Dril-018-Suspensi Semen 1
SSSuuussspppeeennnsssiii SSSeeemmmeeennn
TUJUAN
Pendahuluan Komposisi Klinker Semen
Tricalcium Silicate Dicalcium Silicate Tricalcium Aluminate Tetracalcium Aluminoferrite
Teknik pembuatan Bubuk Semen
Proses Peleburan Proses Pembakaran Proses Pendinginan Proses Penggilingan
Klasifikasi Semen Proses Hidrasi Semen
Hidrasi Pada Temperatur Rendah Hidrasi Pada Temperatur Tinggi
2 Dril-018-Suspensi Semen
1. Pendahuluan
Slurry atau suspensi semen yang digunakan pada waktu operasi penyemenan sumur pemboran minyak dan gas bumi terdiri atas komponen dasar dan komponen-komponen tambahan. Komponen dasarnya adalah semen Portland, sedangkan komponen tambahannya adalah salah satu atau beberapa macam aditif yang dapat menjadikan semen memiliki performansi yang sesuai dengan kebutuhan.
1.1. Komposisi Klinker Semen
Semen yang biasa digunakan dalam pemboran minyak dan gas bumi di industri perminyakan adalah semen Portland. Semen Portland tersebut mempunyai 4 komponen utama, yaitu :
1.1.1. Tricalcium Silicate
Tricalcium Silicate (3CaO.SiO2) dinotasikan sebagai C3S yang dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO2. Komponen ini merupakan yang terbanyak komposisinya dalam semen Portland, sekitar 40 - 45% untuk semen retarder dan sekitar 60 - 65% untuk semen yang strengthnya cepat naik (high-early strength cement). Komponen C3S pad semen memberikan strength yang terbesar.
1.1.2. Dicalium Silicate
Dicalcium Silicate (2CaO.SiO2) dinotasikan sebagai C2S, yang juga dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO2. Komponen ini sangat penting dalam memberikan final strength semen. Karena C2S ini menghidratnya lambat maka tidak berpengaruh dalam setting time semen. Kadar C2S dalam semen tidak lebih dari 20%.
1.1.3. Tricalcium Aluminate
Tricalcium Aluminate (3CaO.Al2O3) dinotasikan sebagai C3A, yang terbentuk dari reaksi antara CaO dengan Al2O3. Walaupun kadarnya lebih kecil dari komponen silikat (sekitar 15% untuk highearly strength semen dan sekitar 3% untuk semen yang tahan terhadap sulfat), namun berpengaruh pada rheologi suspensi semen dan pengembangan strength awal semen.
1.1.4. Tetracalcium Aluminoferrite
Tetracalcium Aluminoferrite (4CaO.Al2O3.Fe2O3) dinotasikan sebagai C4AF yang terbentuk dari reaksi CaO, Al2O3 dan Fe2O3. Komponen ini hanya sedikit pengaruhnya pada strength semen. API menjelaskan bahwa kadar C4AF ditambah dengan dua kali kadar C3A tidak boleh lebih dari 24% untuk semen yang tahan terhadap kandungan sulfat yang tinggi. Penambahan oksida besi yang berlebihan akan menaikan kadar C4AF dan menurunkan kadar C3A, dan berfungsi menurunkan panas hasil reaksi/hidrasi C3S dan C2S. Selain empat komponen dasar yang ditemukan dalam klinker ini, dalam proses akhirnya semen Portland ditambah dengan beberapa zat kimia tergantung pada klasifikasi semen itu sendiri. Zat-zat kimia itu adalah gypsum, alkali, sulfat, magnesium, free lime dan campuran lain. Pada konsentrasi normalnya zat-zat ini tidak memberikan efek khusus pada setting semen, tetapi pengaruhnya lebih terasa
1.2. T
p
dpPm
tep
1
pada suspe
ukuraparamporosdari kpartikdiantabutira
Teknik Pem
Semeemilihannya
Materan Material abrik seme
Perbedaanyamenggunaka
Setelaersebut akanenggilingan
.2.1. ProseA. DMateuntucam
laju hidrasnsi semen la
Struktur bn partikel d
meter ini memitas dari klin
klinker mengkel bulat tetaara partikel-an klinker (lih
⇪⇪ G
mbuatan Bu
n Portlanda sangat mem
rial-material Argillaceous
en mempuna hanya terlen dry proces
ah melalui sn melalui pruntuk kemu
es PeleburaDry Process erial-materia
uk dianalisis puran terseb
si, resistansiainnya.
