Semen Portland

Semen portland adalah jenis semen yang paling umum yang digunakan secara umum di seluruh dunia sebagai bahan dasar beton, mortar, plester, dan adukan non-spesialisasi. Semen ini dikembangkan dari jenis lain kapur hidraulis di Britania Raya pada pertengahan abad ke-19, dan biasanya berasal dari batu kapur. Semen ini adalah serbuk halus yang diproduksi dengan memanaskan batu gamping dan mineral tanah liat dalam tanur untuk membentuk klinker, penggilingan klinker, dan menambahkan sejumlah kecil bahan lainnya. Beberapa jenis semen portland tersedia, yang paling umum disebut semen portland biasa (OPC), berwarna abu-abu, namun semen portland putih juga tersedia. Namanya berasal dari kesamaannya dengan batu Portland yang digali di Pulau Portland di Dorset, Inggris. Nama itu dinamai oleh Joseph Aspdin yang mendapatkan hak paten untuknya pada tahun 1824. Namun, anak laki-lakinya William Aspdin dianggap sebagai penemu semen portland "modern" karena perkembangannya pada tahun 1840-an.^[1]

Semen portland bersifat kaustik, sehingga bisa menyebabkan luka bakar kimia.^[2] Bubuk tersebut dapat menyebabkan iritasi atau, dengan paparan yang parah, kanker paru-paru, dan dapat mengandung beberapa komponen berbahaya; Seperti kristal silika dan kromium heksavalensi. Kekhawatiran lingkungannya adalah konsumsi energi yang tinggi yang dibutuhkan untuk menambang, memproduksi, dan mengangkut semen; serta polusi udara terkait, termasuk pelepasan gas rumah kaca (misalnya, karbon dioksida), dioksin, NO_x, SO₂, dan partikulatnya.

Biaya rendah dan ketersediaan batu kapur, serpih, dan bahan alami lainnya yang banyak digunakan di semen portland menjadikannya salah satu bahan dengan biaya terendah yang banyak digunakan selama abad terakhir di seluruh dunia. Beton yang dihasilkan dari semen portland adalah salah satu bahan konstruksi paling serbaguna yang tersedia di dunia.

Sejarah

Beton segar

Semen portland dikembangkan dari semen alami yang dibuat di Britania Raya yang dimulai pada pertengahan abad ke-18. Namanya berasal dari kesamaannya dengan batu Portland, sejenis batu bangunan yang digali di Pulau Portland di Dorset, Inggris.^[3]

Pengembangan semen portland modern (kadang-kadang disebut semen portland biasa atau biasa) dimulai pada tahun 1756, ketika John Smeaton bereksperimen dengan kombinasi berbagai batu gamping dan aditif, termasuk tras dan pozzolana, yang berhubungan untuk pembangunan terencana sebuah mercusuar,^[4] Sekarang dikenal sebagai Menara Smeaton. Pada akhir abad ke 18, semen Romawi dikembangkan dan dipatenkan pada 1796 oleh James Parker;^[5] Semen Romawi dengan cepat menjadi populer, namun sebagian besar digantikan oleh semen portland pada tahun 1850-an.^[4] Pada tahun 1811, James Frost memproduksi semen yang ia sebut semen Britania.^[5] James Frost dilaporkan telah mendirikan pabrik pembuatan semen buatan tahun 1826.^[6] Pada tahun 1843, putra Aspdin William memperbaiki semen mereka, yang pada awalnya disebut 'semen portland Paten', meskipun ia tidak memiliki hak paten. Pada tahun 1818, insinyur Prancis Louis Vicat menemukan kapur hidraulis buatan yang dianggap sebagai 'pelopor utama'^[4] semen portland dan, '... Edgar Dobbs dari Southwark mempatenkan semen jenis ini pada tahun 1811'.^[4] Semen portland digunakan oleh Joseph Aspdin dalam paten semennya tahun 1824^[3] karena kemiripan semen dengan batu Portland. Nama 'semen portland' juga tercatat dalam sebuah direktori yang diterbitkan pada tahun 1823 yang terkait dengan William Lockwood, Dave Stewart, dan mungkin yang lainnya.^[7] Namun, semen Aspdin tidak seperti semen portland modern, namun merupakan langkah awal dalam pengembangan semen portland modern, yang disebut 'semen proto-Portland'.^[4]

