Jurnal Ilmiah Elektronik Infrastruktur Teknik Sipil PENGARUH PENAMBAHAN ABU KULIT KOPI TERHADAP KUAT TEKAN DAN MODULUS ELASTISITAS BETON I Gusti Ngurah Sasmitha 1, I Ketut Sudarsana 2, Anak Agung Gede Sutapa 2 e-mail: ngurah.sasmitha@gmail.com Abstrak : Pengaruh penambahan limbah seperti abu sekam padi dan abu terbang pada kuat tekan (f c) dan modulus elastisitas (E) beton telah dilakukan. Abu kulit kopi merupakan hasil pembakaran limbah kulit kopi pada proses penggilingan kopi. Jumlah benda uji silinder yang digunakan adalah tiga buah untuk setiap perlakuan tanpa pengulangan dengan diameter 15 mm dan tinggi 3 mm. Komposisi campuran beton diperoleh berdasarkan rancangan campuran sesuai SNI 3-2834-2 dengan target kuat tekan 25 MPa. Semen yang digunakan pada penelitian ini adalah PC dengan variasi penambahan abu kulit kopi : 5%, 1%, dan 15% terhadap berat semen. Perawatan beton dilakukan dengan cara perendaman. Pengujian f c dan E dilakukan pada umur 28 dan 56 hari. Hasil penelitian menunjukan pada penambahan 1% abu kulit kopi terjadi peningkatan maksimum sebesar 11,54% pada umur uji 28 hari dan 16,67% pada umur uji 56 hari untuk f c beton dibandingkan tanpa penambahan abu kulit kopi. Sedangkan nilai E pada penambahan yang sama diperoleh peningkatan sebesar 6,42% pada umur uji 28 hari dan 25,96% pada umur uji 56 hari dibandingkan tanpa penambahan abu kulit kopi. Pada penambahan 15% justru terjadi penurunan baik f c dan E. Hubungan antara f c dan E pada penelitian ini menunjukkan nilai yang lebih rendah dibandingkan hubungan yang terdapat pada SNI. Kata kunci : abu kulit kopi, kuat tekan, modulus elastisitas EFFECT OF ADDITIONING COFFE SKIN ASH ON COMPRESSION STRENGTH AND ELASTIC MODULUS OF CONCRETE Abstract : aditioning effect of waste like paddy ash and fly ash against compression strength (f c) and elastic modulus (E) has been studied. Coffe skin ash from burning waste skin coffe on coffe grinding process. The number of cylindrical specimen used is three pieces for each treatment without repetition with a diameter of 15 mm and height 3 mm. The composition of the concrete mixture is obtained by mix design in accordance with SNI 3-2834-2 target of compression strength is 25 MPa. The cement used in this study is PC with variation of additioning coffe skin ash is: 5%, 1%, and 15% of cement weight. Concrete maintenance is by soaking. Testing of f c and E performed at 28 and 56 days. Results showed the addition of 1% coffe skin ash increased to a maximum of 11,54% at the age of 28 days and 16,67% at the age of 56 days to test the concrete f'c than without the addition of coffe skin ash. While the value of E at the same additions obtained an increase of 6,42% at the age of 28 days and 25,96% at 56 days compared to the test without the addition of coffee skin ash. In addition 15% actually decreased both f'c and E. Relation between f c and E in this study showed a lower value than the relationships contained in the SNI. Keywords : Coffe skin ash, compression strength, elastic modulus PENDAHULUAN Penggunaan limbah pada pembuatan beton telah banyak diteliti. Abu sekam padi dan abu terbang merupakan limbah yang paling sering digunakan. Penambahan limbah ini dapat berfungsi sebagai filler jika ukuran partikel terendah yang dideteksi berukuran 75μm (ASTM 115-96), maupun pozzolan jika senyawa yang terkandung adalah silika dan alumina yang tidak memiliki sifat semen namun karena adanya air dan kalsium hidroksida pada semen dapat mengeras (SNI 15-32-24). Abu kulit kopi merupakan hasil pembakaran kulit kopi limbah hasil penggilingan biji kopi, limbah ini jumlahnya sangat banyak di Kecamatan Pupuan, Tabanan, Bali, Namun pemanfaatannya sangat terbatas. Selain kuat tekan beton, modulus elastisitas merupakan parameter yang diperlukan dalam menentukan kualitas beton. Modulus elastisitas dipengaruhi oleh bahan pembentuk beton sendiri. Modulus elastisitas beton dapat ditentukan nilainya berdasarkan persamaan linear dengan f c sebagai parameter penentu tanpa memperhatikan material pembentuk, jenis semen dan bahan tambahan yang digunakan pada beton tersebut (3-2847-22). Dikarenakan adanya penambahan abu kulit kopi yang pada penelitian ini permasalahan yang kemudian tibul adalah sejauh mana pengaruh penambahan abu kulit kopi terhadap kuat tekan dan modulus elastisitas beton yang dihasilkan. Berdasarkan pengaruh abu kulit kopi tersebut kemudian ingin diketahui bagaimana hubungan antara kuat tekan dan modulus elastisitasnya. IX-1
