24 Media Bina Ilmiah
ISSN No. 1978-3787
PENGGUNAAN PASIR BESI SEBAGAI PENGGANTI SEMEN TERHADAP KUAT TEKAN DAN KUAT TARIK BELAH BETON Oleh : Lutfi Fakultas Teknik Sipil Universitas Islam Al-Azhar Mataram Abstrak : Pasir besi adalah salah satu hasil dari sumber daya alam yang ada di Indonesia dan merupakan salah satu bahan baku dasar dalam industri besi baja dimana ketersediaannya dapat dijumpai di daerah pesisir seperti di pesisir pantai Jawa, Sumatra, Sulawesi, dan Kabupaten Lombok Timur (NTB). Selain sebagai bahan baku industri baja, pasir besi juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam industri semen dalam pembuatan beton. Pasir besi yang mempunyai kandungan Fe2O3, SiO2, MgO dan ukuran beton 80-100 mesh berpotensi untuk digunakan sebagai pengganti semen dalam produksi beton berkinerja tinggi. Hasil penelitian menunjukkan : (1) Pemakaian pasir besi sebesar 80 % dari berat pasir total memberikan kuat tekan maksimum diantara kadar pasir besi yaitu 42,65 MPa dan dapat meningkatkan kuat tekan sebesar 28,41 % dibandingkan beton normal. (2) Pemakaian pasir besi sebesar 80 % dari berat pasir total memberikan kuat tekan maksimum diantara kadar pasir besi yaitu 3,07 MPa dan meningkatkan kuat tarik belah sebesar 4,84 % dibandingkan beton normal. (3) Pada pasir besi ini meningkatkan kuat tekan dan kuat tarik belah hingga 80 %, hal ini dimungkinkan karena selain sifat filler juga sifat kimiawi pasir besi yang mengandung SiO2 sehingga membantu kinerja semen sebagai bahan pengikat. Kata Kunci : Karakteristik pasir besi PENDAHULUAN Beton merupakan salah satu pilihan sebagai bahan struktur dalam konstruksi bangunan. Sampai saat ini penggunaan beton sebagai bahan konstruksi bangunan dinilai masih memberikan service ability yang lebih menyenangkan dibandingan dengan bahan konstruksi lainnya, terutama atas pertimbangan fleksibilitas dalam hal variasi bentuk dan ukuran sesuai yang diinginkan dan biaya pemeliharaannya. Berbagai macam penelitian telah dilakukan untuk menciptakan beton dengan kuat tekan yang tinggi. Pembuatan beton yang terus menerus sudah tentu membutuhkan material yang cukup bayak. Hal ini menyebabkan turunnya sumber daya alam yang tersedia untuk keperluan pembuatan beton. Sehingga pencarian bahan alternatif sebagai pengganti bahan-bahan beton terus dilakukan, baik terhadap material sisa industri maupun material lain yang dapat digunakan untuk mengganti atau mensubtistusi bahan beton, seperti semen, pasir atau kerikil, sebagai suatu inovasi untuk menanggulangi masalah tersebut, inovasi yang dilakukan harus disesuaikan dengan potensi yang ada di negara tersebut. Salah satu hasil dari sumber daya alam yang ada di Indonesia yaitu pasir besi. Secara umum pasir besi merupakan salah satu bahan baku dasar dalam industri besi baja dimana ketersediaannya dapat dijumpai di daerah pesisir seperti di pesisir Jawa, Sumatra, Sulawesi dan Kabupaten Lombok Timur (NTB). Selain sebagai bahan baku industri baja, pasir besi juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan
baku dalam industi semen dalam pembuatan beton. Untuk memproduksi beton berkinerja tinggi deperlukan bahan halus yang ditentukan oleh ASTM sebagai subtitusi semen untuk mengurangi porositas beton. Pasir besi yang mempunyai kandungan Fe2O3, SiO2, MgO dan ukuran butiran 80-100 mesh berpotensi untuk digunakan sebagai pengganti semen dalam produksi beton berkinerja tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan pasir besi sebagai bahan tambah pengganti semen terhadap kuat tekan dan kuat tarik pada beton struktur. PENGERTIAN BETON Beton diperoleh dari pencampuran agregat halus, semen dan air serta kadang-kadang bahan tambah lainnya. Semen jika diaduk dengan air akan terbentuk adukan pasta semen, sedangkan jika diaduk dengan air kemudian ditambah pasir maka akan menjadi mortar semen dan jika ditambah dengan kerikil atau batu pecah sehigga mengeras maka akan disebut beton. Kekuatan, keawetan dan sifat-sifat lain dari beton tergantung dari kualitas bahan dasar, perbandingan volume, cara pelaksanaan, cara pemadatan, pemeliharaanya, serta adanya bahan tambahan. Beton sering digunakan daam konstruksi bangunan dikarenakan mempunyai banyak sekali keuntugan diantaranya adalah :
_____________________________________ Volume 6, No. 2, Maret 2012
http://www.lpsdimataram.com
ISSN No. 1978-3787 Media Bina Ilmiah 25 ………………………………………………………………………………………………………… 1.
