BULETIN
GEOLOGI Departemen Teknik Geologi INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Studi Petrografi Batuan Volkanik sebagai Agregat Bahan Baku Beton I G.B. EDDY SUCIPTA dan IMAM A. SADISUN Departemen Teknik Geologi FIKTM - ITB, Jl. Ganesha 10, Bandung 40132 Telp./Fax. (022) 2502197, E-mail :
[email protected] ;
[email protected] (Naskah diterima pada tanggal 23 Desember 2000)
Sari - Dalam studi ini, bahan baku agregat yang dianalisis dapat dikelompokkan menjadi basalt/basalt olivin, andesit piroksen, andesit hornblenda, dan tuf andesitik. Beberapa jenis mineral utama pada agregat tersebut meliputi plagioklas, gelas volkanik, piroksen/augit, olivin, hornblenda, dan kuarsa, dengan tekstur umumnya hipokristalin porfiritik untuk jenis agregat basalt/basalt olivin, andesit piroksen, dan andesit hornblenda, serta tekstur klastik (vitroklastik) untuk jenis agregat tuf andesitik, dalam derajat ubahan berkisar dari lemah sampai kuat. Karakteristik petrografi agregat sangat berpengaruh terhadap sifat fisik-mekanik agregat. Perbedaan komposisi mineralogi dan tekstur agregat secara nyata berpengaruh terhadap kekasaran permukaan, daya serap air, kekuatan, dan potensi reaksi alkali-agregat. Pada kekasaran permukaan agregat terlihat bahwa semakin banyak persentase kahadiran fenokris/butiran terhadap masadasar/matrik maka permukaan agregat cenderung semakin kasar. Kehadiran gelas volkanik sangat berpengaruh terhadap sifat daya serap air dan reaktivitas agregat. Semakin banyak kehadiran prosentase gelas volkanik mengakibatkan semakin tinggi daya serap air dan reaktivitasnya. Disamping itu, pada tekstur yang bersifat klastik, daya serap air cenderung lebih tinggi dibandingkan dengan agregat yang bersifat kristalin. Pada aspek kekuatan agregat; tekstur, komposisi mineralogi, dan kahadiran vesikuler merupakan faktor petrografi yang cukup dominan yang mempengaruhi kekuatan agregat tersebut. Dan sifat reaktivitas agregat sangat dipangaruhi oleh tekstur terutama oleh kehadiran masadasar/matriks yaitu berupa bahan kristalin berukuran halus sampai mikrokristalin maupun berupa tekstur amorf dari gelas volkanik. Abstract - In this study, materials for aggregates can be classified in to basalt/olivine basalt, pyroxene andesite, hornblende andesite, and andesitic tuff. Some silicate minerals in these aggregates composed are plagioclase, volcanic glass, pyroxene/augite, olivine, hornblende, and quartz, with the hypocristalline porphyritic textures for basalt/olivine basalt, pyroxene andesite, hornblende andesite types aggregates, and clastic (vitroclastic) for andesitic tuff aggregate. Petrographic characteristics of aggregates most influence for mechanical-physical characteristics of aggregate. The changes on mineralogical composition of aggregates will influence for surface roughness, water absorption, strength, and alkali-reaction potential of aggregates. In surface roughness, increasingly of percentages of phenocrysts/grains will be increased roughness of aggregates. Presence of volcanic glass will be increased water absorption and alkali-reaction potential aggregates. Aggregates with clastic textures will be more absorb water than aggregates with crystalline textures. In strength of aggregate aspec; texture, mineralogical composition, and presence of vesicular are dominant petrographic factor will be influenced for strength of aggregate. The changes on some textural aspects also will influence reactivity of aggregate, especially based on the occurrences of groundmass or matrix either in the form of fine-crystalline materials to microcrystalline or amorphous textures from volcanic glass. PENDAHULUAN
Karakteristik material batuan, terutama dari jenis batu pecah (crused stone), cukup memegang peranan sangat penting dalam BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
penggunaannya sebagai agregat beton. Hampir 75% dari volume beton terdiri atas agregat. Dengan demikian maka sifat-sifat dan perilaku agregat akan sangat berpengaruh terhadap kondisi alami dan perilaku 145
keteknikan beton (Bell, 1980; Talbot, 1982 op cit Clutterbuck, et.al., 1982). Kenampakan fisik suatu agregat tidak boleh memperlihatkan adanya gejala deteriorasi yang umumnya merupakan akibat dari adanya suatu proses pelapukan batuan.
beton (Wigun, 1995). Adanya retakan pada beton akan mengakibatkan hilangnya kekuatan beton tersebut dan hal ini sangat membahayakan dalam penggunaannya, terutama untuk konstruksi beton pada bangunan-bangunan sipil.
Kekuatan beton secara umum sangat dipengaruhi oleh kekuatan dari agregat yang digunakan (Hudec, 1984; Ramsey, et.al, 1974). Kekuatan pecah batuan untuk agregat beton umumnya berkisar antara 700 dan 3000 kg/m2. Kekuatan beton juga dikontrol oleh efektivitas ikatan antara agregat dengan semen. Pada kondisi kering, semen dapat mengalami penyusutan (shrinkage). Jika agregat yang digunakan memiliki kekuatan yang tinggi, gejala penyusutan pada semen dapat diminimasi dan antara semen-agregat bisa terikat dengan baik. Disamping itu, kekuatan ikatan antara semen-agregat juga dipengaruhi oleh tekstur permukaan agregat. Permukaan yang kasar pada suatu agregat akan menghasilkan ikatan yang lebih kuat daripada agregat dengan permukaan yang halus (Malewski, 1984).
