Sekitar 90-95% semen Portland terdiri dari empat mineral semen utama, yaitu C3S, C2S, C3A, dan C4AF, dengan sisanya terdiri dari kalsium sulfat, alkali sulfat, CaO, MgO, dan lainnya yang tidak bereaksi, konstituen kecil yang tersisa dari clinkering dan grinding. Keempat mineral semen memainkan peran yang sangat berbeda dalam proses hidrasi yang mengubah semen kering menjadi pasta semen (bubur) yang mengeras.
C3S dan C2S berkontribusi untuk hampir semua sifat menguntungkan dengan menghasilkan produk hidrasi utama, gel C-S-H. Namun, hidrat C3S jauh lebih cepat daripada C2S dan dengan demikian bertanggung jawab untuk pengembangan kekuatan awal.
Mineral C3A dan C4AF juga terhidrasi, tetapi produk yang terbentuk berkontribusi sedikit pada sifat-sifat pasta semen. Mineral-mineral ini hadir karena semen kalsium silikat murni hampir tidak mungkin diproduksi secara ekonomis.
Struktur kristal mineral semen cukup kompleks, dan karena struktur ini tidak memainkan peran penting dalam sifat-sifat pasta semen dan beton, Arsitur hanya akan menghadirkan fitur kimia yang paling penting dalam semen secara umum sebagai berikut :
C3S murni dapat terbentuk dengan tiga struktur kristal yang berbeda. Pada suhu di bawah 980˚C struktur seimbangnya adalah triklinik. Pada suhu antara 980˚C - 1070˚C strukturnya monoklinik, dan di atas 1070˚C adalah rhombohedral. Selain itu, struktur triklinik dan monoklinik masing-masing memiliki tiga polimorf, sehingga ada total tujuh kemungkinan struktur.
Namun, semua struktur ini agak mirip dan tidak ada perbedaan yang signifikan dalam reaktivitas. Fitur yang paling penting dari struktur ini adalah pengemasan ion kalsium dan oksigen yang canggung dan asimetris yang meninggalkan "lubang" besar dalam grid kristal. Pada dasarnya, ion-ion tersebut tidak cocok bersama dengan sangat baik, menyebabkan struktur kristal memiliki energi internal yang tinggi. Akibatnya, C3S sangat reaktif.
C3S yang terbentuk dalam klinker semen mengandung sekitar 3-4% oksida selain CaO dan SiO2. Sebenarnya, mineral ini harus disebut "alit" daripada C3S. Dalam klinker tipikal, C3S akan mengandung sekitar 1% masing-masing MgO, Al2O3, dan Fe2O3, bersama dengan jumlah Na2O, K2O, P2O5, dan SO3 yang jauh lebih kecil. Jumlah ini dapat sangat bervariasi dengan komposisi bahan baku yang digunakan untuk membuat semen.
Salah satu efek dari pengotor adalah untuk “menstabilkan” struktur monoklinik, yang berarti bahwa transformasi struktural dari monoklinik menjadi triklinik yang biasanya terjadi pada pendinginan dapat dicegah. Sebagian besar semen mengandung salah satu polimorf monoklinik C3S.
Aspek penting dari C2S adalah bahwa g-C2S memiliki struktur kristal yang sangat stabil yang sama sekali tidak reaktif dalam air. Untungnya, struktur b mudah distabilkan oleh komponen oksida lain dari klinker dan oleh karena itu bentuk g tidak pernah ada dalam semen portland.
Struktur kristal b-C2S tidak teratur, tetapi jauh lebih sedikit daripada C3S, dan ini menjelaskan reaktivitas C2S yang lebih rendah. C2S dalam semen mengandung tingkat pengotor yang sedikit lebih tinggi daripada C3S. Menurut Taylor, substitusi keseluruhan oksida adalah 4-6%, dengan sejumlah besar Al2O3, Fe2O3, dan K2O.
Dalam kondisi lingkungan tertentu (mis., Keberadaan ion sulfat), C3A dan produk-produknya sebenarnya dapat merusak beton dengan berpartisipasi dalam reaksi ekspansif yang mengarah pada stres dan keretakan.
Bentuk C3A murni hanya dengan struktur kristal kubik. Struktur dicirikan oleh atom Ca + 2 dan cincin dari enam tetrahedra AlO4. Seperti halnya C3S, ikatan terdistorsi dari posisi keseimbangannya, yang mengarah ke energi internal yang tinggi dan dengan demikian akan menghasilkan reaktivitas yang tinggi.
