VARIASI KOMPOSISI ADITIF BATU KAPUR DALAM PEMBUATAN SEMEN CAMPURAN (BLENDED CEMENT)

Transkripsi

1 VARIASI KOMPOSISI ADITIF BATU KAPUR DALAM PEMBUATAN SEMEN CAMPURAN (BLENDED CEMENT) Adhytia Ihwan Prasetyo 1, Agus Taufiq 2, Diana Widiastuti 3 1 Alumni Program Sarjana Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universiatas Pakuan Bogor 2,3 Staf Pengajar Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universiatas Pakuan Bogor ABSTRAK Bahan baku pembuatan semen terdiri dari bahan utama, bahan pengoreksi dan bahan tambahan. Tujuan penelitian ini adalah membuat variasi komposisi aditif blended semen dan menganalisis sifat fisika dan kimia semen serta menentukan komposisi optimum aditif semen yang memenuhi spesifikasi di dalam blended cement sehingga diperoleh semen yang berkualitas dan mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI ). Metode penelitian meliputi pembuatan semen dengan kehalusan 4250 cm 2 /g dan 3850 cm 2 /g dengan komposisi variasi batu kapur dan klinker yang berbeda, sedangkan komposisi abu terbang dan gipsum tidak bervariasi yaitu sebesar 5% dan 3,5%. Hasil analisis sifat fisika dan kimia semen pada kehalusan 4250 cm 2 /g dan 3850 cm 2 /g menunjukkan bahwa kadar hilang pijar dan kadar residu semen semakin meningkat sedangkan nilai kehalusan dan nilai kuat tekan semen semakin menurun, hal ini dikarenakan meningkatnya persentase pemakaian aditif batu kapur. Kata kunci : Blended Cement, Klinker, Batu Kapur, Abu Terbang, Gipsum ABSTRACT Raw material for making cement is composed of the main material, proofing materials and additives. The purpose of this research is to create a variation of blended cement additive composition and analyze the physical and chemical properties of cement and cement additives determine the optimum composition that meets the specifications in the blended cement in order to obtain quality cement and referring to the Indonesian National Standard (SNI ). Research methods include the manufacture of cement with a fineness of 4250 cm 2 / g and 3850 cm 2 / g with variations in the composition of limestone and clinker different, while the composition of the fly ash and gypsum does not vary in the amount of 5% and 3.5%. Results of the analysis of physical and chemical properties of cement on the fineness of 4250 cm 2 /g and 3850 cm 2 /g indicate that the levels of lost incandescent and cement residue levels increased while the value of subtlety and the compressive strength of cement has declined, this is due to the increased percentage of use of the additive limestone. Keywords: Blended Cement, Clinker, Limestone, Fly Ash, Gypsum 1

2 I. Pendahuluan Dalam pengertian umum, semen diartikan sebagai bahan perekat yang mempunyai sifat-sifat yang mampu mengikat bahan-bahan padat menjadi satu kesatuan yang kompak dan kuat (Lea. et al., 1998). Bahan baku yang digunakan terdiri atas tiga bagian yaitu: bahan baku utama, bahan pengoreksi dan bahan tambahan. Bahan utama antara lain adalah batu kapur (limestone) sebagai sumber CaO, pasir silika sebagai sumber SiO 2, tanah liat (clay) sebagai sumber Al 2 O 3, dan pasir besi (iron sand) sebagai sumber Fe 2 O 3. Bahan pengoreksi seperti pasir silika (sebagai bahan pengoreksi silika) dan pasir besi (sebagai pengoreksi besi). Bahan tambahan (aditif) seperti gipsum, abu terbang (fly ash), trass, dan batu kapur (limestone). Tanah liat berfungsi sebagai sumber-sumber oksida alumina, besi dan silika. Bahan ini terbentuk dari pelapukan unsur-unsur alkali tanah. Tanah liat di alam berupa campuran berbentuk clay atau shale. Komposisi utama dari tanah liat adalah SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3. Pasir silika mengandung SiO 2 lebih dari 70%. Pasir besi digunakan sebagai sumber Fe 2 O 3 yang berasal dari konsentrat besi hasil pelapukan (Bambang, 1995). Bahan aditif dicampurkan ke klinker yang bertujuan untuk memperbaiki sifat fisika dan kimia semen. Bahan tambahan yang digunakan yaitu gipsum, abu terbang dan batu kapur. Semen tersebut disebut sebagai semen campuran (blended cement). Pengujian sifat fisika blended cement diantaranya kuat tekan (compressive strength), kehalusan (blaine) dan residu. Untuk pengujian komposisi kimia blended cement yaitu penetapan oksida-oksida logam, hilang pijar (loss on ignition), dan kapur bebas (freelime). Pengujian komposisi kimia menggunakan metode spektrometer pendarfluor sinar X (X-ray Fluoresence). Adapun tujuan penelitian ini adalah : 1. Membuat variasi komposisi aditif blended semen dan menganalisis uji fisika-kimia semen yaitu analisis uji kehalusan, uji kuat tekan, uji residu, uji hilang pijar, uji kapur bebas, uji komposisi kimia dengan menggunakan alat XRF dan optimasi SO 3 dalam pembuatan semen. 2. Menentukan komposisi optimum aditif semen yang memenuhi spesifikasi di dalam blended cement, sehingga diperoleh semen yang berkualitas dan mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI ). Semen Portland merupakan pengikat hidrolis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak (clinker) yang mengandung senyawa kalsium silikat yang 3

