Serba Serbi Semen

Semen
 
Semen berasal dari kata cement dalam bahasa Inggris yang berarti pengikat/perekat. Perkataan cement itu sendiri diambil dari kata latin, yaitu cementum, yaitu nama yang diberikan kepada batu kapur yang serbuknya telah dipergunakan sebagai bahan adukan (mortar) lebih dari 200 tahun yang lalu di Romawi (sekarang Italia).
Dalam perkembangannya, arti perkataan cement mengalami sedikit perubahan, misalnya pada abad pertengahan diartikan sebagai segala macam bahan pengikat/perekat (seperti rubber cement termasuk pula ke dalam portland cement).
Semen adalah hydraulic binder (perekat hidrolis) yang berarti bahwa senyawa-senyawa yang terkandung di dalam semen tersebut dapat bereaksi dengan air membentuk zat baru yang bersifat perekat terhadap batuan. Oleh karena sifat hidrolis tersebut, maka semen bersifat :
• dapat mengeras bila dicampur dengan air
• tidak larut dalam air
• plastis sementara bila dicampur dengan air
• melepaskan panas bila dicampur dengan air
• dapat melekatkan batuan bila dicampur dengan air


Semen bersifat adhesif maupun kohesif yang digunakan sebagai bahan pengikat (Bonding Material), antara lain sebagai pengikat batu, pasir dan bahan lain menjadi bahan padat yang dipergunakan untuk pekerjaan konstruksi. Material yang mempunyai sifat-sifat adhesif dan kohesif disebut binder. Adapun Jenis pengikat ( Bonding Material ) dibagi menjadi dua jenis :

• Semen Hidrolis
Merupakan semen yang mengeras dalam air dan dapat menghasilkan padatan yang stabil dalam air. misalnya : semen portland.
• Semen Non Hidrolis
Merupakan semen yang tidak dapat mengeras dalam air atau tidak stabil dalam air, misalnya kapur.(3)

Bahan Baku Semen
 
Semen terdiri dari berbagai senyawa mineral yang mengandung senyawa kalsium aluminat dan kalsium aluminat ferit yang berarti senyawa semen berasal dari zat oksida kapur, oksida silika, oksida aluminat dan oksida besi. Oleh sebab itu bahan mentah semen adalah bahan-bahan yang menghasilkan keempat oksida tersebut dalam jumlah tertentu dan berasal dari satu atau dua jenis bahan mentah yang lain.

Sumber utama bahan mentah tersebut adalah :

1. Batu Kapur (Lime Stone)
Batu kapur digunakan sebanyak ± 81% dari total kebutuhan bahan mentah. Batu kapur merupakan sumber utama oksida yang mempunyai rumus CaCO3
( kalsium karbonat) pada umumnya tercampur MgCO3 dan MgSO4. Batu kapur yang baik dalam penggunaan pembuatan semen memiliki kadar air ± 5%.
Reaksi : CaCO3→ CaO + CO2

2. Batu Silika (Silika Stone)
Batu silika digunakan sebanyak ± 9% dari total kebutuhan bahan mentah. Batu silika memiliki rumus SiO2 (silikon dioksida). Pada umumnya batu 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.

3. Tanah Liat (Clay)
Tanah liat digunakan sebanyak ± 9% dari total kebutuhan bahan mentah. Tanah liat merupakan sumber utama dari alumina (Al2O3) dengan komposisi utama Al2O3 minimal 27%. Rumus kimia tanah liat yang digunakan pada produksi semen SiO2 Al2O3.2H2O.

4. Pasir Besi (Iron Sand)
Pasir besi yang digunakan sebanyak ± 1% dari total kebutuhan bahan semen. 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 ± 75% – 80%.


5. Gypsum
Pada penggilingan akhir digunakan gipsum sebanyak 3-5% total pembuatan semen. Gypsum memiliki rumus (CaSO4.2H2O). Kadar gypsum dengan murni minimal 95% merupakan bahan penolong dalam industri semen yang berguna untuk memperlambat proses pengerasan dari semen.(4)

Semen Portland Campur (mixed cement)
 
Definisi Semen Portland Campur
Suatu bahan pengikat hidrolis hasil penggilingan bersama-sama dari terak Semen Portland dan gypsum dengan satu atau lebih bahan anorganik yang bersifat tidak bereaksi (inert).(2)

