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