Semen

Dalam dunia teknik sipil kita tentu sangat akrab dengan benda yang satu ini. Ya, semen suatu benda berbentuk bubuk yang dapat bereaksi dengan air dan akan mengeras serta memberikan kekuatan pada suatu struktur bangunan setelah kering. Semen yang sering kita lihat dalam suatu pekerjaan konstruksi biasnya termasuk jenis semen portland. Apa sih semen portland itu sebenarnya, bagaimana asal mulanya semen portland itu, apa saja bahan yang terkandung didalamnya serta senyawa penyusunnya, cara pembuatannya, dan bagaimana pengaruh dari masing-masing senyawa penyusun semen tersebut terhadap kekuatan semen portland.

1. Sejarah Semen Portland
Semen pada awalnya merupakan hasilpercampuran batu kapurdan abu vulkanis. Pertama kali ditemukan di zaman kerajaan Romawi, tepatnya di Pozzuoli,dekat teluk Napoli, Italia. Bubuk itu dinamai pozzuolana.Sedangkan kata semen sendiri berasal dari caementum (bahasa Latin),yang artinya kira-kira "memotong menjadi bagian-bagian kecil takberaturan". Meski sempat populer di zamannya, nenek moyang semen madein Napoli ini tak berumur panjang. Menyusul runtuhnya Kerajaan Romawi,sekitar abad pertengahan (tahun 1100 - 1500 M) resep ramuan pozzuolanasempat menghilang dari sejarah.

Kemudian pada abad ke-18 (atau sekitartahun 1700-an M), JohnSmeaton insinyur asal Inggris,menemukan kembali ramuan kuno berkhasiat luar biasa ini. Dia membuat adonandengan memanfaatkan campuran batu kapur dan tanah liat saat membangun menarasuar Eddystone di lepas pantai Cornwall, Inggris.

Tetapi, bukan Smeaton yang akhirnyamematenkan proses pembuatan cikal bakal semen ini. JosephAspdin, juga insinyur berkebangsaan Inggris, pada 1824 mengurus hak patenramuan, yang kemudian dia sebut semen portland. Dinamai begitu karena warnahasil akhir olahannya mirip tanah liat PulauPortland, Inggris. Hasil rekayasa Aspdin inilah yang sekarang banyakterdapat di toko-toko bangunan.

Sebenarnya, adonan Aspdin tak beda jauhdengan Smeaton. Dia tetap mengandalkan dua bahan utama, batu kapur (kaya akankalsium karbonat) dan tanah lempung yang banyak mengandung silika(sejenis mineral berbentuk pasir), aluminiumoksida (alumina) serta oksidabesi. Bahan-bahan itu kemudian dihaluskan dan dipanaskan pada suhu tinggisampai terbentuk campuran baru. Selama proses pemanasan inilah terbentukcampuran padat yang mengandung zat besi dan agar tidak mengeras seperti batu,ramuan diberi bubuk gipsdan dihaluskan hingga berbentuk partikel-partikel kecil mirip bedak

2. Bahan yang Terkandung dan Senyawa Penyusun Semen Portland
Semen portland didefinisikan sesuai dengan ASTM C150, sebagai semen hidrolik yang dihasilkan dengan menggiling klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik, yang pada umumnya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan yang digiling bersama dengan bahan utamanya. Perbandingan-perbandingan bahan utama dari semen portland adalah sebagai berikut:

Secara umum semen memiliki 4 unsur utama dalam senyawa penyusunnya yaitu:

a. Trikalsium silikat (C­₃S) atau 3CaO.SiO₂

b. Dikalsium silikat (C₂S) atau 2CaO.SiO₂

c. Trikalsium aluminat (C₃A) atau 3CaO.Al₂O₃

d. Tetrakalsium aluminofert (C₄AF) atau 4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃

C₃S dan C₂S merupakan senyawa yang paling dominan dalam semen dan memberikan sifat semen. Bila terkena air, C₃S akan langsung terhidrasi, dan menghasilkan panas.

Sedangkan C₂S berekasi dengan air lebih lambat sehingga hanya berpengaru terhadap pengerasan semen setelah berumur lebih dari 7 hari dan memberikan kekuatan akhir. C₂S juga membuat semen taahan terhadap serangan kimia(chemiclattack) dan juga mengurangi besar susutan pengeringan.

