Semen Aspal

Latar Belakang

Aspal adalah zat mineral berat berwarna coklat tua sampai hitam, salah satu dari beberapa campuran hidrokarbon yang disebut bitumen. Aspal adalah bahan pengikat tahan cuaca dan bahan kimia yang kuat dan serbaguna yang menyesuaikan diri dengan berbagai penggunaan. Aspal mengikat batu pecah dan kerikil (umumnya dikenal sebagai agregat) menjadi permukaan yang kokoh dan keras untuk jalan raya, jalan raya, dan landasan pacu bandara. Aspal, juga dikenal sebagai pitch mineral, diperoleh dari endapan alam seperti aspal asli atau brea atau sebagai produk sampingan dari industri perminyakan (aspal minyak bumi). Kerangka hewan prasejarah telah diawetkan sepenuhnya utuh dalam endapan aspal alam, salah satu yang paling terkenal adalah La Brea Tar Pits di Los Angeles, California.

Aspal adalah salah satu bahan rekayasa tertua di dunia, telah digunakan sejak awal peradaban. Sekitar 6000 SM. Bangsa Sumeria memiliki industri pembuatan kapal yang berkembang pesat yang memproduksi dan menggunakan aspal untuk mendempul dan kedap air. Sejak 2600 SM. orang Mesir menggunakan aspal sebagai bahan anti air dan juga untuk menghamili pembungkus mumi sebagai pengawet. Peradaban kuno banyak menggunakan aspal sebagai mortar untuk bangunan dan paving block yang digunakan di candi, sistem irigasi, waduk, dan jalan raya. Aspal yang digunakan oleh peradaban awal terjadi secara alami dan ditemukan di strata geologis baik sebagai mortar yang lunak dan dapat dikerjakan atau sebagai urat hitam rapuh dari formasi batuan (juga dikenal sebagai batu bara aspal). Aspal alam terbentuk ketika minyak bumi mentah naik melalui retakan dan celah ke permukaan bumi. Tindakan matahari dan angin mengusir minyak dan gas yang lebih ringan, meninggalkan residu hitam. Aspal alam banyak digunakan sampai awal 1900-an. Penemuan aspal penyulingan dari minyak mentah dan meningkatnya popularitas mobil sangat membantu memperluas industri aspal. Aspal minyak bumi modern memiliki kualitas tahan lama yang sama seperti aspal alami, dengan keuntungan tambahan yang disempurnakan ke kondisi seragam bebas dari kotoran organik dan mineral.

Sebagian besar aspal minyak bumi yang diproduksi saat ini digunakan untuk permukaan jalan raya. Bahan paving aspal adalah campuran hitam kusam dari aspal semen, pasir, dan batu pecah. Setelah dipanaskan, ia dibuang dengan uap panas ke dasar jalan, diratakan, dan kemudian dipadatkan dengan alat penggulung berat. Aspal juga digunakan untuk sambungan ekspansi dan patch di jalan beton. Landasan pacu bandara, lapangan tenis, taman bermain, dan lantai di gedung-gedung semuanya juga menggunakan aspal. Bentuk ringan dari aspal minyak bumi yang disebut minyak jalan disemprotkan di jalan raya untuk mengendapkan debu dan mengikat kerikil. Penggunaan utama aspal lainnya adalah pada sirap aspal dan atap gulung, yang biasanya terdiri dari aspal yang terasa jenuh. Aspal membantu untuk melestarikan dan tahan air bahan atap. Aplikasi lain untuk aspal adalah sebagai berikut:terowongan kedap air, jembatan, bendungan dan waduk; pipa logam tahan karat dan kedap suara serta bagian bawah bodi otomotif; dan dinding dan langit-langit yang kedap suara.

Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan aspal modern adalah minyak bumi, yang merupakan bahan alami terjadi aspal cair. Aspal adalah penyusun alami minyak bumi, dan ada minyak mentah yang hampir seluruhnya merupakan aspal. Sumur minyak memasok minyak mentah ke kilang minyak, di mana ia dipisahkan menjadi berbagai komponen atau fraksinya.

