PENGARUH PENGGUNAAN BOTTOM ASH SEBAGAI PENGGANTI SEMEN PADA CAMPURAN BATAKO TERHADAP KUAT TEKAN BATAKO Ristinah, Achfas Zacoeb, Agoes Soehardjono M. D.,Desy Setyowulan Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Jl. MT. Haryono 167 Malang ABSTRAK Batu bara yang digunakan sebagai sumber energi akan menghasilkan residu berupa fly ash dan bottom ash. Di Indonesia banyak dijumpai bottom ash dimana volumenya akan terus bertambah tiap tahun. Keberadaan bottom ash ini dianggap sebagai limbah yang dapat mencemari lingkungan dan mengganggu masyarakat sekitar. Untuk mengatasi hal tersebut maka dilakukan pengkajian untuk memanfaatkan material bottom ash. Salah satu cara memanfaatkan bottom ash adalah dengan menggunakan material tersebut sebagai bahan pengganti semen pada campuran batako. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengujian tentang pengaruh bottom ash sebagai pengganti semen terhadap kuat tekan batako. Batako merupakan salah satu alternatif bahan dinding yang murah dan relatif kuat yang terbuat dari campuran pasir, semen dan air. Pengujian dilakukan dengan membuat benda uji batako dengan campuran pasir, semen dan bottom ash dengan variasi prosentase semen dan bottom ash. Kemudian dilakukan uji tekan untuk mengetahui kekuatan tekan batako serta pengaruh dari pemakaian bottom ash. Hasil pengujian dianalisis secara teoritis, sehingga dapat diketahui hubungan antara kuat tekan dengan prosentase semen terhadap bottom ash. Dari hasil pengujian kuat tekan, besar prosentase bottom ash yang dapat dimanfaatkan berkisar antara 5%-55% dari total berat semen. Prosentasetersebut menghasilkan batako yang termasuk ke dalam mutu II, III dan IV sesuai syarat SNI 03-0349. Berdasarkan uji penyerapan air, seluruh varisi masuk ke dalam mutu 1. Kata kunci:bottom ash, batako, uji kuat tekan, uji penyerapan air PENDAHULUAN Bottom ash adalah limbah hasil pembakaran batu bara dimana jumlahnya akan terus bertambah selama industri terus berproduksi. Penanganan limbah ini dilakukan dengan cara menimbunnya di lahan kosong sehingga apabila volume limbah semakin bertambah maka semakin luas pula area yang diperlukan untuk menimbunnya. Selain itu penanganan limbah dengan cara penimbunan dapat berpotensi bahaya bagi lingkungan dan masyarakat sekitar seperti, logam-logam dalam abu bata bara terekstrak dan terbawa ke perairan, abu batu bara tertiup angin sehingga mengganggu pernafasan. Teknologi yang sedang berkembang saat ini adalah pengelolaan limbah industri untuk digunakan sebagai bahan baku atau material bangunan.dengan adanya penemuan inovasi-inovasi bahan tersebut diharapkan dapat menggantikan bahan bangunan sehingga dapat menekan biaya produksi serta mengurangi limbah industri. Salah satu dari inovasi tersebut adalah menggunakan bottom ash sebagai pengganti semen pada campuran batako. Bottom ash dikenal sebagai salah satu alternatif filler yang digunakan dalam pembuatan aspal beton. Dari penelitian tersebut dapat diketahui bahwa bottom ash memiliki kandungan silika dan kadar oksida yang merupakan mineral dasar yang dapat digunakan dalam pembuatan campuran semen. Dari segi ekonomi, material ini dapat memperkecil biaya produksi karena harga material semen dapat ditekan dengan menggantinya menggunakan material bottom ash. Proses pemanfaatan bottom ash sebagai bahan baku batako merupakan sebuah terobosan yang dapat diambil. 264
