2.2.1 Pengenalan Semen Portland
Penggunaan kata “Semen” diperoleh dari bahasa Latin, yaitu
“caementum‖ yang berarti perekat. Sedangkan pemberian nama “semen portland‖ didasarkan atas kemiripan warna hasil olahan bahan pembentuk semen yang dilakukan oleh John Smeaton (Inggris) pada tahun 1756 dan Joseph Aspadin (Inggris) pada tahun 1824. Mereka secara terpisah menemukan sejenis bahan semen yang didapatkan dari hasil kalsinasi campuran batu kapur dengan tanah liat dan menggilingnya menjadi bubuk halus yang kemudian dinamakan―Portland
13 Cement‖. Dinamakan demikian karena warna hasil olahannya mirip dengan warna tanah yang dijumpai di Pulau Portland, Inggris.
Semen merupakan senyawa/zat pengikat hidrolis yang terdiri dari senyawa CaO.SiO2.H2O (kalsium silikat hidrat) yang apabila bereaksi dengan air akan mengikat bahan padat lainnya, membentuk satu kesatuan massa yang kompak, padat dan keras.
2.2.2. Sifat Kimia dan Fisika Semen
Menurut Austin (1985) semen memiliki jenis yang bermacam-macam disesuaikan dengan tujuan penggunaannya. Namun umumnya diantara sifat fisika dan kimia dari produk semen yang perlu diketahui adalah sebagai berikut, yaitu periode pengikatan dan pengerasan semen, kehalusan semen, ketahanan asam, hidrasi semen dan penggunaan faktor air semen.
a. Pengikatan dan Pengerasan(Setting Time and Hardening)
Menurt Austin (1985) mekanisme terjadinya setting dan hardening yaitu ketika terjadi pencampuran semen dengan air. Maka akan terjadi reaksi antara air dengan 3CaO.Al2O3 membentuk 3CaO.Al2O3.3H2O yang bersifat kaku dan berbentuk gel.
Untuk mengatur waktu lamanya pengerasan, perlu ditambahkan gipsum. Gipsum akan bereaksi dengan 3CaO.Al2O3.3H2O, membentuk lapisan ettringete yang akan
membungkus permukaan senyawa tersebut. Namun karena ada peristiwa osmosis pada lapisan ettringete akan pecah dan reaksi hidarsi 3CaO.Al2O3 akan terjadi
lagi, sehingga terbentuk lapisan etteringete kembali. Begitu seterusnya hingga senyawa gipsum habis. Proses ini akhirnya menghasilkan perpanjangan setting
14
time. Periode ini disebut Dormant Periode yang terjadi selama 1-2 jam dan selama itu pasta masih dalam keadaan plastis dan mudah dibentuk (workable).
Selama periode ini, dalam beberapa jam, reaksi dari 3CaO.SiO2 terjadi dan
menghasilkan 3CaO.SiO2.3H2O. Semen dan air akan mengisi rongga membentuk titik-titik kontak yang menghasilkan kekakuan. Pada tahap berikutnya terjadi pengikatan senyawa CaO.SO4.H2O (gipsum) yang akan menghalangi mobilitas
partikel – partikel semen yang akhirnya pasta menjadi kaku dan akhir pengerasan mulai (final setting) tercapai, lalu proses pengerasan terus berlangsung hingga air dan gipsum habis bereaksi.
b. Ketahanan terhadap asam
Material baru hasil bentukan dari semen Portland dapat mengalami kerusakan oleh pengaruh asam dari sekitarnya. Umumnya serangan asam tersebut merubah kontruksi-kontruksi yang tidak larut dalam air. Misalnya, asam klorida (HCl) akan bereaksi dengan tetrakalsium aluminoferrit (C4AF) menjadi besi klorida (FeCl2) yang larut air. Selain itu, serangan asam dapat terjadi karena CO2 bereaksi dengan
Ca(OH)2 dari semen yang terhidrasi membentuk kalsium karbonat yang tidak larut
dalam air. Pembentukan kalsium karbonat, sebenarnya tidak menimbulkan kerusakan pada beton tetapi proses berikutnya yaitu CO2 dalam air akan bereaksi
dengan kalsium karbonat yang larut dalam air. Reaksi : Ca(OH)2(aq) + CO2(g) CaCO3(s) + H2O (l)
CaCO3(s) + CO2(g) + H2O (l) Ca(HCO3)2(aq)
reaksi yang terjadi dapat menghasilkan pengembangan volume sehingga memungkinkan terjadi keretakan pada campuran semen dan agregatnya.
15 c. Kehalusan
Kehalusan dapat mewakili sifat fisika lainnya terutama terhadap kekuatan. Bertambahnya kehalusan pada umumnya akan menambah kekuatan, mempercepat reaksi hidrasi begitu pula waktu pengikatannya yang semakin singkat.
d. Faktor air semen
Penggunaan jumlah air terhadap pencampuran semen memiliki pengaruh penting terhadap sifat fisika produk semen. Faktor air semen (water cement ratio)
adalah jumlah perbandingan air yang dibutuhkan untuk melakukan proses hidrasi bahan-bahan pembentuk semen.
Faktor air semen mempengaruhi porositas, kuat tekan dan permeabilitas produk berbahan semen. Menurut Mastuti (2009) permeabilitas merupakan kemampuan aliran air dalam menembus sampel membran, dimana yang mempengaruhi koefisien permeabilitas adalah perbandingan faktor air (W/C). Persamaan perhitungan faktor air adalah sebagai berikut.
