BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Semen - repository.ump.ac.idrepository.ump.ac.id/2229/3/BAB II_IKHSAN...

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Semen

Semen adalah perekat hidraulis bahan bangunan, artinya akan jadi perekat

bila bercampur dengan air. Bahan dasar semen pada umumnya ada 3 macam yaitu

clinker / terak semen (70% hingga 95%, merupakan hasil olahan pembakaran batu

kapur, pasir silika, pasir besi dan tanah liat), gypsum (sekitar 5%, sebagai zat

pelambat pengerasan) dan material ketiga seperti batu kapur, pozzolan, abu

terbang (fly ash), dan lain-lain. Jika unsur ketiga tersebut tidak lebih dari sekitar 3

% umumnya masih memenuhi kualitas OPC (Ordinary Portland Cement). Namun

bila kandungan material ketiga lebih tinggi hingga sekitar 25% maksimum, maka

semen tersebut akan berganti tipe menjadi PCC (Portland Composite Cement).

2.1.1 Jenis Semen Berdasarkan Aplikasinya

Berdasarkan aplikasinya, semen dibedakan menjadi beberapa tipe, yaitu

sebagai berikut :

1. Portland Cement Type I (Ordinary Portland Cement)

Semen portland tipe I merupakan jenis semen yang paling banyak

dibutuhkan oleh masyarakat luas dan dapat digunakan untuk seluruh aplikasi yang

tidak membutuhkan persyaratan khusus. Contohnya, ketika pemilik rumah atau

tukang batu yang sedang mengerjakan proyek atau merenovasi rumah tinggal

Pengaruh Penambahan Fly…, Ikhsan Sefri Priambodo, Fakultas Teknik UMP, 2016

7

akan membeli semen di toko bangunan, mereka hanya menyebut semen, tanpa

menyebut jenis semen apa yang seharusnya digunakan atau cocok dengan

lingkungan pemukiman mereka berada. antara lain bangunan, perumahan, gedung

– gedung bertingkat, jembatan, landasan pacu dan jalan raya.

Standarisasi mutu OPC diatur dalam standar Indonesia SNI 15-2049-2004

standar Amerika ASTM C 150-04a dan standar Eropa EN 197-1:2000

Ordinary Portland Cement adalah Semen Portland yang dipakai untuk

segala macam kontruksi apabila tidak diperlukan sifat–sifat khusus, misalnya

ketahanan terhadap sulfat, panas hidrasi, dan sebagainya.

Ordinary Portland Cement mempunyai kandungan senyawa utama kurang

lebihnya seperti pada tabel di bawah ini.

2. Portland Cement Type II (Moderate Sulfat Resistance)

Semen Portland Tipe II merupakan semen dengan panas hidrasi sedang

atau di bawah semen Portland Tipe I serta tahan terhadap sulfat. Semen ini cocok

digunakan untuk daerah yang memiliki cuaca dengan suhu yang cukup tinggi serta

Tabel 2.1 Komposisi Senyawa Utama Semen Portland

(S. Mindesss, Francis Y. dan D. Darwin,2003)


8

pada struktur drainase. Semen Portland tipe II ini disarankan untuk dipakai pada

bangunan seperti bendungan, dermaga dan landasan berat yang ditandai adanya

kolom-kolom dan dimana proses hidrasi rendah juga merupakan pertimbangan

utama.

3. Portland Cement Type III (High Early Strength Portland Cement)

Jenis ini memperoleh kekuatan besar dalam waktu singkat, sehingga dapat

digunakan untuk perbaikan bangunan beton yang perlu segera digunakan atau

yang acuannya perlu segera dilepas. Selain itu juga dapat dipergunakan pada

daerah yang memiliki temperatur rendah, terutama pada daerah yang mempunyai

musim dingin. Kegunaan pembuatan jalan beton, landasan lapangan udara,

bangunan tingkat tinggi, bangunan dalam air yang tidak memerlukan ketahanan

terhadap sulfat

4. Portland Cement Type IV (Low Heat Of Hydration)

Tipe semen dengan panas hidrasi rendah.Semen tipe ini digunakan untuk

keperluan konstruksi yang memerlukan jumlah dan kenaikan panas harus

diminimalkan. Oleh karena itu semen jenis ini akan memperoleh tingkat kuat

beton dengan lebih lambat ketimbang Portland tipe I. Tipe semen seperti ini

digunakan untuk struktur beton masif seperti dam dengan gravitasi besar dimana

kenaikan temperatur akibat panas yang dihasilkan selama proses curing

merupakan faktor kritis. Cocok digunakan untuk daerah yang bersuhu panas.

5. Portland Cement Type V (Sulfat Resistance Cement)

Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan tinggi

terhadap sulfat. Cocok digunakan untuk pembuatan beton pada daerah yang tanah


9

dan airnya mempunyai kandungan garam sulfat tinggi. Sangat cocok untuk

instalasi pengolahan limbah pabrik, konstruksi dalam air, jembatan, terowongan,

pelabuhan,dan pembangkit tenaga nuklir.

2.1.2 Jenis Semen Berdasarkan Proses Produksinya

1. Semen Portland Pozolan (SPP) / Portland Pozzolan Cement

Semen ini merupakan hasil dari semen Portland di tambah dengan

pozzolan dengan proporsi sekitar 10-30%. Nama lain dari semen ini Traz Portland

Cement, semen ini sering dipakai di Negara Jerman. Tras yang di gunakan adalah

Tras Andernach.

2. Semen Putih

Campuran semen ini memiliki kadar Fe2O3-nya rendah, karna warna abu-

abu pada semen portland disebabkan oleh serbuk besi. Semen ini dibuat dari batu

kapur dan tanah liat putih (kaolin), kadar Fe2O3 tidak boleh lebih dari 1,5%.

Pengolahannya sama dengan pengolahan semen biasa, tapi tidak menggunakan

alat-alat yang mengandung besi.

3. Mansory cement

Semen ini berfungsi untuk pasangan tembok dan plasteran. Semen ini

dibuat dari semen Portland dan di campur dengan hasil gilingan batu kapur.

