Berdasarkan persentase kandungan penyusunnya, semen Portland terdiri dari 5 tipe yaitu :

1. Semen Portland tipe I

Adalah perekat hidrolis yang dihasilkan dengan cara menggiling klinker yang kandungan utamanya kalsium silikat dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat. Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah:

55% (C3S); 19% (C2S); 10% (C3A); 7% (C4AF); 2,8% MgO; 2,9% (SO3); 1,0% hilang dalam pembakaran, dan 1,0% bebas CaO.

2. Semen Portland tipe II

Dipakai untuk keperluan konstruksi umum yang tidak memerlukan persyaratan khusus terhadap panas hidrasi dan kekuatan tekan awal, dan dapat digunakan untuk bangunan rumah pemukiman, gedung-gedung bertingkat dan lain-lain. Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah:

51% (C3S); 24% (C2S); 6% (C3A); 11% (C4AF); 2,9% MgO; 2,5% (SO3); 0,8% hilang dalam pembakaran, dan 1,0% bebas CaO.

3. Semen Portland tipe III

Dipakai untuk konstruksi bangunan dari beton massa (tebal) yang memerlukan ketahanan sulfat dan panas hidrasi sedang, misal bangunan dipinggir laut, bangunan bekas tanah rawa, saluran irigasi , dam-dam.

Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah:

57% (C3S); 19% (C2S); 10% (C3A); 7% (C4AF); 3,0% MgO; 3,1% (SO3); 0,9% hilang dalam pembakaran, dan 1,3% bebas CaO.

4. Semen Portland tipe IV

Dipakai untuk konstruksi bangunan yang memerlukan kekuatan tekan tinggi pada fase permulaan setelah pengikatan terjadi, misal untuk pembuatan jalan beton, bangunan-bangunan bertingkat, bangunan-bangunan dalam air. Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah:

28% (C3S); 49% (C2S); 4% (C3A); 12% (C4AF); 1,8% MgO; 1,9% (SO3); 0,9% hilang dalam pembakaran, dan 0,8% bebas CaO.

5. Semen Portland tipe V

Dipakai untuk instalasi pengolahan limbah pabrik, konstruksi dalam air, jembatan, terowongan, pelabuhan dan pembangkit tenaga nuklir. Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah:38% (C3S); 43% (C2S); 4% (C3A); 9% (C4AF); 1,9% MgO; 1,8% (SO3); 0,9% hilang dalam pembakaran, dan 0,8% bebas CaO.

Semakin baik mutu semen, maka semakin lama mengeras atau membatunya jika dicampur dengan air, dengan angka-angka hidrolitas yang dapat dihitung dengan rumus:(% SiO2 + % Al2O3 + Fe2O3) : (% CaO + % MgO)

Angka hodrolitas ini berkisar antara 1/2 (keras sekali). Namun demikian dalam industri semen angka hidrolitas ini harus dijaga secara teliti untuk mendapatkan mutu yang baik dan tetap, yaitu antara 1/1,9 dan 1/2,15.Bahan Baku Pembuatan Semen

Bahan mentah yang digunakan dalam pembuatan semen adalah batu kapur, pasir silika, tanah liat dan pasir besi. Total kebutuhan bahan mentah yang digunakan untuk memproduksi semen yaitu:

1. Batu kapur digunakan sebanyak 81 %.

Batu kapur merupakan sumber utama oksida yang mempumyai rumus CaCO3 (Calcium Carbonat),pada umumnya tercampur MgCO3 dan MgSO4. Batu kapur yang baik dalam penggunaan pembuatan semen memiliki kadar air 5%2. Pasir silika digunakan sebanyak 9 %

Pasir silika memiliki rumus SiO2 (silikon dioksida). Pada umumnya pasir silika terdapat bersama oksida logam lainnya, semakin murni kadar SiO2 semakin putih warna pasir silikanya, semakin berkurang kadar SiO2 semakin berwarna merah atau coklat, disamping itu semakin mudah menggumpal karena kadar airnya yang tinggi. Pasir silika yang baik untuk pembuatan semen adalah dengan kadar SiO2 90%

3. Tanah liat digunakan sebanyak 9 %.

Rumus kimia tanah liat yang digunakan pada produksi semen SiO2Al2O3.2H2O. Tanah liat yang baik untuk digunakan memiliki kadar air 20 %, kadar SiO2 tidak terlalu tinggi 46 %4. Pasir besi digunakan sebanyak 1%.

