Semen (CEMENT) Pendahuluan. TKS 4406 Material Technology I

Transkripsi

1 TKS 4406 Material Technology I Semen (CEMENT) Dr.Eng. Achfas Zacoeb, ST., MT. Department of Civil Engineering Faculty of Engineering University of Brawijaya Pendahuluan Semen merupakan bahan bangunan yang dapat digunakan sebagai bahan perekat, pelapis, pembuat beton dan lain-lain. Sebelum mencapai bentuk seperti sekarang, perekat dan penguat bangunan ini awalnya merupakan hasil percampuran batu kapur dan abu vulkanis. Pertama kali ditemukan di zaman kerajaan Romawi, tepatnya di Pozzuoli, dekat teluk Napoli, Italia. Bubuk itu lantas dinamai pozzuolana. 1

2 Pendahuluan (lanjut) Kata semen sendiri berasal dari caementum (bahasa Latin), yang artinya "memotong menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan". Pada abad ke-18, John Smeaton (Insinyur asal Inggris) membuat adonan dengan memanfaatkan campuran batu kapur dan tanah liat saat membangun menara suar Eddystone di lepas pantai Cornwall, Inggris. Pada tahun 1824, Joseph Aspdin, juga insinyur berkebangsaan Inggris, mengurus hak paten ramuan yang kemudian dia sebut semen portland. Pendahuluan (lanjut) Dinamakan semen Portland karena warna hasil akhir olahannya mirip tanah liat yang ada di pulau Portland, Inggris (hasil rekayasa Aspdin inilah yang sekarang banyak dijual di toko-toko bangunan). Bahan bersifat semen (cementitious material) mulai banyak digunakan, seperti pozzolan, piropilit dan sebagainya. 2

3 Bahan Baku Batu Kapur Tanah Liat Pasir Besi dan Silikat Gipsum Batu kapur Batu kapur merupakan Komponen yang banyak mengandung CaCO3 dengan sedikit tanah liat, Magnesium Karbonat, Alumina Silikat dan senyawa oksida lainnya. Senyawa besi dan organik menyebabkan batu kapur berwarna abu-abu hingga kuning 3

4 Tanah Liat Komponen utama pembentuk tanah liat adalah senyawa Alumina Silikat Hidrat Klasifikasi senyawa alumina silikat berdasarkan kelompok mineral yang dikandungnya : Kelompok Montmorilonite, meliputi : monmorilosite, beidelite, saponite dan nitronite Kelompok Kaolin, meliputi : kaolinite, dicnite, nacrite dan halaysite Kelompok tanah liat beralkali, meliputi : tanah liat mika (ilite) Pasir Besi dan Silikat Bahan ini merupakan bahan koreksi pada campuran bahan baku (Raw Mix) Digunakan sebagai pelengkap komponen kimia esensial yang diperlukan untuk pembuatan semen Pasir besi digunakan untuk menaikkan kandungan Fe 2 O 3. Pasir silikat digunakan untuk menaikkan kandungan SiO 2. 4

5 Gipsum (CaSO 4 2 H 2 O) Berfungsi sebagai bahan retarder atau bahan memperlambat proses pengerasan dari semen. Hilangnya kristal air pada gipsum menyebabkan hilangnya atau berkurangnya sifat gipsum sebagai retarder. Proses Pembuatan 5

6 Proses Pembuatan (lanjut) Semen dapat dibuat dengan 2 cara : Proses Basah Proses Kering Perbedaannya hanya terletak pada proses penggilingan dan homogenisasi. 1. Penambangan Bahan tambang berupa batu kapur, batu silika, tanah liat dan material-material lain yang mengandung kalsium, silikon, alumunium dan besi oksida yang diekstarksi menggunakan drilling dan blasting dari lokasi penambangan (quarry). 6

7 1. Penambangan (lanjut) Penambangan batu kapur dilakukan dengan cara : Pengupasan (stripping), membuang lapisan atas tanah Pengeboran (drilling), membuat lubang dengan bor untuk tempat Peledakan (blasting), dengan teknik electrical detonation. 1. Penambangan (lanjut) Penambangan batu silika tidak membutuhkan peledakan karena batuan silika merupakan butiran yang saling lepas dan tidak terikat satu sama lain. Penambangan dilakukan dengan menggunakan dozer untuk mendorong batu silika ke tepi tebing dan jatuh di loading area. 7

8 1. Penambangan (lanjut) Penambangan tanah liat dilakukan dengan pengerukan pada lapisan permukaan tanah dengan excavator yang diawali dengan pembuatan jalan dengan sistem selokan selang-seling (interval drain). 2. Pemecahan (crushing) Pemecahan bahan hasil penambangan menjadi ukuran yang lebih kecil dengan menggunakan crusher (mesin pemecah). Batu kapur dari ukuran < 1 m < 50 mm Batu silika dari ukuran < 40 cm < 200 mm 8