3 bersifat hidrolis ditambah dengan bahan tambahan gipsum yang berfungsi untuk mengendalikan reaksi awal. Sifat semen Portland yang penting adalah kemampuannya untuk mengikat material lain dan mengeras jika ditambah dengan air, sifat tersebut berhubungan dengan kualitas (Austin, 1996). Bahan baku utama terdiri dari komponen kapur dengan kadar CaO yang dominan dan tanah liat dengan kandungan utama oksida-oksida SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 (Bambang, 1995). Bahan baku tambahan, Gipsum yang sering digunakan dalam pembuatan semen merupakan bentuk mineral yang murni dari kalsium sulfat dihidrat. Gipsum ditambahkan dalam proses penggilingan akhir bersama-sama dengan klinker untuk mengatur terjadinya reaksi antara 3CaO.Al 2 O 3 dengan air agar tidak terlalu cepat mengeras. Abu terbang merupakan hasil pembakaran batu bara pada industri yang bahan bakarnya menggunakan batu bara.. Reaksi yang terjadi adalah: Ca(OH) 2 +SiO 2 +H 2 O CaO.SiO 2. 2H 2 O Proses produksi semen : 1. Penambangan dan penyediaan bahan baku (Unit Mining) 2. Pengeringan dan penggilingan bahan baku (Unit Raw Mill) 3. Pembakaran Tepung Baku dan Pendinginan Klinker (Unit Kiln) 4. Penggilingan Akhir (Unit Cement Mill) 5. Pengantongan Semen (Unit Packing) Adapun Syarat-Syarat Kimia Blended Cement yaitu: Hilang Pijar Pengujian hilang pijar menggunakan metode gravimetri evolusi tidak langsung. Banyaknya senyawa organik atau anorganik yang mengurai (hilang) bila dipijarkan. Pada uji ini contoh dipijarkan dalam tungku pemanas pada suhu 950 ± 50ºC. Ditimbang contoh sebelum dan sesudah pemijaran, kandungan zat hilang dapat ditentukan dengan asumsi bagian yang hilang tersebut menunjukkan jumlah air (H 2 O) dan karbon dioksida (CO 2 ) dalam contoh Kapur Bebas Kapur bebas adalah bagian dari kapur yang tidak bereaksi dengan komponen asam lain selama klinkerisasi. Kapur bebas tertinggal dalam semen dengan keadaan bebas. Hal ini terjadi karena ukuran partikel tepung baku tidak cukup halus, pembakaran klinker kurang sempurna, kandungan alkali dalam tepung baku terlalu tinggi, dan dekomposisi mineral klinker selama proses pendinginan. Komposisi Kimia Komposisi kimia semen akan menyebabkan perbedaan dari sifat-sifat semen, secara tidak langsung akan menyebabkan perbedaan naiknya kekuatan 4

