Materi Semen Mata Kuliah Bahan Bangunan dan Properti Material

Semen

1. Pengertian

Semen (cement) adalah hasil industri dari paduan bahan baku seperti batu kapur (gamping) sebagai bahan utama dan lempung (tanah liat) atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk (powder), yang akan mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Semen merupakan bahan bangunan yang digunakan untuk merekat, melapis, membuat beton, dll. Semen yang terbaik saat ini adalah semen Portland yang ditemukan tahun 1824 oleh Joseph Aspdin.

2. Jenis-jenis semen :

a. Semen non-hidrolik

Adalah semen yang tidak dapat mengeras dan mengikat di dalam air, tetapi akan mengeras jika di udara. Contohnya adukan semen kapur yang ditetapkan hanya dengan pengeringan, dan bertambah kuat secara lambat dengan menyerap karbon dioksida dari atmosfer untuk membentuk kembali kalsium karbonat.

b. Semen hidrolik

Yaitu material yang menetap dan mengeras setelah dikombinasikan dengan air, sebagai hasil dari reaksi kimia dari pencampuran dengan air, dan setelah pembekuan, mempertahankan kekuatan dan stabilitas bahkan dalam air.

Contoh:

• · Portland Cement Type I

Digunakan untuk konstruksi umum yang tidak memerlukan persyaratan khusus yaitu: tidak memerlukan ketahanan sulfat, panas hidrasi dan kekuatan awal yang tinggi. Biasanya digunakan pada gedung, jembatan, jalan raya, rumah pemukiman dan landasan pacu pesawat terbang.

• · Portland Cement Type II

Digunakan untuk konstruksi yang memerlukan persyaratan khusus yaitu tahan terhadap sulfat sedang, yaitu air tanah yang mengandung sulfat 0,08-0,17% atau SO3 + 125 ppm. Tahan terhadap hidrasi sedang. Contoh penggunaan pada dermaga, bendungan, bangunan ditanah berawa, bergambut, tepi pantai.

• · Portland Cement Type III

Digunakan untuk konstruksi yang memerlukan kekuatan awal yang tinggi pada fase permulaan setelah pengikatan terjadi. Biasa digunakan pada jalan beton, landasan bandara, bangunan tingkat tinggi dan bangunan dalam air yang tidak memerlukan ketahanan terhadap sulfat.

• · Portland Cement Type IV

Semen dengan panas hidrasi rendah. Semen tipe ini digunakan untuk keperluan konstruksi yang memerlukan jumlah dan kenaikan panas harus diminimalkan. Tipe semen seperti ini digunakan untuk struktur beton seperti dam gravitasi besar yang mana kenaikan temperatur akibat panas yang dihasilkan selama proses curing merupakan faktor kritis.

• · Portland Cement Type V

Digunakan untuk konstruksi yang memerlukan persyaratan khusus yaitu tahan terhadap sulfat tinggi, yaitu air tanah yang mengandung sulfat 0,17-1,67%, atau SO3 + 250 ppm. Biasa digunakan pada bangunan instalasi pengolahan air limbah pabrik, konstruksi dalam air, jembatan, terowongan dan dermaga.

• · Super Masonry Cement

Digunakan untuk bahan pengikat dalam penggunaan konstruksi ringan, pembuatan batako, paving block, ubin, pemasangan keramik. Keuntungannya yaitu mudah pekerjaannya, kedap air, penyusutan kecil, panas hidrasi kecil. Biasa digunakan pada acian dan plesteran.

• · Oil Well Cement

Semen khusus yang digunakan untuk pembuatan sumur minyak bumi dan gas alam dengan konstruksi sumur minyak bawah permukaan laut dan bumi, OWC yang telah diproduksi adalah class G, HSR (High Sulfat Resistance) disebut juga sebagai “BASIC OWC”. Adaptif dapat ditambahkan untuk pemakaian pada berbagai kedalaman dan temperatur.

• · Portland Composite Cement ( PCC)

Mempunyai panas hindrasi rendah sampai sedang, Tahan terhadap serangan sulfat, Kekuatan tekan awal kurang, namun kekuatan akhir lebih tinggi.