Namun, semen tipe I lebih baik dibandingkan dengan semen ini.

4. Semen Sumur Minyak (Oil Well Cement)

Berfungsi untuk menyemen pipa pengeboran minyak, melapisi bocoran air

atau gas. Semen ini di pakai dalam bentuk bubur cair yang di pompakan dengan


10

tekanan tinggi yang mencapai 1200 kg/cm2 dengan suhu rata-rata lebih dari

170°C dalam keadaan belum mengeras.

5. Hidropobic cement

Hidrophobic cement adalah klinker yang di giling dengan tambahan asam

oleat atau asam streat.

6. Waterproofed cement

Semen yang digunakan di Inggris yang terbuat dari semen Portland yang

ditambahkan calsium, aluminium, atau serat logam lainnya.

7. Semen alumina

Semen alumina tebuat dari batu kapur dicampur dengan bauksit dengan

kadar campuran 60-70% (batu kapur), dan 30-40% (bauksit). Campuran dibakar

pada suhu 1600oC dalam tungku listrik sampai cair, kemudian hasil pembakaran

tadi di tambahkan gips.

8. Portland Composite Cement ( PCC)

Semen PCC memiliki syarat kualitas yang tercantum dalam SNI 15-7064-

2004. Semen ini dapat digunakan secara luas untuk konstruksi umum pada semua

beton, struktur bangunan bertingkat, struktur jembatan, struktur jalan beton, bahan

bangunan, beton pra tekan dan pra cetak, pasangan bata, plesteran dan acian,

panel beton, paving block, hollow brick, batako, genteng, potongan ubin, lebih

mudah dikerjakan, suhu beton lebih rendah sehingga tidak mudah retak, lebih

tahan terhadap sulfat, lebih kedap air dan permukaan acian lebih halus.


11

9. Super Portland Pozzolan Cement (SPPC)

Semen jenis ini memenuhi persyaratan mutu semen Portland Pozzoland

SNI 15-0302-2004 dan ASTM C 595 M-05 s. Penggunaannya biasanya pada

konstruksi beton untuk bendungan, dam dan irigasi, beton yang digunakan di area

dengan serangan sulfat seperti bangunan tepi pantai dan di rawa, bangunan yang

kekedapannya harus tinggi serta pasangan dan plesteran.

2.1.3 Semen PCC (Portland Composite Cement)

Semen PCC memiliki spesifikasi sesuai standar Indonesia SNI 15-7064-

2004 dan standar Eropa EN 197-1:2000 (42.5 N & 42.5 R) serta standar Amerika

ASTM C 595-03.

PCC (Portland Composite Cement) digunakan untuk bangunan-bangunan

pada umumnya, sama dengan penggunaan Semen OPC dengan kuat tekan yang

sama. PCC mempunyai panas hidrasi yang lebih rendah selama proses

pendinginan dibandingkan dengan Semen Portland OPC, sehingga pengerjaannya

akan lebih mudah dan menghasilkan permukaan beton/plester yang lebih rapat

dan lebih halus.

Semen PCC merupakan bahan pengikat hidrolis hasil penggilingan

bersama-sama klinker semen Portland dan gipsum dengan satu atau lebih bahan

anorganik. Bahan anorganik tersebut antara lain terak tanur tinggi (blast furnace

slag), pozolan, senyawa silikat, dengan kadar total bahan anorganik 6 % – 35 %.

Jadi, berdasrkan keterangan di atas kalau kita hanya butuh semen untuk

bangunan biasa dengan lantai tidak terlalu tinggi serta bukan untuk tiang dan


12

balok beton, tipe PCC barangkali cukup memadai. Namun untuk yang

memerlukan kekuatan tinggi sebaiknya pakai OPC. Plesteran dan pasangan bata

bisa memakai PCC sedang tiang, balok dan lantai coran sebaiknya pakai OPC

Tipe I. Yang jelas dengan memakai PCC berarti pula menghemat sumber daya

alam dan energi karena dalam proses produksinya kebutuhan energi lebih

rendahdari OPC.

Dalam SNI 15-7064-2004 tercantum syarat kimia yang harus dimiliki

semen PCC adalah kandungan SO3 yang tidak lebih dari 4 %.

Sedangkan standar kualitas fisika yang harus dimiliki oleh produk semen

type I PCC sesuai SNI 15-7064-2004 dapat dilihat pada Tabel 2.2 berikut.

Tabel 2.2 Standar kualitas semen PCC Tipe 1 (SNI 15-7064-2004)


13

2.1.4 Bahan Baku Semen

Pada prinsipnya bahan baku utama dalam proses pembuatan semen hanya

ada 2 yaitu batu kapur dan tanah liat sebab semua senyawa – senyawa utama

dalam semen berasal dari kedua bahan tersebut. Bila digunakan bahan lainnya,

maka bahan tersebut hanya sebagai bahan pengoreksi komposisi saja

Batu Kapur

Batu Kapur merupakan sumber utama senyawa Kalsium. Batu kapur

murni umumnya merupakan kalsit atau aragonit yang secara kimia keduanya

dinamakan CaCO3. Senyawa Karbonat dan Magnesium dalam batu Kapur

umumnya berupa dolomite (CaMg(CO3)2. Dalam proses pembuatan Semen,

CaCO3 akan berubah menjadi oksida Kalsium (CaO) dan dolomite berubah bentuk

menjadi kristal oksida magnesium (MgO) bebas / Periclase yang dapat

merendahkan mutu semen yang dihasilkan, sebab jika jumlah MgO bebas

melebihi 5% (berdasarkan SNI No. 15-2049 tahun 2004) maka bangunan yang

menggunakan semen tersebut hasilnya akan pecah – pecah.

Tanah Liat

Tanah Liat merupakan sumber utama senyawa silikat. Disamping itu, juga

merupakan sumber senyawa – senyawa penting lainnya seperti senyawa besi dan

alumina. Dalam jumlah amat kecil kadang – kadang juga didapati senyawa –

senyawa alkali (Na dan K) yang dapat mempengaruhi mutu semen. Senyawa-

senyawa tersebut diatas dalam tanah liat umumnya terdapat dalam bentuk

kelompok-kelompok mineral, seperti :


14

1. Kelompok kaolomit (Al2O3.2SiO2.2H2O) terdiri dari kaolinit,

dickit,rakit dan alloysit.

