Scanned by CamScanner
Scanned by CamScanner
Konferensi Nasional Teknik Sipil 8 (KoNTekS8) Institut Teknologi Nasional - Bandung, 16 - 18 Oktober 2014
KUAT TEKAN BETON YANG MENGGUNAKAN ABU TERBANG SEBAGAI PENGGANTI SEBAGIAN SEMEN PORTLAND DAN AGREGAT KASAR BATU KAPUR KRISTALIN I Made Alit Karyawan Salain1, a, I Nyoman Sutarja1 dan A. A. Made Eryantha1 1
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana a Email:
[email protected]
ABSTRAK Penelitian tentang kuat tekan beton yang dibuat dengan menggunakan abu terbang sebagai pengganti sebagian semen Portland dan agregat kasar berupa batu kapur kristalin telah dilaksanakan dengan menggunakan benda uji berupa kubus dengan ukuran 150x150x150 mm pada umur 28 dan 90 hari. Benda uji dibuat dari campuran perekat : pasir : batu kapur kristalin dalam perbandingan berat sebesar 1:2:3 dengan faktor air semen 0,6. Perekat berupa campuran semen Portland tipe I (PCI) dan abu terbang. Kandungan abu terbang dalam perekat divariasikan: 0%, 10%, 20%, 30% dan 40% dari berat total bahan perekat. Gradasi pasir dirancang memenuhi zone 2 dan gradasi batu kapur kristalin dirancang untuk diameter maksimum agregat 40 mm mengacu pada SNI 03-28342000. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan abu terbang sebagai pengganti sebagian semen sampai dengan persentase tertentu dapat meningkatkan kuat tekan beton. Penggunaan optimum abu terbang dalam perekat diperoleh sebesar 16% dan 10% pada umur beton 28 dan 90 hari. Pada penggunaan optimum tersebut dihasilkan kuat tekan maksimum berturut-turut sebesar 37,70 MPa dan 42,17 MPa. Kuat tekan ini mengalami peningkatan sebesar 7,84 % pada umur 28 hari dan 1,60 % pada umur 90 hari dibandingkan dengan kuat tekan beton yang menggunakan perekat 100% PCI. Meningkatnya kuat tekan beton tersebut dapat dihubungkan dengan adanya pembentukan kalsium silikat hidrat (C-S-H) dan kalsium alumina hidrat (C-A-H) tambahan yang dihasilkan dari reaksi antara silika dan alumina aktif dari abu terbang dengan kalsium hidroksida Ca(OH)2 hasil hidrasi PCI. Penggunaan abu terbang sebesar 20% dalam perekat menghasilkan kuat tekan beton yang setara dengan beton yang menggunakan perekat 100% PCI. Kata kunci: abu terbang, batu kapur kristalin, kuat tekan
1.
PENDAHULUAN
Beton, hingga saat ini, masih merupakan bahan bangunan yang sangat populer dalam industri jasa konstruksi. Material konstruksi ini diperoleh dari mencampur, dalam perbandingan tertentu, agregat halus, agregat kasar, semen Portland dan air. Dari awal penggunaan beton sebagai bahan konstruksi hingga saat ini, teknologi beton telah mengalami perkembangan yang mengagumkan ditinjau dari kualitas beton yang dihasilkan, terutama menyangkut kekuatan maupun keawetannya. Namun demikian penelitian di bidang teknologi beton terus dilaksanakan sebagai upaya untuk lebih mengoptimalkan kinerja dari bahan konstruksi ini, baik penelitian menyangkut bahan dasar pembentuknya maupun tata cara pengerjaan beton itu sendiri. Penelitian tentang beton terkait dengan bahan dasar pembentuknya umumnya dikaitkan dengan penggunaan agregat alternatif maupun pengembangan dan atau modifikasi dari semen Portland sebagai bahan perekat hidrolisnya. Penggunaan agregat alternatif, seperti batu kapur, ditujukan untuk memenuhi kebutuhan akan agregat pembentuk beton yang berasal dari batuan beku alami sehingga tekanan terhadap penambangan dan ketersediaan agregat alami dapat diimbangi. Modifikasi dari semen Potland dengan menggunakan bahan mineral bersifat pozzolan dan atau perekat pasif umumnya dikaitkan dengan strategi industri untuk mengurangi biaya produksi semen Portland sekaligus mengurangi timbulnya efek gas rumah kaca akibat pelepasan gas CO2 yang dihasilkan dari