Semen Portland

Semen Portland dibentuk terutama dari bahan kapur (CaO), silica (SiO2), alumina (Al2O3), dan oksida besi (Pe2O3). Isi kombinasi dari total 4 oksuda tersebut kira – kira 90% dari berat semen, karenanya dikenal sebagai unsure utama atau major oxides di dalam semen. 10% yang lainnya terdiri dari magnesia (MgO), oksida alkali (Na2O dan K2O), titania (TiO2), fosforus-pentoksida (P2O5), dan gypsum, yang dikenal sebagai unsure minor atau minor oxides di dalam semen.
Dengan demikian, karakteristik dan perilaku spesifik dari semen akan banyak tergantung pada jenis dan komposisi spesifik dari bahan – bahan dasar yang digunakan dalam campuran produksi semen tersebut.
komposisi bahan – bahan oksida di dalam semen, yang meliputi sebagian besar jenis semen yang biasa di jumpai di pasaran yaitu
CaO, SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO,Na2O + K2O, TiO2, P2O5­SO3

Sebagian besar semen modern mempunyai kandungan kapur yang tinggi, dan biasanya melampaui 65%. Semen dengan kandungan kapur dibawah 65%, pengerasannya seringkali agak lambat. Alam hal lain, kandungan kapur maksimum dibatasi oleh kebutuhan untuk menghindari kapur bebas dalam semen. Keberadaan kapur bebas bisa menjadi sumber kelemahan pada permukaan interface antara pasta semen dengan agregat, dan juga bisa menyebabkan ketidakstabilan pada proses pengerasan pasta semen.
Dalam proses hidrasi dan pengerasan semen, kapur dan silica akan menjadi penyumbang kekuatan yang terbesar,. Sedangkan alumina dan oksida besi akan lebih berfungsi untuk mengatur kecepatan proses hidrasi. Namun dalam proses produksi semen, terutama dalam proses pembakarannya, alumina dan oksida besi akan bertindak sebagai suatu media pembakaran yang bisa berfungsi untuk mengurangi tingkat suhu pembakaran semen. Kandungan minimum dari alumina dan oksida besi seringkali lebih ditentukan oleh kebutuhan untuk menghindari kesulitan produksi klinker pada suhu tinggi, dan bukan oleh kebutuhan komposisi kimianya. Sementara itu kandungan maksimumnya pada umunya dibatasi oleh kebutuhan untuk mengendalikan waktu pengikatan hidrasi semen. Dalam hal ini, semen dengan rasio SiO2/(Al­2O3 + Fe2O3) yang kurang dari 1,5 pada umumnya menunjukan waktu pengikatan yang cepat, yang biasanya sukar dikontrol lagi oleh proporsi campuran gypsum yang ditambahkan.
Dalam proses pembakaran klinker, oksida – oksida silica, alumina, dan besi akan bereaksi dengan kalsium-oksida untuk menghasilkan empat unsure utama semen Portland, yaitu:
• 3CaO.SiO2 atau tricalsium-silicate, di singkat C3S
• 2CaO.SiO2 atau bicalsium-silicate, di singkat C2S
• 3CaO.Al2O3 atau tricalsium-aluminate, di singkat C3A
• 4CaO.Al2O3.Fe2O3 atau tetracalsium-aluminoferrite, di singkat C4AF.

Peran dan Perilaku Unsur Utama Semen

C3S : Perilaku dari C3S hampir sama dengan perilaku semen Portland. Bila dicampurkan dengan air, pengikatan C3S dan air akan menghasilkan pengerasan dari pasta semen dalam beberapa jam, dan selanjutnya akan mendapatkan sebagian besar kekuatannya (sekitar 70%) pada minggu pertama setelah pengikatan, dengan mengeluarkan panas sekitar 500 joule/gram. Kandungan C3S di dalam semen Portland semen biasa bervariasi antara 40 – 55 %, dengan rata – rata sekitar 48%.
C2S : Bila dicampurkan dengan air, C2S berhidrasi denngan jumlah panas yang rendah, sekitar 250 joule/gram, namun pasta yang mengeras mendapatkan kekuatannya secara relative lambat selama beberapa minggu dan malahan bulan, untuk mencapai kekuatan akhir yang kemungkinan bisa sama dengan yang dihasilkan oleh C3S. kandungan C2S di dalam semen Portland biasa bervariasi antara 15 – 35 %, dengan rata – rata 25%.
C3A : Trikalsium-Aluminat murni bereaksi dengan air dan menghasilkan pengikatan dalam waktu yang cepat, disertai dengan pengeluaran panas yang besar, yaitu sekitar 850 joule/gram. Pada udara lembab, sebagian besar kekuatan di dapatkan dalam satu atau dua hari, tetapi kekuatannya relative rendah. Kandungan C3A di dalam semen Portland biasa bervariasi antara 7 – 15 %.
C4AF : Tetrakalsium-aluminoferrit bereaksi dengan air secara cepat dan menghasilkan pengikatan dalam beberapa menit, dengan mengeluarkan panas hidrasi sekitar 420 joule/gram. Kandungan C4AF daam semen bervariasi sekitar 5 – 10 %, rata – rata 8%.