2. Kelompok montmorillonit terdiri dari :

a) Montmorillonit (Al2O3.4SiO2.H2O + NH2)

b) Nontronit ( Na0.3Fe3+

2Si3AlO10(OH)2•4(H2O) )

c) Saponit (2MgO. 3SiO2. NH2)

3. Kelompok illit (K2O. MgO. Al2O3. SiO2)

Selain mineral-mineral tersebut diatas, dalam tanah liat sering dijumpai

juga SiO2 bebas dalam bentuk kuarsa, kalsit, pirit dan lemonit.

Bahan Baku Korektif

Bahan Baku korektif adalah bahan baku yang dipakai hanya apabila pada

pencampuran bahan baku utama komposisi oksida – oksidanya belum memenuhi

persyaratan secara kualitatif dan kuantitatif.

Pada umumnya, bahan baku korektif yang digunakan mengandung oksida

silika, oksida alumina dan oksida yang diperoleh dari pasir Silika (Sand), Tanah

Liat (Clay), dan Pasir Besi/Iron ore/ pyrite cinder. Misalnya, kekurangan :

1. CaO : bisa ditambahkan limestone, Marble (90% CaCO3)

2. Al2O3 : bisa ditambahkan tanah liat

3. SiO2 : bisa ditambahkan quartz dan sand

4. Fe2O3 : bisa ditambahkan pasir besi, pyrite

Pasir Silika biasa digunakan sebagai pengoreksi kadar SiO2 yang rendah

dalamtanah liat, sedangkan pasir besi digunakan sebagai pengoreksi kadar Fe2O3

atau pengoreksi perbandingan antara Al2O3 dan Fe2O3.


15

Gypsum juga biasanya ditambahkan sebagai bahan tambahan setelah

terbentuk klinker untuk mengatur waktu ikat / waktu pengerasan dari semen yang

dihasilkan.

2.1.5 Fungsi Senyawa Kimia Dalam Bahan Baku

Jika dinyatakan dalam bentuk oksidanya, ada 8 senyawa kimia penting

yang terdapat dalam bentuk bahan baku. Senyawa kimia tersebut adalah sebagai

berikut :

1. Oksida Kalsium (CaO)

Sumber utama oksida kalsium adalah CaCO3 dalam batu kapur. Dalam

proses semen CaO merupakan oksida terpenting, sebab disamping merupakan

senyawa yang terbesar jumlahnya juga merupakan senyawa bereaksi dengan

senyawa-senyawa silikat, aluminat dan besi membentuk senyawa-potensial

penyusun senyawa semen. CaO dalam batu kapur tidak semuanya berikatan

membentuk mineral potensial biasanya tidak berikatan dengan senyawa lain yang

biasa disebut CaO bebas (free lime).

2. Oksida Silika (SiO2)

Oksida Silika (SiO2) terutama diperoleh dari peruraian mineral-mineral

kelompok montmorillonit yang berasal dari tanah liat. Disamping itu juga SiO2

bebas yang berasal dari pasir silika. Dalam semen, SiO2 selalu terdapat dalam

keadaan berikatan dengan CaO.


16

3. Oksida Alumunium (Al2O3)

Oksida Alumunium (Al2O3) juga terdapat di dalam tanah liat yaitu pada

kelompok mineral nontronik, bersama CaO merupakan oksida pembentuk mineral

potensial kalsium alumina, bersama CaO dan Fe2O3 akan membentuk senyawa

alumina ferri. Al2O3 berperan sebagai fluks (penurunan titik leleh) campuran

bahan-bahan baku.

4. Oksida ferrum (Fe2O3)

Oksida ferrum / besi (Fe2O3) juga terdapat dalam tanah liat yaitu dalam

kelompok mineral kaolonit. Bersama-sama CaO dan Al2O3, Fe2O3 akan bereaksi

membentuk senyawa alumina ferrit. Selain berperan dalam reaksi pembentuk

mineral potensial juga berperan sebagai fluks.

5. Oksida Magnesium (MgO)

Oksida magnesium (MgO) terutama diperoleh dari peruraian dolomite

(CaCO3) kadang-kadang MgO bisa juga berasal dari mineral-mieneral tanah liat.

MgO tidak berfungsi sebagai salah satu mineral potensial sebab dalam proses

pembuatan semen, MgO tidak bereaksi dengan oksida-oksida lainnya. Peranannya

hanya sebagai fluks dan pewarna semen.

6. Oksida alkali (Na2O dan K2O)

Oksida alkali umumnya berasal dari dekomposisi mineral-mineral tanah

liat yaitu kelompok illit dan jumlahnya relative kecil. Oksida alkali bukan

merupakan pembentuk mineral potensial tetapi sebagai fluks saja.


17

7. Oksida belerang (SO3)

Oksida belerang dalam semen terutama diperoleh dari penambahan

senyawa CaSO4.2H2O. Selain itu ada juga SO3 yag berasal dari bahan bakar yang

digunakan dalam proses pembuatan semen. Senyawa oksida belerang sama sekali

tidak berpengaruh dalam pembentukan mineral potensial penyusun semen, tetapi

fungsinya terutama pada pemakaian semen.

8. Oksida Fosfar (P2O5)

Umumnya kandungan P2O5 pada semen tidak lebih dari 0,2%. Adanya

P2O5dapat memperlambat pengerasan semen, karena turunnya kadar C3S dimana

terbentuk P2O5 dan CaO. Kadar P2O5 yang tinggi dapat menyebabkan

unsoundness karena terbentuknya kapur bebas pada P2O5 2,5%.

