PENGETAHUAN DAN PEMERIKSAAN BAHAN KONSTRUKSI BATU BATA A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
4. SIFAT-SIFAT SEMEN PORTLAND (a) Susunan kimia
Bahan dasar semen Portland terdiri dari bahan-bahan yang mengandung kapur, silica alumina, dan oksida bes, sebagaimana dapat dilhat dalam Tabel 2.1. Oksida-oksida tersebut berinteraksi satu sama lain untu membentuk serangakain produ uyang lebih omple selama proses peleburan.
Tabel 1. Susunan unsur semen Portland
OKSIDA PERSEN
Kapur, CaO 60 – 65
Besi Fe2O3 0.5 – 6
Magnesium MgO 0.5 – 4
Sulfur, SO3 1 – 2
Soda/potash, Ma2O + 2O 0.5 - 1
Walaupun komplek, namun pada dasarnya dapat disebutkan 4 senyawa yang paling penting keempat senyawa tersebut ialah :
Trikalsium silikat (C3S) atau 3 CaO.SiO2 Dikalsium silikat (C2S) atau 2CaO.SiO2 Trikalsium aluminat (C3A) atau 3CaO.Al2O3
Tetrakalsium aluminofert (C4AF) atau 4CaO.Al2O3.Fe2O3
Dua unsur yang pertama (C3S dan C2S) biasanya merupakan 70 sampai 80 persen dari semen sehingga merupakan bagian yang paling dominant dalam memberikan sifat semen. Bila semen terena air, C3S segera mulai berhihdrasi, dan menghasilkan panas. Selain itu juga berpengaruh besar terhadap pengerasan semen, terutama sebelum mencapai umur 14 hari. Sebaiknya, C2S bereaksi dengan air lebih lamabat sehingga hanya berpengaruh terhadap pengerasan semen setelah berumur lebih dari 7 hari, dan memberkan kekuatan akhir. Unsur C2S ini juga membuat semen tahan terhadap serangan kmia (chemical attack) dan juga mengurangi besar susutan pengerngan. Kedua unsure pertama ini membutuhkan air berturut-turut seitar 24 dan 21 persen dari masing-masing beratnya yntuk terjadinya reaksi imia, namun saat hidrasi C3S. Maka dari itu, jika C3S mempunyai persentase yang lebih tinggi akan menghasilkan proses pengerasan yang cepat pada pembentukan kekuatan awalnya disertai panas hidrasi yang tinggi. Sebalinya, presentase C2S yang lebih tinggi menghasilkan proses pengerasan yang lembat, panas hidrasi yang sedikit, dan teanan terhadap serangan imia yang lebih baik.
Unsur C3A (unsure etiga, C) berhidrasi secara exothermic, dan bereaksi sangat cepat memberikan ekuatan sesudah 24 jam. C3A bereasi dengan air sebanyak kira-kira 40 persen beratnya (lebih banyak dari pada unsure a dan b), namun karena jumlah unsure in hanya sedikit amaa pengaruhnya pada jumlah air hanya sedikit. Unsur C3A ini sangat berpengaruh pada panas hidrasi tinggi, baik selama pengerasan awal maupun pengerasan berikiutnya yang panjang. Beton yang berhubungan dengan air tanah yang mengandung larutan asam sulfat (SO4) akan mudah rusak jika semennya mengandung banyak C3A, karena hasil hdrasi C3A mudah bereaksi dengan larutan sulfat. Di dalam beton hasil reaksi ini menghasilkan bentu zat kimia baru yanbg dinamaan ettringite, volumenya lebih besar (mengembang), sehingga membuat beton retak-retak. Oleh karena itu semen tahan sulfat tdak boleh mengandung ubsur C3A lebih 5 persen.
Unsur yang keempat yaitu C4AF kurang begitu besar pemgaruhnya terhadap kekerasan semen atau beton.