Peran dan Perilaku Unsur Minor Semen

Gipsum, gypsum ditambahkan selama penggilingan klinker untuk mengatur waktu pengikatan semen. Namun kandungan gypsum perlu diperhatikan agar dapat memberikan kekuatan maksimum dan susut minimum pada beton. Kandungan gypsum harus dibatasi karena jumlah kandungan yang berebihan bisa menyebabkan memburuknya pengikatan semen dan retak pada proses pengerasannya. Hal ini disebebkan oleh terbentuknya unsure enttringite atau C3A3.CaSO4.32H2­O yang dihasilkan dari reaksi gypsum dengan C3A dan air. Dari sifat fisiknya, terjadinya ettringite bisa mengakibatkan pengembangan volume, yang disebabkan oleh berat jenisnya yang rendah, yaitu sekitar 1,73 gram/cm3, dibandingkan dengan rata – rata sekitar 2,5 gram/cm3 untuk produk hidrasi lainnya. Pengembangan volume ini dalam jumlah yang besar akan bisa mengakibatkan kerertakan dan kerusakan pasta semen dan beton yang sudah mengeras (juga dikenal sebagai proses korosi pada beton), anmun ketika sejumlah kecil gypsum ditambahkan dan pengembangan volume terjadi ketika pasta masih plastis, hal tersebut praktis tidak menyebabkan kerusakan apa pun.
Kapur Bebas, kehadiran kapur bebas pada semen akan terjadi bila bahan dasar yang digunakan untuk memproduksi semen mengandung lebih banyak kadar kapur dari yang dibutuhkan untuk bereaksi dan bergabung dengan oksida – oksida SiO2, Al2O3, Fe2O3 dalam proses pembentukan unsure – unsure utama semen. Permasalahan timbul karena kapur yang terhidrasi Ca(OH)2 akan mengakibatkan volume yang lebih besar dari kapur bebas, sehingga bisa menyebabkan pengembangan volume pada saat pengikatan (setting time), yang pada akhirnya bisa mengakibatkan keretakkan dan kerusakan pasta semen dan beton yang sudah mengeras. Di samping itu, kehadiran Ca(OH)2 bisa menimbulkan juga perlemahan daya lekat pada unsur – unsur pengisi beton.
Oksida Alkali (Na2O + K2O), kehadiran oksida alkali dalam semen perlu diwaspadai terutama bila agregat yang reaktif alkali digunakan dalam adukan beton, karena beberapa jenis agregat mengandung unsur – unsur raktif dari silica, yang bisa bereaksi dengan oksida alkali yang dilepaskan dari semen, bisa menghasilkan suatu unsur alkali-silica-gel yang ekspasif, sehingga bisa merusakdan menimbulkan keretakan pada pasta semen dan beton yang sudah mengeras. Bila memang agregat yang tersedia untuk adukan beton adalah reaktif alkali rendah, yaitu semen yang mengandung total unsur alkali rendah, yaitu semen yang mengandung total unsur alkali tidak melebihi 0,6% (ekuivalen Na2O).
Magnesium-Oksida (MgO), hidrasi dari MgO. Sama seperti CaO, bisa menyebakan pengembangan volume, dan keharidan magnesium bisa menyebabkan perlemahan pengikatan pasta semen. Namun jumlah yang jecil dari MgO pada umumnya tidak akan sampai merusak pasta semen setelah mengeras, terutamabila proses pendinginan klinker diaksanakn dengan baik dan tidak terlampau drastic.
Fosforus-Pentoksida (P2O3), umunya kandungan P2O3 pada semen tidak melebihi 0,2%. Kehadirannya bisa memperlambat pengerasan semen karena bisa mengurai C3S menjadi C2­S dan CaO. Karenanya semen yang mengandung P2O3 dalam juumlah besar bisa menyebabkan perlemahan karena terbentuknya kapur bebas.

Nah…. Itu dia sekilas tentang kimiawi Semen Portland, Semoga bisa memahaminya..

sumber : trend sipil era millenium