selama pemadatan beton. Partikel yang lebih kecil menghasilkan jarak antarpartikel yang lebih pendek serta material yang lebih padat dan kurang berpori. Hal ini meningkatkan kuat tekan dan mengurangi permeabilitas.
Namun, kelemahan utama serbuk dan material berukuran nano adalah kecenderungannya membentuk aglomerat selama pembasahan dan pencampuran. Jika masing-masing partikel tidak terdispersi dengan baik, aglomerasi mengurangi luas permukaan partikel yang terekspos sehingga menghasilkan sifat beton yang lebih buruk.
Prosesor ultrasonik UIP16000 merupakan homogenizer berkinerja tinggi untuk dispersi semen dan beton
Pencampuran Ultrasonik: Dispersi Homogen Nanomaterial dalam Pasta Semen
Ultrasonikasi merupakan cara yang sangat efektif untuk pencampuran, dispersi, dan deaglomerasi. Gambar di bawah menunjukkan hasil umum dispersi ultrasonik silika pirogenik dalam air.
Baca selengkapnya tentang mortar semen yang diperkuat nanomaterial menggunakan dispersi ultrasonik!
Berawal (kurva hijau) dari ukuran partikel aglomerat lebih dari 200 mikron (D50), sebagian besar partikel diperkecil hingga kurang dari 200 nanometer.
Pencampuran Ultrasonik pada Segala Skala
Hielscher menawarkan perangkat pencampuran ultrasonik untuk digunakan dalam penelitian dan pemrosesan skala penuh.
Sonikator untuk Penelitian dan Pengembangan Laboratorium
Homogenizer laboratorium ultrasonik Hielscher merupakan alat pencampur yang ideal untuk penelitian dan pengembangan skala laboratorium. Sonikator laboratorium Hielscher biasanya digunakan untuk pencampuran ultrasonik batch kecil. Homogenizer ultrasonik Hielscher menawarkan pengendalian parameter yang akurat dan reproduktibilitas yang sangat baik untuk persiapan peningkatan skala. Hal ini memudahkan pencampuran berbagai formulasi dan penentuan pengaruh intensitas ultrasonikasi serta durasi sonikasi.
Pencampuran Ultrasonik dalam Jalur Produksi
Peralatan pencampuran ultrasonik yang diperlukan untuk peningkatan skala dapat ditentukan secara tepat berdasarkan pengujian laboratorium. Untuk memproses aliran semen atau beton bervolume besar, sonikator berkinerja tinggi biasanya dioperasikan dalam mode aliran kontinu menggunakan reaktor aliran tembus. Hal ini memungkinkan pencampuran yang sangat seragam serta pemrosesan pasta dan bubur tanpa kendala – bahkan dengan viskositas yang sangat tinggi.
Tabel di bawah memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami berdasarkan volume batch atau laju alir yang akan diproses:
| Volume Batch | Laju Alir | Perangkat yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10 hingga 200mL/min | UP100H |
| 10 hingga 2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 hingga 20L | 0,2 hingga 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 hingga 100L | 2 hingga 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 hingga 150L | 3 hingga 15L/min | UIP6000hdT |
| tidak berlaku | 10 hingga 100L/min | UIP16000 |
| tidak berlaku | lebih besar | kelompok unit UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Literatur / Referensi
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- Peters, Simone (2017): The Influence of Power Ultrasound on Setting and Strength Development of Cement Suspensions. Doctoral Thesis Bauhaus-Universität Weimar, 2017.
- N.-M. Barkoula, C. Ioannou, D.G. Aggelis, T.E. Matikas (2016): Optimization of nano-silica’s addition in cement mortars and assessment of the failure process using acoustic emission monitoring. Construction and Building Materials, Volume 125, 2016. 546-552.
- Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2; 2016.
- Amani, Mahmood; Retnanto, Albertus; Aljuhani, Salem; Al-Jubouri, Mohammed; Shehada, Salem; Yrac, Rommel (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. Conference: International Petroleum Technology Conference 2015.
Pencampuran Semen dalam Jalur Menggunakan Sonikator
Pencampur ultrasonik Hielscher biasanya dipasang dalam jalur. Material dipompa ke dalam bejana reaktor ultrasonik. Di sana, material terpapar kavitasi ultrasonik yang intens. Sonikasi dalam jalur menghilangkan aliran pintas karena seluruh partikel melewati ruang pencampuran mengikuti jalur yang ditentukan. Oleh karena itu, ultrasonikasi biasanya menggeser kurva distribusi ukuran partikel alih-alih memperlebarnya.
Kokoh dan Mudah Dibersihkan
Reaktor pencampuran ultrasonik terdiri atas sel alir dan sonotrode. Tidak diperlukan bantalan. Reaktor sel alir (baja tahan karat) memiliki geometri sederhana dan dapat dengan mudah dibongkar serta dibersihkan. Tidak ada lubang kecil atau sudut tersembunyi.
Aplikasi Ultrasonik Lainnya untuk Semen dan Beton
Penggunaan perangkat ultrasonik Hielscher dalam pembuatan semen dan beton tidak terbatas pada pencampuran dan dispersi campuran awal semen atau beton. Ultrasonik merupakan cara yang sangat efektif untuk menghilangkan gas dari cairan dan bubur. Hal ini mengurangi jumlah dan volume gelembung gas yang terperangkap dalam beton setelah pengerasan.
Penggetar ayakan ultrasonik meningkatkan kapasitas dan kualitas pengayakan serbuk untuk partikel kecil. Hielscher menawarkan ayakan yang digetarkan secara ultrasonik untuk aplikasi laboratorium dan industri.
Informasi Dasar tentang Beton
Beton tersusun atas semen, misalnya semen Portland dan bahan sementisius lainnya, seperti abu terbang dan semen terak, agregat (kerikil, batu kapur, granit, pasir), air, dan bahan tambah kimia. Bahan tambah yang umum mencakup akselerator atau retarder, pemlastis, pigmen, silika fume, atau Metakaolin dengan Reaktivitas Tinggi (HRM). Mikrosilika merupakan bahan tambah yang umum digunakan dalam beton. Kelemahannya adalah biaya yang relatif tinggi dan kontaminasi yang memengaruhi kesehatan operator serta pekerja.