PEMANFAATAN LIMBAH KALENG BEKAS SEBAGAI SERAT DAN PENAMBAHAN FLY ASH TERHADAP SIFAT MEKANIS BETON Luhut Parulian Bagariang1. Nursyamsi2 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan E-mail :
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan 1
ABSTRAK Salah satu upaya tersebut adalah dengan memanfaatan limbah kaleng bekas yang diolah menjadi serat dan limbah pembakaran batu bara seperti fly ash. Limbah kaleng bekas dan fly ash ini dapat digunakan sebagai bahan tambahan pada campuran beton. Dalam penelitian ini, serat kaleng dan fly ash ditambah dalam satu campuran beton. Variasi I merupakan beton normal, variasi II dengan penambahan serat kaleng sebesar 20%, dan variasi III dengan penambahan serat kaleng sebesar 20% dan fly ash sebesar 15% dari volume semen. Pengujian yang dilakukan berupa slump tes, kuat tekan, kuat tarik belah, absorbsi beton dan pola retak beton. Dari hasil pengujian diperoleh kenaikan pada nilai kuat tekan, kuat tarik belah, dan absorbsi. Namun peningkatan yang paling besar adalah perawatan basah daripada perawatan awal basah 7 hari maupun awal kering 7 hari. Peningkatan kuat tekan yang paling besar adalah variasi III sebesar 8,333% dari beton normal. Kuat tarik belah yang mengalami peningkatan sebesar 18,414% dari beton normal. Absorbsi beton mengalami penurunan masing-masing sebesar 0,183% dan 0,392% dari beton normal. Untuk pola retak, setiap variasi menunjukkan adanya pengurangan jumlah retak dan panjang retak. Kata kunci: serat kaleng, fly ash, kuat tekan, tarik belah, absorbsi, pola retak
ABSTRACT One such effort is the utilization of waste cans are processed into fibers and coal combustion wastes such as fly ash. Tin waste and fly ash can be used as an aadditive in concrete mixtures. In this study, fiber cans fly ash added in the concrete mix. Variation I is a normal concrete, variation II with the addition of fiber cans by 20%, and variation III with the addition of fiber cans by 20% and 15% fly ash by volume of cement. Tests were conducted in form of slump test, compressive strength, split tensile strength, absorption of concrete, and concrete cracking pattern. From the test result obtained by the increase in the compressive strength, split tensile strength, and absorption. But the biggest improvement is the wet treatment than initial wet treatment for 7 days and initial dry treatment for 7 days. The best increase in compressive strength is variation III with 8,333% of normal concrete. Split tensile strength were increased by 18,414% of normal concrete. Concrete absorption decreased by 0,183% and 0,392% of normal concrete. To crack patterns, each variation indicates a reduction in the number of cracks and crack length. Keywords: fiber cans, fly ash, compressive strength, split tensile strength, absorption, crack pattern
1
PENDAHULUAN Pada umumnya beton digunakan sebagai salah satu bahan konstruksi yang sering dipakai dalam pembangunan. Akibat besarnya penggunaan beton, sementara material penyusunnya yang terbatas dan mahal, maka muncul terobosan-terobosan yang dilakukan untuk mengganti bahan penyusunnya tanpa mengurangi kualitas beton itu sendiri. Salah satu bentuk terobosan ini dilakukan dengan mengganti bahan tersebut dengan bahan yang lainnya misalnya memanfaatkan limbah yang ada disekitar kita. Dengan demikian, limbah-limbah tersebut dapat dimanfaatkan secara optimal, sehingga