Bottom ash memilki kriteria yang dibutuhkan untuk dijadikan sebagai pengganti semen. Berdasarkan penelitian oleh Rendra P. Tentang kandungan senyawa yang terdapat pada bottom ash yang dilakukan di Laboratorium Lingkungan Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Brawijaya Malang, diketahui bahwa bottom ash memiliki kandungan silikat dengan prosentase rata-rata 29,42%. Hal ini berarti kandungan silikat pada bottom ash dapat menggantikan bahan baku pasir silika pada semen yang rata-rata mempunyai kandungan sebesar 17-25%. Untuk itulah perlu diadakan penelitian lebih lanjut apakah bottom ash dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengganti semen pada proses pembuatan batako atau tidak. BOTTOM ASH Bottom ash adalah abu yang dihasilkan pada proses pembakaran batubara sebagai sumber energi pada unit pembangkit uap (boiler) pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Bottom ash erbentuk partikel halus dan bersifat pozzolan.terdapat tiga tipe metode pembakaran pada proses penghasilan energi, yaitu dry bottom boilers, wet-bottom boilers dan cyclon furnace. Apabila batubara dibakar dengan type dry bottom boiler, maka kurang lebih 80% dari abu meninggalkan pembakaran sebagai fly ash dan masuk dalam corong gas.apabila batubara dibakar dengan wet-bottom boiler sebanyak 50% dari abu tertinggal di pembakaran dan 50% lainnya masuk dalam corong gas. Pada cyclon furnace, dimana potongan batubara digunakan sebagai bahan bakar, 70-80 % dari abu tertahan sebagai boiler slag dan hanya 20-30% meninggalkan pembakaran sebagai dry ash pada corong gas. Setelah dikaji lebih jauh ternyata abu batu bara dapat dimanfaatkan karena berbentuk partikel halus, bersifat Pozzolan, dapat bereaksi dengan kapur dan membentuk senyawa yang bersifat mengikat. Sehingga dapat disimpulkan bahwa salah satu solusi yang dapat diterapkan dalam menangani limbah abu batu bara adalah memanfaatkan limbah tersebut untuk keperluan bangunan konstruksi.pemaanfaatan fly ash sebagai material konstruksi sudah banyak dilakukan di bidang konstruksi. Pabrik semen menggunakan fly ash sebagai pengganti (substitusi) batuan trass yang bersifat pozzolanic untuk pembuatan semen tahan asam (PPC). Bagaimana dengan bottom ash? Untuk mengetahui pengaruh penggunaan bottom ash sebagai material konstruksi maka peneliti akan melakukan penelitian yang berhubungan dengan pemanfaatan bottom ash baik sebagai pengganti agregat maupun sebagai pengganti semen pada campuran paving. Selain itu peneliti juga akan melakukan pengujian produk untuk menghasilkan produk yang bermutu dan aman bagi lingkungan. Tabel 1. Sifat fisik bottom ash Sifat fisik Wet Dry Bottom ash Bentuk Angular / bersiku Berbutir kecil / granular Warna Hitam Abu-abu gelap Tampilan Ukuran (%lolos ayakan) Specific gravity Dry Unit Weight Keras, mengkilap No.4 (90 100%) No.10 (40 60%) Seperti pasir halus, sangat berpori 1,5 s/d ¾ in (100%) No.4 (50 90%) No.40 (10%) No.10 (10 60%) No.200 (5%) No.40 (0 10%) 2,3 2,9 2,1 2,7 960 1440 kg/m 3 3 720 1600 kg/m Sumber: Coal Bottom Ash/ Boiler Slag-Material Description, 2000 265
