III. METODOLOGI
3.3 Metode Penelitian
3.3.2 Penelitian Utama
Penelitian utama bertujuan untuk mengetahui formula dosis karet dan jenis lateks terbaik terhadap mortar dengan penambahan bahan penstabil yang sesuai. Sebelum dilakukan penelitian utama, terlebih dahulu dilakukan pembuatan lateks yaitu Lateks Pekat, Lateks Double Centrifuge dan Lateks DPNR yang akan digunakan sebagai bahan tambahan pada mortar. Ketiga jenis lateks ini dianalisis terlebih dahulu sebelum digunakan. Setelah ketiga jenis lateks tersebut siap, maka dapat digunakan untuk penelitian utama. Diagram alir proses pembuatan lateks pekat, lateks Double
Lateks Pekat
Air: 35-70% terhadap semen
Jenis bahan penstabil yang sesuai dengan dosis
terbaik dari penelitian pendahuluan Pengadukan Pencampuran Uji: NH3, KKK, KJP, WKM, Bil ALE, Bil KOH dan pH, Kadar Nitrogen dan Viskositas Campuran Semen dan Pasir Pengamatan
Centrifuge, dan lateks DPNR dapat dilihat secara berturut-turut pada Gambar 18, 19 dan 20.
Setelah lateks yang akan digunakan siap, maka dilakukan tahap pembuatan campuran mortar lateks. Sebelum membuat mortar lateks tersebut, semen yang akan digunakan dianalisis terlebih dahulu. Analisis terhadap semen meliputi konsistensi normal semen dan waktu pengikatan awal. Prosedur pengujian dapat dilihat pada Lampiran 2. Kedua pengujian ini dilakukan dengan alat vicat. Setelah lateks dan semen dianalisis, mortar siap dibuat. Mortar adalah campuran antara semen, pasir, dan air. Campuran mortar dibuat dengan perbandingan 1375 bagian pasir dan 500 bagian semen (ASTM, 1997). Pasir yang digunakan adalah pasir galunggung. Pasir ini tidak terlalu banyak menyerap air karena lebih banyak mengandung silika dibandingkan dengan pasir cimangkok. Pasir yang terlalu banyak menyerap air akan membuat Faktor Air Semen (FAS) menjadi besar. Pasir yang digunakan mempunyai ukuran diameter butiran maksimal 4,75 mm. Hal ini sudah sesuai dengan ketentuan dari SNI S02-1994-03. Jika pasir yang digunakan terlalu besar maka mortar sulit menempel. Pasir tersebut juga berbentuk lebih bulat dibandingkan dengan pasir cimangkok, sehingga rongga udara yang terdapat dalam pasir sedikit. Semakin sedikit rongga udara, maka mortar yang dihasilkan semakin kuat. Selain itu, pasir ini lebih bersih, sehingga mortar yang dihasilkan terhindar dari zat-zat yang dapat merusak mortar.
Lateks yang digunakan untuk tambahan campuran mortar ini didasarkan pada jumlah karet. Setelah jumlah karet yang dibutuhkan sesuai dengan taraf diketahui, maka dapat dihitung jumlah lateks yang akan ditambahkan. Lateks tersebut kemudian dicampurkan dengan air yang sesuai dan ditambahkan dengan bahan penstabil yang sesuai pula dengan dosis yang terbaik dari penelitian pendahuluan.
