STUDI PENAMBAHAN ABU BATUBARA SEBAGAI FILLER PADA CAMPURAN BERASPAL (186M)

Transkripsi

1 STUDI PENAMBAHAN ABU BATUBARA SEBAGAI FILLER PADA CAMPURAN BERASPAL (86M) Syaiful, Setiana Mulyawan Dosen Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor ABSTRAK Bahan bakar batu bara digunakan pada pembangkit listrik dan industri termasuk pada unit Asphalt Mixing Plant (AMP) menyisakan limbah abu batu bara yang sangat banyak dan menjadi masalah bagi lingkungan. Pemanfaatan limbah batu bara dilakukan dalam berbagai macam keperluan termasuk untuk konstruksi yaitu sebagai filler pada campuran aspal. Penelitian menunjukkan nilai stabilitas semua campuran memenuhi syarat spesifikasi, yaitu minimal 800 kg, hanya pada campuran variasi,0% Filler dengan kadar aspal,% nilai stabilitasnya minim yaitu 890 kg, diperkirakan karena kurangnya kadar aspal. Nilai stabilitas yang paling tinggi didapat dari campuran varian, agregat dari coldbin tanpa filler, dengan kadar aspal 6,0%. Nilai stabilitas didukung oleh gradasi agregat, bentuk dan tekstur agregat dan kadar aspal campuran. Penambahan prosentase filler menurunkan stabilitas pada campuran dengan kadar aspal minim, tetapi menambah nilai stabilitas pada campuran dengan kadar aspal yang tinggi dan optimum. Semua variasi campuran menunjukkan nilai stabilitas tertinggi pada kadar aspal 6,0%. Nilai stabilitas tertinggi pada variasi campuran dari coldbin murni tanpa filler dimungkinkan karena gradasi agregat yang ada sudah sangat baik. Variasi campuran 6 yang merupakan campuran dengan material dari hotbin dimana materialnya dipengaruhi oleh abu batubara dari pembakaran/agregat pada pengering (driyer), menunjukkan nilai stabilitas yang tinggi. Kata kunci : Stabilitas campuran, hot bin, filler, cold bin.. PENDAHULUAN Penggunaan bahan bakar batu bara pada pembangkit listrik dan industri termasuk pada unit Asphalt Mixing Plant (AMP) menyisakan limbah abu batu bara yang sangat banyak dan menjadi masalah bagi lingkungan. Upaya pemanfaatan limbah ini telah dilakukan untuk berbagai macam keperluan termasuk untuk konstruksi. Abu batu bara yang berupa abu terbang (fly ash) dan abu dasar (bottom ash) dapat digunakan sebagai mineral filler untuk pengisi voids dan memberikan contact point antar agregat pada campuran asphalt concrete. (Prijatama, Herry, Eko TS, 996) Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai Marshall (kekuatan, rongga antar agregat (VMA), rongga dalam campuran (VIM), kelelahan (flow) dan hasil bagi marshall (MQ) akibat pengaruh penggunaan abu batubara sebagai substitusi filler pada campuran beraspal, beton aspal lapis aus (asphalt concrete-wearing course/ac-wc). (Sukirman, Silvia, 99).. METODOLOGI. Tinjauan Struktur Perkerasan Jalan Perkerasan jalan adalah suatu struktur perkerasan diletakkan di atas tanah dasar yang berfungsi untuk menampung beban lalu-lintas yang melewatinya. Secara struktural lapisan perkerasan jalan harus dapat menerima dan menyebarkan beban lalu lintas tanpa menimbulkan kerusakan yang berarti pada konstruksi jalan itu sendiri Fungsi utama perkerasan jalan adalah :. Menyediakan lahan untuk pergerakan barang dan manusia dengan rasa aman, nyaman dan sesuai dengan kebutuhan serta irit.. Melindungi subgrade dengan lapisan kedap air untuk mencegah air permukaan menginfiltrasi ke dalam subgrade dan melemahkannya.. Menahan tegangan regangan yang disebabkan oleh beban lalu lintas dan cuaca dan memindahkannya pada subgrade dengan batas-batas tertentu, dengan kata lain perkerasan melindungi bagian dibawahnya dari distribusi beban lalu lintas yang terkonsentrasi sehingga terhindar dari tegangan yang berlebih. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, -6 Oktober 0 M -

