2. 4 Semen Portland Kimia itu Mudah: SMK Analis Kimia

371 ¾ Pembuat an Cl i nker Gambar 20. 71 Bagan produksi clinker Campuran bahan baku kemudian dipanaskan dalam t ungku semen dengan t emperat ur 1400 – 1450 ° C. Temperat ur ini diat ur sehingga mat erial t ersint ering, t et api t idak melebur. Mat erial yang dihasilkan dari proses ini disebut dengan clinker Gambar 20. 72. Gambar 20. 72 But iran clinker semen Port land 372 Gambar 20. 73 Tungku pembakaran semen 373 ¾ Pembuat an Semen Unt uk memperoleh produk semen dengan kualit as bagus, biasanya dit ambahkan 5 kalsium sulf at gips ke dalam clinker. Campuran ini kemudian di giling unt uk menghasilkan serbuk semen akhir dalam alat penggilingan semen. Ukuran part ikel akhir yang diinginkan biasanya kurang dari 5 µm. Gambar 20. 74 Penggilingan semen, mampu menghasilkan semen 270 t on j am Setting dan Hardening Ket ika air dicampurkan dengan semen Port land, hasilnya menj adi rigid kaku dalam beberapa j am dan mengeras dalam hit ungan minggu. Proses ini sangat bervariasi, t et api biasanya concret e menj adi rigid kaku dalam 6 j am, dengan kuat t ekan sebesar 8 MPa dalam 24 j am. Kekuat an ini meningkat menj adi 15 MPa set elah 3 hari, 23 MPa dalam 1 minggu, 35 MPa dalam 4 minggu, dan 41 MPa set elah 3 bulan. Peningkat an kekuat an ini berj alan lambat selama air t ersedia unt uk reaksi hidrasi, t et api biasanya set elah beberapa minggu saj a concret e sudah dikeringkan. Hal ini menyebabkan pert umbuhan kekuat annya t erhent i. Set t i ng dan har deni ng semen Port land disebabkan oleh pembent ukan senyawa yang mengandung air sebagai hasil reaksi komponen semen dengan air. Perubahan yang dapat diamat i ket ika reaksi t erj adi adalah st i f f eni ng pengerasan, meskipun sangat kecil di awal reaksi, yang kemudian meningkat seiring dengan wakt u. Pada wakt u t ert ent u set elah aplikasi semen, dicapai st if f ening dengan level t ert ent u, inilah yang disebut awal set t ing. Penguat an selanj ut nya disebut set t ing, baru kemudian dimulailah f ase hardening. St if f ening, set t ing, dan hardening diakibat kan oleh pembent ukan mikrost rukt ur produk hidrasi dengan t ingkat kekakuan 374 yang bervariasi. Mikrost rukt ur ini mengisi kekosongan int erst isi di ant ara part ikel padat semen, mort ar, dan concret e. Sif at st if f ening, set t ing, dan hardening t erhadap wakt u t ergant ung pada ukuran kekosongan int erst isi. Produk hidrasi yang berpengaruh besar t erhadap kekuat an adalah hidrat kalsium silikat fase C-S-H. Produk hidrasi lanj ut adalah kalsium hidroksida, hidrat sulf at at fase AFm dan AFt , dan beberapa senyawa lain. Kalsium silikat at au konst it uen silikat membent uk lebih dari 70 dari massa semen berbahan dasar silikat . Dalam clinker semen, hidrat kalsium silikat mengandung CaO lebih rendah daripada kalsium silikat , sehingga kalsium hidroksida t erbent uk selama hidrasi semen Port land. Reaksi ant ara alit e dengan air dapat disederhanakan menj adi : 2Ca 3 OSiO 4 + 6H 2 O ĺ 3CaO. 2SiO 2 . 3H 2 O + 3CaOH 2 Reaksi ini berlangsung cepat , menyebabkan t erbent uknya set t ing dan kekuat an semen dalam minggu-minggu pert ama aplikasinya. Sedangkan reaksi belit e adalah : 2Ca 2 SiO 4 + 4H 2 O ĺ 3CaO. 2SiO 2 . 3H 2 O + CaOH 2 Reaksi ini relat if lambat , dan bert anggung j awab t erhadap pert umbuhan kekuat an semen set elah sat u minggu aplikasi. Hidrasi t rikalsium aluminat dikont rol oleh penambahan kalsium sulf at , yang langsung membent uk larut an ket ika dit ambahkan air. Awalnya, t erbent uk et t ringit e dengan cepat , sehingga hidrasi menj adi lambat . Ca 3 AlO 3 2 + 3CaSO 4 + 32H 2 O ĺ Ca 6 AlO 3 2 SO 4 3 . 32H 2 O Et t ringit e bereaksi lambat dengan t rikalsium aluminat membent uk monosulf at f ase AFm. Reaksinya sebagai berikut : Ca 6 AlO 3 2 SO 4 3 . 32H 2 O + Ca 3 AlO 3 2 + 4H 2 O ĺ 3Ca 4 AlO 3 2 SO 4 . 12H 2 O Reaksi ini berlangsung sempurna set elah 1 – 2 hari. Kalsium aluminof errit e bereaksi secara lambat karena t erj adinya pengendapan besi oksida t erhidrasi selama reaksi : 2Ca 2 AlFeO 5 + CaSO 4 + 20H 2 O ĺ Ca 4 AlO 3 2 SO 4 . 12H 2 O + CaOH 2 + 2FeOH 3 375 Begit u semen Port land dicampur dengan air, maka mulai t erj adi reaksi hidrasi. Kalsium sulf at larut sempurna dan sulf at alkali larut sebagian. Reaksi ion kalsium dan sulf at ini dengan t rikalsium silikat menghasilkan krist al et t ringit e berbent uk sepert i j arum pada permukaan part ikel clinker. Selanj ut nya, akan t erlihat hidrat kalsium silikat C-S-H dalam bent uk koloid. Karena pembent ukan lapisan t ipis produk hidrasi pada permukaan clinker, periode hidrasi pert ama berhent i dan periode induksi dimulai. Produk hidrasi pert ama t erlalu kecil unt uk menj embat ani gap di ant ara part ikel clinker dan t idak membent uk mikrost rukt ur yang kuat . Hal ini mengakibat kan mobilit as part ikel semen hanya sedikit t erpengaruh. Set t ing dimulai set elah kira-kira sat u sampai t iga j am, ket ika hidrat kalsium silikat pert ama t erbent uk pada permukaan part ikel clinker yang pada awalnya berupa but iran sangat halus. Set elah periode induksi, t erj adi hidrasi lanj ut dari f ase clinker. Periode ket iga ini dimulai kira-kira set elah 4 j am dan berakhir set elah 12 – 24 j am. Selama periode ini, t erbent uk mikrost rukt ur dasar yang t erdiri dari krist al C-S-H berbent uk j arum dan lembaran, kalsium hidroksida berbent uk lempengan, dan et t ringit e. Mikrost rukt ur ini t umbuh menj adi bent uk longit udinal. Karena pert umbuhan krist al, gap di ant ara part ikel semen mulai t erj embat ani. Selama hidrasi selanj ut nya, hardening meningkat t api kecepat annya menurun. Densit as mikrost rukt ur meningkat dan pori- porinya t erisi, sehingga t erbent uklah kekuat an semen. Pembuat an semen Port land dan j enis-j enis semen lain secara umum dapat digambarkan dalam skema berikut : Gambar 20. 75 Proses pembuat an semen secara umum PENCAMPURAN PENGGILINGAN PEMECAHAN PEMBAKARAN PENGGALIAN Penyimpanan clinker Penyim -panan bahan baku Distribusi Penyim- panan semen 1450 °C Pemanas Gips Pozzolan batu kapur Tungku - Batu karang - Batuan - Bauksit - Bijih besi Penggilingan semen Penggi- lingan bahan baku 376