Sedangkan senyawa – senyawa utama semen (mineral – mineral potensial)

yang menjadi penyusun semen adalah:

1. Trikalsium Silikat (C3S)

Merupakan komponen penentu utama kekuatan awal semen. Hal ini

disebabkan karena selain jumlah yang besar, reaksi hidrasinya juga berlangsung

cepat. Pemuaian C3S lebih kecil dibanding dengan C3A tetapi lebih besar bila

dibanding dengan C4AF. Panas Hidrasi yang ditimbulkan oleh C3S adalah kedua

terbesar setelah C3A.

2. Dikalsium Silikat (C2S)

Merupakan Komponen penentu kekuatan akhir semen. Reaksi Hidrasinya

yang lambat menyebabkan pengembangan kekuatan juga berlangsung lambat,


18

yakni baru terlihat 28 hari setelah pengikatan. Seperti C3S, C2S juga tidak

memberi pengaruh yang berarti pada pemuaian semen. Panas hidrasinya adalah

yang terendah dibandingkan dengan komponen-komponen lainnya.

3. Trikalsium Aluminat (C3A)

Merupakan komponen yang sangat menentukan ketahanan semen terhadap

senyawa-senyawa sulfat. Makin rendah kadar C3A dalam semen, makin tahan

semen terhadap serangan sulfat. Reaksi hidrasi C3A merupakan sumber panas

terbesar diantara reaksi hidrasi senyawa-senyawa lainnya.

4. Tetrakalsium Aluminoferrit (C4AF)

C4AF hampir tidak berpengaruh terhadap kekuatan semen. Panas hidrasi

yasng ditimbulkan C4AF rendah, hanya sekitar 420 joule per gram.C4AF

merupakan komponen yang menentukan warna semen.Nilai C4AF dapat dihitung

menurut persamaan sebagai berikut:

C4AF = 3,043·Fe2O3

Bentuk senyawa dan oksida yang ada dalam partikel semen dapat dilihat

pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Senyawa dan oksida dalam partikel semen

(http://cnx.org/contents/1hULTvih@9/Chemical-Composition-of-Portla)


19

2.1.6 Proses Produksi Semen

Ada beberapa jenis proses produksi semen, yaitu :

1. Proses Basah

Pada proses ini, bahan baku dipecah kemudian dengan menambahkan air

dalam jumlah tertentu serta dicampurkan dengan luluhan tanah liat. Bubur halus

dengan kadar air 25-40% (slurry) dikalsinasi dalam tungku panjang (long rotary

kiln).

2. Proses Semi Basah

Pada proses ini penyediaan umpan tanur hampir sama seperti proses basah.

Hanya saja disini umpan tanur disaring dulu dengan filter press. Filter cake

dengan kadar 15- 25 % digunakan sebagai umpan tanur. Konsumsi panas pada

proses ini sekitar 1000-1200 Kcal / Kg klinker.

3. Proses Semi Kering

Proses ini dikenal sebagai grate process dan merupakan transisi dari

prosess basah dan proses kering dalam produksi semen. Pada proses ini umpan

tanur disemprot dengan air oleh alat yang disebut granulator (pelletizer) untuk

diubah menjadi granular atau nodule dengan kandungan air 10-12 % dan

ukurannya 10-12 mm. Proses ini menggunakan tungku tegak (shaft kiln) atau long

rotary kiln. Konsumsi panasnya sekitar 1000 Kcal / Kg klinker.

4. Proses Kering

Pada proses ini bahan baku diolah (dihancurkan) di dalam Raw Mill

dalam keadaan kering dan halus, dan hasil penggilingan (tepungbaku) dengan


20

kadar air 0,5-1% dikalsinasi dalam rotari kiln. Proses ini menggunakan panas

sekitar 1500-1900 Kcal /Kg kilnker.

Proses yang kini banyak dipakai adalah proses kering karena efisiensi

bahan bakarnya lebih tinggi.

Proses produksi semen yang akan di bahas adalah proses produksi semen

di PT Holcim Indonesia, Tbk. Pabrik Cilacap. Proses manufaktur ini terdiri dari

beberapa tahapan :

1. Penghancuran (crushing) bahan baku

2. Penyimpanan dan pengumpanan bahan baku

3. Penggilingan dan pengeringan bahan baku

4. Pencampuran (blending) dan homegenisasi

5. Pemanasan awal (pre-heating)

6. Pembakaran (firing)

7. Pendinginan (cooling)

8. Penggilingan akhir (finish grinding)


21

Skema proses produksi semen dapat dilihat pada gambar 2.2

Tahap penghancuran / crushing bahan baku yang telah ditambang dari

quarry (area tambang) dilakukan dengan alat berupa hammer crusher (untuk batu

kapur) dan roller crusher (untuk tanah liat) sampai didapatkan ukuran yang lebih

kecil (sekitar 50 mm). Hammer crusher memiliki struktur tipikal seperti

ditunjukkan pada gambar 2.3.

Quarry Stockpile

Raw Mill

Coal Mill

Kiln (Pyro Process)

Ball Mill Finish Grinding

Gambar 2.2 Skema proses produksi semen (CMC 2001)

Gambar 2.3 Bagan alat hammer crusher (CMC 2001)


22

Bahan baku yang telah dihacurkan kemudian dikirim ke area stockpile

untuk penyimpanan. Bahan baku kemudian diumpankan ke dalam penggilingan

dengan takaran tertentu tergantung jenis bahan baku menggunakan alat berupa

weight feeder. Di dalam alat penggiling bahan baku (Raw Mill) yang berupa

vertical roller mill berkapasitas 600 ton per jam bahan baku digiling sampai

menjadi tepung baku sambil dikeringkan menggunakan gas panas untuk

mengurangi kandungan airnya. Tepung baku kemudian disaring dengan alat

berupa cyclone dan electrostatic precipitator dari aliran gas. Bentuk umum alat

penggiling berupa vertical roller mill dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Vertical roller mill dan bagian – bagiannya (CMC 2001)


23

Setelah tersaring, tepung baku kemudian dimasukkan ke dalam blending

silo untuk tahap blending dan homogenisasi agar komposisi kimianya menjadi

seragam. Blending silo merupakan tempat penampungan tepung baku yang terbuat

dari beton berupa silinder berkapasitas 2 x 20.000 Ton.