Setiap jenis batuan akan memiliki perilaku dan karakteristik keteknikan yang spesifik. Dalam rangka optimalisasi pemakaian batuan sebagai agregat beton maka dibutuhkan suatu kajian yang cukup detil untuk mengetahui berbagai kendala dalam penggunaannya. Salah satu metode yang cukup handal dan umumnya dilakukan dalam tahap evaluasi awal suatu agregat yaitu melalui studi petrografi (Hudec, 1984). Dengan demikian maka studi petrografi pada agregat beton sangat penting dilakukan guna menunjang efektivitas pemilihan bahan baku beton yang baik dan memiliki kualitas yang tinggi.
Beberapa agregat memiliki potensi reaksi alkali, baik dari jenis batuan beku, sedimen maupun metamorf. Reaksi alkali-agregat akan lebih mudah terjadi pada batuan yang kaya akan material silikaan (siliceous materials), yang antara lain hadir sebagai mineral-mineral silikat (silicate minerals). Secara umum, jenis batuan yang cukup banyak digunakan sebagai agregat dan memiliki potensi reaksi alkali cukup tinggi antara lain yaitu batuan beku yang berkomposisi asam hingga intermedier (McConnell, et.al., 1950 op cit Bell, 1990, Clutterbuck, et.al., 1982), seperti granit, riolit, syenit, diorit, dasit, dan andesit. Mineral-mineral silikat hadir cukup dominan pada batuan ini. Adanya reaksi alkali antara agregat dengan semen menye-babkan terjadinya proses pengembangan (expansion) yang ditandai oleh hadirnya jel silika dan umumnya diikuti oleh adanya retakan (cracking) pada
146
Pada penelitian ini, pengujian atau analisis petrografi terutama dilakukan pada bahan baku agregat dari batuan beku ekstrusif (lava), serta beberapa contoh batuan beku intrusif dan batuan piroklastik (walded tuff). Bahan baku agregat (batuan) diambil dari sekitar daerah Bandung yaitu dari Cicalengka, Majalaya, Baleendah, Soreang, dan Cimahi. Dari batuan bahan baku agregat tersebut dipilih sebanyak 20 contoh guna pengujian petrografi di Laboratorium Geologi Teknik, serta di Laboratorium Petrologi dan Geologi Ekonomi, Departemen Teknik Geologi, Fakultas Ilmu Kebumian dan Teknologi Mineral, Institut Teknologi Bandung. ANALISIS PETROGRAFI AGREGAT
Berdasarkan komposisi mineralogi dan tekstur maka bahan baku agregat dari 20 contoh yang dipakai dalam studi ini dapat digolongkan dalam kelompok basalt/basalt olivin, andesit piroksen, andesit hornblende, dan tuf andesitik.
BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
Mineralogi Dari analisis petrografi bahan baku agregat, dijumpai beberapa mineral silikat seperti mineral plagioklas [(Na,Ca)AlSi3O8], gelas volkanik [SiO2,Al2O3,Fe2O,FeO,MgO,CaO, Na2O,K2O,H2O], piroksen/augit [(Ca,Na) (Mg,Fe,Al) (Si,Al)2O6], olivin [(Mg,Fe)2 SiO4], hornblenda [[Ca2(Mg,Fe,Al)5(OH)2 [(Si,Al)4 O11]2], kuarsa [SiO2]. Bahan baku agregat dari kelompok basalt/ basalt olivin mempunyai prosentase mineral silikat plagioklas (± 40% - 65%), gelas volkanik (± 5% - 35%), piroksen (± 5% - 25%), olivin (± 0% - 8%), dan hornblenda (± 0% 1%). Bahan baku agregat dari kelompok andesit piroksen mempunyai prosentase mineral silikat plagioklas (± 40% - 45%), gelas volkanik (± 35% - 45%), dan piroksen (± 5% - 10%). Bahan baku agregat dari kelompok andesit hornblenda mempunyai prosentase mineral silikat plagioklas (± 40% - 65%), gelas volkanik (± 0% - 30%), piroksen (± 3% - 8%), hornblenda (± 5% 25%), dan kuarsa (± 0% - 3%). Bahan baku agregat dari kelompok tuf andesitik mempunyai prosentase mineral silikat plagioklas (± 15% - 40%), gelas volkanik (± 40% - 70%), dan piroksen (± 5%). Prosentase kehadiran mineral silikat dari setiap contoh agregat dapat dilihat dalam Tabel 1. Tekstur Bahan baku agregat dari kelompok basalt/ basalt olivin memperlihatkan tekstur hipokristalin porfiritik, dengan fenokris (± 3% 40%), berukuran 0,4 - 2,5 mm, berbentuk subhedral - anhedral, terdiri dari mineral silikat plagioklas, piroksen, olivin, dan setempat hornblenda, tertanam dalam masa dasar bahan kristalin (± 60% - 97%), berukuran halus (ada yang mencapai ukuran 0,3 mm), memperlihatkan tekstur intergranular - intersertal, yang terdiri dari mineral silikat plagioklas, piroksen, sedikit olivin, dengan gelas volkanik (± 5% - 35%). BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
