Motif untuk mengganti klinker dengan bahan semen tambahan (SCM) sudah terkenal. Namun, terak tungku ledakan butiran, pozzolanes alami, fly ash yang memenuhi syarat dan SCM lebih lanjut memiliki ketersediaan terbatas; total potensi penggantian produksi klinker global kurang dari 30%. Batu kapur semakin banyak digunakan sebagai komponen dalam semen Portland-Limestone: Sika menawarkan aditif untuk meningkatkan penggilingan dan kinerja.
Batu kapur memiliki pengakuan yang meningkat sebagai bahan semen tambahan (SCM) berkat keuntungan berikut:
- Efektivitas biaya
- Kemudahan ketersediaan
- Jarak transportasi pendek
- Umur simpan tanpa batas
- Tidak terpengaruh oleh paparan di luar ruangan
- Grindability yang baik
Pelajari selengkapnya tentang:
Standar
Di banyak negara Eropa (misalnya Italia, Prancis, Swiss) semen portland-limestone (PLC) diterima secara luas dan telah mencapai pangsa pasar lebih dari 60%.
Dua keadaan mendorong perkembangan ini:
- Ketersediaan lokal batu kapur - dan rendahnya volume SCM lainnya;
- Standar semen Eropa EN 197-1 yang meliputi:
CEM II/A-LL memungkinkan konten batu kapur hingga 20%
CEM II/B-LL dengan kandungan batu kapur hingga 35%
CEM II / A-M - dengan kandungan batu kapur hingga 20%
CEM II / B-M - dengan kandungan batu kapur hingga 35%
CEM II / C-M (S-LL) - dengan kandungan batu kapur hingga 20%
CEM II / C-M (P-LL) - dengan kandungan batu kapur hingga 20%
CEM II / C-M (V-LL) - dengan kandungan batu kapur hingga 20%
CEM VI / (S-LL) - dengan kandungan batu kapur hingga 20%
Saat ini semen ini tidak hanya digunakan untuk produksi kelas beton yang lebih rendah tetapi dapat diakreditasi untuk beton dari banyak kelas eksposisi menurut EN 206-1. Batas sering ditetapkan karena kebijakan pemasaran, tradisi atau aplikasi khusus.
Setelah tinjauan luas data penelitian dan berdasarkan pengalaman Eropa dan Kanada, Komite standar merevisi ASTM C595 dan diperkenalkan pada tahun 2012 jenis semen IL dengan kandungan batu kapur hingga 15%. Ditemukan bahwa semen batu kapur portland (dengan batu kapur 15%) mencapai kekuatan dan daya tahan beton yang setara dengan Semen Portland Biasa.
Kekuatan Mekanik
Kekuatan mekanis semen portland (PC) tidak dapat dibandingkan dengan semen portland-limestone tanpa diskusi tentang kehalusan klinker dan batu kapur. Apakah benar untuk membandingkan PC dengan PLC dengan permukaan spesifik yang sama (Blaine), dengan retensi saringan yang sama atau dengan distribusi ukuran partikel yang sama?
Bahkan jika mungkin untuk menghasilkan semen portland dan semen portland-limestone dengan distribusi ukuran partikel identik (PSD), harus dipertimbangkan bahwa metode laser didasarkan pada asumsi bahwa semua partikel memiliki bentuk bulat, yang tidak memiliki batu kapur tanah atau clinker benar-benar memiliki.
