SEMEN

          Sejarah

Semen dalam perkembangan peradaban manusia khususnya dalam hal bangunan, tentu kerap mendengar cerita tentang kemampuan nenek moyang merekatkan batu-batu raksasa hanya dengan mengandalkan zat putih telur, ketan atau lainnya. Alhasil, berdirilah bangunan fenomenal, seperti Candi Borobudur atau Candi Prambanan di Indonesia ataupun jembatan di Cina yang menurut legenda menggunakan ketan sebagai perekat. Ataupun menggunakan aspal alam sebagaimana peradaban di Mahenjo Daro dan Harappa di India ataupun bangunan kuno yang dijumpai di Pulau Buton

Benar atau tidak, cerita, legenda tadi menunjukkan dikenalnya fungsi semen sejak zaman dahulu. 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. Sedangkan kata semen sendiri berasal dari caementum (bahasa Latin), yang artinya kira-kira "memotong menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan". Meski sempat populer di zamannya, nenek moyang semen made in Napoli ini tak berumur panjang. Menyusul runtuhnya Kerajaan Romawi, sekitar abad pertengahan (tahun 1100 - 1500 M) resep ramuan pozzuolana sempat menghilang dari peredaran.

Baru pada abad ke-18 (ada juga sumber yang menyebut sekitar tahun 1700-an M), John Smeaton - insinyur asal Inggris - menemukan kembali ramuan kuno berkhasiat luar biasa ini. Dia membuat adonan dengan memanfaatkan campuran batu kapur dan tanah liat saat membangun menara suar Eddystone di lepas pantai Cornwall, Inggris.

Ironisnya, bukan Smeaton yang akhirnya mematenkan proses pembuatan cikal bakal semen ini. Adalah Joseph Aspdin, juga insinyur berkebangsaan Inggris, pada 1824 mengurus hak paten ramuan yang kemudian dia sebut semen portland. Dinamai begitu karena warna hasil akhir olahannya mirip tanah liat Pulau Portland, Inggris. Hasil rekayasa Aspdin inilah yang sekarang banyak dipajang di toko-toko bangunan.

Sebenarnya, adonan Aspdin tak beda jauh dengan Smeaton. Dia tetap mengandalkan dua bahan utama, batu kapur (kaya akan kalsium karbonat) dan tanah lempung yang banyak mengandung silika (sejenis mineral berbentuk pasir), aluminium oksida (alumina) serta oksida besi. Bahan-bahan itu kemudian dihaluskan dan dipanaskan pada suhu tinggi sampai terbentuk campuran baru. Selama proses pemanasan, terbentuklah campuran padat yang mengandung zat besi. Nah, agar tak mengeras seperti batu, ramuan diberi bubuk gips dan dihaluskan hingga berbentuk partikel-partikel kecil mirip bedak.

Pengaduk semen sederhana.

Lazimnya, untuk mencapai kekuatan tertentu, semen portland berkolaborasi dengan bahan lain. Jika bertemu air (minus bahan-bahan lain), misalnya, memunculkan reaksi kimia yang sanggup mengubah ramuan jadi sekeras batu. Jika ditambah pasir, terciptalah perekat tembok nan kokoh. Namun untuk membuat pondasi bangunan, campuran tadi biasanya masih ditambah dengan bongkahan batu atau kerikil, biasa disebut concrete atau beton.

Beton bisa disebut sebagai mahakarya semen yang tiada duanya di dunia. Nama asingnya, concrete - dicomot dari gabungan prefiks bahasa Latin com, yang artinya bersama-sama, dan crescere (tumbuh). Maksudnya kira-kira, kekuatan yang tumbuh karena adanya campuran zat tertentu. Dewasa ini, nyaris tak ada gedung pencakar langit berdiri tanpa bantuan beton.

Meski bahan bakunya sama, "dosis" semen sebenarnya bisa disesuaikan dengan beragam kebutuhan. Misalnya, jika kadar aluminanya diperbanyak, kolaborasi dengan bahan bangunan lainnya bisa menghasilkan bahan tahan api. Ini karena sifat alumina yang tahan terhadap suhu tinggi. Ada juga semen yang cocok buat mengecor karena campurannya bisa mengisi pori-pori bagian yang hendak diperkuat.

