TKS 4406
Material Technology I
Semen
(
CEMENT
)
Dr.Eng. Achfas Zacoeb, ST., MT. Department of Civil Engineering Faculty of Engineering University of Brawijaya
Pendahuluan
Semen merupakan bahan bangunan yang dapat digunakan sebagai bahan perekat, pelapis, pembuat beton dan lain-lain.
Sebelum mencapai bentuk seperti sekarang, perekat dan penguat bangunan ini awalnya merupakan hasil percampuran batu kapur dan abu vulkanis.
Pendahuluan
(lanjut) Kata semen sendiri berasal dari caementum (bahasa Latin), yang artinya "memotong menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan".
Pada abad ke-18, John Smeaton (Insinyur asal Inggris) membuat adonan dengan memanfaatkan campuran batu kapur dan tanah liat saat membangun menara suar Eddystone di lepas pantai Cornwall, Inggris.
Pada tahun 1824, Joseph Aspdin, juga insinyur berkebangsaan Inggris, mengurus hak paten ramuan yang kemudian dia sebut semen portland.
Pendahuluan
(lanjut) Dinamakan semen Portland karena warna hasil akhir olahannya mirip tanah liat yang ada di pulau Portland, Inggris (hasil rekayasa Aspdin inilah yang sekarang banyak dijual di toko-toko bangunan).
Bahan Baku
Batu Kapur
Tanah Liat
Pasir Besi dan Silikat
Gipsum
Batu kapur
Batu kapur merupakan Komponen yang banyak mengandung CaCO3 dengan sedikit tanah liat, Magnesium Karbonat, Alumina Silikat dan senyawa oksida lainnya.
Tanah Liat
Komponen utama pembentuk tanah liat adalah senyawa Alumina Silikat Hidrat
Klasifikasi senyawa alumina silikat berdasarkan kelompok mineral yang dikandungnya :
Kelompok Montmorilonite, meliputi : monmorilosite, beidelite, saponite dan nitronite
Kelompok Kaolin, meliputi : kaolinite, dicnite, nacrite dan halaysite
Kelompok tanah liat beralkali, meliputi : tanah liat mika (ilite)
Pasir Besi dan Silikat
Bahan ini merupakan bahan koreksi pada campuran bahan baku (Raw Mix)
Digunakan sebagai pelengkap komponen kimia esensial yang diperlukan untuk pembuatan semen
Pasir besi digunakan untuk menaikkan kandungan Fe2O3.
Gipsum
(CaSO
4
2 H
2
O)
Berfungsi sebagai bahan retarder atau bahan memperlambat proses pengerasan dari semen.
Hilangnya kristal air pada gipsum menyebabkan hilangnya atau berkurangnya sifat gipsum sebagai retarder.
Semen dapat dibuat dengan 2 cara :
Proses Basah
Proses Kering
Perbedaannya hanya terletak pada proses penggilingan dan homogenisasi.
Proses Pembuatan
(lanjut)
1. Penambangan
Penambangan batu kapur dilakukan dengan cara :
Pengupasan (stripping), membuang lapisan atas tanah
Pengeboran (drilling), membuat lubang dengan bor untuk tempat
Peledakan (blasting), dengan teknik electrical detonation.
1. Penambangan
(lanjut) Penambangan batu silika tidak membutuhkan peledakan karena batuan silika merupakan butiran yang saling lepas dan tidak terikat satu sama lain.
Penambangan dilakukan dengan
menggunakan dozer untuk mendorong batu silika ke tepi tebing dan jatuh di loading area.
Penambangan tanah liat dilakukan dengan pengerukan pada lapisan permukaan tanah dengan excavator yang diawali dengan pembuatan jalan dengan sistem selokan selang-seling (interval drain).
1. Penambangan
(lanjut)Pemecahan bahan hasil penambangan menjadi ukuran yang lebih kecil
dengan menggunakan
crusher (mesin pemecah).
Batu kapur dari ukuran < 1 m → < 50 mm
Batu silika dari ukuran < 40 cm→ < 200 mm
Bahan mentah ditransportasikan dari area penambangan ke lokasi pabrik untuk diproses lebih lanjut dengan menggunakan ban berjalan (belt conveyor).
3. Pengangkutan
(conveying)Proses Basah
Penggilingan dilakukan dalam raw mill dengan penambahan sejumlah air, kemudian dihasilkan slurry
dengan kadar air 34-38 %.