butir klinkerdan proses mpengaruhinker sendiri. gkristal sebaapi dengan upartikel C3S
hat Gambar
Gambar 1. St
ubuk Seme
d terbuat mpengaruhi
mentah ters merupakannyai metodaetak pada pss atau wet
salah satu proses pemb
udian dipak.
an
al mentah sakomposisin
but siap diba
i terhadap
sangat bepemanggan kristalisasi dSecara umu
agai partikel ukuran yang . C4AF mem1).
truktur Serb
en
dari matekomposisi b
rsebut ada n material yaa sendiri uroses pelebprocess.
proses pelebbakaran, pro
ama-sama dnya. Setelahawa ke Kiln.
zat-zat kim
rvariasi, tergngan serta pdari berbagam, C3S (alitebulat. C2S lebih kecil. P
mbentuk fasa
buk Klinker
rial-materialbubuk seme
dua macamang berisi cluntuk menguran materia
buran, mateoses pending
ihancurkan, didapat koCampuran i
mia tertentu
gantung papendinginanai macam see), sebagai k(belite) menPartikel ini ma interstitial
Semen
l mentah n yang dihas
m yaitu matelay atau minghasilkan sal- material
erial-materialginan, dan
lalu ditempomposisi kimini biasanya
u dan sifat-
da bahan bnnya. Paramenyawa akhiromponen utngkristal sebmenempati p
dengan stru
tertentu, ysilkan.
erial Calcareneral clay. Seemen Portlmentah, apa
l mentah seakhirnya pr
atkan di silomia yang seberukuran 1
-sifat
baku, eter-r dan tama bagai posisi uktur
yang
eous etiap land. akah
emen roses
o-silo esuai, 100 -
⇪⇪
⇪⇪
⇪⇪
200 meshskema per
⇪⇪ Gambar
⇪⇪ GambaB. Wet ProProses ini energi yanprocess idihancurkakerikilnya mill’ dan sdi bawa kedan 5
⇪⇪ Gambar
h supaya mralatannya d
r 2. Diagram
ar 3. Prosesocess rumit diban
ng lebih besni lebih man, sementkeluar. Kem
setelah di dae Kiln. Susun
r 4. Diagram
aksimal konapat dilihat
m Alir Prose
s Penghancu
ndingkan desar untuk m
mudah dikotara materiamudian keduapat komposnan dan skem
m Alir Prose
ntak antar ppada gamba
s Pembuata
uran Kolom
ngan dry prmenguapkan
ntrol. Mateal argillaceoua material sisi kimia yanma peralata
es Pembuata
partikel-partar 2 dan 3
an Semen M
m Semen Me
rocess karenair nantiny
erial calcareous dicampmentah digng diinginkannya dapat
an Semen M
tikelnya. Sus
Metoda Keri
etoda Kering
na lebih memya di Kiln. Neous terlebpur air aggiling di ’wean, campurandilihat pada
Metoda Basa
sunan dan
ng
g
mbutuhkan Namun wet
ih dahulu ar kerikil-
et grinding n siap-siap
a gambar 4
ah
1
1
⇪⇪ G
.2.2. Prose
procemelalu
⇪⇪ Gam
.2.3. Prose
terganpendimengpendi
Gambar 5. P
es Pembaka
Setelah mss), campuraui beberapa
100 oC 500 oC 900 oC dehidroksila900-1200 oC1250 - 12801280 oC = fterjadi.