            Pengertian semen

Semen adalah suatu jenis bahan yang memiliki sifat adhesif dan kohesif yang memungkinkan melekatnya fragmen-fragmen mineral menjadi satu massa yang padat. Meskipun definisi ini dapat diterapkan untuk banyak jenis bahan, semen yang dimaksudkan untuk konstruksi beton adalah bahan jadi dan mengeras dengan adanya air yang dinamakan semen hidraulis. Hidraulis berarti semen bereaksi dengan air dan membentuk suatu bahan massa.

          Sifat-Sifat Semen

        Susunan Kimia Semen

Bahan dasar penyusun semen terdiri dari bahan-bahan yang terutama mengandung kapur, silika dan oksida besi, maka bahan-bahan itu menjadi unsur-unsur pokok semennya.

Tabel 1.2 Susunan Unsur semen biasa

Oksida	Persen (%)
Kapur (CaO) Silika (SiO2) Alumina (Al2O3) Besi (Fe2O3) Magnesia (MgO) Sulfur (SO3) Potash (Na2O + K2O)	60 – 65 17 – 25 3 – 8 0,5 – 6 0,5 – 4 1 – 2 0,5 – 1

Komposisi kimia semen portland pada umumnya terdiri dari CaO, SiO_2, Al₂O₃ dan Fe₂O_3, yang merupakan oksida dominan. Sedangkan oksida lain yang jumlahnya hanya beberapa persen dari berat semen adalah MgO, SO₃, Na₂O dan K₂O.

Keempat oksida utama tersebut diatas di dalam semen berupa senyawa C₃S, C₂S, C₃A dan C₄AF, dengan mempunyai perbandingan tertentu pada setiap produk semen, tergantung pada komposisi bahan bakunya.

Tabel 1.3 Senyawa utama semen portland

Nama senyawa	Rumus empiris	Rumus oksida	Notasi pendek	Rata-rata (%)
Tricalsium silikat Dicalsium silikat Tricalsium aluminat Tetracalcium aluminoferrit Calsium sulfat dihidrat	Ca3SiO5 Ca2SiO4 Ca3Al2O6 Ca2AlFeO3	3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3Fe2O3 CaSO4.2H2O	C3S C2S C3A C4AF CSH2	50 25 12 8 3,5

Sumber : Teknologi Beton; Kardiyono Tjokrodimulyoo. 1994

           Hidrasi semen

Bila semen bersentuhan dengan air, maka proses hidrasi berlangsung dalam arah keluar dan arah ke dalam, maksudnya hasil hidrasi mengendap di bagian luar dan inti semen yang belum terhidrasi dibagian dalam secara bertahap akan terhidrasi, sehingga volume mengecil.

Mekanisme hidrasi silicate (C₃S dan C₂S)

2(3CaO.SiO₂) + 6 H₂O --> 3CaO.SiO₂.3 H₂O + 3Ca(OH)₂

2(2CaO.SiO₂) + 4 H₂O --> 3CaO.SiO₂.3 H₂O + Ca(OH)₂

Mekanisme hidrasi Aluminat (C₃A)

Adanya gipsum di dalam semen menyebabkan reaksi calsium aluminat menghasilkan calsium sulfo aluminat hidrat.

3CaO.Al₂O₃ + CaSO₄.2H₂O + 10 H₂O-->3CaO.Al₂O₃.CaSO₄ + 12 H₂O (gypsum)

CaO.Al₂O₃ + Ca(OH)₂ + 12 H₂O--> 3CaO.Al₂O₃.Ca(OH)₂.12 H₂O

Mekanisme hidrasi tetracalsium aluminoferrit (C₄AF)

4CaO.Al₂O_3.Fe₂O₃ + 2Ca(OH)₂ + 10H₂O --> 64CaO.Al₂O_3.Fe₂O₃.12 H₂O (tetracalsium aluminoferrat)

         Kekuatan semen

Semen bila terkena air akan berubah menjadi keras seperti batu. Oleh karena itu sangat perlu diperhatikan perbandingan antara air dan semen atau faktor air semennya, karena faktor ini akan berpengaruh terhadap kekuatan beton. Bila kurang semen dan terlalu banyak air akan menyebabkan segregration dan bleeding, selain itu perbandingan yang tepat antara semen dan air akan berpengaruh dalam kemudahan pekerjaan.