2 Memenuhi tuntutan di atas dalam upaya mendukung beban lalu lintas, konstruksi perkerasan jalan harus mempunyai kekuatan yang cukup pada setiap lapisan, dengan kekuatan makin ke atas daya dukungnya akan makin besar. (Kurniaji, 00).. Kriteria Konstruksi Perkerasan Jalan Kriteria konstruksi perkerasan jalan bersifat lentur yang dapat memberikan rasa aman dan nyaman bagi pemakai jalan haruslah memenuhi syarat-syarat tertentu secara garis besar dikelompokkan menjadi (dua) yaitu syarat keamanan dan kenyamanan dan syarat kekuatan/struktural.. Syarat-syarat keamanan dan kenyamanan. Konstruksi perkerasan lentur dipandang dari segi keamanan dan kenyamanan berlalu lintas harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut : ) Permukaan rata, tidak bergelombang, tidak melendut dan tidak berlubang. ) Permukaan cukup fleksibel, sehingga tidak mudah berubah bentuk akibat beban yang bekerja diatasnya. ) Permukaan cukup kesat, sehingga dapat memberikan gaya gesekan yang baik antara ban dan permukaan jalan sehingga tidak mudah selip. ) Permukaan tidak mengkilap, tidak silau jika terkena sinar, baik sinar matahari maupun sinar lainnya.. Syarat-syarat kekuatan/struktural. Konstruksi perkerasan jalan dipandang dari segi ketahanan dan kemampuan memikul dan menyebarkan beban lalu lintas, harus memenuhi syarat-syarat : ) Ketebalan yang cukup sehingga mampu menyebarkan beban/muatan lalu lintas ke tanah dasar. ) Kedap terhadap air, sehingga air tidak mudah meresap ke lapisan di bawahnya yang akan mengakibatkan perlemahan. ) Permukaan mudah mengalirkan air, sehingga air hujan yang jatuh di atasnya dapat cepat dialirkan. ) Perkerasan mampu memikul beban yang bekerja tanpa menimbulkan deformasi yang berarti. (Prijatama, Herry, Eko TS, 996). Abu Batubara Secara umum abu batubara dapat didefinisikan sebagai materi sisa atau pengotor dari batu bara (lempung, kuarsa, feldspar) yang tidak habis terbakar dan berfusi dalam proses pembakaran karbon, hidrogen, sulfur, oksigen dan penguapan air yang terkandung dalam batubara. Terdapat dua macam abu batubara, yaitu abu terbang (fly ash) dan abu dasar (bottom ash). Abu dasar hanya merupakan 0-0% dari total abu batubara dan biasanya terkumpul di dasar atau sekitar tungku pembakar karena terlalu berat untuk dibawa oleh gas buang. Abu dasar biasanya berwarna gelap dan ukuran butirnya bervariasi dari ukuran pasir hingga kerikil (pebble). Komposisi kimia abu dasar didominasi SiO dan Al O dan kadar CaO. Dibandingkan dengan abu terbang, abu dasar umumnya mengandung kadar sisa karbon yang lebih tinggi. Abu terbang merupakan bagian terbesar (80% atau lebih)) dari abu batubara. Abu tersebut mempunyai ukuran butir yang lebih halus (lebih kecil dari 00 mm) dan berwarna lebih terang (keabu-abuan) bila dibandingkan dengan abu dasar. Abu terbang ditangkap dengan menggunakan presipitator elektrostatik, filter atau siklon. Efisiensi dari penyaringan abu terbang bisa mencapai 99,9% (dengan presipitator elektrostatik) dan sisanya, berupa butiran yang sangat halus, terbang ke udara. Seperti halnya abu dasar abu terbang juga didominasi oleh alumina dan silica (aluminosilikat), sedangkan unsur lain yang juga berperan adalah oksida besi dan kalsium. Pada dasarnya abu terbang mempunyai komposisi kimia yang menyerupai aluminosilikat lainnya, seperti lempung. Berat jenisnya berkisar antara,9,9 g/cm dan komposisi mineraloginya terutama terdiri dari fasa gelas. Sebagai filler untuk aspal telah banyak digunakan di beberapa Negara Eropa dengan komposisi agregat kasar/halus, filler (abu batubara) dan aspal, tetapi hal ini belum dilakukan di Indonesia. Sedangkan sebagai fondasi jalan beberapa penelitian telah dilakukan oleh LIPI dan Departemen