(b). Hidrasi Semen
Bilamana semen bersentuhan dengan air maka proses hidrasii berlangsung dengan arah dari luar ke dalam, maksudnya hasil hidrasi mengenadap dibagian luar dan inti semen yang belum terhidrasi di bagian dalam secara bertahap terhidrasi sehingga volumenya mengecil. Proses permulaan hidrasi tersebut berlangsun lambat, antara 2 – 5 jam (yang dsebut periode indusi atau aktif) sebelum mengalami percepatan setelah kulit permukaan pecah.
Pada tahap hidrasi berikutnya, pasta semen menjadi gel (suatu butiran sangat halus hasil hidrasi, memiliki luas permukaan yang amat besar), dan sisa-sisa semen yang tak bereaksi m,salnya kalsium hidroksida (Ca (OH)2, air, adan beberapa senyawa yang lain. Kristal-kristal dar berbagai senyawa yang hasilnya membentuk suatu rangkaian tiga dimensi yang saling melekan secara random dan kemudian sedikit demi sedikit mengisi ruangan yang mula-mula ditempati air lalu menjad kaku dan munculah suatu ekuatan yang selanjutnya
yang telah mengeras memilii struktur yang berpori, dengan ukuran pori bervaruasi dari yang sangat kecil (4 x 10-1 mm) sampai yang lebih besar. Pori-pori ini disebut Pori-pori-Pori-pori gel. Pori-Pori-pori yang didalam pasta semen yang sudah keras itu mungin saling berhubungan, tapi mungin juga tidak.
Setelah hidrasi berlangsug, endapan hasil hidrasi yang ada di permukaan butiran semen memaksa air untuk berdifusi ke bagian dalam yang belum berhidrasi, sehingga proses hidrasi semakin sulit dan laju hidrasi semakin lambat. Proses hidrasi pada semen Portland sangat kompleks, tdak semua reaksi dapat diketahui secara rinci. Rumus proses kimia (perkiraan ) untuk reaksi hidrasi dari unsur C3S dan C2S dapat ditulis sebagai berikut.
2 ( 3CaO.SiO2 ) + 6 H2O ---- ( 3CaO.2SiO2.3H2O ) + 3Ca ( OH )2 2 ( CaO.SiO2 ) + 4 H2O --- ( 3CaO.2SiO2.3H2O ) + Ca ( OH )2 3 ( 3CaO.Al2O3 ) + 6H2O ---- ( 3CaO.Al2O3.6H2O )
4 CaO.Al2O3.fe2O3 + 6H2O --- (3CaO ( Al.Fe ) 2O3 ^H2O Atau :
2 ( C3S ) + 6H2O --- ( C3S2H3 ) + 3CA ( OH )2 2 ( C2S ) + 4H2O --- ( C3S2H3 ) + Ca ( OH )2 3 ( C3A ) + 6H2O --- ( C3AH6 )
( C4AF ) + 6H2O --- ( C3AFO2H6 )
Hasil utama dari atas ialah 3CaO.2SiO2.3H2O atau C3S2H6 atau CSHyang bisa disebut tobermorite, yang berbentuk panas juga selama proses berlangsung ( panas hidrasi ). Beberapa butir yang bersifat seperti Kristal tampak juga didalam tobermorite proses hidrasi butir-butir semen berlangsung sangat lambat. Bila masih dimungkinkan, penambahan air masih diperlukan oleh bagian dalam dari butir-butir semen ( terutama yang berbutir besar ), untuk menyempurnakan proses hidrasi. Proses dapat berlangsung sampai 50 tahun. ( penelitian terhadap silinder beton masih meningkat terus kekuatannya, paling tidak untuk jangka waktu 50 tahun ).