Dari blending silo, tepung baku dimasukkan ke dalam alat pre-heater

berupa cyclone (co-current heat exchange) dan pre-claciner (counter current heat

exchange) untuk tahap pemanasan awal sebelum masuk ke rotary kiln (tanur

putar). Ada 2 jalur pre-heater yang digunakan yaitu ILC (In Line Calciner) dan

SLC (Separated Line Calciner). Pre-heater dan pre-calciner memanaskan tepung

baku sampai suhu sekitar 800 °C.

Proses selanjutnya yaitu proses pembakaran (firing) tepung baku

dilakukan dalam rotary kiln / tanur putar berkapasitas 8000 ton per hari dengan

diameter 5,6 m dan panjang 84 m.

Rotary kiln terbagi menjadi 4 bagian :

1. Daerah transisi (transition zone)

2. Daerah pembakaran (burning zone)

3. Daerah pelelehan (sintering zone)

4. Daerah pendinginan (cooling zone)

Di dalam rotary kiln terjadi proses kalsinasi hingga 100 % lalu terjadi

proses sintering dan clinkering (pembentukan klinker). Klinker yang keluar dari

rotary kiln memiliki suhu sekitar 1400 °C.

Setelah dibakar di rotary kiln, klinker yang terbentuk kemudian

didinginkan dengan alat pendingin (cooler) yaitu Grate cooler yang memiliki 9


24

kompartemen. Grate cooler terdiri dari plat-plat berlubang yang disusun di atas

batang-batang baja yang digerakkan bolak-balik (reciprocating grate) untuk

membawa klinker yang keluar dari rotary kiln. Dari bawah plate dialirkan udara

dingin untuk menurunkan suhu klinker sampai sekitar 120 °C.Setelah didinginkan,

klinker lalu dikurangi ukurannya dengan hammer crusher agar lebih mudah di

proses. Klinker yang dihasilkan oleh rotary kiln disebut juga terak semen

merupakan bahan setengah jadi dari semen yang masih perlu pengolahan tahap

selanjutnya. Bagan proses di pre-heater dan kiln sampai cooler dapat dilihat pada

gambar 2.5.

Gambar 2.5 Bagan Proses di Pre-heater, Kiln dan Cooler (CMC 2001)


25

Tahap terakhir dari proses produksi semen adalah tahap penggilingan akhir

(finish grinding) untuk menghaluskan material klinker/ terak semen bersama

dengan bahan lain berupa gypsum, additive (berupa limestone, pozzolan atau

bahan lainnya). Peralatan yang digunakan dalam tahap ini yaitu pre-grinding

system berupa vertical roller mill dan ball mill sebagai alat penggiling utama yang

berdiameter 4,8 m dan memiliki panjang 13 m. Skema proses di tahap

penggilingan akhir semen dapat dilihat pada gambar 2.6.

Ball mill yang terdapat di Pabrik Cilacap PT Holcim Indonesia Tbk,

memiliki 2 kompartemen, kompartemen pertama berfungsi untuk menghancurkan

klinker, gypsum dan material additive lainnya (pozzolan). Kompartemen 1

memiliki panjang 4 meter dan berisi bola-bola baja ukuran besar (diameter 50 mm

– 90 mm) dan pada sisi dalamnya ditempeli plat pengaduk / pengangkat (lifting

Gambar 2.6 Skema proses tahap penggilingan akhir semen (CMC 2001)


26

liner) agar bola baja bisa berjatuhan untuk menumbuk material. Sedangkan

kompartemen kedua berfungsi untuk menghaluskan material hasil penggilingan di

kompartemen 1, kompartemen 2 berdimensi panjang 9 meter dan berisi bola - bola

ukuran kecil (diameter 17 – 40 mm). Detail alat Ball mill ditunjukan dalam

gambar 2.7.

Gambar 2.7 Detail ball mill dan unit ball mill di PT Holcim Indonesia Tbk. Pabrik Cilacap

(CMC 2001)


27

Proses penumbukan dalam menggiling material di dalam ball mill

digambarkan dalam gambar 2.8.

Pabrik Cilacap 2 PT Holcim Indonesia Tbk. memiliki 2 unit ball mill yang

masing – masing berkapasitas produksi 210 ton per jam. Operasi penggilingan di

ball mill dikendalikan melalui layar di central control room (CCR). Gambar 2.9

menunjukan layar untuk pengendali operasi penggilingan.

Pada penelitian ini akan dikaji proses penggilingan di tahap akhir / finish

grinding dengan mencampurkan fly ash dengan semen hasil penggilingan ball

mill. Di pabrik, fly ash dicampur dengan semen PPC (Portland pozzolan cement)

pada titik keluar dari ball mill yang kemudian dibawa ke atas oleh bucket elevator

lalu di aduk oleh turbulensi udara di separator sampai menjadi produk semen

PCC (Portland Composite Cement) yang siap dikemas dan dipasarkan. Titik

pencampuran fly ash dalam penggilingan akhir semen ditunjukan pada gambar

2.10.

Gambar 2.8 Proses penggilingan material di dalam ball mill (CMC 2001)


28

Fly ash yang dicampurkan dengan semen PPC sebelumnya dibongkar dari

truk pengangkut lalu di tampung dulu dalam bin berkapasitas 208 Ton (gambar

2.11) dan kemudian ditakar dengan menggunakan weight feeder dengan

Gambar 2.9 Layar pada sistem kendali ball mill di Central Control Room

Gambar 2.10 Layar pada sistem kendali ball mill yang menunjukan titik pencampuran

fly ash dengan semen (lingkaran merah)


29

presentase 6-14 % dari umpan ball mill (gambar 2.12). Layar kendali weight

feeder fly ash ditunjukkan pada gambar 2.13. Presentase ini yang akan dikaji

korelasinya dengan kualitas semen PCC yang dihasilkan.