Bahan pembentuk beton mudah didapat dengan harga relatif murah. 2. Beton tahan terhadap aus dan juga api atau kebakaran. 3. Meton segar mudah diangkut atau dicetak dalam betuk apapun dengan ukuran seberapapun sesuai keinginan, cetakan dapat digunakan beberapa kali sehingga ekonomis dan an menjadi lebih murah. 4. Perawatannya mudah dan murah. 5. Beton segar dapat disemprotkan dipermukaan beton lama yang retak maupun diisikan kedaam retakan beton dalam proses perbaikan dan dapat dipompakan sehingga memungkinkan untuk dituang pada tempat tempattempat yang posisinya sulit. 6. Beton sangat kuat dalam menahan tekan dan mempunyai sifat tahan terhadap perkaratan dan pembusukan oleh kondisi lingkungan, bila dibuat dengan cara baik kuat tekannya sama dengan batuan alami. Beton juga mempunyai kelemahan yang perlu ditinjau oleh perencanaan dalam merencanakan struktur bangunan, antara lain : 1. Beton mempunyai kuat tarik rendah . sehingga mudah retak, oleh karena itu perlu diberi baja tulangan atau serat. 2. Beton sulit untuk kedap air sempurna, sehingga selalu dapat dimasuki suki air, air yang membawa kandungan garam dapat merusak beton. 3. Beton segar mengerut pada saat pengeringan dan beton keras mengembang jika basah sehingga dilatasi perlu diadakan pada beton yang panjang dan lebar untuk memberi tempat susut dan pegembangan bbeton. 4. Beton bersifat getas (tidak daktail) sehingga harus dihitung dan didetail secara seksama agar setelah dikompositkan dengan baja tulangan menjadi bersifat daktail, terutama pada struktur tahan gempa. a.
Pasir besi Secara umum pasir besi terdiri dari opak yang bercampur dengan butiran butiran-butiran dari mineral non logam seperti, kuarsa, kalsit, feldspar, ampibol, piroksen, biotir dan tourmaline. Mineral tersebut terdiri dari magnetit, titaniferous magnetit, ilmenit, limonit dan hematite. Titaniferous m magnetit adalah bagian yang cukup penting merupakan ubahan dari magnetit dan ilmenit. Mineral bijih pasir besi terutama berasal dari batuan basaltik dan andesitik volkanik. Kegunaan pasir besi ini selain untuk industri logam besi juga telah dimanfaatkan seb sebagai bahan dasar untuk tinta kering pada mesin fotokopi dan tinta laser, bahan utama untuk pita kaset, pewarna serta campuran untuk cat dan bahan dasar untuk
magnet permanent. Bahan alternatif, seperti pasir besi, biasa dimanfaatkan untuk membuat beton. Sebab, bab, umumnya limbah pabrik logam mengandung silica yang berdaya ikat. b.
Kuat Tekan Beton Kuat tekan beton adalah besarnya beban persatuan luas, yang menyebabkan benda uji hancur bila dibebani dengan gaya tekan tertentu, yang di hasilkan oleh mesin uji. Kuat tekan beton ditentukan oleh perbandingan semen dan agregat halus, agregat kasar dan air berbagai jenis campuran. Perbandingan air terhadap semen merupakan faktor utama dalam penentuan kuat tekan beton. Kaut tekan silinder beton dapat dihitung dengan den persamaan sebagai berikut :
Dengan :
= Kuat tekan silinder beton (N/mm2) P = Beban maksimal (N) A = Luas penampang benda uji (mm)
Berdasarkan kuat tekannya, beton dapat dibagi menjadi beberapa jenis seperti : Jenis Beton Beton sederhana (plain concrete) Beton normal (beton biasa) Beton pra tegang Beton kuat tekan tinggi Beton kuat tekan sangat tinggi
Kuat tekan (MPa) sampai 10 (MPa) 15 – 30 MPa 30 –40 MPa 40 – 80 MPa >80 MPa
Besarnya kuat tekan beton juga dipengaruhi oleh sejumlah faktor antara lain : 1. Faktor air semen 2. Jenis semen dan kualitasnya 3. Jenis dan lekuk-lekuk lekuk bidang penurunan agregat 4. Efisiensi perawatan 5. Suhu 6. Umur pada keadaan yang normal c.