William Aspdin dianggap sebagai penemu semen portland "modern".^[1]

William Aspdin telah meninggalkan perusahaan ayahnya, dan dalam pembuatan semennya, ternyata secara tidak sengaja memproduksi kalsium silikat pada tahun 1840an, sebuah langkah tengah dalam pengembangan semen portland. Pada tahun 1848, William Aspdin lebih jauh memperbaiki semen; Pada tahun 1853, ia pindah ke Jerman, di mana ia terlibat dalam pembuatan semen.^[7] William Aspdin membuat apa yang bisa disebut 'semen meso-Portland' (campuran semen portland dan kapur).^[8] Isaac Charles Johnson selanjutnya menyempurnakan produksi semen meso-Portland (tahap tengah pembangunan), dan mengaku sebagai bapak asli semen portland.^[9]

John Grant dari Dewan Pekerjaan Metropolitan pada tahun 1859 menetapkan persyaratan untuk semen yang akan digunakan di proyek saluran London. Persyaratan ini menjadi spesifikasi semen portland. Perkembangan selanjutnya dengan pembuatan semen portland adalah pengenalan tanur berputar, yang dipatenkan oleh Jerman Friedrich Hoffmann, yang disebut tungku tanur Hoffmann untuk pembuatan batu bata pada tahun 1858, dan kemudian Frederick Ransome pada tahun 1885 (Britania Raya) dan 1886 (Amerika Serikat); yang memungkinkan campuran lebih kuat, lebih homogen dan proses manufaktur yang terus menerus.^[4] Tanur Hoffman 'tanpa akhir' yang memberi 'kontrol sempurna atas pembakaran' diuji pada tahun 1860, dan menunjukkan bahwa proses tersebut menghasilkan kadar semen yang lebih baik. Semen ini dibuat di Portland Cementfabrik Stern di Stettin, yang merupakan yang pertama menggunakan tanur Hoffman.^[10] Diperkirakan semen portland modern pertama dibuat di sana. Asosiasi Pabrik Semen Jerman mengeluarkan standar semen portland pada tahun 1878.^[11]

Semen portland telah diimpor ke Amerika Serikat dari Jerman dan Inggris, dan pada tahun 1870-an dan 1880-an, produk ini diproduksi oleh semen portland Eagle di dekat Kalamazoo, Michigan, dan pada tahun 1875, semen portland pertama diproduksi oleh Coplay Cement Company di bawah Arah David O. Saylor di Coplay, Pennsylvania.^[12] Pada awal abad 20, semen portland buatan Amerika telah menyingkirkan sebagian besar semen portland yang diimpor.

Komposisi

ASTM C150^[2] mendefinisikan semen portland sebagai 'semen hidraulis (semen yang tidak hanya mengeras dengan bereaksi dengan air tetapi juga membentuk produk tahan air) yang dihasilkan oleh klinker penghancur yang pada dasarnya terdiri dari kalsium silikat hidraulis, biasanya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai penambahan antar tanah'.^[13] Standar Eropa EN 197-1 menggunakan definisi ini:

Klinker semen portland adalah material hidrolik yang terdiri dari paling sedikit dua pertiga massa kalsium silikat, (3 CaO·SiO₂, dan 2 CaO·SiO₂), sisanya terdiri dari fasa klinker mengandung-aluminium dan besi serta senyawa lain. Rasio CaO terhadap SiO₂ tidak boleh kurang dari 2.0. Kandungan magnesium oksida (MgO tidak boleh melebihi 5,0% massa.