mbar 6. Pros
es Pending
Kualitas ’ntung dari nginan lamakibatkan snginan cep
Proses Peng
aran
elalui salah an masuk keproses temp
= pembeba= dehidroks = kristali
asi dan dekoC = reaksi an0 oC = mfasa liquid t
ses Pembak
inan
’Clinker’, prkecepatan
mbat, kristalistrength sempat akan
ghancuran B
satu proses e ’rotary kilnperatur (liha
asan air bebasilasi mineraisasi mine
omposisi CaCntara CaCO3
ulai terbentuterus membe
aran Bahan
roduk yangn dan meisasi klinkermen akan tdihasilkan
Batuan Sem
peleburan dn’ dan dipant gambar 6)
as l-mineral cla
eral-mineral CO3. atau CaO deuk fasa liquientuk dan k
n Semen Me
g dihasilkantoda proser mempunytinggi dan produk se
men Metoda
di atas (dry pnaskan perlaberikut :
ay clay yan
engan alumid
komponenko
enjadi Klinke
n dari rotaes pendingyai produk
lama. Sedaep-erti gela
Basah
process atauahan-lahan y
ng menga
inosilicates.
omponen se
er Mineral
ary klin saginan. Bila
yang baik angkan bila as yang d
u wet yang
alami
emen
angat laju dan laju
dapat
1.2.4. P
⇪⇪ 1.3. Klasifi
dinotaspada ke
menyulitkantetapi tidak
Proses Pen
Setekemudian aini biasanyapembebasa
Bubusilo-silo ini,
Gambar 7
ikasi Seme
Klasifikasi ssikan dari A sedalaman ya
n penggilinglama.
nggilingan
elah clinker kan mengal ditambahkan CaO dan u
uk semen ybubuk seme
. Proses Pen
n
semen Portlsampai H (lihang akan dis
gan clinker,
didinginkanami proses pan gipsum suntuk mengh
yang dihasilken kemudian
nggilingan,
and dibuat hat Tabel 1, emen, temp
ini dapat m
perlahan-lapenggilingaekitar 3 - 5%hindari flash
kan kemudin dipak.
Penghalusa
oleh API yTabel 2 dan
peratur dan t
engakibatka
ahan dan din (lihat Gam
% yang berg setting.
an dianalisis
an dan Peng
yang dibagin Tabel 3). Kltekanan form
an strength
itempatkan mbar 7) . Sela
una untuk m
s dan ditem
gepakan Se
dalam 8 kasifikasi ini d
masi.
cepat naik
di silosilo, ama proses mengontrol
mpatkan di
emen
kelas yang didasarkan
Tabel
Tabe
l 1. Standar
el 2. Kompo
Semen API
osisi Semen
I
KeSemjenASTKeSemyansulKeSemhigmoKeSemkonjugKeSemkonjugKeSemkonterKeSemmedipini
T
las A men kelas A
nis ini terdapTM C 150 tiplas B men kelas B ng tahan terfate resistanlas C men kelas Cgh early stroderate dan las D men kelas Dndisi sumur ga dalam jenlas E men kelas E ndisi sumur ga dalam jenlas F men kelas Fndisi sumur sedia dalamlas G men kelas erupakan sepakai untuk tersedia dal
Tabel 3.Kom
ini digunakpat dalam tpe 1.
digunakan drhadap kand
nt).
