PENGERTIAN SEMENSemen berasal dari bahasa latin caementum yang
berarti bahan perekat. Secara sederhana, Definisi semen adalah
bahan perekat atau lem, yang bisa merekatkan bahan bahan material
lain seperti batu bata dan batu koral hingga bisa membentuk sebuah
bangunan. Sedangkan dalam pengertian secara umum semen diartikan
sebagai bahan perekat yang memiliki sifat mampu mengikat bahan
bahan padat menjadi satu kesatuan yang kompak dan kuat.Usaha untuk
membuat semen pertama kali dilakukan dengan cara membakar batu
kapur dan tanah liat. Joseph Aspadain yang merupakan orang inggris,
pada tahun 1824 mencoba membuat semen dari kalsinasi campuran batu
kapur dengan tanah liat yang telah dihaluskan, digiling, dan
dibakar menjadi lelehan dalam tungku, sehingga terjadi penguraian
batu kapur (CaCO3) menjadi batu tohor (CaO) dan karbon
dioksida(CO2). Batu kapur tohor (CaO) bereaksi dengan
senyawa-senyawa lain membemtuk klinker kemudian digiling sampai
menjadi tepung yang kemudian dikenal dengan Portland
BAHAN BAKU SEMEN1. Batu kapur digunakan sebanyak 81 %.Batu kapur
merupakan sumber utama oksida yang mempumyai rumus CaCO3 (Calcium
Carbonat),pada umumnya tercampur MgCO3 dan MgSO4. Batu kapur yang
baik dalam penggunaan pembuatan semen memiliki kadar air 5%2. Pasir
silika digunakan sebanyak 9 %Pasir silika memiliki rumus SiO2
(silikon dioksida). Pada umumnya pasir silika terdapat bersama
oksida logam lainnya, semakin murni kadar SiO2 semakin putih warna
pasir silikanya, semakin berkurang kadar SiO2 semakin berwarna
merah atau coklat, disamping itu semakin mudah menggumpal karena
kadar airnya yang tinggi. Pasir silika yang baik untuk pembuatan
semen adalah dengan kadar SiO2 90%3. Tanah liat digunakan sebanyak
9 %.Rumus kimia tanah liat yang digunakan pada produksi semen
SiO2Al2O3.2H2O. Tanah liat yang baik untuk digunakan memiliki kadar
air 20 %, kadar SiO2 tidak terlalu tinggi 46 %4. Pasir besi
digunakan sebanyak 1%.Pasir besi memiliki rumus kimia Fe2O3 (Ferri
Oksida) yang pada umumnya selalu tercampur dengan SiO2 dan TiO2
sebagai impuritiesnya. Fe2O3 berfungsi sebagai penghantar panas
dalam proses pembuatan terak semen. Kadar yang baik dalam pembuatan
semen yaitu Fe3O2 75% - 80%.Pada penggilingan akhir digunakan
gipsum sebanyak 3-5% total pembuatan semen (A).
PROSES PEMBUATAN SEMEN1. Quarry ( Penambangan )Bahan tambang
berupa batu kapur, batu silika, tanah liat, dan material-material
lain yang mengandung kalsium, silikon, alumunium, dan besi oksida
yang diekstraksi menggunakan drilling dan blasting. Penambangan
Batu KapurPenambangan batu kapur dapat dilakukan dengan
langkah-langkah: membuang lapisan atas tanah membuat lubang dengan
bor untuk tempat peledakan blasting ( peledakan ) dengan teknik
electrical detonation. Penambangan Batu Silika Penambangan silika
tidak membutuhkan peledakan karena batuan silika merupakan butiran
yang saling lepas dan tidak terikat satu sama lain. Penambangan
dilakukan dengan pendorongan batu silika menggunakan dozer ke tepi
tebing dan jatuh di loading area. Penambangan Tanah Liat
Penambangan tanah liat dilakukan dengan cara pengerukan pada
lapisan permukaan tanah menggunakan excavator. Sebelumnya dibuat
dulu jalan dengan sistem selokan selang seling.2. Crushing
Pemecahan material material hasil penambangan menjadi ukuran yang
lebih kecil dengan menggunakan crusher. Batu kapur dari ukuran <
1 m < 50 m. Batu silika dari ukuran < 40 cm < 200 mm.3.