Bahan baku agregat dari kelompok andesit piroksen memperlihatkan tekstur hipokristalin porfiritik, dengan fenokris (± 5% 20%), berukuran 0,5 - 2,0 mm, berbentuk subhedral - anhedral, terdiri dari mineral silikat plagioklas, piroksen, dan sedikit fragmen batuan basalt (xenolith), tertanam dalam masa dasar bahan kristalin (± 80% 95%), berukuran halus - sangat halus, memperlihatkan tekstur aliran (trakhitik), yang terdiri dari mineral silikat plagioklas berbentuk mikrolit, sedikit piroksen, dengan gelas volkanik (± 35% - 45%). Bahan baku agregat dari kelompok andesit hornblenda memperlihatkan tekstur hipokristalin porfiritik, setempat memperlihatkan tekstur holokristalin porfiritik (merupakan intrusi yang lebih dalam) dengan fenokris (± 3% - 10%), berukuran 0,4 - 2,5 mm, berbentuk subhedral - anhedral, terdiri dari mineral silikat plagioklas, hornblenda, piroksen, dan sedikit kuarsa, tertanam dalam masa dasar bahan kristalin (± 90% - 97%), berukuran halus – sedang (0,1 – 0,3 mm), memperlihatkan tekstur trakhitik, terdiri dari mineral silikat plagioklas berbentuk mikrolit, sedikit piroksen, hornblenda, dan kuarsa, dengan gelas volkanik (± 0% 30%). Bahan baku agregat dari kelompok tuf andesitik memperlihatkan tekstur klastik (vitroklastik), dengan butiran (± 20% - 25%), berukuran 0,8 - 2,0 mm, berbentuk menyudut - membundar tanggung (anhedral - subhedral), terdiri dari mineral silikat plagioklas, piroksen, dan fragmen batuan basalt, tertanam dalam matrik (± 75% - 80%), yang terdiri dari gelas volkanik (± 40% 70%), berbentuk amorf, dan sedikit kristalkristal plagioklas berukuran sangat halus (berbentuk mikrolit-mikrolit), serta mineral opak. Kenampakan aspek-aspek tekstur mineral silikat dari setiap contoh agregat dapat dilihat dalam Tabel 2. 147
Derajat Ubahan Dalam panelitian ini, telah dilakukan karakterisasi kualitatif derajat ubahan pada agregat (Tabel 1) yaitu berkisar dari lemah hingga kuat. Dari data tersebut terlihat bahwa pada bahan agregat basalt/basalt olivin yang banyak mengandung gelas volkanik (B-9C) memperlihatkan proses ubahan yang kuat. Demikian pula halnya dengan bahan agregat andesit hornblenda yang
mempunyai prosentase mineral hornblenda yang lebih banyak (B-12C, B-13A) memperlihatkan derajat ubahan sedang – kuat. Dan pada penelitian untuk kajian aspek petrografi terhadap kualitas agregat yang meliputi sifat fisik agregat, kekuatan agregat, dan potensi reaksi alkali agregat, akan lebih digunakan bahan agregat yang mempunyai derajat ubahan yang lemah.
Tabel 1. Jenis dan prosentase mineral utama pada agregat. Jenis batuan, No. contoh, dan Prosentase Jenis Mineral Silikat Jenis Mineral Silikat
Basalt / Basalt Olivin B - 1B
B - 5B
B - 6A
B - 8B
B - 9A
B - 9C
B - 10B B - 11B B - 11C B - 14A
Plagioklas
50
55
50
50
60
40
60
65
60
45
Gelas volkanik
10
7
33
20
20
35
5
5
6
30
Piroksen
25
15
5
15
7
7
15
15
20
10
Olivin
0
7
3
3
1
0
1
3
8
0
Hornblenda
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
Kuarsa
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Jumlah :
85
85
91
88
88
82
81
88
94
85
15
12
7
10
12
8
4
12
5
0
Hal lain : - Mineral opak - Fragmen batuan
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
- Vesikuler
0
3
2
2
0
10
15
0
1
15
lemah
sedang
lemah
sedang
lemah
kuat
kuat
lemah
lemah
kuat
- Ubahan
Jenis batuan, No. contoh, dan Prosentase Jenis Mineral Silikat Jenis Mineral Silikat
Andesit Piroksen B - 3A
B - 3B
B - 4A
Andesit Hornblenda
Tuf Andesitik
B - 4C B - 12A B - 12C B - 13A B - 13B B - 2A
B - 7C
Plagioklas
40
45
45
40
40
50
65
65
15
40
Gelas volkanik
45
35
40
40
30
0
15
20
70
40
Piroksen
5
8
10
5
8
7
3
3
5
5
Olivin
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Hornblenda
0
0
0
0
6
25
7
5
0
0
Kuarsa
0
0
0
0
1
3
0
0
0
0
Jumlah :
90
88
95
85
85
85
90
93
90
85
9
12
5
15
15
15
10
7
3
14
Hal lain : - Mineral opak - Fragmen batuan
0
0
0
0
0
0
0
0
2
1
- Vesikuler
1
0
0
0
0
0
0
0
5
0
lemah
sedang
lemah
lemah
sedang
sedang
kuat
lemah
lemah
lemah
- Ubahan
148
BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
KAJIAN ASPEK PETROGRAFI TERHADAP KUALITAS AGREGAT
jenisnya, didasarkan atas analisis petrografi pada tahap sebelumnya.
Guna mengetahui kualitas bahan baku agregat, dalam penelitian ini telah dilakukan beberapa pengujian parameter fisik-mekanik, seperti analisis kekasaran permukaan agregat, analisis daya serap air, analisis kekuatan agregat, dan analisis potensi reaksi alkali-agregat. Analisis hanya dilakukan terhadap beberapa contoh agregat yang secara representatif dapat mewakili kelompok
Kekasaran Permukaan Dalam analisis petrografi, makro-tekstur analog dengan orde pertama kekasaran agregat dan mikro-tekstur berhubungan dengan orde kedua kekasaran agregat. Kenampakan tekstural agregat dapat diilustrasikan seperti tampak dalam Gambar 1.
