SEMEN PORTLAND

A.     SEJARAH SINGKAT SEMEN PORTLAND

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. Legenda diatas menunjukkan dikenalnya fungsi semen sejak zaman dahulu khususnya di Indonesia.

Pada awalnya perekat dan penguat bangunan 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.Tahun 1797 James Parker, berkebangsaaan Inggris membuat semen hydraulic dengan cara membakar batu kapur dan Tahun 1802 Semen diproduksi di Prancis dari butiran (nodule) Tahun 1810 Edgar Dobbs, Dari Inggris membuat semen dari batu kapur dan tanah liat Tahun 1813 Vicat, dari Prancis.

Tahun 1822 James frost, dari Inggris mulai membuat semen dari batu kapur dan tanah liat Tahun 1850 David O Saylor, dari Pennsylvania batuan semen diproduksi dengan tungku tegak, 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, Proporsi campuran Aspdin tak beda jauh dengan Smeaton. Dia tetap mengandalkan dua bahan utama, batu kapur (kaya akan kalsium karbonat) dan tanah lempung (Tanah Liat) 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.

Kira-kira 20 tahun kemudian setelah pembaharuan oleh Joseph Aspidin, barulah mulai diproduksi semen dengan kualitas yang dapat diandalkan. Dalam hal penelitian tentang pembuatan semen ini, prestasi dari I.C. Johson yang mulai meletakkan dasar-dasar proses kimia dan fisika dalam pembuatan semen Portland. pendirian pabrik semen Tahun 1825 James Frost –Ingrris di Swamcombe,Belgia Tahun 1855 di Jerman Tahun 1871 David O Saylor , Di USA Tahun 1875 Di Jepang Kapasitas produksi pun mengalami kenaikan secara menyolok , pada tahun 1908 mulai diintroduksi rotary kiln sebagai inovasi dari shaft kiln. Pada tahun 1906, Corel Christoper lau, seorang ahli teknik pemerintah belanda menemukan deposit batu kapur dan batu silica yang sangat besar disekitar indarung-Padang. Hal tersebut diatas mengundang minat pihak swasta Belanda untuk mengolahnya, sehingga pada tanggal 18 maret 1910 mereka mendirikan suatu perusahaan dengan nama NV. Nederlands Indishe Portland Cement Maatscappij (NV.NIPCM).

Pembungunan pabrik semen di Indonesia Tahun 1911 Kapasitas Produksi 22.900 ton semen/tahun Yang mana pada masa pendudukan Jepang tahun 1942-1945 pabrik ini dikuasi olh Jepang dengan manajemen dari Asano Cement Ketika Proklamasi kerdekaan Indoseia tahun 1945 pabrik ini diambil alih oleh karyawannya yang kemudaian menyerahkannya pada pemerintah RI Pada tahun 1947 pabrik ini direbut kembali olh pemerintah Belanda, kemudai namanya diganti menjadi NV. Padang Portland Cement Maatschhappij (NV.PPCM) Tanggal 15 Juli 1958 Pabrik ini diambil kembali oleh pemerintah RI. Tahun 1957 PT. Semen Gresik Jawa Timur Tahun 1968 PT.Semen Tonasa Pangkep-Sulsel Tahun 1975 PT. Semen Cibinong dan PT.Indocement Tahun 1999 PT.Semen Bosowa (Maros Sulsel) mulai berproduksi dengan kapasitas terpasang 1.8 juta ton clinker ton /tahun.

B.     PENGERTIAN SEMEN

Semen berasal dari kata Caementum yang berarti bahan perekat yang mampu mempesatukan atau mengikat bahan-bahan padat menjadi satu kesatuan yang kokoh atau suatu produk yang mempunyai fungsi sebagai bahan perekat antara dua atau lebih bahan sehingga menjadi suatu bagian yang kompak atau dalam pengertian yang luas adalah material plastis yang  memberikan sifat rekat antara batuan-batuan konstruksi bangunan.

Usaha untuk membuat semen pertama kali dilakukan dengan cara membakar batu kapur dan tanah liat. Joseph Aspadain yang merupakan orang inggris, pada tahun 1824 mencoba membuat semen dari kalsinasi campuran batu kapur dengan tanah liat yang telah dihaluskan, digiling, dan dibakar menjadi lelehan dalam tungku, sehingga terjadi penguraian batu kapur (CaCO₃) menjadi batu tohor (CaO) dan karbon dioksida(CO₂). Batu kapur  tohor (CaO) bereaksi dengan senyawa-senyawa lain membemtuk klinker kemudian digiling sampai menjadi tepung yang kemudian dikenal dengan Portland.

