368 unt uk f urnace dan oven karena sif at nya yang t ahan t erhadap suhu
t inggi.
x
Cal ci um sul f oal umi nat e cement s Jenis semen ini t erbuat dari cl inker yang mengandung ye’ el imit e,
Ca
4
AlO
2 6
SO
4
, sebagai f ase primer. Bahan ini biasanya digunakan dal am expansive cement s, dal am semen dengan kekuat an awal yang
sangat t inggi, dan dal am semen “ r endah ener gi ” . Reaksi hidrasi
menghasil kan et t ringit e. Sif at f isik t ert ent u, sepert i reaksi cepat dan ekspansi, diperol eh dengan menyesuaikan kandungan ion kal sium dan
ion sul f at . Di Cina, semen ini dimanf aat kan sebagai al t ernat if unt uk semen rendah energi. Hanya sedikit energi yang diperl ukan unt uk
memproduksi cal cium sulf oal uminat e cement s, karena t emperat ur t ungku unt uk reaksi j uga rendah dan bat u kapur yang diperl ukan l ebih
sedikit . Meskipun emisi CO
2
rendah, t et api produksi semen ini kurang mengunt ungkan unt uk l ingkungan karena emisi SO
2
yang t inggi dari bahan baku yang digunakan.
x
“ Nat ur al ” Cement s Nat ural cement s t idak bisa dipisahkan dari produk semen pada era
sebel um Port l and. Pembuat an dan komposisinya hampir sama.
x
Geopol ymer cement s Geopol ymer cement s dibuat dari campuran silikat l ogam al kal i yang
dapat l arut dal am air dan powder mineral al uminosil ikat sepert i f l y ash dan met akaol in.
20. 2. 4 Semen Port land
Gambar 20. 67 Concret e yang t erbuat dari semen Port l and Semen Port land merupakan t ipe semen yang pal ing sering
digunakan unt uk berbagai apl ikasi. Komposisi dasarnya adalah serbuk hal us dari cl inker semen Port l and yang t el ah dihancurkan l ebih dari
Di unduh dari : Bukupaket.com
369 90 , sedikit kal sium sul f at unt uk mengont rol wakt u kering, dan
konst it uen minor l ainnya sampai 5 . Semen Port l and ini t ermasuk semen hidrol ik. Set idaknya dua pert iga berat semen ini harus
mengandung senyawa kal sium sil ikat 3CaO. SiO
2
dan 2CaO. SiO
2
. Sisanya adalah cl inker, yang mengandung al uminium dan besi, sert a
senyawa l ain. Rasio CaO t erhadap SiO
2
t idak bol eh kurang dari 2, 0. Kandungan MgO-nya t idak bol eh mel ebihi 5, 0 massa. Pembuat an
cl inker semen Port l and adal ah dengan pemanasan dal am t ungku campuran homogen dari bahan baku sampai t emperat ur sint ering,
yait u sekit ar 1450 °C unt uk semen modern.
Bahan baku ut ama unt uk pembuat an cl inker adal ah bat u kapur CaCO
3
, biasanya digunakan bat u kapur t idak murni, yang mengandung SiO
2
. Bahan baku sekundernya adal ah cl ay, bat uan, pasir, bij ih besi, bauksi t , f l y ash, dan kerak.
Proses Pembuat an Semen Port land
Gambar 20. 68 Pabrik semen di Midl ot hian-Texas Ada t iga t ahap pent ing dalam produksi semen Port l and :
1. Preparasi bahan baku 2. Pembuat an cl inker
3. Pembuat an semen
Lihat Gambar 20. 69 unt uk l ebih j el asnya
¾
Pr epar asi Bahan Baku Bahan baku unt uk produksi semen Port l and adalah campuran
mineral yang t erdiri dari kal sium oksida, sil ikon oksida, al uminium oksida, besi oksida, dan magnesium oksida. Dalam
pr oses ker i ng, bahan baku t ersebut berupa serbuk hal us, sedangkan unt uk
pr oses basah diperlukan bahan baku dalam bent uk slurry. Sebelum
dicampur, bahan baku t ersebut dihancurkan dul u hingga 50 mm dal am penggil ingan
mi l l . Begit u pula set elah dicampur, maka campuran bahan baku digiling l agi sampai part ikel -pert ikel nya
berukuran 90 µm.
Di unduh dari : Bukupaket.com
370 Gambar 20. 69 Skema produksi semen Port l and
Gambar 20. 70 Timbunan campuran bahan baku semen Port l and
Pengemasan dan transportasi semen ke
konsumen Penambahan
material fly ash, kerak
blast furnace, dll.
Batuan limestone
Mineral Penggilingan
campuran bahan baku
Penyimpanan campuran
bahan baku Tungku putar
Penyimpanan clinker
Penggilingan semen
Di unduh dari : Bukupaket.com
371
¾
Pembuat an Cl i nker
Gambar 20. 71 Bagan produksi cl inker Campuran bahan baku kemudian dipanaskan dal am 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 mel ebur. Mat erial yang
dihasil kan dari proses ini disebut dengan cl inker Gambar 20. 72.