Tabel 2. Kenampakan aspek-aspek tekstur pada agregat. Kelompok batuan, No. contoh, dan Aspek Tekstur Mineral Silikat
Aspek-Aspek Tekstur Mineral Silikat
Basalt / Basalt Olivin B - 1B
B - 5B
B - 6A
B - 8B
B - 9A
B - 9C
40%
20%
15%
20%
20%
3%
5%
15%
10%
10%
- plagioklas
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
- piroksen
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
- olivin
tidak ada
ada
ada
ada
tidak ada
tidak ada
ada
ada
ada
tidak ada
- hornblenda
tidak ada
ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
- kuarsa
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
- fragmen batuan
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
Ukuran
0,8 - 2,5 mm
0,5 - 1,5 mm
1,0 - 2,5 mm
0,4 - 1,5 mm
0,4 - 1,8 mm
0,8 - 2,0 mm
0,4 - 1,5 mm
1,0 - 2,5 mm
0,5 - 2,0 mm
0,7 - 1,5 mm
Bentuk
sub-anhedral
an-subhedral
subhedral
sub-anhedral
sub-anhedral
sub-anhedral
an-subhedral
sub-anhedral
an-euhedral
sub-anhedral
60%
80%
80%
97%
80%
97%
95%
85%
90%
90%
halus (0,1 mm)
halus (0,1 mm)
halus (0,1 mm)
halus (0,1 mm)
halus (0,1 mm)
halus (0,3 mm)
ada (10%)
ada (7%)
ada (35%)
ada (20%)
ada (20%)
ada (35%)
ada (5%)
ada (5%)
ada (7%)
ada (30%)
- plagioklas
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
- piroksen
ada
ada
ada
tidak ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
- olivin
tidak ada
tidak ada
ada
tidak ada
ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
- hornblenda
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
- kuarsa
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
intergranular
intergranular
intergranular
-
intergranular
intersertal
intergranular
intergranular
-
-
Fenokris
B - 10B B - 11B B - 11C B - 14A
(Butiran) Jenis Mineral :
Massadasar (Matriks) Ukuran
halus (0,1 mm) halus (0,1 mm) halus (0,1 mm) halus (0,1 mm)
Jenis mineral : - gelas volkanik
Tekstur khas
BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
149
Lanjutan Tabel 2. Kenampakan aspek-aspek tekstur pada agregat. Kelompok batuan, No. contoh, dan Aspek Tekstur Mineral Silikat
Aspek-Aspek Tekstur Mineral Silikat
Fenokris
Andesit Piroksen
Andesit Hornblenda
B - 3A
B - 3B
B - 4A
B - 4C
B - 12A
B - 12C
5%
20%
10%
15%
10%
3%
Tuf Andesitik
B - 13A B - 13B 10%
B - 2A
B - 7C
25%
20%
7%
(Butiran) Jenis Mineral : - plagioklas
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
- piroksen
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
- olivin
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
- hornblenda
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
ada
ada
ada
ada
tidak ada
tidak ada
- kuarsa
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
ada
tidak ada
tidak ada
ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
ada
ada
Ukuran
0,5 - 1,5 mm
0,5 - 1,5 mm
0,6 - 2,0 mm
0,5 - 2,0 mm
0,4 - 1,2 mm
1,5 - 2,5 mm
0,2 - 1,5 mm
1,5 - 3,0 mm
1,0 - 2,0 mm
0.8 - 2.0 mm
Bentuk
sub-anhedral
sub-anhedral
sub-anhedral
sub-anhedral
sub-anhedral
sub-anhedral
an-subhedral
sub-anbhedral
anhedral
an-subhedral
95%
80%
90%
85%
90%
97%
90%
93% 75%
80%
amorf
amorf
- fragmen batuan
Massadasar (Matriks) Ukuran
halus (0,1 mm)
halus (<0,1 mm)
halus (0,1 mm)
halus (0,1 mm)
halus (0,1 mm) sedang (>0,3 mm) halus(<0,1mm) halus(0,1 mm)
ada (45%)
ada (35%)
ada (40%)
ada (40%)
ada (30%)
tidak ada
ada (15%)
ada (20%)
ada (70%)
ada (40%)
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
ada
tidak ada
ada
- piroksen
tidak ada
ada
tidak ada
tidak ada
ada
ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
- olivin
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
- hornblenda
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
- kuarsa
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
tidak ada
Tekstur khas
trakhitik
-
trakhitik
Trakhitik
trakhitik
holokristalin
trakhitik
trakhitik
aliran
-
Jenis mineral : - gelas volkanik - plagioklas
Analisis kekasaran permukaan agregat dilakukan dengan mempergunakan alat surface gauge (Gambar 2). Pada gambar tersebut terlihat bahwa kekasaran permukaan agregat basalt cenderung paling halus dibandingkan jenis agregat lainnya. Berdasarkan ilustrasi hubungan antara tekstur dan kekasaran permukaan agregat, kekasaran permukaan basalt secara berarti juga telah membuktikan bahwa prosentase kehadiran serta ukuran fenokris dan
150
masadasar akan berpengaruh terhadap kekasaran permukaannya. Secara umum kehadiran fenokris pada basalt lebih sedikit dan memiliki ukuran lebih halus dibandingkan dengan batuan beku lainnya. Fakta ini secara nyata juga tercermin dari perbandingan kekasaran permukaan antara agregat basalt dan andesit. Dengan kata lain dapat dikemukakan bahwa semakin banyak persentase kahadiran fenokris/butiran terhadap masadasar/matrik maka permukaan
BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
Gambar 1. Hubungan makro dan mikrotekstur terhadap kekasaran permukaan agregat (modifikasi dari Ryell et al., 1979 op.cit. Bell, 1980)
Gambar 2. Ekspresi kekasaran permukaan pada masing-masing kelompok jenis bahan baku agregat.
BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
151
agregat cenderung semakin kasar, semakin halus ukuran butir fenokris/butiran dan masadasar/matrik maka permukaan agregat cenderung juga semakin halus. Daya Serap Air Daya serap air (moisture) merupakan parameter yang sangat penting untuk memprediksi dan mengetahui adanya potensi perubahan pada agregat, baik akibat pengaruh internal maupun eksternal agregat. Berdasarkan beberapa hasil penelitian terdahulu (Ramsay, et.al., 1974; Lees dan Kennedy, 1975; Kazi dan Al-Mansour, 1980) terlihat nyata adanya hubungan antara daya serap air agregat dengan daya guna (life time) beton yang dihasilkannya. Beberapa aspek yang cukup penting dalam kaitannya dengan sifat daya serap air agregat yaitu : - Pengaruh proses pembekuan dan pencairan (freeze-thaw problem) - Pengaruh proses reaksi alkali (alkali reacion problem) - Pengaruh proses reaksi kimia lainnya seperti pelapukan dan deteriorasi (weathering and deterioration problems) Meskipun pada kenyataannya proses penyerapan air pada suatu konstruksi beton telah berlangsung selama pekerjaan konstrusi dilaksanakan, namun proses ini biasanya akan menerus oleh adanya faktor kelembaban atau oleh keberadaan konstruksi di bawah level muka air tanah. Dalam penelitian ini, pengujian daya serap air dilakukan dengan merendam contoh agregat selama 24 jam guna menjenuhkan pori yang ada (porositas efektif/ne). Daya serap air dideterminasi dengan melakukan pengukuran kenaikan berat contoh agregat yang diekspresikan oleh prosentase terhadap berat keringnya. Sebelum dilakukan pengujian, masing-masing contoh dianalisis dengan mempergunakan mikroskop binokuler untuk mengetahui adanya pori yang berupa retakan halus maupun gejala-gejala lainnya. Secara umum hasil pengujian daya
152
serap air dapat dirangkum seperti terlihat dalam Tabel 3. Bila dihubungkan dengan hasil analisis petrografi agregat, hasil pengujian ini memperlihatkan adanya kecenderungan bahwa semakin banyak persentase gelas volkanik pada agregat diduga akan mengakibatkan semakin tinggi daya serap air. Hal ini tercermin dari tingginya nilai daya serap air pada agregat tuf andesitik yang mengandung mineral gelas mencapai 70%. Disamping itu, tekstur bahan agregat juga sangat mempengaruhi nilai daya serap air. Pada bahan agregat tuf andesitik seringkali mempunyai tekstur yang bersifat klastik dibandingkan dengan bahan agregat lainnya yang bersifat kristalin. Hal ini berkaitan dengan proses pembentukan bahan agregat tersebut dimana tuf andesitik merupakan hasil dari letusan gunung api sedangkan basalt/basalt olivin, andesit piroksen, dan andesit hornblende merupakan langsung dari hasil pembekuan magma. Kekuatan Kekuatan adalah parameter yang paling penting dalam pemilihan bahan baku agregat. Mineralogi dan tekstur agregat sangat berpengaruh terhadap kekuatannya (Kazi dan Al-Mansour, 1980). Mineral silikat secara tipikal lebih resistan terhadap gaya tekan daripada jenis mineral lainnya. Kekerasan relatif dari mineral pembentuk batuan juga berpengaruh terhadap kekuatannya. Adapun unsur-unsur tekstur yang berpengaruh terhadap kekuatan agregat diantaranya adalah : ukuran kristal atau butiran, orientasi relatif kristal atau butiran, kebundaran, dan porositas. Ukuran kristal atau butiran relatif lebih konsisten berpengaruh terhadap kekuatannya (Kazi dan Al-Mansour, 1980). Dalam penelitian ini kekuatan batuan dianalisis dengan pengujian kuat tekan uniaksial. Contoh agregat dibuat sedemikian rupa sehingga berbentuk kubus dengan sisi 5 ± 0,1 cm. Berdasarkan hasil pengujian ini
BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
Tabel 3 Hasil pengujian fisik-mekanik dan reaksi alkali pada beberapa contoh agregat terpilih No.
No.