• · Portland Pozzolan Cement

Untuk konstruksi umum, tahan sulfat dan panas hidrasi sedang. Biasa digunakan pada perumahan, plesteran dan acian, bendungan, dam dan irigasi

• · Semen alam

Dihasilkan melalui pembakaran batu kapur yang mengandung lempung pada suhu lebih rendah dari suhu pengerasan. Hasil pembakaran kemudian digiling menjadi serbuk halus. Semen alam dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu:

1. Semen alam yang digunakan bersama sama dengan Portland cement dalam suatu konstruksi.
2. Semen alam yang telah dibubuhi bahan pembantu yaitu udara yang fungsinya sama dengan jenis pertama.

3. Komposisi semen

4 unsur penting pembentuk semen, yaitu:

1. Trikalsium silikat (C3S) atau 3 CaO.SiO2
2. Dikalsium silikat (C2S) atau 2 CaO.SiO2
3. Trikalsium aluminat (C3A) atau 3 CaO.Al2O3
4. Tetrakalsium aluminoferit (C4AF) atau 4CaO.Al2O3.Fe2O3

Adapun kadar dalam semen yaitu:

1. Kapur, CaO dengan kadar (60 – 65) %
2. Silika, SiO2 dengan kadar (17 – 25) %
3. Alumina, Al2O3 dengan kadar (3 – 8) %
4. Besi, Fe2O3 dengan kadar (0,5 – 6) %
5. Magnesia, MgO dengan kadar (0,5 – 4) %
6. Sulfur, SO3 dengan kadar (1 – 2) %
7. Soda & potas, Na2O & K2O dengan kadar (0,5 – 1) %

4. Produksi semen

a. Penggalian (Quarry)

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.

b. Penghancuran (Crushing)

Pemecahan material material hasil penambangan menjadi ukuran yang lebih kecil dengan menggunakan crusher.

c. Pengangkutan (Conveying)

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

d. Penggilingan (Raw mill)

• · Proses basah

Penggilingan dilakukan dalam raw mill dengan menambahkan sejumlah air kemudian dihasilkan slurry dengan kadar air 34-38 %. Proses ini peristiwa terjadi gesekan sehingga campuran bahan mentah menjadi slurry.

• · Proses kering

Terjadi di Duodan Mill. Material-material dimasukkan bersamaan dengan dialirkannya gas panas yang berasal dari suspension preheater dan menara pendingin, sehingga menimbulkan suatu frase kering, berfungsi untuk memisahkan material kasar dengan material halus.

e. Homogenisasi

• · Proses basah

Slurry dicampur di mixing basin, kemudian slurry dialirkan ke tabung koreksi, terjadilah proses pengoreksian.

• · Proses kering

Terjadi di blending silo dengan sistem aliran corong.

f. Pembakaran

Proses ini terjadi di dalam kiln. Kiln adalah alat berbentuk tabung yang di dalamnya terdapat semburan api. Kiln di design untuk memaksimalkan efisiensi dari perpindahan panas yang berasal dari pembakaran bahan bakar. Pada kiln yang bersuhu 1350-1400 °C, bahan berubah menjadi bongkahan padat berukuran kecil yang dikenal dengan sebutan klinker, kemudian dialirkan ke pendingin klinker, tempat udara pendingin akan menurunkan suhu klinker hingga mencapai 100 °C.

g. Cement mill

Merupakan proses penggilingan akhir dimana terjadi penghalusan clinker-clinker bersama 5 % gipsum alami atau sintetik.