Manufaktur
Proses

Minyak bumi mentah dipisahkan menjadi berbagai fraksinya melalui proses penyulingan di kilang minyak. Setelah pemisahan, fraksi-fraksi ini selanjutnya disempurnakan menjadi produk lain yang meliputi aspal, parafin, bensin, nafta, minyak pelumas, minyak tanah, dan minyak solar. Karena aspal adalah dasar atau konstituen berat dari minyak mentah, aspal tidak menguap atau mendidih selama proses penyulingan. Aspal pada dasarnya adalah residu berat dari proses penyulingan minyak.

Penyulingan minyak mentah

• 1 Proses pemurnian dimulai dengan pemipaan minyak mentah dari tangki penyimpanan ke penukar panas atau pemanas tabung di mana suhunya dinaikkan dengan cepat untuk distilasi awal. Kemudian memasuki menara distilasi atmosfer di mana komponen yang lebih ringan dan lebih mudah menguap, atau fraksi, menguap dan dikeluarkan melalui serangkaian kondensor dan pendingin. Kemudian dipisahkan untuk pemurnian lebih lanjut menjadi bensin (dianggap distilat "ringan"), minyak tanah (dianggap distilat "sedang"), minyak diesel (dianggap distilat "berat"), dan banyak produk minyak bumi berguna lainnya.

  Residu berat dari proses distilasi atmosfer ini biasa disebut dengan minyak mentah atas. Minyak mentah ini dapat digunakan untuk bahan bakar minyak atau diproses lebih lanjut menjadi produk lain seperti aspal. Distilasi vakum dapat menghilangkan fraksi titik didih yang cukup tinggi untuk menghasilkan apa yang disebut aspal "jalan lurus". Namun, jika minyak mentah bagian atasnya mengandung komponen volatil yang cukup rendah yang tidak dapat dihilangkan secara ekonomis melalui distilasi, ekstraksi pelarut—juga dikenal sebagai pelarut deasphalting—mungkin diperlukan untuk menghasilkan semen aspal dengan konsistensi yang diinginkan.

Memotong

• 2 Aspal selanjutnya dapat dicampur atau "dipotong" dengan zat yang mudah menguap, menghasilkan produk yang lunak dan dapat dikerjakan pada suhu yang lebih rendah daripada semen aspal murni. Ketika aspal cut-back digunakan untuk paving atau konstruksi, elemen yang mudah menguap menguap ketika terkena udara atau panas, meninggalkan semen aspal keras. Kecepatan relatif penguapan atau volatilitas zat pemotong menentukan apakah aspal potong diklasifikasikan sebagai pengerasan lambat, sedang, atau cepat. Semen aspal yang dipanaskan dicampur dengan sisa minyak aspal dari proses penyulingan sebelumnya untuk aspal dengan pengerasan lambat, dengan minyak tanah untuk pengerasan sedang, dan dengan bensin atau nafta untuk aspal pengerasan cepat.

Pengemulsi

• 3 Aspal semen juga dapat diemulsikan untuk menghasilkan cairan yang dapat dengan mudah dipompa melalui pipa, dicampur dengan agregat, atau disemprotkan melalui nozel. Untuk emulsi, semen aspal digiling menjadi butiran 5 sampai 10 mikron dan lebih kecil (satu mikron sama dengan sepersejuta meter). Ini dicampur dengan air. Agen pengemulsi ditambahkan, yang mengurangi kecenderungan aspal dan air untuk terpisah. Zat pengemulsi dapat berupa tanah liat koloid, silikat yang larut atau tidak larut, sabun, atau minyak nabati tersulfonasi.

Menghancurkan

• 4 Aspal juga dapat dihancurkan untuk menghasilkan aspal bubuk. Aspal dihancurkan dan melewati serangkaian saringan mesh halus untuk memastikan ukuran butiran yang seragam. Aspal bertenaga dapat dicampur dengan minyak jalan dan agregat untuk konstruksi perkerasan. Panas dan tekanan di jalan perlahan menggabungkan bubuk dengan agregat dan minyak pengikat, dan zat mengeras dengan konsistensi yang mirip dengan semen aspal biasa.