Material-material ditambah air diumpankan ke dalam
raw mill.
4. Penggilingan
(milling) Karena adanya putaran, material akan bergerak dari satu ruang ke ruang berikutnya.
Proses Kering
Terjadi di Duodan mill yang terdiri dari Drying Chamber, Compartment 1 dan Compartment 2.
Bahan baku dimasukkan bersamaan dengan dialirkannnya gas panas yang berasal dari suspension pre heater dan menara pendingin.
4. Penggilingan
(lanjut) Pada ruang pengering terdapat filter
untuk mengangkut dan menaburkan
raw material sehingga gas panas dapat berkontaminasi secara merata agar efisiensi dapat tercapai.
Terjadi pemisahan material kasar dan halus dalam separator.
Proses Basah, slurry dicampur di mixing basin, kemudian slurry dilairkan ke tabung koreksi (proses pengoreksian).
Proses Kering, terjadi di blending silo dengan sistem aliran corong.
Pembakaran untuk pembetukan clinker terjadi di dalam kiln.
Kiln adalah alat berbentuk tabung yang di dalamnya terdapat semburan api.
6. Pembakaran
Kiln digunakan untuk memaksimalkan efisiensi dari perpindahan panas yang berasal dari bahan bakar.
Pembentukan Klinker
Proses yang terjadi di dalam kiln :
Pengeringan slurry
Pemanasan awal
Kalsinasi
Pemijaran
Pendinginan
Pengeringan
Slurry
Terjadi pada daerah 1/3 panjang kiln dari inlet pada temperatur 100 – 500OC, sehingga
terjadi pelepasan air bebas dan air terikat untuk mendapatkan padatan tanah kering.
Terjadi pada daerah 1/3 setelah panjang kiln dari inlet. Selama pemanasan tidak terjadi perubahan berat dari material tetapi hanya peningkatan suhu yaitu sekitar 600OC dengan
menggunakan pre heater.
Penguraian kalsium karbonat menjadi senyawa-senyawa penyusunnya pada suhu 600OC.
Reaksi kimia yang terjadi : CaCO3→ CaO + CO2 MgCO3 → MgO + CO2
Kalsinasi
Reaksi antara oksida-oksida yang terdapat dalam material yang membentuk senyawa hidrolisis yaitu C4A, C3A dan C2S pada suhu 1450OC membentuk clinker.
Terjadi pendinginan klinker secara mendadak dengan aliran udara, sehingga klinker berukuran 1150 - 1250 gr/liter.
klinker yang keluar dari cooler bersuhu 150
– 250OC.
Pendinginan
Klinker kasar yang dihasilkan akan jatuh kedalam penggilingan untuk dihaluskan. Kemudian dengan drag chain, klinker yang telah dihaluskan diangkut menuju silo klinker atau langsung ke proses cement mill untuk diproses lebih lanjut menjadi semen.
Merupakan proses penggilingan akhir dimana terjadi penghalusan klinker ditambah dengan 5 % gipsum alami atau sintetik. Secara umum proses ini dapat dibagi menjadi 3 tahapan :
Penggilingan klinker
Pencampuran
Pendinginan
Cement Mill
Keuntungan dan
Kerugian Proses Basah
KEUNTUNGAN
Kadar alkalisis,klorida,dan sulfat tidak menimbulkan gangguan penyempitan dalam saluran material masuk kiln.
Deposit yang tidak homogen tidak berpengaruh karena mudah untuk mencampur dan mengoreksinya.
Pencampuran dan koreksi slurry lebih mudah karena memerlukan banyak panas, sehingga konsumsi bahan bakar lebih banyak
KEUNTUNGAN
Rata-rata kapasitas kiln lebih besar
Fluktuasi kadar air menganggu operasi, karena material lengket di
inlet kiln
Terjadi penebalan atau penyempitan pada saluran pipa kiln.
Keuntungan dan
Kerugian Proses Kering
Polution Controlling Device
Polusi yang dihasilkan berupa polusi udara dalam bentuk :
Debu
Sisa pembakaran tidak sempurna (CO)
Pemisahan debu :
Filtrasi (Fabric Filter)
Electrostatic (Precipitator)
CO
Hasil Akhir
Semen Portland (PC)
Semen Portland Pozzolan (PPC)
Semen campuran yang menggunakan pozzolan sebagai bahan tambah pada campuran terak dan gips dalam proses penggilingan akhir.