ConveyingBahan mentah ditransportasikan dari area penambangan ke
lokasi pabrik untuk diproses lebih lanjut dengan menggunakan belt
conveyor.4. Raw Mill ( Penggilingan Bahan Baku )Proses
basah:Penggilingannya dilakukan di dalam Raw Mill semua bahan baku
yang ada dicampur dengan air , dihancurkan dan diuapkan kemudian
dibakar dengan menggunakan bahan bakar minyak, bakar (bunker crude
oil) kemudian dihasilkan slurry dengan kadar air 34-38 %. Proses
ini jarang digunakan karena masalah keterbatasan energi BBM.
Keuntungan : Umpan lebih homogeny, semen yang diperoleh lebih
baik Efisiensi penggilingan lebih tinggi dan tidak memerlukan suatu
unit homogenizer Debu yang timbul relative sedikit
Kerugian : Bahan bakar yang digunakan lebih banyak, butuh air
yang cukup banyak Tanur yang digunakan terlalu panjang karena
memerlukan zone dehidrasi yang lebih panjang untuk mengendalikan
kadar airBiaya produksi lebih mahal
Proses kering:Terjadi di Duodan Mill yang terdiri dari Drying
Chamber dan Compt. Menggunakan teknik penggilingan dan blending
kemudian dibakar. Material-material dimasukkan bersamaan dengan
dialirkannnya gas panas yang berasal dari Suspension Preheater dan
menara pendingin. Proses ini meliputi lima tahap pengelolaan yaitu
: Proses pengeringan dan penggilingan bahan baku di rotary dryer
dan roller meal. Proses pencampuran (homogenizing raw meal) untuk
mendapatkan campuran yang homogen. Proses pembakaran raw meal untuk
menghasilkan terak (clinker : bahan setengah jadi yang dibutuhkan
untuk pembuatan semen). Proses pendinginan terak. Proses
penggilingan akhir di mana clinker dan gypsum digiling dengancement
mill.
Keuntungan : Tanur yang digunakan relative pendek Panas yang
dibutuhkan rendah, sehingga bahan bakar yang dipakai relative
sedikit, dan membutuhkan air yang relative sedikit pula Kapasitas
produksi lebih besar
Kerugian : Kadar air sangat mengganggu proses, karena material
menempel pada alat Campuran umpan kurang homogen Banyak debu yang
dihasilkan sehingga dibutuhkan alat penangkap debu
5. HomogenisasiProses Basah: slurry dicampur basin, lalu
dialirkan ke tabung koreksi. Proses Kering: terjadi di blending
silo dengan sistem aliran corong.
6. Pembakaran/ Pembentukan ClinkerPembakaran/ Pembentukan
Clinker terjadi di dalam kiln. Kiln adalah alat berbentuk tabung
yang di dalamnya terdapat semburan api. Kiln didesain untuk
memaksimalkan efisiensi dari perpindahan panas yang berasal dari
pembakaran bahan bakar.Proses yang terjadi di dalam kiln:
Pengeringan Slurry, Pemanasan Awal, Kalsinasi, Pemijaran,
Pendinginan, dan Penyimpanan Klinkera. Pengeringan
SlurryPengeringan Slurry terjadi pada daerah 1 & 3 panjang kiln
dari inlet pada temperatur 100-5000C sehingga terjadi pelepasan air
bebasdan air terikat untuk mendapatkan padatan tanah kering.b.