Pekerjaan Umum. Puslitbang Geoteknologi telah melakukan penelitian untuk membuat fondasi jalan yang stabil dengan campuran abu terbang dan lempung di daerah Purwodadi, dengan hasil sementara cukup baik. (Prijatama, Herry, Eko TS, 996). Pemeriksaan Dengan Alat Marshall Pengujian dengan alat Marshall konvensional. Pemeriksaan dimaksudkan untuk menentukan ketahanan (stabilitas) terhadap kelelehan plastis (flow) dari campuran aspal dan agregat. Kelelehan plastis adalah keadaan perubahan bentuk suatu campuran yang terjadi akibat suatu beban sampai batas runtuh yang dinyatakan dalam mm atau 0,0. Alat Marshall merupakan alat tekan yang dilengkapi dengan proving ring (cincin penguji) yang berkapasitas 00 kg atau 000 pon. Proving ring dilengkapi dengan arloji pengukur yang berguna untuk mengukur stabilitas campuran. Disamping itu terdapat arloji kelelehan untuk mengukur kelelehan plastis (flow). M - 6 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, -6 Oktober 0

3 . Pembuatan Benda Uji Benda uji berbentuk silinder (briket) dengan diameter atau 0,6 cm dan tinggi 6, cm, dibuat dengan cetakan dan ditumbuk mempergunakan hammer (penumbuk) dengan berat 0 pon (,6 kg) dan tinggi jatuh 8 inchi (,7 cm). Berikut ditampilkan alat uji Marshall dan jarum uji Marshall pada Gambar dan Gambar. Gambar. Alat uji Marshall Gambar. Jarum uji Metode pemadatan dengan Marshall konvensional atau normal yang dirancang dengan jumlah tumbukan normal tertentu dianggap belum cukup untuk menjamin kinerja campuran beraspal yang digunakan untuk lalu lintas berat dan padat dengan temperatur tinggi. Untuk mengevaluasi kerusakan perkerasan jalan beraspal berbentuk retak dan deformasi plastis berupa alur dikontrol dengan uji kepadatan sampai kondisi membal. Kepadatan membal adalah masa per satuan volume termasuk rongga contoh uji yang dipadatkan sampai membal. (Ditjen Bina Marga, 999)..6 Metodologi Penelitian Metodologi penelitian menggunakan tahapan sebagai berikut:. Penyediaan bahan material meliputi, a. agregat, skrining dan abu batu dari colbin. b. Agregat : Coarse dan Fine Agregat dari hotbin. c. Filler Abu Batubara dari Suplayer. d. Aspal Pen 60/70 ex. Pertamina.. Pemeriksaan berat jenis dan gradasi agregat.. Penggabungan agregat dan pemeriksaan berat jenis serta gradasi agregat gabungan.. Analisis campuran.. Penyiapan benda uji, dibuat bentuk briket ukuran diameter 0,6 cm tinggi 7,6 cm, dengan variasi dan proporsi campuran berbeda. 6. Pemeriksaan berat jenis benda uji dan pengujian dengan alat Marshall. 7. Perhitungan hasil uji Marshall dengan program Excel dan penggambaran grafik stabilitas, density, flow, rongga udara, rongga terisi aspal, kadar aspal dan penentuan kadar aspal optimum. 8. Hasil dan pembahasan.. HASIL DAN PEMBAHASAN. Hasil Pengujian Agregat Pengujian agregat berupa pemeriksaan berat jenis dan analisa saringan atau analisis gradasi yang dilakukan terhadap material yang akan digunakan untuk percobaan campuran yaitu dari coldbin dan hotbin, diperoleh hasil sebagaimana disajikan berturut-turut pada Tabel dan Tabel. Tabel. Berat jenis dan absorbsi material agregat dari cold bin. Uraian coldbin- coldbin- (Skrining) (Abu batu). Berat Jenis Bulk g/cm,7,. Berat Jenis Kering Jenuh SSD g/cm,66,68. Berat Jenis Semu g/cm,7,79. Absorbsi %,,08 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, -6 Oktober 0 M - 7