C digunakanrength (strehigh sulfate
D digunakan yang mempis moderate
digunakan yang mempis moderate
F digunakanyang memp jenis high s
G digunakamen dasar. sumur yangam jenis mo
mposisi Klin
kan dari kedaipe biasa (o
dari kedalamdungan sulfa
dari kedalangth-nya ce resistant.
untuk kedalpunyai tekane dan high su
untuk kedalpunyai tekane dan high su
n dari kedalpunyai tekansulfate resista
an dari kedBila ditamb
g dalam danoderate dan
nker Minera
alaman O (pordinary type
man 0 sampaat menenga
aman 0 samepat naik).
laman dari 6nan dan temulfate resista
aman dari 6nan dan temulfate resista
aman 10.00nan dan temant.
dalaman 0 sbahkan dengn range temphigh sulfat r
l Pada Seme
ermukaan) se) saja, dan
ai 6000 ft, daah dan tingg
pai 6000 ft, Semen ini
6000 ft sampmperatur tingant.
6000 ft sampmperatur tingant. Tabel 1 K
00 ft sampamperatur san
sampai kedgan acceleraperatur yangresistant.
en API
sampai 6000 mirip deng
an tersedia dgi (moderate
dan memptersedia da
pai 12000 ft, ggi. Semen i
pai 14000 ft, ggi. Semen iKlasifikasi se
i 16000 ft, ngat tinggi.
dalaman 800ator, semeng cukup bes
0 ft. Semen gan semen
dalam jenis e dan high
punyai sifat alam jenis
dan untuk ni tersedia
dan untuk ni tersedia
emen
dan untuk Semen ini
00 ft, dan n ini dapat sar. Semen
Dril-018-Suspensi Semen 9
Kelas H Semen Kelas H digunakan dari kedalaman 0 sampai kedalaman 8000 ft, dan merupakan pula semen dasar. Dengan penambahan accelerator dan retarder, semen ini dapat digunakan pada range kedalaman dan temperatur yang besar. Semen ini hanya tersedia dalam jenis moderate sulfate resistant.
1.4. Proses Hidrasi Semen
Hidrasi merupakan suatu reaksi kimia yang terjadi antara zat padat dan zat cair, sehingga larutan yang terjadi akhirnya akan mengeras. Pada suspensi semen yang digunakan dalam operasi perminyakan, hidrasi yang terjadi adalah antara clinker, kalsium sulfat dan air, sehingga suspensi semen tersebut akhirnya mengeras.
Temperatur merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi hidrasi semen Portland. Laju hidrasi, kestabilan dan morfologi hasil hidrasi sangat tergantung pada temperatur. Temperatur tinggi dapat mempercepat laju hidrasi, namun dapat mengganggu kestabilan semen dan merubah morfologi komponen-komponen semen.
Hingga temperatur 140 oF (40oC), produk hidrasi yang terjadi sama dengan produk hidrasi yang terjadi pada temperatur lingkungan. Pada temperatur yang tinggi terjadi perubahan yang nyata pada miksrostruktur dan morfologi gel C-S-H. Diatas temperatur 230oF (110oC), gel C-S-H tidak lagi stabil dan akan mengkristal. Terjadi perubahan struktur kalsium aluminat dari bentuk heksagonal ke kubik dengan cepat, ettringite dapat stabil hingga temperatur 230 oF (110oC) dan diatas temperatur ini terurai menjadi kalsium monosulfoaluminat.
Peristiwa hidrasi pada semen Portland berdasarkan kondisi temperatur lingkungan yang dialaminya dapat dibedakan menjadi hidrasi pada temperatur rendah dan hidrasi pada temperatur tinggi.
1.4.1. Hidrasi Pada Temperatur Rendah
Komponen-komponen pada semen Portland bersifat ’anhydrous’, yaitu bila bertemu air maka komponen- komponen tersebut pecah dan menghidrat seperti suspensi, dan akhirnya mengeras. Penelitian mengenai hidrasi semen sebagian besar mempelajari mengenai kelakuan masing-masing komponen semen dalam lingkungan liquid, dan menghubungkannya dengan kelakuan komponen-komponen secara keseluruhan.
