FIS

PEMBUATAN EKOSEMEN DARI ABU SAMPAH DAN UJI APLIKASINYA UNTUK PANEL BETON

TESIS

Oleh

NELI SUSANTI 077026016/FIS

S

C

N

PA

A

S

K O L A

H

E

A S A R JA

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

Neli Susanti : Pembuatan Ekosemen Dari Abu Sampah Dan Uji Aplikasinya Untuk Panel Beton, 2009 USU Repository © 2008

Judul Tesis

:

Nama Mahasiswa Nomor Pokok Program Studi

: : :

PEMBUATAN EKOSEMEN DARI ABU SAMPAH DAN UJI APLIKASI UNTUK PANEL BETON Neli Susanti 077026016 Fisika

Menyetujui Komisi Pembimbing

( Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc ) Ketua

( Prof. Drs. Mohammad Syukur, MS ) Anggota

Ketua Program Studi,

Direktur,

( Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc )

( Prof. Dr. Ir. T.Chairun Nisa B, M.Sc)

Tanggal lulus : 8 Juni 2009


PEMBUATAN EKOSEMEN DARI ABU SAMPAH DAN UJI APLIKASINYA UNTUK PANEL BETON

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Fisika pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh NELI SUSANTI 077026016/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009


Telah diuji pada Tanggal : 8 Juni 2009

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua

: Prof.Dr.Eddy Marlianto,Msc.

Anggota

: 1. Prof.Drs.H.Mohammad Syukur,M.S. 2. Dra. Justinon, M.Si. 3. Dr.Ir.Reza Fadhila,M.I.M. 4. Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc.


ABSTRAK

Semen portland umumnya diproduksi dari bahan alam, batu kapur sebagai sumber CaO; lempung sumber: SiO2, dan Al2O3. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan ekosemen dengan menggunakan beberapa variasi komposisi abu sampah sebagai subsitusi sebagian batu kapur.Jenis sampah rumah tangga yang digunakan sudah terpisah dari logam misalnya: kertas, rumput, dedaunan, kayu, dan lain-lain, yang dibakar pada suhu sekitar 700oC. Abu dari hasil kalsinasi sampah rumah tangga, kemudian diayak hingga lolos ayakan ukuran 5 mm. Bahan baku pembuatan ekosemen jenis portland antara lain: batu kapur, tanah liat, MgCO3 teknis, Fe2O3 teknis, gypsum, dan abu sampah rumah tangga. Besaran fisis yang diamati dalam bentuk ekosemen, antara lain: analisa mikrostruktur serbuk setelah dikalsinasi dengan menggunakan XRD, densitas serbuk, diameter partikel dan waktu ikat atau air setting. Besaran fisis yang diamati dalam bentuk panel beton ekosemen adalah kuat tekan dan kuat patah. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa ekosemen telah berhasil dibuat dengan menggunakan bahan baku: abu sampah, batu kapur, tanah liat, MgCO3 teknis, Fe2O3 teknis, dan gypsum.Komposisi optimal dengan kode sampel D atau 30% abu sampah dan suhu kalsinasi 1300oC dapat mensubtitusi sebagian dari batu kapur dalam pembuatan ekosemen. Komposisi tersebut juga menghasilkan senyawa dominan: C3S, C2S, C3A dan C4AF, mirip dengan senyawa pada semen portland. Pada kondisi tersebut, menghasilkan karakeristik ekosemen dengan nilai: densitas terbesar = 3,15 g/cm3, distribusi ukuran diameter partikel berkisar antara 1,19 – 17,01 μm, dengan diameter rata-rata = 6,09 μm. Nilai waktu ikat awal danwaktu ikat akhir, masing-masing sebesar 2 jam 17 menit dan 2 jam 57 menit. Nilai kuat tekan dan kuat patah yang optimum adalah sebesar 53,5 MPa dan 8,58 MPa masing-masing pada beton ekosemen dengan kode sampel D atau 30% abu sampah, suhu kalsinasi 1300oC dan dikeringkan selama 28 hari. . Kata kunci: Ekosemen, abu sampah, mikrostruktur, komposisi kimia, suhu kalsinasi


ABSTRACT

Portland cement is generally produced from natural materials, calcium carbonate as source of CaO; clay as source of SiO2 and Al2O3. This research conducted by making ecocement using several variations from house hold garbage ash as clay substitution. The garbage that is used must be separated from metal, for example: paper, grass, leaves, wood, and others. The garbage was burnt at temperature of 700oC. Then ash from the garbage combustion is sieved, till get away from 5 mm size sieve. The raw material of portland ecocement: calcium carbonate, clay, technical MgCO3, technical Fe2O3, gypsum, and household garbage ash. The physical propeties of ecocement that is measured are: powder microstructure analyze after being calcinated using XRD, powder density, particle diameter and air setting. While the concrete physical properties that are measured are: compressive and flexural strength. From the result shows that the ecocement has succeeded been made using raw material: household garbage ash, calcium carbonate, clay, technical MgCO3, technical Fe2O3, and gypsum.The optimal composition with D sample code or 30% household garbage ash and calcination temperature 1300oC can substitute calcium carbonate in the ecocement making. At that compositions as well give result of dominant coumpound: C3S, C2S, C3A and C4AF, similar with portland cement coumpound. The composition gives result of ecocement characteristic: bigest density = 3.15 g/cm3, particle diameter distribution between 1.19 – 17.01 μm, with average particle diameter = 6.09 μm. The initial and final setting time are: 2 hours 17 minutes dan 2 hours 57 minutes. The optimum value of compressive and flexural strength = 53.5 and 8.58 MPa, each at ecocement concrete with D sample code or 30% household garbage ash, calcination temperature is 1300oC and the aging time is 28 days. Keywords: Ecocement, garbage ash, microstructure, chemical composition, calcinations temperature


KATA PENGANTAR

Pertama-tama kami panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul: Pembuatan Ekosemen Dari Abu Sampah dan Uji Aplikasinya Untuk Panel BETON, dapat diselesaikan. Kami ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik Indonesia c.q Pemerintah Propinsi Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dana sehingga kami dapat melaksanakan Program Magister Sains pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah kami mengucapkan terima kasih kepada: 1. Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains. 2. Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Ibu Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc, atas kesempatan yang diberikan menjadi mahasiswa Program Magister pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. 3. Ketua Program Studi Magister Fisika, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. sekaligus sebagai Ketua Komisi Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu dan pikiran dalam membimbing kami sehingga terselesaikannya penulisan tesis ini. 4. Sekretaris Program Studi Fisika Bapak Nasir Saleh beserta seluruh staf Pengajar pada Program studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. 5. Komisi Pembimbing Bapak Prof. Drs. Mohammad Syukur, MS. yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan dan bimbingan hingga selesainya penelitian ini.


6. Pembimbing Lapangan Bapak Prof. (Riset) Drs. H. Perdamean Sebayang, M.Si. yang telah banyak membantu kami dilapangan hingga selesainya tesis ini. 7. Rekan-rekan mahasiswa Sekolah Pascasarjana angkatan 2007 khususnya ibu Suarni Nst dan Jauharah Cut Ali serta semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dorongan kepada kami selama perkuliahan hingga selesainya tesis ini. 8. Teristimewa ucapan terima kasih yang sedalam-dalamnya dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Ayahanda Husin Syafran, Ibunda Ermiyati dan Kakanda Heri Aliefson beserta Suami tercinta Ir. H. Muhammad Hendra dan ketiga ananda terkasih: Nava’atidz Dzikraa, Muhammad Ruzika Wasi’an, dan Luthfiah Yasmin, terima kasih atas segala pengorbanan kalian baik moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat di balas, tapi hanya diserahkan pada Allah SWT jua. Akhir kata semoga tesis ini bermanfaat bagi kita semua dalam usaha meningkatkan mutu pendidikan, dan kami menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan untuk itu dengan kerendahan hati kami mengharapkan saran dan kritik yang dapat menyempurnakan tesis ini. Amin Ya Rabbal Alamin.

Medan,

Juni 2009

Penulis,

Neli Susanti


RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI Nama lengkap berikut gelar

:

Neli Susanti, S.Pd.

Tempat dan Tanggal Lahir

:

Solok (Sum-Bar), 29 Mei 1973

Alamat Rumah

:

Jl. Puri No.156/96 Medan 20215

Instansi Tempat Bekerja

:

SMA Negeri 6 Medan

Alamat Kantor

:

Jl. Ansari No. 34 Medan

Telepon/Faks

:

(061) 7367580

DATA PENDIDIKAN SD

: SD Negeri 3 Lubuk Gadang (Sum-Bar)

Tamat : 1986

SMP

: SMP Negeri 2 Muara Labuh (Sum-Bar)

Tamat : 1989

SMA

: SMA Negeri 1 Muara Labuh (Sum-Bar)

Tamat : 1992

Strata-1 : FPMIPA IKIP Padang

Tamat : 1997

Strata-2 : Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Tamat : 2009


DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK ............................................................................................................. i ABSTRACT ........................................................................................................... ii KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii RIWAYAT HIDUP ............................................................................................... v DAFTAR ISI.......................................................................................................... vi DAFTAR TABEL.................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................... xi BAB I

PENDAHULUAN ..................................................................................

1

1.1. Latar Belakang ...............................................................................

1

1.2. Tujuan Penelitian ...........................................................................

4

1.3. Perumusan Masalah .......................................................................

4

1.4. Batasan Masalah ............................................................................

5

1.5. Manfaat Penelitian .........................................................................

5

1.6. Hipotesa .........................................................................................

6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................

7

2.1. Semen Portland ............................................................................

7

2.2. Beton Ekosemen............................................................................. 11 2.3. Karakterisasi ................................................................................. 14 2.3.1. Analisa Mikrostruktur dengan X-ray Diffraction (XRD) .. 14 2.3.2. Densitas Serbuk Ekosemen ................................................ 15 2.3.3. Diameter Partikel Serbuk Ekosemen ................................. 16 2.3.4. Pengukuran Kuat Tekan (Compressive Strength) .............. 16 2.3.5. Pengukuran Kuat Patah (Flexural Strength) .................... 17


BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 19 3.1. Bahan Baku ................................................................................... 19 3.2. Peralatan ....................................................................................... 19 3.3. Variabel dan Parameter Penelitian ............................................... 20 3.4. Prosedur Pembuatan Ekosemen .................................................... 21 3.5. Karakterisasi .................................................................................. 23 3.5.1. Analisa Struktur Kristal dengan X-RayDiffraction (XRD)

24

3.5.2. Densitas Serbuk ................................................................. 25 3.5.3. Pengukuran Diameter Partikel (Particle Size Measurement) 26 3.5.4. Waktu ikat (Air Setting)................................................... .. 27 3.5.5. Kuat Tekan (Compressive Strength) .................................. 28 3.5.6. Kuat Patah (Flexural Strength) .......................................... 29 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 31 4.1. Analisa Komposisi Kimia dari Abu Sampah ................................... 31 4.2. Analisa Difraksi Sinar-X pada Abu Sampah ................................... 32 4.3. Pengukuran Densitas Serbuk Abu Sampah...................................... 44 4.4. Diameter Partikel Ekosemen dari Serbuk Abu Sampah .................. 45 4.5. Pengujian Air Setting (waktu ikat) .................................................. 49 4.6. Pengujian Kuat Tekan (Compressive Strength) ............................... 51 4.7. Pengujian Kuat Patah (Flexural Strength) ....................................... 52 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 54 5.1. Kesimpulan ................................................................................... 54 5.2. Saran .............................................................................................. 55 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 56


DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

1. 1.

Perbandingan komposisi fly ash terhadap abu dari sampah ................... 2

2. 1.

Komposisi Utama Semen Portland. ........................................................ 7

2. 2.

Karakteristik Semen Portland ................................................................ 8

2. 3.

Sifat-sifat fisis dari ekosemen. ................................................................ 9

3. 1.

Variasi komposisi untuk pembuatan ekosemen ...................................... 20

4. 1.

Hasil analisa komposisi kimia dari abu sampah. .................................... 31

4. 2.

Hasil analisa komposisi semen dan abu sampah (teoritis) ...................... 31

4. 3.

Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel A). ............................................................................................. 34

4. 4.

Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel B) .............................................................................................. 37

4. 5.

Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel C) .............................................................................................. 39

4. 6.

Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel D) .............................................................................................. 40

4. 7.

Puncak - puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel E)............................................................................................... 42

4. 8.

Hasil pengujian air setting dari ekosemen berbasis abu sampah dengan W/C = 0,5 ................................................................................... 50


DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

2. 1.

Perbandingan setting time dari beberapa jenis ekosemen, hasil tes fisis menurut JIS R 5201.................................................................................... 10

2.2.

Kurva Hubungan Kuat Tekan Beton Terhadap nilai FAS. ........................ 13

2. 3.

Model Difraksi Bragg ................................................................................ 15

2. 4.

Pengujian kuat tekan dengan menggunakan UTM .................................... 17

2. 5.

Teknik pengujian kuat patah dengan menggunakan tiga titik tumpu (three point bending).................................................................................. 18

3. 1.

Diagram Alir Pembuatan Ekosemen.......................................................... 21

3. 2.

Skema Peralatan Difraksi Sinar –X (XRD). .............................................. 24

4. 1.

Pola difraksi dari semen (kode sampel A) yang masing-masing dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC.................................................. 33

4. 2.

Pola difraksi dari semen (kode sampel B) yang masing-masing dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC. ................................................ 36

4. 3.

Pola difraksi semen dari abu sampah (kode sample C) yang dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC .......................................................... 38

4. 4.

Pola difraksi semen dari abu sampah (kode sample D) yang dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC .......................................................... 41

4. 5.

Pola difraksi semen dari abu sampah (kode sample E) yang dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC .......................................................... 43

4. 6.

