1
VARIASI KOMPOSISI ADITIF BATU KAPUR DALAM PEMBUATAN SEMEN CAMPURAN (BLENDED CEMENT)
Adhytia Ihwan Prasetyo1, Agus Taufiq2, Diana Widiastuti3
1Alumni Program Sarjana Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universiatas Pakuan Bogor 2,3 Staf Pengajar Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universiatas Pakuan Bogor
ABSTRAK
Bahan baku pembuatan semen terdiri dari bahan utama, bahan pengoreksi dan bahan tambahan. Tujuan penelitian ini adalah membuat variasi komposisi aditif
blended semen dan menganalisis sifat fisika dan kimia semen serta menentukan
komposisi optimum aditif semen yang memenuhi spesifikasi di dalam blended
cement sehingga diperoleh semen yang berkualitas dan mengacu pada Standar
Nasional Indonesia (SNI 15-7064-2004). Metode penelitian meliputi pembuatan semen dengan kehalusan 4250 cm2/g dan 3850 cm2/g dengan komposisi variasi batu kapur dan klinker yang berbeda, sedangkan komposisi abu terbang dan gipsum tidak bervariasi yaitu sebesar 5% dan 3,5%. Hasil analisis sifat fisika dan kimia semen pada kehalusan 4250 cm2/g dan 3850 cm2/g menunjukkan bahwa kadar hilang pijar dan kadar residu semen semakin meningkat sedangkan nilai kehalusan dan nilai kuat tekan semen semakin menurun, hal ini dikarenakan meningkatnya persentase pemakaian aditif batu kapur.
Kata kunci : Blended Cement, Klinker, Batu Kapur, Abu Terbang, Gipsum
ABSTRACT
Raw material for making cement is composed of the main material, proofing materials and additives. The purpose of this research is to create a variation of blended cement additive composition and analyze the physical and chemical properties of cement and cement additives determine the optimum composition that meets the specifications in the blended cement in order to obtain quality cement and referring to the Indonesian National Standard (SNI 15-7064-2004).
Research methods include the manufacture of cement with a fineness of 4250 cm2
/ g and 3850 cm2 / g with variations in the composition of limestone and clinker
different, while the composition of the fly ash and gypsum does not vary in the amount of 5% and 3.5%. Results of the analysis of physical and chemical
properties of cement on the fineness of 4250 cm2/g and 3850 cm2/g indicate that
the levels of lost incandescent and cement residue levels increased while the value of subtlety and the compressive strength of cement has declined, this is due to the increased percentage of use of the additive limestone.
3 I. Pendahuluan
Dalam pengertian umum, semen diartikan sebagai bahan perekat yang mempunyai sifat-sifat yang mampu mengikat bahan-bahan padat menjadi satu kesatuan yang kompak dan kuat (Lea. et
al., 1998).
Bahan baku yang digunakan terdiri atas tiga bagian yaitu: bahan baku utama, bahan pengoreksi dan bahan tambahan. Bahan utama antara lain adalah batu kapur (limestone) sebagai sumber CaO, pasir silika sebagai sumber SiO2, tanah liat (clay) sebagai sumber Al2O3, dan pasir besi (iron sand) sebagai sumber Fe2O3. Bahan pengoreksi seperti pasir silika (sebagai bahan pengoreksi silika) dan pasir besi (sebagai pengoreksi besi). Bahan tambahan (aditif) seperti gipsum, abu terbang (fly ash), trass, dan batu kapur (limestone). Tanah liat berfungsi sebagai sumber-sumber oksida alumina, besi dan silika. Bahan ini terbentuk dari pelapukan unsur-unsur alkali tanah. Tanah liat di alam berupa campuran berbentuk clay atau
shale. Komposisi utama dari tanah liat
adalah SiO2, Al2O3, Fe2O3. Pasir silika mengandung SiO2 lebih dari 70%. Pasir besi digunakan sebagai sumber Fe2O3 yang berasal dari konsentrat besi hasil pelapukan (Bambang, 1995).
Bahan aditif dicampurkan ke klinker yang bertujuan untuk memperbaiki
sifat fisika dan kimia semen. Bahan tambahan yang digunakan yaitu gipsum, abu terbang dan batu kapur. Semen tersebut disebut sebagai semen campuran (blended cement). Pengujian sifat fisika
blended cement diantaranya kuat tekan
(compressive strength), kehalusan (blaine) dan residu. Untuk pengujian komposisi kimia blended cement yaitu penetapan oksida-oksida logam, hilang pijar (loss on
ignition), dan kapur bebas (freelime).