Sejumlah besar CaO dan Al2O3 dalam struktur C3A dapat digantikan oleh oksida lain, dan pada substitusi tingkat tinggi ini dapat menyebabkan struktur kristal lainnya. C3A dalam klinker semen portland, yang biasanya mengandung sekitar 13% substitusi oksida, terutama kubik, dengan jumlah yang lebih kecil dari C3A ortorombik. Mineral C3A dan C4AF terbentuk oleh pengendapan simultan ketika fase cair yang terbentuk selama proses klinking mendingin, dan oleh karena itu mereka saling terkait erat.
Ini membuat sulit untuk memastikan komposisi yang tepat dari dua fase. Bentuk kubik umumnya mengandung 4% substitusi SiO2, 5% substitusi Fe2O3, dan sekitar 1% masing-masing Na2O, K2O, dan MgO. Bentuk ortorombik memiliki tingkat yang serupa, tetapi dengan substitusi K2O yang lebih besar ( 5%).
Komposisi C4AF yang sebenarnya dalam klinker semen umumnya lebih tinggi dalam aluminium daripada pada besi, dan ada substitusi yang cukup besar antara SiO2 dan MgO. Penelitian melaporkan komposisi khas (dalam notasi kimia normal) menjadi Ca2AlFe0.6Mg0.2Si0.15Ti0.5O5. Namun, komposisinya akan sedikit bervariasi tergantung pada komposisi keseluruhan dalam klinker semen.
Demikianlah mengenai senyawa utama dalam semen yang mempengaruhi kualitas dan kekuatan semen. Semoga bermanfaat dan menambah wawasan.
C3S dan C2S berkontribusi untuk hampir semua sifat menguntungkan dengan menghasilkan produk hidrasi utama, gel C-S-H. Namun, hidrat C3S jauh lebih cepat daripada C2S dan dengan demikian bertanggung jawab untuk pengembangan kekuatan awal.
 |
| Senyawa Kimia pada Semen dan Pengaruhnya terhadap Kualitas |
Mineral C3A dan C4AF juga terhidrasi, tetapi produk yang terbentuk berkontribusi sedikit pada sifat-sifat pasta semen. Mineral-mineral ini hadir karena semen kalsium silikat murni hampir tidak mungkin diproduksi secara ekonomis.
Struktur kristal mineral semen cukup kompleks, dan karena struktur ini tidak memainkan peran penting dalam sifat-sifat pasta semen dan beton, Arsitur hanya akan menghadirkan fitur kimia yang paling penting dalam semen secara umum sebagai berikut :
01. Tricalcium Silikat (C3S)
C3S adalah mineral yang paling banyak di semen portland, sekitar 40-70% dari berat semen, dan juga yang paling penting. Hidrasi C3S memberikan pasta semen sebagian besar kekuatannya, terutama pada masa-masa awal semen mengeras.C3S murni dapat terbentuk dengan tiga struktur kristal yang berbeda. Pada suhu di bawah 980˚C struktur seimbangnya adalah triklinik. Pada suhu antara 980˚C - 1070˚C strukturnya monoklinik, dan di atas 1070˚C adalah rhombohedral. Selain itu, struktur triklinik dan monoklinik masing-masing memiliki tiga polimorf, sehingga ada total tujuh kemungkinan struktur.
Namun, semua struktur ini agak mirip dan tidak ada perbedaan yang signifikan dalam reaktivitas. Fitur yang paling penting dari struktur ini adalah pengemasan ion kalsium dan oksigen yang canggung dan asimetris yang meninggalkan "lubang" besar dalam grid kristal. Pada dasarnya, ion-ion tersebut tidak cocok bersama dengan sangat baik, menyebabkan struktur kristal memiliki energi internal yang tinggi. Akibatnya, C3S sangat reaktif.
C3S yang terbentuk dalam klinker semen mengandung sekitar 3-4% oksida selain CaO dan SiO2. Sebenarnya, mineral ini harus disebut "alit" daripada C3S. Dalam klinker tipikal, C3S akan mengandung sekitar 1% masing-masing MgO, Al2O3, dan Fe2O3, bersama dengan jumlah Na2O, K2O, P2O5, dan SO3 yang jauh lebih kecil. Jumlah ini dapat sangat bervariasi dengan komposisi bahan baku yang digunakan untuk membuat semen.
Salah satu efek dari pengotor adalah untuk “menstabilkan” struktur monoklinik, yang berarti bahwa transformasi struktural dari monoklinik menjadi triklinik yang biasanya terjadi pada pendinginan dapat dicegah. Sebagian besar semen mengandung salah satu polimorf monoklinik C3S.