mempunyai nilai yang lebih tinggi. Kaleng bekas yang digunakan adalah limbah dari bekas tempat makanan yang banyak dijumpai di daerah sekitar tempat tinggal kita seperti kaleng minuman, makanan, dan lain-lain. Limbah kaleng ini perlu dimanfaatkan lebih optimal agar memiliki nilai jual yang lebih tinggi. Salah satu pemanfaatannya dengan memodifikasi limbah kaleng ini menjadi serat sebagai bahan campuran beton. Serat kaleng adalah serat buatan yang berasal dari limbah kaleng yang diolah menjadi serat-serat kecil dengan ukuran tertentu (Marsudi, 2009). Sebelumnya telah dilakukan penelitian oleh Marsudi, 2009, dengan ukuran panjang 10 mm dan lebar 1 mm dengan pengujian kuat tekan K-150 dan K-450, dan penelitian oleh Nursetiaji Pamungkas, 2006, dengan ukuran panjang ± 20 mm dan lebar 2 mm dengan pengujian kuat tekan K-225. Sedangkan penelitian ini sendiri tentang pemanfaatan limbah kaleng sebagai serat yang dimodifikasi berukuran 1 x 20 mm yang dicampur sebanyak 20% dari volume semen dan ditambah dengan fly ash sebanyak 15% dari volume semen pada beton bermutu f’c 25 Mpa. Abu terbang (fly ash) batubara adalah bahan yang berbutir halus yang bersifat apozzolanic yang merupakan bahan alami atau buatan yang diperoleh dari sisa pembakaran batubara dan pabrik pembangkit panas. Fly ash sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan ukuran partikelnya yang halus, oksida silika yang dikandung oleh fly ash akan bereaksi secara kimia dengan kalsium hidroksida yang terbentuk dari proses hidrasi semen dan menghasilkan zat yang memiliki kemampuan mengikat. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui workabilitas beton segar yang menggunakan serat kaleng dan fly ash sebagai bahan tambah dalam campuran beton, serta mengetahui perilaku mekanik beton yang menggunakan serat kaleng dan fly ash sebagai bahan tambah dalam campuran beton dan membandingkannya dengan beton normal. Perilaku mekanik yang diteliti meliputi: kuat tekan, kuat tarik belah, absorbsi, dan pola retak. Adapun batasan masalah pada penelitian ini sebagai berikut: 1. Mutu beton yang direncanakan adalah f’c 25 Mpa. 2. Menggunakan bahan campur serat kaleng dan fly ash. 3. Penambahan serat kaleng dan fly ash adalah 20% dan 15% dari volume semen. 4. Benda uji yang digunakan untuk uji tekan, tarik belah, dan absorbsi adalah silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm dan pelat 100x100x8 cm untuk pola retak. 5. Perawatan beton dilakukan dengan 3 metode yaitu basah, awal basah 7 hari, dan awal kering 7 hari. 6. Pengujian kuat tekan dilakukan pada benda uji umur 28 hari. 7. Pengujian tarik belah dilakukan pada benda uji umur 28 hari. 8. Pengujian absorbsi dilakukan pada benda uji umur 28 hari. 9. Pengujian pola retak dilakukan pada benda uji pelat selama 45 hari.
2
BAHAN DAN METODE Bahan yang digunakan adalah agregat halus dan agregat kasar (batu pecah) yang berasal dari quarry Sei Wampu, Binjai dan semen yang digunakan adalah semen Porland tipe I yaitu Semen Padang air yang digunakan adalah air dari PDAM Tirtanadi, di Laboratorium Bahan Rekayasa Teknik Sipil USU, Medan. Serat kaleng yang digunakan adalah serat yang telah diolah menjadi serat yang berukuran 1x20 mm dan fly ash diperoleh dari PLTU Labuhan Angin. Peralatan yang digunakan adalah peralatan untuk memeriksa agregat halus dan agregat kasar serta mesin uji tekan dan tarik beton. Adapun cetakan yang digunakan adalah cetakan silider ukuran diameter 15 cm dan tinggi 30 cm, serta pelat ukuran 100x100x8 cm. Pembuatan benda uji direncanakan sebanyak 63 buah silinder dan 3 buah pelat. Pembuatan benda uji dilakukan di Laboratorium Bahan Rekayasa Teknik Sipil USU. Berikut distribusi benda uji untuk tiap pengujian: Tabel 1. Distribusi benda uji Variasi