4 dari mortar yang akan dibuat. Komposisi kimia blended cement meliputi oksida logam seperti SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, CaO, MgO dan SO 3. Penambahan aditif batu kapur yang ditambahkan pada blended cement memberi pengaruh perubahan komposisi kimia blended cement. Adapun Syarat-Syarat Fisika Blended Cement yaitu: Kekuatan tekan (Compressive Strength) Kuat tekan merupakan kemampuan semen untuk menahan atau memikul suatu beban. Pada umumnya kekuatan tekan diukur pada normal curring (perawatan) sampai umur 28 hari dengan membuat semen menjadi mortar. Mortar adalah campuran semen, pasir dan air yang memiliki persentase komposisi yang berbeda. Kehalusan Kehalusan dapat mewakili sifatsifat fisika lainnya, terutama terhadap kekuatan. Pada umumnya bila kehalusan bertambah maka kekuatannya akan bertambah, mempercepat reaksi hidrasi dan jumlah air yang dipersyaratkan akan semakin kecil persatuan berat semen. Begitu pula waktu pengikatan akan lebih singkat, tetapi keretakan dan atau pengerutan yang disebabkan oleh penguapan air selama pengikatan (drying shringkage) akan lebih besar (Bambang, 1995). Residu Kehalusan semen selain dapat digunakan pesawat blaine, bisa juga diuji kehalusan semen dengan cara pengayakan Perbedaan pengujian residu secara basah dan secara kering terletak pada sistem pemisahan antara partikel kasar dan halus. 2. Metodelogi Penelitian Penelitian ini menggunakan contoh klinker, gipsum, batu kapur, dan abu terbang. Semua contoh dipanaskan dalam oven selama 1 hari pada suhu 100ºC, kecuali gipsum dipanaskan pada suhu 45ºC. Kemudian contoh tersebut dihancurkan dengan alat penghancur (crusher) sampai partikel contoh lolos ayakan no. 16 (1,18 mm). Semua contoh dihaluskan dengan menggiling sampai mencapai kehalusan 4250 cm 2 /gram (untuk semen dengan kode CM-401 sampai CM- 407) dan 3850 cm 2 /gram (untuk semen dengan kode CM-408 sampai CM 414) dengan alat penggiling (grinding mill). Tahap selanjutnya dilakukan pencampuran (proporsioning) semen dengan melakukan penimbangan contoh berdasarkan komposisi yang telah ditetapkan, setelah itu di homogenkan. Bahan : Sampel klinker, batu kapur (limestone), gipsum, abu terbang, asam klorida (HCl) 1/14 N, Indikator fenolftalein (PP) 1%, etilen glikol (C 2 H 6 O 2 ), pasir silika standar (C-109 dan 5

5 C-190), pil (cement grinding aid), cairan manometer (dibutil ftalat), air kapur jenuh. Alat: Cawan porselen, neraca analitik, desikator, tanur, vakum, kertas saring diameter 1,25 cm, kertas saring whatman nomor 40 dan 41, mesin pengaduk, hotplate, buret, kuas, pengaduk magnetik, torak (plunger), pisau aduk, piringan logam, manometer, stop watch, sieve frame, pressure gauge, cetakan kubus (mold), mesin penghancur (crusher), mesin penguji kuat tekan (compressive strength), ruang lembab (humidity chamber), oven, vessel disk, mesin penggiling (grinding machine) tipe HSM 100 Herzog, mesin penekan (press machine) tipe HTP 40 Herzog, thermo electron XRF ARL 9800 XP, cassette (holder sample), cincin (ring) sampel, ayakan no.325, erlenmeyer, sel permeabilitas 3. Hasil dan Pembahasan Spesifikasi persyaratan kualitas semen sesuai dengan Standar Nasional Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Spesifikasi Semen Sesuai SNI Analisis Range Hilang Pijar (Loss Max. 5,0% On Ignition) F-CaO (Freelime) 0,20-0,80% SO 3 dan MgO Max. 4,0% dan 6,0% Kuat tekan 3 hari Min. 190 kg/cm 2 (Compressive 7 hari Min. 280 kg/cm 2 Strength) 28 hari Min. 380 kg/cm 2 Min cm 2 /g Kehalusan (Blaine) (Sumber: SNI ) Hasil penelitian menunjukkan sebagai berikut: Uji Hilang Pijar Gambar 1. Kadar Hilang Pijar Blended Cement Batas maksimum kadar hilang pijar semen pada SNI yaitu 5,0%. Gambar 1 menunjukkan bahwa semakin bertambahnya penambahan batu kapur di dalam semen maka kadar hilang pijarnya juga akan bertambah. Oleh karena itu, kandungan hilang pijar dalam blended cement harus dibatasi karena dapat menimbulkan keretakan semen (ekspansi) dan dapat menyebabkan kualitas semen menurun. Uji Kapur Bebas Gambar 2. Kadar Kapur Bebas Blended Cement 6

