TKS 4406 Material Technology I

3/16/2017

TKS 4406
Material Technology I

Semen
(CEMENT)

Dr.Eng. Achfas Zacoeb, ST., MT.
Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering
University of Brawijaya

Pendahuluan






Semen merupakan bahan bangunan yang

dapat digunakan sebagai bahan perekat,
pelapis, pembuat beton dan lain-lain.
Sebelum mencapai bentuk seperti sekarang,
perekat dan penguat bangunan ini awalnya
merupakan hasil percampuran batu kapur
dan abu vulkanis.
Pertama kali ditemukan di zaman kerajaan
Romawi, tepatnya di Pozzuoli, dekat teluk
Napoli, Italia. Bubuk itu lantas dinamai
pozzuolana.

1

3/16/2017

Pendahuluan






Kata semen sendiri berasal dari caementum
(bahasa Latin), yang artinya "memotong
menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan".
Pada abad ke-18, John Smeaton (Insinyur
asal Inggris) membuat adonan dengan
memanfaatkan campuran batu kapur dan
tanah liat saat membangun menara suar
Eddystone di lepas pantai Cornwall, Inggris.
Pada tahun 1824, Joseph Aspdin, juga
insinyur berkebangsaan Inggris, mengurus
hak paten ramuan yang kemudian dia sebut
semen portland.

Pendahuluan




(lanjut)

(lanjut)

Dinamakan semen Portland karena warna
hasil akhir olahannya mirip tanah liat yang
ada di pulau Portland, Inggris (hasil
rekayasa Aspdin inilah yang sekarang
banyak dijual di toko-toko bangunan).
Bahan
bersifat
semen
(cementitious
material) mulai banyak digunakan, seperti
pozzolan, piropilit dan sebagainya.

2

3/16/2017

Bahan Baku





Batu Kapur
Tanah Liat
Pasir Besi dan Silikat
Gipsum

Batu kapur




Batu kapur merupakan Komponen yang
banyak mengandung CaCO3 dengan sedikit
tanah liat, Magnesium Karbonat, Alumina
Silikat dan senyawa oksida lainnya.

Senyawa besi dan organik menyebabkan
batu kapur berwarna abu-abu hingga kuning

3

3/16/2017

Tanah Liat



Komponen utama pembentuk tanah liat
adalah senyawa Alumina Silikat Hidrat
Klasifikasi
senyawa
alumina
silikat
berdasarkan
kelompok
mineral

yang
dikandungnya :
 Kelompok
Montmorilonite, meliputi :
monmorilosite, beidelite, saponite dan
nitronite
 Kelompok Kaolin, meliputi : kaolinite,
dicnite, nacrite dan halaysite
 Kelompok tanah liat beralkali, meliputi :
tanah liat mika (ilite)

Pasir Besi dan Silikat






Bahan ini merupakan bahan koreksi pada
campuran bahan baku (Raw Mix)

Digunakan sebagai pelengkap komponen
kimia esensial yang diperlukan untuk
pembuatan semen
Pasir besi digunakan untuk menaikkan
kandungan Fe2O3.
Pasir silikat digunakan untuk menaikkan
kandungan SiO2.

4

3/16/2017

Gipsum (CaSO42 H2O)




Berfungsi sebagai bahan retarder atau
bahan memperlambat proses pengerasan
dari semen.

Hilangnya kristal air pada gipsum
menyebabkan hilangnya atau berkurangnya
sifat gipsum sebagai retarder.

Proses Pembuatan

5

3/16/2017

Proses Pembuatan
(lanjut)

Semen dapat dibuat dengan 2 cara :
 Proses Basah
 Proses Kering
Perbedaannya hanya terletak pada proses
penggilingan dan homogenisasi.

1. Penambangan

Bahan tambang berupa batu kapur, batu silika,
tanah liat dan material-material lain yang
mengandung kalsium, silikon, alumunium dan
besi oksida yang diekstarksi menggunakan
drilling dan blasting dari lokasi penambangan
(quarry).