Pasir besi memiliki rumus kimia Fe2O3 (Ferri Oksida) yang pada umumnya selalu tercampur dengan SiO2 dan TiO2 sebagai impuritiesnya. Fe2O3 berfungsi sebagai penghantar panas dalam proses pembuatan terak semen. Kadar yang baik dalam pembuatan semen yaitu Fe3O2 75% 80%.PEMBAGIAN SISTEM DALAM KILN Sistem dalam kiln dapat dibagi menjadi beragam daerah berdasarkan kondisi operasi yang digunakan: 1. ZONA PEMANASAN AWAL

Air bebas serta air hidrat yang terdapat pada tanah liat mengalami penguapan. Deskripsi prosesnya adalah sebagai berikut:

a. Pada temperatur 100oC terjadi penguapan air

b. Pada temperatur 500oC terjadi pelepasan air hidrat clay, dengan reaksi:

Al2SiO7.xH2O Al2O3 + 2SiO2 + xH2O

Selain itu batu kapur (CaCO3) akan terurai menjadi CaO dan CO2 (proses kalsinasi). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: CaCO3 + Heat ( 900oC ) CaO + CO2 Supaya reaksi dapat berlangsung dibutuhkan temperatur sekitar 900oC. Temperatur keluar kalsiner dipertahankan pada 840-850oC. Pada titik tersebut, derajat kalsinasi berkisar antara 90-95 %. 2. ZONA KALSINASI

Pada daerah tersebut terjadi proses kalsinasi lanjutan, yaitu reaksi peruraian kalsium dan magnesium karbonat menjadi CaO, MgO dan CO2. Proses kalsinasi yang terjadi di inlet kiln, mempunyai kecepatan yang lebih lambat dibandingkan dengan kalsinasi yang terjadi di Preheater. Ini karena pengaruh dari temperatur dan tekanan parsial dari CO2 dalam atmosfer kiln. Temperatur dalam zona tersebut sekitar 800-900oC (disesuaikan temperatur kalsinasi). Partikel CaCO3 yang masih terdapat pada permukaan isi kiln akan mengalami kalsinasi, relatif lebih cepat, karena secara terus menerus dibantu oleh gerakan tumbling yang terjadi selama kiln berputar. Pada saat proses kalsinasi berlangsung akan terjadi proses pembentukan mineral C2S.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2 CaO + SiO2 2 CaOSiO2 atau C2S

Kristal C2S pada awalnya berbentuk lattice structur dan akan berubah membentuk struktur alpha C2S pada temperatur konstan yaitu 830oC. Pembentukan C2S merupakan proses eksotermis.

3. ZONA TRANSISI

Pada zona ini proporsi CaO akan semakin besar, sebaliknya proporsi CaCO3 semakin kecil dan sempurna habis pada temperatur bahan sekitar 900oC. Pada temperatur tersebut proporsi C2S semakin meningkat sampai temperatur bahan sekitar 1200oC, sedang oksida besi mulai mengikat campuran oksida kalsium dan oksida alumina membentuk campuran C2(A,F).Dengan meningkatnya temperatur, maka oksida kalsium (CaO) bergabung dengan kalsium alumina dan C2(A,F) masing-masing membentuk C3A dan C4AF. Pembentukan C3A dan C4AF terjadi pada temperatur 1000-1200oC. Reaksinya adalah sebagai berikut: 3 CaO + Al2O3 3 CaOAl2O3 atau C3A

4 CaO + Al2O3 + Fe2O3 4CaOAl2O3Fe2O3 atau C4AF

Sebagian kecil liquid akan terbentuk dalam zona transisi sebagai akibat tingginya temperatur operasi. 4. ZONA PEMBAKARAN

Di daerah ini terjadi pelelehan pada temperatur tinggi ( 1200-1350oC) dimana campuran kalsium alumina ferrit (C4AF) mengalami perubahan fase menjadi fase cair. Pada zona tersebut, temperatur operasi terus meningkat sampai mencapai 1400oC dengan memperbesar fase cair sekitar 20-30 %. Jumlah fase cair tersebut tergantung pada komposisi kimia pada raw mix design-nya, dimana pada silika modulus tinggi akan menyebabkan fase cairnya berkurang. Viskositas dari fase cair ini bergantung pada alumina rasio, alkali, SiO3, sedangkan MgO alkali akan menyebabkan kenaikan viskositas cairan. Partikel padat dalam kiln terdiri dari C2S dan CaO bebas. Tidak ada lagi SiO2 sisa yang terpisah dari oversize partikel (lebih besar dari 44 mikron) karena telah habis digunakan untuk pembentukan C2S. Bagian CaO yang tidak bereaksi dengan oksida-oksida alumina, besi dan silika atau free lime dibatasi kadarnya sampai dibawah 1,5 %. Pada temperatur tinggi ini sisa unsur CaO akan mengikat C2S untuk membuat campuran kristal C3S. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2CaO.SiO2 + CaO 3CaO. SiO2 atau C3S 5. ZONA PENDINGINAN