6 Batas maksimum kadar kapur bebas semen pada SNI yaitu 0,2%-0,8%. Pada kode semen tersebut yang memenuhi syarat spesifikasi yaitu CM-404, CM-405, CM-406, CM-407, CM-412, CM-413, CM-414, sedangkan kode semen yang tidak menunjukkan syarat spesifikasi yaitu CM-401, CM-402 dan CM-403, CM-408, CM-409 CM- 410,CM-411. Gambar 2 menunjukkan bahwa semakin bertambahnya penambahan klinker di dalam semen maka kadar kapur bebas juga akan bertambah. Oleh karena itu, kandungan kapur bebas dalam blended cement harus dibatasi karena dapat menimbulkan keretakan semen (ekspansi) dan dapat menyebabkan kualitas semen menurun. Komposisi dengan XRF Gambar 3. Penetapan Komposisi Kimia Semen Gambar 3 menunjukan bahwa semakin tinggi penambahan aditif batu kapur blended cement pada kehalusan 4250 cm 2 /g dan 3850 cm 2 /g, maka kadar SiO2, Al 2 O 3, Fe2O3, MgO, SO₃ yang diperoleh semakin rendah, sedangkan kadar CaO semakin tinggi. Hal ini disebabkan unsur terbanyak dari batu kapur adalah CaCO3 dimana kandungan CaCO3 didalam batu kapur berkisar antara 80-99%. Disamping itu juga merupakan senyawa yang bereaksi dengan senyawa silika, alumina dan besi yang akan membentuk senyawa potensial penyusun utama semen yaitu C 3 S dan C 2 S. Kadar MgO dan SO₃ memenuhi spesifikasi SNI Kuat Tekan Gambar 4. Hubungan Kuat Tekan-Blaine- Residu Blended Cement Gambar 4 menunjukkan bahwa penambahan komposisi optimum aditif batu kapur yaitu 25% untuk semen pada kehalusan semen 4250 cm 2 /g (kode semen CM-406) dan 20% untuk semen pada kehalusan semen 3850 cm 2 /g (kode semen CM-412). Kelompok semen pada kehalusan 4250 cm 2 /g relatif mempunyai kuat tekan yang lebih tinggi dibandingkan dengan semen pada kehalusan 3850 cm 2 /g. Penambahan batu kapur ke dalam semen memberikan pengaruh terhadap kekuatan semen, nilai kehalusan dan kadar residu. 7

7 Semakin besar persentase penambahan aditif batu kapur maka kuat tekan semen semakin rendah, nilai kehalusan semen semakin rendah dan kadar residu semen semakin tinggi. kestabilannya akan rendah (Vera, et all., 2000). Uji Kehalusan dan Uji Residu Gambar 6. Hubungan Kehalusan dan Residu Blended Cement Gambar 5. Nilai Kehalusan Blended Cement Uji kehalusan dan uji residu dilakukan untuk mengetahui ukuran partikel dari semen. Gambar 5 menunjukkan bahwa dengan penambahan batu kapur nilai kehalusan semen akan menjadi semakin rendah baik untuk semen pada kehalusan 3850 cm 2 /g maupun 4250 cm 2 /g (dari kode semen CM-401 sampai CM-407 dan kode semen CM-408 sampai CM-414). Semakin halus suatu semen, semakin besar luas permukaannya, sehingga air yang diperlukan untuk mencapai konsistensi normal semakin tinggi, reaksi hidrasi dan waktu pengikatan semakin cepat, serta panas hidrasi dan kuat tekan semakin tinggi bila semen terlalu kasar, kuat tekan, plastisitas, dan Gambar 6 menunjukkan bahwa dengan penambahan batu kapur kadar residu semen akan menjadi semakin tinggi baik untuk semen pada kehalusan semen 3850 cm 2 /g maupun 4250 cm 2 /g. Nilai kehalusan mempengaruhi besarnya nilai residu, semakin besar nilai kehalusan semen maka residunya akan semakin kecil begitu juga sebaliknya. Optimasi SO 3 di Dalam Semen Tabel 1 Hasil Penetapan Optimasi SO 3 di Dalam Blended Cement Kehalusan Batu SO 3 Semen SO 3 (cm²/g) Kapur Sebelum Optimum (%) Optimasi (%) Semen (%) ,60 3, ,82 3,22 Tabel 1 menunjukkan bahwa kandungan SO 3 pada blended cement dengan batu kapur 25% sebesar 2,60% (kehalusan 4250 cm 2 /g) dan 2,82% (kehalusan 3850 cm 2 /g). Kandungan SO 3 8