Pemanasan AwalPemanasan 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
6000C dengan menggunakan preheater. c. KalsinasiKalsinasi merupakan
penguraian kalsium karbonat menjadi senyawa-senyawa penyusunnya
pada suhu 6000C. Reaksinya: CaCO3 CaO + CO2 MgCO3 MgO + CO2
d. Pemijaran Reaksi antara oksida-oksida yang terdapat dalam
material yang membentuk senyawa hidrolisis yaitu C4AF, C3A, C2S
pada suhu 1450 C membentuk Clinker. e. PendinginanDi dalam proses
ini, terjadi pendinginan Clinker secara mendadak dengan aliran
udara sehingga Clinker berukuran 1150-1250 gr/liter. Clinker yang
keluar dari Cooler bersuhu 150-250 C. f. Transportasi &
Penyimpanan ClinkerKlinker kasar 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. 1. Cement
Mill / Cement Silo Cement Mill merupakan proses penggilingan akhir
dimana terjadi penghalusan clinker-clinker bersama 5 % gipsum alami
atau sintetik. Lalu, klinker yang telah halus ini disimpan dalam
Cement Silo (tempat penampungan semen mirip tangki minyak
pertamina).1. Dari Cement Silo ini semen siap dipak dan dijual ke
konsumen.
Gambar 1. Proses Pembuatan Semen
JENIS PRODUK Menurut SNI ada beberapa jenis semen, antara lain
:
SEMENT PORTLAND (OPC)Semen portland diklasifikasikan dalam lima
tipe yaitu :1. Tipe I (Ordinary Portland Cement)Semen Portland
untukpenggunaan umumyang tidak memerlukan persyaratn khusus seperti
yang dipersyaratkan pada tipe-tipe lain. Semen Portland tipe ini
digunakan untuk segala macam konstruksi, misalnya tahan terhadap
sulfat, panas hiderasi, dan sebagainya.Semen ini mengandung 5 % MgO
dan 2,5 -3% SO3.
2. Tipe II (Moderate sulfat resistance)Semen Portland yang dalam
penggunaannya memerlukanketahanan terhadap sulfat atau panas
hidrasi sedang.Tipe II ini mempunyai panas hidrasi yang lebih
rendah dibanding semen Portland Tipe I. Pada daerahdaerah tertentu
dimana suhu agak tinggi, maka untuk mengurangi penggunaan air
selama pengeringan agar tidak terjadiSrinkege(penyusutan) yang
besar perlu ditambahkan sifat moderatHeat of hydration.Semen
Portland tipe II ini disarankan untuk dipakai pada bangunan seperti
bendungan, dermaga dan landasan berat yang ditandai adanya
kolom-kolom dan dimana proses hidrasi rendah juga merupakan
pertimbangan utama. Semen ini mengandung 20% SiO2, 6 % Al2O3, 6%
Fe2O3, 6% MgO, dan 8% C3A.
3. Tipe III (High Early Strength)Semen Portland yang dalam
penggunaannya memerlukankekuatan yang tinggi pada tahap permulaan
setelah pengikatan terjadi.Semen tipe III ini dibuat dengan
kehalusan yang tinggi blaine biasa mencapai 5000 cm2/gr dengan
nilai C3S nya juga tinggi. Beton yang dibuat dengan menggunakan
semen Portland tipe III ini dalam waktu 24 jam dapat mencapai
kekuatan yang sama dengan kekuatan yang dicapai semen Portland tipe
I pada umur 3 hari, dan dalam umur 7 hari semen Portland tipe III
ini kekuatannya menyamai beton dengan menggunakan semen portlan
tipe I pada umur 28 hari. Semen ini tersusun dari 3,5-4% Al2O3, 6%
Fe2O3, 35% C3S, 6% MgO, 40% C2S dan 15% C3A.
4. Tipe IV (Low Heat Of Hydration)Semen Portland yang dalam
penggunaannya memerlukanpanas hidrasi rendah.Penggunaan semen ini
banyak ditujukan untuk struktur Concrette (beton) yang massive dan
dengan volume yang besar, seprti bendungan, dam, lapangan udara.