Hubungan antara densitas terhadap abu sampah (% berat)........................ 44

4. 7. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, tanpa menggunakan abu sampah yang dibakar pada suhu 1350oC............ 46 4. 8. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, dengan 10% abu sampah yang dibakar pada suhu 1350oC. ....................... 47 4. 9. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, dengan 20% abu sampah yang dibakar pada suhu 1300oC. ....................... 47


4.10. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, dengan 30% abu sampah yang dibakar pada suhu 1300oC. ....................... 48 4.11. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, dengan 40% abu sampah yang dibakar pada suhu 1250oC. ....................... 49 4.12. Hubungan antara kuat tekan beton ekosemen terhadap waktu pengerasan, masing-masing untuk sampel A, B, C dan D. ............................................ 51 4.13. Hubungan antara kuat patah beton ekosemen terhadap waktu pengerasan, dari masing-masing sampel A, B, C dan D................................................ 52


DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

1. Data analisa XRD Untuk Sampel A, B, C, D, dan E yang Dikalsinasi Pada Suhu 1200 oC, 1250 oC, 1300 oC, dan 1350oC ......................................... 58 Data Hanawalt File: ........................................................................................ 67 a. .......................................................................................................... File No. 70-0388: Calcium Silicate (Ca2SiO4).................................................. 67 b........................................................................................................... File No. 42-0551: Calcium Silicate (Ca3SiO5).................................................. 72 c. .......................................................................................................... File No. 38-1429: Calcium Aluminum Oxide (Ca3Al2O6)................................ 73 d........................................................................................................... File No. 11-0124: Calcium Aluminum Iron Oxide (Ca4Al2Fe2O10) ................. 74 e. .......................................................................................................... File No. 82-1691: Calcium Oxide (CaO) .......................................................... 75 f. .......................................................................................................... File No. 43-1001: Calcium Oxide (CaO) .......................................................... 76 g........................................................................................................... File No. 72-0916: Calcium Sulfate Ca (SO4) .................................................... 77 h........................................................................................................... File No. 83-0437: Calcium Sulfate Ca (SO4) .................................................... 78 i............................................................................................................ File No. 75-1525: Magnesium Oxide (MgO).................................................... 80 j............................................................................................................ File No. 75-0447: Magnesium Oxide (MgO).................................................... 81 2. Data Pengukuran Densitas ............................................................................... 82 3. Data Pengukuran Diameter Partikel Ekosemen ............................................... 84


4. Data Pengukuran Prosentase Massa ................................................................ 90 5. Data Pengukuran Kuat Tekan .......................................................................... 96 6. Data Pengukuran Kuat Patah ........................................................................... 98 7. Alat Pengujian Kuat Tekan dan Kuat Patah .................................................... 100

BAB I PENDAHULUAN

1. 1. Latar Belakang Perkembangan teknologi infrastruktur memegang peranan penting dalam konsep pembangunan demi kenyamanan hidup manusia. Banyak penelitian telah dilakukan tentang teknologi beton untuk memenuhi kebutuhan dalam dunia properti: gedung pencakar langit, apartemen, pabrik, dan perumahan. Dalam bidang perekayasaan material, terus diupayakan penelitian dan inovasinya, termasuk bahan bangunan terutama komponen struktur. Salah satu material komponen struktur yang paling populer adalah semen (portland cement) yang saat ini merupakan kebutuhan yang paling besar dibidang konstruksi. Semen portland selama ini diproduksi dengan bahan baku dari alam, seperti: batu kapur merupakan sumber CaO, lempung merupakan sumber SiO2, dan Al2O3


(Anonym, 2006). Bahan batu kapur merupakan komposisi terbesar dalam pembuatan semen, yaitu sekitar: 75 – 80 % berat, sisanya adalah lempung, alumina, dan besi oksida (Anonym, 2006). Bahan baku semen tersebut digiling dan dibakar menghasilkan kalsium silikat, dan kalsium aluminat

yang bersifat hidrolis dan

dicampur bahan gips. Proses kalsinasi (kalsinasi) pada tungku (kiln) dapat mencapai suhu sekitar 1300 – 1350 oC (Mulyono, T., 2005). Kebutuhan akan semen semakin lama semakin banyak, karena hal tersebut tidak terlepas dari perkembangan dunia konstruksi dan pembangunan di suatu negara dan seiring dengan populasi penduduk. Apabila kebutuhan akan semen setiap tahunnya meningkat, tentunya kebutuhan bahan baku dari alam juga meningkat. Dengan demikian akibatnya suatu saat deposit bahan alam cenderung menurun dan habis. Oleh karena itu perlu dipikirkan dan dikaji bahan baku alternatif, agar produksi semen dimasa mendatang masih tetap ada. Kemungkinan-kemungkinan bahan alternatif lain sebagai pengganti batu kapur antara lain: abu terbang batu bara (fly ash), abu hasil kalsinasi sampah, dan lain-lain. Oleh karena kedua macam bahan baku alternatif tersebut termasuk murah, berupa limbah dan selama ini belum termanfaatkan secara optimal. Pada tabel 1. 1, merupakan perbandingan komposisi kimia dari abu terbang batu bara (fly ash) dengan abu hasil kalsinasi sampah setelah dipisahkan dari logam. Tabel 1.1. Perbandingan komposisi fly ash terhadap abu dari sampah No.

Komposisi

Abu sampah (%)

Fly Ash (%)


1 2 3 4 5 6 7 8

MgO Na2O Fe2O3 CaO K2O SiO2 Al2O3 LOI

2,60 0,14 7 31 0,83 46 29 1,39

1,05 0,08 10,86 1,34 2,41 53,36 26,49 1,91

Sumber: Mulyono,T,2005

Dari tabel komposisi diatas maka abu dari sampah sangat potensial sebagai bahan baku alternatif atau substitusi bahan baku utama semen, yaitu: batu kapur. Ekosemen adalah salah satu jenis produk semen yang hampir sama dengan semen portland dan oleh karena bahan bakunya menggunakan bahan berbasis limbah maka disebut sebagai ekosemen. Dengan mensubstitusi sebagian atau keseluruhan batu kapur dengan abu sampah tentunya akan mampu untuk mengurangi eksplorasi bahan alam dan sekaligus mengurangi emisi gas CO2 dari produk samping industri semen yang tidak ramah terhadap lingkungan (Khaerudini, 2007; Hemmings et.al, 2004). Proses kalsinasi batu kapur pada industri semen dapat menghasilkan emisi gas buang CO2, tetapi bila jumlah batu kapur bisa diganti atau dikurangi jumlahnya maka emisi gas buang juga akan menurun (Intercem, 2003). Penelitian pembuatan ekosemen (Romano, J.S., et.all., 2006) masih jarang sekali, Ia telah membuat ekosemen dengan mensubstitusi sampai 40 % batu kapur dengan limbah berupa abu sekam padi. Hasilnya adalah ekosemen yang memiliki karakteristik yang menyerupai semen portland yang ada dipasaran (Romano, J.S., et.all., 2006). Pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan ekosemen jenis portland


dengan menggunakan bahan baku abu sampah. Dari hasil penelitian akan dilihat sejauh mana pengaruh variasi komposisi abu sampah terhadap karakteristik ekosemen (waktu ikat atau air setting, kuat tekan, kuat patah, densitas, dan analisa mikrostruktur dengan XRD).


1. 2. Tujuan Penelitian 1. Menguasai teknologi pembuatan ekosemen dan karakterisasinya. 2. Memanfaatkan limbah abu sampah sebagai bahan substitusi sebagian batu kapur untuk pembuatan ekosemen. 3. Mengetahui pengaruh variasi komposisi abu sampah dan suhu kalsinasi terhadap karakteristik dari ekosemen (waktu ikat, kuat tekan, kuat patah, nilai hidrolisis, densitas, dan mikrostruktur dengan XRD).

1. 3. Perumusan Masalah Bagaimana membuat ekosemen dengan menggunakan bahan baku dari campuran abu sampah, batu kapur, tanah liat, MgCO3 teknis, Fe2O3 teknis, dan gypsum sehingga nantinya mempunyai kualitas yang menyerupai semen portland. Permasalahan utama dalam pembentukan semen adalah komposisi dari campuran bahan baku, karena akan mempengaruhi senyawa-senyawa pembentukan semen seperti: kalsium silikat (3CaO.SiO2 dan 2CaO.SiO2), Al silikat, Al feri silikat, dan MgO. Karena pembentukan senyawa-senyawa tersebut dapat mempengaruhi karakteristik dari semen yang dihasilkan. Disamping itu usaha penggantian sebagian CaCO3 (batu kapur) dengan abu sampah dapat memberikan kontribusi pengurangan emisi CO2. Pada penelitian ini juga dicari komposisi optimal abu sampah yang dapat mensubtitusi sebagian dari batu kapur dalam pembuatan ekosemen.


1. 4. Batasan Masalah Penelitian pembuatan ekosemen digunakan komposisi seperti pembuatan semen pada umumnya dengan bahan baku: batu kapur dari CaCO3 teknis, tanah liat , MgCO3 teknis, Fe2O3 teknis, serta menggunakan abu dari hasil pembakaran sampah rumah tangga (domestic waste). Teknologi pembuatan ekosemen sama seperti pembuatan semen pada umumnya, yaitu: melalui teknik kalsinasi pada suhu 1200, 1250, 1300 dan 1350oC dengan menggunakan tungku listrik. Variasi penambahan abu sampah yang dilakukan mulai dari 0, 10, 20, 30 dan 40 % berat. Besaran yang diukur meliputi: analisa mikrostruktur ekosemen dengan XRD, densitas serbuk, diameter partikel serbuk ekosemen, waktu ikat, kuat tekan dan kuat patah.

1. 5. Manfaat Penelitian Adapun manfaat penelitian adalah untuk menambah ilmu pengetahuan tentang teknologi pembuatan ekosemen dan mengetahui manfaatnya bagi dunia usaha di bidang konstruksi. Secara umum, bila berhasil membuat ekosemen dengan menggunakan bahan baku abu sampah serta memiliki kualitas seperti semen pada umumnya (semen portland). Harapan kedepan, nantinya akan mampu menurunkan tingkat pencemaran lingkungan oleh timbunan sampah serta mengurangi pencemaran gas CO2.


1. 6. Hipotesa Ekosemen jenis portland dapat dibuat melalui substitusi batu kapur dengan abu sampah, variasi komposisi abu sampah dan suhu kalsinasi akan memberikan pengaruh yang signifikan terhadap karakteristik dari ekosemen dan beton ekosemen.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Semen Portland Semen portland adalah material yang mengandung paling tidak 75 % kalsium silikat (3CaO.SiO2 dan 2CaO.SiO2), sisanya tidak kurang dari 5 % berupa Al silikat, Al feri silikat, dan MgO (Hanenara, 2005; Taylor, 2009). Ratio mole antara CaO terhadap SiO2 tidak kurang dari 2. Pada tabel 2.1, menunjukkan komposisi kimia komponen yang ada di dalam semen portland. Tabel 2.1. Komposisi Utama Semen Portland Nama Kimia

Rumus Kimia

Singkatan

% berat

Tricalcium Silicate

3CaO.SiO2

C3S

50

Dicalcium Silicate

2CaO.SiO2

C2S

25

Tricalcium Aluminate

3CaO.Al2O3

C3A

12

4CaO.Al2O3.Fe2O3

C4AF

8

CaSO4.H2O

CSH2

3,5

Tetracalcium Aluminoferrite Gypsum Sumber : Hanenara, 2005

Pembuatan semen portland menggunakan bahan baku utama, berupa: CaO dari batu kapur atau 70 % berat CaCO3, 20 % berat lempung sebagai sumber silika (SiO2), alumina (Al2O3); bahan aditif: 1 % berat MgO untuk kontrol komposisi, 1 % berat Fe2O3, dan 5 –10 % berat gipsum CaSO4.2H2O; untuk mengatur waktu ikat semen (Sobelev, K.G., et.all., 1997). Reaksi pembentukan C3S, C2S, C3A, C4AF terjadi saat proses kalsinasi yang berlangsung pada suhu tinggi, yaitu sekitar 1300 –


1350oC. Apabila semen tercampur dengan air, maka akan terjadi proses hidratasi yang menyebabkan berlangsungnya pengerasan. Mekanisme reaksi hidratasi dari komponen-komponen semen adalah sebagai berikut (Sobelev, K.G., 2002): 2Ca3OSiO4 + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca (OH)2………............. (II.1) 2Ca2SiO4 + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca (OH)2.............................. (II.2) Ca3 (AlO3)2 + 3CaSO4 + 32H2O → Ca6 (AlO3)2 (SO4)3.32H2O............... (II.3) Ca6 (AlO3)2 (SO4)3.32H2O + Ca3 (AlO3)2 + 4H2O → 3Ca4 (AlO3)2 SO4).12H2O...(II.4) 2Ca2AlFeO5 + CaSO4+16H2O → Ca4 (AlO3)2 (SO4).12H2O + Ca (OH)2 + 2Fe (OH)3......(II.5)

Reaksi hidratasi (II.1) dan (II.3) berlangsung sangat cepat dalam orde menit, sedangkan reaksi (II.2), (II.4) dan (II.5) berlangsung lambat bisa dalam orde minggu. Oleh karena itu pengerasan semen yang maksimal bisa mencapai waktu 28 hari (Sobelev, K.G., 2002). Karakteristik semen portland meliputi: komposisi kimia, kehalusan butir, waktu ikat, kekuatan tekan, dan angka hidrolistis. Karakteristik semen portland ditunjukkan pada tabel 2.2. Tabel 2.2. Karakteristik Semen Portland Sifat-Sifat

Nilai

Kehalusan: sisa diatas ayakan 0,09 mm

Max 10 %

Waktu ikat Awal Waktu ikat Akhir Kuat Tekan Umur 3 hari Umur 7 hari Angka hidrolistis

Min. 45 menit Max 8 jam Min 125 kg/cm2 Min 200 kg/cm2 0,47 – 0,53

Pemuaian dalam autoclave

Max 0,8 %.

Sumber : Dedy Eka Priyanto, 2008


Terminologi ekosemen dibentuk dari kata “ekologi” dan “semen”, dimana penelitian ekosemen diawali pada tahun 1992. Para peneliti Jepang yang telah mempelajari dan memproses abu sampah dan endapan air kotor untuk dijadikan bahan pembuat semen (Dedy Eka Priyanto,2008). Abu dan endapan air kotor mengandung senyawa-senyawa oksida, seperti: CaO, SiO2, Al2O3, dan Fe2O3 yang diperlukan dalam pembentukan semen konvensional. Oleh karena itu, abu hasil insinerasi sampah rumah tangga dapat difungsikan sebagai pengganti batu kapur dan tanah liat pada pembuatan semen konvensional. Sampai saat ini, terdapat dua macam tipe ekosemen (berdasarkan penambahan alkali dan kandungan klor), yaitu: tipe biasa (Ordinary) dan pengerasan cepat (rapid hardening) .Dari tabel 2. 3 dan gambar 2. 1, terlihat bahwa ekosemen tipe biasa (Ordinary type ecocement) memiliki waktu pengikat dan rentang waktu yang lebih lambat dari waktu awal (initial) sampai akhir (final) dibandingkan waktu ikat pada tipe rapid hardening ecocement. Tabel 2. 3. Sifat-sifat fisis dari ekosemen

Sumber : Anonym, 2006


Disamping itu juga dapat mempengaruhi kekuatannya (hardening), dimana pada rapid hardening type ecocement memiliki nilai compressive strength yang lebih tinggi. Sedangkan pada high early strength portland cement memiliki waktu setting, rentang waktu dan nilai compressive strength yang lebih tinggi dari ordinary portland cement. Ekosemen tipe biasa mempunyai kualitas sama baiknya dengan semen Portland biasa. Tipe ekosemen ini biasanya digunakan sebagai ready mixed concrete. Sedangkan ekosemen tipe fast hardening memiliki kekuatan serta pengerasan yang lebih cepat dibanding semen Portland tipe high-early strength (gambar 2.1). Ekosemen tipe fast hardening biasanya digunakan pada blok arsitektur, bahan genteng, pemecah ombak, dan lain sebagainya (Dedy Eka Priyanto,2004). Ekosemen tipe fast hardening telah melewati Japanese Industrial Standard (JIS).