Klasifikasi Semen Portland Campur
a. Semen Portland Pozolan
Merupakan bahan perekat hidrolik yang dibuat dengan cara menggiling secara klinker semen Portland dengan bahan yang bersifat pozolan. Pozolan adalah suatu bahan bangunan yang bersifat reaktif terhadap kapur dan dapat berupa alam atau buatan.
Pozolan alam atau yang lazim disebut tras, adalah hasil lapukan batuan gunung berapi yang banyak mengandung silika, yang dalam keadaan halus bila dicampur dengan kapur dan air setelah beberapa waktu akan membentuk masa yang padat, keras dan tidak larut dalam air.
Sedangkan pozolan buatan adalah suatu bahan yang didapatkan melalui proses pembuatan seperti semen merah, abu terbang (fly ash) dan sebagainya. Bahan tersebut antara lain bahan yang mengandung senyawa silika dan alumina, dimana bahan bahan-bahan pozolan ini sendiri tidak mempunyai sifat mengikat, akan tetapi dengan bentuknya yang halus bila bercampur dengan air maka senyawa tersebut akan bereaksi dengan Ca(OH)2 pada suhu kamar akan membentuk senyawa yang mempunyai sifat seperti semen. Semen Portland Pozolan terbagi atas empat macam, yaitu :

1. Jenis IP-U : digunakan untuk semua pembuatan adukan beton
2. Jenis IP-K : digunakan untuk semua pembuatan adukan beton dengan tahan sulfat dan hidrasi sedang
3. Jenis P-U : digunakan untuk semua pembuatan adukan beton dimana tidak diyaratkan kekuatan awal yang tinggi.
4. Jenis P-K : digunakan untuk semua pembuatan adukan beton dimana tidak disyaratkan kekuatan awal yang tinggi serta untuk tahan sulfat dan tahan hidrasi rendah.
b. Semen Portland kerak dapur tinggi
Semen yang dibuat dengan cara menggiling klinker dengan kerak dapur tinggi. Semen ini digunakan untuk gedung-gedung yang menggunakan beton bertulang, bangunan air dan beton praktekan.
c. Super Masonry Cement (SMC)
Super masonry cement adalah bahan pengikat hidrolis yang dapat dibuat dengan cara menggiling bersama antara klinker semen portland, gips dengan bantuan kapur atau bahan silika.

Kegunaan Super Masonry Cement antara lain :
- Sangat cocok untuk pekerjaan pembuatan pondasi konstruksi ringan, karena sifatnya yang lebih plastis dan tidak cepat kaku pada waktu pengecoran serta memiliki kekuatan tekan yang relatif sama dengan semen Portland.
- Karena sifatnya yang plastis dan mudah dikerjakan (workable), lebih cocok untuk pekerjaan pemasangan batu bata, tegel dan bahan-bahan bangunan lainnya.
- Sangat cocok untuk semua pekerjaan plesteran, yaitu sebagai penutup permukaan dinding baik luar atau dalam bangunan dari pasangan bata merah atau batu cetak, yang berfungsi sebagai perata permukaan, memperindah dan memperkedap dinding, karena sifatnya yang lebih plastis dan lebih kedap air.
- Memberikan hasil permukaan plester yang licin dan halus serta tanpa retak-retak, karena sifatnya pengerutan dan penyusutannya.
- Sangat cocok untuk pekerjaan-pekerjaan pengecoran dan pencetakan karena sifatnya yang workable, lebih plastis serta panas hidrasinya lebih rendah, sehingga hasilnya akan lebih baik dan bebas dari keretakan-keretakan.
- Mempunyai pori-pori permukaan yang sangat kecil, sehingga akan menghemat pemakaian bahan cat.
- Mempunyai pertumbuhan kekuatan tekan yang relatif lambat, sehingga bangunan yang menggunakan Masonry Cement akan memiliki kekuatan akhir yang lebih besar.(3)

Sifat Fisika Semen Portland Campur
Beberapa sifat semen yang utama adalah :
 
1. Sifat Hidrasi Semen
Hidrasi semen adalah reaksi yang terjadi antara komponen-komponen atau senyawa-senyawa dengan air menghasilkan hidrat. Reaksi hidrasi semen tersebut akan menghasilkan panas yang akhirnya mempengaruhi kualitas (mutu) beton.
Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi hidrasi semen antara lain ;
a. Jumlah air ang ditambahkan
b. Temperatur
c. Kehalusan semen
d. Bahan aditif
Faktor-faktor tersebut akan mengakibatkan terbentuknya pasta semen dalam jangka waktu tertentu akan mengalami pengerasan (setting). Proses hidrasi adalah proses kristalisasi yang dibagi dalam tiga tahap proses, yaitu :

