SEMEN

            SEMEN

Pengertian

Karena beton terbuat dari agregat yang diikat bersama pasta semen yang mengeras maka kualitas semen sangat mempengaruhi kualitas beton. Pasta semen adalah lem, yang bila semakin tebal tentu semakin kuat. Namun jika semakin tebal juga tidak menjamin lekatan yang baik.

Semen adalah bahan yang bersifat ahdesif maupun kohesif, yaitu bahan pengikat. Menurut Standar Industri Indonesia, SII 0013-1981, definisi semen Portland yaitu semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidrolis bersama bahan-bahan yang biasa digunakan yaitu gypsum.

Fungsi semen untuk bereaksi dengan air menjadi pasta semen. Pasta semen berfungsi untuk merekatkan butir-butir antar agregat agar terjadi suatu massa yang kompak/padat. Selain itu pasta semen juga untuk mengisi rongga-rongga antara butir-butir agregat. Walaupun volume semen kira-kira 10 persen dari volume beton, namun karena bahan perekat yang aktif dan mempunyai harga paling mahal dari bahan dasar beton yang lain maka perlu dipelajari/diperhatikan secara baik.

Tukang batu Joseph Aspdin dari Inggris (Pulau Portland) adalah pembuat semen Portland yang pertama pada awal abad 19, dengan membakar batu kapur yang dihaluskan dan tanah liat dalam tungku dapur rumahnya. Dari metode kasar ini berkembanglah industri pembuatan semen yang sedimikian halus sehingga satu kilogram semen mengnadung sampai 300 milyar butiran.

Semen Hidrolis dan Non Hidrolis

Ada 2 macam semen;

1. Hidrolis à semen yang akan mengeras bila beraksi dengan air, tahan terhadap air (water resistance) dan satabil didalam air setelah mengeras.
2. Non hidrolis à semen yang dapat mengeras tetapi tidak stabil dalam air

Sebagai perbandingan, lihat perbedaan gypsum dan kapur keras.

-       Gypsum à mengeras bila beraksi denga air tetapi akan larut dalam air (bukan jenis semen hidrolis)

-       Kapur keras à tidak mengeras bila beraksi dengan air melainkan akan mengeras bila beraksi dengan CO2. Setelah mengeras maka akan tahan dengan air (bukan jenis semen hidrolis)

Kebutuhan dunia akan semen hidrolis mencapai ratusan juat ton setipa tahun sehinggaharus diproduksi dari material alamiah, daripada bahan kimia murni semata.

Salah satu semen hidrolis yang dipakai dalam konstruksi beton adalah semen Portland. Jenis yang lain ; semen alamiah dan semen alumina.

Bahan Dasar

Semen Portland yang dijual dipasaran umumnya berkualisa baik dan dapat dipertanggung jawabkan.

Bahan dasar semen Portland;

-       Kelompok calcareous          à oksida kapur

-       Kelompok siliceous                          à oksida silica

-       Kelompok argillacous          à oksida alumina

-       Kelompok ferriferous           à oksida besi

Semen portland dibuat dari 4 bahan diatas, dipilih secara selektif dan dikontrol secara ketat. Setelah pembakaran ditambah gypsum untuk mengatur waktu set (setting time) mortar atau beton.

Untuk pembutan 1 ton semen Portland diperlukan bahan dasar;

            1,3 ton            batu kapur(limestone)/kapur(chalk)

            0,3 ton            pasir silica/tanah liat

            0,03 ton          pasir/kerak besi

            0,04 ton          gypsum

Proses Pembuatan Semen

Semen portland dibuat dengan melalui beberapa langkah, sehingga sangat halus dan memiliki sifat adhesive maupun kohesif. Semen diperoleh dengan membakar secara bersamaan suatu campuran dari calcareous (yang mengadung kalsium atau batu gamping) dan argillacous (yang mengnadung alumina) dengan perbandingan tertentu. Secara mudahnya kandungan semen Portland ialah; kapur, silica dan alumina. Ketiga bahan tadi dicampur dan dibakar dengan suhu 1550C dan menjadi klinker. Setelah itu kemudian dikeluarkan, didinginkan dan dihaluskan sampai halus menjadi bubuk. Biasanya lalu ditambahkan dengan gips atau kalsium sulfat sebagai bahan pengontrol waktu ikat. Kemudian dikemas dalam kantong dengan berat bervariai 40 kg dan 50 kg.

Proses Kering dan Proses Basah

Secara global ada dua macam proses pembuatan semen yaitu; proses kering ada proses basah. Proses basah cocok untuk material mentah yang gembur seperti kapur dan tanah liat yang sudah siap terurai didalam air untuk membentuk lumpur. Air sebanyak 30% akan dibuang pada tahap awal proses kiln.

Untuk material keras seperti batu kapur dan shale memakai proses kering. Klengasan dibuang pada tahap awal, umunya pada waktu digiling.