Dari hasil penelitian ini didapati perbedaan di dalam hidrasi kinetik dan bentuk produk hidrasi, yang akan dijelaskan dalam hidrasi fasa silikat dan hidrasi fasa aluminat. Walaupun hidrasi kedua fasa ini berbeda, namun saling mempengaruhi satu dengan lainnya. Sebagai contoh hidrasi C3A dibatasi dengan adanya hidrasi C3S, karena munculnya kalsium hidroksida dapat memperlambat reaksi dari gipsum. Hidrasi sistim semen Portland ini merupakan proses kimia yang kompleks, yang lebih rumit dari hidrasi masing- masing fasa. Namun seringkali hidrasi semen Portland ini mengambil model dari hidrasi fasa silikat, karena terdapat banyak kesamaan antara kedua hidrasi tersebut walaupun harus ditambahkan dengan beberapa parameter. Pada gambar 8 diperlihatkan hidrasi sistem semen Portland.
A. Hidrasi Fasa Silikat Komponen silikat (C3S dan C2S) dalam semen Portland merupakan komponen yang paling banyak jumlahnya, sering lebih dari 80% total material. C3S
merupakaC2S umumHasil reaksdan kalsiuyang terjad
2C
2C
Kalsium stergantungdalam air,umumnya hidrat sempada semeheksagonaProses hiperioda rePeriode in
⇪⇪ Hidrasi ya(lihat gamgel C-S-H,dan pengberpengarberpengargambar 11
123
n unsur utamnya tidak lesi kimia C3Sm hidroksiddi adalah se
C3S + 6H --
C2S + 4H --
ilikat hidratg pada rasio, temperatudisebut den
men . Portlaen yang meal, yang konsidrasi awalnaktivity yangi tidak terlalu
Gambar 8ng besar tebar 9 dan 1 hidrasi C3S
gembangan ruh pada fruh pada fi1), yaitu : . Preinductio. Induction P. Acceleratio
ma dengan ebih dari 20%S dan C2S dda, yang umbagai beriku
---> C3S2H
----> C3S2H
t sebenarnyo C:S dan H:r, adanya a
ngan Gel C-Sand secara kengeras. Sedsentrasinya dnya berlangg lambat yanu mempeng
8. Proses Hidrjadi pada s
10). Karena ’sangat berpawal stren
final strengnal strength
on Period Period on Period
konsentras%. engan air m
mum dikenal ut :
3 + 3CH
H3 + CH
ya tidak selaS. Hal ini te
aditif dan uS-H. Gel C-Skeseluruhan dang kalsiumdalam semegsung singkng disebut ’Iaruhi rheolo
drasi Semensaat laju hid’kelebihan’ lpengaruh pangth semength semen. h semen. P
i mencapai
menghasilkandengan nam
alu berkomrgantung damur reaksi. -H ini terdapdan merup
m hidroksidan antara 15 kat, dan fanduction Pe
ogi suspensi
n Fungsi Wadrasi C3S meaju hidrasi C
ada saat pros. Sedangka
SedangkanPeriode hidr
70% semen
n kalsium silma Portland
mposisi C3S2Hari konsentra
Kalsium silpat sekitar 7pakan bahana dalam ben- 20%.
asa silikat mriod’. semen.
