BAB II LANDASAN TEORI
2.1. Limbah 2.1.1 Pengertian Limbah Limbah atau sampah yaitu limbah atau kotoran yang dihasilkan karena pembuengan sampah atau zat kimia dari pabrik-pabrik.Limbah atau sampah juga merupakan suatu bahan yang tidak berarti dan tidak berarga,tetapi malah bisa mengakibatkan
pencemaran
lingkungan.Limbah
ini
dapat
menyebabkan
penyakit,cacat janin,kematian,bahkan pemutusan mata rantai kehidupan suatu organisme. Limbah B3 dari industri terbuang dilingkungan akhirnya akan berdampak pada kesehatan manusia.Dampak ini dapat langsung dari sumber ke manusia,misalnya meminum air yang terkontaminasi atau melalui mata rantai makanan,seperti memakan ikan yang telah menggandakan {biologocal magnification) pencemaran karena memakan makanan yang tercemar. Contoh,kasus penyakit Minamata ; Di pinggir teluk Minamata , Jepang
bermukim rakyat nelayan.Beberapa
industri membuang limbahnya ke teluk Minamata.Para ahli kimia pabrik mengatakan bahwa limbah pabrik yang mengandung methylmercury {MeHg) tidak berbahaya karena
kenyataannya
fitoplanton,zooplakton,dan
ikan
tetap
hidup
diteluk
itu.Rupanya kebiasaan penduduk nelayan Minamata yang suka makan ikan,telah menyebabkan terakumulasinya kadar methylmercury yang berlipat ganda di dalam tubuh nelayan teluk tersebut.Suatu saat setelah mengakumulasi methylmercury
Universitas Sumatera Utara
sekitar 10 tahun,tanpa disadari kadar mercury didalam tubuh nelayan telah berlipat ganda ribuan kali dibanding dengan kadar mercury di dalam air limbah dan fitiplakton.Karena methylmercury termasuk B3 ,maka menimbulkan dampak kesehatan yaitu keturunan dari nelayan yang telah mengkomsumsi ikan dari teluk Minamata mengalami cacat jasmani dan mental.Cacat ini disebut sebagai penyakit Minamata.Jadi penyakit sejenis penyakit Minamata tersebut terjadi dimana saja melalui proses akumulasi dan penggandaan biologik
2.1.2
Jenis Limbah 1. Limbah Rumah Tangga Limbah rumah tangga {lebih umum disebut samaph) adalah limbah yang dihasilkan
oleh kegiatan rumah tangga.Limbah ini berupa sisa
makanan,kantong plastik bekas,kaleng susu,botol minuman ,dan lain-lain. Limbah rumah tangga berdaya racun tinggi dapat berupa sisa obat kedaularsa, sisa cat dan lainnya 2. Limbah Pabrik Limbah ini bisa dikatagorikan sebagai limbah yang umumnya dibuang disungai-sungai disekitar tempat tinggal masyarakat dantidak jarang warga masyarakat mempergunakan songai untuk kegiatan seharihari,misalnya MCK {mandi,cuci,kakus)
Misalnya,pabrik pengolahan
pakan ternak,pabrik tempe dan lainnya. 3. Limbah Industri Limbah ini mengandung zat yang berbahaya diantara asam anorganik dan senyawaorgaik,zat-zattersebut jika masuk ke perairan maka akan
Universitas Sumatera Utara
menimbulkan pencemaran
yang dapat membahayakan makluk hidup
penggunaair tersebut misalnya,ikan dan manusia.Limbah ini di hasilkan oleh industri obat,minyak bumi kertas dan lain-lain. Di dalam Peraturan Pemerintah R.I.Nomor 18 Tahun 1999 tentang Pengolahan LimbahBahan Berbahaya dan Beracun,yang dimaksud dengan B3 dapat diartikan; Semua bahan senyawa baik padat,cair atau pun gas yang mempunyai potensi merusak terhadap kesehatan manusia serta lingkungan akibat sifat-sifat yang dimiliki zat tersebut. Limbah
B3didentifikasikankan
sebagai
bahan
{toxicity,flammability, reactivity, dan corrosivity) serta
kimia
karena
sifat
konsentrasinya dapat
mencemarkan lingkungan yang mengakibatkan membahayakan kesehatanmanusia {majarimagazine.com). Bahan berbahaya dan beracun yang lebih akrab dengan singkatan B3,keberadaannya di Indonesia makin hari makin mengkhawatirkan.Lebih dari 75% bahan berbahaya dan beracun {B3) merupakan sumbangan dari sektor industri melalui limbahnya,sedangkan sisanya berasal dari
sektor lain termasuk rumah
tangga yang menyumbang 5-10% dari limbah B3 yang ada.Peningkatan jumlah limbahbahan berbahaya dan beracun di Indonesia antara kurun waktu 1990 – 1998 saja mencapai 100% { tahun 1990 sekitar 4.322.862 ton dan pada tahun 1998 mencapai 8.722.696 ton). Jumlah ini akan naik drastis seiring dengan perkembangan industrialisasi yang cukup pesat di negara berkembang seperti Indonesia {Limbah B3w,http;// tengkufery.web.ugm.ac.id).
