PENGARUH SUBSTITUSI ABU KULIT KERANG TERHADAP SIFAT MEKANIK BETON (EKSPERIMENTAL) Ade Sri Rezeki1 dan Rahmi Karolina2 Departemen Teknik Sipil , Universitas Sumatera Utara, JL. Perpustakaan No. 1Kampus USU Medan Email :
[email protected] Staf Pengajar Teknik Sipil , Universitas Sumatera Utara, JL. Perpustakaan No. 1Kampus USU Medan Email :
[email protected] ABSTRAK Beton merupakan material utama untuk konstruksi yang banyak digunakan di seluruh dunia. Semakin meluasnya penggunaan beton dan makin meningkatnya skala pembangunan menunjukkan juga semakin banyak kebutuhan beton di masa yang akan datang. Perkembangan zaman di era globalisasi yang pesat ini mengakibatkan terus bertambahnya jumlah barang bekas/limbah yang keberadaanya dapat menjadi masalah bagi kehidupan, salah satunya adalah keberadaan limbah abu kulit kerang. Untuk itu, banyak hal yang telah dilakukan dalam rangka mendaur ulang guna mengatasi masalah keberadaan limbah ini. Salah satunya adalah,abu kulit kerang dapat digunakan sebagai bahan pengganti pada semen dalam campuran beton. Penelitian ini menggunakan abu kulit kerang dan kapur dengan variasi 0%,5%,10%,15%,dan 20% dari pemakaian semen. Substitusi abu kulit kerang dan kapur mempengaruhi kekuatan pada beton. Terjadi peningkatan nilai slump dengan substitusi abu kulit kerang 8,9,11,13,14 dan subsititusi kapur 8,8.5,10,12,13. Terjadi penurunan kuat tekan pada substitusi abu kulit kerang 89,18%, 74,09%, 67,87%, 64,92% dari beton normal dan kuat tekan pada substitusi kapur 69,84%, 58,53%, 57,05%, 55,82% dari beton normal. Terjadi penurunan kuat tarik belah pada substitusi abu kulit kerang 95,96%, 92,3%, 81,7%, 75,8% dari beton normal dan kuat tarik belah pada substitusi kapur 87,93%, 81,33%, 65,92%, 48,37% dari beton normal. Kata kunci : abu kulit kerang, kapur, kuat tekan, kuat tarik belah, absorbsi, makrostruktur. ABSTRACT Concrete is the main material for construction that is widely used around the world. The more widespread use of concrete and the increasing scale of development shows also the more concrete needs in the foreseeable future. Development of the age in an era of rapid globalization has resulted in continued increase in the number of used goods / waste can be a problem for the existence of life, one of which is the presence of shells ash. For that, many things have been done in order to recycle in order to overcome the problem of the existence of this waste. One of them is can be used as a substitute material of cement to the concrete mix. This study uses shells ash and lime with variation of 0%, 5%, 10%, 15%, and 20% of cement consumption. Substitution shells ash and lime affect the strength of the concrete. An increase in the value of slump with shells ash substitution 8,9,11,13,14 and substitution of lime 8,8.5,10,12,13. There was a decrease in the compressive strength of shells ash substitution 89.18%, 74.09%, 67.87%, 64.92% of normal concrete and substitution of lime 69.84%, 58.53%, 57.05 %, 55.82% of normal concrete. There was a decrease in split tensile strength of shells ash substitution 95.96%, 92.3%, 81.7%, 75.8% of normal concrete and lime substitution 87.93%, 81.33%, 65 , 92%, 48.37% of normal concrete. Keywords: shells ash, lime, compressive strength, split tensile strength, absorption, macrostructure. 1. PENDAHULUAN Abu kulit kerang merupakan abu yang berasal dari pengolahan limbah kulit kerang yang di bersihkan kemudian dihaluskan dengan menggunakan mesin penggiling sampai menjadi abu. KOMPONEN
KADAR ABU KULIT KERANG (% BERAT)
KADAR KAPUR (% BERAT)
CaO
55,1038
34,6476
SiO2
0,924
0,564
Fe2O3
0,0017
0,0242
MgO
0,9475
0,1865
Al2O3
1,2283
7,7558
Tabel 1. Komposisi kimia abu kulit kerang dan kapur
1
2.