Gambar 2.11 Proses bongkar fly ash dari truk pengangkut

Gambar 2.12 Weight feeder untuk menakar fly ash sebelum dicampur dengan semen


30

2.2 Fly Ash

Ash atau abu sesuai yang tercantum dalam “Condensed Chemical

Dictionary” adalah serbuk abu yang sangat halus yang dihasilkan dari sisa

pembakaran batubara bubuk. Bentuk fisik fly ash dapat dilihat pada gambar di

bawah ini

Gambar 2.13 Layar kendali weight feeder fly ash

Gambar 2.14 Fly ash (Portland Cement Association)


31

Kecenderungan dewasa ini akibat naiknya harga minyak diesel industri,

maka banyak pembangkit listrik yang beralih menggunakan batubara sebagai

bahan bakar dalam menghasilkan steam (uap). Sisa hasil pembakaran dengan

batubara menghasilkan abu yang disebut dengan fly ash dan bottom ash (5-10%).

Presentase abu (fly ash dan bottom ash) yang dihasilkan adalah fly ash (80%-

90%) bottom ash (10%-20%).Pembakaran batubara akan menghasilkan abu, gas-

gas oksida belerang (SOX), oksida nitrogen (NOX), gas hidrokarbon, karbon

monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2). Proses produksi fly ash di system

boiler dapat dilihat pada gambar 2.15.

Fly Ash merupakan campuran dari senyawa alumina, silika, karbon yang

tidak terbakar dan bermacam-macam oksida logam. Fly ash adalah bagian dari

sisa pembakaran batubara pada boiler pembangkit listrik tenaga uap yang

berbentuk partikel halus amorf dan bersifat pozzolan, berarti abu tersebut dapat

bereaksi dengan kapur pada suhu kamar dengan media air membentuk senyawa

yang bersifat mengikat. Dengan adanya sifat pozzolan tersebut, fly ash

Gambar 2.15 Diagram proses di system furnace yang menghasilkan fly ash

(Portland Cement Association)


32

mempunyai prospek untuk digunakan dalam berbagai keperluan bangunan.

Komponen yang terkandung dalam fly ash bervariasi bergantung pada sumber

batubara yang dibakar, tetapi semua fly ash mengandung SiO2,CaO, MgO dan

secara kimia abu terbang merupakan material oksida anorganik mengandung

silika dan alumina aktif karena sudah melalui proses pembakaran pada suhu

tinggi. Bersifat aktif yaitu dapat bereaksi dengan komponen lain dalam

kompositnya untuk membentuk material baru (mulite) yang tahan suhu tinggi.

Sifat pozzolan fly ash digunakan untuk menghemat penggunaan klinker sehingga

biaya produksi semen bisa dikurangi serta memanfaatkan sisa pembakaran batu

bara bisa agar tidak dibuang langsung ke lingkungan. Partikel fly ash yang

berbentuk spherical ditunjukkan pada gambar 2.16.

Abu terbang atau yang biasa kita sebut dengan fly ash terdiri dari unsur-

unsur silikat dan atau aluminat yang reaktif. Komposisi kimia masing-masing

jenis abu terbang sedikit berbeda dengan komposisi kimia semen. Fly ash

mempunyai prospek untuk digunakan berbagai keperluan bangunan.

Abu terbang sepertinya cukup baik untuk digunakan sebagai bahan ikat

karena bahan penyusun utamanya adalah silikon dioksida (SiO2), alumunium

Gambar 2.16 Tampilan mikrografi partikel fly ash (Portland Cement Association)


33

(Al2O3) dan Ferrum oksida (Fe2O3). Oksida-oksida tersebut dapat bereaksi dengan

kapur bebas yang dilepaskan semen ketika bereaksi dengan air. Clarence (1966:

24) menjelaskan dengan pemakaian abu terbang sebesar 20 – 30% terhadap berat

semen maka jumlah semen akan berkurang secara signifikan dan dapat

menambah kuat tekan beton. Pengurangan jumlah semen akan menurunkan biaya

material sehingga efisiensi dapat ditingkatkan.

Secara fisik sifat-sifat fly ash adalah :

- kehalusannya tinggi

- bentuk butir bulat

- tidak porous

Fly ash juga mengandung racun-racun lingkungan dalam jumlah yang

banyak, termasuk arsenik (43,4 ppm); barium (806 ppm); berilium (5 ppm); boron

(311 ppm); kadmium (3,4 ppm); kromium (136 ppm); krom VI ( 90 ppm); kobalt

(35,9 ppm); tembaga (112 ppm); fluor (29 ppm); mangan (250 ppm); nikel (77,6

ppm); selenium (7,7 ppm); strontium (775 ppm ); talium (9 ppm); vanadium (252

ppm), dan seng (178 ppm)

Dengan sifat dan karakteristik dari fly ash batubara, maka fly ash dapat

digunakan untuk berbagai macam keperluan seperti:

Fly ash clay brick

Konstituen dalam semen Portland

Pengganti semen dalam concrete

Pengganti semen dalam produk concrete

Sebagai pozolan dalam Semen Portland Pozolan


34

Sebagai pozolan dalam stabilisasi tanah (soil stabilization)

Sebagai grouping agent dalam Oil Well Cement

Raw Material untuk ligthweight agregate

Filler dalam aspalt paving

Sebagai pengisi untuk land development atau compacted embankments

Lain-lain, yaitu, absorbent pada oil spilt (silicone-coated), pengganti

lime untuk scrubbing sulfur dari flue gas, sebagai filler dalam plastik,

katalis untuk liquifaction batubara dan lain-lain.

Dalam ASTM C618-96 volume 04.02 fly ash dikategorikan menjadi 3 dan

pembagiannya dapat dilihat dalam tabel 2.3.

2.3 Kehalusan Semen

Penggilingan campuran klinker dan gypsum menjadi partikel halus,

dimaksudkan untuk mendapatkan sifat – sifat semen yang diperlukan atau

disyaratkan. Kehalusan material setelah keluar dari cement mill umumnya

dilakukan dengan memantau luas spesifik permukaan material (spesific surface).

Tabel 2.3 Kategori fly ash dan sifat-sifat kimianya (Ratmaya Urip, 2003)


35

Proses hidrasi dari semen diawali dari permukaan partikel semen, semakin

besar luas permukaan specific dari semen akan meningkatkan kecepatan hidrasi

yang pada akhirnya akan mempercepat proses pengikatan dan pengerasan semen.

