Mengapa akselerator digunakan dalam konstruksi shotcrete? Sedikit pengetahuan tentang campuran

Mengapa akselerator digunakan dalam konstruksi shotcrete? Sedikit pengetahuan tentang campuran

Dengan pesatnya perkembangan teknik bawah tanah dan konstruksi infrastruktur transportasi, penerapan teknologi shotcrete untuk perbaikan lereng, penyangga batuan, dan pemblokiran kebocoran dalam konstruksi peledakan terowongan dan pemeliharaan cepat menjadi semakin meluas. Shotcrete adalah jenis beton yang dibentuk dengan penyemprotan campuran bahan semen dan agregat berkecepatan tinggi ke permukaan tertentu menggunakan udara bertekanan atau sumber daya lainnya.

Konstruksi shotcrete dibagi menjadi dua jenis utama: metode campuran kering dan campuran basah. Metode campuran kering menggunakan akselerator bubuk, sedangkan metode campuran basah menggunakan akselerator cair. Di Cina, sebagian besar konstruksi shotcrete masih menggunakan metode campuran kering, dengan konstruksi campuran basah hanya mencakup sekitar 10% dari aplikasi shotcrete. Namun, seiring dengan meningkatnya persyaratan kualitas shotcrete dalam teknik bawah tanah dan meningkatnya kesadaran lingkungan, metode campuran basah dipandang sebagai tren yang tak terelakkan untuk pengembangan teknologi shotcrete di masa depan.

Akselerator adalah aditif inti dalam shotcrete, yang memainkan peran penting dalam pengaturan kecepatan dan kekuatan beton. Takarannya hanya 2%-3% dari jumlah semen dalam beton, namun dapat mencapai pengerasan awal dalam waktu 5 menit dan pengerasan akhir dalam waktu 10 menit, sehingga memenuhi persyaratan pengerasan cepat dalam konstruksi khusus dan memastikan konsolidasi cepat dalam terowongan atau poros. Oleh karena itu, penelitian dan penerapan akselerator merupakan faktor kunci yang menentukan tingkat teknologi shotcrete.

Akselerator tersedia dalam berbagai jenis, diklasifikasikan berdasarkan bentuk produk sebagai akselerator bubuk (padat) atau cair. Berdasarkan kandungan alkalinya, dapat berupa akselerator yang bersifat basa atau non-basa, dengan akselerator yang mempunyai kandungan Na2O<1% considered non-alkaline. The development of accelerators has gone through stages such as high-alkali powder, low-alkali powder, high-alkali liquid, and low (non)-alkali liquid since the Swiss company Sika first developed Sigunite powdered accelerator in the 1930s.

Akselerator non-alkalin mengatasi masalah kandungan alkali yang tinggi pada akselerator tradisional. Beton dengan akselerator non-alkalin dapat mencapai lebih dari 90% kekuatan 28-harinya dibandingkan dengan akselerator tradisional. Selain itu, akselerator non-alkali tidak korosif, ramah lingkungan, dan menimbulkan risiko kesehatan minimal bagi personel konstruksi. Trennya beralih ke penggunaan akselerator cair non-basa dibandingkan akselerator tradisional yang bersifat basa dan rendah alkali.

Status akselerator bubuk saat ini dimulai pada tahun 1930an dengan Sigunite, yang dikembangkan oleh perusahaan Swiss Sika. Akselerator bubuk basa awal, terbuat dari bahan garam anorganik seperti kapur, natrium aluminat, dan garam silikat dan karbonat, memenuhi persyaratan pengerasan cepat tetapi kemudian mengalami kehilangan kekuatan yang signifikan, berkisar antara 20% hingga 50%.

Di Tiongkok, karena pengenalan teknologi shotcrete yang relatif terlambat, penelitian tentang akselerator dimulai belakangan. Akselerator bubuk alkali memiliki keunggulan seperti kemampuan beradaptasi yang baik, kinerja efektif dengan berbagai merek semen, efek setting yang baik, biaya rendah, dan proses persiapan yang matang. Namun, beton tersebut memiliki beberapa cacat, termasuk kehilangan kekuatan yang signifikan pada tahap selanjutnya, berkurangnya daya tahan beton karena masuknya alkali, pantulan yang tinggi selama penyemprotan beton, dan sifat korosif yang kuat selama persiapan, sehingga menimbulkan risiko bagi pekerja.

Karena metode campuran basah secara bertahap menjadi lebih umum, penelitian tentang akselerator bubuk telah menurun secara signifikan, sehingga mengalihkan fokus ke studi tentang akselerator cair rendah alkali dan non-alkali. Namun, karena kesederhanaan, kemampuan beradaptasi, dan biaya rendah dari metode campuran kering, sebagian besar proyek shotcrete di Tiongkok masih menggunakan akselerator bubuk.