produksi semen Portland. Diketahui bahwa dalam industri semen Portland, setiap produksi 1 ton klinker dihasilkan 0,9 ton gas CO 2 yang dilepas ke atmosfer (Mehta, 2009) dan gas CO2 merupakan penyumbang 85% dari gas rumah kaca yang mengakibatkan terjadinya pemanasan global. Studi menunjukkan bahwa industri semen menyumbangkan sekitar 7% dari total emisi gas CO2 ke atmosfer (Mehta and Meryman, 2009; Vanderley, 2003). Selain memperhatikan masalah lingkungan, penggunaan bahan mineral bersifat pozzolan dan atau perekat pasif dalam pembuatan beton akan menghasilkan
MAT - 16
Konferensi Nasional Teknik Sipil 8 (KoNTekS8) Institut Teknologi Nasional - Bandung, 16 - 18 Oktober 2014
beton dengan properti mekanik yang lebih baik dibandingkan dengan beton dengan semen Portland biasa (Lea, 1970; Mehta, 1986). Terkait dengan uraian di atas, dalam studi ini dilaksanakan penelitian tentang beton yang dibuat dengan menggunakan abu terbang sebagai pengganti sebagian semen Portland dan agregat kasar berupa batu kapur kristalin. Efektivitas penggunaan abu terbang sebagai pengganti sebagian semen terhadap kuat tekan beton yang dibuat dengan menggunakan agregat kasar berupa batu kapur kristalin pada umur 28 dan 90 hari ditentukan dengan cara memvariasikan, dari 0% sampai dengan 40%, kandungan abu terbang dalam perekat hidrolis yang dibuat dari campuran semen Portland dan abu terbang.
2.
BAHAN DAN METODE PENGUJIAN
Bahan dasar pembentuk beton yang digunakan dalam studi ini yaitu semen Portland dari tipe I (PCI), agregat halus bersumber dari pasir alami, agregat kasar berupa batu kapur kristalin dan air pengaduk diambil dari saluran PDAM. Distribusi dari agregat halus dirancang untuk memenuhi kriteria zona 2 sedangkan untuk agregat kasar dirancang untuk butir maksimum 40 mm berdasarkan SNI 03-2834-2000 : Tata cara pembuatan rencana campuran beton normal. Beberapa properti fisik dari semen dan agregat yang digunakan dalam penelitian ini dicantumkan pada Tabel 1. Tabel 1. Properti fisik dari semen Portland, agregat halus dan agregat kasar Jenis Bahan PCI Agregat Halus Agregat Kasar
Berat Satuan (kg/l) 1,19 1,61 1,49
Berat Jenis SSD 2,38 2,51
Penyerapan (%) 1,22 1,83
Kadar Lumpur (%) 1,01 0,4
Los Angeles Test (%) 33,2
Abu terbang yang digunakan bersumber dari salah satu PLTU yang ada di Pulau Jawa. Yang digunakan sebagai bahan pengganti sebagian semen hanyalah abu terbang yang lolos ayakan No. 200 (ukuran lubang ayakan ~ 7,5 μm). Kandungan empat oksida utama pada abu terbang diberikan pada Tabel 2. Tabel 2. Oksida utama pada abu terbang Oksida Al2O3 CaO SiO2 Fe2O3
Kandungan (%) 3,12 4,62 60,75 0,88
Benda uji yang digunakan berbentuk kubus dengan ukuran 150 mm × 150 mm × 150 mm. Campuran beton dibuat dengan menggunakan perbandingan berat 1 perekat : 2 agregat halus : 3 agregat kasar dengan faktor air semen (fas) ditetapkan sebesar 0,6. Perekat merupakan campuran dari PCI dengan abu terbang. Proporsi abu terbang dalam perekat divariasikan dari 0%, 10%, 20%, 30% dan 40% dari berat total bahan perekat. Pencampuran beton dilakukan dengan mesin pencampur dimana sebelum dicampur agregat disiapkan dalam kondisi Saturated Surface Dry (SSD). Benda uji yang telah dicetak dibiarkan dalam cetakannya selama 24 jam dan setelah itu dibuka dari cetakannya untuk selanjutnya mendapatkan perawatan. Perawatan dilaksanakan dengan pelembaban benda uji dengan menggunakan karung goni basah sampai dengan waktu yang ditentukan untuk pengujian : 28 dan 90 hari. Pada umur yang telah ditetapkan dilakukan uji kuat tekan dengan menggunakan mesin uji tekan dengan kapasitas 2000 kN. Untuk setiap variasi kandungan abu terbang dan umur uji pelaksanaan uji tekan dilaksanakan dengan menggunakan 5 (lima) benda uji.