Kelompok Batuan
1
contoh B - 1B
Derajat ubahan Daya serap air (kualitatif) lemah
(%) 0,628
UCS
Reaksi alkali
Keterangan
(kg/cm2) Sc (mmol/L) Rc (mmol/L) 1028,40 42 178
2
B - 5B
sedang
x
x
x
x
3
B - 6A
lemah
x
x
81
105
4
B - 8B Basalt/Basalt olivin
sedang
x
x
x
x
5
B - 9A
lemah
x
x
69
126
6
B - 9C
kuat
x
x
x
x
7
B - 10B
kuat
x
x
x
x
8
B - 11B
lemah
x
x
x
x
9
B - 11C
lemah
x
x
x
x
10
B - 14A
kuat
x
x
x
x
11
B - 3A
lemah
1,275
1124,60
250
90 x
12
B - 3B
sedang
x
x
x
13
B - 4A
Andesit piroksen
lemah
x
x
x
x
14
B - 4C
lemah
x
x
102
102
15
B - 12A
sedang
x
x
72
109
16
B - 12C Andesit hornblenda
sedang
x
x
x
x
17
B - 13A
kuat
x
x
x
x
18
B - 13B
lemah
2,746
985,30
56
134
19
B - 2A
lemah
4,512
820,70
308
72
20
B - 7C
lemah
x
x
150
97
Tuf andesitik
ada retakan halus
Keterangan : UCS = uji kuat tekan uniaksial X = tidak dilakukan analisis
(Tabel 3) terlihat bahwa agregat andesit piroksen memiliki kekuatan terbesar dan agregat tuf andesitik memiliki kekuatan terkecil. Hal ini mungkin terkait dengan tekstur klastik pada tuf andesitik yang seringkali mempunyai ikatan yang lebih lemah dibandingkan dengan tekstur kristalin pada agregat andesit piroksen. Apabila hasil analisis petrografi dilihat lebih teliti lagi, maka boleh jadi kehadiran masadasar (ukuran kristal lebih kecil dari fenokris) yang lebih banyak pada andesit piroksen, menjadi pengontrol kekuatan agregat tersebut. Namun pada agregat basalt/basalt olivin, yang mempunyai masadasar yang paling sedikit (60%), relatif mempunyai kekuatan yang lebih baik dari agregat andesit hornblenda (masadasarnya 93%). Hal ini mungkin dikontrol oleh kehadiran mineral yang memiliki tingkat kekerasan di atas 5 (skala kekerasan Mohs), misalnya mineral plagioklas dan piroksen, yang relatif lebih banyak pada agregat basalt/basalt olivin diBULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
bandingkan agregat andesit hornblenda. Disamping itu, kekuatan agregat diperkirakan juga dipengaruhi oleh kehadiran vesikuler, seperti tercermin dari nilai kekuatan yang tampak pada agregat basalt/basalt olivin dan andesit piroksen (vesikulernya hanya 0% - 1% 15%) dan tuf andesitik (vesikulernya dapat mencapai 5%). Potensi Reaksi Alkali Dalam penggunaannya sebagai agregat beton, beberapa agregat membutuhkan pengujian lebih detil untuk mengetahui perilaku atau respon agregat dalam lingkungan alkali. Metode yang paling sederhana yaitu dengan merendam atau melarutkan agregat tersebut dalam larutan yang bersifat alkalis (basa). Dalam penelitian ini, pengujian potensi reaktivitas agregat juga dilakukan dengan menggunakan larutan kimia alkalis atau lebih dikenal sebagai standar peng-ujian dengan metode kimia (ASTM C 298 - 87). 153
Pada prinsipnya, pengujian ini didasar-kan atas jumlah NaOH 1 N yang bereaksi dengan silika dari agregat yang memiliki kehalusan antara 150 - 300 µm selama 24 jam pada suhu 80°, dalam sebuah wadah reaksi yang terbuat dari baja tahan karat atau korosi lainnya dan dilengkapi dengan tutup kedap udara. Hasil pengujian tersebut menghasilkan dua parameter utama yaitu banyaknya silika terlarut (Sc) dalam mmol/L dan reduksi alkalinitas atau kebasaan (Rc) yang juga dalam mmol/L (Tabel 3).
berbagai jenis mineral silikat, terlihat adanya suatu kecenderungnan bahwa semakin banyak prosentase gelas volkanik pada suatu agregat, tingkat reaktivitas agregat cenderung relatif semakin tinggi (lihat Tabel 2 dan Gambar 3). Kecenderungan ini selain tercermin pada perbedaan jenis bahan baku agregatnya, secara berarti juga terlihat pada jenis agregat yang sama namun berbeda dalam persentase kehadiran gelas volkaniknya. Sebagai contoh, agregat basalt yang mempunyai gelas volkanik sebanyak 33% (B-6A) tampak lebih reaktif bila dibandingUntuk mengetahui tingkat reaktivitas agre- kan dengan basalt yang hanya mengandung gat, hasil-hasil pengujian tersebut di atas 20% (B-9A) dan 10% (B-1B) gelas volkadirajah (diplot) ke dalam sebuah grafik nik. Hal yang relatif sama juga terlihat pada standar seperti diperlihatkan pada Gambar 3. agregat yang berasal dari kelompok andesit Tampak bahwa ada beberapa agregat ter- piroksen, andesit hornblenda, dan tuf andegolong sebagai agregat berpotensi reaktif sitik. Berdasarkan rasio perbandingan terhingga agregat reaktif, terutama dari jenis hadap berat agregatnya, Gillott dan tuf andesitik dan andesit piroksen. Hampir Swenson (1973) mengemukakan bahwa kesemua agregat tuf andesitik yang diuji hadiran 3% gelas volkanik sudah cukup memiliki sifat reaktif yang cukup tinggi dan berbahaya terhadap potensi terjadinya rerelatif bersifat lebih reaktif apabila diban- aksi alkali-agregat. Namun apabila dilakudingkan dengan jenis agregat lainnya. Pada kan konversi ke dalam prosentase kehadiran agregat andesit piroksen tergolong sebagai berdasarkan komposisi mineraloginya terliagregat berpotensi reaktif hingga reaktif, hat pula bahwa sifat reaktif pada agregat sedangkan andesit hornblenda tergolong secara umum juga tercermin oleh