VIISEMEN

INDUSTRI SEMENDEFINISI

Semen merupakan bahan perekat bangunan (batu-batuan) yang bekerja dengan cara mengikat antar material-material bangunan menjadi satu kesatuan padatan yang stabil

Semen merupakan bahan perekat hidrolis yaitu bahan perekat yang daya ikatnya terjadi akibat adanya penambahan air

Semen adalah suatu produk yang diperoleh dari proses pembubukan dan penghancuran (penggilingan) klinker yang penyusun utamanya adalah senyawa-senyawa silikat.

SEJARAH Pada tahun 1824 seorang bangsa Inggris, Joseph Aspdin telah mematenkan hasil penelitiannya mengenai semen dengan cara kalsinasi Argillaceous Limestone (kapur kaya silika)

Dia memberikan nama Portland Cement karena beton yang dibuat dengan semen tersebut mempunyai kesamaan dengan batu untuk gedung yang diperoleh di pulau Portland dekat Inggris, inilah cikal bakal industri Portland Cement di dunia

Klinker adalah komponen yang keras hasil pembakaran campuran tanah liat dan batu kapur, dinamai Semen Portland untuk membedakan dengan semen yang berasal dari alam yaitu puzzolan

Klinker adalah penamaan untuk gabungan komponen produk semen yang belum diberikan tambahan bahan lain untuk memperbaiki sifat semen

Komponen klinker adalah sebagai berikut :

Peranan masing-masing komponen klinker :C2S : memberi efek penguatan seperlunya sampai 28 hari pengerasan semen, dan memberikan efek kekuatan pada saat-saat berikutnyaC3S : memiliki peran penting terhadap penguatan pada saat-saat awal pengerasan semen dan memberikan efek penguatan yang kontinyu pada saat-saat selanjutnya.

C3A : memberikan efek penguatan yang besar pada 28 hari pertama pengerasan semen, namun setelah itu perannya boleh dikatakan tidak ada

C4AF : memberikan efek penguatan yang kecil pada saat-saat awal pengerasan maupun pada saat- saat berikutnya

BAHAN BAKU SEMEN Syarat utama bahan baku semen adalah bahan baku tersebut harus memiliki kandungan kalsium dan silika yang tinggi

Limestone (CaCO3)- Syarat kandungan dalam limestone :CaCO3 (calsit) min. 93%MgCO3 (dolimit) min. 2%lainnya : Al2O3, Fe2O3, SiO2, K2O- Fasa : padat- Kenampakan : putih kekuningan

Clay (Tanah Liat)

-Min: Al2O3, 2SiO2,XH2O - Syarat kandungan :Al2O3minimal 40%SiO2minimal 28%Fe2O3 minimal 8%lainnya : MgO, alkaline (K2O, Na2O), CaO- Kenampakan: hitam keabuan

3. Pasir Silika (SiO2) Kadar SiO2 minimal 80% sedikit kotoran. Pasir Silika dibutuhkan jika kandungan silika dalam clay masih kurang (belum) memenuhi syarat umpan tanur bakar / kiln

4. Pasir Besi (Fe2O3 ) Syarat minimal 70% Fungsi : untuk membantu pelelehan bahan baku di dalam kiln, ditambahkan jika F2O3 dalam kapur dan clay kecil

BAHAN PENDUKUNGRetarder Agentuntuk mengendalikan lamanya waktu pengerasan semen (Setting Time)CaSO4 - GypsumWater Entrainment Agentmisalnya : Resin, Greaseuntuk mencegah terjadinya perubahan volum dari beton akibat pengikatan air oleh komponen-komponen didalam betonDe-Icer Agentuntuk mencegah terjadinya perubahan volum dalam beton akibat terbentuknya es dalam beton (CaCl2)

PRODUK INDUSTRI SEMEN(Portland Cement) Terdapat 5 tipe Portland Cement, yaitu :Regular Portland Cementdipakai untuk bangunan umum

Moderate Heat of Hardening and Sulfate Resistingmerupakan semen yang menimbulkan panas pengerasan (panas hidrasi) yang moderat. Semen ini digunakan untuk bangunan-bangunan yang tahan terhadap sulfat

III. High Early Strength (HES) Cement

Adalah semen dengan rasio limestone terhadap silika lebih besar dari tipe I, dan juga ukuran partikel-partikel semen ini lebih halus dibanding dengan semen tipe I.

Semen ini mengandung C3S yang tinggi, dan karena memiliki ukuran partikel halus maka pengerasan semen lebih cepat dan juga evolusi panas yang lebih cepat. Biasanya dipakai untuk membuat jalan raya.