1) Secara kimia, bahan-bahan dalam semen bereaksi dengan air membentuk senyawa hidrat

2) Secara fisika, senyawa hidrat yang terbentuk akan membentuk kristal karena larutannya sangat jenuh

3) Secara mekanis, kristal yang terbentuk akan saling mengikat secara kohesi dan adhesi membentuk struktur yang kokoh
Hidrasi ada temperatur yang tinggi akan menyebabkan kekuatanakhir semen menjadi rendah dan beton akan menjadi retak. Berdasarkan hal ini, maka bahan yang dipakai untuk pembuatan beton harus disimpan pada tempat dengan temperatur yang rendah agar penguapan air tidak terlalu berlebihan.

2. Setting (pengikatan) dan Hardening (pengerasan)
Pada pencampuran adonan semen dengan air akan menimbulkan terjadinya gejala kekuatan semen yang biasa dinyatakan dengan waktu pengikatan (setting time) yaitu mulai terjadinya adonan sampai mulai kaku.
Ada dua jenis setting time yaitu :
• Initial setting time (waktu pengikatan awal) adalah waktu mulai adonan terjadi kekakuan tertentu dimana adonan sudah mulai tidak workable.
• Final setting (waktu pengikatan akhir)adalah waktu mulai adonan terjadi sampai kekuatan penuh
Hardening yaitu semen mulai mengeras dan memberikan kekuatan. Jadi setting time dan hardening merupakan suatu rangkaian proses sejak terjadinya adonan sampai semen tersebut mengeras dan memberikan kekuatan.

3. Kekuatan tekan
Kekuatan tekan adalah kemampuan material menahan suatu beban. Kekuatan tekan yang diukur adalah kekuatan tekan terhadap pasta, mortar dan beton. Pasta adalah campuran antara semen dan air pada perbandingan tertentu. Mortar adalah campuran antara semen, air dan pasir pada perbandingan tertentu. Beton adalah campuran antara semen, pasir, air dan agregat atau kerikil pada perbandingan tertentu. Kekuatan tekan adalah sifat kemampuan menahan atau memikul statu beban tekan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan tekan :
• Kualitas semen
Meliputi kehalusan dan komposisi semen. Semakin halus partikel-partikel semen akan menghasilkan kekuatan tekan yang semakin tinggi
• Kualitas selain semen
Meliputi kualitas agregat, kekuatan tekan agregat dan pasta, kekerasan permukaan, konsentrasi, ukuran agregat, water cement ratio, volume udara, cara pengerjaan seperti pengadukan, compacting, pengeringan dan umur beton.

4. Penyusutan (Shrinkage)
Merupakan proses penyusutan volume beton karena adanya penguapan air yang ada dalam adonan semen tersebut. Semen yang baik adalah jika memiliki penyusutan sekecil mungkin. Proses penyusutan dipengaruhi oleh:

1. Komposisi semen
2. Jumlah pencampuran semen
3. Concrete mix
4. Curing condition (suhu, humdity,aliran air)
Untuk mengatasi penyusutan yang dapat menimbulkan keretakan tersebut maka kadar gipsum dalam semen dapat dipertinggi.