Unsur C₃A (unsur ketiga) berhidrasi secara exothermic dan bereaksi sangat cepat memberikan kekuatan setelah 24 jam.

Unsur yang keempat yaitu C₄AF kurang begitu besar pengaruhnya terhadap kekerasan semen. Kandungan besi yang sedikit dalam semen putih akan memberikan kandungan C₄AF yang sedikit dalam semen, sehingga kualitas semen akan bertambah dari segi kekuatannya.

3. Hidrasi Semen
Hidrasi semen adalah proses reaksi antara semen dengan air, proses hidrasi pada semen sangat penting karena dari proses ini akan menentukan kekuatan semen pad akhirnya. Reaksi dari proses hidrasi ini sangat kompleks, tetapi secara umum dapat dituliskan sebagai berikut (VanVlack, 1985):

Ca3Al2O6+ 6 H2O Ca3Al2(OH)12+ 200 J/g

Ca2SiO4 + x H2OCa2SiO x H2O+ 500 J/g

Ca3SiO5 + (x+1) H2OCa2SiO4x H2O + Ca(OH)2 + 865 J/g

Untuk semen-semen denganpenggunaan khusus, reaksi tentunya berbeda karena komposisi dan jenispenyusunnya tidak sama dengan semen Portland. Dari reaksi hidrasi diatas jugatampak bahwa, semua reaksi bersifat eksotermis. Panas yang dilepas memangrelatif kecil sehingga tidak menjadi masalah pada saat penguapan. Panas inimenjadi masalah, jika semen digunakan untuk membangun bendungan besar. Padakasus seperti ini harus dicarikan cara mendinginkan semen agar penguapan airtidak terlalu cepat akibat pemanasan dari dalam.

4. Proses Produksi Semen Portland
Langkah Utama Proses Produksi Semen adalah:

1. Penggalian/Quarrying:Terdapat dua jenis material yang penting bagi produksi semen: yang pertama adalah yang kaya akan kapur atau material yang mengandung kapur (calcareous materials) seperti batu gamping, kapur, dll., dan yang kedua adalah yang kaya akan silika atau material mengandung tanah liat (argillaceous materials) seperti tanah liat. Batu gamping dan tanah liat dikeruk atau diledakkan dari penggalian dan kemudian diangkut ke alat penghancur.
2. Penghancuran: Penghancur bertanggung jawab terhadap pengecilan ukuran primer bagi material yang digali.
3. Pencampuran Awal: Material yang dihancurkan melewati alat analisis on-line untuk menentukan komposisi tumpukan bahan.
4. Penghalusan dan Pencampuran Bahan Baku: Sebuah belt conveyor mengangkut tumpukan yang sudah dicampur pada tahap awal ke penampung, dimana perbandingan berat umpan disesuaikan dengan jenis klinker yang diproduksi. Material kemudian digiling sampai kehalusan yang diinginkan.
5. Pembakaran dan Pendinginan Klinker: Campuran bahan baku yang sudah tercampur rata diumpankan ke pre-heater, yang merupakan alat penukar panas yang terdiri dari serangkaian siklon dimana terjadi perpindahan panas antara umpan campuran bahan baku dengan gas panas dari kiln yang berlawanan arah. Kalsinasi parsial terjadi pada pre‐heater ini dan berlanjut dalam kiln, dimana bahan baku berubah menjadi agak cair dengan sifat seperti semen. Pada kiln yang bersuhu 1350-1400°C, bahan berubah menjadi bongkahan padat berukuran kecil yang dikenal dengan sebutan klinker, kemudian dialirkan ke pendingin klinker, dimana udara pendingin akan menurunkan suhu klinker hingga mencapai 100 °C.
6. Penghalusan Akhir: Dari silo klinker, klinker dipindahkan ke penampung klinker dengan dilewatkan timbangan pengumpan, yang akan mengatur perbandingan aliran bahan terhadap bahan-bahan aditif. Pada tahap ini, ditambahkan gipsum ke klinker dan diumpankan ke mesin penggiling akhir. Campuran klinker dan gipsum untuk semen jenis 1 dan campuran klinker, gipsum dan posolan untuk semen jenis P dihancurkan dalam sistim tertutup dalam penggiling akhir untuk mendapatkan kehalusan yang dikehendaki. Semen kemudian dialirkan dengan pipa menuju silo semen.