Pengaruh Penambahan Abu Kulit Kopi Terhadap Kuat Tekan dan Modulus Elastisitas (Sasmitha, Sudarsana, Sutapa) MATERI DAN METODE Materi Pada penelitian ini digunakan bahan pembentuk yang sama seperti beton normal yaitu air, semen, agregat halus dan agregat kasar. Agregat halus yang digunakan berasal dari Karangasem dan masuk dalam batas zone 2. Agregat kasar yang digunakan merupakan batu pecah dengan ukuran maksimum butir adalah 2 mm. Air yang digunakan berasal dari PDAM yang terdapat di Laboratorium Teknologi Bahan, Jurusan Teknik Sipil Universitas Udayana. Untuk perekat digunakan semen PC. Abu kulit kopi yang digunakan sebagai bahan tambahan merupakan hasil pembakaran kulit kopi pada suhu 9 o C selama 12 jam dengan ukuran partikel yang tembus ayakan no. 2 (75μm), kandungan unsur yang terkandung dalam abu kulit kopi diperoleh berdasarkan metode Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) di laboratorium Kimia Analitik, Fakultas MIPA, Universitas Udayana, Bali. Dari unsur tersebut kemudian dilakukan pendekatan dengan metode perbandingan massa atom relatif dan massa molekul relatif untuk memperoleh persentase senyawa yang terkandung (Tabel 1) Tabel 1. Persentase senyawa abu kulit kopi Senyawa Persentase CaO 39,392 SiO2,649 Al2O3 3,373 Fe2O3 2,75 Mg2O3 8,764 Senyawa lain 45,747 Sifat fisik dari bahan pembentuk beton yang digunakan pada penelitian ini diperlihatkan pada Tabel 2. Gradasi agregat yang digunakan sesuai dengan SNI 3-2834-2 ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Metode Benda uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah silinder dengan diameter 15 mm dan tinggi 3 mm. Jumlah benda uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah tiga buah untuk setiap variasi penambahan abu kulit. Perbandingan bahan pembentuk beton diperoleh dengan rancangan campuran yang sesuai dengan SNI 3-2843-2 dengan target kekuatan 25 MPa dan Fas,5. Sebelum dicampur, agregat halus dan agregat kasar dikondisikan Saturated Surface Dry (SSD) untuk mencegah terjadinya penyerapan air oleh agregat. Pencampuran dilakukan dengan bantuan mesin pencampur dan pemadatan dilakukan dengan bantuan meja penggetar. Benda uji yang telah dicetak dibiarkan selama 24 jam sebelum akhirnya cetakan benda uji dibuka. Perawatan beton dilakukan dengan perendaman. Pengujian dilakukan setelah beton berumur 28 dan 56 hari dengan tiga buah benda uji untuk masing-masing variasi penambahan abu kulit kopi, pengujian perpendekan beton akibat beban tekan dilakukan dengan alat dial gauge (Gambar 3). Gambar 3. Proses pengukuran perpendekan beton Untuk dapat membuat kurva hubungan regangan dan tegangan, pencatatan perpendekan beton dilakukan setiap peningkatan beban 2 KN hingga mencapai beban batas. Dari kurva tegangan dan regangan yang diperoleh, kemudian dihitung nilai modulus elastisitas beton (E) untuk setiap perlakuan dengan menggunakan rumusan dari ASTM 469-95 sebagai berikut: S E c = 2 S 1 ε 2,5 Dimana : E c : modulus elastisitas beton S 2 : 4% dari tegangan batas (MPa) S 1 : tegangan pada saat regangan,5 (MPa) ε 2 : regangan longitudinal akibat tegangan S 2 Berdasarkan data Ec dan kuat tekan yang diperoleh dari berbagai variasi penambahan serta umur uji kemudian dilakukan analisis regresi untuk mendapatkan hubungan Ec dan f c. dalam analisis tersebut digunakan nilai rata-rata yang diperoleh dari benda uji yang tersedia. IX-2