Dimana kenaikan temperatur dari panas yang dihasilkan selama
periode pengerasan diusahakan seminimal mungkin sehingga tidak
terjadi pengembangan volume beton yang bisa menimbulkan cracking
(retak). Pengembangan kuat tekan (strength) dari semen jenis ini
juga sangat lambat jika dibanding semen portland tipe I. Semen ini
tersusun dari 6,5 % MgO, 2,3 % SO3, dan 7 % C3A.
5 Tipe V (Sulfat Resistance Cement)Semen Portland yang dalam
penggunaannya memerlukanketahanan tinggi terhadap sulfat.Semen
jenis ini cocok digunakan untuk pembuatan beton pada daerah yang
tanah dan airnya mempunyai kandungan garam sulfat tinggi seperti :
air laut, daerah tambang, air payau. Komposisi komponen utamanya
adalah slag tanur tinggi dengan kandungan aluminanya yang tinggi,
5% terak portland cement , 6 % MgO, 2,3 % SO3, dan 5 % C Semen
Portland Pozzolan (SPP)/(PPC)
Semen Portland pozzolan (SPP) atau dikenal juga sebagai Portland
Pozzolan Cement (PPC) adalah merupakan semen hidrolisis yang
terdiri dari campuran yang homogen antara semen Portland dengan
bahanpozzolan(Trass atau Fly Ash) halus, yang diproduksi dengan
menggiling klinker semen Portland dan bahan pozzolan bersama-sama
atau mencampur secara merata semen Portland dan bahan pozzolon atau
gabungan antara menggiling dan mencampur.
Semen Masonry
Semen Masonry adalah semen hidraulik yang digunakan sebagai
adukan konstruksimasonry, mengandung satu atau lebihblast furnance
slagcement(semen kerak dapur tinggi),semen Portland pozzolan,semen
alam atau kapur hidraulikdan bahan penambahnya mengandung satu atau
lebih bahan-bahan seperti: kapur padam, batu kapur,chalk, calceous
shell, talk, slag,atau tanah liat yang dipersiapkan untuk keperluan
ini. Sifat semen ini mempunyai penyerapan air yang baik,
berdayaplastissitasyang tinggi dan kuat tekan yang rendah.1.Semen
Masonry jenis Nsemen masonry yang digunakan untuk pembuatan adukan
pasangan, sehingga adukan pasangan yang dihasilkan memenuhi syarat
mutu adukan pasangan jenis N, atau bila ditambahkan semen portland
atau semen hidrolis, campuran dapat menghasilkan adukan pasangan
yang memenuhi syarat mutu jenis S atau M2.Semen Masonry jenis
Ssemen masonry yang digunakan untuk pembuatan adukan pasangan ,
sehingga adukan pasangan yang dihasilkan memenuhi syarat mutu jenis
S atau bila ditambahkan semen portland atau semen hidrolis,
campuran dapat menghasilkan adukan pasangan yang memenuhi syarat
mutu jenis M3.Semen Masonry jenis Msemen masonry yang digunakan
untuk pembuatan adukan pasangan, sehingga adukan pasangan yang
dihasilkan memenuhi syarat mutu jenis M
Portland Composite Cement(Semen Portland Komposit) PCC
Menurut SNI 17064-2004, Semen Portland Campur adalah Bahan
pengikat hidrolisis hasil penggilingan bersama sama terak (clinker)
semen portland dan gibs dengan satu atau lebih bahan anorganik,
atau hasil pencampuran antara bubuk semen portland dengan bubuk
bahan bahan anorganik lain. Bahan anorganik tersebut antara lain
terak tanur tinggi(blastfurnace slag), pozzoland, senyawa silika,
batu kapur, dengan kadar total bahan anorganik6 35 %dari massa
semen portland composite. Menurut Standard Eropa EN 197-1 Portland
Composite Cement atau Semen Portland Campur dibagi menjadi 2 Type
berdasarkan jumlah Aditive material aktif1. Type II/A-M mengandung
6 20 % aditif2. Type II/B-M mengandung 21 35 % aditifKalau pada
Portland Pozzolan Cement (Semen Portland Pozzolan) aditif yang
digunakan hanya 1 jenis maka pada Portland Composite Cement ini
aditif yang digunakan lebih dari 1 jenis atau 2 jenis maka semen
ini dikelompokkan padaTERNARY CEMENT.