Pendinginan dimulai segera setelah klinker melewati flame. Reaksi kimia juga terjadi di sini yaitu di akhir kiln. Senyawa C2A yang tidak stabil dan terdapat di dalam klinker akan berubah menjadi C3A. Selain itu, juga ada yang bergabung dengan CaO bebas yang tidak membentuk C2S dan ada juga yang bergabung dengan CaO dari mineral C3S yang cenderung melepaskan CaO selama pendinginan dan kembali menjadi C2S. Sehingga sebanyak 28 % mineral C3A terbentuk di dalam zona pendinginan kiln dan di dalam cooler. Selain itu, di daerah ini campuran kalsium alumina ferrit yang berbentuk cairan, mengalami perubahan fisis menjadi kristal. Tujuan dari pendinginan adalah untuk mendinginkan klinker. Hal ini penting untuk beberapa alasan: a. Dari sudut pandang teknik, pendinginan diperlukan untuk mencegah kerusakan pada penanganan peralatan klinker seperti conveyor.

b. Dari sudut pandang proses dan kimia, sangat bermanfaat untuk meminimalkan suhu klinker karena memasuki klinker silo.

c. Dari sudut pandang lingkungan dan biaya, pendingin mengurangi konsumsi energi dengan mengambil panas dari klinker, memungkinkan untuk digunakan untuk memanaskan bahan baku.

d. Dari sudut pandang kinerja semen, pendinginan klinker secara cepat meningkatkan reaktivitas silikat.

REAKSI PADA PROSES PEMBAKARAN TERAK

Suhu oC

Reaksi

110 Penguapan kandungan air pada tepung baku

100-400 Penguapan kandungan air terikat

450-800 Dehidrasi tanah liat / kaolin

Al2O3.2SiO2.2H2O Al2O3.2SiO2 + 2H2O -231 cal/g

700-730 Dissosiasi Magnesium Karbonat

MgCO3 MgO + CO2 -275 cal/g

700-800 Pembentukan CaO.Al2O3

750-900 Dissosiasi Kalsium Karbonat

CaCO3 CaO + CO2 -420 cal/g

800-900 Pembentukan 2CaO.SiO2

900-950 Pembentukan 5CaO.3Al2O3

950-1200 Pembentukan 2CaO.SiO2 (C2S) dan 2CaO.Fe2O3

1200-1300 Pembentukan 3CaO.Al2O3 (C3A) dan 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF)

1260-1450 Pembentukan 3CaO.SiO2 (C3S)

Pembentukan fase cair

1200-1350 Pendinginan ( kristalisasi aluminat dan ferit )

80-150 Pedinginan di dalam cooler

ALITE

Aliteadalah nama untuk trikalsium silikat, Ca3SiO5,kadang-kadang dirumuskan sebagai 3CaO SiO2(C3S dalamnotasi kimia semen, KKN).Ini adalah, dan karakteristik, fase mineral utama dalamsemen Portland.Nama itu diberikan olehTrnebornpada tahun 1897 untuk sebuah kristal mikroskopis yang diidentifikasi dalam penyelidikan semen Portland. Alite adalah nama umum digunakan dalam industri semen, meskipun bukan nama mineral yang diakui. Komposisi dan struktur

Struktur sederhana kristal alite.

Alite ditemukan di semen Portland berbeda dalam komposisi dari yang sederhanatrikalsium silikat.Ini adalah solusi yang solid dan mengandung sejumlah kecil oksida lainnya selain CaO dan SiO2.Sebuah komposisi khasadalah:

Oksida% Massa

CaO71.6

SiO225.2

Al2O31.0

Fe2O30.7

MgO1.1

Na2O0.1

K2O0.1

P2O50.2

Berdasarkan hal ini, rumus dapat dinyatakan sebagai Ca Mg2,90 0,06 0,01Na Fe0,03Al0,04 0,95Si0,01O P5.Dalam prakteknya, komposisi bervariasi dengan komposisi sebagian besar klinker, sesuai dengan batas-batas tertentu.Pergantiankalsiumion atau ion ortosilikat mensyaratkan bahwa muatan listrik disimpan dalam keseimbangan.Misalnya, dalam jumlah terbatasortosilikat(SiO44-)ion bisa diganti dengansulfat(SO42 -)ion, dengan ketentuan bahwa untuk setiap ion sulfat, duaaluminat(Alo45 -)ion juga diganti.

Polimorf Trikalsium silikat secara termodinamika tidak stabil di bawah 1250 C, tetapi dapat dipertahankan dalam keadaan metastabil pada suhu kamar secara pendinginan cepat : pada pendinginan lambat cenderung untuk kembali kebelite(Ca2SiO4) dan CaO. Karena perubahan suhu, melewati beberapa negara polimorfik:

Temp NamaKristal

> 1070RRombohedral

1060-1070M3Monoklinik

990-1060M2Monoklinik

980-990M1Monoklinik

920-980T3Triklinik

620-920T2Triklinik

1425Bersegi enam

1160-1425'HMonoklinik

680-1160'LMonoklinik

500-680Monoklinik