Hembusan Udara

• 5 Jika aspal akan digunakan untuk tujuan selain perkerasan, seperti atap, pelapis pipa, atau sebagai bahan pelapis bawah atau kedap air, aspal dapat teroksidasi, atau tertiup angin. Proses ini menghasilkan material yang melunak pada suhu yang lebih tinggi daripada aspal paving. Mungkin udara ditiup di kilang, di pabrik pengolahan aspal, atau di pabrik bahan atap. Aspal dipanaskan sampai 500 ° F (260 ° C). Kemudian udara digelembungkan melaluinya selama satu hingga 4,5 jam. Saat didinginkan, aspal tetap cair.

Campuran Perkerasan Aspal

Karena semen aspal merupakan konstituen utama yang digunakan dalam perkerasan jalan, berikut ini adalah penjelasan singkatnya: Ada dua jenis campuran aspal:campuran panas dan campuran dingin. Aspal campuran panas (HMA) biasanya digunakan untuk daerah lalu lintas yang lebih berat sedangkan aspal campuran dingin digunakan untuk jalan sekunder. deskripsi tentang bagaimana campuran perkerasan aspal diproduksi. Campuran perkerasan aspal yang dibuat dengan semen aspal biasanya disiapkan di fasilitas pencampuran aspal. Ada dua jenis campuran aspal:campuran panas dan campuran dingin. Aspal campuran panas (HMA) lebih umum digunakan sedangkan aspal campuran dingin (umumnya campuran yang dibuat dengan aspal emulsi atau cut-back) biasanya digunakan untuk jalan sekunder dengan lalu lintas ringan hingga menengah, atau untuk lokasi terpencil atau penggunaan pemeliharaan. Aspal campuran panas adalah campuran agregat yang cocok dilapisi dengan semen aspal. Istilah "campuran panas" berasal dari proses pemanasan agregat dan aspal sebelum pencampuran untuk menghilangkan kelembaban dari agregat dan untuk mendapatkan fluiditas yang cukup dari semen aspal untuk pencampuran yang tepat dan kemampuan kerja.

• 6 Aspal semen dan agregat digabungkan dalam fasilitas pencampuran di mana mereka dipanaskan, proporsional, dan dicampur untuk menghasilkan campuran paving yang diinginkan. Fasilitas hot-mix mungkin terletak secara permanen (juga disebut fasilitas "stasioner"), atau mungkin portabel dan dipindahkan dari satu pekerjaan ke pekerjaan lainnya. Fasilitas hot-mix dapat diklasifikasikan sebagai fasilitas batch atau fasilitas drum-mix, keduanya dapat berupa stasioner atau portabel. Fasilitas pencampuran panas tipe batch menggunakan fraksi ukuran yang berbeda dari agregat panas yang diambil dalam jumlah yang proporsional dari tempat penyimpanan untuk membuat satu batch untuk pencampuran. Gabungan agregat dibuang ke dalam ruang pencampuran yang disebut pugmill. Aspal yang juga telah ditimbang, kemudian tercampur rata dengan agregat di pugmill. Setelah pencampuran, bahan tersebut kemudian dikosongkan dari pugmill ke truk, silo penyimpanan, atau bak penampung. Proses pencampuran drum memanaskan dan mencampur agregat dengan aspal secara bersamaan di dalam drum mixer.
• 7 Setelah pencampuran selesai, hot-mix kemudian diangkut ke lokasi paving dan disebarkan dalam lapisan yang sebagian dipadatkan ke permukaan yang seragam dan rata dengan mesin paving. Saat masih panas, campuran paving dipadatkan lebih lanjut dengan mesin rolling berat untuk menghasilkan permukaan perkerasan yang halus.