C.     UNSUR-UNSUR PEMBUATAN SEMEN

Unsur-unsur penyusun semen menurut Eropa standard

1. Portland Cement Clinker (K)
2. Granulated blastfurnace slag (S)
3. Pozzolanic material (P & Q)
4. Fly ash (V & W)
5. Burnt shale (T)
6. Limestone (L, LL)
7. Silica fume (D)
8. Minor additional constituents
9. Calcium sulfate
10. Additives

Penyusun semen terbagi menjadi dua unsur tambahan, yaitu unsur tambahan utama dan unsur tambahan minor. Unsur tambahan utama dari point 1 sampai dengan point 7 pada daftar diatas asalkan kompisisinya melebihi 5 % dari berat total semen dan unsur tambahan minor dari point 1 sampai dengan point 8 pada daftar diatas asalkan komposisinya kurang atau sama dengan 5 % dari berat total semen.

Kinker Semen Portland (K)

Portland semen klinker juga disebut sebagai klinker semen atau  klinker saja. Setidaknya dua pertiga terdiri dari dua sulfat kalsium, yaitu tri-dan di-kalsium silikat, yang mana kaya dengan  CaO dan dapat bereaksi dengan  air pencampur dan mengeras dengan cepat. Oleh karena itu disebut zat hidrolik.

Granulated Blastfurnace Slag (S)

Blast furnace slag didapatkan dari kerak pengolahana biji besi, Blast furnace memiliki sifat hidrolisis yang bereaksi secara lambat dengan air tetapi apabila ditambahkan dengan klinker semen maka akan bereaksi dan mengeras secara cepat dan terbentuk kalsium silikat hidrat.

Pozzolanic Material (P & Q)

Pozzolan adalah bahan alam atau bahan dari industri yang mengandung SiO₂ reaktif, dalam kondisi yang halus dan dengan adanya air pada kondisi temperatur normal bereaksi dengan kalsium hidroksida-Ca(OH)₂ yang membentuk kalsium Silikat terhidrasi yang bersifat hirolisis dan mengeras.

Silika reaktif yang terdapat dalam bahan pozzolan baik dalam bentuk SiO2 bebas atau pun dalam bentuk Alumina Silikat sangat penting dalam proses pengerasan pozzolan, Kalsium Alumina Hidrat juga dapat memberikan kontribusi terhadap pembentukan kuat tekan. Proporsi CaO dalam pozzolan tidak begitu penting yang tepenting adalah kandungan SiO₂ rekatif yang mana kandungannya minimum 25 % dari berat pozzolan

Bahan Pozzolan terbagi 2 jenis :

1. Natural Pozzolan (P)
2. Pozzolan buatan Industri (Z)

Fly Ash (V & W)

Berdasarkan kereaktifan komposisinya maka Fly ash terbagi menjadi 2 yaitu :

1. Siliceous Fly ash (V), adalah fly ash halus yang sebagian besar berbentuk partikel bola dan seperti kaca yang memiliki sifat pozzolanic. Fly ash jenis ini mengandung CaO reaktif kurang dari 5 % dan kurang lebih 25 % SiO₂ reaktif.
2. Calcareous fly ash (W), adalah bubuk fly ash yang mempunyai sifat hidraulik. Fly ash jenis ini mengandung CaO rekatif tidak boleh kurang dari 5 % biasanya  mengandung CaO reaktif antara 5 – 15 % dan mengandung SiO₂ reaktif lebih dari 25 %.

Semen dibuat dari batu kapur (limestone)  dan campuran material lain seperti lempung (clay) dan pasir (sand) yang dipanaskan sampai 1450°C di dalam sebuah tungku pemanas (kiln). Hasil pembakaran ini adalah “clinker” yang kemudian digiling halus dengan ditambahkan sedikit bahan gypsum sehingga menjadi semen yang kita kenal.

Semen merupakan bahan bangunan yang sangat banyak digunakan, terutama untuk pekerjaan pembuatan beton. Di samping itu, semen juga digunakan untuk pekerjaan lainnya misalnya pemasangan batu bata, plesteran dinding, pemasangan keramik lantai, dll.

Dalam hubungannya dengan pekerjaan beton, unsur-unsur kimia di dalam semen ini sangat mempengaruhi sifat karakteristik beton yang dibuat.