6

3/16/2017

1. Penambangan

(lanjut)

Penambangan batu kapur dilakukan dengan
cara :
 Pengupasan
(stripping),
membuang

lapisan atas tanah
 Pengeboran (drilling), membuat lubang
dengan bor untuk tempat
 Peledakan
(blasting), dengan teknik
electrical detonation.

1. Penambangan

(lanjut)

Penambangan
batu
silika
tidak
membutuhkan peledakan karena batuan
silika merupakan butiran yang saling
lepas dan tidak terikat satu sama lain.
 Penambangan
dilakukan

dengan
menggunakan dozer untuk mendorong
batu silika ke tepi tebing dan jatuh di
loading area.


7

3/16/2017

1. Penambangan

(lanjut)

Penambangan tanah liat dilakukan dengan
pengerukan pada lapisan permukaan tanah
dengan excavator yang diawali dengan
pembuatan jalan dengan sistem selokan
selang-seling (interval drain).

2. Pemecahan

(crushing)

Pemecahan bahan hasil
penambangan
menjadi
ukuran yang lebih kecil
dengan
menggunakan
crusher (mesin pemecah).
 Batu kapur dari ukuran
< 1 m → < 50 mm
 Batu silika dari ukuran
< 40 cm→ < 200 mm

8

3/16/2017

3. Pengangkutan

(conveying)

Bahan mentah ditransportasikan dari area
penambangan ke lokasi pabrik untuk diproses
lebih lanjut dengan menggunakan ban berjalan
(belt conveyor).

4. Penggilingan

(milling)

Proses Basah
 Penggilingan dilakukan dalam raw mill dengan
penambahan sejumlah air, kemudian dihasilkan slurry
dengan kadar air 34-38 %.
 Material-material ditambah air diumpankan ke dalam
raw mill.
 Karena adanya putaran, material
akan bergerak dari satu ruang ke
ruang berikutnya.
 Pada
ruang 1 terjadi proses
pemecahan dan ruang berikutnya
terjadi gesekan sehingga campuran
bahan mentah menjadi slurry.

9

3/16/2017

4. Penggilingan

(lanjut)

Proses Kering
 Terjadi di Duodan mill yang terdiri dari Drying
Chamber, Compartment 1 dan Compartment 2.
 Bahan
baku dimasukkan bersamaan dengan
dialirkannnya gas panas yang berasal dari suspension
pre heater dan menara pendingin.
 Pada ruang pengering terdapat filter
untuk mengangkut dan menaburkan
raw material sehingga gas panas
dapat
berkontaminasi
secara
merata agar efisiensi dapat tercapai.
 Terjadi pemisahan material kasar
dan halus dalam separator.

5. Homogenisasi




Proses Basah, slurry
dicampur di mixing basin,
kemudian slurry dilairkan
ke tabung koreksi (proses
pengoreksian).
Proses Kering, terjadi di
blending silo dengan
sistem aliran corong.

10

3/16/2017

6. Pembakaran




Pembakaran untuk pembetukan clinker
terjadi di dalam kiln.
Kiln adalah alat berbentuk tabung yang di
dalamnya terdapat semburan api.
Kiln digunakan untuk
memaksimalkan efisiensi
dari perpindahan panas
yang berasal dari bahan
bakar.

Pembentukan Klinker
Proses yang terjadi di dalam kiln :
 Pengeringan slurry
 Pemanasan awal
 Kalsinasi
 Pemijaran
 Pendinginan
 Transportasi dan penyimpanan

11

3/16/2017

Pengeringan Slurry
Terjadi pada daerah 1/3 panjang kiln dari inlet
pada temperatur 100 – 500OC, sehingga
terjadi pelepasan air bebas dan air terikat
untuk mendapatkan padatan tanah kering.

Pemanasan Awal
Terjadi pada daerah 1/3 setelah panjang kiln
dari inlet. Selama pemanasan tidak terjadi
perubahan berat dari material tetapi hanya
peningkatan suhu yaitu sekitar 600OC dengan
menggunakan pre heater.

12

3/16/2017

Kalsinasi




Penguraian kalsium karbonat menjadi
senyawa-senyawa penyusunnya pada suhu
600OC.
Reaksi kimia yang terjadi :
CaCO3 → CaO + CO2
MgCO3 → MgO + CO2

Pemijaran
Reaksi antara oksida-oksida yang terdapat
dalam material yang membentuk senyawa
hidrolisis yaitu C4A, C3A dan C2S pada suhu
1450OC membentuk clinker.