WHITE CEMENT (SEMEN PUTIH)
Semen Putih adalah semen yang dibuat dengan bahan baku batu
kapur yang mengandung oksida besi dan oksida magnesia yang rendah
(kurang dari 1%) sehingga dibutuhkan pengawasan tambahan agar semen
ini tidak terkontaminasi dengan Fe2O3selama proses berlangsung.
Pembakaran pada tanur putar menggunakan bahan bakar gas. Hal ini
dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi terhadap abu hasil
pembakaran, juga terhadap oksida mangan sehingga warna dari semen
putih tersebut tidak terpengaruh. Semen Putih mengandung 24,2%
SiO2, 4,2% Al2O3, 0,39% Fe2O3, 65,8% CaO, 1,1% MgO, dan 0,02%
Mn2O3. Semen Putih digunakan untuk bangunan arsitektur dan
dekorasi.
SIFAT-SIFAT PRODUK
A.Hiderasi SemenHiderasi semen adalah reaksi antara
komponen-komponen semen dengan air. Untuk mengetahui hiderasi
semen, maka harus mengenal hiderasi dari senyawa-senyawa yang
terkandung dalam semen ( C2S, C3S, C3A, C4AF)
B. Hiderasi Kalsium Silikat ( C2S, C3S)Kalsium Silikat di dalam
air akan terhidrolisa menjadi kalsium hidroksidsa Ca(OH)2dan
kalsium silikat hidrat (3CaO.2SiO2.3H2O) pada suhu 30oC2
(3CaO.2SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + 3 Ca(OH)22 (3CaO.2SiO2) +
4H2O 3CaO.2SiO2.2H2O + Ca(OH)2Kalsium Silikat hidrat (CSH) adalah
silikat di dalam kristal yang tidak sempurna, bentuknya padatan
berongga yang sering disebutTobermorite Gel.Adanya kalsium
hidroksida akan membuat pasta semen bersifat basa (pH= 12,5) hal
ini dapat menyebabkan pasta semen sensitive terhadap asam kuat
tetapi dapat mencegah baja mengalami korosi.
C. Hiderasi C3AHiderasi C3A dengan air yang berlebih pada suhu
30oC akan menghasilkan kalsium alumina hidrat (3CaO. Al2O3. 3H2O)
yang mana kristalnya berbentuk kubus di dalam semen karena
adanyagypsummaka hasil hiderasi C3A sedikit berbeda. Mula-mula C3A
akan bereaksi dengangypsummenghasilkansulfo aluminateyang
kristalnya berbentuk jarum dan biasa disebutettringitenamun pada
akhirnyagypsumbereaksi semua, baru terbentukkalsium alumina
hidrat(CAH).Hiderasi C3A tanpa gypsum (30oC):3CaO. Al2O3+ 6H2O
3CaO. Al2O3. 6H2OHiderasi C3A dengan gypsum (30oC):3CaO. Al2O3+ 3
CaSO4+ 32H2O 3CaO.Al2O3+ 3 CaSO4+ 32H2OPenambahan gypsum pada semen
dimaksudkan untuk menunda pengikatan, hal ini disebabkan karena
terbentuknya lapisan ettringite pada permukaan-permukaan Kristal
C3A.
D. Hiderasi C4AF (30 H2OoC)4CaO. Al2O3. Fe2O3+ 2Ca(OH)2+10H2O
4CaO.Al2O3.6H2O+ 3CaO.Fe2O3.6H2O
E.Setting dan HardeningSetting dan Hardening adalah pengikatan
dan penerasan semen setelah terjadi reaksi hiderasi. Semen apabila
dicampur dengan air akan menghasilkan pasta yang plastis dan dapat
dibentuk (workable) sampai beberapa waktu karakteristik dari pasta
tidak berubah dan periode ini sering disebutDorman Period(period
tidur).Pada tahapan berikutnya pasta mulai menjadi kaku walaupun
masih ada yang lemah, namun suhu tidak dapat dibentuk (unworkable).