Sesuai untuk pengecoran beton massa, dam, irigasi, bangunan tepi laut atau rawa, yang memerlukan ketahanan sulfat dan panas hidrasi sedang.
Jenis-Jenis Semen
1. Sement Portland
b. Semen Portland Type II (Moderate Heat Cement), dipakai untuk keperluan beton yang memerlukan ketahanan sulfat atau panas hidrasi sedang. Biasanya semen ini digunakan untuk bangunan pinggir laut (pelabuhan), aliran irigasi, landasan jembatan, bangunan di bekas tanah rawa, beton massa untuk dam dan bendungan.
Jenis-Jenis Semen
(lanjut)c. Semen Portland Type III (High Early Strength Cement), dipakai untuk konstruksi bangunan yang memerlukan kekuatan tekan tinggi pada fase permulaan setelah pengikatan terjadi. Biasanya digunakan untuk daerah yang bersuhu dingin, bangunan bertingkat, dan bangunan dalam air yang tidak memerlukan ketahanan terhadap sulfat.
d. Semen Portland Type IV (Low Heat Cement), penggunaanya memerlukan panas hidrasi rendah karena mengandung C4A dan C2S lebih banyak. Pengerasan dan perkembangan kekuatanya lambat, digunakan untuk bangunan di daerah panas, pembuatan beton atau konstruksi berdimensi tebal.
Jenis-Jenis Semen
(lanjut)e. Semen Portland Type V (Sulfate Resistance Cement), semen portland dengan daya tahan sulfat yang tinggi termasuk tahan terhadap larutan garam sulfat dalam air. Digunakan untuk bangunan yang berhubungan dengan air laut, air buangan industri, bangunan yang pengaruh gas atau uap kimia yang agresif
2. Oil Well Cement (OWC) Class G-HSR OWC atau semen sumur minyak digunakan
untuk pembuatan lapisan sumur minyak yang dalam dan untuk menyumbat sumur setelah dibor. Semen ini terbagi menjadi tiga kelas (class), yaitu class A, B, C dan G.
Jenis-Jenis Semen
(lanjut)1. Class A, digunakan untuk kedalaman 1830 m. 2. Class B, digunakan untuk kedalaman 1830 m,
dengan ketahanan terhadap sulfat tingkat menengah dan tinggi.
3. Class C, untuk kedalaman 1830 m, dengan
ketahanan awal yang tinggi dan ketahanan sulfat tingkat menengah dan tinggi.
4. Class G, untuk kedalaman 2440 m, sering disebut juga dengan basic OWC karena adanya penembahan aditif sehingga dapat digunakan untuk berbagai kedalaman.
3. Sement Portland Campur (Mixed Portland Cement)
Semen ini sering disebut juga Super Masonry Cement. Digunakan untuk konstruksi ringan, sedang, untuk plesteran, pemasangan bata dan bahan bangunan.
Jenis-Jenis Semen
(lanjut)4. Masonry Cement Type M, S, N
Semen ini terdiri dari campuran Portland atau blended cement dengan bahan plastis (seperti limestone, hydaulic lime) dan bahan lain untuk meningkatkan salah satu karakteristik bahan (material properties).
Tipe N : normal (strong)
5. Semen Portland Putih (White Portland Cement)
Semen portland putih atau WPC dapat digunakan untuk plamir tembok, pembuatan tekel/traso, pemasangan keramik, tegel dan marmer. Semen jenis ini mudah diberi warna sesuai keinginan.
Jenis-Jenis Semen
(lanjut)6. Semen Portland Komposite (Portland Composite Cement)
Penggunaan PCC (Portland Composite Cement) pada umumnya sama dengan Semen Portland Jenis I
PCC mempunyai panas hidrasi yang lebih rendah dibandingkan dengan Semen Portland Jenis I, sehingga pengerjaannya akan lebih mudah dan menghasilkan permukaan beton/plester yang lebih rapat dan lebih halus.
Standard
No. SNI Jenis
SNI 15-0129-2004 Semen portland putih
SNI 15-0302-2004 Semen portland pozolan/ Portland Pozzolan
Cement (PPC)
SNI 15-2049-2004 Semen portland biasa/Ordinary Portland
Cement (OPC)
SNI 15-3500-2004 Semen portland campur
SNI 15-3758-2004 Semen masonry
SNI 15-7064-2004 Semen portland komposit
API Spec 10A Class G-HSR Semen sumur minyak (OWC)