IV. Low Heat Portland CementSemen ini mengandung C3S dan C3AF yang rendah sehingga evolusi panas lambat.C3S rendah tingkat kekerasan rendahC3AF rendah setting time yang lama

V. Sulphate Resisting Portland CementAdalah semen untuk bangunan-bangunan yang serangan kerusakan oleh asam sulfat tinggi.kandungan C3A rendah C4AF tinggi

Kualitas semen yang bagus pada umumnya memiliki syarat sebagai berikut :Setting time lamaHeat of Hydration rendahTahan terhadap asam sulfat dan alkali

PROSES PEMBUATAN SEMENAda 2 proses pembuatan semen, yaitu :Proses kering (Dry Process)Proses basah (Wet Process)

Proses Kering (Dry Process)

Kondisi umpan untuk kiln (tanur) berupa padatan kering

Bahan baku sebelum masuk kiln hanya mengalami perlakuan : pengecilan ukuran, pengeringan kadar air, dan pencampuran.

Pencampuran dilakukan didalam suatu alat (Crusher and Grinder) dengan bantuan hembusan udara (Pneumatic Pump) sehingga bahan-bahan padat akan bercampur

Keuntungan pembuatan semen dengan proses kering :Memerlukan panas lebih sedikit yaitu 800 1000 Kkal/kg klinker (lebih ekonomis dari segi energi)Ukuran kiln (tanur) lebih pendek Kerugiannya, yaitu :Jumlah debu yang terbentuk lebih banyak harus ada instalasi penangkap debuHomogenitas campuran kurang

Proses Basah (Wet Process)Kondisi umpan masuk kiln (tanur) berupa suspensi / slurry

Bahan baku sebelum masuk kiln dicampur dahulu dengan air, sehingga diperoleh homogenitas yang tinggi

Keuntungan pembuatan semen dengan proses basah :Homogenitas umpan tinggiTingkat polusi debu lebih rendah Kerugiannya, yaitu :Kebutuhan energi di kiln lebih besar (1500-1900 Kkal/kg klinker)Diperlukan unit-unit pencampur untuk membuat Slurry Ukuran kiln lebih panjang L/D = 33 dimana L = 90-180m

Langkah-langkah utama pada proses kering:

Penyiapan bahan baku : Pengurangan kadar air 6% - 0%Pengecilan ukuran bahan baku (Crusher & Grinder)Pencampuran raw material (bahan baku) di mixer (blender) Suspension preheater (Pemanasan awal)Pembentukan klinker di (tanur putar) rotary drier (kiln)

Pendinginan klinkerPenggilingan klinker dan penambahan gypsumPengepakan

Langkah-langkah pada proses basah :Penyiapan bahan baku (pengecilan ukuran)Pembentukan SlurryPembentukan klinkerPendinginan klinkerPenggilingan klinker dan penambahan gypsumPengepakan

Reaksi Pembentukan Klinker CaCO3 + Al2O3.2SiO2.XH2O+ SiO2 +Fe2O3 batu kapur tanah liat

3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 + 4CaO.Al2O3+ Fe2O3 C3S C2SC3A C4AF

500 1200 0C

Kandungan komponen klinker dalam tiap-tiap type

Peristiwa yang terjadi selama pembentukan klinker

Peristiwa yang terjadi selama pembentukan klinker (lanjutan)

Pendinginan Klinker Pendinginan dilakukan dengan tiba-tiba (quenching) dengan udara dingin. Tujuan dilakukan quenching adalah :

Agar diperoleh klinker dengan struktur amorph ( rapuh)Agar diperoleh klinker dengan kandungan C3A yang rendah setting time lamaTemperatur akhir pendinginan 150oC

BLOCK DIAGRAM PROSES BASAH

Pengerasan SemenTerdapat 2 teori, yaitu :Crystalline TheoryGel or Collodial Theory

Namun yang jelas, pengerasan semen terjadi karena hidrasi dan hidrolisa

C3S+XH2OC2S.(X-1)H2O(amorph)+Ca(OH)2

C2S+XH2OC2S.XH2O

C3A+3CaSO4.2H2O+25H2OC3A.3CaSO4.31H2O

C4AF+XH2OC3A.6H2O+CaO.Fe2O3(X-6)H2O

MgO+H2OMg(OH)2

Penjelasan Tahap-Tahap Pembuatan Semen (Proses Kering)Penyiapan bahan bakui) Pengadaan bahan baku dimulai dengan penambangan dan pembersihan bahan-bahan baku terutama batu kapur dan tanah liatii) Pengecilan ukuran bahan bakubongkahan menjadi ukuran 30mmukuran 30mm 70 mikron(raw mill) Pengeringan kadar H2O 1%

