Pada prinsipnya bahan baku utama dalam proses pembuatan semen hanya ada 2 yaitu batu kapur dan tanah liat sebab semua senyawa – senyawa utama dalam semen berasal dari kedua bahan tersebut. Bila digunakan bahan lainnya, maka bahan tersebut hanya sebagai bahan pengoreksi komposisi saja
- Batu Kapur
Batu Kapur merupakan sumber utama senyawa Kalsium. Batu kapur murni umumnya merupakan kalsit atau aragonit yang secara kimia keduanya dinamakan CaCO3. Senyawa Karbonat dan Magnesium dalam batu Kapur umumnya berupa dolomite (CaMg(CO3)2. Dalam proses pembuatan Semen, CaCO3 akan berubah menjadi oksida Kalsium (CaO) dan dolomite berubah bentuk menjadi kristal oksida magnesium (MgO) bebas / Periclase yang dapat merendahkan mutu semen yang dihasilkan, sebab jika jumlah MgO bebas melebihi 5% (berdasarkan SNI No. 15-2049 tahun 2004) maka bangunan yang menggunakan semen tersebut hasilnya akan pecah – pecah.
- Tanah Liat
Tanah Liat merupakan sumber utama senyawa silikat. Disamping itu, juga merupakan sumber senyawa – senyawa penting lainnya seperti senyawa besi dan alumina. Dalam jumlah amat kecil kadang – kadang juga didapati senyawa – senyawa alkali (Na dan K) yang dapat mempengaruhi mutu semen. Senyawa-senyawa tersebut diatas dalam tanah liat umumnya terdapat dalam bentuk kelompok-kelompok mineral, seperti :
1. Kelompok kaolomit (Al2O3.2SiO2.2H2O) terdiri dari kaolinit, dickit,rakit dan alloysit.
2. Kelompok montmorillonit terdiri dari :
a) Montmorillonit (Al2O3.4SiO2.H2O + NH2)
b) Nontronit ( Na0.3Fe3+2Si3AlO10(OH)2•4(H2O) )
c) Saponit (2MgO. 3SiO2. NH2)
3. Kelompok illit (K2O. MgO. Al2O3. SiO2)
Selain mineral-mineral tersebut diatas, dalam tanah liat sering dijumpai juga SiO2 bebas dalam bentuk kuarsa, kalsit, pirit dan lemonit.
- Bahan Baku Korektif
Bahan Baku korektif adalah bahan baku yang dipakai hanya apabila pada pencampuran bahan baku utama komposisi oksida – oksidanya belum memenuhi persyaratan secara kualitatif dan kuantitatif.
Pada umumnya, bahan baku korektif yang digunakan mengandung oksida silika, oksida alumina dan oksida yang diperoleh dari pasir Silika (Sand), Tanah Liat (Clay), dan Pasir Besi/Iron ore/ pyrite cinder. Misalnya, kekurangan :
1. CaO : bisa ditambahkan limestone, Marble (90% CaCO3)
2. Al2O3 : bisa ditambahkan tanah liat
3. SiO2 : bisa ditambahkan quartz dan sand
4. Fe2O3 : bisa ditambahkan pasir besi, pyrite
Pasir Silika biasa digunakan sebagai pengoreksi kadar SiO2 yang rendah dalamtanah liat, sedangkan pasir besi digunakan sebagai pengoreksi kadar Fe2O3 atau pengoreksi perbandingan antara Al2O3 dan Fe2O3. Gypsum juga biasanya ditambahkan sebagai bahan tambahan setelah terbentuk klinker untuk mengatur waktu ikat / waktu pengerasan dari semen yang dihasilkan.
Fungsi Senyawa Kimia Dalam Bahan Baku
Jika dinyatakan dalam bentuk oksidanya, ada 8 senyawa kimia penting yang terdapat dalam bentuk bahan baku. Senyawa kimia tersebut adalah sebagai berikut :
1. Oksida Kalsium (CaO)
Sumber utama oksida kalsium adalah CaCO3 dalam batu kapur. Dalam proses semen CaO merupakan oksida terpenting, sebab disamping merupakan senyawa yang terbesar jumlahnya juga merupakan senyawa bereaksi dengan senyawa-senyawa silikat, aluminat dan besi membentuk senyawa-potensial penyusun senyawa semen. CaO dalam batu kapur tidak semuanya berikatan membentuk mineral potensial biasanya tidak berikatan dengan senyawa lain yang biasa disebut CaO bebas (free lime).