Kuat tarik Beton Salah satu kelemahan beton adalah mempunyai kuat tarik yang sangat kecil. Nilai kuat tekan rendah dan tarik bahan beton tidak berbanding lurus. Kuat tarik beton berpengaruh terhadap kemampuan beton di dalam mengatasi retak awal sebelum dibebani. Kekuatan tarik arik lebih sulit diukur dibandingkan dengan kekuatan tekan karena masalah penjepitan pada mesin. Ada sejumlah metode yang tersedia
_____________________________________ http://www.lpsdimataram.com
Volume 6, No. 2 Maret 2012
26 Media Bina Ilmiah
ISSN No. 1978-3787
untuk menguji kekuatan tarik dan yang paling sering digunakan adalah tes pembelahan silinder atau tes brasil. Konstruksi beton on yang dipasang mendatar sering menerima beban tegak lurus sumbu bahannya dan sering mengalami rekahan. Hal ini terjadi karena daya dukung beton terhadap gaya lentur tergantung pada jarak dan garis berat beton, makin jauh dari garis berat maka makin kecil daya dukungnya. Namun kekuatan tarik beton relatif rendah, untuk beton normal berkisar antara 9% - 15% dari kuat tekan. Sehingga semakin besar kuat tekan suatu beton, maka akan semakin besar pula kuat tarik belahannya. Kuat tarik beton dapat dihitung den dengan rumus :
Dimana :
fst = Kuat tarik belah beton (N/mm2) P = Beban maksimum yang diberikan (N) D = Diameter benda uji silinder (mm) L = Panjang benda uji silinder (mm)
TAHAPAN PENGUJIAN KUAT TEKAN DAN KUAT TARIK BETON Untuk mengetahui pengaruh pasir besi pada beton, dilaksanakan berbagai tahapan, tahapan tersebut meliputi : 1. Pengujian Uji Bahan, dalam pengujian tersebut dilaksanakan beberapa tahapan, yaitu : a. Pengujian Kadar Zat Organik Pengujian ini dilaksanakan karena pasir memiliki kemungkinan kotor akibat terkena lumpur atau zat organik sangat besar. Pasir sebagai agregat halus tidak boleh mengadung terlalu banyak zat organik, hal ini dapat dilihat dari percobaan warna Abram Hader dengan gan menggunakan larutan NaOH 3% sesuai standar ASTM 00-40. b. Pegujian Kadar Lumpur Pengujian ini mengetahui kadar lumpur agregat halus. Kadar lumpur agregat harus tidak boleh lebih dari 5% dari berat keringnya. Apabila lebih, maka pasir harus dicuci terlebih dahulu sebelum digunakan. c. Pengujian Specific gravity Pengujian ini mengacu pada ASTM C 128. Pengujian ini ditujukan agar mendapatkan : 1) Bulk specific grafity grafity, yaitu perbandingan antara berat pasir dalam kodisi kering dengan volume pasir total.
2. 3. 4. 5. 6. 7.
specif SSD, yaitu perbandingan 2) Bulk specific antara berat pasir jenuh dalam kondisi kering permukaan dengan volume pasir total. 3) Apparent specific grafity grafity, yaitu perbandingan berat pasir dalam kondisi kering dengan volume butir pasir. 4) Absorbition, yaitu perbandingan antara berat erat air yang diserap dengan berat pasir kering. d. Pengujian Gradasi Pegujian ini bertujuan untuk mengetahui gradasi atau variasi diameter butiran pasir, prosentase dan modulus kehalusannya. Pengujian gradasi agregat halus mengmeng gunakan standar pengujian ASTM AST C 136. Perhitungan Rancang Campur Beton Pasir Replacement Pembuatan Adukan Beton Pembuatan Benda Uji Silinder Beton Perawatan Pengujian Kuat Tekan Dan Kuat Tarik Belah
CONTOH PENGUJIAN Setelah kita mengetahui bagaimana langkahlangkah langkah untuk mengetahui pengaruh dari batu pasir, maka setelah itu kita bisa melaksanakan penelitian terhadap batu pasir. Adapun contoh untuk pegujian tersebut, yang mana pasir besinya diambil dari pantai timur (Belanting) Kabupaten Lombok Timur, yaitu : a.