13

3/16/2017

Pendinginan




Terjadi
pendinginan
klinker
secara
mendadak dengan aliran udara, sehingga
klinker berukuran 1150 - 1250 gr/liter.
klinker yang keluar dari cooler bersuhu 150
– 250OC.

Transportasi dan
Penyimpanan
Klinker kasar yang dihasilkan akan jatuh
kedalam penggilingan untuk dihaluskan.
Kemudian dengan drag chain, klinker yang
telah dihaluskan diangkut menuju silo klinker
atau langsung ke proses cement mill untuk
diproses lebih lanjut menjadi semen.

14

3/16/2017

Cement Mill
Merupakan proses penggilingan akhir dimana
terjadi penghalusan klinker ditambah dengan
5 % gipsum alami atau sintetik. Secara umum
proses ini dapat dibagi menjadi 3 tahapan :
 Penggilingan klinker
 Pencampuran
 Pendinginan

Keuntungan dan
Kerugian Proses Basah
KEUNTUNGAN
 Kadar
alkalisis,klorida,dan
sulfat tidak menimbulkan
gangguan
penyempitan
dalam
saluran
material
masuk kiln.
 Deposit yang tidak homogen
tidak berpengaruh karena
mudah untuk mencampur
dan mengoreksinya.
 Pencampuran dan koreksi
slurry lebih mudah karena
berupa larutan.
 Fluktuasi kadar air tidak
berpengaruh pada proses.

KERUGIAN
 Proses
basah
baik
digunakan hanya bila kadar
air bahan bakunya cukup
tinggi
 Pada waktu pembakaran
memerlukan banyak panas,
sehingga konsumsi bahan
bakar lebih banyak
 Kiln
yang dipakai lebih
panjang
karena
proses
pengeringan yang terjadi
dalam kiln menggunakan
22 % panjang kiln.

15

3/16/2017

Keuntungan dan
Kerugian Proses Kering
KEUNTUNGAN
 Kiln yang digunakan relatif
pendek
 Kebutuhan
panas lebih
rendah

KERUGIAN
 Rata-rata kapasitas kiln
lebih besar
 Fluktuasi
kadar
air
menganggu
operasi,
karena material lengket di
inlet kiln
 Terjadi
penebalan atau
penyempitan pada saluran
pipa kiln.

Polution Controlling Device






Polusi yang dihasilkan berupa polusi udara dalam
bentuk :
 Debu
 Sisa pembakaran tidak sempurna (CO)
Pemisahan debu :
 Filtrasi (Fabric Filter)
 Electrostatic (Precipitator)
CO
 Penggunaan catalytic converter (mengoksidasi
CO menjadi CO2)

16

3/16/2017

Hasil Akhir





Semen Portland (PC)
Semen Portland Pozzolan (PPC)
Semen campuran yang menggunakan
pozzolan sebagai bahan tambah pada
campuran terak dan gips dalam proses
penggilingan akhir.
Sesuai untuk pengecoran beton massa,
dam, irigasi, bangunan tepi laut atau rawa,
yang memerlukan ketahanan sulfat dan
panas hidrasi sedang.

Jenis-Jenis Semen
1. Sement Portland
a. Sement Portland Type I (Ordinary Portland
Cement), dipakai untuk keperluan konstruksi
bangunan biasa yang tidak memerlukan
persyaratan khusus, seperti bangunan
rumah pemukiman, gedung-gedung sekolah
dan perkantoran, bangunan pabrik, gedung
bertingkat dan sebagainya.

17

3/16/2017

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

b. Semen Portland Type II (Moderate Heat
Cement), dipakai untuk keperluan beton
yang memerlukan ketahanan sulfat atau
panas hidrasi sedang. Biasanya semen ini
digunakan untuk bangunan pinggir laut
(pelabuhan),
aliran
irigasi,
landasan
jembatan, bangunan di bekas tanah rawa,
beton massa untuk dam dan bendungan.

