BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertumbuhan populasi manusia yang sangat pesat dan pembangunan yang terus berkembang harus diikuti dengan perkembangan teknologi infrastruktur yang memegang peranan yang sangat penting. Seiring dengan munculnya isu pemanasan (global warming) dan hadirnya penerapan konsep pembangunan hijau (green building), dalam bidang rekayasa bahan material terus diupayakan berbagai inovasi ramah lingkungan dengan mengadakan penelitian yang intensif terutama untuk komponen struktur. Semen portland (portland cement) merupakan salah satu material komponen struktur yang populer dan merupakan kebutuhan yang paling besar di bidang konstruksi dan penggunaannya sebagai material komponen struktur yang berkelanjutan menjadi tujuan penting pada saat ini. 1 Keberadaan kegiatan produksi semen pada suatu daerah selain memberikan banyak manfaat terutama di bidang konstruksi, juga menjadi ancaman ekologis yang serius. Hal ini dapat dilihat mulai dari proses pengambilan bahan baku (eksplorasi terus-menerus), proses produksi serta dampak polusi yang ditimbulkan. Terbatasnya ketersediaan batu kapur sebagai bahan baku pembuatan semen portland merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui dan jika pengambilannya dilakukan secara terus-menerus maka keberadaan bahan baku tersebut akan habis pada masa mendatang. Produksi semen yang meningkat berkontribusi terhadap meningkatnya polusi udara yang berakibat terhadap pemanasan global. Menurut International Energy Authority: World Energy 1
Outlook, produksi semen portland adalah penyumbang CO 2 sebesar 7% dari keseluruhan CO 2 yang dihasilkan oleh berbagai sumber. 2 Oleh karena itu, perlu dipikirkan dan dikaji bahan baku alternatif agar produksi semen di masa mendatang masih tetap ada dan proses produksinya lebih ramah terhadap lingkungan. Upaya penelitian yang telah dilakukan terhadap bahan substitusi semen dengan pemanfaatan limbah industri semakin berkembang. Penelitian tidak hanya dilakukan oleh perusahaan produksi semen melainkan juga para akademisi di perguruan tinggi. Beberapa hasil penelitian telah menemukan bahwa limbah industri seperti abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit dapat dijadikan sebagai material pozzolan dalam beton. Penelitian terus dilakukan dan dikembangkan untuk upaya pemanfaatan limbah industri dan rumah tangga yang jumlahnya cukup melimpah dan mungkin menjadi penyebab pencemaran lingkungan. Beberapa penelitian mengenai pemakaian abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit sebagai bahan substitusi semen terhadap teknologi beton diharapkan dapat memperbaiki sifat beton terutama kuat tekan, kuat tarik, modulus elastisitas, memberikan nilai tambah bagi limbah ini di bidang konstruksi serta dapat mereduksi pencemaran lingkungan. Semen merupakan bahan ikat yang penting dan banyak digunakan dalam pembangunan fisik di sektor konstruksi sipil. Jika ditambah air semen akan menjadi pasta semen. Jika ditambah agregat halus, pasta semen akan menjadi mortar yang jika digabungkan dengan agregat kasar akan menjadi campuran beton segar yang setelah mengeras akan menjadi beton keras (concrete). Pada 2
umumnya, beton mengandung rongga udara sekitar 1-2%, pasta semen (semen dan air) sekitar 25-40%, dan agregat (agregat halus dan agregat kasar) sekitar 60-75%. 