5. Panas hidrasi
Panas hidrasi merupakan panas yang dihasilkan oleh reaksi hidrasi (reaksi eksoterm) jika semen dicampur dengan air. Besarnya panas hidrasi dipengaruhi oleh:
a) Tipe semen
b) Komposisi kimia
c) Kehalusan semen
d) Jumlah air yang ditambahkan
Reaksi hidrasi semen adalah sebagai berikut :
2(3CaO.SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2) + 4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
2CaO.Al2O3 + 6H2O 3CaO.Al2O3.6H2O
3CaO.Al2O3.6H2O + 3CaSO4.2H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.9H2O
4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 12H2O 3CaO.Al2O3.6H2O+ 3CaO.Fe2O3.6H2O
Jika semen berkekuatan awal tinggi dan memiliki panas hidrasi tinggi digunakan sebagai embentuk beton, maka beton akan mengalami keretakan. Hal ini disebabkan oleh sulitnya melepaskan panas hidrasi yang timbul selama proses hidrasi berlansung, yang pada akhirnya akan terjadi kontraksi. Kontraksi inilah yang menyebabkan beton retak apabila proses pendinginan beton tersebut dilanjutkan.
6. Ketahanan (Durability)
Yaitu ketahanan beton terhadap pengaruh yang merusak oleh kondisi disekitarnya sehingga tidak menimbulkan penurunan kekuatan tekan. Umumnya kerusakan pada beton di daerah-daerah tropis disebabkan oleh pengaruh asam, pengaruh sulfat dan abrasi.
a. Beton pada pengaruh asam dan sekitarnya
Umumnya serangan oleh asam pada beton adalah dengan merubah konstituen-konstituen semen yang tidak larut dalam air menjadi senyawa-senyawa yang larut dalam air, sehingga dengan mudah dapat dihilangkan. Misalnya asam klorida (HCl) merubah Kalsium Silikat Hidrat, Kalsium Aluminat Hidrat, Kalsium Alumina Ferryte Hidrat dan Ca(OH)2 menjadi CaCl2, AlCl3 dan FeCl3.
b. Beton pada pengaruh sulfat dari sekitarnya
Bermacam-macam senyawa sulfat umumnya dapat menyerang beton dengan hebatnya. Kecuali Barium Sulfat yang bersifat tidak larut dalam air oleh karena tidak agresif.
c. Beton pada pengaruh abrasi terhadap beton
Pada pemakaian-pemaakaian tertentu, misalnya untuk lantai landasan, jalan dan sebagainya , beton akan mengalami keausan, oleh karena ketahanan terhadap abrasi merupakan faktor penting dalam menentukan durabilitinya.(1)
7. Kelenturan
Selama proses hidrasi akan terjadi ekspensi abnormal yang dapet menyebabkan beton menjadi retak. Ekspensi yang sangat besar terjadi didalam semen apabila kandungan freelime, MgO, Na2O dan K2O sangat tinggi atau gypsum yang ditambahkan pada penggilingan akhir terlalu banyak.


8. Kehalusan
Kehalusan semen merupakan salah satu syarat mutu fisika semen karena akan menentukan luas permukaan partikel-partikel emen pada saat hidrasi. Semekin halus semen maka kekuatan, panas hidrasi dan kebutuhan air per satuan berat semen akan semakin tinggi, serta reaksi hidrasi akan semakin cepat. Disamping itu, hal tersebut dapat menyebabkan semakin singkatnya setting time serta lebih mudah terjadinya shrinkage sehinggaa menimbulkan keretakan pada konstruksi beton.
Semen yang memiliki kehalusan terlalu tinggi akan mudah menyerap air dan CO2 dari udara. Jika semen terlalu kasar, maka kekuatan, plastisitas dan kestabilannya akan berkurang. Oleh karena itu untuk menjaga agar semen dapat dipakai dengan baik, kehalusannya dijaga. Hal itu tergantung dari jenis semen.
9. Kelembaban
Selama penyimpanan ataau pengangkutan, semen mudah menyerap uap air dan CO2 dari udara sehingga akan menurunkan kualitas semen. Hal ini ditandai dengan ;
1) Bertambahnya Lost On Ignition (LOI)
2) Terbentuknya gumpalan-gumpalan
3) Menurunnya spesifik grafity
4) Menurunnya kekuatan tekan semen
5) Bertambahnya waktu setting dan hardening


10. False set
False set merupakan hasil dari dehidrasi gypsum yang disebabkan karena pemanasan berlebihan pada semen. Reaksinya adalah:
CaSO4.2H2O CaSO4.½ H2O
False set merupakan pengerasan yang tidak normal apabila air ditambahkan kedalam semen beberapa menit kekuatan (rigidity) segera terjadi. Pengerasan ini disebabkan oleh adanya CaSO4.½ H2O dalam semen. False set dapat dihindari dengan mengatur temperature semen saat penggilingan di cement mill agar gypsum tidak berubah menjadi CaSO4.½ H2O. Selain itu gypsum yang digunakan harus cukup dan belum terhidrasi.(3)