Universitas Sumatera Utara
2.2. Pengertian Genteng Menurut SNI 0447 – 81 (Dwiyono 2000) genteng beton atau genteng semen adalah unsure bangunan yang digunakan untuk menutup atap yang terbuat dari beton dan dibentuk sedemikian rupaserta berukuran tertentuGenteng dibuat dengan cara mencampurkan semen,pasir dan air ,kemudian diaduk dengan homogeny dan selanjutnya dicetak.Selain semen,pasir dan air sebagai bahan susunan genteng dapat juga ditambahkan bahan lain .Seperti penggunaan fyl ash sebagai bahan perekat dan serat baggas sebagai agregat dengan komposisi bahan yang ditentukan dengan seimbang terhadap bahan utama. Penambahan fyl ash dan serat bagas pada pembuatan genteng bertujuan untuk memperbaiki sifat fisis dan sifat kimia dari beton. Menurut PUBI -1982 genteng beton ialah unsure bahan bangunan yang dibuat daricampuran semen pordlan,agregat halus,air dan bahanpembantu lainnya,yang dibuat sedemikian rupasehingga dapat digunakan untuk atap. Standar kuat tekan dan kuat patah genteng dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Standar kuat tekan dan kuat patah genteng
1
Kuat Tekan *) ( l bf/in2) 2133,45
Kuat patah *) ( l bf/in2) 1564,63
11
1137,84
853,38
111
568,92
426,69
Tingkat Mutu
*) Kuat tekan dan kuat patah rata-rata dari minimum 6 buah genteng yang diuji. Sumber Departemen Pekerjaan Umum 1978
2.3. Fly Ash.
Universitas Sumatera Utara
Abu terbang batu bara umumnya dibuang di landfill atau ditumpuk begitu saja di dalam area industri. Penumpukan abu terbang batu bara ini menimbulkan masalah bagi lingkungan. Berbagai penelitian mengenai pemanfaatan abu terbang batubara sedang dilakukan untuk meningkatkan nilai ekonomisnya serta mengurangi dampak buruknya terhadap lingkungan. Saat ini umumnya abu terbang batubara digunakan dalam pabrik semen sebagai salah satu bahan campuran pembuat genteng. Selain itu, sebenarnya abu terbang batubara memiliki berbagai kegunaan yang amat beragam: 1) Penyusun beton untuk jalan dan bendungan. 2) Penimbun lahan bekas pertambangan. 3) Recovery magnetik, cenosphere, dan karbon. 4) Bahan baku keramik, gelas, batu bata, dan refraktori. 5) Bahan penggosok (polisher) 6) Filler aspal, plastik, dan kertas. 7) Pengganti dan bahan baku semen 8) Aditif dalam pengolahan limbah (waste stabilization) 9) Konversi menjadi zeolit dan adsorben Konversi abu terbang batubara menjadi zeolit dan adsorben merupakan contoh pemanfaatan efektif dari abu terbang batubara. Keuntungan adsorben berbahan baku abu terbang batubara adalah biayanya murah. Selain itu, adsorben ini dapat digunakan baik untuk pengolahan limbah gas maupun limbah cair. Adsorben ini dapat digunakan dalam penyisihan logam berat dan senyawa organik pada pengolahan limbah. Abu terbang batubara dapat dipakai secara langsung sebagai adsorben atau dapat juga melalui perlakuan kimia dan fisik tertentu sebelum menjadi
