TESIS
PENGGUNAAN TERAK NIKEL SEBAGAI AGREGAT DALAM CAMPURAN BETON
WAYAN MUSTIKA
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015
TESIS
PENGGUNAAN TERAK NIKEL SEBAGAI AGREGAT DALAM CAMPURAN BETON
WAYAN MUSTIKA NIM: 1391561012
PROGRAM MAGISTER P PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 i
PENGGUNAAN TERAK NIKEL SEBAGAI AGREGAT DALAM CAMPURAN BETON
Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister pada Program Magister, Program Studi Teknik Sipil, Program Pasca Sarjana Universitas Udayana
WAYAN MUSTIKA NIM: 1391561012
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 ii
Lembar Pengesahan
TESIS INI TELAH DISETUJUI TANGGAL 06 AGUSTUS 2015
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA NIP. 19620404 199103 1 002
Ir. I Ketut Sudarsana, PhD. NIP. 19691016 199601 1 001
Mengetahui
Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Program Pasca Sarjana Universitas Udayana
Direktur Program Pasca Sarjana Universitas Udayana
Putu Alit Suthanaya, ST, MEngSc., Ph.D. NIP. 19690805 199503 1 001
Prof. Dr. dr. A.A Raka Sudewi, Sp.S (K) NIP. 19590215 198510 2 001
iii
Tesis Ini Telah Diuji pada Tanggal 06 Agustus 2015
Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana, No. : 2337/UN.14.4/HK/2015, Tanggal 03 Agustus 2015
Ketua : Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA.
Anggota : 1. I Ketut Sudarsana, ST., Ph.D. 2. Ir. Ngakan Made Anom Wiryasa, MT. 3. Ir. Ida Ayu Made Budiwati, M.Sc., Ph.D. 4. Ida Bagus Rai Widiarsa, ST., MASc., Ph.D.
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur ke hadapan Ida Hyang Widhi Wasa, karena atas asung kertha waranugraha-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan sesuai dengan waktu yang telah ditentukan. Tesis ini berhasil di susun berkat pengetahuan dan bimbingan yang kami peroleh dari para dosen selama kuliah pada program Magister Teknik Sipil Universitas Udayana, dukungan dan dorongan dari keluarga tercinta dan para sahabat, oleh karena itu kami secara khusus menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Rektor, Pembantu Rektor dan Staf pada Universitas Udayana. 2. Direktur Program Pasca Sarjana Universitas Udayana. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA, selaku Ketua Program Magister Teknik Sipil pada Program Pasca Sarjana Universitas Udayana, sekaligus selaku Dosen Pembimbing I . 4. Bapak Ir. I Ketut Sudarsana, PhD. selaku Dosen Pembimbing II. 5. Seluruh Dosen, Staf dan Karyawan pada Program Magister Teknik Sipil Universitas Udayana. 6. Rekan-rekan mahasiswa Program Magister Teknik Sipil Universitas Udayana, terima kasih atas bantuan dan semangat kebersamaan. Terkhusus rekan-rekan seperjuangan yang selalu memberikan semangat dan dorongan yang tiada henti.
v
7. Sembah sujud dan terima kasih kepada kedua orang tua kami tercinta, ayahanda dan ibunda, istri dan anak-anak tercinta serta seluruh keluarga yang telah banyak memberikan bantuan moril maupun materil serta doa yang tulus Semoga Ida Shang Hyang Widhi Wasa, Tuhan Yang Maha Kuasa senantiasa membalas setiap kebaikan dari dalam hati sanubari mereka. Sepenuhnya kami menyadari Tesis ini masih sangat jauh dari kesempurnaan, untuk itu kami mengharapkan saran, masukan dan kritik ke arah penyempurnaan Tesis ini. Dan semoga Tesis ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Denpasar, Agustus 2015
Penulis
vi
ABSTRAK
PENGGUNAAN TERAK NIKEL SEBAGAI AGREGAT DALAM CAMPURAN BETON
Terak nikel adalah salah satu jenis limbah peleburan bijih nikel setelah melalui proses pembakaran. Produksi dari terak nikel PT. Aneka Tambang Pomalaa Kabupaten Kolaka Provinsi Sulawesi Tenggara selama kurun waktu periode 20112012 sekitar 1 juta ton terak, dengan kandungan nikel dalam pengolahan biji nikel adalah antara 1,80% sampai 2,00%. Secara visual, bentuk fisik dari terak nikel ini menyerupai agregat baik yang halus menyerupai pasir maupun yang kasar menyerupai kerikil. Ketersediaan material agregat alami di sekitar lokasi penelitian relatif sedikit, dengan demikian perlu dilakukan penelitian untuk memanfaatkan limbah terak nikel tersebut dalam teknologi beton. Penelitian tentang penggunaan terak nikel sebagai agregat dalam campuran beton ini dilaksanakan dengan menggunakan benda uji berbentuk silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm sebanyak 48 (empat puluh delapan) buah yang diuji pada umur 28 hari. Digunakan 4 (empat) variasi campuran yaitu Variasi 01, campuran beton dengan 100% agregat alami; Variasi 02, campuran beton dengan terak nikel sebagai agregat kasar dan pasir sebagai agregat halus; Variasi 03, campuran beton dengan terak nikel sebagai agregat halus dan kerikil sebagai agregat kasar; dan Variasi 04, campuran beton dengan terak nikel sebagai agregat kasar dan agregat halus. Gradasi agregat dalam campuran ditetapkan dan dirancang sehingga memenuhi spesifikasi gradasi campuran untuk ukuran agregat maksimum 40 mm. Komposisi campuran beton yang digunakan adalah campuran beton dengan perbandingan berat semen : aggegat halus : agregat kasar adalah 1 : 2 : 3 dan faktor air semen (fas) ditetapkan sebesar 0,5. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jika dibandingkan dengan penggunaan agregat alami, terak nikel yang digunakan hanya sebagai agregat kasar, sebagai agregat halus saja dan gabungan agregat kasar dan agregat halus mengakibatkan nilai slump berturut-turut menurun 39,47 %, meningkat sebesar 55,26 %, dan meningkat sebesar 34,21 %. Sebagai agregat kasar, terak nikel meningkatkan nilai kuat tekan, modulus elastisitas dan kuat tarik belah berturut-turut sebesar 42,27 %, 19,37% dan 23,46%. Sebagai agregat halus, terak nikel mengakibatkan nilai kuat tekan, modulus elastisitas dan kuat tarik belah turun berturut-turut sebesar 16,75 %, 6,70% dan 24,58%. Sebagai gabungan agregat kasar dan halus, terak nikel meningkatkan nilai kuat tekan, modulus elastisitas dan kuat tarik belah berturut-turut sebesar 10,31 %, 9,26% dan 6,70%.
Kata kunci : terak nikel, nilai slump, kuat tekan, modulus elastisitas, kuat tarik belah
vii
ABSTRACT
THE USE OF NICKEL SLAG AS AGGREGATE OF THE CONCRETE MIXTURE
Nickel slag is one kind of nickel ore smelting waste after the combustion process. Production of nickel slag of PT. Antam Pomalaa Kolaka Southeast Sulawesi Province during the period of 2011-2012 approximately 1 million tons, with a nickel content in ore processing of nickel is between 1.80% to 2.00%. Visually, the physical form of this nickel slag aggregates resemble either a smooth resembles coarse sand and gravel resemble. The availability of natural aggregate material in around the location of study is relatively small, so research must be done to explore the nickel slag waste in concrete technology. Research on the use of nickel slag as an aggregate in concrete mixture was carried out using a cylindrical specimen with a diameter of 15 cm and 30 cm high by 48 (fortyeight) pieces were tested at 28 days. Using four (4) variations in the mix. Variation 01, a mixture of concrete with 100% natural aggregates; Variation 02, a mixture of concrete with nickel slag as coarse aggregate and sand as fine aggregate; Variation 03, a mixture of concrete with nickel slag as fine aggregate and gravel as coarse aggregate; and Variation 04, a mixture of concrete with nickel slag as coarse aggregate and fine aggregate. Gradation of aggregate in the mix is set and designed so according to the specifications gradation mixture for maximum aggregate size of 40 mm. The composition of the concrete mixture used is a mixture of concrete with a weight ratio of cement: fine aggegat: coarse aggregate is 1: 2: 3 and the water-cement ratio (fas) was set at 0.5. The results showed that when compared with the use of natural aggregate, nickel slag is used only as a coarse aggregate, a fine aggregate only and combined aggregate coarse and fine aggregates resulting slump values fell 39.47%, an increase of 55.26%, and an increase of 34.21%. As a coarse aggregate, slag nickel increases the compressive strength, modulus of elasticity and splitting tensile strenght, respectively for 42.27%, 19.37% and 23.46%. As fine aggregate, nickel slag resulting value of compressive strength, modulus of elasticity and tensile strength divided down respectively by 16.75%, 6.70% and 24.58%. As a combination of coarse and fine aggregate, slag nickel increases the compressive strength, modulus of elasticity and splitting tensile strenght, respectively for 10.31%, 9.26% and 6.70%. , Keywords: nickel slag, the value of slump, compressive strength, modulus of elasticity, splitting tensile strenght
viii
DAFTAR ISI
Halaman Sampul Dalam ............................................................................................ Persyaratan Gelar ....................................................................................... Lembar Pengesahan ................................................................................... Lembar Penetapan Panitia Penguji Tesis ................................................... Ucapan Terima Kasih ................................................................................. Abstrak ....................................................................................................... Abstract ...................................................................................................... Daftar Isi ..................................................................................................... Daftar Tabel ............................................................................................... Daftar Gambar ............................................................................................ Daftar Singkatan atau Tanda ...................................................................... Daftar Lampiran ......................................................................................... BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .................................................................. 