(Dua persyaratan terakhir sudah ditetapkan di Standar Jerman, dikeluarkan pada tahun 1909).

Klinker membentuk lebih dari 90% semen, bersama dengan jumlah terbatas kalsium sulfat (yang mengendalikan waktu yang ditentukan), dan sampai 5% unsur penyusun kecil (pengisi) sesuai dengan berbagai standar. Klinker adalah nodul (diameter, 0.2–1.0 inch [5–25 mm]) dari bahan sinter yang diproduksi bila campuran mentah komposisi yang telah ditentukan dipanaskan sampai suhu tinggi. Reaksi kimia kunci yang mendefinisikan semen portland dari limau hidraulis lainnya terjadi pada suhu tinggi ini (>1.300 °C (2.370 °F)) dan adalah ketika belit (Ca₂SiO₄) dikombinasikan dengan kalsium oksida (CaO) untuk membentuk alit (Ca₃SiO₅).^[14]

Pembuatan

Klinker semen portland dibuat dengan pemanasan, dalam tanur semen, campuran bahan mentah sampai suhu kalsinasi di atas 600 °C (1.112 °F) dan kemudian suhu fusi, yaitu sekitar 1.450 °C (2.640 °F) untuk semen modern, untuk melengketkan bahan ke dalam klinker. Bahan dalam klinker semen adalah alit, belit, tri-kalsium aluminat, dan tetra-kalsium alumino ferit. Aluminium, besi, dan magnesium oksida hadir sebagai fluks yang memungkinkan kalsium silikat terbentuk pada suhu yang lebih rendah,^[15] dan sedikit memberi kontribusi pada kekuatan. Untuk semen khusus, seperti tipe Low Heat (LH) dan Sulfate Resistant (SR), perlu untuk membatasi jumlah trikalsium aluminat, (3 CaO·Al₂O₃) terbentuk. Bahan baku utama untuk pembuatan klinker biasanya batu kapur (CaCO₃) dicampur dengan bahan kedua yang mengandung tanah liat sebagai sumber alumino-silikat. Biasanya, batu kapur tidak murni yang mengandung tanah liat atau SiO₂ digunakan. Kandungan CaCO₃ pada batu kapur tersebut dapat serendah 80%. Bahan baku sekunder (bahan dalam campuran mentah selain batu kapur) bergantung pada kemurnian batu kapur. Beberapa bahan yang digunakan adalah tanah liat, serpih, pasir, bijih besi, bauksit, abu terbang, dan terak. Ketika tanur semen dibakar oleh batu bara, abu batubara bertindak sebagai bahan baku sekunder.

Pembuangan atau pengolahan limbah

Ban yang telah terpakai dimasukkan dalam tanur semen

Karena suhu tinggi di dalam tanur semen, dikombinasikan dengan atmosfer yang mengoksidasi (kaya oksigen) dan waktu tinggal yang lama, tanur semen digunakan sebagai pilihan pengolahan untuk berbagai jenis aliran limbah: memang, mereka secara efisien menghancurkan banyak senyawa organik berbahaya. Aliran limbah juga sering mengandung bahan mudah terbakar yang memungkinkan penggantian sebagian bahan bakar fosil yang biasanya digunakan dalam proses pembuatannya.

Bahan limbah yang digunakan dalam tanur semen sebagai bahan pelengkap bahan bakar:^[16]

Ban mobil dan truk – sabuk baja mudah ditoleransi dalam tanur
Cat lumpur dari industri mobil
Limbah pelarut dan pelumas
Daging dan tepung tulang – limbah rumah potong karena kekhawatiran kontaminasi oksigen encephalopathy bovine
Limbah plastik
Limbah lumpur
Lambung beras
Limbah Tebu
Rel kayu yang telah digunakan
Spent cell liner dari industri peleburan aluminium (disebut juga spent pot liner)