02. Dicalcium Silicate (C2S)
Seperti halnya C3S, C2S dapat terbentuk dengan berbagai struktur yang berbeda. Ada struktur α dengan suhu tinggi dengan tiga polimorf, struktur β di dalamnya berada dalam kesetimbangan pada suhu menengah, dan struktur temperature suhu rendah.Aspek penting dari C2S adalah bahwa g-C2S memiliki struktur kristal yang sangat stabil yang sama sekali tidak reaktif dalam air. Untungnya, struktur b mudah distabilkan oleh komponen oksida lain dari klinker dan oleh karena itu bentuk g tidak pernah ada dalam semen portland.
Struktur kristal b-C2S tidak teratur, tetapi jauh lebih sedikit daripada C3S, dan ini menjelaskan reaktivitas C2S yang lebih rendah. C2S dalam semen mengandung tingkat pengotor yang sedikit lebih tinggi daripada C3S. Menurut Taylor, substitusi keseluruhan oksida adalah 4-6%, dengan sejumlah besar Al2O3, Fe2O3, dan K2O.
3. Tricalcium Aluminate (C3A)
Tricalcium aluminate (C3A) terdiri dari 0 hingga 14% semen portland. Seperti C3S, zat ini sangat reaktif, melepaskan sejumlah besar panas eksotermis selama periode hidrasi awal. Sayangnya, produk hidrasi yang dibentuk dari C3A hanya berkontribusi sedikit terhadap kekuatan atau sifat teknik lain dari pasta/adonan semen.Dalam kondisi lingkungan tertentu (mis., Keberadaan ion sulfat), C3A dan produk-produknya sebenarnya dapat merusak beton dengan berpartisipasi dalam reaksi ekspansif yang mengarah pada stres dan keretakan.
Bentuk C3A murni hanya dengan struktur kristal kubik. Struktur dicirikan oleh atom Ca + 2 dan cincin dari enam tetrahedra AlO4. Seperti halnya C3S, ikatan terdistorsi dari posisi keseimbangannya, yang mengarah ke energi internal yang tinggi dan dengan demikian akan menghasilkan reaktivitas yang tinggi.
 |
| Gambaran Senyawa Kimia pada Semen |
Sejumlah besar CaO dan Al2O3 dalam struktur C3A dapat digantikan oleh oksida lain, dan pada substitusi tingkat tinggi ini dapat menyebabkan struktur kristal lainnya. C3A dalam klinker semen portland, yang biasanya mengandung sekitar 13% substitusi oksida, terutama kubik, dengan jumlah yang lebih kecil dari C3A ortorombik. Mineral C3A dan C4AF terbentuk oleh pengendapan simultan ketika fase cair yang terbentuk selama proses klinking mendingin, dan oleh karena itu mereka saling terkait erat.
Ini membuat sulit untuk memastikan komposisi yang tepat dari dua fase. Bentuk kubik umumnya mengandung 4% substitusi SiO2, 5% substitusi Fe2O3, dan sekitar 1% masing-masing Na2O, K2O, dan MgO. Bentuk ortorombik memiliki tingkat yang serupa, tetapi dengan substitusi K2O yang lebih besar ( 5%).
04. Tetracalcium Aluminoferrite (C4AF)
Senyawa stabil dengan komposisi apa pun antara C2A dan C2F dapat dibentuk, dan mineral semen yang disebut C4AF adalah perkiraan yang hanya mewakili titik tengah dari seri komposisi ini. Struktur kristal itu kompleks, dan diyakini terkait dengan mineral perovskit.Komposisi C4AF yang sebenarnya dalam klinker semen umumnya lebih tinggi dalam aluminium daripada pada besi, dan ada substitusi yang cukup besar antara SiO2 dan MgO. Penelitian melaporkan komposisi khas (dalam notasi kimia normal) menjadi Ca2AlFe0.6Mg0.2Si0.15Ti0.5O5. Namun, komposisinya akan sedikit bervariasi tergantung pada komposisi keseluruhan dalam klinker semen.
Demikianlah mengenai senyawa utama dalam semen yang mempengaruhi kualitas dan kekuatan semen. Semoga bermanfaat dan menambah wawasan.
Referensi :
- http://www.buildingresearch.com.np/services/ct/ct0.php
- https://theconstructor.org/concrete/compounds-formed-during-hydration-of-cement/5170/
- https://www.britannica.com/technology/cement-building-material
- https://civilblog.org/2017/07/14/4-primary-cement-compounds-roles/
Posting Komentar untuk "Senyawa Kimia pada Semen dan Pengaruhnya terhadap Kualitas"