Produksi Ordinary Portland Cement (OPC) memiliki jejak karbon yang signifikan dan energi yang diwujudkan, mendorong pencarian alternatif non-konvensional. Salah satu alternatif yang menjanjikan adalah semen kalium fosfat magnesium (SKFM), yang telah mendapat banyak perhatian. SKFM adalah pengikat berkekuatan tinggi di mana ikatan kimia terbentuk melalui reaksi asam-basa heterogen antara kation logam dari magnesia ( MgO ) yang dibakar mati (dikalsinasi suhu tinggi) dan anion fosfat dari kalium dihidrogen fosfat (KH 2 PO 4 ). Reaksi biasanya disertai dengan pelepasan panas yang intens dan pengaturan cepat, membentuk produk hidrasi utamanya “struvite-K” (MgKPO 4 .6 H 2 O), yang juga bertanggung jawab untuk sebagian besar fisik dan sifat mekanik SKFM. Dibandingkan dengan OPC, SKFM menunjukkan keunggulan seperti kekuatan awal yang tinggi, stabilitas volume yang baik, penyusutan pengeringan yang rendah, dan berkurangnya ketersediaan air bebas, sehingga cocok untuk aplikasi seperti pekerjaan perbaikan cepat.
Magnesia yang digunakan sebagai bahan baku dapat diklasifikasikan tergantung pada suhu kalsinasi: dikalsinasi kaustik (600 –1300 °C), dibakar mati (1600 –2200 °C), dan dilebur (>2800 °C). Ukuran butir dan densitas struktur kristal MgO yang dihasilkan meningkat, sedangkan reaktivitas dan laju disolusi menurun dengan meningkatnya temperatur kalsinasi dan lama perlakuan panas. Selain itu, reaktivitas MgO dipengaruhi oleh pengotor dan lamanya perlakuan panas selama produksinya. Ini dapat dinilai dengan uji asam sitrat standar atau uji reaktivitas asam asetat. Namun, produksi SKFM menggunakan bubuk magnesia yang dibakar mati, yang memungkinkan reaksi lebih lambat dan peningkatan kemampuan kerja produk, mahal dan intensif energi, menyebabkan emisi karbon dioksida (CO2) yang substansial kadang-kadang sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan proses kalsinasi semen Portland.
Beberapa penelitian telah mengeksplorasi bahan murah alternatif untuk produksi SKFM, termasuk bahan baku yang tersedia secara lokal dan produk sampingan MgO tingkat rendah.
Selain itu, penelitian telah menyelidiki dampak percepatan penyembuhan di bawah atmosfer CO2 padasifat SKFM. Pendekatan lain yang saat ini kurang dieksplorasi untuk aplikasi pracetak volume rendah adalah mengganti MgO yang terbakar mati dengan MgO yang dikalsinasi kaustik dengan perlakuan panas atau MgO yang dibakar keras dalam rentang suhu atas CCM (yaitu, 1000 – 1300 °C). Jenis MgO yang terbakar keras ini mungkin memiliki indeks reaktivitas yang lebih tinggi dari 300 detik dari MgO kaustik yang dikalsinasi pada rentang suhu yang lebih rendah, tetapi mendekati atau kurang dari ambang “di atas 600 detik” dari MgO yang terbakar mati dengan reaktivitas rendah ( dicirikan dengan proporsi periklas yang tinggi ) dan menawarkan biaya yang lebih rendah dan jejak karbon yang berkurang.
Penelitian peenah menemukan bahwa MgO yang sangat reaktif dapat menyebabkan reaksi yang tidak terkendali dan fase pengikat magnesium fosfat yang terbentuk dengan buruk ketika direaksikan dengan asam fosfat. Namun, untuk MgO tingkat CCM yang dibakar keras , tidak ada bukti yang jelas tentang ketidaksesuaian untuk pengembangan pengikat SKFM dalam aplikasi pracetak. Menggunakan kalium dihidrogen fosfat (KH 2 PO 4 ) sebagai pengganti asam fosfat menawarkan keuntungan seperti keasaman yang lebih rendah, keluaran panas yang berkurang, dan kontrol laju reaksi yang lebih mudah.
Metode lain untuk memperpanjang waktu pengerasan dan kemampuan kerja pasta SKFM termasuk menyesuaikan rasio air terhadap pengikat, menggabungkan aditif mineral, dan menggunakan retarder berbasis boron. Studi sebelumnya telah menunjukkan viabilitas formulasi SKFM dengan biaya rendah, MgO kadar rendah yang dibakar pada suhu 1100 °C untuk mortar perbaikan. Temuan ini menunjukkan potensi untuk merancang pengikat SKFM yang cocok untuk aplikasi pracetak menggunakan MgO tingkat CCM , memungkinkan waktu yang cukup untuk konsolidasi struktur mikro dan pembentukan MgKPO 4 · 6H 2 O (struvite-K).
Secara paralel, biochar, produk pirolisis dari bahan biomassa, telah ditemukan untuk mengurangi jejak karbon dan meningkatkan sifat material komposit semen Portland. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa augmentasi biochar dan karbonasi yang dipercepat dapat meningkatkan kekuatan mekanik semen berbasis MgO reaktif. Namun, sebagian besar penelitian tentang semen biochar-augmented difokuskan pada simulasi/kondisi ideal curing CO2 langsung. Juga, teknik modifikasi permukaan, seperti aktivasi kalium hidroksida (KOH), selanjutnya meningkatkan sifat biochar, menghasilkan peningkatan luas permukaan, volume pori, dan pembentukan spesies K 2 CO 3 dan KHCO3. Dengan memasukkan biochar teraktivasi KOH terbarukan sebagai pengganti sebagian pengikat dalam formulasi SKFM, pengikat SKFM rendah karbon dapat dicapai, yang dapat bersaing secara kualitatif dengan pengikat SKFM berbasis magnesia yang dibakar mati, sekaligus juga mengurangi biaya.
English