5. Sifat komponen utama semen

a. C3S (alite) dan C2S (belite) adalah senyawa yang memiliki sifat perekat.

b. C3A adalah senyawa yang paling reaktif.

c. C4AF dan lainnya (dari oksida alumina dan besi) berfungsi sebagai katalisator (fluxing agents) yang menurunkan temperatur pembakaran dalam klin untuk pembentukan calsium silikat.

d. C3S dan C2S biasanya merupakan (70 – 80) % dari semen sehingga merupakan unsur dominan dalam memberi sifat semen.

e. C3S berhidrasi secara eksotermis, berpengaruh besar terhadap pengerasan semen terutama sebelum mencapai umur 14 hari. Membutuhkan air 24 % dari beratnya.

f. C2S bereaksi dengan air lebih lambat, memberi kekuatan akhir, menurunkan besar susut pengeringan, serta membuat semen tahan terhadap serangan kimia. Membutuhkan air 21% dari beratnya.

g. C3A berhidrasi secara eksotermis dan bereaksi secara cepat, memberikan kekuatan sesudah 24 jam, kurang tahan terhadap serangan sulfat. Membutuhkan air 40% dari beratnya.

h. C4AF berkurang begitu besar pengaruhnya terhadap pengerasan semen.

6. Hidrasi semen

Bila semen bersentuhan dengan air maka proses hidrasi akan berlangsung. Reaksi ini berlangsung lambat, antara 2 sampai dengan 5 jam (periode induksi atau tak aktif). Tahap berikutnya adalah terbentuknya pasta semen, kalsium hidroksida, sisa-sisa semen yang tidak dapat bereaksi, dan air. Pasta semen yang terjadi dari kristal-kristal dari berbagai senyawa membentuk rangkaian tiga dimensi yang saling melekat secara random.

Reaksi yang dihasilkan adalah:

2C3S + 6H2O → C3 S2 H3 + 3Ca (OH)2

2C2S + 4H2O → C3 S2 H3 + Ca (OH)2

7. Panas hidrasi

Dari pengamatan kecepatan evolusi panas hidrasi, atau dari pengukuran kenaikan temperatur di bawah kondisi isotermal, ada 5 tahapan yang dapat diindentifikasi:

a. Hidraulis awal yang berlangsung terjadi waktu semen kontak dengan air, semen beraksi cepat untuk beberapa menit.

b. Periode pasif (dorman period) di mana gypsum mencegah terjadinya flash set pada C3A karena butiran semen dilapisi gel. Periode reaksi lambat berlangsung sekitar setengah sampai 2 jam. Selama itu terjadi pemecahan dan pembentukan kembali lapisan coating gel yang semakin tebal.

c. Percepatan terjadi dengan pecahnya coating karena bertambahnya tekanan osmosis. Inilah waktu inisial set. Kecepatan reaksi bertambah sampai final set.

d. Perlambatan. Proses menjadi kaku berlanjut sampai tercapainya pengerasan.

e. Kondisi stabil di mana difusi lambat mengendalikan proses hidrasi yang lama.

8. Kecepatan hidrasi semen

Senyawa C2S mempunyai kecepatan hidrasi yang paling lambat sehingga semen

Yang proporsi C2S yang tinggi sering digunakan untuk pengecoran beton masif

Dengan skala besar, misalnya untuk dam atau pondasi rakit.

9. Faktor air semen

Banyaknya air yang digunakan selama proses hidrasi akan mempengaruhi kekuatan beton.

Pada dasarnya jumlah air yang diperlukan untuk proses hidrasi kira-kira 25 % dari berat semennya. Jika air terlalu banyak, maka air akan membuat rongga-rongga di beton.

Jika air terlalu sedikit, maka akan menyebabkan kelecakan atau kemudahan pelaksanaan tidak tercapai.

F.A.S (faktor air semen) = berat air/berat semen

Misal: FAS = 0.5, bila digunakan semen 350 kg/m3 , maka air yang diperlukan adalah berat air= 350 x 0.5 = 175 L/m3

Grafik hubungan faktor air semen dengan kekuatan tekan beton

10. Penggunaan dan penyimpanan semen

a. Semen yang akan dipakai harus dalam satu merek yang sama (tidak diperkenankan menggunakan bermacam-macam jenis / merek semen untuk suatu konstruksi / struktur yang sama), dalam keadaan baru dan asli, dikirim dalam kantong-kantong semen yang masih disegel dan tidak pecah.

b. Semen harus terlindung dari kelembaban atau keadaan cuaca lain yang merusak.

c. Semen diletakkan di atas papan kayu dengan ketinggian 30 cm dari lantai gudang dan berjarak 30 cm dari dinding untuk menghindari kelembaban.