Dalam industri semen untuk mempercepat proses hidrasi dan

meningkatkan perkembangan kuat tekan dari produk semen, maka pada umumnya

dilakukan dengan menggiling lebih halus. Cara cara ini biasanya dipilih jika dari

satu macam jenis klinker akan digunakan sebagai bahan dasar untuk pembuatan

semen dengan beberapa klasifikasi kuat tekan, sehingga akan dihasilkan dengan

kehalusan yang berbeda beda.

Namun dengan memprodukasi semen dengan menggrinding ekstra halus

yang bertujuan untuk menaikkan kuat tekan menjadi tidak ekonomis lagi, sebab

dengan semen yang ekstra halus hanya efisien menaikkan kuat tekan pada umur

umur awal saja , sedang energi yang diperlukan untuk mengrinding berkisar ½

dari konsumsi total yang dibutuhkan pabrik semen.

Pengujian Luas permukaan (spesific Surface) dilakukan dengan

menggunakan alat Blaine Air Permeability oleh sebeb itu maka kahalusan semen

lebih dikenal dengan Blaine.

Nilai kehalusan (Blaine) dihitung dari permeability udara terhadap sample

semen yang dipadatkan pada kondisi tertentu. Biasanya hambatan/tahanan

terhadap aliran udara pada sample semen yang dipadatkan tergantung dari

permukaan spesifiknya. Semakin besar nilai hambatannya akan menunjukkan

semakin besarnya luas permukaan spesifik dari semen, demikian pula sebaliknya.


36

Satuan dari kehalusan semen Portland dinyatakan dalam cm2/gram atau

m2/kg. Ini dapat juga diartikan sebagai jumlah luas muka total dibagi dengan

berat sample.

Pengertian dari satuaan blaine cm2/gram adalah setiap gram semen apabila

ditebar diatas permukaan yang rata maka akan membentuk luasan seluas 1 cm

2.4 Kuat Tekan Semen

Kekuatan tekan mortar semen Portland adalah gaya maksimum per satuan

luas yang bekerja ada benda uji mortar semen Portland berbentuk kubus dengan

ukuran tertentu serta berumur tertentu.

Gaya maksimum adalah gaya yang bekerja pada saat benda uji kubus

pecah. Mortar semen Portland adalah campuran antara pasir kwarsa, air suling dan

semen Portland dengan komposisi tertentu. Pasir kwarsa adalah pasir yang

mengandung mineral silika > 90%, serta memenuhi persyartan standar ASTM

No.C 190; 5. Air suling adalah air yang diperoleh dari hasil proses penyulingan

air.

Benda uji yang digunakan berbentuk kubus dengan ukuran sisi 5 cm

dibuat dan mortar campuran semen Portland, pasir kwarsa, dan air suling dengan

komposisi tertentu.

Kuat tekan semen salah satunya ditentukan oleh komponen penyusun,

terutama oleh kalsium silikat. Pada pengembangan kuat tekan awal (misalnya

sampai umur 28 hari), didominasi oleh hidrasi C3S yang didukung oleh C3A.

Untuk C2S dan C4AF akan memberikan kontribusi terhadap kuat tekan untuk


37

umur yang lebih lama. Selain itu yang mempengaruhi pengembangan kuat tekan

adalah kehalusan semen terhadap pengembangan kuat tekan.

Secara umum dapat dikatakan bahwa pengembangan kuat tekan semen

berasal dari pengembangan kuat tekan masing – masing komponen penyusun

semen. Secara statistik, kuat tekan semen dapat diperkirakan dengan mencari

persamaan hubungan antara variabel yang berpengaruh terhadap kuat tekan semen

dengan regresi linear variabel yaitu:

P = a(C3S) + b(C2S) + c(C3A) + d(C4AF) + e(FCaO) + .......

Dengan :

P = kuat tekan

a,b,c,.... = konstanta regresi multi variabel

C3S,C2S,... = Fraksi Komponen

2.5 Hidrasi Semen

Ketika digunakan, semen akan dicampur air dan pada saat itulah terjadi

reaksi hidrasi senyawa dalam semen yang berlangsung ke arah luar dan dalam inti.

Hasil hidrasi mengendap di luar dan di bagian dalam belum mengendap. Produk

hidrasi lalu menyelimuti inti senyawa C3S dan menghalangi masuknya air ke

dalam inti. Lalu air berusaha masuk dengan proases difusi. Selama proses itu tidak

terjadi hidrasi sehingga semen tetap plastis. Setelah beberapa saat air bisa masuk

ke inti dan terjadi hidrasi lagi dan kemudian senyawa hasil hidrasi membentuk

rangkaian senyawa tiga dimensi dan saling melekat secara random untuk mengisi

ruangan yang tadinya diisi air dan menjadi kaku lalu mengeras.


38

Reaksi yang terjadi saat hidrasi semen yaitu :

2C3S + 6H2O ==> C3S2H3 + 3Ca (OH)2 + energi panas

2C2S + 4H2O ==> C3S2H3 + Ca (OH)2 + energi panas

Persenyawaan air dengan semen akan menghasilkan panas yang

mempercepat proses hidrasi namun setelah terjadi pengerasan bagian yang telah

mengeras menyalurkan panas dengan lambat.

2.6 Penelitian Terdahulu

Beberapa penelitian tentang fly ash dan semen telah dilakukan sebelumnya

dan telah dipublikasikan dalam bentuk karya tulis ataupun jurnal. Potensi

penggunaan fly ash untuk material cementitious pelengkap dalam beton sudah

dikenal sejak awal abad 19 (Anon, 1914). Dalam sejarahnya penggunaan fly ash

dalam beton menggunakan fly ash sebanyak 15 – 25% dari berat bahan semen.