8 di dalam semen dapat mempengaruhi kuat tekan mortar atau beton. SO 3 yang optimum di dalam semen untuk kehalusan 4250 cm 2 /g dan 3850 cm 2 /g yaitu 3,10% dan 3,22%. Dengan memperhitungkan SO 3 yang berasal dari klinker, maka didapat komposisi penambahan gipsum yang optimum di dalam blended cement pada kehalusan 4250 cm 2 /g dan 3850 cm 2 /g sebesar 5,23% dan 5,37%. Komposisi optimum aditif di dalam blended cement pada kehalusan 3850 cm 2 /g yaitu 69,63% klinker, 5,37% gipsum, 20% batu kapur dan 5% abu terbang. Komposisi optimum aditif di dalam blended cement pada kehalusan 4250 cm 2 /g yaitu 64,77% klinker, 5,23% gipsum, 25% batu kapur dan 5% abu terbang. Kesimpulan 1. Hasil analisis uji sifat fisika dan kimia menunjukkan bahwa semakin besar persentase pemakaian batu kapur di dalam blended cement maka kadar residu dan kadar hilang pijar akan semakin besar serta nilai kehalusan dan nilai kuat tekan akan semakin rendah. Semakin rendah persentase pemakaian klinker di dalam blended cement maka kadar kapur bebas (freelime) semakin rendah. 2. Berdasarkan data analisis komposisi kimia semen menunjukkan bahwa pengaruh penambahan aditif batu kapur terhadap kualitas komposisi kimia blended cement yaitu semakin banyak aditif batu kapur yang ditambahkan pada blended cement maka kualitas komposisi kimia blended cement semakin rendah. 3. Berdasarkan data analisis kuat tekan semen, kuat tekan tekan semen yang baik apabila nilai kuat tekan selama 3 hari, 7 hari dan 28 hari semakin meningkat. Kuat tekan semen yang tertinggi yaitu nilai kuat tekan pada umur 28 hari. 4. Komposisi optimum aditif di dalam blended cement pada kehalusan 3850 cm 2 /g yaitu 69,63% klinker, 5,37% gipsum, 20% batu kapur dan 5% abu terbang. Komposisi optimum aditif di dalam blended cement pada kehalusan 4250 cm 2 /g yaitu 64,77% klinker, 5,23% gipsum, 25% batu kapur dan 5% abu terbang. Daftar Pustaka ASTM C Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars. Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States of America : ASTM International. ASTM C150-95a Standard Spesification for Portland Cement. Annual Book of ASTM Standard Section 9

9 4. United States of America : ASTM International. ASTM C Test Methode for Fineness of Hydraulic Cement by Air Permeability Apparatus. Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States of America : ASTM International. ASTM C Standard Test Method for Fineness of Hydraulic Cement by The 45 µm ( no 325 ) sieve. Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States of America : ASTM International. ASTM C Standard Test Method for Chemical Analysis. Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States of America : ASTM International. ASTM C Standard Test Method for Optimum SO 3 in Hydraulic Cement Using 24-h Compressive Strength. Annual Book of ASTM Standard Section 4. United States of America : ASTM International. Austin,G Shreve s Chemical Process Industries. Edisi 6. Singapura Lea, F.M and Desch. C.H The Chemistry of Cement and Concrete. Third Edition. Edward Arnold Ltd. London. SNI Semen Portland Komposit. Jakarta: Badan Standarisasi Nasional. Suprapto, B.B Teknologi Semen. Industrial Relation Divison Training and Development Dept. Citeureup. Vera, Roosyanto, dan Erry Semen Portland Bahan Baku Sifat-Sifat dan Pengujian. Industrial Relation Divison Training and Development Dept. Citeureup. 10