Pencampuran pertama yang dilakukan adalah mencampurkan semen dengan pasir. Setelah semen dengan pasir menjadi homogen, kemudian ditambahkan larutan lateks yang telah ditambahkan air dan bahan penstabil yang sesuai sambil tetap diaduk sehingga didapat mortar segar. Mortar segar yang telah terbentuk kemudian dicetak di dalam cetakan kuat tekan dan kuat lentur yang terbuat dari kayu sambil dipadatkan agar kandungan udara di dalam mortar berkurang. Cetakan kuat tekan ini berbentuk kubus dengan ukuran 5 × 5 × 5 cm3, sedangkan cetakan kuat lentur berbentuk balok dengan ukuran 5 × 5 × 30 cm3. Setelah mortar dituang ke dalam cetakan, campuran tersebut didiamkan di udara lembab selama 24 jam dengan tujuan untuk memadatkan sampel uji tersebut. Setelah itu, mortar dikeluarkan dari cetakan kemudian sampel uji yang sudah mengeras tersebut direndam dalam air (curing) selama 28 hari. Proses perendaman ini amat penting untuk menjamin proses hidrasi semen berjalan dengan baik. Setelah 28 hari, sampel-sampel uji ini dikeluarkan dari air, kemudian dikeringkan bagian permukaannya. Setelah itu, sampel uji ditimbang untuk mengetahui bobot akhirnya. Selanjutnya, sampel uji tersebut diuji kuat tekan dan kuat lentur. Prosedur pengujian kuat tekan dan kuat lentur ini dapat dilihat pada Lampiran 3. Pengujian kuat tekan dilakukan dengan menekan sampel sampai hancur, sedangkan pengujian kuat lentur dilakukan dengan menggunakan pembebanan pada dua titik. Diagram alir penelitian utama dapat dilihat pada Gambar 21, sedangkan gambar prosedur pembuatan dan pengujian mortar pada Lampiran 4.
Gambar 18. Diagram alir proses pembuatan lateks pekat
Gambar 19. Diagram alir proses pembuatan lateks double centrifuge
Lateks Double Centrifuge
Sentrifugasi
Uji: NH3, KKK, KJP, WKM, Bil ALE, Bil KOH dan pH, Kadar Nitrogen dan Viskositas
Lateks Pekat (LP) Pengenceran (V LP : V air = 1 : 1) Amonia (Setengah dari yang awal) Air Pengadukan Lateks Pekat Sentrifugasi Uji: NH3, KKK, KJP, WKM, Bil ALE, Bil KOH dan pH, Kadar Nitrogen dan Viskositas
Lateks Kebun
Penyaringan
Lateks Kebun
bebas kotoran Amonia
Gambar 20. Diagram alir proses pembuatan lateks DPNR
Lateks DPNR
Pengenceran sampai KKK 10 %
Uji: NH3, KKK, KJP, WKM, Bil ALE, Bil KOH dan pH, Kadar Nitrogen dan Viskositas
Lateks Kebun (LK) Penyaringan Lateks Kebun bebas kotoran Uji KKK + 1 bsk emal + 1 bsk emulgen
Peram selama 24 Jam
Sentrifugasi
+ 0,07 bsk enzim papain + NH3 0,2% terhadap LK
Gambar 21. Diagram alir penelitian utama Lateks Pekat, Double
Centrifuge dan DPNR
Penambahan jenis bahan penstabil yang sesuai dengan dosis terbaik dari
penelitian pendahuluan
Pengadukan
Dosis karet dari jenis lateks terhadap semen: 1, 3, 5, 7 dan 9 %, serta 0 %
Semen
Pengadukan
Mortar
Pengujian Kuat Tekan, Kuat Lentur
dan Bobot Mortar
ALE, Bil KOH dan PH, Kadar Nitrogen dan Viskositas
Penambahan air dari penelitian pendahuluan
Pengadukan
Larutan Lateks
Pasir
Campuran semen dan pasir
Pencampuran
Adonan Semen
Pencetakan
Perendaman selama 28 Hari
3.4 Rancangan Percobaan
Penelitian pendahuluan dan utama dilakukan rancangan percobaan. Keduanya menggunakan rancangan acak lengkap faktorial dengan dua buah faktor. Faktor untuk penelitian pendahuluan adalah faktor jenis bahan penstabil (faktor A) dan faktor dosis bahan penstabil (faktor B), sedangkan untuk penelitian utama adalah faktor jenis lateks (faktor A) dan faktor dosis karet (faktor B). Faktor jenis bahan penstabil terdiri dari 3 taraf, yaitu Emal, Emulgen dan Kasein. Faktor dosis bahan penstabil terdiri dari 4 taraf, yaitu 1, 3, 5 dan 7%. Faktor jenis lateks terdiri dari 3 taraf, yaitu lateks pekat, lateks double centrifuge dan lateks DPNR, sedangkan faktor dosis karet terdiri dari 5 taraf, yaitu 1, 3, 5, 7 dan 9 % dengan kontrol 0%.