1.2 Rumusan Masalah ............................................................ 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................. 1.4 Batasan Masalah ............................................................... 1.5 Manfaat Penelitian ........................................................... TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Semen Portland ................................................................ 2.2 Agregat ............................................................................. 2.2.1 Berat Jenis Agregat .............................................. 2.2.2 Ukuran Maksimum dan Butir Agregat ................. 2.2.3 Gradasi Agregat .................................................... 2.2.4 Modulus Halus Butir ............................................ 2.2.5 Serapan dan Kadar Air Dalam Agregat ............... 2.2.6 Persyaratan Agregat ............................................. 2.3 Air .................................................................................... 2.4 Terak (Terak) ................................................................... 2.5 Sifat-Sifat Beton Segar ..................................................... 2.5.1 Sifat Kemudahan Dikerjakan (Workability) ......... 2.5.2 Berat Volume ....................................................... 2.5.3 Waktu Ikat ............................................................ 2.6 Sifat Mekanik Beton ........................................................ 2.6.1 Kuat Tekan Beton ................................................. 2.6.2 Modulus Elastisitas .............................................. 2.6.3 Kuat Tarik Beton .................................................. 2.7 Penelitian Sebelumnya Tentang Penggunaan Terak Nikel .......................................................................
ix
i ii iii iv v vii viii ix xi xii xiii xiv
1 4 4 5 6
7 8 9 10 11 18 19 20 21 22 25 26 27 28 28 28 30 31 32
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian ....................................................... 3.2. Lokasi dan Waktu Penelitian .......................................... 3.3. Variabel Penelitian ........................................................... 3.4. Bahan Penelitian ............................................................... 3.5. Prosedur Penelitian .......................................................... 3.5.1. Metode Pengujian Bahan ..................................... 3.5.2. Pengujian Slump (Slump Test)............................... 3.5.3. Pengujian Kuat Tekan Beton ................................ 3.5.4. Pengujian Modulus Elastisitas .............................. 3.5.5. Pengujian Kuat Tarik Belah ................................. BAB IV HASIL PENELITIAN 4.1. Hasil Pemeriksaan Material ............................................. 4.1.1. Hasil Pemeriksaan Kerikil .................................... 4.1.2. Hasil Pemeriksaan Pasir ....................................... 4.1.3. Hasil Pemeriksaan Terak Nikel Sebagai Agregat Kasar ....................................................... 4.1.4. Hasil Pemeriksaan Terak Nikel Sebagai Agregat Halus ....................................................... 4.2. Hasil Pengujian Beton ...................................................... 4.2.1. Slump Test ............................................................ 4.2.2. Berat Volume Beton ............................................. 4.2.3. Kuat Tekan Beton ................................................. 4.2.4. Modulus Elastisitas Beton .................................... 4.2.5. Kuat Tarik Belah Beton ........................................ 4.3. Pembahasan ....................................................................... 4.3.1. Pengaruh Penggunaan Terak Nikel sebagai Agregat Dalam Campuran Beton Terhadap Nilai Slump ........................................................... 4.3.2. Pengaruh Penggunaan Terak Nikel sebagai Agregat Dalam Campuran Beton Terhadap Sifat Mekanis Beton ............................................. 4.3.3. Hubungan Antara Kuat Tekan dan Modulus Elastisitas Beton .................................................... 4.3.4. Hubungan Antara Kuat Tekan dan Kuat Tarik Belah Beton ...........................................................
BAB V
34 36 36 37 39 39 40 41 42 42
44 44 44 45 46 47 47 48 49 51 52 54
54
55 57 58
SIMPULAN DAN SARAN 5.1. Simpulan .......................................................................... 5.2. Saran .................................................................................
59 60
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. LAMPIRAN ...............................................................................................
61 63
x
DAFTAR TABEL 2.1. 2.2 2.3.