9 3. Pengangkutan (conveying) Bahan mentah ditransportasikan dari area penambangan ke lokasi pabrik untuk diproses lebih lanjut dengan menggunakan ban berjalan (belt conveyor). 4. Penggilingan (milling) Proses Basah Penggilingan dilakukan dalam raw mill dengan penambahan sejumlah air, kemudian dihasilkan slurry dengan kadar air %. Material-material ditambah air diumpankan ke dalam raw mill. Karena adanya putaran, material akan bergerak dari satu ruang ke ruang berikutnya. Pada ruang 1 terjadi proses pemecahan dan ruang berikutnya terjadi gesekan sehingga campuran bahan mentah menjadi slurry. 9

10 4. Penggilingan (lanjut) Proses Kering Terjadi di Duodan mill yang terdiri dari Drying Chamber, Compartment 1 dan Compartment 2. Bahan baku dimasukkan bersamaan dengan dialirkannnya gas panas yang berasal dari suspension pre heater dan menara pendingin. Pada ruang pengering terdapat filter untuk mengangkut dan menaburkan raw material sehingga gas panas dapat berkontaminasi secara merata agar efisiensi dapat tercapai. Terjadi pemisahan material kasar dan halus dalam separator. 5. Homogenisasi Proses Basah, slurry dicampur di mixing basin, kemudian slurry dilairkan ke tabung koreksi (proses pengoreksian). Proses Kering, terjadi di blending silo dengan sistem aliran corong. 10

11 6. Pembakaran Pembakaran untuk pembetukan clinker terjadi di dalam kiln. Kiln adalah alat berbentuk tabung yang di dalamnya terdapat semburan api. Kiln digunakan untuk memaksimalkan efisiensi dari perpindahan panas yang berasal dari bahan bakar. Pembentukan Klinker Proses yang terjadi di dalam kiln : Pengeringan slurry Pemanasan awal Kalsinasi Pemijaran Pendinginan Transportasi dan penyimpanan 11

12 Pengeringan Slurry Terjadi pada daerah 1/3 panjang kiln dari inlet pada temperatur O C, sehingga terjadi pelepasan air bebas dan air terikat untuk mendapatkan padatan tanah kering. Pemanasan Awal Terjadi pada daerah 1/3 setelah panjang kiln dari inlet. Selama pemanasan tidak terjadi perubahan berat dari material tetapi hanya peningkatan suhu yaitu sekitar 600 O C dengan menggunakan pre heater. 12

13 Kalsinasi Penguraian kalsium karbonat menjadi senyawa-senyawa penyusunnya pada suhu 600 O C. Reaksi kimia yang terjadi : CaCO 3 CaO + CO 2 MgCO 3 MgO + CO 2 Pemijaran Reaksi antara oksida-oksida yang terdapat dalam material yang membentuk senyawa hidrolisis yaitu C 4 A, C 3 A dan C 2 S pada suhu 1450 O C membentuk clinker. 13

14 Pendinginan Terjadi pendinginan klinker secara mendadak dengan aliran udara, sehingga klinker berukuran gr/liter. klinker yang keluar dari cooler bersuhu O C. Transportasi dan Penyimpanan Klinker kasar yang dihasilkan akan jatuh kedalam penggilingan untuk dihaluskan. Kemudian dengan drag chain, klinker yang telah dihaluskan diangkut menuju silo klinker atau langsung ke proses cement mill untuk diproses lebih lanjut menjadi semen. 14

15 Cement Mill Merupakan proses penggilingan akhir dimana terjadi penghalusan klinker ditambah dengan 5 % gipsum alami atau sintetik. Secara umum proses ini dapat dibagi menjadi 3 tahapan : Penggilingan klinker Pencampuran Pendinginan Keuntungan dan Kerugian Proses Basah KEUNTUNGAN Kadar alkalisis,klorida,dan sulfat tidak menimbulkan gangguan penyempitan dalam saluran material masuk kiln. Deposit yang tidak homogen tidak berpengaruh karena mudah untuk mencampur dan mengoreksinya. Pencampuran dan koreksi slurry lebih mudah karena berupa larutan. Fluktuasi kadar air tidak berpengaruh pada proses. KERUGIAN Proses basah baik digunakan hanya bila kadar air bahan bakunya cukup tinggi Pada waktu pembakaran memerlukan banyak panas, sehingga konsumsi bahan bakar lebih banyak Kiln yang dipakai lebih panjang karena proses pengeringan yang terjadi dalam kiln menggunakan 22 % panjang kiln. 15

16 Keuntungan dan Kerugian Proses Kering KEUNTUNGAN Kiln yang digunakan relatif pendek Kebutuhan panas lebih rendah KERUGIAN Rata-rata kapasitas kiln lebih besar Fluktuasi kadar air menganggu operasi, karena material lengket di inlet kiln Terjadi penebalan atau penyempitan pada saluran pipa kiln. Polution Controlling Device Polusi yang dihasilkan berupa polusi udara dalam bentuk : Debu Sisa pembakaran tidak sempurna (CO) Pemisahan debu : Filtrasi (Fabric Filter) Electrostatic (Precipitator) CO Penggunaan catalytic converter (mengoksidasi CO menjadi CO 2 ) 16