3 Salah satu permasalahan yang muncul adalah bagaimana pengaruh abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit sebagai bahan substitusi semen dalam campuran beton terhadap pengikat dan kuat tekan beton. Pengikat (set) adalah perubahan bentuk dari bentuk cair menjadi bentuk padat, tetapi masih belum mempunyai kekuatan. Pengikat ini terjadi akibat reaksi hidrasi yang terjadi pada permukaan semen, terutama butir trikalsium aluminat. Dengan penambahan gypsum, waktu pengikat dapat diatur karena gypsum memodifikasi hidrasi awal. Pengerasan (hardening) adalah pertumbuhan kekuatan dari beton atau mortar setelah bentuknya menjadi padat. Semen bila dicampur dengan air akan menghasilkan pasta yang plastis dan lecak (workable). Namun setelah selang beberapa waktu, pasta akan mulai menjadi kaku dan sukar dikerjakan. Inilah yang disebut pengikat awal (initial set). Selanjutnya pasta akan meningkat kekakuannya sehingga didapatkan padatan yang utuh. Ini disebut pengikat akhir (final set). Proses selanjutnya hingga pasta mempunyai kekuatan, disebut pengerasan (hardening). Pada umumnya waktu pengikat awal minimum adalah 45 menit, sedangkan waktu pengikat akhir adalah 6-10 jam. 4 Pemakaian abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit sebagai bahan substitusi pada semen juga dapat mempengaruhi waktu pengikat. Jika bahan tersebut membantu memperlambat waktu pengikat (setting time) sehingga campuran akan tetap mudah dikerjakan (workable) untuk waktu yang 3
lebih lama maka bahan tersebut dapat digunakan sebagai bahan retarder sedangkan jika bahan tersebut mempercepat waktu pengikat maka bahan dapat digunakan sebagai bahan accelerator. Kuat tekan beton mengidentifikasikan mutu dari sebuah struktur. Semakin tinggi tingkat kekuatan struktur yang dikehendaki, semakin tinggi pula mutu beton yang dihasilkan. Beton harus dirancang proporsi campurannya agar menghasilkan suatu kuat tekan rata-rata yang diisyaratkan. Pada tahap pelaksanaan konstruksi, beton yang telah yang telah dirancang campurannya harus diproduksi sedemikian rupa sehingga memperkecil frekuensi terjadinya beton dengan kuat tekan yang lebih rendah dari kekuatan tekan beton seperti yang telah dipersyaratkan. 3 Dengan demikian, pemakaian abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit sebagai bahan substitusi semen perlu diteliti berapa lama waktu yang dibutuhkan campuran semen tersebut mengalami pengikat awal (initial set) dan berapa lama pengikat akhir (final set) dengan menggunakan alat vicat berdasarkan SNI-03-6827-2002 dan berapa kekuatan tekan beton yang dihasilkan dengan menggunakan alat compression machine berdasarkan SNI 03-1974-1990. 1.2 Perumusan Masalah Dari latar belakang dapat dirumuskan suatu permasalahan, yaitu: 1. Bagaimana pengaruh dan perbandingan antara substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit dengan beberapa variasi campuran terhadap waktu ikat pasta semen? 2. Apakah substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa 4
sawit pada campuran semen dapat memperlambat atau mempercepat waktu ikat semen? 3. Apakah abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit dapat dijadikan sebagai bahan retarder atau accelerator pada campuran semen? 4. Bagaimana pengaruh dan perbandingan antara substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit dengan beberapa variasi campuran terhadap kuat tekan beton? 1.3 Tujuan Penelitian 1. Untuk mengetahui dan membandingkan antara pengaruh substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit dengan beberapa variasi campuran terhadap waktu ikat pasta semen. 2. Untuk mengetahui sifat dari abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit pada campuran semen sebagai bahan retarder atau bahan accelerator. 3. Untuk mengetahui pengaruh dan perbandingan antara substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit dengan beberapa variasi campuran terhadap kuat tekan beton. 1.4 Batasan Masalah Dalam penelitian yang dilakukan, ada beberapa lingkup masalah yang dibatasi, yaitu karakteristik bahan sebagai benda uji dan metode pengujian yang digunakan adalah sebagai berikut : 5