Sumber : Anonym, 2006

Gambar 2. 1. Perbandingan setting time dari beberapa jenis ekosemen, hasil tes fisis menurut JIS R 5201


2. 2. Beton Ekosemen Teknologi beton dan konstruksi berkembang pesat dengan variasi dan jenis tertentu, tetapi dalam aspek kemajuannya perlu diperhatikan dampaknya terhadap lingkungan. Dalam perekayasaan material struktur yang populer adalah beton dengan campuran pasta semen dan agregat yang membentuk batu buatan (beton plastis). Beton plastis mengeras karena terjadinya reaksi kimia antara semen dan air yang dikenal dengan istilah hidrolis. Agregat berupa pasir dan kerikil berfungsi sebagai pengisi (filler), sedangkan semen sebagai material pengikat (binder) butir-butir agregat pada campuran beton. Limbah abu sampah merupakan produk hasil insenerasi sampah perkotaan yang jumlahnya dapat berkisar 20 – 25% dari total sampah yang dibakar. Abu insinerator mengandung senyawa-senyawa: 60,1% SiO2 dan 5% Fe2O3, merupakan bagian dari senyawa yang dibutuhkan pada semen portland. Abu sampah ini dapat mengurangi pemakaian pasir dan, clay, serta cocok digunakan sebagai bahan pembuat beton. Salah satu jenis limbah lain yang bisa dijadikan bahan konstruksi adalah limbah pertambangan dan sering disebut sebagai tailling. Limbah ini wujudnya berupa pasir dan bebatuan, berwarna abu-abu keperakan, merupakan bagian yang tidak berguna dari proses pengolahan batuan bijih untuk diambil emas, tembaga dan peraknya. Sekelompok peneliti LAPI – ITB (I Gede Agung Yudana, 2007), telah membuktikan tailling berpotensi besar dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku beton. Saat ini tim tersebut sedang menguji penggunaan tailling sebagai bahan pembuatan


beton pracetak untuk jembatan. Jenis beton baru ini dapat dipakai dalam pembangunan perumahan, seperti: pondasi, balok, dinding hingga bagian lainnya. Penggunaan tailing sebagai bahan baku semen juga sedang dikaji dan apabila dilihat dari unsur-unsur yang ada dalam limbah pertambangan tersebut sudah memenuhi syarat, tinggal menambahkan kapur (CaO) . Selama ini semen yang dikenal terdiri dari kapur, pasir besi dan tanah liat, tailling berfungsi sebagai pengganti pasir besi dan tanah liat. Kelemahannya, tailling banyak mengandung magnesium yang dapat menyebabkan beton mudah retak. Namun masalah itu dapat diatasi dengan menambahkan resin polimer, seperti selulosa asetat sehingga dapat memperkuat semen. Selain itu, polimer dapat meningkatkan kekuatan juga dapat menetralisir unsur berbahaya dalam limbah itu. Copper Tailling Polymer Modified Concrete (CTPMC) adalah beton mortar berbahan tailling yang memiliki kuat tekan lebih tinggi dari beton konvensional dan sering disebut sebagai high performance concrete. CTPMC lebih ulet dan memiliki durability (ketahanan atau keawetan terhadap asam, basa dan garam) lebih baik dari beton konvensional. Beton secara umum tergolong material komposit yang terdiri dari semen sebagai matrik dan agregat sebagai bahan pengisi yang berfungsi sebagai penguat. Agregat dapat berupa agregat halus (misalnya pasir) dan agregat kasar ( kerikil). Jenis semen yang digunakan bisa berupa semen portland atau semen sintetis lainnya seperti ekosemen. Dalam pembuatan beton normal digunakan komposisi yaitu perbandingan volume antara agregat terhadap semen adalah 1:1, sedangkan dalam pencampurannya di pergunakan media air. Banyaknya air yang dipergunakan sangat mempengaruhi


kekuatan mekanik dari beton yang dihasilkan, menurut Mulyono (2005) perbandingan antara air terhadap semen (Faktor Air Semen atau FAS) adalah sekitar 0.25 – 0.55. Pengaruh FAS terhadap kekuatan tekan dari beton ditunjukkan pada

Kuat Tekan beton, MPa

gambar 2.2.

FAS Sumber : Tarun, 2006

Gambar 2.2. Kurva Hubungan Kuat Tekan Beton Terhadap nilai FAS Dari gambar 2.2, menunjukkan bahwa dalam pembuatan beton nilai Faktor Air Semen (FAS) memberikan pengaruh terhadap nilai kuat tekan beton. Bila semakin besar nilai FAS nya atau penggunaan air dalam pencampuran bahan baku beton semakin banyak maka nilai kuat tekan beton cenderung turun.


2. 3. Karakterisasi Karakterisasi yang dilakukan, yaitu: dalam bentuk serbuk, dan dalam bentuk panel beton. Pengujian dalam bentuk serbuk meliputi: analisa struktur kristal dengan X Ray Diffraction (XRD), pengukuran densitas, analisa kehalusan butiran semen, dan waktu ikat. Waktu ikat adalah waktu yang dibutuhkan adonan pasta semen untuk pengerasan awal dan waktu untuk pengerasan akhir. Pengujian dalam bentuk panel beton, antara lain: pengujian mekanik (kuat tekan dan kuat patah).

2. 3. 1. Analisa Mikrostruktur dengan X-ray Diffraction (XRD) Pada analisis difraksi sinar-X menurut Bragg, gelombang datang di hamburkan oleh bidang-bidang atom yang sejajar seperti gambar 2.3. Sinar-X di pancarkan pada permukaan atom yang terletak pada bidang-1 dan bidang-2. Setiap atom merupakan sumber untuk difraksi. Syarat terjadinya pemantulan pada sudut θ adalah apabila gelombang A’ sefasa dengan B’ dan juga C’ demikian seterusnya, maka terjadilah penguatan atau interferensi konstruktif. Berkas A’ dan B’ sefasa jika beda lintasan antara AA’ dengan BB’ sama dengan kelipatan bulat panjang gelombang λ (1λ,2λ,....,nλ). Beda lintasan dinyatakan dengan jarak 2y, menurut trigonometri yang selanjutnya dikenal dengan persamaan Bragg (Eddy Marlianto,2004), y = d sin θ nλ = 2 d sin θ..............................................................................(II.6)


sinar datang

sinar pantul

A

A’

B

B’ θ

bidang-1

θ d

bidang-2

y

y

Gambar 2.3. Model difraksi Bragg

2. 3. 2. Densitas Serbuk Ekosemen Pengukuran densitas serbuk ekosemen dilakukan menggunakan Picnometer, besarnya nilai densitas serbuk dapat dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut (Muljadi, 1992): Densitas serbuk, ρS = dengan: mo mA mS mSA ρH2O

mS -

mo

(mA – mo) – (mSA – mS)

x ρ H2O.......................(II.7)

= Massa piknometer kosong (g) = Massa piknometer kosong + air (g) = Massa piknometer kosong + serbuk (g) = Massa piknometer kosong + serbuk + air (g) = densitas air = 1 g/cm3.


2. 3. 3. Diameter Partikel Serbuk Ekosemen Ukuran butiran ekosemen diukur dengan menggunakan metoda Anderson Pipet yang memenuhi hukum Stock’s, diameter partikel yang diperoleh adalah merupakan nilai rata-ratanya, dan dapat dihitung dengan formula (Muljadi, 1992): d = 10.000 [18η.L/g (ρA - ρS) 60 T]1/2 .............................................. .(II.8) dengan: d η L g ρA ρS T

= Diameter partikel rata-rata (μm). = Viskositas air pada suhu kamar = 0,008004 (poise). = Tinggi suspensi di dalam Anderson Pipet (cm). = Gravitasi = 980 (g/cm2). = Densitas air pada suhu kamar = 1 g/cm3. = Densitas serbuk pada suhu kamar (g/cm3). = Waktu (detik).

2. 3. 4. Pengukuran Kuat Tekan (Compresive strength) Kuat tekan beton adalah besarnya beban persatuan luas yang menyebabkan benda uji beton hancur bila dibebani dengan gaya tekan tertentu, yang dihasilkan dari alat Universal Testing Machine (UTM). Pengujian kuat tekan panel beton ekosemen seperti terlihat pada gambar 2.4, dengan bentuk sampel uji berupa silinder, perbandingan panjang dan diameter, (L/d) adalah 3 : 1 untuk material yang liat, dan (L/d) = 1,5 – 2, untuk material yang rapuh.


L d

Sumber : Norman, 1999

Gambar 2.4. Pengujian kuat tekan dengan menggunakan UTM Besarnya kuat tekan panel beton ekosemen yang dihasilkan dapat dihitung melalui persamaan sebagai berikut (Miyaki Satoshi 1997): Kuat Tekan =

F .......................................................(II.9) A

dengan : F = Gaya tekan (kgf) A = Luas penampang = πd2/4 (cm2)

2. 3. 5. Kuat Patah (Flexural Strength) Kekuatan Patah sering juga disebut dengan Modulus of Rapture (MOR) yang menyatakan ukuran ketahanan material terhadap tekanan mekanis dan tekanan panas (thermal Stress). Kekuatan patah ini berkaitan dengan komposisi, struktur material, pori-pori, dan ukuran butiran. Ada dua cara pengujian untuk menentukan kekuatan bahan yang berdasarkan tumpuan, yaitu tiga titik tumpu (three point bending) dan


empat titik tumpu (four point bending). Kuat patah dari sampel beton ekosemen dapat diukur dengan menggunakan alat uji Universal Testing Machine (UTM). Pada pengujian sampel panel beton ekosemen ini dilakukan dengan sistem tiga titik tumpu, seperti pada gambar 2.5. P b h L

Gambar 2.5. Teknik pengujian kuat patah dengan menggunakan tiga titik tumpu (three point bending). Kuat patah sampel panel beton ekosemen berbentuk balok dapat dihitung dengan persamaan berikut: (Lam F,et all). Bs =

3.P.L 2b.h 2

………………………………………………………

(II.10)

dengan: BS P L b h

= = = = =

Kuat patah (N/mm2) Gaya pada puncak beban (N) Jarak antara tumpuan (mm) Lebar benda uji (mm) Tinggi benda uji (mm)


BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3. 1. Bahan Baku Bahan baku pembuatan ekosemen jenis portland antara lain: 1.

Abu hasil kalsinasi sampah rumah tangga

2.

Kapur (CaCO3 teknis )

3.

Lempung ( Clay )

4.

Magnesium karbonat (MgCO3 teknis)

5.

Besi Oksida (Fe2O3 teknis)

6.

Gipsum (CaSO4.2H2O teknis)

3. 2. Peralatan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1.

Timbangan

2.

Alat-alat gelas

3.

Alat Pengaduk Mekanik

4.

Tungku Listrik Thermolyn

5.

Anderson Pipet Particle Size

6.

Cetakan beton ( mould steel)

7.

Timer (Stop Watch)


8.

Crucible Refractory

9.

Universal Testing Machine (UTM)

10.

X-Ray Diffraction (XRD) equipment

11.

X-Ray Flourocent (XRF)

12.

Lemari Pengering

3. 3. Variabel dan Parameter Penelitian Variabel penelitian yang digunakan dalam pembuatan ekosemen adalah: 1. Variasi komposisi campuran bahan baku, dengan perbandingan antara abu sampah dan CaCO3 masing-masing dibuat: 0 : 70, 10 : 60, 20 : 50, 30 : 40, dan 40 : 30 (dalam % massa), dimana komponen lainnya dibuat tetap. 2. Variasi temperatur kalsinasi, yaitu: 1200, 1250, 1300, dan 1350oC (masingmasing ditahan pada suhu tersebut selama 2 jam). Dalam pembuatan ekosemen dengan variasi komposisi bahan baku mengacu pada komposisi standar pembuatan semen portland, seperti pada tabel 3.1. Tabel 3.1. Variasi komposisi untuk pembuatan ekosemen Bahan Baku CaCO3 , % massa Abu Sampah, % massa Lempung , % massa MgCO3 , % massa Fe2O3 , % massa gipsum CaSO4.2H2O, % massa

Kode Sampel A

B

C

D

E

70 0 20 1 1 8

60 10 20 1 1 8

50 20 20 1 1 8

40 30 20 1 1 8

30 40 20 1 1 8


Parameter pengujian yang dilakukan meliputi: 1. Pengujian ekosemen dalam bentuk serbuk: analisa struktur kristal dengan XRD, pengukuran densitas, analisa kehalusan butiran semen, dan waktu ikat. Pengujian waktu ikat adalah waktu yang dibutuhkan adonan pasta panel beton untuk pengerasan awal (initial air setting) dan waktu untuk pengerasan akhir (final air setting). 2. Pengujian ekosemen dalam bentuk panel beton, antara lain: pengujian mekanik. Pengujian mekanik meliputi: kekuatan tekan dan patah dari panel beton yang telah di aging, selama: 7, 14, 21 dan 28 hari.

3. 4. Prosedur Pembuatan Ekosemen Adapun tahapan yang dilakukan pada pembuatan ekosemen seperti ditunjukkankan pada diagram alir gambar 3.1. Bahan baku: CaCO3, Abu Sampah, Lempung, MgCO3, Fe2O3

Pencampuran dry ball mill (24 jam)

Air

Pengayakan sieve 400 mesh

Pencampuran dengan Ball Mill (24 jam)

Pengeringan 100oC

Kalsinasi 1200, 1250, 1300, 1350 oC (2 jam)

Gypsum

Ekosemen

Ekosemen

Karakterisasi

Karakterisasi

Densitas Ukuran partikel Waktu Pengikat

Analisa XRD

Kuat Tekan Kuat Patah

Gambar 3.1. Diagram Alir Pembuatan Ekosemen Neli Susanti : Pembuatan Ekosemen Dari Abu Sampah Dan Uji Aplikasinya Untuk Panel Beton, 2009 USU Repository © 2008

Agregat (Pasir)

Langkah pelaksanaan pembuatan ekosemen yang sesuai dengan jenis semen portland adalah sebagai berikut: 1. Persiapkan terlebih dahulu abu dari hasil kalsinasi sampah rumah tangga dengan suhu kalsinasi sekitar 700oC. Jenis sampah yang dibakar adalah sampah kering, misalnya: kertas, rumput, dedaunan, kayu, dan lain-lain. 2. Kemudian abu diayak dengan ayakan ukuran 5 mm. 3. Bahan Baku: CaCO3, Abu sampah, Lempung, MgCO3, dan Fe2O3 ditimbang sesuai dengan komposisi, seperti pada tabel 3.1. Kemudian dicampur dengan air, perbandingan total berat serbuk : berat air = 1 : 1. Air dan serbuk bahan baku dimasukkan ke dalam ball mill dan digiling sambil dicampur selama 24 jam, supaya percampurannya betul-betul homogen. 4. Setelah digiling dengan ball mill, kemudian dikeringkan di dalam lemari pengering pada suhu 100oC, sampai diperoleh campuran serbuk yang betulbetul kering. 5. Campuran serbuk yang telah kering, selanjutnya dibakar atau dikalsinasi dengan menggunakan tungku listrik pada suhu: 1200, 1250, 1300, dan 1350oC yang masing-masing ditahan selama 2 jam. 6. Hasil sampel yang telah dikalsinasi disebut sebagai klinker yang menggumpal dan keras. Untuk dijadikan ekosemen harus ditambahkan bubuk gipsum dan digiling menggunakan ball mill (proses kering) selama 24 jam. 7. Selanjutnya diayak hingga lolos ayakan 400 mesh dan diperoleh bubuk halus sebagai ekosemen.


