Hidrasi Semen

A. Semen

Semen adalah bahan-bahan yang memperlihatkan sifat-sifat karakteristik mengenai pengikatan serta pengerasannya jika dicampur dengan air, sehingga terbentuk pasta semen. Semen merupakan suatu hasil industri yang dapat menjadi sangat kompleks dengan campuran serta susunan yang berbeda-beda.Semen dapat dibagi dalam dua kelas sebagai berikut;

1.Semen hidrolik
2.Semen non-hidrolik.

Semen Hidrolik

Semen hidrolik mempunyai kemampuan untuk mengikat dan mengeras didalam air, semen hidrolik antara lain meliputi, tetapi tidak terbatas pada bahan-bahan sebagai berikut :Kapur hidrolik,Semen teras,Semen terak,Semen alam,Semen portland,Semen portland-teras,Semen portland terak dapur-tinggi

Semen non-hidrolik

Jenis-jenis semen ini tidak dapat mengikat serta mengeras didalam air, akan tetapi perlu udara untuk dapat mengeras, contoh utama dari jenis semen non-hidrolik adalah kapur.

B.  Hidrasi Semen

Hidrasi semen (semen Portland) adalah suatu reaksi kimia yang berurutan antara clinker, kalsium sulfat dan air sampai akhirnya suspensi semen mengeras. Akan Tetapi ada beberapa parameter yang perlu ditambahkan.

Hidrasi dapat di kelompokan menjadai 2 kelompok yaitu :

1. Hidrasi dengan temperatur rendah

2. Hidrasi denga n temperatur tinggi.

Keberadaan senyawa-senyawa silikat dan aluminat dalam semen menyebabkan terjadinya reaksi dengan air jika semen dicampur dengan air. Akibatnya terbentuk suatu senyawa hidrat sebagai produk dari proses hidrasi yang selanjutnya akan terjadi pengerasan massa. Reaksinya sangat kompleks, tetapi secara umum dapat dituliskan sebagai berikut (Van Vlack, 1985):

Ca₃Al₂O₆ + 6 H₂O Ca₃Al₂(OH)₁₂ + 200 J/g

Ca₂SiO₄ + x H₂O Ca₂SiO x H₂O + 500 J/g

Ca₃SiO₅ + (x+1) H₂O Ca₂SiO₄ x H₂O + Ca(OH)₂ + 865 J/g

Reaksi di atas hanya berlaku untuk semen Porltland yang banyak digunakan oleh masyarakat. Reaksi kimia antara semen Portland dengan air menghasilkan senyawa yang disertai dengan pelepasan panas. Kondisi ini mengandung resiko besar terhadap penyusutan beton yang berakibat pada keretakan beton. Reaksi semen dengan air dibedakan menjadi dua, yaitu periode pengikatan dan periode pengerasan. Pengikatan merupakan peralihan dari keadaan plastis menuju keadaan keras. Sedangkan pengerasan adalah penambahan kekuatan setelah pengikatan selesai. (Kardiyono Tjoekrodimuljo, 1995).

Jika semen Portland dicampur dengan air, maka komponen kapur dilepaskan dari senyawa, yang banyaknya mencapai sekitar 20% dari berat semen. Kondisi tersebut yang bisa terjadi adalah lepasnya kapur dari semen yang dapat menyebabkan terjadinya pemisahan struktur. Situasi ini harus dicegah dengan menambahkan pada semen suatu mineral silika. Mineral yang ditambahkan ini akan bereaksi dengan kapur bila ada uap air membentuk bahan yang kuat yaitu kalsium silikat.

 Untuk semen-semen dengan penggunaan khusus, reaksi tentunya berbeda karena komposisi dan jenis penyusunnya tidak sama dengan semen Portland. Dari reaksi hidrasi diatas juga tampak bahwa, semua reaksi bersifat eksotermis. Panas yang dilepas memang relatif kecil sehingga tidak menjadi masalah pada saat penguapan. Panas ini menjadi masalah, jika semen digunakan untuk membangun bendungan besar. Pada kasus seperti ini harus dicarikan cara mendinginkan semen agar penguapan air tidak terlalu cepat akibat pemanasan dari dalam.

Perbedaan fasa-fasa anhidrat sebagai hasil proses penguapan fasa hidrat, menyebabkan timbulnya sifat semen (beton) yang berbeda, sebagaimana diberikan pada gambar 2. Dari gambar tersebut tampak bahwa fasa C₃S terhidrasi cepat dan mengembang kuat lebih awal sementara β- C₂S mengeras lebih lambat. Produk hidrasi C₃A dan C₄AF amat kecil kekuatannya. Komponen C₃S ini bertanggung jawab terhadap perkerasan awal, sedangkan C₃S dan β- C₂S memberikan kekuatan semen ataupun beton yang lebih lama.