Karena batu kapur jauh lebih mudah digiling daripada klinker, partikel batu kapur halus memperkaya segmen PSD di mana klinker kurang ada. 1, 4 Oleh karena itu efek pengisi (kemasan partikel padat), curah hujan yang lebih cepat dari hidrat terlarut pada permukaan yang lebih tinggi dan efek lebih lanjut dapat meningkatkan kekuatan mekanis PLC hingga kandungan batu kapur yang terbatas. Batas ini tergantung pada kualitas bahan dan parameter lebih lanjut: penambahan 5% berada di sisi yang aman. 2
Dalam praktiknya, semen portland-limestone digiling ke kehalusan yang lebih tinggi dibandingkan dengan semen Portland. Peningkatan Blaine di kisaran 100cm2/ g diperlukan untuk mengkompensasi pengurangan kekuatan yang dihasilkan dari penambahan 1% batu kapur. 3
Jenis penggilingan dan sistem proses memainkan peran penting. Intergrinding (co-grinding) di pabrik bola klasik (closed system) mengarah ke PSD yang luas, yang biasanya dianggap bermanfaat, misalnya mengenai kemampuan kerja. Namun demikian, di atas batas tertentu batu kapur halus memiliki adsorbtion air yang berlebihan dan penggilingan terpisah (pabrik bola dan peralatan pencampuran) disukai. 4
Produksi PLC dengan Vertical Roller Mill (VRM) sangat menguntungkan. Perbandingan dua semen (CEM II/A-LL 42,5), satu tanah dengan VRM dan yang lainnya dengan pabrik bola, menunjukkan kinerja VRM yang baik. Parameter kehalusan dengan jelas menunjukkan bahwa VRM dapat menghasilkan kehalusan klinker yang lebih tinggi tanpa 'overgrinding' batu kapur.
Jelas perbandingannya tidak benar secara menyeluruh karena klinker, gipsum dan batu kapur berasal dari pembuktian yang berbeda, tetapi kedua semen memiliki kandungan batu kapur yang sama 17-18%.
Gambar 1a: Distribusi ukuran partikel 2 PLC dengan tanah kandungan batu kapur yang identik di dua jenis pabrik yang berbeda.
Pada Gambar 1a, kedua grafik PSD menunjukkan 'bahu' khas (rentang 1-10μm) yang berasal dari batu kapur. Klinker di pabrik bola jelas lebih sedikit tanah daripada di VRM, yang akan menghasilkan kekuatan mekanis yang lebih rendah. Meskipun VRM menggiling klinker ke tingkat yang lebih tinggi, kehalusan batu kapur tidak meningkat secara proporsional.
Gambar 1b: Parameter kehalusan dua semen dengan kandungan batu kapur yang sama.
| Sampel | 1 | 2 |
|---|---|---|
| Tipe penggilingan | Pabrik bola, sistem tertutup | Pabrik roller vertikal |
| Batu kapur (%) | 17.9 | 17.4 |
| x' dalam RRSB (μm) | 24.6 | 17.0 |
| n dalam RRSB | 0.87 | 0.94 |
| d90 (μm) | 57.7 | 38.8 |
| d98 (μm) | 89.0 | 56.4 |
| Massa jenis (kg/dm3) | 2.98 | 2.96 |
| Spek Blaine (cm2/g) | 3610 | 4675 |
| Retensi pada saringan 32μm (%) | 20.9 | 4.5 |
Gambar 1b menunjukkan parameter kehalusan dua semen dengan kandungan batu kapur yang sama. Distribusi ukuran partikel serta residu saringan dengan jelas menunjukkan bahwa kehalusan tinggi tidak hanya karena batu kapur tetapi juga untuk klinker yang digiling dengan baik.
Penambah Kekuatan
Penambah kekuatan, berdasarkan alkanolamin misalnya tri-isopropanolamine (TIPA), banyak digunakan dalam PLC. Efek TIPA berasal dari ironchelation yang meningkatkan pembubaran C4AF, sehingga meningkatkan area permukaan alit. Mekanisme yang berbeda, termasuk peningkatan pembentukan karboaluminates dan pengaruh penggilingan mineral dibahas. 5
Kinerja penambah kekuatan tidak hanya tergantung pada komposisi klinker dan semen tetapi juga pada kehalusan semen. Pengaruh kehalusan pada efisiensi dua alkanolamine (A dan B) diuji dengan dua semen portland berbeda yang digiling di pabrik bola laboratorium Sika Technology AG (lihat Gambar 2).
Gambar 2: Kinerja dua penambah kekuatan (A dan B) dalam fungsi kehalusan semen, pada enam sampel semen.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Laser spesifikasi (cm2/g) | 2430 | 2630 | 3520 | 3890 | 4110 | 4560 |
| x' (μm) dalam RRSB | 33.2 | 29.7 | 22.6 | 20.1 | 18.9 | 18.8 |
| BET (cm2/g) | 7340 | 8920 | 9920 | 12110 | 13650 | 18720 |
Kemampuan kerja
Seperti kekuatan kompresif, kemampuan kerja beton (diukur sebagai merosot atau sebagai flow table spread) dipengaruhi positif oleh batu kapur yang digiling halus. Pendarahan umumnya tidak ada masalah dengan PLC. Kandungan maksimum batu kapur yang tidak berdampak negatif pada kemampuan kerja tergantung pada kualitas bahan dan distribusi ukuran partikel klinker dan batu kapur. Secara umum, penggunaan batu kapur hingga 15% dapat meningkatkan kemampuan kerja beton dan mortir (lihat Gambar 3).