Pembuatan semen portland juga memiliki potensi untuk mendapatkan keuntungan dari penggunaan produk sampingan industri dari aliran limbah.^[17] Ini termasuk khususnya:

Terak
Abu terbang (dari pembangkit listrik)
Asap silika (dari pabrik baja)
Gipsum sintetik (dari desulfurisasi)

Lihat pula

Referensi

^ ^a ^b Courland, Robert (2011). Concrete planet : the strange and fascinating story of the world's most common man-made material. Amherst, N.Y.: Prometheus Books. ISBN 978-1616144814. Diakses tanggal 28 August 2015.
^ ^a ^b "ASTM C185-15a, Standard Test Method for Air Content of Hydraulic Cement Mortar". www.ASTM.org. West Conshohocken, PA: ASTM International. 2015. doi:10.1520/C0185-15A. Diakses tanggal 16 May 2017.
^ ^a ^b Gillberg, B. Fagerlund, G. Jönsson, Å. Tillman, A-M. (1999). Betong och miljö (dalam bahasa Swedish). Stockholm: AB Svensk Byggtjenst. ISBN 91-7332-906-1.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Robert G. Blezard, "The History of Calcareous Cements" in Hewlett, Peter C., ed.. Leaʼs chemistry of cement and concrete. 4. ed. Amsterdam: Elsevier Butterworth-Heinemann, 2004. 1–24. Print.
^ ^a ^b Saikia, Mimi Das. Bhargab Mohan Das, Madan Mohan Das. Elements of Civil Engineering. New Delhie: PHI Learning Private Limited. 2010. 30. Print.
^ Reid, Henry (1868). A practical treatise on the manufacture of Portland Cement. London: E. & F.N. Spon.
^ ^a ^b Francis, A.J. (1977). The Cement Industry 1796–1914: A History.
^ Rayment, D. L. (1986). "The electron microprobe analysis of the C-S-H phases in a 136 year old cement paste". Cement and Concrete Research. 16 (3): 341–344. doi:10.1016/0008-8846(86)90109-2.
^ Hahn, Thomas F., and Emory Leland Kemp. Cement mills along the Potomac River. Morgantown, WV: West Virginia University Press, 1994. 16. Print.
^ Reid, Henry (1877). The Science and Art of the Manufacture of Portland Cement with observations on some of its constructive applications. London: E&F.N. Spon.
^ "125 Years of Research for Quality and Progress". German Cement Works' Association. Archived from the original on 2015-01-16. Diakses tanggal 2012-09-30. Pemeliharaan CS1: Url tak layak (link)
^ Meade, Richard Kidder. Portland cement: its composition, raw materials, manufacture, testing and analysis. Easton, PA: 1906. The Chemical Publishing Co. 4–14. Print.
^ "Portland Cement". dot.gov. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2014-06-07. Diakses tanggal 2017-07-18.
^ Dylan Moore. "Cement Kilns: Clinker Thermochemistry". cementkilns.co.uk.
^ McArthur, Hugh, and Duncan Spalding. Engineering materials science: properties, uses, degradation and remediation. Chichester, U.K.: Horwood Pub., 2004. 217. Print.
^ Chris Boyd (December 2001). "Recovery of Wastes in Cement Kilns" (PDF). World Business Council for Sustainable Development. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2008-06-24. Diakses tanggal 2008-09-25.
^ S.H. Kosmatka; W.C. Panarese (1988). Design and Control of Concrete Mixtures. Skokie, Illinois: Portland Cement Association. hlm. 15. ISBN 0-89312-087-1. As a generalization, probably 50% of all industrial byproducts have potential as raw materials for the manufacture of Portland cement.