BATASAN MASALAH 1. Mutu Beton f’c = 20 Mpa 2. Benda uji yang digunakan adalah silinder dengan ukuran diameter 15 cm dan tinggi 30 cm untuk pengujian kuat tekan, kuat tarik belah dan absorbsi. 3. Benda uji yang digunakan untuk uji makrostruktur berdiameter 10 cm dan tinggi 1 cm. 4. Pengujian : Kuat tekan Kuat tarik belah Absorbsi Makrostruktur 5. Substitusi abu kulit kerang dan kapur yang digunakan pada masing-masing benda uji adalah 5%,10%,15% dan 20% .
3.
TUJUAN Adapun tujuan dari penelitian ini adalah a)
Mengetahui workability beton segar yang menggunakan bahan abu kulit kerang sebagai substitusi pada semen dalam campuran beton. b) Mengetahui perilaku mekanik beton yang menggunakan abu kulit kerang dan kapur sebagai substitusi pada semen dalam campuran beton dan membandingkannya dengan beton normal. Perilaku mekanik yang diteliti meliputi: kuat tekan, kuat tarik belah, absorbsi dan makrostruktur. 4.
METODOLOGI PENELITIAN Metode yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah uji eksperimental di laboratorium. Adapun karakterisitik material yang digunakan adalah sebagai berikut : a.
Abu kulit kerang Abu kulit kerang yang dipakai dalam penelitian ini berasal dari pengolahan limbah kulit kerang yang diperoleh dari limbah penjualan kerang rebus yang berlokasi di Jalan Gagak Hitam (Ringroad). Kulit kerang dibersihkan terlebih dahulu dengan cara direndam selama 4 jam, kemudian dibersihkan dengan cara menyikat lalu dijemur dibawah sinar matahari sampai kering. Setelah kulit kerang bersih dan dalam keadaan kering, kulit kerang dihaluskan dengan menggunakan mesin penggiling sampai menjadi abu di Kilang Kapur Karya Tunggal, jalan Bunga Sakura I.
b.
Benda uji Dalam penelitian ini yang diuji adalah benda uji berbentuk silinder dengan ukuran diameter 15 cm dan tinggi 30 cm. Pengujian dilakukan setelah umur beton mencapai 28 hari. Benda uji dengan variasi abu kulit kerang dan kapur yang di digunakan dapat dilihat pada tabel 2.
Variasi Beton Normal Beton + 5% abu kulit kerang Beton + 5% kapur Beton + 10% abu kulit kerang Beton + 10% kapur Beton + 15% abu kulit kerang Beton + 15% kapur Beton + 20% abu kulit kerang Beton + 20% kapur
Kuat Tekan Umur 28 hari
Kuat Tarik Belah Umur 28 hari
3 3 3 3 1 1 3 3 1 1 3 3 1 1 3 3 1 1 Total Benda Uji Tabel 2 : Jumlah Benda uji
Absorbsi Umur 28 hari
Jumlah Benda Uji
3 3 1 3 1 3 1 3 1
9 9 3 9 3 9 3 9 3 57
2
5.
TEMPAT PENELITIAN Laboratorium Teknologi Beton dan Bahan Rekayasa Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara untuk pengujian kuat tekan, kuat tarik belah dan absorbsi. Laboratorium Teknologi Mekanik dan Laboratorium Metallurgy Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara untuk pengujian makrostruktur dan Laboratorium Kimia Analitik Fakultas Matematika & Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara untuk uji komposisi kimia abu kulit kerang dan kapur.
6.
HASIL DAN PEMBAHASAN a) Slump Hasil pengujian nilai slump (ASTM C143-90 A) dengan substitusi abu kulit kerang dan Kapur dapat dilihat pada grafik 1 dibawah ini :
Nilai Slump (cm)
Pengaruh Persentase Abu kulit kerang dan Kapur Terhadap Nilai Slump 16 14 12 10 8 6 4 2 0
14
13
8
13
12
10 8,5
8
0%
11
9
5%
10%
15%
20%
Persentase Abu Kulit Kerang dan Kapur Abu Kulit Kerang Kapur Grafik 1. Nilai slump terhadap substitusi abu kulit kerang dan kapur b) Kuat tekan Pengujian kuat tekan beton (ASTM C39-86) dilakukan pada umur 28 hari yang dimaksudkan untuk mendapatkan gambaran perkembangan kekuatan tekan beton dengan substitusi abu kulit kerang dan kapur dan hasilnya dibandingkan dengan beton normal.
