Semen Portland (PC) | Sifat, Susunan, Jenis dan Cara Penyimpanan

Semen portland atau Portland Cement (PC) atau semen hidraulis merupakan bahan ikat yang banyak dipergunakan dalam pembangunan phisik. 

Nama Portland Cement diusulkan oleh Joseph Aspdin tahun 1824, karena berbentuk butiran yang berasal dari pulau Portland, Inggris. 

Produksi PC secara pabrikasi  pertama kali dilakukan oleh David Saylor di Coplay, Pennsylvania, Amerika Serikat pada tahun 1875.

Semen portland disebut juga semen hidraulis karena kemampuannya mengikat/ber-reaksi dengan air dan mengeras didalam air. 

Semen berfungsi untuk merekatkan butir-butir agregat, selain itu untuk mengisi rongga-rongga antar agregat sehingga menjadi suatu massa padat/kompak, walaupun jumlah semen hanya ± 10% volume beton.

Semen Portand (PC)

Sifat-Sifat Semen Portland

Semen portland dibuat melalui beberapa langkah/tahapan. Semen diperoleh dengan membakar secara bersama, suatu campuran yang terdiri dari calcareous (mengandung kalsium karbonat atau batu gamping) dan argillaceous (mengandung alumina) dengan perbandingan tertentu.

Secara sederhana dapat dikatakan bahwa kandungan semen portland adalah kapur, silika dan alumina. Ketiganya dicampur dengan perbandingan tertentu dan dibakar pada suhu 1550 derajat C sehingga menjadi klinker. 

Kemudian didinginkan, lalu di giling sampai halus, selanjutnya dimasukkan ke dalam kantong-kantong semen dengan berat 40 kg atau 50 kg. Butir-butir yang halus dari semen memiliki sifat adhesif maupun kohesif.

Umumnya saat penggilingan klinker, ditambahkan gips atau kalsium sulfat (CaSO4) sekitar 2 - 4% yang berfungsi sebagi pengontrol waktu ikat. Bahan tambah lain juga dapat diberikan untuk membentuk semen khusus. 

Susunan Kimia Semen Portland

Bahan dasar semen terdiri dari bahan-bahan yang terutama mengandung kapur, silika dan alumina, serta oksida besi. Dengan demikian bahan-bahan inilah merupakan unsur utama semen.  Susunan unsur kimia semen biasa seperti pada tabel di bawah ini.

Unsur Kimia Semen Biasa

Oksida	Persentase
Kapur CaO	60 – 65
Silika SiO2	17 - 25
Alumina Al2O3	8-Mar
Besi Fe2O3	0,5 - 6
Magnesia MgO	0,5 - 4
Sulfur SO3	2-Jan
Soda/potash Na2O + K2O	0,5 - 1

Dalam produksi semen, oksida-oksida berinteraksi satu dengan yang lain, sehingga terjadi perubahan susunan kimia yang komplek. Pada dasarnya terdapat 4 unsur yang paling penting, yaitu:

• Trikalsium Silikat C3S atau 3CaO.SiO2
• Dikalsium Silikat C2S atau 2CaO.SiO2
• Trikalsium Aluminat C3A atau 3CaO.Al2O3
• Tetrakalsium Aluminoferit C4AF atau 4CaO.Al2O3.Fe2O3

C3S dan C2S, keduanya 70–80% dari semen, merupakan unsur yang paling dominan dalam memberikan sifat semen.

Jika semen terkena air, C3S segera berhidrasi dan menghasilkan panas, serta berpengaruh terhadap proses pengerasan semen terutama pada 14 hari pertama. 

Sedangkan C2S bereaksi lebih lambat dengan air, pengaruhnya terdapat pengerasan semen setelah 7 hari dan memberikan kekuatan akhir. 

Unsur C2S membuat semen tahan terhadap serangan kimia (chemical attack) dan mengurangi susut pengeringan. 

C3S membutuhkan air ± 24% dan C2S membutuhkan air ± 21% beratnya untuk terjadinya reaksi kimia/hidrasi, dan pada saat hidrasi C3S membebaskan kalsium hidroksida hampir 3 kali lebih banyak dari yang dilepaskan C2S. 