Jurnal Ilmiah Elektronik Infrastruktur Teknik Sipil Tabel 2. Sifat fisik bahan pembentuk beton Sifat Fisik Bahan Pembentuk Beton Agregat Halus Agregat Kasar PC Abu Kulit Kopi Berat Satuan (Kg/m3) 146 1435 1293 425 Berat Jenis SSD 2,463 2,674 - - Penyerapan Air (%) 2,811,8 - - Kadar Lumpur (%) 2,941,7 - - Kadar Air,65 1,626 - - Keausan - 22,2 - - lolos ayakan (%) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1.15 16.81.3 41.53.6 8.12 1.18 Ukuran ayakan (mm) 88.95 2.36 95.59 Batas atas Gradasi Digunakan Gambar 1 Gradasi agregat halus batas bawah 4.75 1 9.5 Lolos ayakan (%) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 3 Gambar 2 Gradasi agregat halus 95 Batas atas Batas bawah 1 Gradasi digunakan 4.76 9.52 19 38.1 Ukuran ayakan (mm) HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penurunan nilai slump yang terjadi akibat penambahan abu kulit kopi ditampilkan pada Tabel 3. Sedangkan nilai dari kuat tekan dan modulus elastisitas untuk setiap variasi penambahan abu kulit kopi dan umur uji diberikan pada Tabel 4. Tabel 3 Nilai slump beton untuk berbagai persentase abu kulit kopi Nilai slump (mm) Persentase abu Sebelum Setelah Pencampuran kulit kopi penambahan penambahan air air % 5% 1% 15% Persentase penambahan air I 1 - - II 1 - - I 6 9 1% II 65 9 1% I 3 11 25% II 3 115 25% I 15 125 4% II 13 12 4% IX-3
Pengaruh Penambahan Abu Kulit Kopi Terhadap Kuat Tekan dan Modulus Elastisitas (Sasmitha, Sudarsana, Sutapa) Tabel 4 Kuat tekan dan modulus elastisitas beton untuk setiap variasi penambahan dan umur uji beton Persentase Umur Uji beton penambahan abu 28 Hari 56 Hari kulit kopi f c (MPa) E (MPa) f c (MPa) E (MPa) % 29,42 12755,94 33,96 1336,95 5% 3,56 13116,513 36,22 1415,132 1% 32,82 13535,436 39,61 16421,922 15% 26,3 12384,212 28,29 12594,131 Berdasarkan Tabel 3 terlihat bahwa terjadi penurunan dari nilai slump akibat penambahan abu kulit kopi. Pada Tabel 4 dapat dilihat bahwa nilai kuat tekan dan modulus elastisitas meningkat dengan penambahan 5% dan 1% baik dalam umur uji 28 dan 56 hari jika dibandingkan dengan tanpa penambahan abu kulit kopi. Sedangkan pada penambahan abu kulit kopi sebesar 15% justru terjadi penurunan kuat tekan dan modulus elastisitas dibandingkan dengan tanpa penambahan abu kulit kopi. Namun demikian, untuk persentase penambahan yang sama, beton dengan umur uji 56 hari menghasilkan kuat tekan dan modulus elastisitas yang lebih tinggi dibandingkan pada umur uji 28 hari. Hubungan antara Kuat Tekan dan Modulus Elastisitas Berdasarkan data kuat tekan dan modulus elastisitas yang diperoleh, kemudian di plot kedalam diagram pencar untuk melihat kecenderungan hubungan antara kedua parameter kualitas beton tersebut yang disajikan pada Gambar 3. Modulus Elastisitas (MPa) 2 15 1 5 Beton Umur 28 Hari Beton Umur 56 hari 2 3 4 Kuat Tekan Beton (MPa) Gambar 3 Hubungan kuat tekan dengan modulus elastisitas berdasarkan data yang diperoleh dari penelitian Dari Gambar 3 terlihat bahwa kecenderungan hubungan kuat tekan dan modulus elastisitas dari penelitian adalah linear, hal ini sesuai dengan rumusan empiris yang terdapat pada SNI 3-2847-22. Kemudian dianalisis dengan pendekatan linear tanpa konstanta antara akar IX-4 kuadrat kuat tekan beton ( f c ) dengan modulus elastisitas beton (E) untuk memperoleh hubungan yang sesuai dengan penelitian ini. Persamaan yang diperoleh berdasarkan f c dan E pada penelitian ini adalah = 2367,669 f c. Pembahasan Kandungan SiO 2 + Al 2O 3 + Fe 2O 3 yang kurang dari syarat minimum 7% berdasarkan ASTM 618 menyebabkan abu kulit kopi tidak dapat dimasukkan dalam ketiga kelas yang terdapat dalam aturan tersebut. Namun, jika dilihat dari kandungan CaO yang terdapat pada abu kulit kopi tersebut abu kulit kopi dapat diklasifikasikan dalam kelas C pada ASTM 618. Sehingga dalam penelitian ini abu kulit kopi bertindak sebagai filler karena ukuran