1.4.1 Pengujian Waktu Ikat Semen 1. Benda uji yang digunakan adalah berupa campuran pasta semen dengan atau tanpa substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit. Variasi substitusi untuk masing masing-masing abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit 10%, 20%, dan 30% dari berat semen. 2. Semen yang digunakan adalah semen Tipe I. 3. Faktor Air Semen (FAS) yang digunakan adalah sebesar 0.4. 4. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian waktu ikat semen portland dengan menggunakan alat vicat berdasarkan metode SNI-03-6827-2002. Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan waktu ikat awal dan waktu ikat akhir dari campuran semen. 1.4.2 Pengujian Kuat Tekan Beton 1. Mutu beton yang direncanakan adalah f c 20 MPa. 2. Benda uji menggunakan bahan campuran dengan atau tanpa substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit. Variasi substitusi untuk masing masing-masing abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit 10%, 20%, dan 30% dari berat semen. 3. Benda uji yang digunakan adalah silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm, 6
Gambar 1.1 Benda Uji Silinder 4. Perawatan beton dengan cara perendaman di air. 5. Pengujian kuat tekan beton menggunakan metode pengujian kuat tekan beton berdasarkan SNI 03-1974-1990 dengan menggunakan alat compression machine dilakukan pada umur 28 hari untuk semua variasi. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan kuat tekan beton rata-rata dari benda uji silinder beton. 1.5 Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan adalah eksperimental di laboratorium dengan melakukan pengujian waktu ikat pasta semen dan pengujian kuat tekan beton. Pengujian waktu ikat pasta semen menggunakan metode pengujian waktu ikat awal semen portland berdasarkan SNI-03-6827-2002 dengan menggunakan alat vicat yang sesuai dengan Standard ASTM C-91-82. Pengujian kuat tekan beton menggunakan metode pengujian kuat tekan beton berdasarkan SNI 03-1974-1990 dengan menggunakan alat compression machine. 7
1.6 Pengujian 1.6.1 Pengujian Waktu Ikat Semen 1. Persiapan Benda Uji Abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan substitusi semen harus lewat ayakan No.200 sehingga dapat digunakan dalam campuran benda uji. Benda uji yang digunakan adalah semen Tipe I untuk masingmasing variasi campuran dengan atau tanpa substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit di mana total campuran adalah 300 gram. 1. Campuran semen normal Benda uji untuk campuran pasta semen normal terdiri dari 3 buah. 2. Campuran semen dengan abu cangkang kerang Benda uji sebanyak 3 buah untuk bahan substitusi abu cangkang kerang, untuk tiap variasi 10%, 20%, dan 30% dari berat semen. 3. Campuran semen dengan abu cangkang kelapa sawit Benda uji sebanyak 3 buah untuk bahan substitusi abu cangkang kelapa sawit, untuk tiap variasi 10%, 20%, dan 30% dari berat semen. Penggunaan air pada campuran semen disesuaikan dengan Faktor Air Semen (FAS) yang telah ditentukan yaitu sebesar 0.4. Untuk tiap benda uji memakai air sebanyak 120 gram. 8
2. Pengujian Pengujian waktu ikat pasta semen menggunakan metode pengujian waktu ikat awal semen portland berdasarkan SNI-03-6827-2002 dengan menggunakan alat vicat yang sesuai dengan Standard ASTM C-91-82. Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan waktu ikat awal dan waktu ikat akhir dari campuran semen. Sumber : URL: http://dosen.itats.ac.id/feri/files/2013/01/sni-03-6827-2002.pdf Gambar 1.2 Alat Vicat dan Cetakan Benda Uji Tabel 1.1 Data Persiapan Campuran Semen Tipe I FAS 0.4 Berat Campuran 300 gram Tabel 1.2 Persiapan Campuran Pasta Semen Benda Berat Semen FAS Air Uji 3 300 0.4 120 9