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

c. Semen Portland Type III (High Early
Strength Cement), dipakai untuk konstruksi
bangunan yang memerlukan kekuatan
tekan tinggi pada fase permulaan setelah
pengikatan terjadi. Biasanya digunakan
untuk daerah yang bersuhu dingin,
bangunan bertingkat, dan bangunan dalam
air yang tidak memerlukan ketahanan
terhadap sulfat.

18

3/16/2017

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

d. Semen Portland Type IV (Low Heat
Cement),
penggunaanya
memerlukan
panas hidrasi rendah karena mengandung
C4A dan C2S lebih banyak. Pengerasan
dan perkembangan kekuatanya lambat,
digunakan untuk bangunan di daerah
panas, pembuatan beton atau konstruksi
berdimensi tebal.

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

e. Semen
Portland
Type
V
(Sulfate
Resistance Cement), semen portland
dengan daya tahan sulfat yang tinggi
termasuk tahan terhadap larutan garam
sulfat dalam air. Digunakan untuk
bangunan yang berhubungan dengan air
laut, air buangan industri, bangunan yang
pengaruh gas atau uap kimia yang agresif
dan bangunan yang selalu berhubungan
dengan air panas.

19

3/16/2017

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

2. Oil Well Cement (OWC) Class G-HSR
OWC atau semen sumur minyak digunakan
untuk pembuatan lapisan sumur minyak
yang dalam dan untuk menyumbat sumur
setelah dibor. Semen ini terbagi menjadi tiga
kelas (class), yaitu class A, B, C dan G.

Jenis-Jenis Semen
1.
2.

3.

4.

(lanjut)

Class A, digunakan untuk kedalaman 1830 m.
Class B, digunakan untuk kedalaman 1830 m,
dengan ketahanan terhadap sulfat tingkat
menengah dan tinggi.
Class C, untuk kedalaman 1830 m, dengan
ketahanan awal yang tinggi dan ketahanan sulfat
tingkat menengah dan tinggi.
Class G, untuk kedalaman 2440 m, sering
disebut juga dengan basic OWC karena adanya
penembahan aditif sehingga dapat digunakan
untuk berbagai kedalaman.

20

3/16/2017

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

3. Sement Portland Campur (Mixed
Portland Cement)
Semen ini sering disebut juga Super
Masonry Cement. Digunakan untuk
konstruksi ringan, sedang, untuk plesteran,
pemasangan bata dan bahan bangunan.

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

4. Masonry Cement Type M, S, N
Semen ini terdiri dari campuran Portland
atau blended cement dengan bahan plastis
(seperti limestone, hydaulic lime) dan
bahan lain untuk meningkatkan salah satu
karakteristik bahan (material properties).
Tipe N : normal (strong)
Tipe S : super (stronger)
Tipe M : mighty (strongest)

21

3/16/2017

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

5. Semen Portland Putih (White Portland
Cement)
Semen portland putih atau WPC dapat
digunakan untuk plamir tembok, pembuatan
tekel/traso, pemasangan keramik, tegel dan
marmer. Semen jenis ini mudah diberi
warna sesuai keinginan.

Jenis-Jenis Semen

(lanjut)

6. Semen Portland Komposite (Portland
Composite Cement)
Penggunaan PCC (Portland Composite
Cement) pada umumnya sama dengan
Semen Portland Jenis I
PCC mempunyai panas hidrasi yang lebih
rendah dibandingkan dengan Semen
Portland Jenis I, sehingga pengerjaannya
akan lebih mudah dan menghasilkan
permukaan beton/plester yang lebih rapat
dan lebih halus.

22

3/16/2017

Standard
No. SNI

Jenis

SNI 15-0129-2004

Semen portland putih

SNI 15-0302-2004

Semen portland pozolan/ Portland Pozzolan
Cement (PPC)

SNI 15-2049-2004

Semen portland biasa/Ordinary Portland
Cement (OPC)

SNI 15-3500-2004

Semen portland campur

SNI 15-3758-2004

Semen masonry

SNI 15-7064-2004

Semen portland komposit

API Spec 10A Class G-HSR

Semen sumur minyak (OWC)

Thanks for the attention and
Success for your study!

23