Grinding aids dan strength enhancers berbasis polycarboxylate–amines, alkali, dan akselerator memampukan semen low‑clinker tetap bertenaga: dosis puluhan ppm mengerek kekuatan 3–28 hari dan output mill sekaligus.
Saat industri semen beralih ke campuran rendah clinker demi biaya dan CO₂ yang lebih rendah, satu dilema langsung muncul: bagaimana mengamankan performa. Supplementary cementitious materials/SCM (bahan pengganti klinker seperti slag, fly ash, atau limestone filler) cenderung memperlambat hidrasi awal dan memangkas kekuatan dini. Di sinilah specialty grinding aids dan performance enhancers—sering berupa campuran polycarboxylate (PCE) dengan alkanolamine, garam alkali, atau akselerator—menjadi penentu. Dengan mengoptimalkan dispersi partikel dan kimia hidrasi, additive ini terbukti mendongkrak kekuatan awal dan akhir umur (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Contoh konkret: hanya 0,03% grinding aid berbasis polycarboxylate mampu memangkas ukuran partikel rata‑rata semen ≈3,7 µm (mikrometer) dan menambah kuat tekan 3 hari serta 28 hari sebesar 6–8 MPa (megapascal) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Pemasok global seperti Sika, Ashland, dan GCP melaporkan peningkatan output mill dan kekuatan secara simultan; SikaGrind®‑870/‑874 menonjolkan “increased early strength, improved powder flow” dan klaim kuat 3 hari serta kuat akhir yang lebih tinggi bahkan saat kehalusan (Blaine, ukuran kehalusan spesifik) dinaikkan (pak.sika.com) (vnm.sika.com). Distributor Indonesia juga memasarkan seri NEXCEM untuk “increase strength (Early & Late)” dengan optimasi ukuran partikel dan pengurangan aglomerasi (nexco.id).
Upgrade Baghouse Raw Mill: Turunkan Emisi dan Hemat Energi
Mekanisme additive pada penggilingan dan hidrasi
Grinding aids (agen penggilingan; aditif yang mengadsorpsi pada permukaan semen untuk mengurangi gaya tarik elektrostatik) berbasis PCE yang dipadu alkanolamine seperti TEA/TIPA—TEA (triethanolamine), TIPA (triisopropanolamine)—menetralkan muatan dan memisahkan partikel, meningkatkan efisiensi mill (kWh/t lebih rendah) dan menghasilkan distribusi kehalusan lebih baik (vnm.sika.com) (nexco.id). Semen yang lebih halus mempercepat hidrasi dan perkembangan kekuatan.
Dalam uji terbaru, kombinasi polycarboxylate (PC) dengan TEA atau TIPA memangkas ukuran partikel rata‑rata ~4,2 µm dan memperbaiki mikrostruktur hidrasi (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Campuran PC+alkanolamine semacam ini “enhance the early and late strength of cement” jauh lebih besar dibanding PC saja (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Studi hidrasi laboratorium menegaskan percepatan pelarutan C₃S (alite; fase silikat utama) dan C₃A (aluminat), pembentukan C–S–H (gel kalsium‑silikat‑hidrat) serta ettringite (fase sulfoaluminat awal) yang lebih cepat tanpa mengubah mineralogi akhir (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Di sisi performance/strength enhancers (aditif untuk mengakselerasi reaksi atau menyediakan situs nukleasi), portofolionya mencakup alkanolamine seperti TEA, TIPA, THEED; alkali sulfates seperti K₂SO₄/Na₂SO₄; dan garam kalsium seperti Ca(NO₃)₂ atau Ca(HCOO)₂. Alkanolamine dapat mengkelat Fe³⁺/Al³⁺, mempercepat reaksi C₄AF/C₃A dan pembentukan ettringite yang memadatkan mikrostruktur dini. Sika mencatat tri‑isopropanolamine “enhances the dissolution of C₄AF, thereby increasing the alite surface area” dan mengerek kekuatan (zaf.sika.com).