Gambar 3: Pengaruh konten batu kapur pada kemampuan kerja mortar (EN 196-1) pada rasio w/c konstan dan kekuatan kompresi konstan.
| Klinker (%) | 86.5 | 81.5 | 75.0 |
|---|---|---|---|
| Batu kapur (%) | 9.0 | 14.0 | 21.0 |
| Gipsum (%) | 4.5 | 4.5 | 4.0 |
| SikaGrind-840 (%) | 0.035 | 0.035 | 0.035 |
| Spek Blaine (cm2/g) | 3160 | 3710 | 4210 |
| Retensi pada saringan 32μm (%) | 32.1 | 27.2 | 19.1 |
| x' dalam RRSB (μm) | 35.6 | 28.1 | 22.1 |
| Spread tabel aliran, 0' (mm) | 194 | 203 | 196 |
| Spread tabel aliran, 30' (mm) | 185 | 192 | 185 |
| Spread tabel aliran, 60' (mm) | 168 | 177 | 173 |
| Kekuatan kompresi, 2 hari (MPa) | 22.5 | 23.0 | 23.1 |
| Kekuatan kompresi, 28 hari (MPa) | 47.5 | 47.9 | 47.4 |
Tingkat penambahan batu kapur yang lebih tinggi membutuhkan area permukaan khusus yang tinggi untuk mengkompensasi kehilangan kekuatan. Penambah kekuatan dapat mengurangi tantangan antara kekuatan mekanis dan kemampuan kerja untuk memperpanjang tertentu. Konsep lain adalah penggunaan penambah kekuatan dalam kombinasi dengan superplastikiser.
Penggunaan superplastikiser yang menahan kondisi sekitar pabrik dan mempertahankan efek plasticising meskipun penyimpanan dalam kondisi basa dipelopori oleh Sika. 6 Saat ini pendekatan ini diakui dan semakin diterapkan dalam praktik untuk produksi semen portland-limestone (lihat Gambar 4).
Gambar 4: Kemampuan kerja sangat penting untuk penerimaan pasar semen baru. Kemerosotan rendah dapat ditingkatkan dengan PCE dalam aditif semen.
Properti Aliran Bubuk
Sudah diketahui bahwa semen portland-limestone cenderung resistensi kohesif tinggi, karena kekuatan atraksi antara partikel batu kapur halus. Hal ini dapat menghambat keluarnya truk atau silo karena padatan dapat menghasilkan zona yang stagnan.
Banyak metode tes empiris seperti sudut repose, perbandingan kepadatan massal atau metode packset7 telah dikembangkan untuk mengukur sifat aliran semen. Indeks pack-set menyediakan nilai numerik untuk mengontrol gaya yang diperlukan untuk mengatasi konsolidasi yang diinduksi getaran. Tes ini merupakan bantuan untuk kontrol rutin selama produksi semen dan tidak cocok untuk keperluan spesifikasi. Semakin tinggi indeks pack-set, semakin rendah aliran bubuk.
Kesadaran akan karakteristik PLC menuntut perangkat uji yang mengukur sifat fisik yang jelas. Penguji geser cincin8 memberikan pengukuran yang ditentukan dari sifat aliran yang membantu untuk pengembangan semen baru dan desain silo. Dalam penguji geser cincin, sampel semen terkandung dalam sel geser annular (lihat Gambar 5). Beban vertikal FN diterapkan melalui batang pemuatan tipis pada tutupnya. Untuk geser sampel, sel berputar relatif terhadap tutupnya (arah ω) dan torsi yang diperlukan untuk geser ditentukan dari gaya F1 dan F2 yang bertindak dalam batang yang dipasang pada balok beban.
Gambar 5: Geser sel penguji geser cincin, penguji geser cincin Schulze XSMr.