Universitas Sumatera Utara
adsorben. Zeolit yang disintesis dari abu terbang batubara dapat digunakan untuk keperluan pertanian. Zeolit banyak dikonsumsi dalam pemurnian air, pengolahan tanah, dll. Zeolit dibuat dengan cara mengkonversi aluminosilikat yang terdapat pada abu terbang batubara menjadi kristal zeolit melalui reaksi hidrotermal. 2.3.1. Sifat Fisika dan Kimia Abu Terbang (Fly Ash) Komponen utama dari abu terbang batubara yang berasal dari pembangkit listrik adalah silika (SiO2), aluminia (Al2O3), dan besi oksida (Fe2O3), sisanya adalah karbon, kalsium, magnesium, dan belerang. Rumus empiris abu terbang batubara adalah : Si1.oAlo.45Cao.51Na0.047Fe0.039Mg0.020K0.013Ti0.011. Tabel 2. Komposisi Kimia Abu Terbang Batubara Komponen
Bituminous
Sub bituminous
Lignite
SiO2
20-60%
40-60%
15-45%
Al2O3
5-35%
20-30%
10-25%
Fe2O3
10-40%
4-10%
4-15%
CaO
1-12%
5-30%
15-40%
MgO
0-5%
1-6%
3-10%
SO3
0-4%
0-2%
0-10%
Na2O
0-4%
0-2%
0-6%
K2O
0-3%
0-4%
0-4%
LOI
0-15%
0-3%
0-5%
Sifat kimia dari abu terbang batubara dipengaruhi oleh jenis batubara yang dibakar dan teknik penyimpanan serta penanganannya. Pembakaran batubara lignit dan sub-bituminous menghasilkan abu terbang adengan kalsium dan magnesium
Universitas Sumatera Utara
oksida lebih banyak daripada bituminus. Namun, memiliki kandungan silika, alumina, dan karbon yang lebih sedikit daripada bituminos. Kandungan karbon dalam abu terbang diukur dengan menggunakan Loss On Ignition Method (LOI) Abu terbang batubara terdiri dari butiran halus yang umumnya berbentuk bola padat atau berongga. Ukuran partikel abu terbang hasil pembakaran batubara bituminous lebih kecil dari 0,075mm (Yoga P.dkk,2007). Kerapatan abu terbang berkisar antara 2100 sampai 3000 kg/m3 dan luas area spesifiknya (diukur berdasarkan metode permeabilitas udara Blaine) antara 170 sampai 1000 m2/kg (Yoga P.dkk,2007) 2.3.3 Sifaf Fisika Abu Terbang Batu Bara (fly ash) Abu terbang memiliki karakteristik yang hampir mirip dengan semen. Sifat fisika dari abu b terbang batu bara menurut ACI Manual
of Concrete
Practive 1993 yaitu : specific gravity 2,2 - 2,8 dan ukuran butiran 1 μm - 1 mm (lolos ayakan 200 mesh -75 μm ). Sedangkan insur abu terbang yang berb eda terhadap semen adalah komposisi CaO. Pada semen koversional kadar CaO sekitar 50% atau lebih , sedangkan pada abu terbang hanya sekitar 1 2%.Daya rekat semen sangat dipengaruhi oleh kadar CaO, hal ini menyebabkan semen dapat cepat mengeras jika dicampur air ( pengaruh angka hidrolitas ). Tahun 1989 abu terbang yang dihasilkan dari pembakaran batu bara di seluruh dunia mencapai 440 milliar ton. Sementara tingkat pemamfaatan Masih tergolong rendah. Dan abu terbang ini sendiri kalau tidak dimamfaatkan akan menyebabkan abu