Pengujian komposisi kimia menggunakan metode spektrometer pendarfluor sinar X (X-ray Fluoresence).
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
1. Membuat variasi komposisi aditif
blended semen dan menganalisis uji
fisika-kimia semen yaitu analisis uji kehalusan, uji kuat tekan, uji residu, uji hilang pijar, uji kapur bebas, uji komposisi kimia dengan menggunakan alat XRF dan optimasi SO3 dalam pembuatan semen.
2. Menentukan komposisi optimum aditif semen yang memenuhi spesifikasi di dalam blended cement, sehingga diperoleh semen yang berkualitas dan mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI 15-7064-2004).
Semen Portland merupakan pengikat hidrolis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak (clinker) yang mengandung senyawa kalsium silikat yang
4
bersifat hidrolis ditambah dengan bahan tambahan gipsum yang berfungsi untuk mengendalikan reaksi awal. Sifat semen Portland yang penting adalah kemampuannya untuk mengikat material lain dan mengeras jika ditambah dengan air, sifat tersebut berhubungan dengan kualitas (Austin, 1996).
Bahan baku utama terdiri dari komponen kapur dengan kadar CaO yang dominan dan tanah liat dengan kandungan utama oksida-oksida SiO2, Al2O3 , Fe2O3 (Bambang, 1995).
Bahan baku tambahan, Gipsum yang sering digunakan dalam pembuatan semen merupakan bentuk mineral yang murni dari kalsium sulfat dihidrat. Gipsum ditambahkan dalam proses penggilingan akhir bersama-sama dengan klinker untuk mengatur terjadinya reaksi antara 3CaO.Al2O3 dengan air agar tidak terlalu cepat mengeras.
Abu terbang merupakan hasil pembakaran batu bara pada industri yang bahan bakarnya menggunakan batu bara.. Reaksi yang terjadi adalah:
Ca(OH)2+SiO2+H2O CaO.SiO2.2H2O
Proses produksi semen :
1. Penambangan dan penyediaan bahan baku (Unit Mining)
2. Pengeringan dan penggilingan bahan baku (Unit Raw Mill)
3. Pembakaran Tepung Baku dan Pendinginan Klinker (Unit Kiln)
4. Penggilingan Akhir (Unit Cement Mill) 5. Pengantongan Semen (Unit Packing)
Adapun Syarat-Syarat Kimia Blended Cement yaitu:
Hilang Pijar
Pengujian hilang pijar
menggunakan metode gravimetri evolusi tidak langsung. Banyaknya senyawa organik atau anorganik yang mengurai (hilang) bila dipijarkan. Pada uji ini contoh dipijarkan dalam tungku pemanas pada suhu 950 ± 50ºC. Ditimbang contoh sebelum dan sesudah pemijaran, kandungan zat hilang dapat ditentukan dengan asumsi bagian yang hilang tersebut menunjukkan jumlah air (H2O) dan karbon dioksida (CO2) dalam contoh
Kapur Bebas
Kapur bebas adalah bagian dari kapur yang tidak bereaksi dengan komponen asam lain selama klinkerisasi. Kapur bebas tertinggal dalam semen dengan keadaan bebas. Hal ini terjadi karena ukuran partikel tepung baku tidak cukup halus, pembakaran klinker kurang sempurna, kandungan alkali dalam tepung baku terlalu tinggi, dan dekomposisi mineral klinker selama proses pendinginan. Komposisi Kimia
Komposisi kimia semen akan menyebabkan perbedaan dari sifat-sifat semen, secara tidak langsung akan menyebabkan perbedaan naiknya kekuatan
5
dari mortar yang akan dibuat. Komposisi kimia blended cement meliputi oksida logam seperti SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO dan SO3. Penambahan aditif batu kapur yang ditambahkan pada blended
cement memberi pengaruh perubahan
komposisi kimia blended cement.
Adapun Syarat-Syarat Fisika Blended Cement yaitu:
Kekuatan tekan (Compressive Strength) Kuat tekan merupakan kemampuan semen untuk menahan atau memikul suatu beban. Pada umumnya kekuatan tekan diukur pada normal curring (perawatan) sampai umur 28 hari dengan membuat semen menjadi mortar. Mortar adalah campuran semen, pasir dan air yang memiliki persentase komposisi yang berbeda.