Kuat Tekan (Kg/cm2)
Pengaruh Abu kulit kerang dan Kapur Terhadap Kuat Tekan 300
277,4
250
277,4
247,39 205,55
188,27
180,08
158,26
154,84
200 193,73
150
162,35
100 50 0 0%
5%
10%
15%
20%
Persentase Abu Kulit Kerang dan Kapur Abu Kulit Kerang Kapur Grafik 2. Hasil Pengujian Kuat tekan
3
Dari hasil pengujian silinder beton pada umur 28 hari diperoleh hasil bahwa terjadi penurunan kekuatan pada setiap penambahan kadar penggunaan abu kulit kerang dan kapur. Sehingga didapat grafik yang semakin menurun seiiring penambahan abu kulit kerang dan kapur. Penurunan Kuat Tekan terjadi akibat kandungan senyawa Silika yang terdapat pada Abu Kulit Kerang dan Kapur sangat rendah. Senyawa kalsium silikat tersebut bertanggung jawab pada proses pengerasan campuran. Selain kalsium silikat hidrat yang diperoleh dari silika aktifnya, juga terbentuk trikalsium aluminat hidrat. Kekuatan pasta semen memegang peranan paling penting yang dipengaruhi secara langsung oleh kualitas semen, air dan porositas pastanya. Porositas yang kecil akan meningkatkan kekuatan pasta semen dan sangat dipengaruhi oleh perbandingan air dengan semen ( water cement ratio, w/c ) di dalam campuran. Kualitas agregat yang menentukan adalah kekuatannya, kekasaran permukaannya dan gradasinya, disamping harus dijamin terbebas dari kotoran dan bahan-bahan kimia reaktif. c)
Kuat Tarik Belah Pengujian kuat tarik belah beton (ASTM C496–96) dilakukan pada umur 28 hari yang dimaksudkan untuk mendapatkan gambaran besarnya tegangan tarik beton dengan substitusi abu kulit kerang dan kapur dan hasilnya dibandingkan dengan beton normal.
Pengaruh Persentase Abu kulit kerang dan Kapur Terhadap Kuat Tarik Kuat Tarik (kg/cm²)
60
53,645 53,645
50
51,479 49,515 43,823
47,169
40
40,678
43,628 35,361
30
25,948
20 10 0 0%
5%
10%
15%
20%
Persentase Abu Kulit Kerang dan Kapur Abu Kulit Kerang Kapur Grafik 3. Hasil Pengujian Kuat Tarik Belah d) Absorbsi Pengujian absorbsi (ASTM C642-97) dilakukan pada umur 28 hari yang dimaksudkan untuk mendapatkan gambaran besarnya absorbsi beton dengan substitusi abu kulit kerang dan kapur dan hasilnya dibandingkan dengan beton normal.
2
Pengaruh Abu kulit kerang dan Kapur Terhadap Absorbsi
Absorbi %
1,5873 1,5 1
0,9067 0,9375 0,9067 0,9091
1,3089 1,1719 1,2698 1,0444
1,4474
0,5 0 0%
5%
10%
15%
20%
Persentase Abu Kulit Kerang dan Kapur Abu Kulit Kerang
Kapur
Grafik 4. Hasil Pengujian Absorbsi
4
e)
Makrostruktur Pengamatan makrostruktur (ASTM B-276) yaitu dengan perbesaran 100-200 kali dengan menggunakan Mikroskop optik type Rax Vision No.545491,MM-10A,230V 50.
Beton Normal
Porositas
Porositas
Porositas Gambar 5. Foto Makro Beton Normal Pada 100× dan 200x Pembesaran
Substitusi Abu Kulit Kerang 20%
Porositas Porositas Porositas
Gambar 6. Foto Makro Substitusi Abu Kulit Kerang Pada 100× dan 200x Pembesara
Substitusi Kapur 20%
Porositas Porositas
Porositas Gambar 7. Foto Makro Substitusi Kapur Pada 100× dan 200x Pembesaran Pada Gambar diatas memperlihatkan hasil pengujian makro struktur pada Beton normal, substitusi abu kulit kerang serta substitusi kapur dengan 100× dan 200x pembesaran. Secara visual pada spesimen uji dapat dilihat langsung dan dari gambar diatas dapat dilihat beberapa cacat pada coran berupa porositas dimana hal ini tentunya akan mengakibatkan penurunan pada sifat mekanis beton karena dapat menjadi sumber/awal terjadinya crack. Nilai porositas yang dimiliki beton normal lebih sedikit dibandingkan dengan campuran beton dengan substitusi abu kulit kerang dan kapur. Semakin besar persentase campuran abu kulit kerang dan kapur, maka porositas yang terjadi akan semakin besar. Sehingga terjadi penurunan pada kuat tekan, kuat tarik dan meningkatnya nilai absorbsi pada beton.