           Sifat fisik semen

Sifat fisik dari semen adalah bahan berbutir halus yang lolos ayakan 2 µm dan mempunyai berat jenis antara 3 sampai 3,15 gr/cm³.

           Sifat kimia semen

Semen mengandung C₃S dan C₂S sebesar 70% sampai dengan 80%. Unsur- unsur ini merupakan unsur paling dominan dalam memberikan sifat semen. C₃S segera mulai berhidrasi bila semen terkena air secara eksotermis. Berpengaruh besar terhadap pengerasan semen terutama sebelum mencapai umur 14 hari. Membutuhkan air 24 % dari beratnya. C₂S bereaksi dengan air lebih lambat dan hanya berpengaruh terhadap pengerasan semen setelah 7 hari dan memberikan kekuatan akhir. Unsur ini membuat semen tahan terhadap serangan kimia dan mengurangi penyusutan karena pengeringan. Membutuhkan air 21% dari beratnya. C₃A berhidrasi secara eksotermis, bereaksi secara cepat dan memberikan kekuatan sesudah 24 jam. Membutuhkan air 40% dari beratnya. Semen yang mengandung unsur ini lebih dari 10% kurang tahan terhadap serangan sulfat. C₄AF kurang begitu besar pengaruhnya terhadap pengerasan beton. 

           Jenis-Jenis Semen

Dalam pedoman beto 1989 disyaratkan bahwa semen portland untuk pembuatan beton harus merupakan jenis-jenis yang memenuhi syarat-syarat SII 0013-81”Mutu dan uji semen” yang klasifikasinya tertera pada tabel dibawah ini.

  Tabel 1.4 Jenis-jenis Semen Portland

Jenis Semen	Karateristik Umum
Jenis I	Semen portland yang digunakan untuk tujuan umum.
Jenis II	Semen portland yang penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.
Jenis III	Semen portland yang penggunaannya memerlukan persyaratan awal yang tinggi setelah pengikatan terjadi.
Jenis IV	Semen portland yang dalam penggunaannya menuntut panas hidrasi yang rendah
Jenis V	Semen portland yang dalam penggunaannya menuntut ketahanan yang kuat terhadap sulfat.

Sumber : Teknologi Beton; Kardiyono Tjokrodimulyoo. 1994

            Pembuatan semen

Semen dibedakan dalam dua kelompok utama, yaitu:

a. Semen dari bahan klinker-semen-portland

1. Semen portland

2. Semen portland abu terbang

3. Semen tanur tinggi

4. Semen portland tras/puzzolan

5. Semen portland putih

 

b. Semen-semen lain:

1. Aluminium semen

2. Semen bersulfat

Reaksi-reaksi yang terjadi pada waktu proses pembuatan semen adalah sebagai berikut:

a. Batu kapur : CaO + CO₂ kapur karbondioksida

Lempung : SiO2₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃ + H₂O silika alumina oksida besi air

b. 3CaO + SiO₂ --> 3CaO.SiO₂ trikalsium silikat (C₃S)

2CaO + SiO₂ --> 2CaO.SiO₂ dikalsium silikat (C₂S)

3CaO + Al₂O₃ --> 3CaO.Al₂O₃ trikalsium aluminat (C₃A)

3CaO + Al₂O₃ + Fe₂O₃ 3CaO.Al₂O_3..Al₂O₃.Fe₂O₃ tetrakalsium aluminoferit (C₄AF)

           Proses Pembuatan Semen

Ada 2 macam cara pembuatan semen : Proses Basah Proses ini dimulai dengan mencampur semua bahan baku dengan air. Setelah itu dihancurkan. Kemudian bahan yang sudah dihancukan tadi dibakar menggunakan bahan bakar minyak. Karena membutuhkan banyak BBM, proses ini sudah jarang dilakukan oleh produsen semen Proses Kering Proses ini memakai proses penggilingan yang dilanjutkan dengan proses pembakaran. Ada lima tahapan dalam proses ini, seperti proses pengeringan dan penggilingan bahan baku di rotary dryer dan roller meal, proses pencampuran untuk mendapatkan campuran yang homogen, proses pembakaran bahan baku untuk menghasilkan terak, proses pendinginan terak, dan terakhir proses penggilingan clinker dan gypsum.