4 Tabel. Berat jenis dan absorsi material agregat dari hotbin. Uraian hotbin- hotbin- hotbin- (6- mm) (- mm) (0- mm). Berat Jenis Bulk g/cm,8,9,7. Berat Jenis Kering Jenuh g/cm,607,60,80 SSD. Berat Jenis Semu g/cm,707,7,669. Absorsi %,0,7, Gambar. Benda uji Berdasarkan hasil analisis saringan atau analisis gradasi masing-masing material agregat, dilakukan analisis penggabungan agregat dengan cara coba-coba (triall and error) dan diperoleh variasi dan proporsi campuran sebagaimana ditunjukkan pada Tabel. Varian Tabel. Variasi dan proporsi campuran Perbandingan Campuran ( % ) Coldbin Coldbin Hotbin Hotbin Hotbin Filler Coldbin ,0 Coldbin, , Coldbin - - -,0 Coldbin, - - -, Coldbin - - -,0 6 Hotbin ,0 Hasil analisis gradasi agregat gabungan dimana semua variasi campuran mempunyai nilai yang hampir sama, sebagaimana ditunjukkan pada Tabel. memenuhi batasan spesifikasi dan Tabel. Hasil analisa gradasi gabungan Ukuran saringan Persen lolos saringan (%) dia (mm) 6 Spesifikasi. 9,,7 9,,78,8,9 0,9 0,97 0,9 0,07 00,00 9,87 86,90 6,8,,6,70 0,00, 9, 00,00 9,87 88,90 6,8,,8,99 0,,8 9,7 00,00 9,87 88,90 6,8,8,0,8 0,6, 9,0 00,00 9,97 89,6 6,,,8,97,0,6 9,6 00,00 9,87 88,90 6,9,6,8,87,9,7 9, 00,00 97, 86, 60,9,60,9,97 7,,99 7, ,,6 0, 0, 9 0. Hasil Pengujian Campuran Hasil pengujian campuran dengan metode pengujian Marshall yang dilakukan pada semua variasi benda uji diperoleh nilai-nilai stabilitas, rongga diantara agregat (VMA), pelelehan (flow) dan hasil bagi marshall (MQ) memenuhi persyaratan spesifikasi. Sedangkan rongga dalam campuran (VIM) pada semua variasi dengan kadar aspal.% -.0% dan.% mempunyai nilai diatas.0% dan pada kadar aspal 7.0% dan sebagian variasi pada M - 8 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, -6 Oktober 0

5 kadar aspal 6.% nilai VIM dibawah.%, sehingga tidak memenuhi syarat spesifikasi yaitu minimal.% dan maksimal.0%. Rongga terisi aspal (VFA) pada semua variasi dengan kadar aspal.% dan.0% tidak memenuhi syarat spesifikasi karena mempunyai nilai dibawah minimal 6%. Dengan demikian semua variasi campuran dengan kadar aspal.%,.0%,.% dan 7.0% tidak memenuhi nilai yang disyaratkan. Hasil pengujian Marshall cara biasa (konvensional) dan cara kepadatan membal (precentag revusel density, PRD) yang memenuhi syarat sesuai spesifikasi beberapa variasi campuran ditunjukkan pada Tabel, Tabel 6, Tabel 7 dan Tabel 8. Tabel. Nilai stabilitas (Kg) Penambahan Filler (%) 0,0 0,,0, Kadar aspal dalam campuran Uji Marshall Biasa,% 6,0% 6,%,% 6,0% 6,% ,0 6 Hot Bin 0, Spesifikasi Umum 00 Minimum Tabel 6. Nilai Rongga Dalam Campuran ( VIM), (%). Kadar aspal dalam campuran Penambahan Uji Marshall Biasa Filler (%),% 6,0% 6,%,% 6,0% 6,% 0,0,0,0,6,,80,0 0,,68,7,6,,7,,0,,,8,60,70,,,9,7,7,00,07,,0,0,0,8,,78,7 6 Hot Bin 0,0,0,08,6,6,7,7 - Spesifikasi Umum 00, -,0 Min, Tabel 7. Nilai rongga terisi aspal (VFA), (%). Kadar aspal dalam campuran Penambahan Uji Marshall Biasa Filler (%),% 6,0% 6,%,% 6,0% 6,% 0,0 69,8 7,9 79,8 76,9 8,06 8,76 0, 7, 77,76 8,80 76,98 8,8 8,0,0 67,7 7,8 78,7 76,7 8,78 8,76, 68,0 7, 78,98 7,60 80,7 8,6,0 70,0 76,7 8,8 77,6 8, 8,66 6 Hot Bin 0,0 68, 7,80 79,7 7,90 8, 8, - Spesifikasi Umum 00 Minimum 6 - Tabel 8. Kelelehan (Flow), (mm). Kadar Aspal Dalam Campuran Penambahan Uji Marshall Biasa Filler (%),% 6,0% 6,%,% 6,0% 6,% 0,0,,67,70,7,70,80 0,,,6,70,7,67,8,0,00,78,8,8,70,80,,6,,6,0,,70,0,0,,6,8,6,68 6 Hot Bin 0,0,,6,70,7,70,80 - Spesifikasi Umum 00 Minimum - Berdasarkan hasil pengujian marshall tersebut diperoleh nilai kadar aspal optimum semua variasi campuran yang dihitung secara grafis, sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 9. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, -6 Oktober 0 M - 9