Unsur-unsur kimia utama di dalam semen adalah:

• 3CaO.SiO₂ : tricalsium silicate, disingkat C3S
• 2CaO.SiO₂ : dicalsium silicate, disingkat C2S
• 3CaO.Al₂O₃ : tricalsium aluminate, disingkat C3A
• 4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃ : tetracalsium aluminoferrite, disingkat C4AF

Bahan lainnya (< 5%) adalah Gipsum, oksida alkali, magnesium oksida, dan phosporus pentoksida.

 

Komposisi unsur-unsur kimia tersebut di dalam semen sangat mempengaruhi sifat-sifat dan kegunaan semen tersebut. Peranan masing-masing unsur kimia dalam semen tersebut dapat dijelaskan sbb:

C3S

• Bereaksi dengan air untuk membentuk pasta semen
• Pengerasan pasta semen berlangsung cepat, sekitar 70% dalam 1 minggu
• Menghasilkan panas hidrasi (panas yang terjadi akibat reaksi antara semen dengan air) tinggi, sekitar 500 joule/gram

C2S

• Bereaksi dengan air untuk membentuk pasta semen
• Pengerasan pasta semen berlangsung lambat (dalam beberapa minggu sampai 1 bulan)
• Menghasilkan panas hidrasi lebih rendah, sekitar 250 joule/gram

C3A

• Bereaksi dengan air membentuk pasta semen berkekuatan rendah
• Pengerasan pasta semen berlangsung cepat, sekitar 1 s.d 2 hari
• Menghasilkan panas hidrasi tinggi, sekitar 850 joule/gram

C4AF

• Bereaksi dengan air membentuk pasta semen
• Pengerasan pasta semen berlangsung sangat cepat, dalam beberapa menit

Menghasilkan panas hidrasi tinggi, sekitar 420 joule/gram

D.    PROSES PENGOLAHAN SEMEN

Terdapat dua proses pengolahan, yaitu : proses basah dan proses kering. Proses basah meliputi material yang masih basah, material ini diambil dari alam dan langsung diproses.

1.       Proses pengolahan material basah:

a.         Tanah liat yang diambil langsung dari alam, campukan dengan air dan diaduk hingga menjadi bubur dalam bak cuci yang terbuat dari beton.

b.         pengadukan, semua kotoran seperti akar tumbuhan, pasir dan kerikil dipisahkan.

c.         Lumpur Tanah liat yang bersih dipindahkan bejana, dengan cara di pompa sembari jumlah kadar airnya di kurangi.

d.         Batu kapur dari alam di tumbuk halus hingga dapat menembus saringan 90 micron. Penggilingan dimulai dari penggilingan kasar yang menggunakan Jaw Crusher, hingga penggilingan halus yang menggunakan Roll Crusher. Kemudian dicampurkan air hingga menjadi lumpur batu kapur.

e.         Proses pembakaran, setelah lumpur tanah liat dan lumpur kapur jadi. Masukkan kedalam silo atau tungku bakar yang memiliki ukuran 150 M. tungku ini memiliki ruang-ruang sebagai berikut:

-          ruang paling ujung merupakan ruang yang dinding-dinding ruangnya dilengkapi dengan sirip-sirip baja tipis untuk memperluas penguapan.

-          Ruang berikutnya, dinding tungku terdapat rantai baja. Dengan adanya ratai ini penguapan air semakin sempurna, serta gumpalan-gumpalan lumpur kering pecah

-          Bahan yang telah diolah tadi kemudian dipanaskan lagi dengan suhu 500-900oC. Pada tahap ini akan terjadi penguapan air kristal yang terdapat dalam partikel bahan olahan tadi, dan juga CO2, SO3 dan senyawa lainya ikut menguap sedangkan bahan organik lainya akan terbakar.

-          Kemudian bahan tesebut akan mengalir keruang pembakaran yang suhunya berkisar 900-1350 oC.

-          Dalam ruang pembakaran (Firing zone) senyawa oksida mulai beraksi satu dengan yang lain, untuk membentuk senyawa semen (C3S, C2S, C3A, dan C4AF), kemudian menggumpal dalam keadaan setengah meleleh yang disebut klinker.

-          Klinker yang panas, kemudian dimasukkan keruangan pendingin dengan suhu biasa agar klinker cepat dingin. Keluar dari ruang pendingin biasanya suhu klinker ± 30 oC kemudian agar cukup dingin.

Penggilingan klinker biasanya merupakan siklus yang tertutup (Close circuit). Hasil gilingan diayak 170 mesh (90 micron), yang masih kasar masuk kembali ke ball mill dan semen bubuk dapat dipasarkan.