Pemilihan proses tergantung sifat material, efisiensi setiap proses dan harga energy. Pada waktu minyak melonjak pada tahun 70-an, proses basah yang mulanya banyak digunakan kemudian diganti dengan proses kering.

Senyawa Kimia

Empat senyawa kimia yang utama;

1. Triklasium silikat (C₃S) atau 3CaO.SiO₂
2. Dikalsium silikat (C₂S) atau 2CaO.SiO₆
3. Trikalsium aluminat (C₃A) atau 3 Ca O.Al₂O₃
4. Tetrakalsium aluminoferit (C₄AF) atau 4Ca.Al₂O₃. Fe₂O₃

Dua unsur yang utama (C₃S dan C₂S) biasanya merupakan 70 sampai 80 % dari unsure semen sehingga merupakan bagian yang paling dominan dalam memberikan sifat semen. Bila semen terkena air, C₃S segera berhidrasi dan menghasilkan panas. Selain itu juga berpengaruh besar terhadap pengerasan semen, terutama sebelum mencapai umur 14 hari. Sebaliknya C₂S beraksi dengan air lebih lambat sehingga berpengaruh terhadap pengerasan semen setelah lebih dari 7 hari. Dan memberikan kekuatan akhir (lihat gambar….). unsure C₂S ini juga membuat semen tahan terhadap serangan kimia dan juga mengurangi besar susut pengeringan. Kedua unsure pertama ini membutuhkan air berturut-turur sekita 24 dan 12 % dari masing-masing beratnya untuk terjadinya reaksi kimia, namun saat hidrasi C₃S membebaskan kalsium hidroksida hampir 3 kali lebih banyak daripada yang dibebaskan C₂s. maka dari itu, jika C₃S mempunyai persentase yang lebih tinggi akan menghasilkan proses pengerasan yang cepat pada pembentukan kekuatan awalnya disertai suatau panas hidrasi tinggi. Sebalikya presentase C2s yang lebih tinggi menghasilkan proses pengerasan yang lambat, panas hidrasi sedikit dan ketahanan terhadap kimia yang lebih baik.

Unsure C₃A (unsure ketiga) berhidrasi secara exothermic, dan beraksi dengan cepat, memberikan kekuatan seseudah 24 jam. C₃A beraksi dengan air sebanyak kira-kira 40 persen beratnta (lebih banyak daripada unsure 1 dan 2), namun karena jumlah unsure ini sedikit maka pengaruh pada jumlah air hanya sedikit. Unsur C₃A ini sangat berpengaruh pada panas hidrasi tertinggi, baik selama pengerasan awal maupun pengeresan berikutnya yang panjang. Beton yang berhubungan dengan air tanah yang mengandung larutan asam sulfat (SO₄) akan mudah rusak jika semenya mengnadung C₃A, karena kondisi C₃A mudah beraksi dengan larutan sulfat. Didalam beton hasil reaksi ini menghasilkan bentuk zat kimia baru yang dinamakan ettringite, volumenya lebih besar (mengembang), sehingga membuat beton retak-retak. Oleh karena itu semen tahan sulfat tidak boleh mengnadung unsure C₃A lebih dari 5 persen.

Unsur C₄AF (unsure keenmpa) kurang begitu besar pengaruhnya terhadap kekerasan semen atau beton.

Hidrasi Semen

Bilamana semen bersentuhan dengan air maka proses hidrasi berlangsung, dengan arah dari luar ke dalam, maksudnya hasil hidrasi mengendap dibagian luar dan inti semen yang belum terhidrasi dibagian dalam secara bertahap terhidrasi sehingga volumenya mengecil. Proses permulaan hidrasi tersebut berlangsung lambat, antara 2-5 jam sebelum mengalami percepatan setelah kulit permukaan pecah.

Pada tahap hidrasi berikutnya, pasta semen menjadi gel (suatu butiran sangat halus hasil hidrasi, memiliki permukaan yang amat besar) dan sisa-sisa semen yang tak bereaksi mis kalsium hidroksida Ca(OH)₂, air dan beberapa senyawa yang lain. Kristal-kristal dari berbagai senyawa yang dihasilkan membnetuk rangkaian tiga-dimensi yang saling melekat secara random dan kmeudian sedikit demi sedikit mengisi ruangan yang mula0mula ditempati air, lalu menjadi kaku dan muncullah suatu kekuatan yang selanjutnya mengeras menjadi benda yang padat dan kaku. Dengan demikian pasta semen yang telah mengeras memiliki struktur yang berpori, dengan ukuran pori bervariasai dari yang sangat kecil sampai besar. Pori-pori tersebut disebut pori-pori gel. Pori-pori yang didalam pasta semen yang sudah keras mungkin berhubungan, tapi mungkin tidak.