5
7.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1.
2.
3.
4.
5.
Substitusi abu kulit kerang dan substitusi Kapur pada campuran beton masing-masing sebesar 5%, 10%, 15% dan 20% dari pemakaian semen meningkatkan nilai slump sehingga workability beton berkurang. Substitusi abu kulit kerang 5%, 10%, 15% dan 20% dari pemakaian semen pada campuran beton mengalami penurunan nilai kuat tekan sebesar 89,18%, 74,09%, 67,87%, 64,92% dari beton normal setiap variasinya dan kuat tarik belah sebesar 95,96%, 92,3%, 81,7%, 75,8% dari beton normal setiap variasinya. Substitusi Kapur 5%, 10%, 15% dan 20% dari pemakaian semen pada campuran beton mengalami penurunan nilai kuat tekan sebesar 69,84%, 58,53%, 57,05%, 55,82% dari beton normal setiap variasinya dan kuat tarik belah sebesar 87,93%, 81,33%, 65,92%, 48,37% dari beton normal setiap variasinya. Substitusi abu kulit kerang memiliki nilai kuat tekan dan kuat tarik belah yang lebih besar dibanding dengan substitusi menggunakan kapur. Kuat tekan terbesar pada substitusi abu kulit kerang terdapat pada persentase 5% sebesar 20,53Mpa dan memenuhi mutu beton yang direncanakan. Semakin besar persentase campuran abu kulit kerang dan kapur, maka porositas yang terjadi akan semakin besar. Sehingga terjadi penurunan pada kuat tekan, kuat tarik dan meningkatnya nilai absorbsi pada beton.
Saran 1. Perlu adanya penelitian lebih lanjut dengan menggunakan abu kulit kerang dengan jenis kulit kerang yang berbeda atau bahan tambah jenis lain sebagai bahan perbandingan dalam perencanaan pekerjaan beton. 2. Abu kulit kerang mengandung semua unsur kimia utama semen meskipun dalam persentase yang lebih rendah sehingga dapat dimanfaatkan sebagai pengganti sebagian semen jika teknologi tepat guna yang dikembangkan untuk pemanfaatan yang tepat. 3. Kombinasi antara limbah abu kulit kerang dengan material lain juga dapat dipertimbangkan guna memperoleh hasil yang lebih baik.
8.
DAFTAR PUSTAKA ASTM, Annual Books of ASTM Standards 1991 : Concretes And Aggregates, Vol.04.02 Construction, Philadelphia-USA: ASTM,1991,PA19103-1187. Isaac, Olufemi., & Manasseh, Joel. 2009. Suitability of Periwinkle Shell as Partial Replacement for River Gravel in Concrete. Department of Civil Engineering, University of Agriculture, Makurdi Benue State, Nigeria. Jakarta. Aji, Pujo & Rahmat Purwono. 2010. Pengendalian Mutu Beton. Itspress Surabaya. Kartini, Wahyu. 2007. Penggunaan Serat Polypropylene Untuk Meningkatkan Kuat Tarik Belah Beton. Jurusan Teknik Sipil, UPN Veteran : Jakarta Timur. Mulyono, Tri. 2003. Teknologi Beton. Penerbit ANDI Yogyakarta. Murdock, L.J., & Brook K.M. 1986. Bahan dan Praktek Beton. Penerbit: Erlangga, Jakarta. Nugraha,Paul & Antoni. 2007. Teknologi Beton. Penerbit ANDI Yogyakarta. Nwofor, T.C., & Sule, S. 2012. Stability of groundnut shell ash (GSA)/ordinary portland cement (OPC) concrete in Nigeria. Department of Civil and Environmental Engineering, University of Port Harcourt, P.M.B 5323, Port Harcourt, Rivers State, Nigeria. Olutoge, Festus A., Okeyinka, Oriyomi M., & Olaniyan, Olatunji S. 2012. Assessment of The Suitability of Periwinkle Shell Ash (PSA) as Partial Replacement for Ordinary Portland
6
Cement (OPC) in Concrete. Department of Civil Engineering, Laoke Akintola University of Technology, Ogbomoso, Nigeria. Sagel, R., Kole, P., & Kusuma, Gideon. 1993. Pedoman Pengerjaan Beton. Penerbit Erlangga : Jakarta. SK SNI 03-2847-2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. Badan Standar Nasional. SK SNI 03-2491-2002. Metode Pengujian Kuat Tarik Belah Beton. Badan Standar Nasional. Swamy, R.N. 1986. Cement Replacement Materials. Surrey University Press, London.
7
