BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.6. Sifat-Sifat Semen
2.6.1. Sifat Kimia Semen
Sifat kimia semen di sini meliputi pembahasan tentang komposisi zat-zat yang ada di dalam semen, reaksi-reaksi yang terjadi, dan perubahan-perubahan yang terjadi jika air ditambahkan ke dalam semen. Sifat kimia semen menurut (Deolalkar, 2007; Taylor, 1997) antara lain:
1. Hidrasi Semen
Semen yang bercampur dengan air akan menimbulkan reaksi antara komponen semen dengan air, suatu reaksi yang disebut reaksi hidrasi. Faktor- faktor yang mempengaruhi reaksi hidrasi adalah kehalusan semen, kadar air, suhu dan komposisi kimia. Jika kandungan gypsum pada semen terlalu tinggi maka jumlah lapisan pelindung C3A akan bertambah dan waktu pemeraman akan lebih lama. Kelebihan SO3 menyebabkan pemuaian sulfat yang menyebabkan keretakan pada beton. Kadar SO3 maksimum pada semen adalah 1,6 - 3%. Bahan kimia dalam semen bereaksi dengan air dan membentuk menjadi senyawa baru pengikat hidrasi.
Hidrasi Kalsium Silikat (C3S dan C2S)
Reaksi hidrasi C3S dan C2S dengan air akan membentuk kalsium hidroksida Ca(OH)2 dan kalsium silikat terhidrasi (3CaO.2SiO2.3H2O) yang bersifat sangat basa. Kalsium Silikat Hidrat adalah kristal padat yang sering disebut Tobermotie gel. Jika terdapat Ca(OH)2, pasta semen memiliki pH 13. Reaksi:
2(3CaO.SiO2)(s) + 6H2O(l) → 3CaO.2SiO2.3H2O(s) 3Ca(OH)2(s)
2(2CaO.SiO2)(s) + 4H2O(l) → 3CaO.2SiO2.3H2O(s) + Ca(OH)2(s)
Hidrasi Trikalsium Aluminat (C3A)
Reaksi hidrasi C3A terjadi begitu cepat sehingga mortar semen cepat mengeras, yang disebut pengerasan palsu. Pengerasan semen dapat dihindari dengan menambahkan gipsum (CaSO4.2H2O) pada klinker semen. Reaksi hidrasi C3A membentuk kalsium aluminat hidrat yang kristalnya berbentuk kubus.
Hidrasi C3A tanpa gypsum
3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O
Hidrasi C3A dengan gypsum
3CaO.Al2O3+3CaSO4+32H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
Hidrasi Tetrakalsium aluminoferrit (C4AF)
Pada tahap pertama, C4AF bereaksi dengan kalsium hidroksida membentuk kalsium aluminate hydrate dan kalsium ferrit hydrate dengan kristal berbentuk jarum. Pada langkah selanjutnya, C4AF
bereaksi dengan gypsum membentuk calcium sulfoaluminate ferrite hydrate. Reaksi :
4CaO.Al2O3.Fe2O3(s)+2Ca(OH)2(s)+4H2O(l)→3CaO.Al2O3.3H2O(s)+3CaO.Fe2O3.3H2O(s)
Laju hidrasi akan menentukan waktu pengikatan awal dan pengerasan semen. Kecepatan awal harus cukup lambat agar campuran semen dapat dituangkan atau sebaliknya sesuai kebutuhan. Hidrasi semen juga dapat menyebabkan kualitas semen menjadi buruk, khususnya adanya senyawa kalsium bebas yang tidak muncul selama pembakaran sehingga dapat menyebabkan pengeroposan pada hasil akhir semen.
2. Durability
Durability merupakan ketahanan semen terhadap senyawa kimia khususnya senyawa sulfat. Senyawa sulfat banyak ditemukan pada air laut dan air tanah.
Senyawa ini menyerang beton dan menyebabkan pemuaian volume serta retaknya beton. Kandungan C3A merupakan komponen semen yang bereaksi paling reaktif dengan senyawa sulfat dalam air dan membentuk hidrat kalsium sulfoluminat (3CaO.Al2O3.3CaSO4.3H2O) yang tinggi. Semen untuk pelabuhan mempunyai ciri khusus yaitu mempunyai kandungan C3A yang rendah.
3. Free lime (Kapur bebas)
Free lime adalah kapur (CaO) yang tidak bereaksi pada saat pembentukan terak. Kandungan CaO dalam semen dibatasi maksimal 1%. Kapur bebas dalam klinker juga harus dibatasi kurang dari 1,5%. Kadar kapur bebas yang tinggi menyebabkan beton mempunyai kuat tekan yang rendah (akibat pemuaian kapur bebas) membentuk gel yang mengembang (swelling) bila basah sehingga dapat menimbulkan keretakan pada beton.
4. Los on Ignition (LOI)
LOI adalah hilangnya mineral tertentu karena inkubasi. Senyawa yang hilang selama inkubasi adalah air dan CaO. Kristal-kristal tersebut mudah terurai dan berubah bentuk seiring waktu, yang dapat merusak beton setelah beberapa tahun. Oleh karena itu, kadar LOI harus diketahui terlebih dahulu untuk menghindari penguraian mineral dalam jumlah besar.