17 Hasil Akhir Semen Portland (PC) Semen Portland Pozzolan (PPC) Semen campuran yang menggunakan pozzolan sebagai bahan tambah pada campuran terak dan gips dalam proses penggilingan akhir. Sesuai untuk pengecoran beton massa, dam, irigasi, bangunan tepi laut atau rawa, yang memerlukan ketahanan sulfat dan panas hidrasi sedang. Jenis-Jenis Semen 1. Sement Portland a. Sement Portland Type I (Ordinary Portland Cement), dipakai untuk keperluan konstruksi bangunan biasa yang tidak memerlukan persyaratan khusus, seperti bangunan rumah pemukiman, gedung-gedung sekolah dan perkantoran, bangunan pabrik, gedung bertingkat dan sebagainya. 17

18 Jenis-Jenis Semen (lanjut) b. Semen Portland Type II (Moderate Heat Cement), dipakai untuk keperluan beton yang memerlukan ketahanan sulfat atau panas hidrasi sedang. Biasanya semen ini digunakan untuk bangunan pinggir laut (pelabuhan), aliran irigasi, landasan jembatan, bangunan di bekas tanah rawa, beton massa untuk dam dan bendungan. Jenis-Jenis Semen (lanjut) c. Semen Portland Type III (High Early Strength Cement), dipakai untuk konstruksi bangunan yang memerlukan kekuatan tekan tinggi pada fase permulaan setelah pengikatan terjadi. Biasanya digunakan untuk daerah yang bersuhu dingin, bangunan bertingkat, dan bangunan dalam air yang tidak memerlukan ketahanan terhadap sulfat. 18

19 Jenis-Jenis Semen (lanjut) d. Semen Portland Type IV (Low Heat Cement), penggunaanya memerlukan panas hidrasi rendah karena mengandung C 4 A dan C 2 S lebih banyak. Pengerasan dan perkembangan kekuatanya lambat, digunakan untuk bangunan di daerah panas, pembuatan beton atau konstruksi berdimensi tebal. Jenis-Jenis Semen (lanjut) e. Semen Portland Type V (Sulfate Resistance Cement), semen portland dengan daya tahan sulfat yang tinggi termasuk tahan terhadap larutan garam sulfat dalam air. Digunakan untuk bangunan yang berhubungan dengan air laut, air buangan industri, bangunan yang pengaruh gas atau uap kimia yang agresif dan bangunan yang selalu berhubungan dengan air panas. 19

20 Jenis-Jenis Semen (lanjut) 2. Oil Well Cement (OWC) Class G-HSR OWC atau semen sumur minyak digunakan untuk pembuatan lapisan sumur minyak yang dalam dan untuk menyumbat sumur setelah dibor. Semen ini terbagi menjadi tiga kelas (class), yaitu class A, B, C dan G. Jenis-Jenis Semen (lanjut) 1. Class A, digunakan untuk kedalaman 1830 m. 2. Class B, digunakan untuk kedalaman 1830 m, dengan ketahanan terhadap sulfat tingkat menengah dan tinggi. 3. Class C, untuk kedalaman 1830 m, dengan ketahanan awal yang tinggi dan ketahanan sulfat tingkat menengah dan tinggi. 4. Class G, untuk kedalaman 2440 m, sering disebut juga dengan basic OWC karena adanya penembahan aditif sehingga dapat digunakan untuk berbagai kedalaman. 20

21 Jenis-Jenis Semen (lanjut) 3. Sement Portland Campur (Mixed Portland Cement) Semen ini sering disebut juga Super Masonry Cement. Digunakan untuk konstruksi ringan, sedang, untuk plesteran, pemasangan bata dan bahan bangunan. Jenis-Jenis Semen (lanjut) 4. Masonry Cement Type M, S, N Semen ini terdiri dari campuran Portland atau blended cement dengan bahan plastis (seperti limestone, hydaulic lime) dan bahan lain untuk meningkatkan salah satu karakteristik bahan (material properties). Tipe N : normal (strong) Tipe S : super (stronger) Tipe M : mighty (strongest) 21

22 Jenis-Jenis Semen (lanjut) 5. Semen Portland Putih (White Portland Cement) Semen portland putih atau WPC dapat digunakan untuk plamir tembok, pembuatan tekel/traso, pemasangan keramik, tegel dan marmer. Semen jenis ini mudah diberi warna sesuai keinginan. Jenis-Jenis Semen (lanjut) 6. Semen Portland Komposite (Portland Composite Cement) Penggunaan PCC (Portland Composite Cement) pada umumnya sama dengan Semen Portland Jenis I PCC mempunyai panas hidrasi yang lebih rendah dibandingkan dengan Semen Portland Jenis I, sehingga pengerjaannya akan lebih mudah dan menghasilkan permukaan beton/plester yang lebih rapat dan lebih halus. 22

23 Standard No. SNI SNI SNI SNI SNI SNI SNI API Spec 10A Class G-HSR Semen portland putih Jenis Semen portland pozolan/ Portland Pozzolan Cement (PPC) Semen portland biasa/ordinary Portland Cement (OPC) Semen portland campur Semen masonry Semen portland komposit Semen sumur minyak (OWC) Thanks for the attention and Success for your study! 23