Rasio tekanan konsolidasi terhadap kekuatan hasil yang tidak terkonfinisi digunakan untuk mencirikan flowability secara numerik. Semakin besar jumlah flowability (FFC), semakin tinggi kecepatan aliran bubuk.
Jelas dimungkinkan untuk mengatur aliran bubuk PLC oleh aditif semen yang mengandung eter polikarboyxlate (PCE) sebagai bagian dari formulasi inovatif (Gambar 6). Perawatan harus diambil untuk menerapkan dosis yang benar. Karena PCes adalah dispersan yang sangat kuat, aliran bubuk bisa menjadi terlalu tinggi, dengan konsekuensi negatif misalnya ketika transportasi semen pada sabuk miring diperlukan. Beban debu di stasiun penggilingan atau kapasitas kantong filter dapat menjadi faktor pembatas lainnya. Konten PCE dalam perumusan SikaGrind dapat disesuaikan untuk mengoptimalkan properti aliran.
Gambar 6: SikaGrind-870 (penambah kekuatan yang mengandung PCE) meningkatkan sifat aliran semen. Sampel semen disiapkan di pabrik laboratorium dengan waktu penggilingan konstan, oleh karena itu juga kehalusan meningkat dengan penggunaan SikaGrind.
| Contoh N° | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Klinker (%) | 100.0 | 80.0 | 100.0 | 80.0 |
| Batu kapur (%) | 0.0 | 20.0 | 0.0 | 20.0 |
| SikaGrind-870 (%) | 0.00 | 0.00 | 0.03 | 0.03 |
| Spek Blaine (cm2/g) | 2515 | 3295 | 2670 | 3575 |
| Retensi pada Saringan 32μm (%) | 32.0 | 35.6 | 30.3 | 30.9 |
| x' dalam RRSB (μm) | 31.1 | 26.1 | 30.3 | 29.5 |
| Aliran Bubuk, geser cincin, FFC | 2.00 | 1.32 | 2.30 | 1.80 |
| Indeks pack-set | 9 | 101 | 4 | 15 |
Daya tahan
Jenis semen dapat mempengaruhi ketahanan beton dengan dan tanpa penguatan. Topik utamanya adalah tindakan lingkungan dan reaksi alkali-silika. Tindakan lingkungan diklasifikasikan menurut EN 206-1 ke dalam kelas pencahayaan berikut:
XC: Korosi yang diinduksi karbonasi;
XS: Korosi yang diinduksi klorida (air laut);
XD: Korosi yang diinduksi klorida (de-icing);
XF: Serangan beku-mencair;
XA: Lingkungan kimia agresif (misalnya Sulfat).
CEM II/A-LL digunakan di sebagian besar negara Eropa untuk semua kelas eksposur kecuali XA.9 CEM II/B-LL meningkat dan semakin banyak produsen semen mencapai persetujuan untuk kelas semen ini di semua kelas pencahayaan kecuali XA.
Sesuai dengan Spesifikasi Standar untuk Semen Hidrolik Campuran ASTM C595/C595M-15, semen Tipe IL semata-mata tidak diizinkan sebagai semen resistensi sulfat sedang (MS) atau tinggi (HS).
Asosiasi produsen semen Jerman memulai proyek penelitian dengan tujuan untuk menentukan efek distribusi ukuran partikel pada sifat semen yang mengandung batu kapur dan beton yang diproduksi menggunakannya10, 11:
Sebuah pabrik semen menghasilkan empat PLC dengan konstituen identik di pabrik bola dengan intergrinding. Semua semen memiliki kandungan 30% batu kapur. Parameter pabrik dan pemisah disesuaikan untuk menghasilkan permukaan semen yang berbeda (Blaine). Campuran beton yang identik (semen = 300kg/m3,w/c = 0,60) digunakan untuk menghasilkan kubus yang menjadi sasaran tes pembekuan-pencairan menurut CEN/TS 12390-9. Beton harus memiliki kurang dari 10% penurunan berat badan setelah 100 siklus untuk memenuhi persyaratan standar. Meskipun semen N ° 1 dan 2 memiliki luas permukaan yang jauh lebih tinggi menurut Blaine mereka tidak mematuhi persyaratan sedangkan semen N ° 4, dengan Blaine yang lebih rendah, mencapai target.