Perawatan
Uji Kuat Tekan umur 28 hari 3
Uji Kuat Tarik Belah umur 28 hari
Uji Absorbsi Beton
Uji Pola Petak
3
Basah Beton Normal
Awal basah 7 hari
3
3 3
1
3
1
3
1
Awal kering 7 hari
Basah Beton normal + 20% serat kaleng
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Awal basah 7 hari
Awal kering 7 hari
Basah Beton normal + 20% serat kaleng + 15% fly ash
Awal basah 7 hari
Awal kering 7 hari 3
TOTAL
3
66
3
HASIL DAN PEMBAHASAN Seluruh tahap pengerjaan benda uji seperti persiapan, pemeriksaan, pengecoran, serta perawatan telah dilakukan sesuai prosedur. Pada tahap pengujian dilakukan di Laboratorium Bahan Rekayasa Teknik Sipil USU. Benda uji silinder yan telah berumur 28 hari dapat diuji kuat tekan , tarik belah, serta absorbsi beton. Sedangkan pengujian pola retak pada benda uji pelat dilakukan selama 45 hari. Hasil pengujian yang diperoleh merupakan data kasar yan harus dihitung kembali dan dianalisis unutk mengetahui pengaruh bahan tambah serat kaleng serta fly ash pada campuran beton. Nilai Slump Tingkat kemudahan pengerjaan dapat dilihat dari nilai slump. Tabel 2. Nilai slump tiap variasi Nilai Variasi Slump Variasi I 11 Variasi II (penambahan 9 20% serat kaleng) Variasi III (penambahan 20% serat kaleng dan 15% fly ash)
9
Dari tabel dapat dilihat bahwa dengan adanya penambahan serat kaleng dan fly ash , nilai slump yang didapatkan juga semakin rendah. Hal ini disebabkan karena serat kaleng dan fly ash dapat menyerap air, sehingga membuat pengerjaan variasi II dan III lebih sulit dibandingkan pengerjaan beton normal. Pengaruh Serat Kaleng dan Fly Ash Terhadap Slump Nilai Slump (cm)
12
11
10 8 6 4
9
9
Variasi II
Variasi III
2 0 variasi I
Jenis-jenis Variasi
Gambar 1. Grafik nilai slump tiap variasi
4
Uji Kuat Tekan Beton Pengujian kuat tekan beton dilakukan pada umur 28 hari yang dimaksudkan untuk mendapatkan gambaran perkembangan kekuatan tekan beton dengan menggunakan bahan tambah serat kaleng dan fly ash. Tabel 3. Kuat tekan beton tiap variasi Nama Variasi
Kuat Tekan Beton (Mpa) Basah AB 7 Hari AK 7 Hari
Variasi I (normal)
25.06
23.29
21.97
Variasi II (penambahan 20% serat kaleng)
26.23
23.4
22.04
Variasi III (penambahan 20% serat kaleng dan 15% fly ash)
27.14
23.67
22.12
Hasil kuat tekan masing-masing variasi dapat dilihat pada diagram batang dibawah ini. Pengaruh Serat Kaleng dan Fly Ash Terhadap Kuat Tekan 28 Kuat Tekan (Mpa)
27 26 25 24
27.14 26.23
25.06
23.4
23.29
23
Basah AB 7 Hari
22 21
23.67
21.97
22.04
22.12
AK 7 Hari
20 Variasi I
Variasi II
Variasi III
Jenis Variasi
Gambar 2. Grafik Kuat Tekan Tiap Variasi Dari hasil pengujian kuat tekan pada pada benda uji umur 28 hari diperoleh hasil bahwa terjadi peningkatan kekuatan pada penambahan serat kaleng dan fly ash pada masing-masing perawatan. Pada perawatan basah, kuat tekan pada beton normal adalah 25,06 Mpa, terjadi peningkatan kuat tekan pada variasi II sebesar 4,666% terhadap beton normal. Untuk variasi III juga mengalami peningkatan kuat tekan sebesar 8,333% terhadap beton normal. Pada perawatan awal basah 7 hari, kuat tekan beton normal sebesar 23,29 Mpa, lebih rendah 7,063% dari beton normal pada perawatan basah. Namun mengalami peningkatan kuat tekan sebesar 0,472% untuk variasi II dan 1,632% untuk variasi III terhadap beton 5