Maka, bila prosentase C3S lebih tinggi akan mengasilkan proses pengerasan awal cepat pada pembentukan kekuatan awalnya, disertai panas hidrasi yang tinggi.

Sedang jika prosentasi C2S yang lebih tinggi, mengakibatkan proses pengerasan yang lambat, panas hidrasi yang lebih rendah, tetapi ketahanan serang kimia lebih baik.

Unsur C3A berhidrasi secara exothermic dan bereaksi sangat cepat, serta memberikan kekuatan setelah 24 jam. Kebutuhan air untuk reaksi C3A ± 40% beratnya. Tetapi karena jumlah unsur ini sedikit, pengaruhnya terhadap jumlah air keseluruhan kecil. 

Unsur ini sangat mempengaruhi panas hidrasi (menjadi makin tinggi), baik pada pengerasan awal ataupun pengerasan selanjutnya dalam kurun waktu yang lama.  Bila semen mengandung C3A > 10% akan kurang ketahanannya terhadap asam sulfat (SO4), karena itu untuk semen tahan sulfat kandungan unsur ini harus ≤ 5%. 

Semen yang terkena asam sulphat didalam air atau tanah, disebabkan keluarnya C3A yang bereaksi dengan sulfat, mengembang sehingga terjadi retak-retak pada betonnya.

Unsur C4AF kurang begitu besar pengaruhnya terhadap kekerasan semen atau betonnya.

Pada gambar dibawah ini terlihat pengaruh ke empat unsur  utama semen terhadap hubungan antar umur dan kuat tekan beton.

Grafik Hubungan Umur dan Kuat Tekan Unsur Semen

Hidrasi pada Semen

Jika semen bersentuhan dengan air, maka terjadilah proses hidrasi, baik arah ke luar maupun ke dalam. 

Hasil hidrasi mengendap di bagian luar dan inti semen yang belum terhidrasi di bagian dalam secara bertahap terhidrasi sehingga volumenya mengecil. 

Reaksi tersebut berjalan lambat, sekitar 2 – 5 jam (disebut periode induksi atau tak aktif), sebelum terjadi percepatan setelah kulit permukaan pecah.

Pada tahap hidrasi berikutnya, pasta semen terdiri dari gel (hasil hidrasi yang berbentuk butiran sangat halus dan memiliki luas permukaan yang sangat besar) dan sisa-sisa semen yang tidak bereaksi, kalsium hidroksida Ca(OH)2 dan air, serta beberapa senyawa lain.

Kristal-kristal dari berbagai senyawa yang dihasilkan membentuk suatu rangkaian tiga dimensi yang saling melekat secara random, kemudian mengisi ruangan yang mula-mula ditempati air secara perlahan, lalu menjadi kaku dan mengeras menjadi benda padat dan kuat. 

Pasta semen yang telah mengeras memiliki struktur yang berpori, dengan ukuran pori mulai dari 4.10-4 mm sampai yang lebih besar, dan pori-pori ini disebut pori-pori gel. 

Pori-pori yang terdapat pada pasta semen yang telah mengeras mungkinn saling berhubungan (kapiler), tetapi mungkin juga tidak. Setelah hidrasi berlangsung (pasta semen sudah mengeras), endapan hasil hidrasi pada permukaan butiran semen mengakibatkan difusi air kebagian dalam butir semen yang belum berhidrasi semakin sulit, sehingga laju hidrasi semakin lambat.

Proses hidrasi sangat kompleks, tidak semua reaksi yang terjadi dapat diketahui dengan pasti. Untuk reaksi hidrasi unsur C2S dan C3S sebagai berikut.

• 2 C3S + 6 H2O --> (C3S2H3) + 3 Ca(OH)2
• 2 C2S + 4 H2O --> (C3S2H3) + Ca(OH)2

Hasil utama proses ini adalah C3S2H3 yang disebut Tobermorite yang berbentuk gel. 