Kesimpulan:
Tingkat penskalaan tidak sesuai dengan Blaine, tetapi distribusi ukuran partikel klinker dan batu kapur sangat penting.
Apa kontribusi SikaGrind terhadap daya tahan?
SikaGrind yang dibuat khusus untuk PLC adalah alat bantu gerinda yang sangat efisien. Kecenderungan batu kapur untuk aglomerat sangat baik dikurangi oleh SikaGrind, sehingga pangsa batu kapur di segmen partikel yang sangat halus berkurang tetapi kehalusan klinker meningkat. Dengan cara ini SikaGrind membantu mengurangi porositas dan difusi klorida yang merupakan faktor penting untuk menghindari mengadu korosi. Selain itu, penambah kinerja SikaGrind untuk PLC meningkatkan kemampuan kerja beton - dampak positif lebih lanjut pada daya tahan karena menghindari pembentukan misalnya sarang lebah dalam beton.
Gambar 7: Perlawanan freezethaw PLC dengan PSD yang berbeda. Blaine bukan faktor penentu.
Gambar 8: CEM II/A-LL 32,5R. Pengurangan 6% konten klinker.
Pendekatan dengan SikaGrind LS
Strategi SikaGrind LS adalah untuk mengkompensasi kehilangan kekuatan dengan penambah kekuatan sejauh itu masuk akal dan untuk juga meningkatkan luas permukaan. Dampak akhirnya dari permukaan yang lebih tinggi pada produktivitas, flowability bubuk atau kemampuan kerja dikurangi oleh SikaGrind LS.
Kesimpulan
Pengalaman praktis dan hasil penelitian sejalan dengan tren saat ini ke semen portland-limestone. Aspek ekologis dan ekonomis menjadikan batu kapur sebagai bahan semen sekunder yang paling menarik. Pada kandungan batu kapur tertentu, pengaruh positifnya berbalik dan kekuatan mekanis, aliran bubuk semen serta daya tahan dan kemampuan kerja beton dipengaruhi secara negatif.
Aditif semen dapat membantu mengatasi masalah ini, tetapi manfaat penambah kekuatan terbatas. Penambah kinerja seperti SikaGrind LS dapat memperluas kandungan batu kapur di PLC, karena dampaknya terhadap sifat semen dan produksi semen.
Referensi
- Locher, F.W.: Zement. Grundlagen der Herstellung und Verwendung, Verlag Bau+Technik, Düsseldorf, 2000, pp. 107.
- Harrison, A.: Batu kapur sebagai MAC, Ulasan semen internasional, Januari 2013, p. 65.
- Tenis, Kepolisian; Thomas, M.D.A.; dan Weiss, W.J.: Laporan canggih tentang penggunaan batu kapur dalam semen pada tingkat hingga 15%, SN3148, Asosiasi Semen Portland, Skokie, Illinois, 2014, pp. 27-33.
- De Weerdt, K.: Penggilingan terpisah versus intergrinding - State of the art, SINTEF-report SBF BK AO7022, Trondheim, 2007, pp. 12-13.
- Engelsen, C.J.: Peningkatan kualitas dalam pembuatan semen - keadaan seni, COIN-report 2, Gedung SINTEF dan infrastruktur, Oslo, 2008, hal.
- Schrabback, J.M.: Aditif untuk pasar semen yang menantang, Semen Dunia, Oktober 2009, pp 75-78.
- ASTM C1565, Metode uji standar untuk penentuan indeks pack-set semen portland.
- Schulze, C.: Aliran sifat bubuk dan padatan massal, Wolfenbüttel, 2011, www.dietmar-schulze.de.
- Masyarakat insinyur dan arsitek Swiss: Register der frei gegebenen Zemente und Kombination von Zementen und Zusatzstoffen, Zürich, 2015.
- Verein Deutscher Zementwerke: VDZ-Tätigkeitsbericht 2009-2012, Düsseldorf, 2012, p 89.
- Verein Deutscher Zementwerke: Laporan Aktivitas VDZ 2012-2015, Düsseldorf, 2015, pp 136-139.
Unduh Artikel
Penulis
Matthias Dietrich
Insinyur Produk Korporat: Aditif Semen
Target Pasar Beton
Layanan Sika AG