Pengujian gujian Kuat Tekan Berikut kut adalah tabel hasil pengujian tekan beton tersebut : Tabel 1. Pengujian Kuat Tekan Beton Kode Benda Uji
KTN-1 KTN-2 KTN-3 KTB1-1 KTB1-2 KTB1-3 KTB2-1 KTB2-2 KTB2-3 KTB3-1 KTB3-2 KTB3-3 KTB4-1 KTB4-2 KTB4-3 KTB4-1 KTB4-2 KTB4-3
Varia si Pasir Reple cemen t 0%
20%
40%
60%
80%
100%
Beban Maks (N)
Luas (mm)
Kuat Tekan (MPa)
520000 640000 600000 600000 650000 500000 650000 600000 670000 660000 630000 680000 770000 740000 750000 560000 560000 600000
17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5 17662,5
29,44 36,23 33,97 33,97 36,80 23,21 36,80 33,97 37,93 37,37 35,67 38,50 43,60 41,90 42,46 31,71 31,71 33,97
Kuat Tekan Rerata (MPa)
33,22
35,39
36,23
37,18
42,65
32,46
_____________________________________ Volume 6, No. 2, Maret 2012
http://www.lpsdimataram.com
ISSN No. 1978-3787 Media Bina Ilmiah 27 ………………………………………………………………………………………………………… Pengujian kuat tekan ini dilakukan dengan Compression Testing Machine terhadap benda uji yang berumur 28 hari dengan memberikan tekanan terhadap benda uji yang diletakkan secara vertikal sampai runtuh. Dari pengujian tersebut akan diperoleh beban maksimum yaitu saat beton hancur menerima beban tersebut. Untuk benda uji KTB1 KTB1-3 dianggap gagal karena X2 > X2 (0,95 ; (n-1)), seperti yang terlihat pada tabel berikut :
berkurang, sehingga berakibat turunnya kuat tekan beton.
Tabel 2. Benda Uji
Tabel 4. Hasil Pengujian Kuat Tarik
Kode Benda Uji
Kuat Tekan (O)
KTB1-1
33,97
KTB1-2
36,80
KTB1-3
(OE)2/E
Kuat Tekan Rerata (E)
X2
X2(0,95 ; (n-1))
0,057
35,39
23,21
0,510
0,103
1,415
Tabel 3. Prosentasi Kuat Tekan Beton
33,22
Vari asi Pasir (%)
20 40 60 80 100
Kode benda Uji
0,057
Sedangkan dari hasil perhitungan, nilai kuat tekan dan prosentase perubahan dapat dilihat pada tabel berikut :
Kaut tekan Beton Variasi Pasir 0% (MPa) A
Pengujian Kuat Tarik Belah Untuk pengujian kuat tarik dilakukan pada benda uji yang telah berumur 28 hari diletakkan di atas mesin uji desak lalu diberi beban secara berangsur-angsur angsur sampai silinder terbelah oleh gaya tarik horizontal. Berikut adalah hasil pengujian kuat tarik belah : b.
Kuat Tekan (MPa) B
35,39 36,23 37,18 42,65 32,46
Perubaha n Kuat Tekan
Prosentase Perubahan Kuat Tekan Beton (%)
(MPa) B-A
2,170 3,020 3,963 9,436 -0,755
6,53 9,09 11,93 28,41 -2,27
Dalam contoh hasil pengujian kuat tekan yang telah disajikan diatas, maka bisa dilihat bahwa nilai prosentase pasir besi pada angka 80% dari berat pasir total memberikan kuat tekan maksimum diantara kadar pasir besi yaitu 42,65 MPa dan meningkatkan kuat tekan sebesar 28,41% dibandingkan beton normal. Hal tersebut membuktikan bahwa pasir besi juga tepat sebagai filler (pengisi) pada campuran beton. Butiran pasir besi yang halus membuat pasir besi tersebut mampu mengisi pori pori-pori beton pada kadar pasir replacement yaitu 20-80%, sehingga dapat meningkatkan ke kepadatan beton dan meningkatkan kuat tekan beton. Sedangkan penggunaan pasir besi pada prosentase 100% justru menurunkan kuat tekan. Hal ini dimungkinkan karena dengan penambahan pasir besi yang lebih banyak, justru akan membuat pori poripori baru yang mengakib mengakibatkan kepadatan beton
KBN-1 KBN-2 KBN-3 KBB1-1 KBB1-2 KBB1-3 KBB2-1 KBB2-2 KBB2-3 Kode benda Uji
KBB3-1 KBB3-2 KBB3-3 KBB4-1 KBB4-2 KBB4-3 KBB5-1 KBB5-2 KBB5-3
Varia si Pasir replec ement
0%
20%
40% Varia si Pasir replec ement
60%
80%
100%
Beban Maks (N)
Luas (mm)
200000 220000 200000 210000 200000 220000 225000 205000 210000 Beban Maks (N)
141300 141300 141300 141300 141300 141300 141300 141300 141300 Luas