Model matematika yang berlaku untuk rancangan percobaan ini adalah sebagai berikut (Sudjana, 1994):
Yijk = μ + Ai + Bj + (AB)ij + εk(ij)
Dengan:
Yijk = Variabel respon yang diukur
μ = Rata-rata yang sebenarnya (berharga konstan) Ai = Efek taraf ke-i faktor A
Bj = Efek taraf ke-j faktor B
(AB)ij = Efek interaksi antara taraf ke i faktor A dan taraf ke j faktor B
εk(ij) = Efek kesalahan unit eksperimen pada ulangan ke-k karena
kombinasi perlakuan ke-i dan perlakuan ke-j.
Data yang didapat akan diolah dengan bantuan software SAS. Jika hasil analisis keragaman tersebut menunjukkan perbedaan nyata, maka dilakukan uji lanjut dengan menggunakan uji lanjut Duncan.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Penelitian Pendahuluan
Sebelum dibuat mortar yang ditambahkan dengan lateks, maka dilakukan penelitian pendahuluan. Pada penelitian pendahuluan tersebut ditetapkan jenis dan dosis bahan penstabil yang sesuai dengan campuran lateks dan semen. Lateks yang dicampur dengan semen tanpa penambahan bahan penstabil akan terjadi penggumpalan. Penggumpalan ini terjadi karena terdapat perbedaan derajat kepolaran antara partikel karet dengan semen. Molekul karet dalam lateks bersifat non polar, sedangkan molekul semen bersifat polar. Oleh karena itu, dibutuhkan bahan penstabil yang sesuai untuk menggabungkan kedua molekul ini. Dengan ditambahkan bahan penstabil yang sesuai, maka kestabilan lateks akan terjaga terutama terhadap gerakan mekanis yang timbul akibat pengadukan selama pencampuran bahan. Gambar campuran semen lateks tanpa bahan penstabil dapat dilihat pada Lampiran 5.
Jenis dan dosis bahan penstabil yang diinginkan adalah bahan penstabil yang dapat mempertahankan waktu setting hingga 210 menit. Waktu setting pada penelitian ini merupakan waktu pengikatan awal (initial setting time). Setting time dibagi menjadi dua yaitu initial setting time dan
final setting time. Waktu ikat (setting time) merupakan lamanya waktu yang diperlukan semen dari saat mulai bereaksi dengan air menjadi pasta semen sampai dengan pasta semen cukup kaku menahan tekanan. Waktu ikat awal (initial setting time) adalah waktu dari pencampuran semen dengan air menjadi pasta semen sampai terjadi kehilangan sifat keplastisan, sedangkan waktu ikat akhir (final setting time) adalah waktu terjadi pasta semen sampai beton mengeras atau masa mengeras (Mulyono, 2003). Bahan penstabil yang digunakan pada penelitian ini didasarkan pada ketahanan waktu setting
karena initial setting time sangat penting dalam kontrol pekerjaan jalan beton. Waktu yang panjang diperlukan untuk transportasi, penuangan, pemadatan sampai dengan penyelesaiannya.
Pada penelitian pendahuluan ini, lateks yang digunakan dalam campuran semen lateks adalah lateks pekat dengan dosis 5% karet terhadap semen. Lateks pekat ini digunakan dalam campuran semen lateks sebagai perwakilan dari jenis lateks lainnya dan juga lateks pekat merupakan prinsip dasar dari lateks lainnya. Jenis bahan penstabil yang digunakan adalah Emal, Emulgen dan Kasein, sedangkan dosis yang digunakan adalah 1, 3, 5 dan 7 %. Data hasil pengamatan secara rinci dapat dilihat pada Lampiran 6.