20. 2. 5 Kegunaan semen

Semen diaplikasikan secara luas, t erut ama dalam konst ruksi bangunan, pembuat an mort ar, bet on, j alan, j embat an, bendungan, pelapisan bangunan, langit -langit , pat ung, dekorasi, dan lain-lain. Gambar 20. 76 Jalan, j embat an, bendungan t erbuat dari semen Gambar 20. 77 Permukaan semen yang diaplikasikan pada bangunan 377

20. 2. 6 Industri semen

Gambar 20. 78 Kemasan semen Produksi semen hidrolik pada t ahun 2002 di seluruh dunia mencapai 1800 j ut a met er t on. Tiga negara penghasil semen t erbesar adalah Cina 704 j ut amet er t on, India 100 j ut a met er t on, dan Amerika Serikat 91 j ut a met er t on. Gambar 20. 79 Produksi semen t ahun 2004 Selama 18 t ahun t erakhir, Cina menj adi penghasil semen t erbesar di dunia. Bahkan pada t ahun 2006 diperkirakan Cina t elah memproduksi 1, 235 milyar met er t on semen, mencapai sebesar 44 dari produksi semen di seluruh dunia. 378 Gambar 20. 80 Semen yang sudah dipacking, siap didist ribusikan

20. 2. 7 Pengaruh produksi semen terhadap lingkungan dan sosial

Semua t ahap proses produksi semen menimbulkan masalah lingkungan. Polusi udara oleh emisi debu, gas, suara gaduh, dan get aran t imbul ket ika mengoperasikan mesin dan selama peleburan bat uan. Selain it u, kerusakan t erj adi pada lahan at au daerah yang digali unt uk memperoleh bahan baku semen. Oleh karenanya, harus selalu menggunakan peralat an unt uk mengurangi emisi debu selama penggalian dan proses produksi. Peralat an unt uk menj ebak dan memisahkan gas yang dikeluarkan j uga banyak digunakan. Pengelolaan lingkungan j uga dilakukan dengan menanami daerah galian yang t elah dit ut up. Iklim Pembuat an semen menghasilkan gas rumah kaca secara langsung melalui pembent ukan karbondioksida ket ika kalsium karbonat dipanaskan unt uk mendapat kan kapur, dan secara t idak langsung melalui penggunaan energi dari bahan bakar f osil. Indust ri semen t elah menyumbangkan 5 emisi di bumi. Bahan baku dan bahan bakar Indust ri semen memerlukan 3000 – 6500 MJ bahan bakar unt uk t iap t on clinker yang dihasilkan, t ergant ung pada bahan baku dan proses yang digunakan. Tungku semen sekarang ini banyak yang menggunakan bat u bara dan pet roleum sebagai bahan bakar ut ama, dan hanya sedikit menggunakan gas alam. Limbah dan produk samping yang mempunyai nilai kalori t ert ent u dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam t ungku semen, menggant ikan bahan bakar f osil sepert i bat u bara. Di samping it u, limbah dan produk samping yang memiliki kandungan mineral kalsium, silika, alumina, dan besi dapat digunakan sebagai bahan baku dalam pembuat an semen, menggant ikan bahan baku sepert i clay, bat u, dan bat u kapur. 379 Pengaruh pada penduduk setempat Produksi semen membawa pengaruh posit if dan negat if pada penduduk di mana produksi t ersebut dilakukan. Pengaruh posit if nya, indust ri semen dapat mencipt akan lapangan kerj a. Pengaruh negat if nya adalah gangguan t erhadap alam, debu dan suara gaduh, dan perusakan keragaman t anaman karena penggalian bat u kapur sebagai bahan baku semen.