aktu elebihi laju hC3S ini dan ses pengera
an hidrasi Cn hidrasi Crasi C3S ad
ntara kadar
likat hidrat dite. Reaksi
H3, karena asi kalsium ikat hidrat
70 % dalam n pengikat ntuk kristal
mengalami
hidrasi C2S banyaknya san semen C2S hanya C2S hanya da 5 (lihat
4. Dece5. Diffu
⇪⇪
⇪⇪
⇪⇪ Ga
eleration Persion Period
⇪⇪ Gamba
⇪⇪ Gamba
ambar 11. T
iod
ar 9. Proses
ar 10. Proses
Tahapan Pro
s Hidrasi C2
s Hidrasi C3
oses Hidrasi
S
3S
i Semen
12 Dril-018-Suspensi Semen
1. Preinduction Period Periode ini hanya beberapa menit saja. Reaksi eksotermal yang besar pada periode ini diakibatkan oleh pembasahan bubuk semen dan kecepatan hidrasi awal. Lapisan awal gel C-S-H terbentuk atas permukaan C3S yang anhydrous. Saat komponen C3S kontak dengan air, ion-ion O2
- dan SiO4- berubah menjadi
ion-ion OH- dan H3SiO4-.Reaksi ini berlangsung cepat dan diikuti dengan
terputusnya permukaan berproton, yang sesuai dengan reaksi berikut : 2Ca3SiO5 + 8H2O ---- 6Ca 2+ + 100H- + 2H3SiO4
- Kemudian larutan yang terjadi menjadi supersaturated (lewat jenuh) dan terjadi endapan gel C-S-H. 2Ca 2++2OH-+2H3SiO4- -- Ca2(OH)2H4Si2O7+ H2O Reaksi di atas mengumpamakan bahwa gel C-S-H awal mempunyai rasio C:S sekitar 1. Dan jumlah anion silikat dalam gel C-S-H ini banyak pada waktu hidrasi yang berlangsung singkat. Endapan gel C-S-H terjadi di permukaan C3S, dimana mempunyai konsentrasi ionik yang besar sehingga lapisan tipis terjadi pada permukaan C3S. Kedua reaksi di atas dapat ditulis menjadi : 2Ca3SiO5 + 7H2O --- Ca2(OH)2H4Si2O7 + 4Ca2+ + 8OHSelama periode ini, konsentrasi lewat jenuh kalsium hidroksida belum tercapai. Hal ini dikarenakan konsentrasi kapur bertambah selama berlangsungnya proses hidrasi. 2. Induction Period Pada periode ini, laju pembebasan panas berkurang. Penambahan gel C-S-H lambat, dan konsentrasi Ca2+ dan OH- terus bertambah. Ketika konsentrasi lewat jenuh tercapai, endapan kalsium hidroksida mulai terjadi. Pada temperatur lingkungan, lamanya periode ini berlangsung beberapa jam. 3. Acceleration Period dan Deceleration Period Pada akhir periode induksi, hanya sedikit dari C3S yang menghidrat. Pada acceleration period, padatan Ca(OH)2 mengkristal dan gel C-S-H terjebak kedalam ruangan- ruangan kosong dalam air membentuk jaringan yang menyatu, dan mulai mengembangkan strength. Porositas sistem menurun karena endapan hidrat. Akhirnya perpindahan ion-ion pada jaringan gel C-S-H terhalangi, dan kecepatan hidrasi menurun. Periode ini berlangsung beberapa hari. Acceleration period dan deceleration period biasanya disebut dengan ’Setting Period’, karena cepatnya interval waktu antara kedua periode ini. 4. Diffusion Period Pada periode ini, hidrasi berlangsung dalam kedaan lambat dan porositas sistem berkurang. Jaringan produk hidrat menjadi lebih tebal dan strength bertambah besar. Kristal Portlandite terus berkembang dan memakan butiran C3S yang berakibat hidrasi total tidak pernah tercapai.