Kontrol Kualitas

Kualitas semen aspal dipengaruhi oleh sifat yang melekat dari minyak mentah minyak bumi dari mana ia diproduksi. Ladang dan daerah minyak yang berbeda menghasilkan minyak mentah dengan karakteristik yang sangat berbeda. Metode pemurnian juga mempengaruhi kualitas semen aspal. Untuk keperluan rekayasa dan konstruksi, ada tiga faktor penting yang perlu diperhatikan:konsistensi, disebut juga viskositas atau derajat fluiditas aspal pada temperatur, kemurnian, dan keamanan tertentu.

Konsistensi atau viskositas semen aspal bervariasi dengan suhu, dan aspal dinilai berdasarkan rentang konsistensi pada suhu standar. Kontrol suhu dan pencampuran yang tidak hati-hati dapat menyebabkan lebih banyak kerusakan pengerasan pada semen aspal daripada layanan bertahun-tahun di jalan raya. Sebuah uji viskositas atau penetrasi standar biasanya ditentukan untuk mengukur konsistensi aspal paving. Aspal yang ditiup udara biasanya menggunakan uji titik lembek.

Kemurnian semen aspal dapat dengan mudah diuji karena hampir seluruhnya terdiri dari bitumen, yang larut dalam karbon disulfida. Aspal halus biasanya lebih dari 99,5% larut dalam karbon disulfida dan kotoran yang tersisa bersifat inert. Karena sifat karbon disulfida yang mudah terbakar, trichloroethylene (TCE), yang juga merupakan pelarut yang sangat baik untuk semen aspal, digunakan dalam uji kemurnian kelarutan.

Semen aspal harus bebas dari air atau uap air saat meninggalkan kilang. Namun, angkutan yang memuat aspal mungkin memiliki kandungan uap air di dalam tangkinya. Hal ini dapat menyebabkan aspal berbusa ketika dipanaskan di atas 212°F (100 °C), yang merupakan bahaya keselamatan. Spesifikasi biasanya mengharuskan aspal tidak berbusa pada suhu hingga 347°F (175°C). Semen aspal, jika dipanaskan hingga suhu yang cukup tinggi, akan mengeluarkan asap yang akan menyala dengan adanya percikan atau nyala api terbuka. Suhu di mana hal ini terjadi disebut titik nyala, dan jauh di atas suhu yang biasanya digunakan dalam operasi pengaspalan. Karena kemungkinan berbusa aspal dan untuk memastikan batas keamanan yang memadai, titik nyala aspal diukur dan dikendalikan.

Sifat rekayasa penting lainnya dari semen aspal adalah keuletannya, yang merupakan ukuran kemampuan material untuk ditarik, ditarik, atau berubah bentuk. Dalam semen aspal, ada atau tidak adanya daktilitas biasanya lebih penting daripada derajat daktilitas yang sebenarnya karena beberapa semen aspal dengan tingkat daktilitas tinggi juga lebih sensitif terhadap suhu. Keuletan diukur dengan uji "perpanjangan", di mana briket semen aspal standar yang dicetak di bawah kondisi dan dimensi standar ditarik pada suhu standar (biasanya 77°F [25°C]) sampai rusak karena tarik. Perpanjangan di mana sampel semen aspal putus adalah ukuran daktilitas sampel.

Produk Sampingan/Limbah

Undang-undang perlindungan lingkungan telah mengembangkan kode ketat yang membatasi aliran air dan partikulat dan emisi asap dari kilang minyak dan pabrik pengolahan aspal. Tidak hanya debu tetapi sulfur dioksida, asap, dan banyak emisi lainnya harus dikontrol dengan ketat. Pengendapan elektrostatik, pengumpul debu primer yang menggunakan siklon kerucut tunggal atau ganda, dan unit pengumpul sekunder yang terdiri dari pengumpul filter kain yang biasa disebut "baghouses" adalah semua peralatan yang diperlukan untuk mengendalikan emisi. Hidrokarbon yang terbentuk dalam produksi aspal, jika tidak dikendalikan, menciptakan asap dan polutan yang berbau busuk yang akan menodai dan menggelapkan udara. Polutan yang dipancarkan dari produksi aspal dikendalikan oleh selungkup yang menangkap knalpot dan kemudian mensirkulasikannya kembali melalui proses pemanasan. Ini tidak hanya menghilangkan polusi tetapi juga meningkatkan efisiensi proses pemanasan.