8. Pengujian ekosemen dalam bentuk serbuk, meliputi: analisa struktur kristal dengan XRD, pengukuran densitas serbuk, analisa kehalusan butiran semen, dan waktu ikat. Sedangkan pengujian waktu ikat dilakukan untuk menentukan waktu yang dibutuhkan adonan pasta panel beton untuk terjadi pengerasan awal dan waktu yang diperlukan untuk pengerasan akhir. 9. Untuk pengujian ekosemen dalam bentuk panel beton, maka perlu dilakukan pencampuran ekosemen dengan agregat (pasir). Perbandingan komposisi panel beton dibuat tetap, yaitu: perbandingan ekosemen : agregat (pasir) = 1:3 (ratio volum). Adapun besaran fisis yang diamati pada panel beton, antara lain: pengujian mekanik. Pengujian mekanik meliputi: kekuatan tekan dan patah dari panel beton yang telah di aging, selama: 7, 14, 21 dan 28 hari.

3. 5. Karakterisasi Ada dua tahap pengujian yang dilakukan, yaitu: pengujian ekosemen dalam bentuk serbuk, dan dalam bentuk panel beton. Pengujian ekosemen dalam bentuk serbuk meliputi: analisa struktur kristal dengan XRD, pengukuran densitas, dan analisa kehalusan butiran semen dan waktu ikat. Pengujian waktu ikat adalah waktu yang dibutuhkan adonan pasta panel beton untuk pengerasan awal dan waktu untuk pengerasan akhir. Sedangkan pengujian ekosemen dalam bentuk panel beton, antara lain: pengujian mekanik. Pengujian mekanik meliputi: kekuatan tekan dan patah dari panel beton ekosemen yang telah di aging, selama: 7, 14, 21 dan 28 hari.


3. 5. 1. Analisa Struktur Kristal dengan X Ray Diffraction (XRD) Struktur kristal atau fasa yang terbentuk dari beton ekosemen dapat diidentifikasikan berdasarkan data yang diperoleh dari alat XRD, seperti ditunjukkan pada gambar 3.2. Hasil yang diperoleh adalah berupa pola difraksi yang menyatakan hubungan antara intensitas (I) terhadap sudut difraksi (2θ), kemudian pola ini dicocokkan nilai jarak kisi (d) dengan data dari JCPDS card untuk mengetahui fasa yang terbentuk.

θ 2θ

Gambar 3.2. Skema Peralatan Difraksi Sinar –X (XRD) Pada gambar 3.2, peralatan XRD terdiri dari: 1. Generator tegangan tinggi (A), berfungsi sebagai catu daya pada sumber sinar X (B) 2. Sampel (C) diletakan di atas tatakan (D) yang sudutnya dapat diatur. 3. Sinar-X dari sumber (B) didifraksi oleh sampel menjadi berkas sinar konvergen yang terfokus di celah (E), kemudian masuk ke alat pencacah (F).


4. D dan F dihubungkan secara mekanis, jika (F) berputar 2θ maka D berputar sebesar θ. 5. Intensitas difraksi sinar-X yang masuk dalam pelat pencacah (F), dikonversikan dengan alat kalibrasi (G) dalam signal tegangan yang disesuaikan dan direkam oleh recorder atau alat perekam (H) dalam bentuk kurva. 6. Dari pengujian ini diperoleh grafik hubungan sudut 2θ dengan intensitas pola struktur dari berbagai puncak. Dengan menggunakan persamaan II.6, maka besarnya jarak antar kisi (d) dapat ditentukan, kemudian nilai ini (d yang telah dihitung) dicocokan dengan nilai d dari JCPDS card.

3. 5. 2. Densitas Serbuk Pengukuran densitas serbuk ekosemen dilakukan menggunakan Picnometer, prosedur pengukuran densitas serbuk adalah sebagai berikut: 1. Timbang berat kosong Picnometer bersama penutupnya, mo (gram). 2. Masukkan air ke dalam Picnometer dan tutup sampai air menyembul keluar, kemudian bagian luar Picnometer dikeringkan dan ditimbang, mA (gram). 3. Air dibuang dan Picnometer dikeringkan dengan cara memasukkannya ke dalam oven pengering sampai suhu 100oC. 4. Timbang kembali berat Picnometer kosong dan beratnya sama dengan berat awalnya.


5. Picnometer diisi dengan sampel berupa serbuk dan ditimbang massanya, mS (gram), dimana serbuk tidak boleh menempel pada bagian leher Picnometer. 6. Picnometer yang telah berisi sampel serbuk ditambahkan air sampai airnya menyembul keluar, bagian luarnya dikeringkan lalu ditimbang kembali, mSA(gram). Dengan menggunakan persamaan II.7, maka densitas serbuk dapat dihitung.

3. 5. 3. Pengukuran Diameter Partikel (Particle Size Measurement) Kehalusan ukuran butiran dilakukan dengan menggunakan metoda Anderson Pipet, dengan metoda ini diperoleh distribusi ukuran partikel dan diameter partikel rata-rata. Prosedur pengujian diameter partikel adalah sebagai berikut: 1. Sampel berupa serbuk dikeringkan di dalam oven sebanyak 4,5 gram, dimasukkan ke dalam beaker gelas, ditambahkan air sebanyak 10 ml dan celuna 5 ml, diaduk dan kemudian ditambahkan lagi air sebanyak 300 ml. 2. Suspensi dituangkan ke dalam tabung atau bejana Anderson Pipet dan diatur isinya hingga mencapai ketinggian 26,5 cm. 3. Pada detik ke nol, suspensi diambil melalui selang (pipet) hingga ketinggian suspensi mencapai ketinggian tertentu. Kemudian dimasukkan ke dalam botol kosong yang sebelumnya sudah ditimbang dan dikeringkan di dalam oven. 4. Pengambilan suspensi diulang setelah 3, 10, 20, 30, 45, 60, 120, 180, 300, 480, 720, 1200, 1440, 1800, 2400, 2880, 3000 menit. Setelah serbuk di dalam botol


kering, kemudian ditimbang kembali maka berat serbuk sebagai fungsi waktu diketahui. Dengan menggunakan persamaan II.8, maka ukuran diameter partikel untuk masingmasing waktu dapat dihitung.

3. 5. 4. Waktu ikat (Air Setting) Semen jika bereaksi dengan air akan membentuk lapisan kristal halus dan bersifat koloit pada permukaan semen. Lapisan ini sangat tipis dan plastis, tetapi sebagai fungsi waktu menjadi keras dan membentuk kristal sempurna. Hidrasi yang terjadi pada tahap awal disebut setting dan pada tahap akhir dinamakan hardening. Pada tahap hardening dimulai dengan pengerasan awal (saat sifat plastis mulai berkurang) hingga mencapai pengerasan akhir (saat sifat plastis hilang seluruhnya). Waktu yang dibutuhkan pada saat pengerasan awal akan terpenuhi, apabila beton masih dapat dicampur kembali dengan air dan dapat mengikat atau bereaksi dengan beton sebelumnya. Sedangkan waktu pengerasan akhir akan dicapai, apabila beton tidak dapat dicampur kembali dengan air dan tidak mengikat atau bereaksi dengan beton sebelumnya, serta dapat mengakibatkan kekuatan semen berkurang. Pengukuran waktu pengerasan awal dan pengerasan akhir dilakukan dengan menggunakan timer, dimana waktunya dicatat untuk masing-masing komposisi yang dibuat. Alat pengaduk yang digunakan adalah mixer dengan kecepatan konstan sebesar 20 RPM.


3. 5. 5. Kuat tekan (Compressive strength) Untuk mengetahui besarnya kuat tekan dari beton ekosemen yang telah dibuat, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 39 – 2001. Alat yang digunakan untuk menguji kuat tekan adalah Universal Testing Mechine (UTM). Model cetakan untuk benda uji dan dimensi benda uji berupa selinder, seperti gambar pada lampiran L-37. Prosedur pengujian kuat tekan dari beton ekosemen adalah sebagai berikut: 1.

Sampel berbentuk selinder diukur diameternya, minimal dilakukan tiga kali pengulangan. Dengan mengetahui diameter (d), maka luas penampang dapat dihitung, A = π(d2/4).

2.

Atur tegangan supply sebesar 40 volt, untuk menggerakkan motor penggerak kearah atas maupun bawah. Sebelum pengujian berlangsung, alat ukur (gaya) terlebih dahulu dikalibrasi dengan jarum penunjuk tepat pada angka nol.

3.

Kemudian tempatkan sampel tepat berada di tengah pada posisi pemberian gaya (lihat gambar), dan arahkan switch ON/OFF ke arah ON, maka pembebanan secara otomatis akan bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 4 mm/menit.

4.

Apabila sampel telah pecah, arahkan switch kearah OF maka motor penggerak akan berhenti. Kemudian catat besarnya gaya yang ditampilkan pada panel display, saat beton polimer tersebut rusak.

Dengan menggunakan persamaan (II.9) maka nilai kuat tekan dari beton ekosemen dapat ditentukan.


3. 5. 6. Kuat Patah (Flexural Strength) Untuk mengetahui besarnya kuat patah dari beton ekosemen yang telah dibuat, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 348 – 1997. Alat yang digunakan untuk menguji kuat patah adalah Universal Testing Mechine (UTM). Model cetakan dan dimensi benda uji untuk kuat patah benda berbentuk balok, seperti gambar 3.5. a. dan 3.5. b. Sedangkan pengujian kuat patah beton ekosemen dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Mechine (UTM), seperti ditunjukkankan pada gambar 3.6. Pada lampiran gambar. Prosedur pengujian kuat patah beton ekosemen adalah sebagai berikut: 1.

Sampel berbentuk balok diukur lebar dan tingginya, minimal dilakukan tiga kali pengulangan, kemudian atur jarak titik tumpu (span) sebesar 10 cm sebagai dudukan sampel (lihat gambar 3. 6).

2.

Atur tegangan supply sebesar 40 volt, untuk menggerakkan motor penggerak kearah atas maupun bawah. Sebelum pengujian berlangsung, alat ukur (gaya) terlebih dahulu dikalibrasi dengan jarum penunjuk tepat pada angka nol.

3.

Kemudian tempatkan sampel tepat berada di tengah pada posisi pemberian gaya (lihat gambar 3.6), dan arahkan switch ON/OFF ke arah ON, maka pembebanan secara otomatis akan bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 4 mm/menit.

4.

Apabila sampel telah patah, arahkan switch kearah OF maka motor penggerak akan berhenti. Kemudian catat besarnya gaya yang ditampilkan pada panel display, saat beton ekosemen tersebut patah.


Dengan menggunakan persamaan (II.10) maka nilai kuat patah dari beton ekosemen dapat ditentukan.


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4. 1. Analisa Komposisi Kimia dari Abu Sampah Abu yang dihasilkan dari pembakaran sampah rumah tangga, diayak hingga lolos ayakan 5 mm, dan dianalisa komposisi kimianya dengan menggunakan X-Ray Flourocent (XRF), seperti

pada tabel 4.1. Dari tabel 4.1, menunjukkan bahwa

komposisi dari abu sampah dominan mengandung: CaO, SiO2, Al2O3 , Cl dan Fe2O3, sedangkan senyawa lainnya relatif kecil (< 5% berat). Senyawa-senyawa tersebut diperlukan dalam pembentukan semen konvensional, karena abu sampah dapat berfungsi sebagai perekat dan pengganti semen. Menurut referensi(Anonym, 2006), hasil analisa kimia dari semen dan abu insenerasi pada tabel 4.2. Tabel 4.1. Hasil analisa komposisi kimia dari abu sampah. Komposisi (dalam % berat) CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

SO3

MgO

Na2O

K2O

Cl

LOI

30,4

22,9

19,7

5,6

2,1

4,8

3,3

2,6

8,5

11,0

Tabel 4.2. Hasil analisa komposisi semen dan abu sampah Komposisi (% berat)

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

SO3

Semen konvensional

62 - 65

20 - 25

3-5

3–4

2–3

Abu insenerasi (teori)

12 - 31

23 - 46

13 - 29

4–7

1–4


Sumber : anonym, 2006


Ternyata dari hasil pengamatan komposisi kimia dari abu hasil pembakaran sampah rumah tangga mendekati karakteristik abu insenerasi (teoritis) dan memenuhi syarat atau layak untuk digunakan sebagai bahan subsitusi semen. Artinya dengan pemanfaatan abu sampah pada proses produksi ekosemen, maka penggunaan kapur dapat dikurangi dan dapat mengurangi beban lingkungan atas emisi gas CO2 pada industri semen.

4. 2. Analisa Difraksi Sinar X pada Abu Sampah Sampel A ( 0 % abu sampah) Hasil pengamatan X-ray Diffraction (XRD) semen dari abu sampah (kode sampel A) yang masing-masing dibakar pada suhu 1200, 1250, 1300 dan 1350oC, seperti pada gambar 4.1. Dengan data pada lampiran halaman L-1.