Kehalusan
Kehalusan dapat mewakili sifat-sifat fisika lainnya, terutama terhadap kekuatan. Pada umumnya bila kehalusan bertambah maka kekuatannya akan bertambah, mempercepat reaksi hidrasi dan jumlah air yang dipersyaratkan akan semakin kecil persatuan berat semen. Begitu pula waktu pengikatan akan lebih singkat, tetapi keretakan dan atau pengerutan yang disebabkan oleh penguapan air selama pengikatan (drying
shringkage) akan lebih besar (Bambang,
1995).
Residu
Kehalusan semen selain dapat digunakan pesawat blaine, bisa juga diuji kehalusan semen dengan cara pengayakan Perbedaan pengujian residu secara basah dan secara kering terletak pada sistem pemisahan antara partikel kasar dan halus.
2. Metodelogi Penelitian
Penelitian ini menggunakan contoh klinker, gipsum, batu kapur, dan abu terbang. Semua contoh dipanaskan dalam oven selama 1 hari pada suhu 100ºC, kecuali gipsum dipanaskan pada suhu 45ºC. Kemudian contoh tersebut dihancurkan dengan alat penghancur (crusher) sampai partikel contoh lolos ayakan no. 16 (1,18 mm). Semua contoh dihaluskan dengan menggiling sampai mencapai kehalusan 4250 cm2/gram (untuk semen dengan kode 401 sampai CM-407) dan 3850 cm2/gram (untuk semen dengan kode CM-408 sampai CM 414) dengan alat penggiling (grinding mill). Tahap selanjutnya dilakukan pencampuran (proporsioning) semen dengan melakukan penimbangan contoh berdasarkan komposisi yang telah ditetapkan, setelah itu di homogenkan.
Bahan : Sampel klinker, batu kapur (limestone), gipsum, abu terbang, asam klorida (HCl) 1/14 N, Indikator fenolftalein (PP) 1%, etilen glikol (C2H6O2), pasir silika standar (C-109 dan
6
C-190), pil (cement grinding aid), cairan manometer (dibutil ftalat), air kapur jenuh. Alat: Cawan porselen, neraca analitik, desikator, tanur, vakum, kertas saring diameter 1,25 cm, kertas saring whatman nomor 40 dan 41, mesin pengaduk,
hotplate, buret, kuas, pengaduk magnetik,
torak (plunger), pisau aduk, piringan logam, manometer, stop watch, sieve
frame, pressure gauge, cetakan kubus
(mold), mesin penghancur (crusher), mesin penguji kuat tekan (compressive strength), ruang lembab (humidity chamber), oven,
vessel disk, mesin penggiling (grinding machine) tipe HSM 100 Herzog, mesin
penekan (press machine) tipe HTP 40 Herzog, thermo electron XRF ARL 9800 XP, cassette (holder sample), cincin (ring) sampel, ayakan no.325, erlenmeyer, sel permeabilitas
3. Hasil dan Pembahasan
Spesifikasi persyaratan kualitas semen sesuai dengan Standar Nasional Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Spesifikasi Semen Sesuai SNI 15-7064-2004
Analisis Range
Hilang Pijar (Loss
On Ignition)
Max. 5,0%
F-CaO (Freelime) 0,20 - 0,80% SO3 dan MgO Max. 4,0% dan 6,0%
Kuat tekan (Compressive
3 hari Min. 190 kg/cm2 7 hari Min. 280 kg/cm2
Strength) 28 hari Min. 380 kg/cm2 Kehalusan (Blaine) Min. 2800 cm
2
/g
(Sumber: SNI 15-7064-2004)
Hasil penelitian menunjukkan sebagai berikut:
Uji Hilang Pijar
Gambar 1. Kadar Hilang Pijar Blended Cement
Batas maksimum kadar hilang pijar semen pada SNI 15-7064-2005 yaitu 5,0%.
Gambar 1 menunjukkan bahwa semakin bertambahnya penambahan batu kapur di dalam semen maka kadar hilang pijarnya juga akan bertambah. Oleh karena itu, kandungan hilang pijar dalam blended
cement harus dibatasi karena dapat
menimbulkan keretakan semen (ekspansi) dan dapat menyebabkan kualitas semen menurun.