Hasil kuantitatif pada dosis sangat rendah
Dosis kecil, hasil terukur. Studi di Tiongkok menunjukkan 0,03% grinding aid polycarboxylate menaikkan kuat tekan 3 hari 6–7 MPa dan 28 hari 6–8 MPa (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Studi lain pada akselerator berbasis limbah industri terkalsinasi (“ESA”) pada 800°C menunjukkan beton semen slag 60% (IPO 60%) meraih kuat 1 dan 3 hari setara 100% OPC (Ordinary Portland Cement) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Data Sika menunjukkan kenaikan kuat mortar 3 hari pada kisaran 5–15% untuk Portland limestone cement tipikal dengan aditif mereka (rujuk tampilan data pada sumber). Peningkatan ini hadir pada dosis jejak, sering 0,02–0,1% terhadap total bahan pengikat; dan bersifat aditif terhadap water reducer pada beton. Secara paralel, throughput mill dan kehalusan yang membaik memberi penghematan: beban yang lebih terdispersi memungkinkan produksi 5–10% lebih tinggi dan konsumsi daya 2–4% lebih rendah (pak.sika.com).
Pada praktiknya, penambahan 0,1–0,3% alkanolamine kerap menaikkan kuat 1–3 hari sebesar puluhan persen (bergantung kimia semen) dengan tetap menguntungkan kuat 28 hari. Satu studi laboratorium pada semen Portland menunjukkan kombinasi alkanolamine/alkali menaikkan kuat 7 hari ~16% (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Untuk blended cement berbasis fly ash volume tinggi, penambahan Ca(NO₃)₂ + NaSCN menaikkan kuat 7 hari ≈68% dan 28 hari ≈10% dibanding campuran tanpa additive (dengan peningkatan ettringite yang moderat) (link.springer.com). Pada level nano, mengganti silica fume dengan 5–8% nanosilika pada campuran fly ash memberi tambahan 7–9% pada kuat 7–28 hari (link.springer.com) (link.springer.com).
Pencampuran additive dengan dosis puluhan–ratusan ppm menuntut presisi. Banyak pabrik menyalurkan additive ke ball mill melalui pompa dosis dengan akurasi tinggi; perangkat seperti dosing pump memudahkan injeksi 0,02–0,1% secara stabil ke aliran klinker/SCM.
Peran Grinding Aids: Mill Lebih Dingin, Semen Lebih Stabil, Air Injeksi Ultra‑Murni
Kerangka seleksi enhancer per jenis SCM
Fly ash (kelas F, rendah Ca, kaya pozzolan): karena minim Ca(OH)₂ bebas, kekuatan dini melemah. Gunakan akselerator kuat dan amine. Contoh: kalsium nitrat atau sulfat (K₂SO₄, Na₂SO₄) untuk mendorong reaksi aluminat; alkanolamine (TIPA/TEA) untuk mempercepat hidrasi silikat. Banyak produsen menambahkan 1–3% Na₂SO₄ dan 0,05–0,2% TIPA pada semen fly ash tinggi. Sejumlah laporan menunjukkan campuran ini memulihkan >90% kuat 7 hari OPC normal. Nano‑silika 2–5% atau C–S–H seeding dapat mengompensasi fly ash yang inert. Dalam praktik, campuran dengan ~30–50% fly ash sering memerlukan ~0,05–0,2% akselerator (sebagai padatan) di mill atau air aduk untuk memenuhi target kekuatan (link.springer.com) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Untuk keakuratan dosis campuran TIPA/garam alkali di kisaran 0,05–0,2%, penggunaan dosing pump membantu menjaga konsistensi antar batch.
Slag (GGBFS) tinggi: slag bersifat latent‑pozzolanic dan lebih lambat dari OPC. Akselerator seperti Ca(NO₃)₂ atau alternatif CaCl₂ seperti Ca(HCOO)₂ mempercepat hidrasi slag; amine organik membantu pelarutan komponen slag. Untuk desain 50–70% slag, uji coba sering memakai 0,1–0,5‰ TIPA ditambah ~0,5–1,0% garam Ca terhadap massa semen. Studi pada campuran slag 60% menunjukkan additive terkalsinasi 800°C (mengandung Ca dan sulfat) memulihkan kuat 3 hari ke level 100% OPC (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Jika slag digiling lebih kasar dari OPC, grinding aid/PC penting untuk mencapai kehalusan sesuai.
Clay pozzolanik/klinker terkalcinasi (metakaolin, aluminanya tinggi): reaktif lebih cepat dari fly ash, tetapi tetap menahan pembentukan C–S–H dini. Alkanolamine (TEA, DIPA) efektif di sini berkat kompleksasi aluminium; dosis umum 0,02–0,1%. Sejumlah produsen menambah sumber aluminate (lithium carbonate, sodium meta‑silicate) untuk aktivasi. Karena partikel clay sangat halus, kebutuhan grinding aid berlebih menurun, namun dispersant tetap membantu distribusi fines yang seragam.