Kekuatan pasta semen yang telah mengeras tergantung pada jumlah air yang dipakai waktu proses hidrasi berlangsung. Pada dasarnya jumlah air yang diperlukan oleh proses hidrasi hanya kira-kira 25 persen dari berat semennya, penambahan jumlah air akan mengurangi kekuatan setelah mengeras. Air kelebihan dari yang diperlukan untuk prses hidrasi pada umumnya memang diperlukan pada proses pelaksanaan pembuatan mortar atau beton, sebagai pelumas, agar adukan beton mudah diaduk, mudah diangkut, dan mudah dicetak tanpa rongga-rongga yang besar ( tidak keropos ). Akan tetapi, kelebihan air ( pelumas ) tersebut juga akan mengakibatkan pasta berpori lebih banyak ( berasal dar ruang yang semula ditempati oleh air yang tidak bereaksi dengan semen ), sehingga mortar atau beton yang dihasilkan banyak berpori ( porous ) dan kurang kuat. Oleh itu hendaknya diusahakan agar jumlah air pelumas sesedikit mungkin, agar kekuatan beton tidak turun terlalu rendah. ( d ) Sifat fisik semen
Semen porland yang dipakai untuk beton harus mempunyai kualitas tertentu yang telah ditetapkan agar dapat berfungsi secara efetif, pemeriksaan secara berkala perlu dilakukan baik yang masih berbentuk bubuk kering maupun yang pasta semennya yang sudah keras, juga betonnya yang dibuat dari semen tersebut. Sifat-sifat fisik semen yang penting yaitu :
Kehalusan butir Reaksi antara semen dan air dimulai dari permukaan butir-butir semen, sehingga makin luas permukaan butir-butir-butir-butir semen ( dari berat semen yang sama ) makin cepat proses hidrasinya. Hal ini berarti bahwa, butir-butir semen yang halus akan menjadi kuat dan menghasilkan panas hidrasi yang lebih cepat dari pada semen dengan butir-butir yang lebih kasar. Secara umum, semen berbutir halus meningkatkan kohesi pada beton segar ( fresh concrete ) dan dapat pula mengurangi bleeding, akan tetapi menambah kencederungan beton untuk menyusut lebih banyak dan mempermudah terjadinya retak susut. Menurut peraturan, palng sedikit 78 % berat semen
dicatat, jika butir-butir semen terlalu halus, sifat semen akan menjadi kebalikannya, karena mudah terjadi hidrasi awal oleh kelembaban udara ( lihat sub Bab 2.6 tentang penyimpanan semen ).
Waktu ikatan. Semen jika dicampur dengan air membentuk gel yang secara bertahap menjadi kurang plastis, dan akhirnya menjadi keras. Pada proses ini, tahap pertama dicapai ketika pasta semen cukup kaku untuk menahan suatu tekanan. Waktu untuk mencapai tahap ini disebut sebagai waktu ikatan. Waktu tersebut dihitung ketika air dicampur dengan semen. Waktu ikatan menjadi dua bagian, yaitu waktu ikatan awal (initial time ) dan waktu ikatan akhir (final setting time ). Waktu dari saat pencampuran semen dan air sampai saat kehilangan sifat keplastisannya disebut waktu ikatan awal, dan waktu mencapai pastanya menjadi masa yang keras disebut waktu ikatan akhir. Pada semen Portland biasa, waktu ikatan awal tidak boleh kurang dari 60 menit, dan waktu ikatan akhir tidak boleh lebih dari 430 menit ( 8 jam ).
Pengertian waktu ikatan awal merupakan hal penting pada pekerjaan beton. Waktu ikatan awal yang cukup lama diperluan untuk memberi peluang pembuat beton mengerjakan proses pembuatan beton, yaitu waktu untuk : pengaduan, transportas, penuangan, pemadatan , dan perataan permukaan. Proses iatan ini disertai perubahan temperature. Temperatur nai dengan cepat dari katan awal dan mencapai puncaknya pada waktu berahirnya iatan akhir. Waktu ikatan yang pendek kenaikan temperatur dapat mencapai 300 C. Dalam praktek lama watu ikatan in dipenagaruhi oleh jumlah air campuran yang digunakan dan suhu udara di sekitarnya.