hadirnya agregat yang tidak bersifat reaktif. Lain hal- ± 35% atau lebih gelas volkanik. Hal ini nya dengan agregat yang berasal dari jenis juga diperlihatkan hampir pada semua agrebasalt, secara umum dapat dikatakan bahwa gat yang tergolong berpotensi reaktif hingagregat ini tidak bersifat reaktif. ga reaktif berdasarkan hasil pengujian pada penelitian ini, yaitu dengan kandungan geDalam bab ini juga akan dibahas sejauh las volkanik 40% atau bahkan lebih. mana pengaruh variasi jenis dan tekstur mineral silikat terhadap tingkat reaktivitas Selain gelas volkanik, jenis mineral silikat agregat. Studi individu terhadap setiap lainnya yang cukup dominan yaitu mineral contoh agregat dilakukan guna mengkaji plagioklas. Adanya kenaikan pada prosentaadanya pola dan kecenderungan perubahan se kehadiran gelas volkanik biasanya diyang ada baik dalam kelompok jenis agre- ikuti dengan berkurangnya prosentase migat yang sama maupun dalam jenis yang neral plagioklas. Namun demikian, adanya berbeda. pengaruh mineral plagioklas kemungkinan juga akan dikontrol oleh tingkat keasaman Variasi Jenis Mineral Silikat dan Reakti- mineral plagioklas (Ca-Plagioklas hingga vitas Agregat Na-Plagioklas) serta ukurannya (fenokris atau masadasar berupa kristal berukuran Apabila adanya potensi reaksi alkali pada halus hingga mikrokristalin). Kehadiran miagregat dikaitkan dengan variasi jenis mi- neral silikat lainnya, yaitu olivin, piroksen, neraloginya, terutama terhadap kehadiran dan hornblenda secara umum relatif sangat
154
BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
700
Agregat Basalt/Basal Olivin z Agregat Andesit Piroksen ∆ Agregat Andesit Hornblenda Agregat Tuf Andesitik
600
Reduksi Alkalinitas (mmol/L)
500
400
300 A g reg at tid ak reaktif A g reg at b erp o tensi reaktif
200
100
A g reg at reaktif
0 1
10
100
1000
Silika Terlarut (mmol/L)
Gambar 3. Grafik interpretasi tingkat reaktivitas agregat yang didasarkan atas hasil-hasil pengujian dengan metode kimia. sedikit apabila dibandingkan dengan kehadiran jenis mineral plagioklas dan gelas volkanik. Ada beberapa contoh agregat yang terbentuk oleh mineral piroksen hingga ± 20% - 25% (B-11C dan B-1B). Namun demikian, berdasarkan hasil uji potensi reaksi alkali pada agregat tersebut tidak diperlihatkan adanya pengaruh yang berarti pada tingkat reaktivitasnya. Secara kumulatif, total kehadiran jenis mineral silikat juga tidak memperlihatkan adanya hubungan yang berarti terhadap tingkat reaktivitas agregat. Tetapi, apabila dilihat berdasarkan pola kehadiran masingmasing jenis mineraloginya maka tampak adanya pengaruh yang berarti terhadap tingkat reaktivitasnya, terutama pada jenis gelas volkanik. Atau dengan kata lain dapat dikatakan pula bahwa adanya perubahan komposisi mineralogi pada agregat akan berpengaruh terhadap tingkat potensi reaktivitasnya. Dengan demikian kemampuan agregat untuk bereaksi di lingkungan alkali tinggi dari semen yang digunakan BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
pada beton merupakan fungsi dari komposisi (jenis) mineralogi pada agregat yang digunakan. Variasi Tekstur dan Reaktivitas Agregat Tingkat reaktivitas agregat terhadap kondisi lingkungan alkali dimungkinkan pula dipengaruhi oleh pola teksturnya, terutama oleh adanya variasi tekstur pada agregat. Secara umum terlihat bahwa semakin kecil persentase fenokris pada agregat, tingkat reaktivitas agregat relatif semakin tinggi (lihat Tabel 3 dan Gambar 3). Adanya kecenderungan ini juga tercermin pada perbedaan reaktivitas antara agregat basalt (15% - 50% pada contoh B-1B, B-6A, B-9A), andesit piroksen (5% - 15% pada contoh B3A, B-4C), dan andesit hornblenda (± 10% pada contoh B-12A, B-13A). Meskipun agregat dari jenis tuf andesitik memiliki kandungan butiran sebanyak 20% - 25% namun agregat ini terlihat relatif lebih reaktif dibandingkan jenis batuan lainnya. Reaktifitas agregat tuf andesitik diduga 155
lebih dikontrol oleh hadirnya matrik berupa gelas volkanik dengan tekstur umumnya berbentuk amorf. Semakin sedikit hadirnya fenokris atau butiran umumnya akan semakin banyak masadasar atau matrik yang terkandung pada agregat tersebut. Dengan demikian maka semakin banyak prosentase masadasar pada agregat, yang umumnya berupa bahan-bahan kristalin berukuran halus hingga mikrokristalin, menyebabkan tingkat reaktivitas agregat juga relatif semakin tinggi. Hal ini kemungkinan berhubungan erat dengan semakin luasnya bidang permukaan pada bahan-bahan kristalin berukuran halus atau mikrokristalin yang menyebabkan permukaan bidang reaksi pada agregat tersebut menjadi semakin luas, seperti halnya yang juga dikemukakan oleh Wigun (1995) untuk batuan kataklastik di Norwegia. Lebih lanjut atas dasar ukuran masadasar atau matrik dalam suatu agregat, hadirnya jenis gelas volkanik yang berbentuk amorf tampak relatif lebih reaktif apabila dibandingkan dengan masadasar yang terdiri atas bahan-bahan kristalin berukuran halus dan/atau mikrokristalin.