terbang
batu
pengrusakan pada lingkungan. Karenanya itu pemamfaatan bara
dapat mendatangkan
efek
ganda
pada
tindak
penyelamatan lingkungan. Penggunaan abu terbang batu bara dapat memangkas
Universitas Sumatera Utara
dampak negative yang pengrusakan lingkungan dan sekaligus mengurangi penggunaan semen portlad dalam pembuatan beton khususnya dalam hal ini pembuatan genteng
2.4. Ampas tebu 2.4.1. Pengertian Ampas tebu Ampas tebu yang dipergunakan adalah ampas tebu yang telah mengalami proses ;penggilingan kelima kali. Ampas tebu sendiri merupakan hasil limbah buangan yang berlimbah dari proses pembuatan gula (+30% dari kapasitas giling). Secara garis besar, proses produksi dari tebu menjadi ampas tebu dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar Proses Penggilingan Tebu Ampas tebu yang berlimpah tersebut telah dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada ketel uap (pesawat untuk memproduksi uap pada suatu jumlah tertentu pada setiap jamnya dengan suatu tekanan dan suhu tertentu pula besarnya) dimana energi yang dihasilkan dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga uap. 2.4.2. Pemanfaatan Serat Ampas Tebu
Universitas Sumatera Utara
Seiring dengan perkembangan jaman dan kemajuan teknologi, ampas tebu yang dahulunya hanya digunakan sebagai abu gosok, sudah mulai dimanfaatkan dalam industri bahan bangunan seperti: 1. Di Mesir telah diadakan penelitian bahwa ampas tebu dapat dimanfaatkan sebagai komponen penyusunan dalam pembuatan keramik .. 2. Telah dicobakan pemanfaatan ampas tebu sebagai campuran semen dengan perbandingan 1 semen : 12 ampas tebu, dan ternyata memberi hasil yang lebih kuat, ringan dan tahan terhadap kondisi agresif, dan tentu saja membutuhkan biaya yang lebih ekonomis. Telah dicoba dalam pembuatan panil gypsum, dimana ampas tebu dipakai sebagai bahan tambah mampu menghasilkan panil gypsum yang memiliki kuat lentur yang baik . 2.4.3. Komponen Penyusun Serat Ampas Tebu Tanaman tebu yang sering kita lihat tidak hanya berisi air yang digunakan sebagai bahan pembuat gula tetapi memiliki komposisi yang lebih kompleks yakni: sacharose, zat sabut/fiber, gula reduksi dan beberapa bahan lainnya Sabut yang terkandung dalam ampas tebu, tersusun dari beberapa komponen penyusun yakni: cellulosa, pentosan, lignin dan beberapa komponen lain , seperti dalam tabel berikut: Tabel 3. Komponen Penyusun Sabut Ampas Tebu No.
Nama Bahan
Jumlah (%)
1.
Cellulose
45
2.
Pentosan
32
3.
Lignin
18
4.