………..………….(2)
Keterangan : W = Berat air (g) C = Berat semen (g)
P = Berat bahan tambahan pengganti semen (g) e. Hidrasi semen
Reaksi hidrasi adalah reaksi yang terjadi ketika mineral-mineral yang terkandung didalam semen bereaksi dengan air membentuk senyawa hidratnya dan melepaskan sejumlah panas hidrasi, yang pada akhirnya didapatkan produk
16 semen yang telah memadat dan keras. Hasil reaksi hidrasinya antara lain adalah
tobermorite gel yang merupakan jumlah terbesar (sekitar 50% dari jumlah senyawa yang dihasilkan). Reaksi tersebut dapat dirangkum sebagai berikut:
2 (3CaO•SiO2) (s) + 11 H2O (l) 3 CaO•2SiO2•8H2O (s) + 3 Ca(OH)2 (aq) Trikalsium silikat Air Kalsium silikathidrat(tobermorit) Kalsium hidroksida
2 (2CaO•SiO2) (s) + 9 H2O (l) 3 CaO•2SiO2•8H2O (s) + Ca(OH)2 (aq) Dikalsium silikat Air Kalsium silikat hidrat Kalsium hidroksida
3 CaO•Al2O3 (s) + 3 (CaO•SO3•2H2O) (s) + 26 H2O (l) 6 CaO•Al2O3•3SO3•22H2O (s) Trikalsium
aluminat
Gipsum Air Ettringite
3 CaO•Al2O3(s) + 6 CaO•Al2O3•3SO3•32H2O( s) + 4 H2O 3(4CaO•Al2O3•SO3•12H2O) (s) Trikalsium
aluminat
Ettringite Air Kaslium monosulfoaluminohidrat
3 CaO•Al2O3 (s) + Ca(OH)2 (aq) + 12 H2O (l) 4 CaO•Al2O3•13H2O (s) Trikalsium
aluminat
Kalsium hidroksida
Air Tetra kalsium aluminat hidrat
4 CaO• Al2O3•Fe2O3 + 10 H2O + 2 Ca(OH) 2 (aq) 6 CaO•Al2O3•Fe2O3•12H2O
Tetrakalsium aluminoferrit
Air Kalsium
hidroksida
Kalsium aluminoferrit hidrat
(Chapwanya, et.al. 2009) 2.2.3. Semen Portland Putih
Semen Portland putih adalah semen hidrolis yang berwarna putih dan dihasilkan dengan cara menggiling terak (klinker) semen Portland putih yang terutama terdiri atas kalsium silikat dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat. Semen Portland putih dapat digunakan untuk semua tujuan di dalam pembuatan adukan semen yang tidak memerlukan persyaratan khusus, kecuali warna putihnya (SNI 15-0129-2004: Semen Portland putih).
17 Semen Portland putih atau White Portland Cement (WPC) merupakan jenis semen bermutu tinggi. Semen Portland putih dibuat dari bahan-bahan baku pilihan yang memiliki kandungan senyawa besi oksida dan magnesium oksida rendah (bahan-bahan tersebut menyebabkan semen berwarna abu-abu).
Derajat warna putih semen (whiteness) diukur menurut standar yang berbeda-beda. Namun menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) Semen Portland Putih derajat warna putih semen harus mencapai angka minimal 90 % jika ditentukan menggunakan alat Hunter Lab dan minimal 80 % jika ditentukan menggunakan alat Kett Meter.
Semen Portland putih dihasilkan dari klinker semen yang banyak mengandung trikaslium aluminat (C3A), trikalsium silikat (C3S) dan sedikit tetra
kalsium aluminoferrite (CA4F) maksimal 0,4 % berat (SNI 15-0129-2004: Semen Portland putih). Warna putih dihasilkan khususnya dari senyawa kapur (CaCO3)
berkualitas tinggi, sedangkan perubahan warna abu-hijau diakibatkan dari bahan-bahan yang berasal dari senyawa besi (Fe2O3) dan mangan (Mn2O3), magnesium
(MgO) dan kromium (Cr2O3). Derajat warna putih semen (whiteness) pada produk
semen Portland putih yang beredar dipasaran umumnya memiliki rentang nilai sebesar 80 – 84 %, untuk semen Portland putih berkualitas tinggi kisaran angka derajat warna putihnya (whiteness) mencapai 84 – 88 %.
Pada umumnya untuk mendapatkan warna semen Portland menjadi putih adalah dengan mengurangi senyawa pembentuk warna dan hanya menggunakan batu kapur (limestone) dengan kualitas tinggi atau menggunakan kaolinite (china clay). Berikut ini merupakan Tabel 4 yang menggambarkan bahan-bahan
18 pembentuk semen Portland abu-abu (Ordinary Portland cement/OPC) dan semen Portland putih (White Portland Cement/WPC).
Tabel 4. Komposisi kimia bahan baku semen Portland putih. Senyawa
yang diukur
Persen berat (%) SNI 15-0129-2004: Semen Portland putih OPC (ASTM 150 C) WPC (Aalborg White, Denmark) WPC, (Dyckerhoff German)* WPC, (Hirocem, Slovakia) SiO2 19 – 23 23,8 22,05 21,7 -22,5 td Al2O3 3 – 7 5.0 3,98 4,0 – 4,3 td Fe2O3 1,5 – 4,5 0,2 0,22 0,2 – 0,24 Maks 0,4 % MgO 0,5 – 2,5 0,08 1,62 1,8 – 2,5 Maks. 5 % CaO 63 – 67 70,8 67,06 65,4 – 67 td Na2O 0,07 – 0,4 0,03 0,06 0,12 – 0,4 Maks. 0,6 % K2O 0,1 – 1,2 0,03 0,27 Td td SO3 2,5 – 3,5 0,06 2,48 2,2 – 2,7 Maks. 3,5 % Lain-lain Td - 1,81 Td td Keterangan:
td : tidak dicantumkan, *Moresova & Skvara, (2001)