Material bottom ash memiliki beberapa karakteristik dimana sifat dan susunan senyawa kimia penyusun bottom ash dipengaruhi oleh cara penyimpanan, metode pembakaran dan perbedaan mutu batubara. Karakteristik tersebut dapat diketahui dengan melakukan uji laboratorium. Bottom ash dianggap dapat menjadi pengganti semen karena mempunyai salah satu unsur kimia semen yang penting pada proses pengikatan yaitu silika. Setelah dilakukan pengujian material bottom ash maka dapat diketahui unsur kimia penyusun bottom ash. Kemudian data tersebut dapat dibandingkan dengan unsur kimia yang dikandung semen. Pada Tabel 4 dapat dilihat bahwa kandungan silika bottom ash mencapai 29.04%. Jumlah tersebut mendekati jumlah kandungan semen yang berkisar antara 17-25 %.Sehingga bottom ash tersebut diharapkan dapat bekerja sebagai pengganti sebagian semen dalam campuran paving. Karakteristik bottom ash dipengaruhi oleh cara penyimpanan, metode pembakaran dan perbedaan mutu batubara sehingga hasil uji kimia bottom ash juga dapat bervariasi. Tabel 2. Sifat kimia bottom ash No. Jenis abu batubara 1. Abu Batubara Bukit Asam 2. Abu Batubara Ombilin Kandungan logam berat (ppm) Cu Pb Zn Cd Cr 298 19 391 11 224 87 15 153 11 120 Sumber : Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara, Departemen ESDM 2003 Tabel 3. Sifat mekanis bottom ash Sifat Mekanis Dry Bottom Ash Max dry density 1210-1620 kg/m 3 Kelembapan optimum 12-24% (umumnya < 20%) Tes abrasi LA 30 50 (%kehilangan) Sodium sulfat soundness (%kehilangan) Kuat geser (sudut geser) Koefisien permeabilitas 1,5 10 38 o 42 o 38 o 45 o (ukuran butiran < 9,5 mm) 10-2 10-3 cm/det. CBR(%) 40-70 Friable partikel ada Sumber: Coal Bottom Ash/ Boiler Slag-Material Description, 2000 Tabel 4. Perbandingan Sifat Kimia Bottom Ash dan Semen Parameter Bottom Ash Fly Semen Ash Si 29.40±0.03 52.00 23.13 Al 0.2576±0.0001 31.86 8.76 Fe 0.0590.33±0.0000.89 4.89 4.62 Mg 1.17±0.00 4.66 0.9 Ca 14.55±6.13 2.68 58.66 BATAKO Batako adalah salah satu bahan bangunan dengan bahan pembentuk berupa pasir dan agregat (campuran pasir, kerikil dan air). Batako dicetak melalui proses pemadatan menjadi bentuk balok-balok dengan ukuran dan persyaratan tertentu dan proses pengerasannya ditempatkan pada tempat yang lembab atau tidak terkena sinar matahari langsung atau hujan. Tabel 5. Persyaratan ukuran batako Jenis Ukuran Panjang Lebar Tebal Pejal 390 ± 3 90 ± 2 100 ± 2 Berlubang 390 ± 3 190 ± 2 100 ± 2 Tabel 6. Syarat syarat fisis batako Syarat Fisis Satuan Tingkat Mutu Bata Beton Berlubang I II III IV Kuat Tekan Bruto Kg/cm 2 70 50 35 20 Rata Rata Min Kuat Tekan Bruto Kg/cm 2 65 40 30 17 Masing Masing Benda Uji Min. Penyerapan Air Rata Rata Maks % 25 35 - - Sumber: SNI 03-0349-1989 266
Faktor yang mempengaruhi kuat tekan batako tergantung pada: (1) faktor air semen, (2) umur batako, (3) kepadatan batako, (4) bentuk dan tekstur batuan, (5) ukuran agregat dan lain-lain. Faktor air semen adalah perbandingan antara berat air dan berat semen dalam campuran adukan. Untuk suatu perbandingan campuran batako tertentu diperlukan jumlah air yang tertentu pula, sedangkan kuat tekan batako bertambah tinggi dengan bertambahnya umur batako. Dalam pembuatan batako diusahakan campuran dibuat sepadat mungkin karena hal ini akan memungkinkan bahan semakin mengikat keras sehingga kekuatan batako akan meningkat. Besarnya kuat tekan dari benda uji dapat dicari dengan menggunakan rumus: =...