Lain-lain
5
Universitas Sumatera Utara
Sumber : Materials Handbook Thirteenth Edition, 1991 Sementara itu berdasarkan hasil penelitian dari beberapa orang ahli, diperoleh komposisi unsur kimia dari ampas tebu sebagai berikut: Tabel 4. Komposisi Unsur Kimia Ampas Tebu N.Deer
Tromp
Kelly
M.R
Daries
Gregory
46,5
44
48,2
47,5
47,9
48,1
Hidrogen 6,5
6
6
6,1
6,7
6,1
Oksigen
46
48
43,1
44,4
45,5
43,3
Ash
1
2
2,7
2
100
100
100
100
Karbon
2,5
(debu) 100
100
Sumber Hand OokofCaneSugar Engineering Setelah diadakan penelitian, senyawa kimia yang terkandung dalam ampas tebu adalah sebagai berikut:
Tabel 5. Senyawa Kimia Dalam Ampas tebu Senyawa
Jumlah (%)
SiO2
70,97
Al2O3
0,33
Fe2O3
0,36
K2O
4,82
Na2O
0,43
MgO
0,82
C5H10O5
22,27
Universitas Sumatera Utara
C7H10O3 C5H8O4 Sumber : Hasil analisa No 4246/LT AKI/XI/99 Oleh Team Afiliansi dan Konsultasi Industri ITS Surabaya
Dari data di atas, jelas sekali terlihat bahwa senyawa kimia yang dominan adalah SiO2 (Silika) sebesar 70,97%. Komposisi tersebut menguntungkan ampas tebu bila bahan ini akan digunakan sebagai bahan pengisi pada campuran aspal, serpti yang diselidiki oleh OECD (Organization for Economic and Cooperation Development). OECD menggunakan Fly Ash, dimana kandungan silika + 60% (catatan: Silika yang terkandung dalam fly ash yang diproduksi bukit asam + 59,4%). Penyelidikan tersebut membuktikan bahwa penggunaan fly ash sebagai bahan pengisi yang notabene memiliki kandungan silika yang tinggi, bila dicampur secara hotmix (campuran panas) dalam campuran Aspal Beton (Asphalt Concrete) akan menghasilkan campuran dengan nilai stabilitas Marshall lebih dari 1500 Ibs (OECD, 1977)
2.5. Pasir Pasir merupakan agregat halus yang terdiri dari butiran sebesar 0,14-5 mm, di dapat dari batuan alam (natural sand) atau dapat juga dengan memecahnya (artificial sand), tergantung dari kondisi pembentukan tempat terjadinya. Pasir alam dapat dibedakan atas: pasir galian, pasir sungai, dan pasir laut. Pasir merupakan bahan pengisi yang digunakan dengan semen untuk membuat adukan. Selain itu pasir juga berpengaruh terhadap sifat tahan susut, keretakan dan
Universitas Sumatera Utara
kekerasan
pada
produk
bahan
bangunan
campuran
semen
(www.b4tbgo.id//id/index.php).
2.6. Air Air merupakan bahan dasar yang sangat penting dalam pembuatan beton (genteng ). Air diperlukan untuk bereaksi dengan semen serta menjadikan bahan pelumas antara butiran - butiran agregat agar dapat mudah dikerjakan dan dipadatkan. Tetapi perlu dicatat bahwa tambahan air untuk pelumas ini tidak boleh terlalu banyak karena 2.7. Semen. Semen portland adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker, terutama terdiri dari silikat - silikat kalsium yang bersifat hidrolis dengan gips sebagai bahan tambahan (SK – SNIS – 04- 1989 – F ). Semen portland merupakan bahan ikat untuk merekatkan butiran – butiran agregat untuk terjadi suatu massa padat
2.8. Karakteristik Benda Uji. 2.8.1 Sifat Fisis A. Porositas (Daya Serap) Besar kecilnya penyerapan air oleh mortar dipengaruhi pori atau rongga yang terdapat pada mortar. Semakin banyak pori yang terkandung dalam mortar maka semakin besar pula penyerapan sehingga ketahanan akan berkurang. Rongga (pori) yang terdapat pada mortar terjadi karena kurang tepatnya kualitas dan komposisi material penyusunannya. Pengaruh rasio yang terlalu besar dapat menyebabkan
Universitas Sumatera Utara
rongga, karena terdapat air yang tidak bereksi dan kemudian menguap dan menimbulkan rongga. Daya serap air dirumuskan sebagai berikut ; Penyerapan air =
Berat sampel jenuh Berat sampel kering X 100% Berat sampel kering