partikel yang digunakan hanya yang melalui ayakan no. 2 (75 μm) sesuai dengan batas deteksi terendah berdasarkan ASTM 115-96. Kuat tekan dan modulus elastisitas menigkat pada penambahan abu kulit kopi 5% dan 1%, namun penurunan terjadi pada kuat tekan dan modulus elastisitas pada penambahan 15% abu kulit kopi. Penurunan kuat tekan dan modulus elastisitas ini terjadi karena kandungan CaO pada abu kulit kopi cukup tinggi. CaO yang tinggi dapat menyebabkan meningkatnya panas hidrasi serta menyebabkan terjadinya susut sehingga terbentuk retak pada beton. Dengan terjadinya retak, kepadatan yang dimiliki oleh beton tersebut akan berkurang, akibatnya kemampuan beton untuk menahan beban desak berkurang (Bustnes,24). Penurunan nilai slump terjadi akibat abu kulit kopi yang menyerap air pada campuran beton. Untuk mempertahankan nilai slump dilakukan penambahan air. Penambahan air mengakibatkan rasio berat air dan semen (faktor air semen) dari beton yang telah direncanakan bertambah. Bertambahnya nilai faktor air semen ini juga berakibat pada terbentuknya pori di dalam beton yang dapat mengurangi kepadatan beton sehingga kemampuannya dalam menahan beban desak dan perpendekan beton berkurang (Salain, 26).
Jurnal Ilmiah Elektronik Infrastruktur Teknik Sipil Hubungan kuat tekan dengan modulus elastisitas pada penelitian ini menunjukkan nilai yang linear. Persamaan yang diperoleh untuk menggambarkan hubungan kuat tekan dan modulus elastisitas adalah E = 2367,669 f c. Persamaan ini jauh lebih rendah dari hubungan empiris yang terdapat pada SNI yaitu = 47 f c, hal ini terjadi dapat disebabkan oleh jumlah benda uji yang terbatas maupun perbedaan antara metode serta alat uji yang digunakan. SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Kuat tekan dan modulus elastisitas mencapai nilai tertinggi pada penambahan 1% abu kulit kopi baik pada umur uji 28 dan 56 hari. Pada penambahan 15% abu kulit kopi terjadi penurunan baik kuat tekan maupun modulus elastisitas akibat tingginya kandungan CaO yang cukup tinggi serta terbentunya pori akibat meningkatnya faktor air semen. Abu kulit kopi dalam penelitian ini bertindak sebagai filler jika dilihat dari ukuran partikel yang digunakan. Hubungan antara kuat tekan dan modulus elastisitas yang diperoleh dari penelitian ini menunjukkan nilai yang lebih rendah jika dibandingkan dengan hubungan yang terdapat pada SNI Saran Perlu dilakukan penelitian mengenai jumlah senyawa kimia kulit kopi dengan metode yang berbeda. Perlu dilakukan penelitian mengenai abu kulit kopi sebagai bahan pengganti sebagian semen. Perlu dilakukan penelitian kuat tekan dan modulus elastisitas beton pada umur lebih dari 56 hari. Husaini, U. (1995). Pengantar Statistik, Bu-mi Aksara Jakarta, Jakarta. Salain, I M. A. Karyawan. 26. Hubungan Antara Modulus Elastisitas Dengan Kuat Tekan Pada Beton yang Dibuat Dengan Menggunakan Semen Portland-Pozzolan Maupun Semen Portland Tipe I. Jurnal Ilmiah Teknik Sipil. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Udayana, Vol. 1, No. 1, Januari 26. Anonimous. 1992. ASTM C-618-92a fineness of portland cement. ASTM, America. Anonimus. 1995. SNI 3-2834-2 Tata Cara Pembuatan Rencana Campuran Beton Normal. Badan Standar Nasional Indonesia, Jakarta. Bustnes, Moosberg, H. 24. Steel Slag As Filler Material In Concrete. Swedish Cement and Concrete research Institute, Sweden. LAMPIRAN Gambar 4 Proses pencampuran beton UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih atas segala bantuan baik tenaga maupun moril yang telah diberikan semua pihak yang ikut terlibat. Gambar 5 Proses pengujian slump DAFTAR PUSTAKA Brooks, J. J. and Nenvile, A. M. 1987. Concrete Technology. Longman Group, UK, London. Murdock, L. J., Brooks, K. M., (Terjemahan Stepanus Hindarto). 1999. Bahan dan Praktek Beton, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta. Gambar 6 Proses pengujian kuat desak dan perpendekan beton IX-5