Dril-018-Suspensi Semen 13
B. Hidrasi Fasa Aluminat Fasa aluminat, terutama komponen C3A, sangat reaktif pada hidrasi yang berlangsung singkat. Walaupun kadar aluminat lebih kecil dari pada kadar silikat, namun aluminat ini berpengaruh terhadap rheology suspensi semen dan pengembangan strength awal semen. Hidrasi fasa aluminat yang terjadi pada komponen C3A dan C4AF umumnya sama, perbedaannya pada waktu hidrasi C4AF yang lebih lama dari waktu hidrasi C3A. Seperti pada C3S, maka langkah hidrasi awal C3A adalah reaksi antara permukaan anhydrous yang solid dengan air. Reaksi irreversible menuntun hidroksilasi anion AlO2- dan O2- ke dalam [Al(OH)4]-, yang mengakibatkan terputusnya permukaan berproton. Ca3Al2O6 + 6H2O -- 3Ca2++2[Al(OH)4]-+4OH- Larutan dengan cepat menjadi lewat jenuh, sehingga timbul kalsium aluminat hidrat. 6Ca2++4[Al(OH)4]-+8OH-+15H2O ----- Ca2[Al(OH)5]2.3H2O+2[Ca2Al(OH)7.6H2O] Kedua reaksi di atas digabungkan menjadi : 2C3A + 27 H ---- C2AH8+C4AH19 Kalsium aluminat hidrat pada persamaan ini hampir stabil kondisinya dan terjadi dalam bentuk kristal heksagonal. Kemudian berubah menjadi lebih stabil dalam bentuk kubik (C3AH6), menurut reaksi dibawah ini : C2AH8 + C4AH19 --- 2C3AH6 + 15 H Tidak seperti kalsium silikat hidrat, kalsium aluminat hidrat tidak amorphous dan tidak mempunyai lapisan pelindung. Karenanya pada hidrasi fasa aluminat tidak ada periode induksi dan hidrasinya berlangsung cepat. Hidrasi C3A dikontrol dengan penambahan 3 - 5% gipsum pada clinker sebelum digiling. Karena kontak dengan air, sebagian gipsum pecah. Ion-ion kalsium dan sulfat bereaksi dengan ion aluminat dan ion hidroksil membentuk kalsium Trisulfoaluminat Hidrat yang biasa dikenal sebagai mineral Ettingite, seperti terlihat pada reaksi dibawah ini : 6 Ca 2++2 [Al(OH)4]-+3 SO4
2-+ 4 OH- + 26 H2O ----> Ca6 [Al(OH)6]2 (SO4)3. 26 H2O Ettringite terjadi dalam bentuk kristal jarum yang timbul pada permukaan C3A, yang menghindari hidrasi berikutnya. Jadi periode induksi seolah-olah dibuat. Selama periode ini, gipsum secara perlahan-lahan habis dan ettringite terus timbul. Kemudian hidrasi C3A menjadi lebih cepat, saat gipsum mulai habis. Konsentrasi ion sulfat berkurang dengan tajam. Ettringite menjadi tidak stabil dan berubah menjadi kalsium monosulfoaluminat hidrat. C3A.3CS.32H+2C3A+4H ------> 3C3A.CS.12H Sedang C3A sisa yang tidak menghidrat membentuk kalsium aluminat hidrat. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Lach dan Bures menyatakan bahwa etringite dapat stabil sampai temperatur 110oC (230 oF). Dan menurut Satava dan Veprek, kalsium monosulfoaluminat dapat stabil sampai temperatur 374 oF (190 oC).
14 Dril-018-Suspensi Semen
1.4.2. Hidrasi Pada Tempertaur Tinggi
Gel C-S-H merupakan produk awal pada temperatur tinggi, dan sebagai material pengikat pada trmperatur yang lebih tinggi, Gel C-S-H mengalami metamorfosis yang selalu menyebabkan turunnya compressive strength dan menaikkan permeabilitas semen.
Kejadian ini umum disebut dengan istilah Strength Retrogression, yang pertama kali dikemukakan oleh SWAYZE pada tahun 1954.
Pada temperatur tinggi, gel C-S-H sering berubah fasa menjadi Alpha Dicalcium Silicate Hydrate (α-C2SH), yang berbentuk kristal dan lebih padat bentuknya dibandingkan Gel C-S-H. Timbulnya α-C2SH ini menyebabkan volume semen menyusut sehingga mengganggu keutuhan semen. Akibatnya mempengaruhi kelakuan compressive strength dan permeabilitas semen di atas temperatur 110oC (230oF). Compresive strength akan hilang dalam waktu 1 bulan dan permeabilitas akan naik.
Masalah strength retrogresion dapat dicegah dengan menambahkan bubuk kapur silika dalam bubuk semen, sebelum dicampur dengan air.