Panas hidrasi. Silikat dan aluminat pada semen berreaksi dengan air menjadi bahan perekat yang memadat lalu membentu massa yang keras. Reaksi membentuk bahan perekat n disebut hidrasi. Hidras semen bersfat eksotermis dengana panas yang dieluarkan kira-kira 120 kalori/gram. Pada bagian dalam pada beton massa yang besar, proses hidrasi ini dapat mengakibatkan kanakan temperature yang besar. Pada saat proses hidrasi, bagian luar beton
perbedaa temperature yang tajam antara bagian luar dan bagian dalam beton. Pada saat berikutnaya, yaitu tahap pendngnan, temperature bagian dalam beton menurun sehingga sama dengan bagaian luar, maka dapat terjadi perubahan volume yang tidak sama antara bagian luar dan bagian dalam beton, sehngga dapat terjadi retaan.
Panas hdrasi didefinasian sebagai kuantitas panas dalam kalori/gram pada semen yang terhidrasi. Watu berlangsungnya proses hidrasi dihtung sampai proses hdrasi sempurna pada temperature tertentu. Panas hidrasi untu semen jenis panas hidrasi rendah harus tidak lebih besar dari 66 kalori/gram sampai pada tujuh hari pertama, dan 75 kalori/gram sampai pada umur 28 hari.
Panas hidras nai sesuai dengan ketinggian temperature pada saat hidrasi terjadi. Untuk jenis semen biasa panas hidrasi tersebut bervariasi antara 37 kalori/gram pada 5 0C sampai dengan 80 alori/gram pada 40 0C. Untuk semua jenis semen pada umumnya kra-ira 50 persen dari panas total dbebaskan pada waktu antara 1 dan 3 hari pertama, kira-kira 75 persen sampa hari ke tujuh dan antara 83 sampai 91 persen sampa bulan e -6. Laju perubahan panas tergantung pada komposisi semen. Laju hidrasi dan perubahan panas bertambah besar sejalan dengan semakin halusnya semen, walaupun kuantitas total panas yang dibebaskan tidadipengaruhi oleh kehalusan tersebut.
Berat jenis. Berat jenis semen berksar pada 3,15. nerat jenis buan merupakan petunju kualitas semen, nilai in hanya dgunaan dalam hitungan perbandingan campuran saja.
(e) Sifat Kimia Semen
Esegaran Semen. Pengujian kehilangan berat aibat pembaaran dilakuan pada semen untuk menentukan kehilangan berat jka semen dbakar sampai sekitar 900 – 1000 0C. ehlangan berat in terjadi arena adanya elembaban dan adanya arbon dioksida dalam bentuk kapur bebas atau magnesium yang menguap.
tersebut mungkin disebabkan udara yang mengandung air selama atau sesudah pembuatan. Karbon dioksida juga terambil dari udara. Kehlangan berat dari pembakaran ini merupakan ukuran kesegaran semen. Karena hidrosida dan karbon dari kapur dan magnesium bukan merupakan unsure perekat maka disebut unsure pengisi. Semakn sedikit kehilangan berat berarti semain sedikit unsure pengisinya, dan in9 berarti semen semakin baik. Pemeriksaan kehilangan berat dilakuan dengan mengambil satu gram contoh semen kemudian ditempatan pada platina dengan temperature 900 sampai 1000 0C selama minimum 15 menit. Dalam keadaan normal, kehilanmgan berat sekitar 2 persen, sedangan maksimum yang diijinkan 4 persen.
Sisa Yang Tak Larut. Sisa bahan yang tidak habs berreaksi dengan air adalah bagian yang tida aktif dar semen. Hal in dapat diperkisa dengan mengaduk satu gram semen dalam 40 ml air dan ditambah 10 ml HCL pekat. Campuran tersebut didihkan selama 10 menit dan volumenya dibuat tetap. Setiasp gumpalan, ja ada, dipecah, dan larutannya disaring dengan kertas filter. Sisa yang ada d sarngan dicuci dengan larutan Na2CO3, air dan HCL. Kemudian untuk yang terakhir dicuci dengan air. Untu memperoleh ssa yang tdak larut, ertas filter dikeringan, dibakar, dan lalu ditimbang. Semakin sedikit sisanya semakin baik semennya. Nilai maksimum yang diizinan adalah 0,85 persen.
5. JENIS-JENIS SEMEN PORTLAND