5. Kandungan Alkali dalam Semen
Kandungan alkali (Na2O dan K2O) pada semen bermanfaat antara lain mengatur pelepasan alkali selama hidrasi dan berupa senyawa alkali sulfat yang dapat meningkatkan kekuatan awal semen (±10% dalam 28 hari). Namun kandungan alkali dalam semen dibatasi <0,6% (dalam bentuk Na2O) karena kandungan alkali yang tinggi dapat menyebabkan ekspansi alkali. Alkali bereaksi dengan agregat dalam campuran beton. Alkali mudah bereaksi dengan agregat-agregat tertentu yang terdapat dalam campuran beton seperti tanah liat dan silika.
2.6.2. Sifat Fisika Semen
Menurut (Kohlhaas & Labahn, 1983), sifat fisika semen adalah sebagai berikut:
1. Kehalusan (Fineness)
Kehalusan semen, disebut juga kehalusan semen, dinyatakan dalam cm2/gr atau m2/kg dan bergantung pada derajat penggilingan. Kehalusan sangat mempengaruhi laju hidrasi semen, semakin tinggi kehalusan maka semakin besar pula laju hidrasi semen. Sekitar 85 hingga 95% partikel semen berukuran kurang dari 45 mikron. Semen dengan distribusi ukuran partikel yang lebih halus akan memberikan laju reaksi yang lebih cepat atau dengan kata lain mempercepat tercapainya kekuatan pasta semen yang diinginkan.
2. Waktu Pengikatan (Setting Time)
Setting time ditentukan bila pasta semen telah mengalami setting (yang telah mengental) dan hardening (yang telah mengeras) selama beberapa jam.
C3A akan bereaksi paling cepat menghasilkan CAH berbentuk gel dan bersifat kaku, tetapi CAH akan bereaksi dengan gypsum membentuk ettringite yang akan membungkus permukaan CAH dan C3A sehingga reaksi C3A akan dihalangi dan proses setting akan dicegah. Namun demikian lapisan ettringite tersebut karena adanya fenomena osmosis akan pecah dan reaksi hidrasi C3A akan terjadi lagi, tetapi segera pula akan terbentuk ettringite yang baru kembali. Proses ini akan menghasilkan setting time. Semakin banyak ettringite yang terbentuk setting time dan ini diperoleh dengan adanya gypsum. Setting pasta semen Portland disebabkan oleh pembentukan struktur yang dihasilkan oleh hidrasi mineral clinker terutama C3S dan C3A kecepatan reaksi C3A sangat cepat dengan air.
3. Kelenturan (Soundness)
Soundness adalah pemuaian semen yang disebabkan oleh kapur bebas atau magnesium. Hidrasi terjadi ketika semen bereaksi dengan air sehingga menyebabkannya mengeras. Kelenturan digunakan untuk mengontrol agar tidak terjadi pemuaian atau kontraksi yang merusak struktur. Untuk semen biasa, kandungannya dibatasi masing-masing MgO maksimal 5%, SO3 maksimal 3,5%, alkalinitas total maksimal 0,6%, dan free lime (CaO bebas) maksimal 1%. Soundness merupakan kemampuan untuk mempertahankan volume mortar semen setelah pengerasan. Kekuatan berkurang berarti beton cenderung memuai, hal ini disebabkan tingginya kandungan kapur bebas (>2%) dan magnesium (>2%).
4. Kekuatan Tekan
Kuat tekan atau kuat tekan merupakan suatu sifat yang mewakili kemampuan semen dalam menahan beban tekan. Kuat tekan semen sangat dipengaruhi oleh komponen kimia semen yaitu C3S dan C2S. Komponen C3S memberikan kuat tekan awal pada semen sedangkan komponen C2S mempengaruhi kuat tekan akhir semen. Sedangkan komponen C3A dan C4AF tidak terlalu berpengaruh (komponen C3A mempengaruhi kecepatan pengerasan semen dan C4AF mempengaruhi warna semen). Kuat tekan semen sangat dipengaruhi oleh jenis komposisi semen dan kehalusan semen. Semakin halus ukuran butiran semen maka kuat tekannya semakin tinggi. Kuat tekan semen Portland adalah 2,03 MPa pada metode water curing dan 2,03 MPa pada metode dry curing.
5. False Set
False set adalah fenomena pengerasan cepat (abnormal premature setting) yang terjadi beberapa menit setelah penambahan air. Standar mutu dari false set adalah >58%, Jika lebih rendah dari baku mutu tersebut maka semen akan cepat mengeras bila ditambahkan air. Penyebab salah set adalah:
a. Dehidrasi Gypsum, terjadi ketika gypsum ditambahkan ke klinker pada suhu yang terlalu panas, gypsum berubah menjadi gypsum semi terhidrasi atau anhidrat, bila dicampur dan diaduk dengan air akan membentuk gypsum kembali dan campurannya menjadi kaku atau mengeras.
b. Reaksi alkali selama penyimpanan dengan karbonat. Alkali karbonat bereaksi dengan Ca(OH)2 kemudian mengendap dan menyebabkan adonan mengeras.
c. C3S bereaksi dengan udara pada kelembaban yang tinggi dan pada penambahan air terjadi reaksi yang sangat cepat sehingga menimbulkan false set
6. Pengembangan Volume
Sifat ini menyebabkan kemampuan semen mengeras dan mengembang volumenya setelah bereaksi dengan air. Kurangnya pengembangan volume semen disebabkan oleh tingginya jumlah CaO dan MgO bebas. Alat pengembangan volume adalah autoclave.