2. Oksida Silika (SiO2)
Oksida Silika (SiO2) terutama diperoleh dari peruraian mineral-mineral kelompok montmorillonit yang berasal dari tanah liat. Disamping itu juga SiO2 bebas yang berasal dari pasir silika. Dalam semen, SiO2 selalu terdapat dalam keadaan berikatan dengan CaO.
3. Oksida Alumunium (Al2O3)
Oksida Alumunium (Al2O3) juga terdapat di dalam tanah liat yaitu pada kelompok mineral nontronik, bersama CaO merupakan oksida pembentuk mineral potensial kalsium alumina, bersama CaO dan Fe2O3 akan membentuk senyawa alumina ferri. Al2O3 berperan sebagai fluks (penurunan titik leleh) campuran bahan-bahan baku.
4. Oksida ferrum (Fe2O3)
Oksida ferrum / besi (Fe2O3) juga terdapat dalam tanah liat yaitu dalam kelompok mineral kaolonit. Bersama-sama CaO dan Al2O3, Fe2O3 akan bereaksi membentuk senyawa alumina ferrit. Selain berperan dalam reaksi pembentuk mineral potensial juga berperan sebagai fluks.
5. Oksida Magnesium (MgO)
Oksida magnesium (MgO) terutama diperoleh dari peruraian dolomite (CaCO3) kadang-kadang MgO bisa juga berasal dari mineral-mieneral tanah liat. MgO tidak berfungsi sebagai salah satu mineral potensial sebab dalam proses pembuatan semen, MgO tidak bereaksi dengan oksida-oksida lainnya. Peranannya hanya sebagai fluks dan pewarna semen.
6. Oksida alkali (Na2O dan K2O)
Oksida alkali umumnya berasal dari dekomposisi mineral-mineral tanah liat yaitu kelompok illit dan jumlahnya relative kecil. Oksida alkali bukan merupakan pembentuk mineral potensial tetapi sebagai fluks saja.
7. Oksida belerang (SO3)
Oksida belerang dalam semen terutama diperoleh dari penambahan senyawa CaSO4.2H2O. Selain itu ada juga SO3 yag berasal dari bahan bakar yang digunakan dalam proses pembuatan semen. Senyawa oksida belerang sama sekali tidak berpengaruh dalam pembentukan mineral potensial penyusun semen, tetapi fungsinya terutama pada pemakaian semen.
8. Oksida Fosfar (P2O5)
Umumnya kandungan P2O5 pada semen tidak lebih dari 0,2%. Adanya P2O5dapat memperlambat pengerasan semen, karena turunnya kadar C3S dimana terbentuk P2O5 dan CaO. Kadar P2O5 yang tinggi dapat menyebabkan unsoundness karena terbentuknya kapur bebas pada P2O5 2,5%.
Sedangkan senyawa – senyawa utama semen (mineral – mineral potensial) yang menjadi penyusun semen adalah:
1. Trikalsium Silikat (C3S)
Merupakan komponen penentu utama kekuatan awal semen. Hal ini disebabkan karena selain jumlah yang besar, reaksi hidrasinya juga berlangsung cepat. Pemuaian C3S lebih kecil dibanding dengan C3A tetapi lebih besar bila dibanding dengan C4AF. Panas Hidrasi yang ditimbulkan oleh C3S adalah kedua terbesar setelah C3A.
2. Dikalsium Silikat (C2S)
Merupakan Komponen penentu kekuatan akhir semen. Reaksi Hidrasinya yang lambat menyebabkan pengembangan kekuatan juga berlangsung lambat, yakni baru terlihat 28 hari setelah pengikatan.
Seperti C3S, C2S juga tidak memberi pengaruh yang berarti pada pemuaian semen. Panas hidrasinya adalah yang terendah dibandingkan dengan komponen-komponen lainnya.
3. Trikalsium Aluminat (C3A)
Merupakan komponen yang sangat menentukan ketahanan semen terhadap senyawa-senyawa sulfat. Makin rendah kadar C3A dalam semen, makin tahan semen terhadap serangan sulfat. Reaksi hidrasi C3A merupakan sumber panas terbesar diantara reaksi hidrasi senyawa-senyawa lainnya.
4. Tetrakalsium Aluminoferrit (C4AF)
C4AF hampir tidak berpengaruh terhadap kekuatan semen. Panas hidrasi yasng ditimbulkan C4AF rendah, hanya sekitar 420 joule per gram.C4AF merupakan komponen yang menentukan warna semen.Nilai C4AF dapat dihitung menurut persamaan sebagai berikut:
C4AF = 3,043·Fe2O3
Bentuk senyawa dan oksida yang ada dalam partikel semen dapat dilihat pada gambar dibawah.