(1) Dimana: = kuat tekan batako P A = besarnya gaya tekan hancur batako = luas penampang benda uji Setelah dibuat, batako harus diberikan perawatan (curing).hal ini bertujuan sebagai langkah pencegahan terhadap kehilangan air yang terlalu cepat pada batako. Menurut Murdock dan Brock (1996) yang dikutip dari Yuliwati dan Syarifuddin, penguapan air yang terjadi pada beton dapat berakibat penyusutan kering yang terlalu cepat.penyusutan kering dapat menimbulkan tegangan tarik dan retak.agar kekuatan meningkat maka harus tersedia air untuk hidrasi. A B Penyerapan air = x100% B...(2) Keterangan: A = berat paving basah (gr) B = berat paving kering (gr) Tabel 7. Klasifikasi mutu paving berdasarkan SNI-03-0691-1996 Mutu Kuat Tekan (MPa) Penyerapan Air Ratarata Rata-rata Min Maks. (%) A 40 35 3 B 20 17 6 C 15 12.5 8 D 10 8.5 10 METODOLOGI PENELITIAN Gambar 3. Diagram alir penelitian 1. Rancangan penelitian Benda uji mempunyai ukuran rata-rata panjang 39 cm. lebar 16 cm dan tebal 9 cm.penelitian ini menggunakan 13 variasi dengan 1 variasi sebagai fungsi kontrol.tiap tiap variasi menggunakan 5 buah benda uji.jumlah benda uji adalah 65 buah untuk masing-masing pengujian.karena ada 2 jenis pengujian yaitu uji kuat tekan dan uji penyerapan air, maka total ada 130 buah benda uji.variasi benda uji dijelaskan pada Tabel 8.Batako dibuat dengan menggunakan perbandingan berat antara semen dan pasir sebesar 1:6. Sedangkan faktor air semen (fas) direncanakan dengan nilai 0,5. 267
2. Metode pengujian Pada pengujian kuat tekan, alat yang dipergunakan dalam pengujian ini adalah compression machine test. Kemudian kuat tekan batako dapat dihitung dengan rumus (1). Sedangkan untuk pengujian penyerapan air yang perlu dilakukan adalah merendam benda uji selama 24 jam kemudian menimbang benda uji. Setelah itu benda uji dikeringkan dengan menggunakan oven dengan suhu 105 ± 5 o C dan dicatat hasilnya. Penyerapan air dapat dihitung dengan rumus (2). Menurut SNI 03-0349, mutu batako dibedakan menjadi 4 yaitu: Mutu 1 = 70 kg/cm 2 Mutu 2 = 50 kg/cm 2 Mutu 3 = 35 kg/cm 2 Mutu 4 = 20 kg/cm 2 HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Uji tekan Gambar 1. Uji kuat tekan batako Tabel 8. Tabel rancangan pembuatan benda uji batako No. Variasi Berat Bottom Ash (kg) Berat Semen (kg) 1 buah batako 10 buah batako 1 buah batako 10 buah batako 1. 0% 0 0 1,714 17,14 2. 5% 0,085 0,85 1,620 16,20 3. 10% 0,171 1,71 1,540 15,40 4. 15% 0,257 2,57 1,457 14,57 5. 20% 0,342 3,42 1,370 13,70 6. 25% 0,425 4,25 1,280 12,80 7. 30% 0,514 5,14 1,199 11,99 8. 35% 0,599 5,99 1,111 11,11 9. 40% 0,685 6,85 1,030 10,30 10. 45% 0,771 7,71 0,943 9,43 11. 50% 0,857 8,57 0,860 8,60 12. 55% 0,942 9,42 0,770 7,70 13. 60% 1,028 10,28 0,680 6,80 Total 66,817 138,5 Gambar 2. Sketsa batako tampak atas 268