% Abu Tabel 1.3 Persiapan Campuran Pasta Semen dengan Variasi Substitusi Abu Cangkang Kerang Benda Uji Berat Campuran Berat Semen Berat Abu FAS Air 10 3 300 270 30 0.4 120 20 3 300 240 60 0.4 120 30 3 300 210 90 0.4 120 % Abu Tabel 1.4 Persiapan Campuran Pasta Semen dengan Variasi Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit Benda Uji Berat Campuran Berat Semen Berat Abu FAS Air 10 3 300 270 30 0.4 120 20 3 300 240 60 0.4 120 30 3 300 210 90 0.4 120 Total jumlah benda uji yang digunakan untuk pengujian waktu ikat semen sebanyak 21 buah untuk benda uji dengan atau tanpa substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit terhadap semen. 1.6.2 Pengujian Kuat Tekan Beton 1. Persiapan Benda Uji 1. Penyediaan bahan penyusun beton : semen, bahan substitusi semen (abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit), batu pecah, dan pasir. 2. Pemeriksaan bahan campuran beton. Analisa ayakan agregat halus dan agregat kasar Pemeriksaan berat jenis dan absorbsi agregat halus dan agregat kasar. 10
Pemeriksaan berat isi pada agregat halus dan agregat kasar. Pemeriksaan kadar lumpur (pencucian agregat kasar dan agregat halus lewat ayakan No.200). Pemeriksaan kandungan organik (colorimetric test) pada agregat halus. Mix design (perancangan campuran) Penimbangan/penakaran bahan penyusun beton berdasarkan uji karakteristik f c 20 MPa. 2. Pengujian Pengujian kuat tekan beton menggunakan metode pengujian kuat tekan beton berdasarkan SNI 03-1974-1990 dengan menggunakan alat compression machine dilakukan pada umur 28 hari untuk semua variasi. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan kuat tekan beton rata-rata dari benda uji silinder beton. Sumber : URL : http://203.21.74.28/pdimage/10/1068810_compressionmachine2000kn.jpg Gambar 1.3 Compression Machine 11
Tabel 1.5 Persiapan Campuran Beton dengan Variasi Substitusi Abu Cangkang Kerang dan Abu Cangkang Kelapa Sawit Variasi Substitusi Jumlah Benda Uji Jenis Campuran Terhadap Semen (%) Silinder Beton Normal 0 6 Jenis Campuran Beton; Abu Cangkang Kerang Beton; Abu Cangkang Kelapa Sawit Variasi Substitusi Terhadap Semen (%) Jumlah Benda Uji Silinder 10 6 20 6 30 6 10 6 20 6 30 6 Total Benda Uji 42 Total jumlah benda uji yang digunakan untuk pengujian kuat tekan beton sebanyak 42 buah untuk tiap variasi substitusi abu terhadap semen. Pengujian kuat tekan beton dengan atau tanpa substitusi dengan abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit. 1.7 Manfaat Penelitian Dari penelitian yang dilakukan diharapkan dapat memberikan beberapa manfaat bagi perkembangan teknologi beton, antara lain sebagai berikut : 1. Dari hasil penelitian diharapkan dapat dijadikan sebagai acuan bahwa penggunaan limbah abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit sebagai bahan campuran beton merupakan suatu pilihan (choice) yang patut dipertimbangkan untuk mendapatkan/merubah sifat beton tertentu sesuai yang diinginkan. 2. Mengetahui pengaruh dan perbandingan antara variasi substitusi abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit terhadap waktu ikat pasta semen. 12
3. Dapat menentukan sifat dari substitusi abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit bersifat bahan retarder atau accelerator dalam campuran pasta semen. 4. Sebagai bahan pertimbangan penggunaan abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit sebagai bahan substitusi semen dalam campuran beton dan dapat meminimalkan penggunaan semen dalam campuran beton. 5. Menjadi referensi untuk penelitian selanjutnya yang akan membahas masalah penggunaan abu cangkang kerang maupun abu cangkang kelapa sawit dengan mengombinasikan dengan bahan tambahan polimer untuk beton mutu tinggi. 6. Dengan pemanfaatan abu cangkang kerang dan abu cangkang kelapa sawit sebagai bahan substitusi semen terhadap teknologi beton diharapkan dapat memperbaiki sifat beton terutama kuat tekan dan memberikan nilai tambah bagi limbah ini di bidang konstruksi serta dapat mengurangi pencemaran lingkungan yang ditimbulkan oleh limbah cangkang kerang dan cangkang kelapa sawit. 13