Proses kering meliputi material yang telah kering atau yang basah dikeringkan terlebih dahulu sebelum di proses. Proses pengolahan material kering:

Proses pengolahan material menjadi bahan mentah hampir sama dengan pengolahan proses basah, namun yang berbeda adalah semua bahan mentah dikeringkan terlebih dahulu hingga benar-benar kering. Selain itu pencampuran kapur dan tanah liat juga dalam keadaan kering, setelah bahan mentah jadi, proses pembakaran hingga pemasaran sama saja dengan proses basah.

E. TIPE-TIPE SEMEN

1. Tipe-tipe semen, dan penggunaan sesuai tipenya

-          Tipe I, merupakan semen yang digunakan untuk bangunan umum tanpa syarat khusus. Nama lain dari semen ini adalah Ordinary Portland Cement (OPC).

-          Tipe II, dapat digunakan bila ada gangguan dari sulfat yang sedang dan panas hidrasi sedang.

-          Tipe III, semen ini memiliki proses pengerasan yang cepat. Biasanya digunakan untuk pembangunan yang penyelesaiannya cepat atau di batasi waktu.

-          Tipe IV, semen yang panas hidrasinya rendah.

-          Tipe V, semen ini digunakan apabila pembangunan ada di sekitar tepian pantai atau bangunan tersebut memiliki gangguan sulfat yang tinggi.

F.   JENIS-JENIS SEMEN

1.  Semen Portland pozolan

Semen ini merupakan hasil dari: semen Portland di tambah dengan pozolan, yang mana pozolan yang di tambahkan bekrisar 10-30%. Nama lain dari semen ini Traz Portland Cement, semen ini sering dipakai di Negara Jerman. Tras yang di gunakan adalah Tras Andernach. Tras adalah batuan gunung api yang telah mengalami perubahan
komposisi kimia yang disebabkan oleh pelapukan dan pengaruh kondisi air bawah
tanah. Bahan galian ini berwarna putih kekuningan hingga putih kecoklatan,
kompak dan padu dan agak sulit digali dengan alat sederhana. Tras memiliki
bahan penyusun kimia yaitu SiO2(62,85%), Al2O3(18,18%), Fe2O3(4,99%),
K2O(3,45%), Na2O(1,86%), MnO(0,06%). (Hijhoff,1970) Oksida-oksida tersebut
dapat bereaksi dengan kapur bebas yang dilepaskan semen ketika bereaksi dengan
air. Dalam ilmu bahan bangunan ada beberapa jenis bahan yang dikategorikan
sebagai bahan ikat dalam adukan, di antaranya adalah semen, kapur, pozolan dan
beberapa bahan ikat lainnya.Tras merupakan salah satu pozolan yang pemanfaatannya belum secara optimal.

2. Semen putih

Campuran semen ini memiliki kadar Fe2O3-nya rendah, karna warna abu-abu pada semen portland disebabkan oleh serbuk besi. Semen ini dibuat dari batu kapur dan tanah liat putih (kaolin), kadar Fe2O3 tidak boleh lebih dari 1,5%. Pengolahannya sama dengan pengolahan semen biasa, tapi tidak menggunakan alat-alat yang mengandung besi.

3. Mansory cement

Semen ini berfungsi untuk pasangan tembok dan plasteran. Semen ini dibuat dari semen Portland dan di campur dengan hasil gilingan batu kapur. Namun semen tipe I lebih baik dibandingkan dengan semen ini.

4.  Semen sumur minyak

Berfungsi untuk menyemen pipa pengeboran minyak, melapisi bocoran air atau gas. Semen ini di pakai dalam bentuk bubur cair yang di pompakan dengan tekanan tinggi yang mencapai 1200 kg/cm2 dengan suhu rata-rata lebih dari 170o dalam keadaan belum mengeras.

5.  Hidropobic cement

Klinker yang di giling dengan tambahan asam oleat atau asam streat.

6.  Waterproofed cement

Semen yang digunakan di Inggris yang terbuat dari semen Portland yang ditambahkan calsium, aluminium, atau sterat logam lainnya.

7.  Semen alumina

Tebuat dari batu kapur dicampur dengan bauksit dengan kadar campuran 60-70% (batu kapur), dan 30-40% (bauksit). Campuran dibakar pada suhu 1600oc dalam tungku listrik sampai cair, kemudian hasil pembakaran tadi di tambahkan gipsum.