Gradasi Pasir .................................................................................. Gradasi Kerikil ............................................................................... Persen butir yang lewat ayakan, (%) untuk agregat dengan butir maksimum 40 mm ................................................................. 2.4. Persen butir yang lewat ayakan, (%) untuk agregat dengan butir maksimum 30 mm ................................................................. 2.5. Persen butir yang lewat ayakan, (%) untuk agregat dengan butir maksimum 20 mm ................................................................. 2.6. Persen butir yang lewat ayakan, (%) untuk agregat dengan butir maksimum 10 mm ................................................................. 2.7. Persyaratan kekerasan agregat kasar untuk beton ........................... 2.8. Hasil pengujian sifat fisik agregat terak nikel ................................ 2.9. Komposisi kimia terak nikel .......................................................... 2.10. Rekomendasi nilai slump untuk pemakaian beton segar pada elemen-elemen struktur ......................................................... 2.11. Perkiraan kuat tekan beton pada berbagai umur beton ................... 3.1. Variasi Benda Uji ........................................................................... 3.2. Jenis Pengujian dan Jumlah Benda Uji .......................................... 3.3. Jenis dan Sumber material yang digunakan dalam penelitian......... 3.4. Gradasi Campuran yang digunakan dalam penelitian ..................... 4.1. Hasil pemeriksaan kerikil ................................................................ 4.2. Hasil Pemeriksaan Pasir ................................................................. 4.3. Hasil Pemeriksaan Agregat Kasar (Terak nikel) ............................. 4.4. Hasil Pemeriksaan Agregat Halus (Terak nikel) ............................. 4.5. Nilai Slump Campuran Beton .......................................................... 4.6. Berat Volume Rata-Rata Benda Uji ............................................... 4.7. Nilai Kuat Tekan Campuran Beton ................................................. 4.8. Nilai Modulus Elastisitas Beton Rata-Rata ..................................... 4.9. Hasil Uji Kuat Tarik Belah Beton ................................................... 4.10. Hubungan Antara Modulus Elastisitas (Ec) dan Akar Kuat Tekan Beton ( ) Berdasarkan Data Hasil Penelitian ......... 4.11. Hubungan Antara Kuat Tarik Belah (Fct) dan Akar Kuat Tekan Beton (
) Berdasarkan Data Hasil Penelitian .........
xi
Halaman 12 13 14 15 16 17 21 25 25 27 30 37 37 38 38 44 45 45 46 47 48 50 51 53 57 58
DAFTAR GAMBAR Halaman 1.1. 1.2. 2.1. 2.2 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.
Limbah Terak Nikel yang Digunakan Sebagai Bahan Timbunan .. Bentuk dan Ukuran Fisik Limbah Terak Nikel .............................. Kurva Gradasi Pasir ....................................................................... Kurva Gradasi Kerikil .................................................................... Kurva Gradasi Standar Agregat Dengan Butir Maksimum 40 mm Kurva Gradasi Standar Agregat Dengan Butir Maksimum 30 mm Kurva Gradasi Standar Agregat Dengan Butir Maksimum 20 mm Kurva Gradasi Standar Agregat Dengan Butir Maksimum 10 mm Proses Pembuatan Nikel ................................................................. Skema Tahapan Penelitian .............................................................. Gradasi Campuran ........................................................................... Pengujian Slump .............................................................................. Pengujian Kuat Tekan Silinder Beton ............................................. Pengujian Tekan dan Perpendekan Silinder Beton ......................... Pengujian Tarik Belah Beton .......................................................... Nilai Slump pada Berbagai Jenis Variasi Benda Uji ....................... Berat Volume pada Berbagai Jenis Variasi Benda Uji ................... Kuat Tekan Beton pada Berbagai Jenis Variasi Benda Uji ............. Modulus Elastisitas pada Berbagai Jenis Variasi Benda Uji ........... Kuat Tarik Belah pada Berbagai Jenis Variasi Benda Uji ..............
xii
2 2 12 13 15 16 17 18 24 35 39 41 41 42 43 47 49 50 51 53
DAFTAR SINGKATAN ATAU TANDA SINGKATAN fas = faktor air semen b.j. = berat jenis Vb = Volume butiran agregat W = Weight (berat agregat) SNI = Standar Nasional Indonesia ASTM = American Standard Testing Materials PC = Portland Cement V.01 = Variasi 01, variasi campuran dengan 100% agregat alami V.02 = Variasi 02, variasi campuran dengan terak nikel sebagai agregat kasar V.03 = Variasi 03, variasi campuran dengan terak nikel sebagai agregat halus V.04 = Variasi 04, variasi campuran dengan terak nikel sebagai agregat kasar dan agregat halus
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A. Lampiran B. Lampiran C. Lampiran D.
Surat Keterangan dan Hasil Pengujian Karakteristik Agregat Rancangan Penggunaan Material Untuk Pencampuran Benda Uji Hasil Pengujian Beton Dokumentasi
xiv