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Hasil uji kuat tekan beton, rata-rata dari lima benda uji, yang dibuat dengan menggunakan perekat berupa campuran PC I dan abu terbang dalam berbagai variasi pada umur uji 28 dan 90 hari ditampilkan pada Gambar 1. Dari gambar tersebut, secara umum dapat dilihat bahwa kuat tekan beton meningkat dengan bertambahnya umur hidrasi dan
MAT - 17
Konferensi Nasional Teknik Sipil 8 (KoNTekS8) Institut Teknologi Nasional - Bandung, 16 - 18 Oktober 2014
dengan bertambahnya kandungan abu terbang dalam perekat hingga pemakaian 10%. Selanjutnya kuat tekan beton cenderung turun dengan penggunaan abu terbang di atas 10%, meskipun pada penggunaan abu terbang hingga 30% pada umur 28 hari dan penggunaan hingga 20% pada umur 90 hari, kuat tekan dari beton yang dihasilkan dengan menggunakan perekat tersebut kurang lebih sama kuat tekan beton yang dibuat dengan menggunakan perekat hanya berupa PCI (0% abu terbang). 45
Kuat Tekan (MPa)
y = -0.0069x2 + 0.1356x + 41.501 40
y = -0.0104x2 + 0.3377x + 34.964
35
30 28 hari
90 hari
25 0
10 20 30 Kandungan Abu Terbang Dalam Perekat (%)
40
Gambar 1. Kuat tekan beton dengan variasi kandungan abu terbang pada umur 28 dan 90 hari Pada umur 28 hari kuat tekan beton yang dibuat dengan menggunakan 10%, 20%, 30% dan 40% abu terbang mampu menghasilkan kuat tekan berturut-turut sebesar 114%, 109%, 100% dan 95% dari kuat tekan beton tanpa abu terbang yang hanya menghasilkan kuat tekan sebesar 34 MPa. Untuk umur 90 hari diperoleh hasil masingmasing 107%, 101%, 94% dan 90% dibandingkan dengan beton dengan perekat PCI yang menghasilkan kuat tekan sekitar 41 MPa. Pendekatan regresi polynomial pangkat dua yang digunakan untuk menghubungkan antara kuat tekan beton yang dikembangkan (y) dengan kandungan abu terbang dalam perekat (x) memberikan nilai penggunaan optimum abu terbang dalam perekat sebesar 16% pada umur 28 hari dan 10% pada umur 90 hari. Pada penggantian optimum tersebut dihasilkan kuat tekan maksimum berturut-turut sebesar 37,70 MPa dan 42,17 MPa. Kuat tekan ini mengalami peningkatan sebesar 7,84 % pada umur 28 hari dan 1,60 % pada umur 90 hari dibandingkan dengan kuat tekan beton yang menggunakan perekat 100% PCI.
Pembahasan Hasil uji kuat tekan pada beton yang dibuat dengan menggunakan perekat hidrolik berupa campuran PCI dan abu terbang dengan variasi kandungan abu terbang dalam perekat sebesar 0%-40% menunjukkan bahwa kuat tekan meningkat dengan bertambahnya umur hidrasi. Perkembangan kuat tekan dari beton ini dapat dihubungkan dengan perkembangan jumlah produk hidrasi yang dihasilkan perekat dengan bertambahnya waktu hidrasi. Umum dipahami bahwa dengan bertambahnya waktu hidrasi dan dalam kondisi perawatan yang memadai, kuantitas dari produk hidrasi, terutama C-S-H yang dihasilkan dari reaksi tricalcium silikat (C3S) dan dicalcium silikat (C2S) yang ada dalam PCI dengan air (H2O) semakin meningkat. Meningkatnya jumlah produk hidrasi C-S-H, senyawa utama yang bertanggung jawab terhadap perkembangan properti mekanik pasta semen hidrat, mengakibatkan ikatan yang dihasilkan oleh semen dengan agregat semakin kuat dan ruang-ruang kosong yang awalnya terisi oleh air dan partikel-partikel semen larut diganti dengan C-S-H sehingga densitas beton meningkat. Dengan bertambahnya umur hidrasi, proses berlanjut inilah yang memberikan kontribusi bagi peningkatan kuat tekan sejalan dengan meningkatnya densitas beton (Lea, 1970; Mehta, 1986). Pengurangan kandungan PCI dalam perekat digantikan dengan abu terbang hingga persentase tertentu tidak berdampak negatif terhadap kuat tekan beton, bahkan sebaliknya, pada penggunaan optimum, mampu menghasilkan kuat tekan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kuat tekan dihasilkan dari beton yang dibuat menggunakan 100% PCI. Kenyataan ini menunjukkan bahwa silika dan alumina yang terdapat pada abu terbang bersifat reaktif dan mampu bereaksi dengan kapur bebas Ca(OH) 2 hasil hidrasi C3S dan C2S dari PCI untuk membentuk produk hidrasi tambahan bersifat perekat, C-A-H dan terutama C-S-H. Proses pembentukan ini akan mereduksi produk hidrasi dengan ukuran kristal seperti Ca(OH)2 dan selanjutnya C-S-H dan C-A-H tambahan akan mengisi rongga-rongga kapiler besar yang terbentuk pada proses hidrasi semen Portland. Hal ini mengakibatkan porositas dari pasta semen hidrat maupun daerah transisi antara pasta semen hidrat dan agregat akan berkurang secara signifikan yang pada akhirnya mengakibatkan kuat tekan beton meningkat (Lea, 1970; Mehta, 1986; Salain, 2007a, 2007b).