Sampel A y

C3S

C2S

C2S C2S

C3S

CaSO4

C2S

E C2S C2S

C3S

C3S C3S

C3S

C3S

C3S C3S

C3S

C3S C3S

C3S

C3S

C3S C3A

C2S

C3A C3S

C2S C2S

C3S

CaSO4

13500C

CaSO4

C2S CaSO4

Relative Intensity

C3S

13000C

C

CaSO4

12500C

E

CaSO4

Cr

Q

CaSO4

Cr

CaSO4

Q

CaSO4

12000C

CaSO4

C

C4AF C3S

x 2θ (degree) C2S= 2CaO.SiO2 C3S= 3CaO.SiO2 Cr = Crystobalit low = SiO2

C3A = 3CaO.Al2O3 C4AF = 4 CaO.Al2O3.Fe2O3 E = Enstatite = MgO.SiO2

C = CaO CaSO4 = gypsum Q = Quarzt low = SiO2 S = Sillimanit = Al2O3.SiO2

Gambar 4.1. Pola difraksi dari semen (kode sampel A) yang masing-masing dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC


Puncak – puncak yang terbentuk untuk komposisi A atau tanpa menggunakan abu pada suhu pembakaran 1200 – 1350oC, ditunjukkankan pada tabel 4.3. Tabel 4.3. Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel A)

Jumlah puncak

Suhu (oC)

C2S

C3S

C3A

C4AF

CaSO4

E

Q

Cr

C

S

1200

-

-

-

-

2

1

2

2

2

-

1250

3

6

-

-

3

-

-

-

-

-

1300

3

6

-

-

3

1

-

-

-

-

1350

4

7

2

1

3

1

-

-

-

-

Untuk pembuatan ekosemen dengan komposisi A atau tanpa menggunakan abu, suhu pembakaran yang dibutuhkan adalah sekitar 1350oC, karena pada suhu tersebut senyawa-senyawa dominan yang terbentuk adalah mirip dengan semen portland, yaitu: C3S, C2S, C3A C3AF dan C4AF. Senyawa C3S berfungsi sebagai penguat awal dan penguat tetap, bila terhidrasi maka akan cepat terhidrolisis menjadi C2S dan Ca(OH)2. Sedangkan Ca(OH)2 itu sendiri akan membentuk kristal padat yang menyebabkan semen kaku dan padat. C2S berfungsi sebagai penambah kekuatan untuk waktu yang lama dan senyawa ini dapat menyebabkan panas hidrasi rendah, sehingga waktu pengikatan semen menjadi lambat dan relatif tahan terhadap sulfat yang tinggi. C3A berfungsi menambah kekuatan beton dan mempercepat proses pengikatan disertai panas yang tinggi saat bercampur dengan air. Reaksi ini menghasilkan Ca(OH)2 dalam kosentrasi tinggi dan menghasilkan lapisan film pada


butir C3A. Oleh karena itu penambahan gipsum berperan untuk menghambat laju hidrasi C3A. Senyawa C4AF menimbulkan panas hidrasi rendah, menambah kekuatan beton dalam jumlah yang kecil atau sama sekali tidak. Senyawa besi pada C4AF berpengaruh terhadap warna semen dan meningkatkan temperatur pembakaran. Dengan demikian apabila bahan baku yang digunakan hanya berupa: CaCO3, lempung, MgCO3, Fe2O3 dan gipsum (CaSO4 2H2O) maka suhu yang dibutuhkan untuk pembuatan ekosemen relatif lebih tinggi, yaitu sekitar 1350oC. Untuk suhu 1250 - 1300oC terlihat bahwa senyawa yang terbentuk dan mirip dengan semen portland , seperti: C3S, dan C2S. Pada suhu 1200oC ternyata malah tidak terbentuk sama sekali senyawa yang mirip dengan semen portland.

Sampel B ( 10 % abu sampah ) Hasil pengamatan XRD semen dari abu sampah (kode sampel B) yang dibakar pada suhu 1200, 1250, 1300 dan 1350oC, seperti pada gambar 4.2. Dengan datanya pada lampiran halaman L3.Pada komposisi B atau dengan 10% berat abu sampah rumah tangga juga tetap membutuhkan suhu pembakaran sekitar 1350oC. Pada suhu tersebut senyawa-senyawa dominan yang terbentuk adalah mirip dengan semen portland, yaitu: C3S, C2S, C3A dan C3AF. Kondisi yang sama terjadi pada suhu 1250 - 1300oC, yaitu hanya ada senyawa: C3S, dan C2S dan pada suhu 1200oC tidak terbentuk sama sekali senyawa yang sama dengan semen portland.


Sampel B y C

CaSO4

C2S C2S

13000C C3S

C2S

CaSO4

C3S

E C2S C2S

C3S

CaSO4

C2S

C3S C3S

C3S

CaSO4

C3S

C3S

C3S C3S

C3S

C3S

C3A

C2S

C3A C3S

C2S C2S

C3S

CaSO4

C3S

CaSO4

C2S

13500C

CaSO4

Relative Intensity

12500C

C

CaSO4

Cr

E

CaSO4

Q

CaSO4

Cr

CaSO4

Q

12000C

C3S C3S

C3S

C4AF

C3S




Gambar 4.2. Pola difraksi dari semen (kode sampel B) yang masing-masing dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC


Pada tabel 4.4, menunjukkan puncak-puncak yang terbentuk untuk komposisi B atau dengan menggunakan 10% abu yang dibakar pada suhu 1200 – 1350oC. Tabel 4.4. Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel B).

Jumlah puncak

Suhu (oC)

C2S

C3S

C3A

C4AF

CaSO4

E

Q

Cr

C

S

1200

-

-

-

-

2

1

2

2

2

-

1250

3

6

-

-

3

-

-

-

-

-

1300

3

6

-

-

3

-

-

-

-

-

1350

4

7

2

1

3

-

-

-

-

-

Sampel C (20 % abu sampah) Hasil pengamatan XRD semen dari abu sampah (kode sampel C) yang dibakar pada suhu 1200, 1250, 1300 dan 1350oC, seperti ditunjukkan pada gambar 4. 3. dan datanya pada lampiran halaman L5. Pada komposisi C atau dengan 20% berat abu sampah rumah tangga, membutuhkan suhu pembakaran sekitar 1300 – 1350oC. Pada suhu tersebut senyawa-senyawa dominan yang terbentuk adalah mirip dengan semen portland, yaitu: C3S, C2S, C3A dan C3AF. Sedangkan pada suhu 1250oC, sudah mulai terbentuk sebagian senyawa: C3S, dan C2S yang merupakan bagian dari senyawa semen portland. Pada suhu 1200oC tidak terbentuk sama sekali senyawa yang sama dengan semen portland. Dengan demikian untuk penambahan 20% berat abu sampah rumah tangga suhu pembakaran terendah adalah sekitar 1300oC, sehingga ekosemen yang dibuat mendekati semen konvensional.


Sampel C

13500C

C2S

C3A

C2S

C3A

C3S

C3S

C2S

C2S

CaSO4 C3S

CaSO4

C3A

CaSO4

C2S

CaO

C3S

C3S

CaSO4

C3A

CaSO4

C3S

C3S

13000C

CaSO4

Cr

Q

C2S

CaSO4 CaSO4

12500C

Relative Intensity

S

CaSO4

Cr

CaO

CaSO4

Cr

CaSO4

Q

CaSO4

12000C

CaSO4

CaSO4

y

C3S

C3S

CaO

C4AF

C3S

C4AF

C3S




Gambar 4.3. Pola difraksi semen dari abu sampah (kode sample C) yang dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC


Pada tabel 4.5, menunjukkan puncak-puncak yang terbentuk untuk komposisi C atau dengan menggunakan 20% abu yang dibakar pada suhu 1200 – 1350oC. Tabel 4.5. Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel C).

Jumlah puncak

Suhu (oC)

C2S

C3S

C3A

C4AF

CaSO4

E

Q

Cr

C

S

1200

-

-

-

-

3

-

1

2

2

1

1250

1

2

-

-

3

-

1

1

1

-

1300

2

2

2

1

3

-

-

-

-

-

1350

4

7

2

1

3

-

-

-

-

-

Sampel D (30 % abu sampah) Hasil pengamatan XRD dari abu sampah (kode sampel D) yang dibakar pada suhu 1200, 1250, 1300 dan 1350oC, seperti ditunjukkan pada gambar 4.4.Dengan datanya pada lampiran L7. Pada tabel 4.6, ditunjukkan puncak-puncak yang terbentuk untuk komposisi D atau dengan menggunakan 30% abu yang dibakar pada suhu 1200 – 1350oC.


Tabel 4.6. Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel D)

Jumlah puncak

Suhu (oC)

C2S

C3S

C3A

C4AF

CaSO4

E

Q

Cr

C

S

1200

-

-

-

-

3

-

1

2

2

1

1250

1

2

-

-

3

-

1

1

1

-

1300

2

2

2

1

3

-

-

-

-

-

1350

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Pada komposisi D atau 30% berat abu sampah rumah tangga dengan suhu pembakaran sekitar 1350oC terjadi penggelasan atau sampelnya lebur. Pada kondisi ini tidak terdapat puncak-puncak atau tidak terbentuknya struktur yang menyerupai semen, artinya hanya terbentuk struktur amorfus. Sedangkan pada suhu pembakaran 1300oC Sampel D atau dengan 30% berat abu sampah rumah tangga, menghasilkan senyawa dominan: C3S, C2S, C3A dan C4AF yang mirip dengan semen portland. Pada suhu 1250oC, mulai terbentuk sebagian senyawa: C3S, dan C2S yang merupakan bagian dari senyawa semen portland, tetapi belum sempurna. Pada suhu 1200oC belum terbentuk senyawa yang sama dengan semen portland. Oleh karena itu penambahan 30% berat abu sampah rumah tangga dengan suhu pembakaran sekitar 1300oC, merupakan kondisi terbaik untuk pembuatan ekosemen.


Sampel D y

CaSO4

CaO

Cr

12000C

Q

CaSO4

Cr S

CaO CaSO4

CaSO4 C2S

12500C

Cr

CaSO4

C3S

CaSO4

CaO C3S

Relative Intensity

CaSO4

Q

C3S

13000C

C2S CaSO4

C3A

C3A

C3S C4AF

CaSO4

C2S

13500C

x 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2θ (degree) C2S= 2CaO.SiO2 C3S= 3CaO.SiO2 Cr = Crystobalit low = SiO2



Gambar 4.4. Pola difraksi semen dari abu sampah (kode sample D) yang dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC


Sampel E ( 40 % abu sampah ) Hasil pengamatan XRD semen dari abu sampah (kode sampel E) yang dibakar pada suhu 1200, 1250, 1300 dan 1350oC, seperti pada gambar 4.5.dan datanya pada lampiran hal L8. Pada tabel 4.7, ditunjukkan puncak-puncak yang terbentuk untuk komposisi E atau dengan menggunakan 40% abu yang dibakar pada suhu 1200 – 1350oC. Tabel 4.7. Puncak-puncak yang terbentuk sebagai fungsi suhu pembakaran (Sampel E).

Jumlah puncak

Suhu (oC)

C2S

C3S

C3A

C4AF

CaSO4

E

Q

Cr

C

S

1200

-

-

-

-

3

-

1

2

2

1

1250

1

2

-

-

3

-

1

1

1

-

1300

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1350

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Pada komposisi E atau 40% berat abu sampah rumah tangga dengan suhu pembakaran 1300 – 1350oC telah terjadi penggelasan atau sampelnya lebur. Pada kondisi ini tidak terdapat puncak-puncak atau tidak terbentuknya struktur yang menyerupai semen, artinya hanya terbentuknya struktur amorfus. Pada suhu 1250oC, mulai terbentuk sebagian senyawa: C3S, dan C2S yang merupakan bagian dari senyawa semen portland, tetapi belum sempurna. Pada suhu 1200oC belum terbentuk senyawa yang sama dengan semen portland. Berdasarkan hasil pengamatan dengan XRD dari berbagai pola yang diperoleh maka penambahan abu sampah rumah tangga maksimal adalah sebesar

30% berat dengan suhu pembakaran sekitar 1300oC,

merupakan kondisi terbaik untuk pembuatan ekosemen. Sedangkan Sampel E (40 %


berat abu sampah) tidak membentuk semen, sehingga tidak layak dipergunakan sebagai bahan pengikat untuk pembuatan beton. y

Sampel E

CaSO4

CaO

Cr

12000C

Q

CaSO4

CaSO4

C2S

0

Relative Intensity

1250 C

Q

CaO

CaSO4

S

Cr

CaSO4

C3S

CaSO4

Cr

C3S

CaO

13000C

13500C

x 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2θ (degree) C2S= 2CaO.SiO2 C3S= 3CaO.SiO2 Cr = Crystobalit low = SiO2



Gambar 4.5. Pola difraksi semen dari abu sampah (kode sample E) yang dibakar pada suhu: 1200, 1250, 1300 dan 1350oC


Menurut (Hanehara, 2005), mineral komposisi ekosemen yang dominan adalah C3S, C2S, C3A, C4AF, dan CaSO4, baik untuk tipe portland, maupun normal portland cement kecuali pada rapid hardening adanya tambahan mineral C11A7CaCl2.

4. 3. Pengukuran Densitas Serbuk Abu Sampah Picnometer adalah alat untuk mengukur densitas serbuk, nilai densitas serbuk ekosemen dapat dihitung dengan menggunakan persamaan II.7. Berdasarkan hasil pengamatan dengan XRD, maka nilai densitas serbuk ekosemen yang diukur adalah yang terbaik dari masing-masing komposisi dan suhu pembakaran tertentu saja. Untuk sampel A dipilih pada suhu 1350oC, sampel B pada suhu 1350oC, sampel C pada suhu 1300oC, sampel D pada suhu 1300oC dan sampel E pada suhu 1250oC. Hasil pengukuran densitas serbuk ekosemen pada beberapa komposisi abu sampah ditunjukkan pada gambar 4.6. 3.2

3

Densitas (g/cm )

Sample D, 1300oC Sample C, 1300oC

3.1

Sample B, 1350oC Sample E, 1250oC

3.0

Sample A, 1350oC

2.9 0

10

20 Abu sampah (% berat)

30

40

Gambar 4.6. Hubungan antara densitas terhadap abu sampah (% berat)


Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai densitas serbuk ekosemen berkisar antara 2,98 – 3,15 g/cm3. Nilai densitas tertinggi diperoleh pada komposisi 30% abu sampah dan suhu pembakaran 1300oC, yaitu sebesar 3,15 g/cm3. Artinya jumlah abu sampah maksimum yang dapat digunakan adalah 30%, pada suhu pembakaran 1300oC yang disarankan sebagai material ekosemen. Pada komposisi diatasnya (40% berat abu sampah) tidak menghasilkan ekosemen, karena struktur yang dihasilkan tidak sama dengan semen portland. Nilai densitas semen portland adalah sekitar 2,97 g/cm3 (holcim,2008), densitas produk ecocement adalah 3,16 g/cm3. (Taiheiyo Cement Corp., 2004), dan densitas dari normal portland cement (NPC) adalah 3,17 g/cm3 (Hanehara, 2005).

4. 4. Diameter partikel ekosemen dari Serbuk Abu Sampah Diameter partikel ekosemen diukur dengan menggunakan metoda Anderson Pipet yang memenuhi hukum Stock’s, dan dapat dihitung dari persamaan II.8. Distribusi ukuran diameter partikel dari ekosemen, tanpa abu sampah yang dibakar pada suhu 1350oC, seperti pada gambar 4.7.