Sejarah akselerator cair dimulai pada tahun 1970an dengan berkembangnya akselerator cair alkali Sika di Swiss. Namun, akselerator cair awal ini memiliki kandungan alkali yang tinggi, sehingga menghasilkan kekuatan dan daya tahan beton tahap akhir yang buruk. Dalam upaya untuk meningkatkan kinerja tahap selanjutnya dan menghilangkan bahaya terhadap kesehatan manusia, para peneliti di negara maju mulai mengembangkan akselerator cairan rendah alkali pada tahun 1970an. Mereka menggunakan garam aluminium sebagai akselerator pengaturan utama, yang mengurangi kandungan alkali hingga 10-20%, sehingga menghasilkan penurunan kehilangan kekuatan tahap selanjutnya hingga 20%-30%.

Di Tiongkok, karena terlambatnya pengenalan metode campuran basah, penelitian tentang akselerator cair tertinggal dibandingkan negara maju. Akselerator cair awal, meskipun memenuhi persyaratan standar, menunjukkan kekuatan beton tahap awal yang lebih rendah. Untuk mengatasi hal ini, para peneliti berfokus pada pengurangan kandungan alkali untuk mengurangi hilangnya kekuatan pada tahap selanjutnya dan meningkatkan daya tahan. Saat ini, akselerator cair rendah alkali banyak digunakan di pasaran, menawarkan keuntungan seperti dosis rendah dan waktu pengerasan yang singkat. Namun, hal ini masih mengandung beberapa kandungan alkali dan dapat menyebabkan reaksi agregat alkali, yang berdampak buruk pada ketahanan shotcrete. Akibatnya, para peneliti mengalihkan perhatian mereka ke akselerator cair non-alkali.

Studi tentang akselerator cair non-alkali dimulai pada tahun 1990-an di Eropa dan Amerika Serikat, dan kemudian di Tiongkok. Pendekatan penelitian utama melibatkan penemuan bahan pengaturan baru untuk menggantikan garam logam alkali dalam akselerator cair. Diantaranya, aluminium sulfat, karena kurangnya kandungan logam alkali, secara efektif meningkatkan hidrasi semen dan secara signifikan meningkatkan kekuatan tahap awal mortar. Saat ini dianggap sebagai bahan yang ideal untuk menyiapkan akselerator cair non-alkali. Para peneliti di seluruh dunia telah melakukan penelitian ekstensif pada akselerator cair yang dibuat terutama dengan aluminium sulfat. Produk berkinerja tinggi dan stabil, seperti seri MEYCOSA dari BASF dan seri Sigunite®A dari Sika, mewakili akselerator cair non-alkali tingkat lanjutan saat ini.

Akselerator cair non-alkali adalah fokus pengembangan saat ini dan masa depan, mengurangi kemungkinan reaksi agregat-alkali dan secara efektif meningkatkan kekuatan tahap selanjutnya pada beton. Namun, pengembangan akselerator cair non-alkali masih dalam tahap awal, dan tantangannya mencakup dosis yang relatif besar (6%-12%), stabilitas penyimpanan yang tidak memadai, serta harga dan biaya yang lebih tinggi dibandingkan dengan akselerator cair dan bubuk alkali tradisional. .

4.2 Komposisi Akselerator

Garam aluminium, garam silikat, garam karbonat, dan hidroksida adalah jenis alkali utama dalam akselerator. Garam aluminium dan aluminium alkali merupakan komponen terpenting dalam akselerator cair non-alkali. Untuk garam aluminium, aluminium sulfat merupakan bahan baku yang ideal, dan penggunaan aluminium sulfat sebagai komponen pengaturan utama dalam akselerator cair non-alkali telah mendapatkan perhatian dan penelitian luas.

4.4 Proses Produksi Akselerator

4.4.1 Akselerator Cair

Akselerator Basa: Natrium hidroksida dan air dicampur dalam bejana reaksi, dan setelah diaduk, aluminium hidroksida ditambahkan. Campuran dipanaskan hingga 110 derajat, kemudian didinginkan untuk menghasilkan produk akhir.

Akselerator Non-basa: Asam fluorosilikat ditambahkan ke bejana reaksi dan diaduk pada suhu kamar dan tekanan atmosfer. Aluminium sulfat ditambahkan dan diaduk sampai larut sepenuhnya. PH kemudian disesuaikan menjadi 5, menghasilkan produk akhir.

4.4.2 Akselerator Bubuk

4.4.2.1 Penimbangan dan Pencampuran

Bahan mentah seperti abu aluminium (ukuran partikel {{0}}cm), batu kapur (ukuran partikel 0.5-1.2cm), dan alkali industri (natrium karbonat) diangkut dengan konveyor tertutup ke sebuah alat timbang. Aluminium sulfat