normal. Pada perawatan awal kering 7 hari, kuat tekan yang didapat sebesar 21,97 Mpa, lebih rendah 12,33% dari beton normal pada perawatan basah. Namun mengalami peningakatan kuat tekan sebesar 0,319% pada variasi II dan sebesar 0,683% pada variasi III terhadap beton normal. Uji Kuat Taruk Belah Pengujian kuat tarik beton dilakukan pada umur 28 hari yang dimaksudkan untuk mendapatkan gambaran besarnya tegangan tarik beton dengan menggunakan bahan tambahan serat kaleng dan fly ash dan hasilnya dibandingkan dengan beton normal. Hasil kuat tarik belah tiap variasi dapat dilihat pada tabel 4.5 berikut ini. Tabel 4. Kuat Tarik Belah Tiap Variasi Nama Variasi
Kuat Tarik Belah (Mpa) Basah AB 7 Hari AK 7 Hari
Variasi I (normal)
3.204
3.057
2.792
Variasi II (penambahan 20% serat kaleng)
3.765
3.254
2.978
Variasi III (penambahan 20% serat kaleng dan 15% fly ash)
3.794
3.322
3.018
Kuat Tarik (Mpa)
Pengaruh Serat Kaleng dan Fly Ash Terhadap Kuat Tarik
4 3.5
3.765 3.204
3
3.057
2.5
2.792 Variasi I
3.254 2.978 Variasi II
3.794 3.322 3.018 Variasi III
Basah AB 7 Hari AK 7 Hari
Jenis Variasi
Gambar 3. Grafik Kuat Tarik Belah Tiap Variasi Dari grafik diatas menunujukkan bahwa kuat tarik belah tiap variasi mengalami peningkatan. Pada perawatan basah, kuat tarik belah beton normal diperoleh sebesar 3,204 Mpa. Variasi II mengalami peningkatan kuat tarik belah sebesar 17,509% terhadap beton normal, sedangkan pada variasi III mengalami peningkatan kuat tarik belah sebesar 18,414% terhadap beton normal. Pada perawatan awal basah 7 hari, kuat tarik belah yang didapat sebesar 3,057 Mpa, lebih rendah 4,6% terhadap beton normal 6
pada perawatan basah. Namun pada variasi II mengalami peningkatan sebesar 6,444% dan 8,669% pada variasi III terhadap beton normal. Pada perawatan awal kering 7 hari, kuat tarik belah yang diperoleh sebesar 2,792 Mpa, lebih rendah 12,859% terhadap beton normal pada perawatan basah. Variasi II mengalami peningkatan sebesar 6,662% dan variasi III mengalami peningkatan sebesar 8,095% terhadap beton normal. Uji Absorbsi Beton Pengujian permeabilitas beton dilakukan dengan melakukan perendaman sampel silinder beton selama 24 jam setelah beton berumur lebih dari 28 hari yang dimaksudkan untuk mendapatkan kekedapan/laju resapan air pada berbagai variasi campuran dan dibandingkan dengan beton normal. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.6 berikut ini. Tabel 5. Absorbsi Beton Tiap Variasi Variasi
Absorbsi rata-rata (%)
Variasi I
0.464
Variasi II
0.379
Variasi III
0.282
Pengaruh Serat Kaleng dan Fly Ash Terhadap Absorbsi Beton Absorbsi (%)
0.500
0.400 0.300 0.200 0.100 0.000
0.464 0.379 0.282
Variasi I
Variasi II
Variasi III
Jenis Variasi
Gambar 4. Diagram Perbandingan Absorbsi Beton Tiap Variasi Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa beton normal memperoleh nilai absorbs sebesar 0,46%. Sedangkan variasi II dan III memperoleh nilai absorbs sebesar 0,379% dan 0,282%. Nilai absorbsi tiap variasi mengalami penurunan. Hal ini karena serat kaleng dan fly ash mampu mengisi rongga-rongga kosong pada beton, sehingga penyerapan air pada beton semakin berkurang.