Semen PC. Semen PC (Portland Cement) adalah semen yang paling banyak terdapat di pasaran, masyarakat Indonesia biasa menyebut semen abu-abu untuk membedakan dengan semen warna (semen pengisi nat).

Bahan baku semen PC adalah batu kapur/gamping berkadar kalsium tinggi yang dimasak dalam tanur bertekanan tinggi. Standar industri semen biasanya mengacu pada ASTM (American Society for Testing and Materials).

Ada delapan tipe semen PC, namun yang paling banyak diproduksi dan beredar di pasaran hanyalah semen portland type 1, karena semen jenis ini sangat luas lingkup kegunaannya ,dengan fungsi utama untuk keperluan konstruksi umum yang tidak memerlukan persyaratan khusus terhadap panas hidrasi dan kekuatan tekan awal.

Bisa digunakan untuk bangunan umum, rumah tinggal, gedung bertingkat dimana tanah maupun airnya tidak mengandung sulfat yang tinggi.Kadar sulfat yang diijinkan adalah 0,00 – 0,10 persen, karena kadar sulfat yang tinggi akan mengakibatkan kurangnya daya lekat/daya ikat semen.

Untuk keperluan pembangunan di tanah bekas tambak atau pinggir pantai, atau konstruksi yangterendam air (bendungan, dam, pool, saluran irigasi), atau berkadar sulfat 0,10 – 0,20 dengan panas hidrasi sedang, lebih tepat digunakan tipe Portland type II.
Sedang untuk pembuatan ubin, concete block, genteng beton seharusnya menggunakan Portland I type super masonry cement. Hal ini jarang dilakukan karena langkanya produksi semen jenis ini.

Bahan baku pembuatan semen umumnya sama, yakni batu kapur atau gamping dan tanah liat/lempung. Batu kapur adalah hasil tambang gali yang mengandung senyawa kalsium oksida (CaO). Sedangkan tanah lempung mengandung silika dioksida (SiO2) serta aluninium oksida (Al2O3). Kedua bahan ini dibakar sampai melebur.

Semakin lama proses pengerasannya lebih baik, dengan angka hidrolitas yang dirumuskan sebagai:

(% SiO2 + % Al2O3 + Fe2O3) : (% CaO + % MgO)

Angka hidrolitas ini sekitar < 1/1,5 (lemah) hingga > ½ (keras sekali). Tetapi agar mutu semen terjaga, angka hidrolitas ini dipertahankan secara cermat ,yaitu angka sekitar 1/1,9 dan 1 / 2,15. Ada dua macam cara pembuatan semen:

A. Proses basah.

Semua bahan baku pembuat semen dicampur dengan air, lalu digiling. Bahan yang sudah digiling tadi kemudian dibakar. Proses ini menggunakan banyak bahan bakar dalam pembakaran bahan baku, sehingga tidak efisien dan jarang digunakan lagi.

B. Proses kering.

Pada proses ini bahan baku digiling lalu dibakar. Lima tahapan yang dilalui adalah: 1.proses pengeringan dan penggilingan, 2.bahan baku di rotary dryer dan roller meal, 3.proses mixer untuk menghasilkan campuran yang homogen, 4. pembakaran bahan baku agar didapatkan terak, lalu didinginkan, 5.penggilingan clinker dan gypsum.

Semen putih. Bahan baku utama adalah kalsit, digunakan untuk pekerjaan finishing, sebagai pengisi nat, campuran plamir, campuran gips dll. Semen Campur. Adalah semen campuran antara semen PC dengan pozzolan buatan (fly ash) yang merupakan hasil sampingan pembakaran batubara. Dalam pembakaran batubara, ampas bakarannya banyak mengandung aluninium oksida atau besi oksida yang bisa digunakan untuk campuran pembuatan semen. Jenis semen ini digunakan sebagai additif pengadukan beton agar kualitas beton lebih baik. Di Indonesia pabrik semen Padang memproduksi jenis semen lebih banyak daripada pabrik lainnya. Namun pangsa pasar dikuasai oleh semen Tigaroda, lalu disusul Holcim yang dulu bernama semen Kujang.

Dirangkum dari berbagai SUMBER

Posted in: Unsur Kimia