Terdapat juga beberapa butir yang bersifat seperti kristal didalam tobermorite. Karena proses hidrasi butir-butir semen berlangsung sangat lambat, penambahan air bila dimungkinkan masih diperlukan oleh bagian dalam butir-butir semen (terutama semen yang berbutir besar) untuk menyempurnakan proses hidrasi. 

Penelitian terhadap silinder beton, menunjukkan beton masih meningkat terus kekuatannya paling tidak untuk jangka waktu 50 tahun.

Kekuatan Pasta Semen

Kekuatan semen yang sudah mengeras tergantung pada jumlah air yang dipakai waktu proses hidrasi. Jumlah air yang digunakan untuk proses hidrasi ± 25% berat semen. 

Penambahan jumlah air akan mengurangi kekuatan setelah mengeras. Kelebihan air dari yang dipergunakan untuk proses hidrasi semen umumnya memang diperlukan pada pembuatan beton, agar adukan tercampur dengan baik, diangkut dengan mudah, dan dapat dicetak dan dipadatkan dengan baik (tidak keropos). 

Hendaknya selalu diusahakan jumlah air sesedikit mungkin, agar pori-pori sesedikit mungkin sehingga kuat tekan beton tinggi, karena kelebihan air mengakibatkan pasta semen (beton) berpori lebih banyak sehingga kekuatannya berkurang dan porous.

Pada beton dikenal suatu nilai yang menunjukkan jumlah air yang diberikan pada beton, yaitu nilai faktor air semen (fas), berat air dibagi berat semen, pada beton normal nilai fas = 0,40 – 0,65.

Sifat Fisik Semen

Sifat-sifat fisik semen diantaranya adalah :

Kehalusan Butir

Reaksi semen dengan air dimulai dari permukaan butir semen, sehingga makin makin kecil butir-butir semen (jumlah luas permukaan makin besar dari berat semen yang sama) maka makin cepat proses hidrasinya. 

Berarti semen yang halus akan cepat menjadi kuat dan menghasilkan panas hidrasi yang lebih cepat dari semen yang butirannya lebih kasar. Umumnya semen yang berbutir halus  akan meningkatkan adesi pada beton segar, dapat mengurangi bleeding, akan tetapi cenderung terjadi susut lebih besar dan memudahkan terjadinya retak susut. 

Menurut SII 0013-81, paling sedikit 90% berat semen harus lolos ayakan lubang 0,09 mm. Namun jika butir-butir semen telalu halus, dapat menyebabkan terjadinya hidrasi awal karena kelembaban udara.

Waktu Ikat

Semen jika dicampur air akan menjadi bubur yang plastis, secara bertahap sifat plastis ini berkurang dan menjadi keras. 

Waktu dari pencampuran semen dan air sampai saat kehilangan sifat keplastisannya disebut waktu ikat awal (initial time), dan waktu sampai pasta semen menjadi massa yang keras disebut waktu ikat akhir (final setting time). 

Untuk PC biasa, waktu ikat awal tidak boleh kurang dari 60 menit, dan waktu ikat akhir tidak boleh lebih dari 480 menit.

Pemahaman tentang waktu ikat awal sangatlah penting pada pengerjaan beton. Menurut SNI 03-6827-2002, waktu ikat awal adalah waktu yang diperlukan oleh pasta semen untuk mengubah sifatnya dari kondisi cair menjadi padat. 

Di Laboratorrium, waktu ikat awal ditentukan berdasarkan waktu dimana penetrasi jarum vicat mencapai nilai 25 mm, sedang waktu ikat akhir adalah waktu dimana penetrasi jarum vicat tidak terlihat secara visual.

Waktu ikat awal yang cukup lama diperlukan untuk transportasi, penuangan, pemadatan dan perataan permukaan beton. Proses ikatan awal ini disertai perubahan temperatur. 

Temperatur naik dengan cepat dari ikatan awal dan mencapai puncaknya pada waktu berakhirnya ikatan akhir. Waktu ikatan yang pendek dapat menaikkan temperatur sampai 30 derajat C. 

Dalam praktek, lama waktu ikatan ini dipengaruhi jumlah air campuran, suhu udara disekitar dan bahan tambah jika digunakan.