7
Pola Retak Pelat Pengamatan yang dilakukan adalah secara visual untuk mengetahui pola penyebaran dan perkembangan retak akibat shrinkage yang terjadi pada benda uji pelat beton selama 45 hari. Benda uji plat beton tanpa tulangan yang berdimensi (100 x 100 x 8 ) cm. Tabel 6. Hasil Pengamatan Pola Retak Pelat Tiap Variasi Jenis Variasi Variasi I Variasi II Variasi III
Hari ke-1
Waktu pengamatan Hari Hari Hari Hari kekeke-3 ke-7 14 28
Hari ke45
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
Keterangan : ( + ) = terjadi retak ;( - ) = tidak terjadi retak Dari Tabel 4.7 diatas diketahui bahwa campuran beton variasi I, variasi II, dan variasi III telah mengalami retak setelah 24 jam dari waktu pengecoran. Tabel 7. Jumlah Retak Tiap Variasi Pengamatan Jumlah Retak Pada Pelat Hari Hari Hari Hari Hari keke-1 ke-3 ke-7 ke-14 28 Variasi I Variasi II Variasi III
Hari ke45
11
14
18
20
21
21
5
7
10
12
12
12
4
7
8
10
10
10
Pengaruh Serat Kaleng dan Fly Ash Terhadap Jumlah Retak 25
Jumlah Retak
21
18 14
15 11 10 5
21
20
20
10 7
12
7
12 Variasi I
10
5
12 10
10
8
Variasi II Variasi III
4 0 Hari ke-1Hari ke-3Hari ke-7 Hari ke- Hari ke- Hari ke14 28 45 Waktu Pengamatan
Gambar 5. Grafik Jumlah Retak Terhadap Waktu Pengamatan 8
Tabel 8. Panjang Retak Selama Pengamatan Panjang Retak Tiap Waktu Pengamatan Hari Hari Hari Hari Hari kekeHari ke-1 ke-3 ke-7 14 28 ke-45
Nama Variasi Variasi I Variasi II Variasi III
8
11
13
15
16
17
5
7
10
11
12
13
4
5
8
9
10
11
Panjang Retak (mm)
Pengaruh Serat Kaleng dan Fly Ash Terhadap Panjang Retak 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
15
13 11 8
10
7 8
5
11
9
16
12
10
17 13
11 Variasi I Variasi II
4
5
Variasi III
Hari ke- Hari ke- Hari ke- Hari ke- Hari ke- Hari ke1 3 7 14 28 45 Waktu Pengamatan
Gambar 6. Grafik Panjang Retak Terhadap Waktu Pengamatan Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat terlihat bahwa pada semua variasi baik variasi I, variasi II, dan variasi III mengalami penambahan panjang dari hari ke-1 sampai hari ke-45. Dari hasil penelitian pola retak dapat dilihat bahwa penambahan serat kaleng dan fly ash pada campuran beton dapat mengurangi jumlah dan panjang retak. Fly ash dapat mengisi rongga sehingga menjaga beton dari penguapan yang relatif tinggi dan serat kaleng dapat menjaga ketahanan terhadap pecahan, pengelupasan, bahkan susutan terhadap beton. Dari hasil kuat tekan dan kuat tarik belah juga dapat kita lihat bahwa pada perawatan awal kering 7 hari mempunyai kuat tekan dan tarik belah paling kecil diantara perawatan basah dan perawatan awal basah 7 hari. Hal ini karena beton dengan perawatan awal kering 7 hari mengalami kekurangan air dalam proses pengikatannya. Akibatnya, proses pengikatan yang terjadi tidak sempurna dan berdampak buruk pada kualitas beton itu sendiri seperti berkurangnya kuat tekan dan kuat tarik beton.