olivin, andesit piroksen, andesit hornblenda, dan tuf andesitik Beberapa jenis mineral silikat yang dijumpai pada agregat meliputi mineral plagioklas, gelas volkanik, piroksen/augit, hornblenda, dan olivin, serta sedikit kuarsa, dengan tekstur umumnya hipokristalin porfiritik untuk jenis agregat basalt/basalt olivin, andesit piroksen, andesit hornblenda, dan tekstur klastik (vitroklastik) untuk jenis agregat tuf andesitik. Tekstur agregat secara nyata berpengaruh terhadap kekasaran permukaannya, semakin banyak prosentase kahadiran fenokris/ butiran terhadap masadasar/matrik maka permukaan agregat cenderung semakin kasar, semakin halus ukuran butir fenokris/ butiran dan masadasar/matrik maka permukaan agregat cenderung juga semakin halus.
Terdapat hubungan yang berarti antara prosentase hadirnya gelas volkanik pada agregat terhadap daya serap airnya, semakin banyak kehadiran prosentase gelas volkanik semakin tinggi daya serap airnya. Tekstur bahan agregat juga sangat mempengaruhi nilai daya serap air, tektur yang bersifat Secara umum, adanya perubahan aspek klastik cenderung memiliki daya serap air tekstural pada agregat secara berarti juga yang lebih tinggi dibandingkan dengan baberpengaruh terhadap tingkat reaktivitasnya, han agregat yang bersifat kristalin. terutama didasarkan atas kehadiran masadasar atau matrik pada agregat, baik Kekuatan agregat sangat dipengaruhi oleh berupa bahan kristalin berukuran halus karakteristik petrografi; ukuran kristal atau hingga mikrokristalin maupun adanya teks- butiran dan komposisi mineral merupakan tur amorf yang terdapat pada jenis gelas faktor petrografi yang cukup dominan. Disamping itu perbedaan kekerasan relatif mivolkanik. neralogi pembentuk batuan juga berpengaruh terhadap kekuatan agregat. KESIMPULAN
Analisis petrografi dalam kaitannya dengan beberapa parameter fisik-mekanik agregat telah dievaluasi dalam penelitian ini. Beberapa kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan penelitian ini antara lain yaitu : Berdasarkan komposisi mineralogi dan teksturnya, bahan baku agregat dapat digolongkan dalam kelompok basalt/basalt 156
Reaktivitas agregat pada lingkungan alkali tinggi, berdasarkan pengujian dengan metode kimia, memperlihatkan bahwa agregat basalt/basalt olivin secara umum tergolong sebagai agregat tidak reaktif, agregat andesit piroksen tergolong berpotensi reaktif hingga reaktif, agregat andesit hornblenda tergolong tidak reaktif, dan agregat tuf andesitik tergolong reaktif. BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
Perubahan komposisi mineralogi pada agregat tampak berpengaruh terhadap tingkat reaktivitasnya, terutama bila dikaitkan dengan prosentase hadirnya gelas volkanik pada agregat tersebut. Demikian halnya dengan perubahan pada aspek teksturnya yang juga tampak berpengaruh terhadap tingkat reaktivitas agregat, terutama didasarkan atas kehadiran masadasar atau matrik baik berupa bahan kristalin berukuran halus hingga mikrokristalin maupun berupa tekstur amorf dari gelas volkanik. Ucapan Terimakasih Tulisan ini merupakan bagian dari hasil penelitian yang didanai oleh SPP-DPP ITB 1999. DAFTAR PUSTAKA
ASTM Standar C 289 - 87 (1987). Standart test method for potential reactivity of aggregate (chemical method), in Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04. 02, pp. 161-167. Bell, F. G., 1980. Engineering Geology and Geotechnics, Newnes - Butterworths : London - Boston, 447p. Clutterbuck, P. J., Ingles, O.G., dan Talbot, C. J., 1982. Rock as Construction Mate-
BULETIN GEOLOGI, Vol. 32, No. 3, 2000
rials, Course Note, Training Program for Geoscientists in Development, AGID, 235 p. Gillott, J. E., dan Swenson, E. G., 1973. Some unusual alkali expansive agregates, Eng. Geology, 2: 7-24. Hudec, Peter P., 1084. Quantitative petrographic analysis of aggregate, Bull. Int. Assoc. Eng. Geology, 29: 381-385. Kazi, A. dan Al-Mansour, Z., R., 1980. Empirical relationship between Los Angeles abration and Schmidt hammer strength test with application to aggregates aruond Jeddah, Q. J. Eng. Geology, 13: 45-52. Lees, G. dan Kennedy, C., K., 1975. Quality, shape and degradation of aggregates, Q. J. Eng. Geology, 8: 193-209. Malewski, J. A., 1984. A comparison of particle shape characteristics of crushed basalt and granite rocks, , Bull. Int. Assoc. Eng. Geology, 29: 401-406. Ramsey, D. M., Dhir, R., K., dan Spence, J., M., 1974. The role of rock and clast fabric in the physical performance of crushed rock aggregate, Eng. Geology, 8: 267-285. Wigun, B. J., 1995. Feature of Norwegian cataclastic rocks and their use for predicting alkali-reactivity in concrete, Engineering Geology, 4: 169-194.
157