Panas Hidrasi

Silika dan Alumina pada semen akan bereaksi dengan air dan menjadi media perekat yang memadat, lalu membentuk massa yang keras. 

Reaksi membentuk media perekat ini disebut hidrasi dan hidrasi semen bersifat eksotermis yang mengeluarkan panas ± 110 kalori/gram. 

Pada beton dengan massa yang besar, dapat terjadi perbedaan temperatur antara bagian luar dan bagian dalamnya yang cukup besar yang dapat menyebabkan terjadinya retak cukup besar. 

Pada daerah dingin, panas hidrasi yang tinggi dapat menguntungkan karena mencegah air membeku dalam beton.

Panas hidrasi didifinisikan sebagai kualitas panas dalam kalori/gram pada semen yang terhidrasi, dan waktu berlangsungnya dihitung sampai proses hidrasi berlangsung secara sempurna pada temperatur tertentu. 

Panas hidrasi semen dengan panas hidrasi rendah ≤ 60 kalori/gram sampai 7 hari pertama dan ≤ 70 kalori/gram sampai umur 28 hari.

Panas hidrasi juga dipengaruhi ketinggian temperatur pada saat hidrasi terjadi. Untuk PC biasa panas hidrasi bervariasi antara 37 kalori/gram pada 5 derajat C sampai 80 kalori/gram pada 40 derajat C. 

Pada umumnya, ± 60% dari panas total dibebaskan pada 1 sampai 3 hari pertama,   ± 80% sampai hari ke tujuh, dan sekitar 90 – 95% dalam jangka waktu 6 bulan. 

Laju hidrasi dan peningkat panas dipengaruhi oleh peningkatan kehalusan butir semen, walaupun kuantitas total panas tidak dipengaruhi oleh kehalusan butir tersebut.

Berat Jenis

Umumnya berat jenis semen adalah 3,15  dan berat jenis ini dipergunakan dalam perencanaan campuran beton.

Sifat Kimia Semen

Sifat-sifat kimia semen diantaranya yaitu:

Kesegaran Semen

Kehilangan berat merupakan ukuran kesegaran semen. Kehilangan berat terjadi karena kelembaban (mengakibatkan prehidrasi semen) dan adanya karbon dioksida dalam bentuk kapur bebas atau magnesium yang menguap.

Hidroksida dan karbon dari kapur serta magnesium bukan merupakan unsur perekat, tetapi unsur pengisi, semakin sedikit kehilangan berat berarti makin sedikit unsur pengisi, berarti semen semakin baik.

Pemeriksaan kehilangan berat dilakukan dengan mengambil satu gram semen dan ditempatkan pada platina, dibakar pada temperatur 900 – 1000 derajat C minimum 15 menit. Dalam keadaan normal kehilangan berat ± 2%, dan maksimum 3%.

Sisa yang Tidak Larut

Sisa bahan yang tidak habis bereaksi adalah bagian yang tidak aktif dari semen. Semakin sedikit sisanya, maka semakin baik semennya. Nilai sisa bahan tidak larut maksimum 1,50%.

Jenis-jenis Semen Portland

Menurut Persyaratan Umum Bahan Bangunan di Indonesi (PUBI) 1982, terdapat 5 jenis semen, sesuai dengan tujuan pemakaiannya. 

Perbedaan antara jenis yang satu dengan lainnya disebabkan jumlah/prosentase dari 4 komponen utamanya.

• Jenis I: Semen Portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan-persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-jenis lain.
• Jenis II: Semen Portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang
• Jenis III: Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut kekuatan awal yang tinggi
• Jenis IV: Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut panas hidrasi rendah
• Jenis V: Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan sangat tahan terhadap sulfat.

Komposisi kimia masing-masing jenis semen (Nawy) seperti pada tabel dibawah ini.

Komposisi Kimia Masing-masing Jenis Semen

Jenis Semen	Kandungan Kimia (%)
	C3S	C2S	C3A	C4AF	CaSO4	CaO	MgO
Jenis I	49	25	12	8	2,9	0,8	2,4
Jenis II	46	29	6	12	2,8	0,6	3
Jenis III	56	15	12	8	3,9	1,4	2,6
Jenis IV	30	46	5	13	2,9	0,3	2,7
Jenis V	43	36	4	12	2,7	0,4	1,6

Semen Jenis I digunakan untuk bangunan-bangunan umum yang tidak memerlukan persyaratan khusus.