Kondisi ini disebutInitial Set, sedangkan waktu mulai dibentuk
(ditambah air) sampai kondisi Initial Set disebutInitial Setting
Time(waktu pengikatan awal). Tahapan berikutnya pasta melanjutkan
kekuatannya sehingga didapat padatan yang utuh dan biasa
disebutHardened Cement Pasta.Kondisi ini disebutfinal Setsedangkan
waktu yang diperlukan untuk mencapai kondisi ini disebutFinal
Setting Time(waktu pengikatan akhir). Proses penerasan berjalan
terus berjalan seiring dengan waktu akan diperoleh kekuatan proses
ini dikenal dengan namaHardening.Waktu pengikatan awal dan akhir
dalam semen dalam prakteknya sangat penting, sebab waktu pengikatan
awal akan menentukan panjangnya waktu dimana campuran semen masih
bersifat plastik. Waktu pengikatan awal minimum 45 menit sedangkan
waktu akhir maksimum 8 jam.Reaksi pengerasanC2S + 5H2O C2S. 5H2OC3S
+ 5H2O C2S6. 5H2O + 13 Ca(OH)2C3A+ 3Cs+ 32H2O C3A. 3Cs+.32H2OC4AF +
7H2O C3A.6 H2O+ CF. H2OMgO+ H2O Mg(OH)2
F. Panas HiderasiPanas hiderasi adalah panas yang dilepaskan
selama semen mengalami proses hiderasi. Jumlah panas hiderasi yang
terajdi tergantung, tipe semen, kehalusan semen, dan perbandingan
antara air dengan semen.Kekerasan awal semen yang tinggi dan panas
hiderasi yang besar kemungkinan terajadi retak-retak pada beton,
hal ini disebabkan oleh fosfor yang timbul sukar dihilangkan
sehingga terajdi pemuaian pada proses pendinginan.
G. PenyusutanAda tiga macam penyusutan yang terjadi di dalam
semen, diantaranya: Drying Shringkage( penyusutan karean
pengeringan) Hideration Shringkage(penyuautan karena hiderasi)
Carbonation Shringkage(penyuautan karena karbonasi)
Yang paling berpengaruh pada permukaan beton adalahDrying
Shringkage, penyusutan ini terjadi karena penguapan selama
prosessettingdanhardening. Bial besaran kelembabannya dapat dijaga,
maka keretakan beton dapat dihindari. Penyusutan ini dioengaruhi
juga kadar C3A yang terlalu tinggi.
H. KelembabanKelembaban timbul karena semen menyerap uaap air
dan CO2dan dalam jumlah yang cukup banyak sehigga terjadi
penggumpalan. Semen yang menggumpal kualitasnya akan menurun karena
bertambahnyaLoss On Ignition(LOI) dan menurunnya spesifik gravity
sehingga kekuatan semen menurun, waktu pengikatan dan pengerasan
semakin lama, dan terjadinya false set.Loss On Ignation(Hilang
Fajar)Loss On Ignationdipersyaratkan untuk mencegah adanya
mineral-mneral yang terurai pada saat pemijaran, dimana proses ini
menimbulkan kerusakan pada batu setelah beberapa tahun
kemudian.
I. SpesifikGravitySpesifik Gravitydari semen merupakan informasi
yang sangat penting dalam perancangan beton. Didalam pengontrolan
kualitasSpesifik gravitydigunakan untuk mengetahui seberapa jauh
kesempurnaan pembakaranklinker,dan juga menetahui
apakahklinkertercampur denganimpuritis.
J.False SetProses yang terjadi bila adonan mengeras dalam waktu
singkat.False Setdapat dihindari dengan melindungi semen dari
pengaruh udara luar, sehinggaalkali karbonattidak terbentuk didalam
semen.