2. PencampuranHomogenasi agar bahan-bahan bercampur sempurna dengan pengadukan dengan udara

3. Pemanasan awal (Suspension Preheater)Tujuannya untuk menguapkan uap air yang terkandung dari masing-masing bahan baku mensuspensikan material didalam aliran udara panas

Peristiwa fisik/kimia yang terjadi pada saat pemanasan awal :

a. pada temperatur 100 150oC : penguapan H2O bebas

b. Pada temperatur 400 600oC : penguapan kristal hidrat pada tanah liat Al2O3.SiO2.2H2OAl2O3.2SiO2+H2O

c. Pada temperatur 700 800oC : dekarbonisasi/kalsinasi sebagian garam-garam karbonat CaCO3 (s)CaO(s)+CO2(g) MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)

Pembentukan KlinkerDidalam rotary kiln (kemiringan 4 6o, kecepatan putar 1 4 rpm).

Terbagi dalam 3 zona, yaitu :

a. Zona Kalsinasi (800 1200oC) Kalsinasi lanjutan garam-garam karbonat CaCO3CaO+CO2 MgCO3MgO+CO2b. Zona Transisi (1200 1400oC) Pelelehan mula bahan baku dan reaksi antara kapur dan tanah liat

c. Zona Klinkerisasi (1400 1520oC) Semua bahan meleleh secara sempurna, reaksi-reaksi yang terjadi adalah: 2CaO+SiO22CaO.SiO 3CaO+SiO23CaO.SiO2 3CaO+Al2O33CaO.Al2O3 4CaO+Al2O3+Fe2O34CaO. Al2O3.Fe2O3

Pendinginan Klinker1520 100 : 200oC dengan udara dingin yang keluar dari fanukuran klinker : 3 20mm

Penggilingan KlinkerDitambah gypsum (4 5% dari berat klinker), temperatur dijaga pada 100 120oC(100

Perbedaan Antara Proses Kering dengan Proses Basah

Perbedaan Antara Proses Kering dengan Proses Basah (lanjutan)

Perbedaan Antara Proses Kering dengan Proses Basah (lanjutan)

MEKANISME PEREGANGAN DAN PENGERASAN SEMENProses peregangan dan pengerasan semen dapat diterangkan dengan 2 teori, yaitu :Teori Kristalisasi terjadi pertumbuhan kristal-kristalTeori Gel/Kolodial semen dianggap sebagai larutan jenuh dari senyawa-senyawa yang terhidrasi yang kemudian menggumpal dan membentuk masa yang amorph

Kedua teori diatas mempunyai kesamaan yaitu bahwa mengerasnya semen disebabkan oleh adanya proses hidrasi dan hidrolisa dari komponen-komponen semen

Saat pembuatan adonan semen/betonC3A+6H2OC3A.6H2O (hidrasi) (1)C4AF+nH2OCF(n 6)H2O+C3A.6H2O ... (hidrolisa) (2)kemudian setelah beberapa jam terjadi reaksi :C3S+H2OC2S+Ca(OH)2 (hidrolisa) (3)

Proses PengerasanC3A.6H2O+Ca(OH)2+6H2OC3A.13H2O .(4)C2S+nH2OC2S.nH2O . (5)(reaksi ini mencapai kesempurnaan setelah 1 tahun)

Catatan:

Reaksi (4), yaitu C3A.6H2O+Ca(OH)2+6H2OC3A.13H2O berlangsung dengan cepat, dan jika tidak tersedia cukup Ca(OH)2 yang dihasilkan reaksi (3) (atau hidrasi CaO yang terdapat dalam klinker), maka akan terjadi reaksi :C3A.6H2O+2C2S+7H2OC4A.13H2O+C3S2 (6)C3A.6H2O+C3S2+7H2OC3A.13H2O+2CS .(7)

Terbentuknya C3S dan CS tidak dikehendaki, karena jika kedua senyawa tersebut terhidrasi maka akan terbentuk senyawa-senyawa yang mengakibatkan kekerasan semen rendah

Kondisi tersebut dapat dihindari dengan penambahan gypsum didalam semen untuk menghasilkan reaksi berikut :C3A.6H2O+3CaSO4.2H2O+19H2OC3A.3CaSO4.31H2O(8) Dengan adanya reaksi (8), maka reaksi (6) dan (7) dapat dicegah dengan mengkonversi C3A.6H2O

SELESAI