100.0

Mass Percent (%)

Sampel A, 1350oC 80.0 60.0 40.0 20.0

32.70

17.70

12.22

9.73

7.77

6.65

4.65

3.75

2.87

2.24

1.80

1.38

1.24

1.10

0.94

0.83

0.79

0.00

0.0

Particle Diameter (μm)

Gambar 4.7. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, tanpa menggunakan abu sampah yang dibakar pada suhu 1350oC. Dari gambar 4.7, terlihat bahwa dengan jumlah massa partikel > 20%, mempunyai distribusi ukuran diameter partikel berkisar antara 1,24 – 17,70 μm, dan diameter rata-rata adalah sebesar 6,36 μm. Distribusi ukuran diameter partikel dari ekosemen, dengan 10% abu sampah yang dibakar pada suhu 1350oC, seperti ditunjukkan pada gambar 4.8. Dari gambar terlihat bahwa dengan jumlah massa partikel > 20%, mempunyai distribusi ukuran diameter partikel berkisar antara 1,22 – 17,45 μm, dan diameter rata-rata adalah sebesar 6,25 μm. Pola distribusi partikel dari ekosemen untuk sampel A dan B yang masing-masing dibakar pada suhu 1350oC relatif hampir sama.


100.0

Sample B, 1350oC Mass Percent (%)

80.0 60.0 40.0 20.0

32.33

17.45

9.56

12.07

7.64

6.55

4.57

3.69

2.83

2.21

1.77

1.36

1.22

1.08

0.92

0.82

0.77

0.00

0.0


Gambar 4.8. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, dengan 10% abu sampah yang dibakar pada suhu 1350oC Distribusi ukuran diameter partikel dari ekosemen, dengan 20% abu sampah yang dibakar pada suhu 1300oC, seperti ditunjukkan pada gambar 4.9. Dari gambar, terlihat bahwa dengan jumlah massa partikel > 20%, mempunyai distribusi ukuran diameter partikel berkisar antara 1,20 – 17,21 μm, dan diameter rata-rata adalah sebesar 6,16 μm. Pola distribusi partikel dari ekosemen untuk sampel A, B dan C relatif hampir sama. 100.0

Sample C, 1300oC

Mass Percent (%)

80.0 60.0 40.0 20.0

31.78

17.21

11.92

9.43

7.53

6.46

4.50

3.63

2.78

2.17

1.74

1.34

1.20

1.06

0.90

0.80

0.76

0.00

0.0


Gambar 4.9. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, dengan 20% abu sampah yang dibakar pada suhu 1300oC


Distribusi ukuran diameter partikel dari ekosemen, dengan 30% abu sampah yang dibakar pada suhu 1300oC, seperti diperlihatkan pada gambar 4.10. Dari gambar, terlihat bahwa dengan jumlah massa partikel > 20%, mempunyai distribusi ukuran diameter partikel berkisar antara 1,19 – 17,01 μm, dan diameter rata-rata adalah sebesar 6,09 μm. Pola distribusi partikel dari ekosemen untuk sampel A, B, C dan D relatif hampir sama. 100.0

Sample D, 1300oC

Mass Percent (%)

80.0 60.0 40.0 20.0

31.42

17.01

11.76

9.30

7.44

6.38

4.44

3.58

2.75

2.14

1.73

1.32

1.19

1.05

0.89

0.79

0.74

0.00

0.0


Gambar 4.10. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, dengan 30% abu sampah yang dibakar pada suhu 1300oC Distribusi ukuran diameter partikel dari ekosemen, dengan 40% abu sampah yang dibakar pada suhu 1250oC, seperti ditunjukkan pada gambar 4.11. Dari gambar, terlihat bahwa dengan jumlah massa partikel > 20%, mempunyai distribusi ukuran diameter partikel berkisar antara 1,22 – 2,83 μm, dan 6,57 – 17,52 μm, diameter ratarata adalah sebesar 7,10 μm. Pola distribusi partikel dari ekosemen untuk sampel E sangat berbeda dengan lainnya.


100.0

Sample E, 1250oC Mass Percent (%)

80.0 60.0 40.0 20.0

32.37

17.52

12.09

9.57

7.64

6.57

4.57

3.68

2.83

2.20

1.78

1.36

1.22

1.08

0.92

0.81

0.76

0.00

0.0


Gambar 4.11. Hubungan antara persen massa terhadap diameter partikel dari ekosemen, dengan 40% abu sampah yang dibakar pada suhu 1250oC Ukuran partikel semen menurut (Horiba 2008) relatif lebih kecil dari 50 μm. Sedangkan diameter rata-rata portland cement tipe ordinary ada dua ukuran, yaitu: 5 dan 30 μm, tetapi pada umumnya lebih banyak produksi semen pada diameter 5 μm (holcim oilwell cemen,2008).

4. 5. Pengujian Air Setting ( waktu ikat) Pengerasan (hardening) dimulai dengan pengerasan awal (saat sifat plastis mulai berkurang) hinggga mencapai pengerasan akhir (saat sifat plastis hilang seluruhnya). Waktu pengerasan awal adalah waktu yang dibutuhkan beton masih dapat dicampur kembali dengan air dan dapat mengikat atau bereaksi dengan beton sebelumnya. Sedangkan waktu pengerasan akhir akan dicapai, apabila beton tidak


dapat dicampur kembali dengan air dan tidak mengikat atau bereaksi dengan beton sebelumnya, serta dapat mengakibatkan kekuatan semen berkurang. Hasil pengujian waktu initial dan final setting diperlihatkan pada tabel 4. 8. Dari tabel 4. 8, ditunjukkan bahwa pengaruh penambahan abu sampah lebih banyak akan mempercepat setting time yang dibutuhkan. Ternyata dari ke lima sampel yang dibuat, menunjukkan bahwa sampel E tidak mempunyai daya rekat yang baik, karena mudah terdegradasi. Tabel 4.8. Hasil pengujian air setting dari ekosemen berbasis abu sampah dengan W/C = 0,5 Kode Sampel

Setting time (jam, menit)

Keterangan

Initial

Final

Sampel A, 1350oC

2, 28

3, 35

Tanpa abu sampah

Sampel B, 1350oC

2, 23

3, 13

10% abu sampah

Sampel C, 1300oC

2, 21

3, 01

20% abu sampah

Sampel D, 1300oC

2,17

2,57

30% abu sampah

Sampel E, 1250oC

2,14

2,54

40% abu sampah

Pada pembuatan ekosemen yang membutuhkan air sebanyak 17,6% menghasilkan initial dan final setting time masing-masing sebesar 4 jam 59 menit dan 7 jam (Lian Huizhen and Yan Peiyu, 2008). Pada jenis semen portland menghasilkan initial setting time sebesar 2 jam dan final setting time sebesar 4 jam 30 menit. Sedangkan pada rapid hardening mengasilkan initial dan final setting time sebesar 9 menit dan 13 menit. Untuk normal portland cement (NPC) menghasilkan initial dan final setting time sebesar 2 jam 22 menit dan 3 jam 20 menit (Hanenara, 2005).


4. 6. Pengujian Kuat Tekan (Compressive Strength) Untuk menguji kuat tekan dari beton ekosemen yang telah dibuat menggunakan alat Universal Testing Mechine (UTM). Hasil pengujian kuat tekan ditunjukkan pada gambar 4.12. 55

Sampel D

Beton semen C40 = 52 MPa

Ku at Tekan (MP a)

50

Sampel C

45 Sampel B

40 35 Sampel A

30 7

14

21

28

Waktu pengerasan (hari)

Gambar 4.12. Hubungan antara kuat tekan beton ekosemen terhadap waktu pengerasan, masing-masing untuk sampel A, B, C dan D Dari gambar 4.12, menunjukkan bahwa kuat tekan beton ekosemen yang diperoleh berkisar antara 32,5 – 53,5 MPa dan kuat tekan beton dengan semen dari abu insinerator dengan kode sampel C40 adalah sekitar 52 MPa (Lian Huizhen and Yan Peiyu, 2008). Hasil pengujian menunjukkan bahwa waktu pengerasan berbanding lurus terhadap kuat tekan beton ekosemen. Sedangkan untuk komposisi 30% abu sampah yang dibakar pada suhu 1300oC dan dikeringkan selama 21 hari menghasilkan kuat tekannya sekitar 51,5 MPa dan untuk 28 hari sebesar 53,5 MPa.


Apabila dilihat kuat tekan dari ekosemen yang dikeringkan selama 28 hari adalah sebesar 55 N/mm2 (55 MPa), sumber: (Anonym, 2006).

4. 7. Pengujian Kuat Patah (Flexural Strength) Untuk menguji kuat patah dari beton ekosemen yang telah dibuat menggunakan alat Universal Testing Mechine (UTM). Hasil pengujian kuat patah ditunjukkan pada gambar 4.13.

Kuat Patah (MPa).

11

Kuat patah semen = 10,4 MPa

Sampel D

8

Sampel C Kuat patah beton konvensional = 4,9 MPa

5 Sampel B Sampel A

2 7

14 21 Waktu Pengerasan (hari).

28

Gambar 4.13. Hubungan antara kuat patah beton ekosemen terhadap waktu pengerasan, dari masing-masing sampel: A, B, C dan D

Dari gambar 4. 13, menunjukkan bahwa kuat patah dari beton ekosemen adalah berkisar antara 2,82 – 8,58 MPa, kuat patah dari beton konvensional sebesar 4,9 MPa (Sebayang, 2008) dan kuat patah dari ekosemen dari limbah abu insinerator adalah 10,4 MPa (Lian Huizhen and Yan Peiyu, 2008). Ternyata untuk sampel B dengan


komposisi 10% abu sampah, suhu pembakaran 1350oC dan dikeringkan selama 28 hari memenuhi standar beton konvensional, yaitu sebesar 4,9 MPa. Untuk sampel C atau 20% abu sampah, dibakar pada suhu 1300oC, dikeringkan selama 21 hari dan dikeringkan selama 28 hari masing-masing menghasilkan kuat patah sebesar 5,59 dan 6,20 MPa. Nilai yang dihasilkan relatif lebih tinggi dari beton konvensional. Sedangkan untuk sampel D atau 30% abu sampah yang dibakar pada suhu 1300oC, pada 14, 21 dan 28 hari masing-masing menghasilkan kuat patah sebesar: 5,84, 7,32 dan 8,58 MPa, nilai ini lebih tinggi dari pada nilai kuat patah beton konvensional.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan Dari hasil penelitian pembuatan ekosemen dari abu sampah dan uji aplikasinya untuk panel beton dapat disimpulkan bahwa: 1.

Ekosemen telah berhasil dibuat dengan menggunakan bahan baku: 30% abu sampah, 40% batu kapur, 20% tanah liat, 1% MgCO3 teknis, 1% Fe2O3 teknis, dan 8% gypsum. Melalui substitusi batu kapur dengan abu sampah, variasi komposisi abu sampah dan suhu pembakaran memberikan pengaruh yang signifikan terhadap karakteristik ekosemen.

2.

Dari hasil pengamatan menggunakan XRD diperoleh komposisi optimal abu sampah yang dapat mensubtitusi sebagian dari batu kapur dalam pembuatan ekosemen adalah dengan kode sampel D atau 30% abu sampah dan suhu pembakaran 1300oC. Pada suhu pembakaran 1300oC dan jumlah abu sebanyak 30% menghasilkan senyawa dominan: C3S, C2S, C3A dan C3AF, mirip dengan senyawa pada semen portland. Pada kondisi tersebut, menghasilkan karakeristik ekosemen dengan nilai: densitas tertinggi sebesar 3,15 g/cm3, distribusi ukuran diameter partikel berkisar antara 1,19 – 17,01 μm, dengan diameter rata-rata sebesar 6,09 μm. Nilai initial dan final setting time, masing-masing sebesar 2 jam 17 menit dan 2 jam 57 menit.


3.

Hasil pengujian panel beton menunjukkan adanya korelasi antar waktu pengerasan terhadap kuat tekan dan kuat patah adalah berbanding lurus. Nilai kuat tekan dan kuat patah yang optimum adalah sebesar 53,5 MPa dan 8,58 MPa masing-masing pada beton ekosemen dengan kode sampel D atau 30% abu sampah, suhu pembakaran 1300oC dan dikeringkan selama 28 hari.

5.2. Saran Untuk melengkapi penelitian ini perlu dikaji studi kelayakannya, agar dapat diterapkan dalam skala industri kecil dan menengah. Adanya usaha penggantian sebagian CaCO3 (batu kapur) dengan abu sampah tentunya dapat memberikan kontribusi pengurangan emisi CO2.


DAFTAR PUSTAKA

Anonym 2006, Ecocement, New Recycling Resources Reborn for an Affluent Future. Brindley, G.W., 1980 Crystal Structures of Clay Minerals and Their X-Ray Identification, Mineralogical Society Monograph N0. 5, London . Hanenara. S.,2005 Eco-Cement and Eco-Concrete Environmentally Compatible Cement and Concrete Technology, COE Workshop on "Material Science in 21st Century for the Construction Industry-Durability, Repair and Recycling of Concrete Structures". Hemmings,Bruce J Cornelius, 2004 Evaluation of GVRD Municipal Incinerator Ash as a Supplementary Cementing Material in Concrete, EcoSmart Concrete Project, AMEC Report No. VA06294. Holcim Oilwell Cemen 2008 The Right solutions for your www.holcim.com/id/2008 Di akses 1 maret 2009.

application. http://

Horiba,2008. Measuring the Particle size Distribution of Cemen Using Laser Diffraction by Horiba Particle Products. http://www.azom.com/details. asp?ArticleID=4152/2008 Di akses 5januari 2009. I Gede Agung Yudana, 2007 Menyulap Limbah Jadi Beton Unggul, Warta Semen dan Beton Indonesia, Vol 5 No. 3. Intercem Consulting,2003 Environmental and Market Pressures on the Cement Industry, cementdistribution.com Khaerudini, D.S., Mulyadi, Anggito P.Tetuko, P.Sebayang, 2007 Pemanfaatan Limbah Industri Material Millingstone sebagai Matriks Beton, Prosiding Seminar Nasional Keselamatan, Kesehatan dan Lingkungan III, Depok. Lam F, JD Barrett and S.Nakajima,2001 Engineering Properties of hem-fir used in Japanese post and beam housing. Forest products journal hal.103-106 Lian Huizhen and Yan Peiyu, 2008 For Suistanable Development: to Produce Cement by another Concept, International Workshop on Suistanable Development and Concrete Technology. Marlianto, Eddy, .Syukur, M., Justinon ,2004, Pengantar Fisika Zat Padat. Muljadi, 1992 Raw Materials and Body Preparation, Training Course Ceramic Develovment Technology, Japan.