Sebagaiman telah dijelaskan diatas bahwa hidrasi pada semen merupakan proses yang kompleks. Hal ini karena produk hidrasinya ada diantara gel dan kristal tak sempurna sehingga sukar dianalisis dengan sinar-x. Produk utama dan paling penting dari semen yang telah mengeras dan memberi kekuatan tinggi adalah kristal kalsium silikat anhidrat. Senyawa ini jumlahnya dalam semen sedikit. Komposisi senyawa ini tidak tentu dan mungkin berubah-ubah tergantung rasio kapur-silika maupun rasio silika-air. Ada kemungkinan juga mengandung ion-ion Al³⁺, Fe²⁺ dan SO₄^2-.

Proses hidrasi pada semen sebenarnya berlangsung melalui dua tahap yaitu pertama, proses pelapisan gel C-S-H (kalsium silika hidrat) yang cepat pada permukaan partikel semen anhidrat. Kedua, proses penebalan lapisan baik oleh pertumbuhan keluar maupun pertumbuhan kedalam partikel semen anhidrat. Lapisan-lapisan kemudian mulai bergabung setelah beberapa jam kemudian.

Rasio air terhadap semen sangat mempengaruhi sifat-sifat semen. Pasta semen memiliki volume tinggi yang konstan. Volume ini akan bertambah besar dengan meningkatnya rasio air terhadap semen dalam campuran mula-mula. Suatu set semen bersifat porus dan mengandung lubang-lubang air yang amat kecil (10-20 Angstrom) maupun lubang-lubang dengan ukuran amat besar (1 mikrometer). Hubungan antar kapiler-kaplier yang terdapat di dalamnya sangat mempengaruhi permeabilitas (kemudahtembusan oleh air) dan vulnerabilitas (ketahanrusakan) semen. Adanya interkoneksi antar pori-pori kapiler tentunya harus dihindari, karena melemahkan kekuatan semen. Keadaan ini bisa tercapai apabila ada waktu yang cukup bagi pasta semen yang cukup rendah. Untuk rasio air-semen sebesar 0,4 biasanya perlu waktu 3 hari, sedang untuk rasio air-semen 0,7 waktu yang diperlukan sekitar 1 tahun (West, 1984).

Masalah semen yang cepat mudah mengeras (flash set) disebabkan oleh adanya reaksi yang cepat antara air dengan C₃A. Senyawa ini mudah larut dalam air yang kemudian diikuti dengan proses pengendapan kalsium aluminat hidrat sambil melepas panas. Meskipun reaksinya cepat, sifat-sifat mekanis semen yang mengalami flash set sangat jelek. Secara praktis, falsh set bisa dihindari dengan menambahkan 1-2 % gipsum ke dalam klinker semen pada saat memproduksi semen. Melalui reaksi yang rumit, gips bersama Ca(OH)₂ akan bekerja memperlambat proses hidrasi C₃A. Bahkan fasa aluminat sulfat, etringite Ca₆Al₂(OH)₁₂(SO₄)₃.26 H₂O ataupun monosulfat Ca₄Al₂(OH)₁₂SO₄.6 H₂O yang terbentuk, mungkin bisa sebagai pelindung lapisan pada permukaan kristal C₃A.

Sebagian besar semen modern mempunyai kandungan kapur yang tinggi, dan biasanya melampaui 65%. Semen dengan kandungan kapur dibawah 65%, pengerasannya seringkali agak lambat. Dlam 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.

Didalam proses hidrasi semen selain menghasilkan senyawa CSH (Calsium Silikat Hidrat), CAH (Calsium Alumina Hidrat) dan CAF ( Calsium Aluminoferit) yang bersifat sebagai bahan perekat juga menghasilkan kapur yang bersifat basa. Dengan adanya FeO dan SiO₂ yang cukup tinggi pada copper slag  maka kapur yang timbul akan bereaksi membentuk CSH, CAH dan CFH yang mempunyai sifat sebagai bahan perekat, semakin banyak jumlah perekat maka semakin tinggi kuat tekan beton.

C.    Peran dan Perilaku Unsur Utama Semen dalam Hidrasi Semen

Pada umumnya terdapat 4 (empat) senyawa kimia yang berperan sebagai senyama aktif dalam semen. Bila semen mengalami hidrasi, sennyawa ini memberikan pengaruh besar dalam pembentukan kekuatan semen keringnya. Senyawa-senyawa tersebut antara lain :

1.      Tricalcium Aluminate (C₃A)

C₃A terbentuk dari perpaduan CaO dan A_l20₃. 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 %.

2.      Tricalcium silicate (C₃S)

Senyawa ini dibentuk oleh reaksi antara CaO dan SiO_2. 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%.

3.     Dicalcium Silicate (C₂S)

Senyawa ini juga dihasilkan oleh reaksi antara CaO dan SiO₂. 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%.                                                                                                                                                             

4.      Tetracalcium Aluminoferrite (C₄AF)

C₄AF dibentuk dari CaO, A_l20₃, Fe₂0₃. 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%.

My Facebook : silverfox.apry@gmail.com
My Email : apry_silverfox89@yahoo.com