Limestone/Calcite (PLC): filler yang sebagian besar inert (walau efek nukleasi bisa mengerek kekuatan awal). Targetnya ialah optimasi penggilingan dan dispersi, bukan akselerasi kimia. Grinding aid berbasis polycarboxylate cocok untuk menaikkan throughput dan grading. Dosis kecil (0,02–0,1%) campuran dispersant/amine membantu mencegah “packing” pada permukaan spesifik tinggi PLC. Dalam praktik, PLC 10–15% lazim memakai PCE grinding aid standar seperti SikaGrind®‑870 untuk mencapai Blaine; jika limestone >~15%, diperlukan langkah tambahan (mis. penambahan gypsum lebih lambat atau retarder khusus) guna mengendalikan setting (pak.sika.com) (vnm.sika.com).
Silica fume atau aditif nano: silika sangat halus yang reaktif mempercepat kekuatan akhir namun bisa menahan setting dini. Grinding aid biasanya tidak esensial karena kehalusan sudah tinggi; di beton, tambahan water reducer berguna. Untuk membantu kekuatan awal, sebagian campuran memasukkan aditif Ca atau alkali; misalnya ~3–5% nano‑CaCO₃ atau CaSO₄ dapat men‑seed C–S–H dan menetralkan pengenceran C₃S oleh silica fume. High‑range water reducer berbasis PCE juga membantu workability.
Baca juga:
Cara Efektif Menjaga Semen Tetap Kering: Silo Kedap, Udara Kering, dan Additive Hidrofobik
Uji pabrik, ekonomi dosis, dan standar mutu
Setiap SCM berinteraksi berbeda dengan additive; pemilihan sebaiknya berbasis uji coba dan analisis biaya‑manfaat (waste‑to‑benefit). Pada 30% fly ash, ekspektasi penurunan kuat 3 hari ~50%; paket Ca‑nitrat/TIPA yang memulihkan setengah kehilangan itu bisa bernilai ~US$2–5/t semen. Untuk 50% slag, pastikan ada setidaknya satu akselerator kekuatan; percepatan siklus awal mempercepat putar‑balik bekisting. Pemasok sering menawarkan produk kombinasi (dispersant/amine) yang menarget kimia SCM spesifik (alumina tinggi vs silika tinggi).
Ringkasnya, additive kimia memberi “leverage” performa signifikan pada semen low‑clinker. Dengan mencocokkan additive pada kimia SCM, pabrik dapat meraih “measurable strength gains”: misalnya puluhan persen kenaikan kekuatan dini atau beberapa MPa lebih tinggi pada 28 hari dengan dosis ratusan ppm (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (text-id.123dok.com). Uji pilot sebaiknya mengukur output mill, kehalusan, serta kuat 1–7 hari dan 28 hari untuk menghitung peluang peningkatan.
Secara global, porsi SCM dalam campuran semen saat ini ~24% dan berpotensi terus naik (www.mckinsey.com) (www.mckinsey.com), menjadikan specialty chemicals semakin esensial. Di Indonesia, produsen semen sudah memakai grinding aid custom dan strength improver untuk menjaga produktivitas sembari menurunkan rasio klinker (text-id.123dok.com) (nexco.id). Dengan strategi additive yang tepat, semen low‑clinker dapat memenuhi standar kekuatan dan setting (mis. SNI 8912 Type HE) seraya memangkas biaya dan emisi karbon.
Sumber rujukan: studi peer‑review dan laporan industri, termasuk Yang dkk. (2022) yang menunjukkan PC+amine menaikkan kuat 3/28 hari ~6–8 MPa (pmc.ncbi.nlm.nih.gov); Kim & Lee (2017) yang mencapai >100% pemulihan kekuatan pada slag volume tinggi dengan early‑strength accelerator (pmc.ncbi.nlm.nih.gov); literatur teknis Nexco dan Sika (nexco.id) (vnm.sika.com); serta analisis pasar (McKinsey 2024) terkait permintaan SCM dan pentingnya performance enhancers (www.mckinsey.com) (www.mckinsey.com).