Pranala luar

World Production of Hydraulic Cement, by Country
Alpha The Guaranteed Portland Cement Company: 1917 Trade Literature from Smithsonian Institution Libraries
Cement Sustainability Initiative Diarsipkan 2011-12-18 di Wayback Machine.
A cracking alternative to cement
What is the Difference Between Cement, Portland Cement & Concrete? Diarsipkan 2006-09-19 di Wayback Machine. (dead link 4 June 2017)
Aerial views of the world's largest concentration of cement manufacturing capacity, Saraburi Province, Thailand, at 14°37′57″N 101°04′38″E / 14.6325°N 101.0771°E / 14.6325; 101.0771
Fountain, Henry (March 30, 2009). "Concrete Is Remixed With Environment in Mind". The New York Times. Diakses tanggal 2009-03-30.
CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards

[William_Aspdin-1] Courland, Robert (2011). Concrete planet : the strange and fascinating story of the world's most common man-made material. Amherst, N.Y.: Prometheus Books. ISBN 978-1616144814. Diakses tanggal 28 August 2015.

[ASTM-2] "ASTM C185-15a, Standard Test Method for Air Content of Hydraulic Cement Mortar". www.ASTM.org. West Conshohocken, PA: ASTM International. 2015. doi:10.1520/C0185-15A. Diakses tanggal 16 May 2017.

[miljö-3] Gillberg, B. Fagerlund, G. Jönsson, Å. Tillman, A-M. (1999). Betong och miljö (dalam bahasa Swedish). Stockholm: AB Svensk Byggtjenst. ISBN 91-7332-906-1.

[Blezard-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Robert G. Blezard, "The History of Calcareous Cements" in Hewlett, Peter C., ed.. Leaʼs chemistry of cement and concrete. 4. ed. Amsterdam: Elsevier Butterworth-Heinemann, 2004. 1–24. Print.

[Saikia-5] Saikia, Mimi Das. Bhargab Mohan Das, Madan Mohan Das. Elements of Civil Engineering. New Delhie: PHI Learning Private Limited. 2010. 30. Print.

[Reid-6] Reid, Henry (1868). A practical treatise on the manufacture of Portland Cement. London: E. & F.N. Spon.

[Francis-7] Francis, A.J. (1977). The Cement Industry 1796–1914: A History.

[8] Rayment, D. L. (1986). "The electron microprobe analysis of the C-S-H phases in a 136 year old cement paste". Cement and Concrete Research. 16 (3): 341–344. doi:10.1016/0008-8846(86)90109-2.

[9] Hahn, Thomas F., and Emory Leland Kemp. Cement mills along the Potomac River. Morgantown, WV: West Virginia University Press, 1994. 16. Print.

[10] Reid, Henry (1877). The Science and Art of the Manufacture of Portland Cement with observations on some of its constructive applications. London: E&F.N. Spon.

[11] "125 Years of Research for Quality and Progress". German Cement Works' Association. Archived from the original on 2015-01-16. Diakses tanggal 2012-09-30. Pemeliharaan CS1: Url tak layak (link)

[12] Meade, Richard Kidder. Portland cement: its composition, raw materials, manufacture, testing and analysis. Easton, PA: 1906. The Chemical Publishing Co. 4–14. Print.

[13] "Portland Cement". dot.gov. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2014-06-07. Diakses tanggal 2017-07-18.

[14] Dylan Moore. "Cement Kilns: Clinker Thermochemistry". cementkilns.co.uk.

[15] McArthur, Hugh, and Duncan Spalding. Engineering materials science: properties, uses, degradation and remediation. Chichester, U.K.: Horwood Pub., 2004. 217. Print.

[16] Chris Boyd (December 2001). "Recovery of Wastes in Cement Kilns" (PDF). World Business Council for Sustainable Development. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2008-06-24. Diakses tanggal 2008-09-25.

[17] S.H. Kosmatka; W.C. Panarese (1988). Design and Control of Concrete Mixtures. Skokie, Illinois: Portland Cement Association. hlm. 15. ISBN 0-89312-087-1. As a generalization, probably 50% of all industrial byproducts have potential as raw materials for the manufacture of Portland cement.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]