Jumlah sebenarnya fly ash yang dicampurkan bervariasi tergantung pada

penggunaannya, sifat fly ash itu sendiri, batasan spesifikasi, lokasi geografis dan

iklim. Level dosis yang lebih tinggi (30 – 50%) telah dipakai pada struktur yang

masif (besar sekali) seperti pada pondasi dan bendungan untuk mengendalikan

kenaikan suhu. Dalam beberapa dekade ini beberapa penelitian telah

membuktikan bahwa dosis tinggi dari fly ash (40 – 60%) telah diterapkan dalam

penggunaan struktural dan menghasilkan beton dengan sifat mekanis yang baik

dan ketahanan yang bagus (Marceau, 2000)

Dalam Jurnal Teknik Sipil & Perencanaan Nomor 2 Volume 10 – Juli

2008 terdapat hasil penelitian dosen Program Studi Sipil Fakultas Sains dan


39

Teknik Universitas Jenderal Soedirman, Bapak Agus Maryoto. Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahui pengaruh abu terbang (fly ash) terhadap kuat tekan

dan efisiensi biaya pada pasangan batu dan plesteran (mortar). Benda uji kaut

tekan berbentuk kubus ukuran 50 mm x 50 mm x 50 mm. Pengujian kuat tekan

dilakukan pada saat mortar berumur 7 dan 28 hari dengan kadar penambahan fly

ash sebesar 30 %, 40 % dan 50 %. Perbandingan semen dan pasir yang digunakan

adalah 1 : 6, 1 : 8 dan 1:10. Hasil penelitian menunjukkan kuat tekan mortar

dengan perbandingan semen dan pasir sebesar 1 : 6 memenuhi kuat tekan standar

mortar tipe N. Mortar dengan perbandingan semen : pasir = 1 : 8 dan 1 : 10 tidak

memenuhi standar kuat tekan standar mortar tipe N. Mortar dengan perbandingan

semen dan pasir = 1 : 6 dengan kadar fly ash 50 % mempunyai efisiensi biaya Rp

58.030,- atau sekitar 32% dari harga mortar tanpa fly ash.

Mahasiswa Laboratorium Kimia Analitik, Jurusan Kimia FMIPA,

Universitas Andalas (Gifyul Refnita, Zamzibar Zuki, Yulizar Yusuf) juga pernah

melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan abu terbang (fly ash)

terhadap kuat tekan mortar semen tipe PCC serta analisis air laut yang digunakan

untuk perendaman yang dimuat pada Jurnal Kimia UNAND, Volume 1 Nomor 2

Tahun 2012. Hasil penelitian tersebut menunjukkan kuat tekan mortar semakin

naik dengan bertambahnya umur mortar tersebut dan tertinggi pada umur 28 hari.

Kekuatan tekan mortar semakin menurun dengan ditingkatkannya persentase

penambahan bahan aditif fly ash. Hasil penelitian ini bertentangan dengan

pernyataan yang menyatakan bahwa abu terbang (fly ash) dinilai dapat

meningkatkan kualitas beton dalam hal kekuatan, kekedapan air, ketahanan


40

terhadap sulfat dan kemudahan dalam pengerjaan (workability) beton/mortar.

Pendapat lain yang juga bertentangan dengan hasil penelitian ini menyatakan

bahwa penggunaan abu terbang (fly ash) sebagai bahan bangunan yang paling

baik adalah 20%-30%. Sedangkan pada penelitian ini penambahan abu terbang

(fly ash) paling besar hanya 6% dan itu telah menyebabkan kuat tekan mortar

menurun. Kemungkinan lain yang menyebabkan turunnya kuat tekan mortar

dengan penambahan fly ash adalah karena laju kenaikan kuat tekan dengan bahan

ikat fly ash dan semen bersifat lambat sebab ia bersifat pozolan. Kapur sebagai

bahan ikat hidrolik memiliki butiran yang terlalu besar sehingga tidak mampu

bereaksi dengan abu terbang (fly ash), sedangkan yang mampu bereaksi dengan

fly ash adalah kapur bebas yang merupakan hasil sampingan dari reaksi hidrasi

semen. Kenaikan kuat tekan mortar kemungkinan akan bertambah seiring dengan

umur mortar yang semakin bertambah setelah 28 hari keatas, sementara penelitian

ini hanya sampai pada umur mortar 28 hari. Kemungkinan ini didukung oleh

pernyataan yang menyatakan bahwa kuat tekan beton dengan bahan tambah fly

ash mengalami peningkatan yang lambat dan baru mencapai kuat tekan optimal

pada umur 90 hari. Hal ini terjadi karena kalsium silikat hidrat (C-S-H) yang

dihasilkan melalui reaksi pozolanik akan bertambah keras dan kuat seiring

berjalannya waktu. Menurunnya kuat tekan mortar dengan penambahan fly ash

juga disebabkan oleh pengaruh perendaman dalam air laut, namun pengaruh ini

tidak terlalu besar karena mortar yang direndam dalam akuades pun mengalami

penurunan kuat tekan.


41

Pengaruh penambahan fly ash terhadap kualitas semen juga pernah diteliti

dalam tugas akhir mahasiswi Teknik Industri Program Diploma (D3) Fakultas

Teknik dan Sains Universitas Jenderal Soedirman, Lucia Sri Rudatin pada tahun

2010. Dalam penelitian itu, kadar fly ash yang dicampurkan dengan semen jenis

OPC bervariasi dari 2 – 20 %. Hasil dari penelitian itu menyebutkan bahwa kuat

tekan 3 hari dan 7 hari dari semen yang dicampur fly ash lebih rendah dari semen

tanpa fly ash (blank). Fly ash mengandung silika aktif yang tidak bereaksi pada

masa pengembangan kuat tekan awal. Pada 28 hari, kuat tekan semen yang

dicampur fly ash mulai meningkat namun masih relatif sama dengan semen blank.

Setelah 28 hari terjadi reaksi pozzolanic sehingga kuat tekan meningkat dan pada

56 hari terlihat nilai yang signifikan untuk pengembangan kuat tekan.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Semen - repository.ump.ac.idrepository.ump.ac.id/2229/3/BAB II_IKHSAN...

Documents

Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Semen - repository.ump.ac.idrepository.ump.ac.id/2229/3/BAB II_IKHSAN...