Gambar 20. 72 But iran cl inker semen Port l and
Di unduh dari : Bukupaket.com
372 Gambar 20. 73 Tungku pembakaran semen
Di unduh dari : Bukupaket.com
373
¾
Pembuat an Semen Unt uk memperol eh produk semen dengan kualit as bagus,
biasanya dit ambahkan 5 kal sium sul f at gips ke dal am cl inker. Campuran ini kemudian di gil ing unt uk menghasil kan serbuk semen
akhir dalam al at penggil ingan semen. Ukuran part ikel akhir yang diinginkan biasanya kurang dari 5 µm.
Gambar 20. 74 Penggil ingan semen, mampu menghasil kan semen 270 t on j am
Setting dan Hardening
Ket ika air dicampurkan dengan semen Port land, hasil nya menj adi rigid kaku dal am beberapa j am dan mengeras dal am
hit ungan minggu. Proses ini sangat bervariasi, t et api biasanya concret e menj adi rigid kaku dal am 6 j am, dengan kuat t ekan
sebesar 8 MPa dal am 24 j am. Kekuat an ini meningkat menj adi 15 MPa set el ah 3 hari, 23 MPa dalam 1 minggu, 35 MPa dal am 4 minggu, dan
41 MPa set elah 3 bul an. Peningkat an kekuat an ini berj al an l ambat sel ama air t ersedia unt uk reaksi hidrasi, t et api biasanya set el ah
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 el ah apl ikasi semen, dicapai st if f ening dengan l evel t ert ent u, inil ah yang disebut awal set t ing. Penguat an selanj ut nya
disebut set t ing, baru kemudian dimul ail ah f ase hardening.
St if f ening, set t ing, dan hardening diakibat kan ol eh pembent ukan mikrost rukt ur produk hidrasi dengan t ingkat kekakuan
Di unduh dari : Bukupaket.com
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 kal sium silikat fase C-S-H. Produk
hidrasi l anj ut adal ah kalsium hidroksida, hidrat sul f at at fase AFm dan AFt
, dan beberapa senyawa l ain. Kal sium sil ikat at au konst it uen sil ikat membent uk l ebih dari 70 dari massa semen berbahan dasar
sil ikat . Dal am cl inker semen, hidrat kal sium sil ikat mengandung CaO l ebih rendah daripada kal sium sil ikat , sehingga kal sium hidroksida
t erbent uk sel ama 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 berl angsung cepat , menyebabkan t erbent uknya set t ing dan kekuat an semen dal am minggu-minggu pert ama apl ikasinya.
Sedangkan reaksi belit e adal ah :
2Ca
2
SiO
4
+ 4H
2
O
ĺ
3CaO. 2SiO
2
. 3H
2
O + CaOH
2
Reaksi ini rel at if l ambat , dan bert anggung j awab t erhadap pert umbuhan kekuat an semen set el ah sat u minggu apl ikasi. Hidrasi
t rikal sium aluminat dikont rol ol eh penambahan kalsium sul f at , yang l angsung membent uk l arut an ket i ka dit ambahkan air. Awalnya,
t erbent uk et t ringit e dengan cepat , sehingga hidrasi menj adi l ambat .
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 l ambat dengan t rikal sium al uminat membent uk
monosul f 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
Al O
3 2
SO
4
. 12H
2
O Reaksi ini berl angsung sempurna set el ah 1 – 2 hari. Kal sium
al uminof errit e bereaksi secara l ambat karena t erj adinya pengendapan besi oksida t erhidrasi sel ama 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
Di unduh dari : Bukupaket.com
375 Begit u semen Port l and dicampur dengan air, maka mul ai t erj adi
reaksi hidrasi. Kal sium sul f at l arut sempurna dan sul f at al kal i l arut sebagian. Reaksi ion kalsium dan sulf at ini dengan t rikal sium sil ikat
menghasil kan krist al et t ringit e berbent uk sepert i j arum pada permukaan part ikel clinker. Sel anj ut nya, akan t erl ihat hidrat kal sium
sil ikat C-S-H dal am bent uk kol oid. Karena pembent ukan l apisan t ipis produk hidrasi pada permukaan clinker, periode hidrasi pert ama
berhent i dan periode induksi dimul ai. Produk hidrasi pert ama t erl al u kecil unt uk menj embat ani gap di ant ara part ikel cl inker dan t idak
membent uk mikrost rukt ur yang kuat . Hal ini mengakibat kan mobil it as part ikel semen hanya sedikit t erpengaruh. Set t ing dimul ai set el ah
kira-kira sat u sampai t iga j am, ket ika hidrat kal sium silikat pert ama t erbent uk pada permukaan part ikel cl inker yang pada awal nya berupa
but iran sangat hal us. Set el ah 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 el ah 12 – 24 j am. Sel ama periode ini, t erbent uk mikrost rukt ur dasar yang t erdiri dari krist al C-S-H berbent uk j arum
dan l embaran, kal sium hidroksida berbent uk l empengan, dan et t ringit e. Mikrost rukt ur ini t umbuh menj adi bent uk l ongit udinal .
Karena pert umbuhan krist al , gap di ant ara part ikel semen mul ai t erj embat ani. Sel ama hidrasi sel anj ut nya, hardening meningkat t api
kecepat annya menurun. Densit as mikrost rukt ur meningkat dan pori- porinya t erisi, sehingga t erbent ukl ah kekuat an semen.
Pembuat an semen Port l and dan j enis-j enis semen l ain secara umum dapat digambarkan dal am skema berikut :
Gambar 20. 75 Pr oses 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
Di unduh dari : Bukupaket.com
376
20. 2. 5 Kegunaan semen