Semen Jenis II relatif sedikit melepaskan panas, di gunakan untuk struktur besar, untuk konstruksi bangunan dan beton yang terus menerus berhubungan dengan air kotor atau air tanah atau pondasi yang tertanam di dalam tanah yang mengandung air agresif, saluran air buangan dan bangunan yang berhubungan langsung dengan rawa.

Semen Jenis III,  mengandung kadar C3A dan C3S yang tinggi dan butirannya sangat halus, cepat mengalami hidrasi, sehingga mencapai kekuatan awal yang tinggi dalam umur 3 hari. Jenis ini dipergunakan pada daerah dingin, terutama daerah yang mempunyai musim dingin.

Semen Jenis IV, merupakan semen dengan panas hidrasi rendah, dimana kadar C3S  ≤ 35% dan C3A ≤ 5%. Dipergunakan untuk pembetonan yang besar dan masif, seperti bendung, pondasi berukuran besar, dll.

Semen Jenis V, merupakan semen tahan sulfat, digunakan untuk bangunan yang berhubungan dengan air laut, air buangan industri, bangunan yang terkena pengaruh gas atau uap kimia yang agresif dan bangunan yang berhubungan dengan air tanah yang mengandung sulfat yang tinggi.

Selain ke-empat jenis semen tersebut, terdapat Semen Portland Puzolan (PPC), adalah campuran semen portland dengan pozolan, dengan jumlah pozolan 15 – 40% berat total campuran,  dengan kandungan  SiO2 + Al2O3  + F2O3 dalam puzolan minimum 70%. PPC diproduksi dengan cara:

• Cara pertama, menggiling secara bersama klinker semen dan puzolan, serta bahan tambah gips atau kalsium sulfat
• Cara kedua, dengan mencampur secara merata semen (klinker yang telah digiling dan bahan tambah gips atau kalsium sulfat) dengan puzolan halus.
• PPC menghasilkan panas hidrasi yang lebih rendah dari pada semen biasa. Mempunyai sifat ketahanan terhadap kotoran dalam air lebih baik, sehingga cocok dipakai untuk bangunan di laut, bangunan pengairan, dan beton massa.

Penyimpanan Semen Portland

Penyimpanan semen kadang-kadang diperlukan dalam jangka waktu lama, karena itu kualitas gudang tempat penyimpanan dan cara penumpukan semen harus baik sebab dapat menurunkan kualitas semen. 

Semen dapat dijaga mutunya dalam jangka waktu tidak terbatas, asalkan tidak tersentuh uap air. Karena semen yang berhubungan dengan udara akan menyerap air secara perlahan-lahan yang dapat merusak semen. 

Penyerapan 1-2% air tidak terlalu mempengaruhi kualitas semen, tetapi dapat memperlambat proses pengerasan dan mengurangi kekuatan. 

Jika semen diletakkan langsung diatas tanah akan lebih reaktif,  semen lebih cepat menyerap uap air dari kelembaban sekeliling.

Semen curah dapat disimpan dalam silo/kontainer penyimpanan dari baja atau beton yang tingginya 2 meter atau lebih. 

Umumnya hanya bagian luar setebal ± 5 cm yang mengeras (untuk penyimpanan cukup lama) dan harus dibuang dan tidak boleh digunakan.

Semen dalam kantong dapat juga disimpan dengan aman untuk beberapa bulan jika disimpan dengan baik, diletakkan diatas lembaran alas yang kedap air, dinding dan lantai tidak porous, dengan jarak bebas terhadap lantai ± 30 cm dan jarak bebas antara dinding dengan semen ± 50 cm, serta jendela ditutup sangat rapat. 

Untuk menghindari pedahnya kantong semen, tinggi timbunan zak semen tidak lebih dari 200 cm. Sekali semen disimpan harus tidak boleh diganggu sampai semen akan dipergunakan.

Berbagi :