9
KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil pengujian yang dilakukan terhadap betondengan bahan tambah srat kaleng dan fly ash, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan: 1. Penggunaan serat kaleng dan fly ash pada campuran beton dengan penambahan sebesar 20% serat kaleng (variasi II) dan 20% serat kaleng + 15% fly ash (variasi III) dari pemakaian semen dapat meningkatkan nilai slump sehingga workability beton berkurang. 2. Penggunaan serat kaleng dan fly ash pada campuran beton dapat meningkatkan kuat tekan beton. Peningkatan yang paling signifikan diperoleh pada perawatan basah, yaitu meningkat sebesar 4,669% terhadap beton normal pada variasi II dan meningkat sebesar 8,3% terhadap beton normal pada variasi III. Sedangkan pada pengujian kuat tarik belah, peningkatan yang paling signifikan juga diperoleh pada perawatan basah, yaitu meningkat sebesar 17,509% terhadap beton normal pada variasi II dan meningkat sebesar 18,414% terhadap bton normal pada variasi III. Jadi, serat kaleng sangat baik dalam meningkatkan kualitas beton terutama pada kuat tarik beton. 3. Dengan adanya penambahan serat kaleng dan fly ash dapat mengurangi jumlah retak dan panjang retak pada pelat akibat shrinkage. Absorbsi beton juga semakin berkurang dengan adanya serat kaleng dan fly ash, karena serat kaleng dan fly ash mampu mengisi rongga beton dan mengurangi penyerapan air. Saran-saran yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Perlu adanya penelitian lebih lanjut dengan menggunakan serat kaleng dalam berbagai bentuk agar dapat dibandingkan serat mana yang lebih baik. 2. Kombinasi antara limbah serat kaleng dengan material lain juga dapat dipertimbangkan guna memperoleh kualitas beton yang baik.
DAFTAR PUSTAKA ASTM, Annual Books of ASTM Standards 1991 : Concretes And Aggregates, Vol.04. Construction, Philadelphia-USA: ASTM.1991.PA19103-1187. Andoyo. 2006. Pengaruh Penggunaan Abu Terbang (Fly Ash) Terhadap Kuat Tekan dan Serapan Air pada Mortar. Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang: Semarang. Marsudi. 2007. Kajian Komparatif Kualitas Beton Antara Bahan Tambah Serat Kaleng, Serat Fiber, Serat Kawat Dengan Serat Kaleng dan Serat Fiber yang Berbentuk Pentagonal. Jurnal Wahana Teknik Sipil, vol.12.No.3.Desember 2007. Semarang. Marsudi, 2009. Kualilas Beton Serat Kaleng Proporsi 20% Dimensi 1x10mm Dengan Tinjauan Kuat Tekan K-150 dan K-450 di Banyuwangi Semarang. Jurnal Wahana Teknik Sipil, volume 14, No.3. Agustus 2009. Semarang. Maryoto, Agus. 2008. Pengaruh Penggunaan High Volume Fly Ash Pada Kuat Tekan Mortar. Jurnal Teknik Sipil dan Perencangan, volume 10, No.2. Juli 2008. Purwokerto. Mulyono, Tri. 2003. Teknologi Beton. Penerbit ANDI. Yogyakarta. Murdock, L. J, L. M. Brock dan Stephanus Hendarko. 1986. Bahan dan Praktek Beton, Edisi Ke – 4 . Erlangga. Jakarta. 10
Nursyamsi. 2005. Pengaruh Perawatan Terhadap Daya Tahan Beton. Jurnal Teknik Semetrika, volume 4, No.2. Agustus 2005. Medan. Sukoyo. 2011. Rekayasa Peningkatan Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Serat . Jurnal Teknis, vol.6.No. 2. Agustus 2011.Semarang. SK SNI 03–2491-2002. Metode Pengujian Kuat Tarik Belah Beton. Badan Standar Nasional. SNI. 03-1974-1990. Tentang “Metode Pengujian Kuat Tekan Beton”. SNI. 1972:2008. Tentang “Cara Uji Slump Beton”. Tjokrodimuljo,K.,1996.Teknologi Beton, Nafiri, Yogyakarta.
11