Dapat dilihat bahwa ada empat variasi batako yang masuk mutu 2 yaitu dengan komposisi bottom ash sebesar 0%,5%, 10%, 15%. Diantara keempat variasi tersebut, variasi 1 merupakan variasi dengan kuat tekan terbesar, yaitu 66,97 kg/cm 2.Sedangkan variasi batako yang masuk mutu 3 ada empat variasi yaitu variasi dengan prosentase bottom ash sebesar 20%,25%, 30%, 35%. Diantara keempat variasi tersebut, variasi 5 merupakan variasi dengan kuat tekan terbesar, yaitu 43,20 kg/cm 2. Untuk mutu 4 diisi oleh 4 variasi yaitu variasi dengan prosentase bottom ash sebesar 40%,45%, 50%, 55%. Variasi 9 menjadi variasi dengan kuat tekan terbesar, yaitu 34,92 kg/cm 2. Diantara semua variasi, hanya ada satu variasi yang tidak memenuhi syarat SNI, yaitu variasi 13 dengan kuat tekan 18,26 kg/cm 2. Tabel 9. Tabel kontrol mutu kuat tekan batako No Komposisi (%) Kuat Tekan Mutu Semen Bottom (kg/cm2) Ash 1 100 0 66.97 Kontrol 2 95 5 66.64 II 3 90 10 57.72 II 4 85 15 57.40 II 5 80 20 43.20 III 6 75 25 36.97 III 7 70 30 37.07 III 8 65 35 36.64 III 9 60 40 34.92 IV 10 55 45 34.49 IV 11 50 50 31.37 IV 12 45 55 27.40 IV 13 40 60 18.26 Di luar standart Semakin besar prosentase bottom ash yang dicampurkan, nilai kuat tekan menjadi semakin menurun.pada Gambar 1 dapat terlihat bahwa benda uji yang tanpa menggunakan bottom ash dan benda uji dengan prosentase bottom ash terbesar mempunyai perbedaan kuattekan yang cukup jauh, yaitu 48,71 kg/cm 2. Hal ini disebabkan karena walaupun kadar silika (Si) dari bottom ash mendekati semen, akan tetapi kadar kalsiumnya (Ca) sangat rendah apabila dibandingkan dengan semen. Bottom ash hanya memiliki kandungan kalsium sebesar 14,55% sedangkan kandungan di semen mencapai 60-67%. Untuk itulah bottom ash tidak bisa mengikat agregat secara sempurna. Secara visual, bottom ash yang digunakan terlihat sudah menggumpal dan sedikit lembab. Hal ini mengindikasikan bahwa sebagian bottom ash yang digunakan sudah terlebih dahulu bereaksi sebelum digunakan.sehingga ketika digunakan dalam penelitian, bottom ash tidak dapat bereaksi dan mengikat agregat secara maksimal.hal ini menyebabkan grafik kuat tekan pun cenderung menurun. 2. Uji penyerapan air Berdasarkan Tabel 10, Tabel 11 dan Gambar 4 dapat diketahui penyerapan air pada benda uji berbeda-beda pada tiap-tiap variasi.penyerapan terkecil ada pada variasi 1 yaitu 6,17% dan penyerapan terbesar ada pada variasi 10 yaitu 9,54%. Tabel 10. Hasil pengujian penyerapan air batako (0% - 25%) 0% 5% 10% 15% 20% 25% 1 7.07 7.77 6.19 9.31 9.32 5.43 2 6.01 6.20 5.74 4.83 6.25 4.50 3 4.74 5.96 5.35 5.93 6.68 11.05 4 4.76 5.67 9.27 5.63 6.86 7.55 5 8.27 7.20 9.22 8.51 10.16 6.33 Jml 30.84 32.80 35.76 34.21 39.28 34.87 Tabel 11. Hasil pengujian penyerapan air batako (30% - 60%) 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 1 7.63 11.48 9.55 11.40 10.77 10.77 9.36 2 7.95 10.51 6.65 8.02 8.36 8.36 6.52 3 8.13 7.83 8.27 7.95 7.93 7.93 8.10 4 8.07 8.52 14.04 9.17 9.43 9.43 13.74 5 10.38 8.78 8.70 11.17 11.05 11.05 8.52 Jml 42.16 47.12 47.20 47.70 47.55 47.55 46.26 269
Gambar 4. Perbandingan prosentase bottom ash dengan penyerapan air Menurut SNI 03-0349, penyerapanmaksimal air untuk mutu 1adalah 25%.Pada penelitian ini, penyerapan terbesar adalah 9.54% sehingga untuk pengujian penyerapan air benda uji dapat dikategorikan masuk mutu 1. Pada penelitian ini, penyerapan air terkecil ada pada variasi 1 dengan nilai 6,17%. Sedangkan penyerapan air terbesar ada pada variasi 10 dengan nilai 9,54%. Berdasarkan SNI 03-0349-89, penyerapan air maksimal pada batako adalah sebesar 25%. Sehingga apabila hasil pada penelitian dibandingkan dengan ketentuan SNI maka batako dikatakan memenuhi syarat kelayakan.hal ini diakibatkan oleh ukuran butiran bottom ash yang lebih besar dari semen sehingga memunculkan celah-celah kecil di antara agregat. Kondisi tersebut membuat air dapat masuk kedalam melalui celah-celah kecil yang terbentuk sehingga membuat penyerapan air menjadi meningkat. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian mengenai pemanfaatan bottom ash sebaga ipengganti semen pada batako terhadap kuat tekan dan penyerapan air, maka penulis dapat menarik kesimpulan yaitu: 1) Berdasarkan pengujian kuat tekan, bottom ash dapat dimanfaatkan sebagai pengganti semen pada batako. Besar prosentase bottom ash yang dapat dimanfaatkan berkisar antara 5%-55% dari total berat semen. Prosentase tersebut menghasilkan batako yang termasuk ke dalam mutu II, III dan IV sesuai syarat SNI 03-0349. Kuat tekan variasi kontrol (bottom ash 0%) ratarata adalah 66,97 kg/cm 2. Kuat tekan rata-rata tertinggi ada pada variasi 2, yaitu benda uji dengan kadar bottom ash 5% dengan nilai kuat tekan 66,64 kg/cm 2. Sedangkan kuat tekan ratarata terendah ada pada variasi 13, yaitu benda uji dengan kadar bottom ash 60% dengan nilai kuat tekan 18,26 kg/cm 2. 2) Berdasarkan pengujian penyerapan air, bottom ash dapat dimanfaatkan sebagai pengganti semen pada batako. Besar penyerapan air variasi kontrol (bottom ash 0%) rata-rata adalah 6,17%. Penyerapan air rata-rata terendah ada padavariasi 2, yaitu benda uji dengan kadar bottom ash 5% dengan nilai 6,56%. Sedangkan penyerapan air ratarata tertinggi ada pada variasi 10, yaitu benda uji dengan kadar bottom ash 45% dengan nilai penyerapan 9,54 %. Nilai penyerapan tersebut masih memenuhi standar penyerapan pada SNI yang mensyaratkan nilai penyerapan maksimal sebesar 25% sehingga berdasarkan uji penyerapan air, seluruh variasi masuk ke dalam mutu 1. Berdasarkan proses pelaksanaan penelitian dan hasil yang diperoleh, maka dapat disarankan sebagai berikut: 1) Perlu diadakan penelitian lanjutan mengenai pemanfaatan bottom ash sebagai pengganti semen. Untuk memperbaiki hasil penelitian diperlukan bahan tambahan lain yang mempunyai kandungan kalsium (Ca) cukup tinggi untuk menutupi kurangnya kadar kalsium pada bottom ash. Alternatif yang dapat digunakan misalnya dengan menambahkan kapur. Campuran antara bottom ash dan kapur akan memenuhi kebutuhan silika dan kalsium yang dimiliki oleh semen. 270
2) Proses penyimpanan bahan seperti bottom ash dan semen harus disiapkan secara baik, yaitu disimpan ditempat yang kering dan jangan terlalu lama. Apabila tidak disimpan dengan baik maka kedua bahan ini akan mengalami proses penggumpalan. Hal ini berarti material telah mengalami proses pengikatan dan dapat mengurangi mutu dari batako. DAFTAR PUSTAKA Coal Bottom Ash/ Boiler Slag-Material Description, 2000 Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara, Departemen ESDM 2003 Standar Nasional Indonesia (SNI)03 0691-1996. ErnaYuliwati, Ahmad Syarifuddin.1998.Konversi LimbahPadatHasilPengolahanIndustriKaret MenjadiBatako. UniversitasBinaDarma Palembang. Putera, Rendra P.2012. Pengaruh Penggunaan Bottom Ash Sebagai Pengganti Semen Terhadap Waktu Ikat Awal dan Akhir Pasta Semen. Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Brawijaya. Tugas Akhir Sarjana, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Brawijaya 271