230000 210000 205000 230000 220000 200000 210000 230000 200000
141300 141300 141300 141300 141300 141300 141300 141300 141300
(mm)
Kuat Tarik Belah (MPa)
2,83 3,11 2,83 2,97 2,83 3,11 3,18 2,90 2,97 Kuat Tarik Belah (MPa)
Kuat Tarik Belah Rerat a (MPa) 2,93
2,97
3,01 Kuat Tarik Belah Rerat a (MPa)
3,26 2,97 2,90 3,26 3,11 2,83 2,97 3,26 2,83
3,04
3,07
3,02
Sedangkan dari hasil perhitungan, nilai kuat tarik belah dan prosentase perubahan dapat dilihat pada tabel 5. Tabel abel 5. Prosentase Perubahan Kuat Tarik Kaut Tarik Belah Beton Variasi Pasir 0% (MPa) A
2,93
Varia si Pasir (%)
20 40 60 80 100
Kuat Tari k Bela h (MPa ) B
Perubah an Kuat Tarik Belah (MPa) B-A
Prosentase Perubahan Kuat Tarik Belah Beton (%)
2,97 3,01 3,04 3,07 3,02
0,05 0,08 0,12 0,14 0,09
1,61 2,82 4,03 4,84 3,23
_____________________________________ http://www.lpsdimataram.com
Volume 6, No. 2 Maret 2012
28 Media Bina Ilmiah Dalam contoh hasil pengujian kuat tarik belah yang telah disajikan diatas, maka bisa dilihat bahwa nilai prosentase pasir besi pada angka 80% dari berat pasir total memberikan kuat tekan maksimum diantara kadar pasir besi yaitu 3,07 MPa dan meningkatkan kuat tarik belah sebesar 4,84% dibandingkan beton normal. Sama halnya seperti kuat tekan beton, semakin tinggi nilai kuat belah beton menunjukkan bahwa pasir besi mampu menjadi filler (pengisi) yang mengisi pori-pori sehingga meningkatkan kepadatan beton. SIMPULAN Berdasarkan analisis data dan pembahasan dari contoh pengujian yang dilakukan dalam penelitian, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Pemakaian pasir besi sebesar 80% dari berat pasir total memberikan kuat tekan maksimum diantara kadar pasir besi yaitu 42,65 MPa dan dapat meningkatkan kuat tekan sebesar 28,41% dibandingkan beton normal. 2. Pemakaian pasir besi sebesar 80% dari berat pasir total memberikan kuat tekan maksimum diantara kadar pasir besi yaitu 3,07 MPa dan meningkatkan kuat tarik belah sebesar 4,84% dibandingkan beton normal. 3. Penggunaan pasir besi dapat meningkatkan kuat tekan dan kuat tarik belah karena secara mekanik gradasi pasir besi mampu mengisi pori-pori diantara butiran-butiran gradasi pasir normal sehingga meningkatkan kepadatan beton yang mengakibatkan meningkatnya kuat tekan dan kuat tarik belah beton.
ISSN No. 1978-3787 Pada pasir besi ini meningkatkan kuat tekan dan kuat tarik belah hingga 80%, hal ini dimungkinkan karena selain sifat filler juga sifat kimiawi pasir besi yang mengandung SiO2 dapat membantu kinerja semen sebagai bahan pengikat, sehingga dapat dihasilkan kuat tekan dan kuat tarik belah yang semakin tinggi seiring dengan meningkatnya prosentase subtitusi pasir besi. Sedangkan penggunaan pasir besi pada prosentase 100% justru menurunkan kuat tekan. Hal ini dimungkinkan karena dengan penambahan pasir besi yang lebih banyak, justru akan membuat pori-pori baru yang mengakibatkan kepadatan beton berkurang, sehingga berakibat turunnya kuat tekan dan kuat tarik belah beton. DAFTAR PUSTAKA Hapsari, R. N. A., 2011, Kuat Tekan dan Kuat Tarik Belah Beton Menggunakan Pasir Tailing Eks Timah dan Pasir Besi: Skrips, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, UNS, Surakarta. Hadi, S., and Ahmad, 2010, Kuat Tekan Beton Dengan Pasir Besi Sebagai Bahan Tambah Pengganti Semen: Naskah Seminar Tugas Akhir Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah, Yogyakarta. Mulyono Tri, 2003. Teknologi Beton, Erlangga, Jakarta
_____________________________________ Volume 6, No. 2, Maret 2012
http://www.lpsdimataram.com