Mulyono T, 2005 Teknologi Beton, Penerbit Andi Yogyakarta. Norman D. E, 1999 Mechanical Behavior of Material, Second edition, Prentice Hall International INC, New Jersey. Priyanto, Dedy Eka 2008, Ekosemen: Produksi semen dari sampah. http://Majari Magazine.com di akses 20 januari 2009 ______________, 2004 Ekosemen-produksi semen dari sampah/2004. http:// Planet Qwords.com/2008/02/04 diakses 2 maret 2009 ______________, 2007 Semen Dari Sampah-Pabrik Ekosemen. http://www. pmij.org/index.php/content/view/162/78/ di akses 5 maret 2009 Romano. J.S, Rodrigues, F., 2006 Calcium Silicate Cements Obtained from Rice Hull Ash: A Comparative Study, Journal of Material Science Vol 41, page: 1775– 1779. Satoshi, Miyaki, 1997. Evaluation formula of compresive strenght of centrifugal concrete filled steel square tubular columns, journal of structure engineering vol 43B hal 581-586. Sebayang. P, Mulyadi, Khaerudini DS, Anggito P. Tetuko, 2008 Sintesa dan Perekayasaan Beton Polimer untuk Enkapsulasi Limbah Padat tanpa Menggunakn Semen, Prosiding Seminar Nasional Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia, Surabaya. Smallman. R.E, 1991 Metalurgi Fisik Modern, Edisi 4, PT. Gramedia, Jakarta, Sobolev K.G, 1997 Utilization of Industrial By-Products and Waste in Eco-Cement, International Symposium on Mineral Admixtures in Cement, Istanbul, Turkey. ___________, 2002 High Volume Mineral Additivefor ECO - Cement, American Ceramic Society Bulletin - January . Taiheiyo Cement Corporation 2004, Ecocement. Tarun R. Naik; 2006 Technology of High Performance Eco-cement-Sustainable Development, Anna Maria Workshop. Holmes Beach FL. Taylor, M.G.,2009 Novel Cement: Low Energy, Low Carbon Cements, British Cement Association (BCA), Fact Sheet 12, Doc. No: ST/FS/12.


LAMPIRAN 1 Data Analisa XRD untuk Sampel A, B, C, D, dan E yang dikalsinasi pada suhu 1200oC, 1250oC, 1300oC, 1350oC Sampel A Suhu 12000C No 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2 tetha 20.85 21.94 25.26 26.67 27.80 32.33 35.00 41.12 53.91

d (Angstrom) 4.2580 4.0511 3.5260 3.3432 3.0509 2.7693 2.5301 2.1460 1.7007

I/Io 38 51 18 22 12 100 27 16 42

d (Angstrom) 3.0360 2.9620 2.7771 2.7229 2.6038 2.3168 2.1460 1.9398 1.7644 1.7580 1.6230 1.4869

I/Io 85 11 100 91 88 8 27 5 6 26 18 19

Suhu 12500C No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2 tetha 29.42 30.17 32.23 32.61 34.45 38.86 41.12 46.81 51.82 52.00 56.72 62.46


Suhu 13000C No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2 tetha 29.42 30.17 32.23 32.61 34.45 38.86 41.12 46.81 51.82 52.00 56.72 62.46

d (Angstrom) 3.0360 2.9620 2.7771 2.7229 2.6038 2.3168 2.1460 1.9398 1.7644 1.7580 1.6230 1.4869

I/Io 87 12 100 92 86 11 38 4 3 33 21 20

d (Angstrom) 5.0890 3.8192 3.2524 3.0360 2.9620 2.7771 2.7229 2.6038 2.3168 2.1460 2.0651 1.9398 1.7644 1.7580 1.6230 1.5700 1.4869

I/Io 14 6 10 44 8 100 81 72 12 29 6 8 6 30 15 16 16

Suhu 13500C No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

2 tetha 17.43 23.29 27.43 29.42 30.17 32.23 32.61 34.45 38.86 41.12 43.84 46.81 51.82 52.00 56.72 58.81 62.46


Sampel B Suhu 12000C No 2 tetha 1 20.85 2 21.94 3 25.26 4 26.67 5 27.80 6 32.33 7 35.00 8 41.12 9 53.91

d (Angstrom) 4.2580 4.0511 3.5260 3.3432 3.0509 2.7693 2.5301 2.1460 1.7007

I/Io 38 51 18 22 12 100 27 16 42

Suhu 12500C No 2 tetha 1 29.42 2 30.17 3 32.23 4 32.61 5 34.45 6 38.86 7 41.12 8 46.81 9 51.82 10 52.00 11 56.72 12 62.46

d (Angstrom) 3.0360 2.9620 2.7771 2.7229 2.6038 2.3168 2.1460 1.9398 1.7644 1.7580 1.6230 1.4869

I/Io 85 11 100 91 88 8 27 5 6 26 18 19


Suhu 13000C No 2 tetha 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

29.42 30.17 32.23 32.61 34.45 38.86 41.12 46.81 51.82 52.00 56.72 62.46

Suhu 13500C No 2 tetha 1 17.43 2 23.29 3 27.43 4 29.42 5 30.17 6 32.23 7 32.61 8 34.45 9 38.86 10 41.12 11 43.84 12 46.81 13 51.82 14 52.00 15 56.72 16 58.81 17 62.46

d (Angstrom)

I/Io

3.0360 2.9620 2.7771 2.7229 2.6038 2.3168 2.1460 1.9398 1.7644 1.7580 1.6230 1.4869

87 12 100 92 86 11 38 4 3 33 21 20

d (Angstrom) 5.0890 3.8192 3.2524 3.0360 2.9620 2.7771 2.7229 2.6038 2.3168 2.1460 2.0651 1.9398 1.7644 1.7580 1.6230 1.5700 1.4869

I/Io 14 6 10 44 8 100 81 72 12 29 6 8 6 30 15 16 16


Sampel C Suhu 12000C No 2 tetha

d (Angstrom)

I/Io

1

20.85

4.2580

28

2

21.94

4.0511

42

3

25.26

3.5260

21

4

26.10

3.4141

23

5

32.61

2.7229

100

6

37.39

2.4050

93

7

41.12

2.1460

37

8

46.81

1.9398

22

9

53.91

1.7007

51

d (Angstrom)

I/Io

Suhu 12500C No 2 tetha 1

20.85

4.2580

29

2

25.26

3.5260

12

3

30.17

2.9620

27

4

32.61

2.7229

100

5

34.45

2.6038

84

6

41.12

2.1460

38

7

46.81

1.9398

11

8

51.82

1.7644

22

9

53.91

1.7007

55


Suhu 13000C No 2 tetha

d (Angstrom)

I/Io

1

17.43

5.0890

24

2

27.43

3.2524

20

3

30.17

2.9620

88

4

32.61

2.7229

100

5

34.45

2.6038

87

6

38.86

2.3168

7

7

41.12

2.1460

38

8

46.81

1.9398

18

9

51.82

1.7644

41

10

58.81

1.5700

22

d (Angstrom) 5.0890 3.8192 3.2524 3.0360 2.9620 2.7771 2.7229 2.6038 2.3168 2.1460 2.0651 1.9398 1.7644 1.7580 1.6230 1.5700 1.4869

I/Io 9 4 8 61 4 100 74 60 11 32 5 7 4 31 10 19 20

Suhu 13500C No 2 tetha 1 17.43 2 23.29 3 27.43 4 29.42 5 30.17 6 32.23 7 32.61 8 34.45 9 38.86 10 41.12 11 43.84 12 46.81 13 51.82 14 52.00 15 56.72 16 58.81 17 62.46


Sampel D Suhu 12000C No 2 tetha

d (Angstrom)

I/Io

1

20.85

4.2580

44

2

21.94

4.0511

51

3

25.26

3.5260

19

4

26.10

3.4141

40

5

32.61

2.7229

100

6

37.39

2.4050

94

7

41.12

2.1460

43

8

46.81

1.9398

21

9

53.91

1.7007

52

d (Angstrom)

I/Io

Suhu 12500C No 2 tetha 1

20.85

4.2580

29

2

25.26

3.5260

18

3

30.17

2.9620

21

4

32.61

2.7229

100

5

34.45

2.6038

87

6

41.12

2.1460

36

7

46.81

1.9398

16

8

51.82

1.7644

19

9

53.91

1.7007

41



d (Angstrom)

I/Io

1

17.43

5.0890

18

2

27.43

3.2524

16

3

30.17

2.9620

81

4

32.61

2.7229

100

5

34.45

2.6038

82

6

38.86

2.3168

12

7

41.12

2.1460

41

8

46.81

1.9398

16

9

51.82

1.7644

41

10

58.81

1.5700

17

Suhu 13500C No

2 tetha

d (Angstrom)

I/Io

1

26.65

3.3431

100


Sampel E Suhu 12000C No 2 tetha 1 2 3 4 5 6 7 8 9

20.85 21.94 25.26 26.10 32.61 37.39 41.12 46.81 53.91


d (Angstrom)

I/Io

4.2580 4.0511 3.5260 3.4141 2.7229 2.4050 2.1460 1.9398 1.7007

44 51 19 40 100 94 43 21 52

d (Angstrom)

I/Io

1

20.85

4.2580

29

2

25.26

3.5260

18

3

30.17

2.9620

21

4

32.61

2.7229

100

5

34.45

2.6038

87

6

41.12

2.1460

36

7

46.81

1.9398

16

8

51.82

1.7644

19

9

53.91

1.7007

41


Data Hanawalt File















LAMPIRAN 2 Data Pengukuran Densitas Contoh perhitungan untuk menentukan densitas (Archimedes method) pada 0 % abu sampah ⎞ ⎛ ms − mo ⎟⎟ × ρ air Densitas = ⎜⎜ ⎝ (ma − mo ) − (msa − ms ) ⎠

dimana: mo

= massa piknometer kosong (g)

ma

= massa piknometer kosong + air (g)

ms

= massa piknometer kosong + serbuk (g)

msa

= massa piknometer kosong + air + serbuk (g)

ρair

= 1 g/cm3

⎛ ⎞ 14.0475 − 13.9393 ⎟⎟ × 1 Densitas = ⎜⎜ ⎝ (25.3012 − 13.9393) − (25.3731 − 14.0475) ⎠ = 2.981 g/cm Dengan cara perhitungan yang sama diperoleh data hasil pengukuran densitas sebagai berikut : Sampel A (0% Abu Sampah) mo (g)

ms (g)

ma (g)

msa (g)

Densitas (g/cm3)

13.9393

14.0475

25.3012

25.3731

2.981

13.9391

14.0473

25.3010

25.3729

2.981

13.9392

14.0473

25.3010

25.3728

2.978


Sampel B (10% Abu Sampah) mo (g)

ms (g)

ma (g)

msa (g)

Densitas (g/cm3)

13.9393

14.0493

25.3012

25.3749

3.030

13.9392

14.0492

25.3011

25.3748

3.030

13.9394

14.0490

25.3013

25.3747

3.028

Sampel C (20% Abu Sampah) mo (g)

ms (g)

ma (g)

msa (g)

Densitas (g/cm3)

13.9390

14.0495

25.3009

25.3755

3.078

13.9389

14.0495

25.3008

25.3755

3.081

13.9391

14.0497

25.3010

25.3757

3.081

Sampel D (30% Abu Sampah) mo (g)

ms (g)

ma (g)

msa (g)

Densitas (g/cm3)

13.9395

14.0515

25.3012

25.3776

3.120

13.9393

14.0513

25.3009

25.3774

3.120

13.9391

14.0511

25.3018

25.3772

3.120

Sampel E (40% Abu Sampah) mo (g)

ms (g)

ma (g)

msa (g)

Densitas (g/cm3)

13.9390

14.0508

25.3010

25.3754

2.989

13.9393

14.0506

25.3013

25.3754

2.992

13.9392

14.0510

25.3012

25.3756

2.989


LAMPIRAN 3 Data Pengukuran Diameter Partikel ekosemen Contoh perhitungan untuk menentukan diameter partikel pada 0 % abu sampah dan pengeringan 7 hari 1

⎡ ⎤2 18.η .L Diameter Partikel = 1000.⎢ ⎥ ⎢⎣ g ( ρ sampel − ρ air ).60.t ⎥⎦

dimana: η

= viskositas (dyne.s/cm2)

L

= panjang sampel (cm)

g

= gravitasi (cm/s2)

ρsampel = massa jenis sampel (g/cm3) ρair

= massa jenis air (g/cm3)

t

= waktu (s) 1

⎡ ⎤2 18 x0.008004 x 26.0 Diameter Partikel = 1000.⎢ ⎥ = 32.70 μm ⎣ 980 x( 2.98 − 0.99406) x60 x180 ⎦


Dengan cara perhitungan yang sama diperoleh data hasil pengukuran diameter partikel ekosemen seperti tabel berikut: Sampel A (0% Abu Sampah) No.

Viskositas (dyne.s/cm2)

L (cm)

g (cm/s2)

ρ sample (g/cm3)

ρ air g/cm3)

waktu (s)

d (μm)

1

0.008004

26.50

980

2.98

0.99406

0

0.000

2

0.008004

26.00

980

2.98

0.99406

180

32.700

3

0.008004

25.40

980

2.98

0.99406

600

17.703

4

0.008004

24.20

980

2.98

0.99406

1200

12.218

5

0.008004

23.00

980

2.98

0.99406

1800

9.726

6

0.008004

22.00

980

2.98

0.99406

2700

7.766

7

0.008004

21.50

980

2.98

0.99406

3600

6.649

8

0.008004

21.00

980

2.98

0.99406

7200

4.647

9

0.008004

20.50

980

2.98

0.99406

10800

3.749

10

0.008004

20.00

980

2.98

0.99406

18000

2.868

11

0.008004

19.50

980

2.98

0.99406

28800

2.239

12

0.008004

19.00

980

2.98

0.99406

43200

1.804

13

0.008004

18.50

980

2.98

0.99406

72000

1.379

14

0.008004

18.00

980

2.98

0.99406

86400

1.242

15

0.008004

17.50

980

2.98

0.99406

108000

1.095

16

0.008004

17.00

980

2.98

0.99406

144000

0.935

17

0.008004

16.00

980

2.98

0.99406

172800

0.828

18

0.008004

15.00

980

2.98

0.99406

180000

0.785


Sampel B (10% Abu Sampah) No.