B. Densiti Densitas adalah pengukuran massa setiap satuan volum benda. Semakin tinggi densitas (massa jenis) suatu benda maka semakin besar pula massa setiap volum. Densitas rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumnya. Sebuah benda yang memiliki densitas lebih tinggi akan memiliki volum yang lebih rendah dari pada benda bermassa sama yang memiliki densitas lebih rendah. Densitas (massa jenis) berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat yang sama berapapun massanya dan berapapun volumnya akan memiliki densitas yang sama pula. Oleh sebab itu dikatakan bahwa massa jenis atau densitas merupakan ciri khas (sidik jari) suatu zat. Untuk menghitung besarnya densitas dipergunakan persamaan matematis berikut ;
ρ= Dimana ;
m ..........................................................................( 2.1). V
ρ = densitas (gr/cm3) m = massa (gr)
Universitas Sumatera Utara
V = Volum (cm3)
2.8.2. Pengujian Fisik 1. Kekuatan Tekan (Compressive Strength) Pemerikasaan kuat tekan mortar dilakukan untuk mengetahui secara pasti akan kekuatan tekan mortar dari mortar yang sebenarnya apakah sesuai dengan kuat tekan yang direncanakan atau tidak. Standar yang digunakan pada pengujian ini adalah ASTM C 270-04 dan ASTM C 780. Alat yang digunakan pada tes uji tekan mortar adalah Hydraulic
Compressive Strength Machine tipe MAC-200. Pembebanan diberikan sampai benda uji runtuh, yaitu pada saat beban maksimum bekerja. Beban maksimum dicatat sebagai Pmax. Besarnya kekuatan tekan suatu bahan merupakan perbandingan besarnya beban maksimum yang dapat ditahan bahan dengan luas penampang bahan yang mengalami gaya tersebut. Secara matematis besarnya kekuatan tekan suatu bahan :
Kekuatan Tekan : σ C =
Pmaks .............................................................(2.2) A
Pmaks adalah beban tekan maksimum ( N ) yang menyebabkan beban hancur A = luas penampang ( m2 )
2. Kekuatan Patah
Kekuatan patah sering disebut Modulus of Rapture ( MOR ) yang menyatakan ukuran ketahanan bahan terhadap tekanan mekanis dan tekanan panas (thermal sterss)
Universitas Sumatera Utara
Persamaan kekuatan patah ( Banding Strength ) suatu bahan dinyatakan sebagai berikut : Kekuatan Patah =
3 PL 2 bd 2
( 2.3 )
P
L
Dimana P = gaya penekan ( N ) L = jarak 2 penumpuan ( m ) b dan d = dimensi sampel ( m ) b d Dimensi Sampel
3. Densitas dan Penyerapan Air
Untuk pengukuran densitas dan penyerapan air digunakan metoda Archimedes dan dihitung dengan persamaan : Densitas =
Ws Pair Wb − (W g − Wk )
( 2.4 )
Dimana Ws = berat sampel kering ( g ) Wb = berat sampel setelah direndam air ( g ) Wg = berat sampel digantung di dalam air ( g ) Penyerapan air =
berat sampel jenuh - berat sampel kering x 100% ( 2.5 ) berat sampel kering
Universitas Sumatera Utara
22
2.9. Pemikiran Dasar.
Genteng beton merupakan bahan bangunan yang terbuat dari campuran semen ,agregat,air dan dengan atau tanpa bahan tambah genteng
dibuat
sedemikian rupa sehingga dapat digunakan sebagai bahan penutup atap. Salah satu kelemahan genteng beton mempunyai sifat getas,dan kurang mampu menahan tegangan tarik.(Dwiyono – 2000)Genteng beton merupakan bentuk aplikasi sebagai bahan bangunan non structural secara otomatis memiliki kelemahan yang sama.Upaya dalam memperbaiki sifat beton salah satunya dengan penambahan bahan kedalam adukan mortar.Dalam hal ini peneliti menambahkan fly ash dan serat tebu. Penambahan serat tebu sebagai bahan pengisi dan fly ash sebagai subsitusi semen
bertujuan
agar
menghasilkan
genteng
yang
ringan
dan
baenilai
ekonomis.Serat baggase yang dipergunakan jangan terlalu pendsek dan jangan terlalu panjang karena akan menghasilkan genteng beton yang tidak standart.Serat baggase yang terlalu pendek tidak akan mengikat bahan pengikat dan terlalu panjang juga kurang efektif karena akan terjadi penggumpalan serat dan penyebaran serat tidak merata (Sudarmoko. 1993) Pemikiran ini sangat beralasankarena secara mekanik penambahan bahan limbah akan mengisi ruang kosong (rongga) diantara butiran – butiran semen dan secara kimiawi akan membirikan sifat hidrolik bebas.
Universitas Sumatera Utara