2.4 Pengaruh BTL (Bagian Tak Larut), SO3 dan Hilang Pijar pada SMC (Super Masonry Cement)
BTL (bagian tak larut) merupakan senyawa yang tetap tinggal setelah semen tersebut direaksikan dengan asam klorida (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH). Bagian tak larut terutama berasal dari clay berupa SiO2 yang tidak terikat dalam pembuatan klinker. Biasanya senyawa ini hanya terdapat dalam jumlah kecil sehingga tidak mempengaruhi mutu semen.
Sulfur trioksida (SO3), senyawa ini terutama berasal dari gypsum dan bahan bakar yang dipakai pada pembentukan klinker. Fungsi utama senyawa ini adalah untuk menghambat proses hidrasi mineral C3A dan sebagai pengatur setting time semen. Apabila penambahan gypsum mencapai titik optimalnya, maka senyawa ini dapat membantu terjadinya hidrasi C3S. Hal ini akan memberikan keuntungan-keuntungan sebagai berikut:
1) Kekuatan tekan semen bertambah
2) Mengurangi terjadinya drying shrinkage (penyusutan)
3) Meningkatkan kelenturan (soundness) semen
Kadar SO3 dalam klinker yang baik adalah 0,6 % dan jika kadar SO3 dalam klinker tinggi maka klinker akan sukar digiling. Jika kadar SO3 dalam SMC ini lebih dari 3% maka akan menyebabkan semen ini mudah retak terutama pada pemakaian plesteran.
Hilang Pijar (Lost On Ignition / LOI) adalah berat yang hilang (dalam %) dari sampel pada waktu dipijarkan pada suhu dan waktu tertentu. Hilang pijar pada semen terutama disebabkan oleh terjadinya penguapan air kristal yang berasal dari gypsum serta penguapan CO2. Pada semen yang baru diproduksi, nilai hilang pijar berkisar antara 0,5-0,8% sesuai dengan jumlah kristal yang terdapat dalam gypsum.(6)

2.4 Metode Gravimetri
Metode gravimetri adalah suatu metode analisis yang didasarkan pada penimbangan berat konstan unsur/senyawa yang ditentukan terhadap berat sampel yang dilakukan dengan beberapa cara seperti pengendapan, penguapan dan elektrolisis dari suatu sampel secara kimia maupun fisika.(7)


• Cara penguapan
Pada cara ini komponen-komponen yang tidak diinginkan, dihilangkan sebagai uap. Uap ini jika tidak diperlukan dibiarkan hilang begitu saja dalam udara dan zat yang tertinggal ditentukan beratnya. Jika uap tersebut diperlukan, maka uap tersebut dialirkan ke dalam zat penyerap yang sebelumnya telah ditentukan beratnya. Dari penambahan berat dapat ditentukan jumlah uap tersebut. Contoh aplikasi metode ini adalah penentuan kadar air (air kristal atau air yang ada dalam suatu bahan).
• Cara Pengendapan
Pada cara ini komponen-komponen yang diinginkan diubah bentuknya menjadi bentuk yang sukar larut. Bentuk ini kemudian harus dapat dipisahkan secara sempurna.
Secara umum langkah-langkah analisis gravimetri cara pengendapan adalah sebagai berikut :
a. Sampel atau cuplikan ditimbang dengan teliti dan dilarutkan dalam pelarut agar terjadi endapan
b. Ditambahkan pereaksi agar terjadi endapan
c. Memisahkan endapan yang terbentuk
d. Memurnikan atau membersihkan endapan
e. Menimbang endapan sesudah dikeringkan
f. Menghitung hasil analisis


• Metode Elektrolisis
Metode elektrolisis dilakukan dengan cara mereduksi ion-ion logam terlarut menjadi endapan logam. Ion-ion logam berada dalam bentuk kation apabila dialiri dengan arus listrikn dengan besar tertentu dalam waktu tertentu maka akan terjadi reaksi reduksi menjadi logam dengan bilangan oksidasi = 0
Endapan yang terbentuk selanjutnya dapat ditentukan berdasarkan beratnya, misalnya mengendapkan tembaga terlarut dalam suatu sampel cair dengan cara mereduksi. Cara elektrolisis ini dapat diberlakukan pada sampel yang diduga mengandung kadar logam terlarut cukup besar seperti air limbah.
Suatu analisis gravimetri dilakukan apabila kadar analit yang terdapat dalam sampel relatif besar sehingga dapat diendapkan dan ditimbang. Apabila kadar analit dalam sampel hanya berupa unsure pelarut, maka metode gravimetri tidak mendapat hasil yang teliti. Sampel yang dapat dianalisis dengan metode gravimetri dapat berupa sampel padat maupun sampel cair.(7,8)