Uji Kapur Bebas
Gambar 2. Kadar Kapur Bebas Blended
7
Batas maksimum kadar kapur bebas semen pada SNI 15-7064-2005 yaitu 0,2%-0,8%. Pada kode semen tersebut yang memenuhi syarat spesifikasi yaitu CM-404, CM-405, CM-406, CM-407, CM-412, CM-413, CM-414, sedangkan kode semen yang tidak menunjukkan syarat spesifikasi yaitu CM-401, CM-402 dan 403, 408, 409 CM-410,CM-411.
Gambar 2 menunjukkan bahwa semakin bertambahnya penambahan klinker di dalam semen maka kadar kapur bebas juga akan bertambah. Oleh karena itu, kandungan kapur bebas dalam blended
cement harus dibatasi karena dapat
menimbulkan keretakan semen (ekspansi) dan dapat menyebabkan kualitas semen menurun.
Komposisi dengan XRF
Gambar 3. Penetapan Komposisi Kimia Semen
Gambar 3 menunjukan bahwa semakin tinggi penambahan aditif batu kapur blended cement pada kehalusan 4250 cm2/g dan 3850 cm2/g, maka kadar SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, SO₃ yang diperoleh semakin rendah, sedangkan kadar CaO semakin tinggi. Hal ini
disebabkan unsur terbanyak dari batu kapur adalah CaCO3 dimana kandungan CaCO3 didalam batu kapur berkisar antara 80-99%. Disamping itu juga merupakan senyawa yang bereaksi dengan senyawa silika, alumina dan besi yang akan membentuk senyawa potensial penyusun utama semen yaitu C3S dan C2S. Kadar MgO dan SO₃ memenuhi spesifikasi SNI 15 7064-2004.
Kuat Tekan
Gambar 4. Hubungan Kuat Tekan-Blaine-Residu Blended Cement
Gambar 4 menunjukkan bahwa penambahan komposisi optimum aditif batu kapur yaitu 25% untuk semen pada kehalusan semen 4250 cm2/g (kode semen CM-406) dan 20% untuk semen pada kehalusan semen 3850 cm2/g (kode semen CM-412). Kelompok semen pada kehalusan 4250 cm2/g relatif mempunyai kuat tekan yang lebih tinggi dibandingkan dengan semen pada kehalusan 3850 cm2/g. Penambahan batu kapur ke dalam semen memberikan pengaruh terhadap kekuatan semen, nilai kehalusan dan kadar residu.
8
Semakin besar persentase penambahan aditif batu kapur maka kuat tekan semen semakin rendah, nilai kehalusan semen semakin rendah dan kadar residu semen semakin tinggi.
Uji Kehalusan dan Uji Residu
Gambar 5. Nilai Kehalusan Blended
Cement
Uji kehalusan dan uji residu dilakukan untuk mengetahui ukuran partikel dari semen. Gambar 5 menunjukkan bahwa dengan penambahan batu kapur nilai kehalusan semen akan menjadi semakin rendah baik untuk semen pada kehalusan 3850 cm2/g maupun 4250 cm2/g (dari kode semen CM-401 sampai CM-407 dan kode semen CM-408 sampai CM-414). Semakin halus suatu semen, semakin besar luas permukaannya, sehingga air yang diperlukan untuk mencapai konsistensi normal semakin tinggi, reaksi hidrasi dan waktu pengikatan semakin cepat, serta panas hidrasi dan kuat tekan semakin tinggi bila semen terlalu kasar, kuat tekan, plastisitas, dan
kestabilannya akan rendah (Vera, et all., 2000).
Gambar 6. Hubungan Kehalusan dan Residu
Blended Cement
Gambar 6 menunjukkan bahwa dengan penambahan batu kapur kadar residu semen akan menjadi semakin tinggi baik untuk semen pada kehalusan semen 3850 cm2/g maupun 4250 cm2/g. Nilai kehalusan mempengaruhi besarnya nilai residu, semakin besar nilai kehalusan semen maka residunya akan semakin kecil begitu juga sebaliknya.