MAT - 18
Konferensi Nasional Teknik Sipil 8 (KoNTekS8) Institut Teknologi Nasional - Bandung, 16 - 18 Oktober 2014
Namun demikian, efektivitas abu terbang sebagai pengganti sebagian PCI pada kasus ini hanya dapat dicapai pada penggunaan abu terbang sampai dengan 20%, yang menghasilkan kuat tekan beton yang setara dengan beton yang menggunakan perekat keseluruhannya berupa PCI, pada umur panjang. Penggunaan abu terbang di atas 20% mengakibatkan terjadinya ketidakseimbangan antara ketersediaan kapur bebas Ca(OH) 2 yang dihasilkan dari hidrasi C3S dan C2S dengan silika dan alumina reaktif yang ada pada abu terbang untuk menghasilkan senyawa perekat. Dengan demikian kuantitas dan kualitas senyawa perekat yang dihasilkan menjadi tidak ekivalen dengan yang dihasilkan pada perekat yang menggunakan abu terbang sampai dengan 20%. Hal inilah yang mengakibatkan kuat tekan beton yang dihasilkan pada penggunaan abu terbang di atas 20% cenderung menjadi lebih rendah bila dibandingkan dengan yang menggunakan abu terbang hanya sampai dengan 20%.
4.
KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilaksanakan menyangkut kuat tekan beton yang dibuat dengan menggunakan abu terbang sebagai pengganti sebagian semen dan agregat kasar berupa batu kapur kristalin, dapat disampaikan kesimpulan sebagai berikut :
Penggunaan abu terbang sebagai pengganti sebagian semen sampai dengan persentase tertentu dapat meningkatkan kuat tekan beton. Penggunaan optimum abu terbang dalam perekat diperoleh sebesar 16% dan 10% pada umur beton berturut-turut 28 dan 90 hari. Pada penggunaan optimum tersebut dihasilkan kuat tekan maksimum berturut-turut sebesar 37,70 MPa dan 42,17 MPa yang memberikan peningkatan sebesar 7,84 % pada umur 28 hari dan 1,60 % pada umur 90 hari dibandingkan dengan kuat tekan beton yang menggunakan perekat 100% PCI. Penggunaan abu terbang sebesar 20% dalam perekat menghasilkan kuat tekan beton yang setara dengan beton yang menggunakan perekat 100% PCI.
DAFTAR PUSTAKA Lea, F. M. (1970). The Chemistry of Cement and Concrete. Edward Arnold Ltd, London. Mehta, P. K. (2009). ”Global Concrete Industry Sustainability”. Concrete International. http://www.allbusiness.com. [10 November 2010]. Mehta, P. K. and Meryman H. (2009). “Tools for Reducing Carbon Emissions Due to Cement Consumption”. Structure Magazine. http://www.structuremag.org. [10 November 2010]. Mehta, P. K. (1986). Concrete Structure Properties, and Materials. Englewood Cliffs, New Jersey. Salain, I M. A. K. (2007a). “Perbandingan Kuat Tekan Dan Permeabilitas Beton Yang Menggunakan Semen Portland-Pozzolan Dengan Yang Menggunakan Semen Portland Tipe I”. Prosiding Seminar dan Pameran Teknik Konstruksi Tahan Gempa di Indonesia. 21-22 Agustus 2007, Hotel Borobudur, Jakarta. Salain, I M. A. K. (2007b). “Hubungan antara koefisien permeabilitas dan kuat tekan pada beton yang dibuat dengan menggunakan Semen Portland Tipe I maupun Semen Portland-Pozzolan”. Prosiding Simposium Nasional Rekayasa Aplikasi Perancangan dan Industri VI. UMS, Surakarta, 13 Des 2007. Vanderley, M. J. (2003). “On the Sustainability of the Concrete”. UNEP Journal : Industry and Environment. http://vmjohn.pcc.usp.br. [10 November 2010].
MAT - 19