6 Tabel 9. Kadar aspal optimum (%). Variant Penambahan Filler (%) Kadar Aspal Optimum 0,0 0,,0,,0,9, Hot Bin 0,0,9. Pembahasan Hasil Pengujian Campuran Pembahasan hasil pengujian campuran dalam penelitian menunjukkan nilai stabilitas semua campuran memenuhi syarat spesifikasi, yaitu minimal 800 kg, hanya pada campuran variasi.0% Filler dengan kadar aspal.% nilai stabilitasnya minim yaitu 890 kg, diperkirakan karena kurangnya kadar aspal. Nilai stabilitas yang paling tinggi didapat dari campuran varian, agregat dari coldbin tanpa filler, dengan kadar aspal 6.0%. Nilai stabilitas didukung oleh gradasi agregat, bentuk dan tekstur agregat dan kadar aspal campuran. Penambahan prosentase filler menurunkan stabilitas pada campuran dengan kadar aspal minim, tetapi menambah nilai stabilitas pada campuran dengan kadar aspal yang tingi dan optimum. Semua variasi campuran menunjukkan nilai stabilitas tertinggi pada kadar aspal 6.0%. Nilai stabilitas tertinggi pada variasi campuran dari coldbin murni tanpa filler dimungkinkan karena gradasi agregat yang ada sudah sangat baik. Variasi campuran 6 yang merupakan campuran dengan material dari hotbin dimana materialnya dipengaruhi oleh abu batubara dari pembakaran/agregat pada pengering (driyer), menunjukkan nilai stabilitas yang tinggi, hal tersebut dimungkinkan karena:. Batubara yang dipakai merupakan bahan batubara yang berkalori tingi sehingga menghasilkan panas yang tinggi.. Batubara dihancurkan menjadi sangat halus sehingga dapat terbakar habis.. Driyer dilengkapi dengan burner yang memiliki pasokan bahan bakar solar untuk membantu menyempurnakan pembakaran.. Jumlah blower ditambah untuk menyempurnakan pembakaran,dimana blower pertama berfungsi mendorong batubara yang sudah membara dan yang kedua membuat turbulensi udara terhadap api yang dihasilkan sampai sejauh mungkin sehingga menghasilkan panas yang cukup tinggi di dalam driyer.. halus/ debu dan abu terbang dikeluarkan melalui bukaan exaust yang cukup, sehingga material filler yang di pasok ke hotbin tidak berlebihan atau sesuai keperluan. Nilai rongga dalam campuran (Va) atau (voids in mix/vim) yang kecil membuat lapisan menjadi kedap air, tetapi dengan nilai kadar aspal yang tinggi lapisan perkerasan akan menjadi bleeding. Berdasarkan uraian diatas, hasil pengujian campuran semua variasi menunjukkan nilai paling tinggi atau optimum untuk campuran beraspal lapis aus (asphalt concrete-wearing course/ac-wc) adalah dengan kadar aspal 6.0%. Sebagai gambaran perbandingan antara variasi campuran pada kadar aspal 6.0% ditunjukkan pada Tabel 0. Tabel 0. Hasil uji Marshall pada kadar aspal 6.0%. Stabilitas (Kg) Rongga diantara Agregat (VMA) (%) Rongga dalam Campuran (VIM) (%) Rongga terisi Aspal (VFA) (%) Kelelehan (mm) Hasil bagi Marshall ,0 6,7 7,8 7,08 6,97,0,7,,7,0 7,9 77,76 7,8 7, 76,7,67,6,78,, 6. 6,9,08 7,80,6 Spc.. min. 800 min.,,0 min. 6 min. min M - 0 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, -6 Oktober 0

7 . KESIMPULAN Berdasarkan hasil dan pembahasan penelitian diatas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :. Penggunaan abu batubara sebagai filler pada campuran beraspal,beton aspal lapis aus (asphalt concretewearing course/ac-wc) dalam batas tertentu dapat dilakukan sehingga mencapai gradasi agregat yang dikehendaki.. Variasi campuran dengan penambahan.% filler abu batubara, mempunyai nilai stabilitas lebih tinggi, nilai VIM ideal, rongga dalam campuran pada kepadatan membal mempunyai nilai terbesar, menunjukkan durabilitas cukup tinggi. DAFTAR PUSTAKA Ditjen Bina Marga. (999). Tata Cara Penentuan Kepadatan Mutlak, Jakarta, Departemen Pekerjaan Umum. Kurniaji. (00). Perkerasan dan Kinerja Jalan Secara Umum. Bandung, Departemen Pekerjaan Umum, Balai Bahan dan Perkerasan Jalan. Prijatama, Herry, Eko TS.(996). Mengubah Limbah Menjadi Rupiah Pemanfaatan Limbah Abu Batubara. Bandung, LIPI, Puslitbang Geoteknologi. Sukirman, Silvia. (99). Perkerasan Lentur Jalan Raya. Bandung: Nova. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, -6 Oktober 0 M -