L (cm)

g (cm/s2)

ρ sample (g/cm3)

ρ air g/cm3)

waktu (s)

d (μm)

1

0.008004

26.50

980

3.03

0.99406

0

0.000

2

0.008004

25.90

980

3.03

0.99406

180

32.234

3

0.008004

25.30

980

3.03

0.99406

600

17.449

4

0.008004

24.20

980

3.03

0.99406

1200

12.067

5

0.008004

22.80

980

3.03

0.99406

1800

9.564

6

0.008004

21.80

980

3.03

0.99406

2700

7.636

7

0.008004

21.40

980

3.03

0.99406

3600

6.552

8

0.008004

20.80

980

3.03

0.99406

7200

4.567

9

0.008004

20.40

980

3.03

0.99406

10800

3.693

10

0.008004

19.90

980

3.03

0.99406

18000

2.825

11

0.008004

19.40

980

3.03

0.99406

28800

2.205

12

0.008004

18.80

980

3.03

0.99406

43200

1.773

13

0.008004

18.40

980

3.03

0.99406

72000

1.358

14

0.008004

17.90

980

3.03

0.99406

86400

1.223

15

0.008004

17.40

980

3.03

0.99406

108000

1.079

16

0.008004

16.80

980

3.03

0.99406

144000

0.918

17

0.008004

15.90

980

3.03

0.99406

172800

0.815

18

0.008004

14.80

980

3.03

0.99406

180000

0.771


Sampel C (20% Abu Sampah) No.


L (cm)

g (cm/s2)

ρ sample (g/cm3)

ρ air g/cm3)

waktu (s)

d (μm)

1

0.008004

26.50

980

3.08

0.99406

0

0.000

2

0.008004

25.80

980

3.08

0.99406

180

31.783

3

0.008004

25.20

980

3.08

0.99406

600

17.205

4

0.008004

24.20

980

3.08

0.99406

1200

11.922

5

0.008004

22.70

980

3.08

0.99406

1800

9.428

6

0.008004

21.70

980

3.08

0.99406

2700

7.526

7

0.008004

21.30

980

3.08

0.99406

3600

6.457

8

0.008004

20.70

980

3.08

0.99406

7200

4.501

9

0.008004

20.20

980

3.08

0.99406

10800

3.631

10

0.008004

19.80

980

3.08

0.99406

18000

2.784

11

0.008004

19.20

980

3.08

0.99406

28800

2.168

12

0.008004

18.60

980

3.08

0.99406

43200

1.742

13

0.008004

18.30

980

3.08

0.99406

72000

1.338

14

0.008004

17.70

980

3.08

0.99406

86400

1.202

15

0.008004

17.30

980

3.08

0.99406

108000

1.063

16

0.008004

16.70

980

3.08

0.99406

144000

0.904

17

0.008004

15.80

980

3.08

0.99406

172800

0.803

18

0.008004

14.60

980

3.08

0.99406

180000

0.756


Sampel D (30% Abu Sampah) No.


L (cm)

g (cm/s2)

ρ sample (g/cm3)

ρ air g/cm3)

waktu (s)

d (μm)

1

0.008004

26.50

980

3.12

0.99406

0

0.000

2

0.008004

25.70

980

3.12

0.99406

180

31.422

3

0.008004

25.10

980

3.12

0.99406

600

17.008

4

0.008004

24.00

980

3.12

0.99406

1200

11.760

5

0.008004

22.50

980

3.12

0.99406

1800

9.297

6

0.008004

21.60

980

3.12

0.99406

2700

7.438

7

0.008004

21.20

980

3.12

0.99406

3600

6.381

8

0.008004

20.50

980

3.12

0.99406

7200

4.437

9

0.008004

20.00

980

3.12

0.99406

10800

3.579

10

0.008004

19.70

980

3.12

0.99406

18000

2.751

11

0.008004

19.10

980

3.12

0.99406

28800

2.142

12

0.008004

18.60

980

3.12

0.99406

43200

1.726

13

0.008004

18.20

980

3.12

0.99406

72000

1.322

14

0.008004

17.60

980

3.12

0.99406

86400

1.187

15

0.008004

17.20

980

3.12

0.99406

108000

1.049

16

0.008004

16.50

980

3.12

0.99406

144000

0.890

17

0.008004

15.60

980

3.12

0.99406

172800

0.790

18

0.008004

14.40

980

3.12

0.99406

180000

0.744


Sampel E (40% Abu Sampah) No.

η (dyne.s/cm2)

L (cm)

g (cm/s2)

ρ sample (g/cm3)

ρ air g/cm3)

waktu (s)

d (μm)

1

0.008004

26.50

980

2.99

0.99406

0

0.000

2

0.008004

25.60

980

2.99

0.99406

180

32.366

3

0.008004

25.00

980

2.99

0.99406

600

17.519

4

0.008004

23.80

980

2.99

0.99406

1200

12.087

5

0.008004

22.40

980

2.99

0.99406

1800

9.574

6

0.008004

21.40

980

2.99

0.99406

2700

7.641

7

0.008004

21.10

980

2.99

0.99406

3600

6.570

8

0.008004

20.40

980

2.99

0.99406

7200

4.568

9

0.008004

19.90

980

2.99

0.99406

10800

3.684

10

0.008004

19.60

980

2.99

0.99406

18000

2.832

11

0.008004

19.00

980

2.99

0.99406

28800

2.204

12

0.008004

18.50

980

2.99

0.99406

43200

1.776

13

0.008004

18.10

980

2.99

0.99406

72000

1.361

14

0.008004

17.50

980

2.99

0.99406

86400

1.221

15

0.008004

17.10

980

2.99

0.99406

108000

1.080

16

0.008004

16.40

980

2.99

0.99406

144000

0.916

17

0.008004

15.50

980

2.99

0.99406

172800

0.813

18

0.008004

14.20

980

2.99

0.99406

180000

0.762


LAMPIRAN 4 Data Pengukuran Prosentase Massa Contoh perhitungan untuk menentukan prosentase massa pada 0 % abu sampah dan pengeringan 7 hari. Ms =

[( M b + M s ) − M b ] x100% M sampel .terbesar

dimana: Ms

= massa sampel (g)

Mb

= massa botol (g)

Mb + Ms

= massa botol + sampel (g)

Msampel terbesar = Massa sampel terbesar (g)

[(36,3370) − 36,3340] x100% 0,1 = 3%

Ms =

Dengan cara perhitungan yang sama diperoleh data hasil pengukuran prosentase massa seperti tabel berikut:


Sampel A (0% Abu Sampah) Mb + Ms (g)

Mb (g)

Ms (g)

Prosentase (%)

36.3340

36.3340

0.0000

0.0

36.3370

36.3340

0.0030

3.0

36.3730

36.3340

0.0390

39.0

36.3850

36.3340

0.0510

51.0

36.3740

36.3340

0.0400

40.0

36.4030

36.3340

0.0690

69.0

36.4260

36.3340

0.0920

92.0

36.4010

36.3340

0.0670

67.0

36.3660

36.3340

0.0320

32.0

36.3560

36.3340

0.0220

22.0

36.3570

36.3340

0.0230

23.0

36.3580

36.3340

0.0240

24.0

36.3620

36.3340

0.0280

28.0

36.3590

36.3340

0.0250

25.0

36.3440

36.3340

0.0100

10.0

36.3410

36.3340

0.0070

7.0

36.3380

36.3340

0.0040

4.0

36.3400

36.3340

0.0060

6.0


Sampel B (10% Abu Sampah) Mb + Ms (g)

Mb (g)

Ms (g)

Prosentase (%)

36.3340

36.3340

0.0000

0.0

36.3375

36.3340

0.0035

3.5

36.3740

36.3340

0.0400

40.0

36.3860

36.3340

0.0520

52.0

36.3745

36.3340

0.0405

40.5

36.4040

36.3340

0.0700

70.0

36.4270

36.3340

0.0930

93.0

36.4015

36.3340

0.0675

67.5

36.3670

36.3340

0.0330

33.0

36.3565

36.3340

0.0225

22.5

36.3580

36.3340

0.0240

24.0

36.3585

36.3340

0.0245

24.5

36.3630

36.3340

0.0290

29.0

36.3600

36.3340

0.0260

26.0

36.3445

36.3340

0.0105

10.5

36.3420

36.3340

0.0080

8.0

36.3385

36.3340

0.0045

4.5

36.3405

36.3340

0.0065

6.5


Sampel C (20% Abu Sampah) Mb + Ms (g)

Mb (g)

Ms (g)

Prosentase (%)

36.3340

36.3340

0.0000

0.0

36.3378

36.3340

0.0038

3.8

36.3743

36.3340

0.0403

40.3

36.3865

36.3340

0.0525

52.5

36.3748

36.3340

0.0408

40.8

36.4050

36.3340

0.0710

71.0

36.4276

36.3340

0.0936

93.6

36.4025

36.3340

0.0685

68.5

36.3680

36.3340

0.0340

34.0

36.3570

36.3340

0.0230

23.0

36.3590

36.3340

0.0250

25.0

36.3588

36.3340

0.0248

24.8

36.3645

36.3340

0.0305

30.5

36.3610

36.3340

0.0270

27.0

36.3450

36.3340

0.0110

11.0

36.3430

36.3340

0.0090

9.0

36.3390

36.3340

0.0050

5.0

36.3410

36.3340

0.0070

7.0


Sampel D (30% Abu Sampah) Mb + Ms (g)

Mb (g)

Ms (g)

Prosentase (%)

36.3340

36.3340

0.0000

0.0

36.3382

36.3340

0.0042

4.2

36.3750

36.3340

0.0410

41.0

36.3870

36.3340

0.0530

53.0

36.3755

36.3340

0.0415

41.5

36.4060

36.3340

0.0720

72.0

36.4280

36.3340

0.0940

94.0

36.4040

36.3340

0.0700

70.0

36.3690

36.3340

0.0350

35.0

36.3585

36.3340

0.0245

24.5

36.3601

36.3340

0.0261

26.1

36.3592

36.3340

0.0252

25.2

36.3646

36.3340

0.0306

30.6

36.3620

36.3340

0.0280

28.0

36.3460

36.3340

0.0120

12.0

36.3440

36.3340

0.0100

10.0

36.3395

36.3340

0.0055

5.5

36.3414

36.3340

0.0074

7.4


Sampel E (40% Abu Sampah) Mb + Ms (g)

Mb (g)

Ms (g)

Prosentase (%)

36.3340

36.3340

0.0000

0.0

36.3390

36.3340

0.0050

5.0

36.3760

36.3340

0.0420

42.0

36.3880

36.3340

0.0540

54.0

36.3758

36.3340

0.0418

41.8

36.4064

36.3340

0.0724

72.4

36.4286

36.3340

0.0946

94.6

36.3415

36.3340

0.0075

7.5

36.3700

36.3340

0.0360

36.0

36.3590

36.3340

0.0250

25.0

36.3610

36.3340

0.0270

27.0

36.3598

36.3340

0.0258

25.8

36.3650

36.3340

0.0310

31.0

36.3630

36.3340

0.0290

29.0

36.3465

36.3340

0.0125

12.5

36.3450

36.3340

0.0110

11.0

36.3404

36.3340

0.0064

6.4

36.3420

36.3340

0.0080

8.0


LAMPIRAN 5 Data Pengukuran Kuat Tekan Contoh perhitungan untuk menentukan kuat tekan pada 0 % abu sampah dan pengeringan 7 hari F Kuat Tekan = A dimana: A = luas Penampang (m2) d = diameter (m) F = gaya (N) A=

π .d 2 4

=

π .(27.54) 2 4

A = 595.38 mm2 Kuat Tekan =

19350.N = 32.50 MPa 595.38.mm 2

Catatan: 1 MPa = 1 N/mm2 Dengan cara perhitungan yang sama di peroleh data hasil pengukuran kuat tekan seperti tabel berikut: Pengeringan pada 7 hari Abu sampah (%)

Diameter (mm)

Luas (mm2)

Gaya (N)

Kuat Tekan (MPa)

0

27.54

595.38

19350

32.5

10

27.52

594.52

20987

35.3

20

27.50

593.66

22321

37.6

30

27.49

593.22

23966

40.4


Pengeringan pada 14 hari Abu sampah (%)

Diameter (mm)

Luas (mm2)

Gaya (N)

Kuat Tekan (MPa)

0

27.50

593.66

22321

37.6

10

27.52

594.52

23781

40.0

20

27.49

593.22

25271

42.6

30

27.49

593.22

26814

45.2


Diameter (mm)

Luas (mm2)

Gaya (N)

Kuat Tekan (MPa)

0

27.54

595.38

26554

44.6

10

27.50

593.66

27783

46.8

20

27.48

592.79

29165

49.2

30

27.50

593.66

30573

51.5


Diameter (mm)

Luas (mm2)

Gaya (N)

Kuat Tekan (MPa)

0

27.54

595.38

28043

47.1

10

27.50

593.66

29089

49.0

20

27.48

592.79

30470

51.4

30

27.50

593.66

31761

53.5


LAMPIRAN 6 Data Pengukuran Kuat Patah Contoh perhitungan untuk menentukan kuat patah pada 0 % abu sampah dan pengeringan 7 hari Kuat Patah =

3.P.l 2.b.h 2

dimana: P = gaya (N) l = panjang span (mm) b = lebar (mm) h = tinggi (mm) 3 × 1206 N × 100.mm Kuat Patah = 2 × 40.04.mm × ( 40.02) 2 .mm 2 = 2.82 MPa

Catatan: 1 MPa = 1 N/mm2 Dengan cara perhitungan yang sama diperoleh data hasil pengukuran kuat patah seperti tabel berikut: Pengeringan pada 7 hari Abu sampah (%)

Panjang (mm)

Lebar (mm)

Tinggi (mm)

Gaya (N)

Kuat Patah (MPa)

0

100

40.04

40.02

1206

2.82

10

100

40.05

40.01

1445

3.38

20

100

40.04

40.02

1731

4.05

30

100

40.03

40.03

2006

4.69



Panjang (mm)

Lebar (mm)

Tinggi (mm)

Gaya (N)

Kuat Patah (MPa)

0

100

40.06

40.03

1365

3.19

10

100

40.08

40.01

1638

3.83

20

100

40.05

40.04

1952

4.56

30

100

40.03

40.01

2495

5.84


Panjang (mm)

Lebar (mm)

Tinggi (mm)

Gaya (N)

Kuat Patah (MPa)

0

100

40.07

40.01

1445

3.38

10

100

40.08

40.01

1912

4.47

20

100

40.06

40.02

2391

5.59

30

100

40.03

40.01

3127

7.32


Panjang (mm)

Lebar (mm)

Tinggi (mm)

Gaya (N)

Kuat Patah (MPa)

0

100

40.07

40.01

1522

3.56

10

100

40.08

40.01

2096

4.90

20

100

40.06

40.02

2652

6.20

30

100

40.03

40.01

3665

8.58


LAMPIRAN 7

Alat Pengujian Kuat Tekan dan Kuat Patah

.

Model cetakan dan benda uji. kuat tekan

Foto pengujian Kuat tekan


Model cetakan dan Benda uji untuk kuat patah

Pengujian kuat patah menggunakan Universal Testing Mechine (UTM).


FIS

Recommend Documents