Pada gambar 12 melukiskan kondisi bermacam-macam komponen kalsium silika. Rasio C:S diplot terhadap temperatur. Gel C-S-H mempunyai ratio rata-rata sekitar 1,5. Terjadinya α-C2SH diatas temperatur 230oF dapat dicegah dengan penambahan silika guna mengurangi ratio C:S (Menzel, Kalousek, Carter dan Smith).
Penambahan silika sekitar 35-40% BWOC, sehingga mengurangi rasio C:S menjadi 1.
Pada kondisi diatas 230oF ini, sebuah mineral yang diketahui sebagai Tobermorite (C5S6H5) terbentuk, yang dapat mempertahankan sifat strength tinggi dan permeabilitas rendah. Kenaikan temperatur sampai 150oC (300oF) menyebabkan tobermorite berubah menjadi Xonilite (C6S6H) dan sebagian kecil Gyrolite (CS3H2). Namun kadang-kadang Tobermorite dapat bertahan hingga temperatur 250oC (482oF), karena adanya penggantian aluminium dalam struktur atom semen Portland.
Bertambah baiknya kelakuan ’kestabilan silika’ semen Portland pada temperatur tinggi dapat dilihat pada gambar 13. Pada temperatur 249oC (480oF), Truscottite (C7S12H3) mulai terbentuk.
Dan mendekati temperatur 400oC (750oF), baik Xonotlite dan Truscottite mencapai keadaan yang stabil, dan bila melebihi temperatur stabil ini maka keduanya dapat merusak semen.
Disamping mineral-mineral diatas terbentuk pula mineral lainnya seperti Pectolite (NC4S6H), Scawtite (C7S6CH2), Reyerite (KC14S24H5), Kilchoanite (serupa dengan C3S2H), dan Calciochonorodite (serupa dengan C5S2H). Namun mineral-mineral ini tidak begitu mempengaruhi sifat- sifat semen.
Semen yang mengandung truscottite selalu memberikan sifat permeabilitas yang rendah. Bentuk Pectolite, Sodium kalsium silikat hidrat, dalam pengembangan semen membuat semen lebih tahan terhadap korosi yang disebabkan adanya air asin. Sementara scawtite berpengaruh dalam peningkatan compressive strength semen walaupun hanya sedikit. Umumnya semen yang
mengmemp
⇪⇪ Gam
⇪⇪ Ga
andung kalspunyai comp
mbar 12. Pem
mbar 13.Co
sium silikatpressive stre
mbentukan Rasio C
ompressive
hidrat dengngth yang ti
Mineral FunaO/SiO2 Pa
Strength daWaktu
gan rasio C:inggi dengan
ngsi Tempeada Semen
an Permeab
:S kurang dn permeabil
eratur Untuk
bilitas Seme
ari 1 cendeitas rendah.
k Berbagai
en Fungsi
rung
16 Dril-018-Suspensi Semen
DAFTAR PUSTAKA
1. Wischers, G., "Zement Taschenbuch", 48. Ausgabe, Verein Deutscher Zementwerke e.V. (VDZ), Bauverlag Gmbh., Duellesdorf, Germany, 1984
2. Nelson E.B., "Well Cementing", Schlumberger Educational Series, Houston- Texas, 1990.
3. Smith D.K., "Worldwide Cementing Practices", First Edition, American Petroleum Institute (API), Johston Printing Company, 1991.
4. nn., "Cementing Tables", Halliburton Servives, 1981. 5. Paxson J., "Casing and cementing", Second Edition, Petroleum Extension Service,
Texas, 1982. 6. Smith D.K., "Cementing", SPE of AIME, New York, 1976. 7. nn., "Cementing Technology", Dowel Schlumberger, London, 1984.
Dril-018-Suspensi Semen 17
DAFTAR PARAMETER DAN SATUAN
Tidak Ada