Optimasi SO3 di Dalam Semen
Tabel 1 Hasil Penetapan Optimasi SO3 di
Dalam Blended Cement
Kehalusan (cm²/g) Batu Kapur (%) SO3 Semen Sebelum Optimasi (%) SO3 Optimum Semen (%) 4250 25 2,60 3,10 3850 20 2,82 3,22
Tabel 1 menunjukkan bahwa kandungan SO3 pada blended cement dengan batu kapur 25% sebesar 2,60% (kehalusan 4250 cm2/g) dan 2,82% (kehalusan 3850 cm2/g). Kandungan SO3
9
di dalam semen dapat mempengaruhi kuat tekan mortar atau beton. SO3 yang optimum di dalam semen untuk kehalusan 4250 cm2/g dan 3850 cm2/g yaitu 3,10% dan 3,22%. Dengan memperhitungkan SO3 yang berasal dari klinker, maka didapat komposisi penambahan gipsum yang optimum di dalam blended cement pada kehalusan 4250 cm2/g dan 3850 cm2/g sebesar 5,23% dan 5,37%.
Komposisi optimum aditif di dalam
blended cement pada kehalusan 3850
cm2/g yaitu 69,63% klinker, 5,37% gipsum, 20% batu kapur dan 5% abu terbang. Komposisi optimum aditif di dalam blended cement pada kehalusan 4250 cm2/g yaitu 64,77% klinker, 5,23% gipsum, 25% batu kapur dan 5% abu terbang.
Kesimpulan
1. Hasil analisis uji sifat fisika dan kimia menunjukkan bahwa semakin besar persentase pemakaian batu kapur di dalam blended cement maka kadar residu dan kadar hilang pijar akan semakin besar serta nilai kehalusan dan nilai kuat tekan akan semakin rendah. Semakin rendah persentase pemakaian klinker di dalam blended cement maka kadar kapur bebas (freelime) semakin rendah.
2. Berdasarkan data analisis komposisi kimia semen menunjukkan bahwa
pengaruh penambahan aditif batu kapur terhadap kualitas komposisi kimia
blended cement yaitu semakin banyak
aditif batu kapur yang ditambahkan pada blended cement maka kualitas komposisi kimia blended cement
semakin rendah.
3. Berdasarkan data analisis kuat tekan semen, kuat tekan tekan semen yang baik apabila nilai kuat tekan selama 3 hari, 7 hari dan 28 hari semakin meningkat. Kuat tekan semen yang tertinggi yaitu nilai kuat tekan pada umur 28 hari.
4. Komposisi optimum aditif di dalam
blended cement pada kehalusan 3850
cm2/g yaitu 69,63% klinker, 5,37% gipsum, 20% batu kapur dan 5% abu terbang. Komposisi optimum aditif di dalam blended cement pada kehalusan 4250 cm2/g yaitu 64,77% klinker, 5,23% gipsum, 25% batu kapur dan 5% abu terbang.
Daftar Pustaka
ASTM C109. 1996. Test Method for
Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars. Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States of
America : ASTM International.
ASTM C150-95a. 1996. Standard Spesification for Portland Cement. Annual Book of ASTM Standard Section
10
4. United States of America : ASTM
International.
ASTM C204-96. 1996. Test Methode for
Fineness of Hydraulic Cement by Air Permeability Apparatus. Annual Book of ASTM Standard Section 4. United
States of America : ASTM
International.
ASTM C430. 1996. Standard Test Method
for Fineness of Hydraulic Cement by The 45 µm ( no 325 ) sieve. Annual Book of ASTM Standard Section 4.
United States of America : ASTM International.
ASTM C114. 1996. Standard Test Method
for Chemical Analysis . Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States
of America : ASTM International. ASTM C563-95. 1996. Standard Test
Method for Optimum SO3 in Hydraulic
Cement Using 24-h Compressive Strength. Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States of
America : ASTM International.
Austin,G. 1984. Shreve’s Chemical
Process Industries. Edisi 6. Singapura
Lea, F.M and Desch. C.H. 1976. The Chemistry of Cement and Concrete. Third Edition. Edward Arnold Ltd. London.
SNI 15-7064-2004. 2004. Semen Portland
Komposit. Jakarta: Badan Standarisasi
Nasional.
Suprapto, B.B.1995. Teknologi Semen. Industrial Relation Divison Training and Development Dept. Citeureup. Vera, Roosyanto, dan Erry.2000. Semen
Portland Bahan Baku Sifat-Sifat dan Pengujian. Industrial Relation Divison
Training and Development Dept. Citeureup.