Tingginya biaya aspal semen, batu, dan pasir telah memaksa industri untuk meningkatkan efisiensi dan mendaur ulang perkerasan aspal tua. Dalam daur ulang perkerasan aspal, bahan reklamasi dari perkerasan lama diproses ulang bersama dengan bahan baru. Tiga kategori utama daur ulang aspal adalah 1) daur ulang campuran panas, di mana bahan reklamasi digabungkan dengan bahan baru di pabrik pusat untuk menghasilkan campuran paving campuran panas, 2) daur ulang campuran dingin, di mana bahan reklamasi digabungkan dengan bahan baru baik di tempat atau di pabrik pusat untuk memproduksi bahan dasar campuran dingin, dan 3) daur ulang permukaan, suatu proses di mana perkerasan permukaan aspal lama dipanaskan di tempat, dikikis atau "scarified," remix, relaid, dan digulung. Agen daur ulang aspal organik juga dapat ditambahkan untuk membantu mengembalikan aspal tua ke spesifikasi yang diinginkan.

Karena penguapan pelarut dan volatilitas, penggunaan aspal cutback, terutama aspal cutback rapidcure yang menggunakan bensin atau nafta, menjadi lebih dibatasi atau dilarang sementara aspal emulsi (di mana hanya air yang menguap) menjadi lebih populer karena biaya dan peraturan lingkungan.

Masa Depan

Meningkatnya kebutuhan ekonomi dan lingkungan akan membawa banyak perbaikan teknis baru untuk mendaur ulang trotoar aspal lama, seperti menggunakan gelombang mikro untuk benar-benar memecah trotoar. Gelombang mikro memanaskan batu yang dihancurkan di perkerasan aspal lebih cepat daripada semen di sekitarnya, yang kemudian dihangatkan oleh panas pancaran dari batu. Metode ini mencegah semen aspal terbakar.

Sumber alternatif bahan baku sedang diteliti, seperti produksi aspal sintetis dari pencairan lumpur limbah. Untuk memastikan kualitas produk yang konsisten, metode baru sedang dikembangkan untuk pembuatan aspal dan emulsi yang dimodifikasi. Banyak tes baru sedang dikembangkan untuk membantu mengkarakterisasi aspal, seperti kromatografi permeasi gel kinerja tinggi (HP-GPC), yang memungkinkan banyak sifat dipelajari dan hasilnya dikumpulkan hanya dalam beberapa menit. Proses baru, unit pencampuran dan penggilingan yang lebih efisien, pengukur aliran massa cair in-line, sistem pemantauan on-line, dan peralatan keselamatan baru adalah beberapa area lain yang sedang diselidiki untuk perbaikan.

Sealer retak aspal yang dimodifikasi polimer semakin populer, dan banyak pengubah aspal lainnya sedang dikembangkan. Pengubah ditambahkan untuk mengontrol rutting perkerasan, retak, oksidasi aspal, dan kerusakan air. Beberapa pengubah aspal yang tersedia secara komersial adalah polimer, termasuk elastomer, kompleks logam, unsur belerang, serat, kapur terhidrasi, semen Portland, silikon, berbagai pengisi, dan agen anti-strip organik. Banyak dari pengubah ini belum banyak digunakan dan sedang diteliti untuk pengembangan lebih lanjut. Bahkan mungkin suatu hari nanti untuk memiliki "semen aspal pintar" dengan mencampurkan pengubah gesekan aspal tertentu yang akan memungkinkannya untuk mengubah karakteristik tergantung pada apakah ada kelembapan. Sehubungan dengan rem anti penguncian, kontrol traksi otomatis, dan airbag, ini bisa berfungsi untuk menyelamatkan banyak nyawa di jalan raya negara kita.