Bahan penstabil yang pertama akan dibahas adalah Emal. Emal termasuk ke dalam golongan surfaktan anionik dan bermuatan negatif pada bagian hidrofiliknya. Gugus fungsi utama yang terdapat dalam emal adalah (CH3(CH2)11OSO3)Na. Emal merupakan nama dagang dari surfaktan
anionik yang mempunyai komponen utamanya adalah Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) atau Sodium Lauryl Sulfate (SLS). Pada dosis satu persen Emal, ketika lateks ditambahkan ke dalam semen, campuran tersebut langsung menggumpal dan apabila ditarik seperti karet sehingga waktu
settingnya adalah nol menit. Emal pada dosis tiga persen, ketika lateks ditambahkan pada semen hanya dapat mempertahankan waktu setting
selama 1,16 menit. Lateks dengan dosis Emal lima persen juga tidak dapat mempertahankan kestabilan campuran semen lateks tersebut dan waktu
setting yang diperoleh hanya 10,62 menit. Pada dosis tujuh persen Emal, campuran hanya dapat mempertahankan waktu setting selama 19,59 menit. Gambar campuran semen lateks dengan menggunakan Emal ini dapat dilihat pada Lampiran 7.
Penambahan surfaktan Emal pada dosis 1, 3, 5 dan 7% tidak dapat mempertahankan waktu setting yang diinginkan atau tidak mampu mempertahankan kestabilan lateks di dalam semen. Lateks tersebut tidak stabil karena surfaktan yang ditambahkan tidak mampu melindungi seluruh partikel karet yang ada terhadap semen. Dari hasil pengamatan didapatkan bahwa semakin banyak dosis Emal yang ditambahkan ke dalam lateks, maka semakin lama waktu setting yang didapatkan walaupun waktu ini tidak sesuai yang diharapkan.
Bahan penstabil kedua yang akan dibahas adalah Emulgen. Emulgen ini merupakan golongan surfaktan nonionik sehingga surfaktan ini tidak mempunyai muatan. Nama lain Emulgen adalah Polyethylen Lauryl Ether
dengan rumus molekul C12H25(OCH2CH2)46OH. Ketika lateks dengan
penambahan Emulgen 1% dimasukkan ke dalam semen, campuran semen lateks tersebut tidak mampu mempertahankan kestabilan, sehingga waktu
setting yang diperoleh hanya 0,46 menit. Dengan penambahan Emulgen 3% pada lateks, waktu setting hanya 1,72 menit, sedangkan dengan Emulgen 5% hanya 2,20 menit. Dosis Emulgen 7% pun tidak dapat mempertahankan kestabilan lateks dan hanya mampu mempertahankan waktu setting selama 2,92 menit. Gambar campuran semen lateks dengan penambahan Emulgen dapat dilihat pada Lampiran 8.
Semakin banyak dosis Emulgen yang digunakan pada lateks untuk campuran semen lateks, maka semakin lama waktu setting yang dihasilkan walaupun belum mencapai waktu setting yang diinginkan dan semakin encer campuran yang dihasilkan. Campuran dengan dosis 7% tidak terlalu kental dibandingkan dengan dosis 5%. Hal tersebut dikarenakan semakin banyak partikel karet yang diselubungi oleh surfaktan. Dari semua dosis Emulgen yang digunakan, tidak ada satu pun dosis yang dapat mempertahankan waktu setting yang diinginkan atau tidak mampu mempertahankan kestabilan lateks.
Bahan penstabil terakhir adalah Kasein. Kasein tidak termasuk ke dalam surfaktan, tetapi merupakan protein utama dalam susu yang berfungsi sebagai penstabil dalam campuran lateks. Selain digunakan sebagai bahan penstabil, kasein sering digunakan sebagai pembuatan plastik dan perekat. Kasein yang digunakan berbentuk bubuk dan berwarna kuning pucat, sehingga ketika akan dicampurkan ke dalam lateks, kasein ini dilarutkan terlebih dahulu menggunakan air. Setelah kasein larut, larutan tersebut siap digunakan sebagai bahan penstabil dalam campuran semen lateks.
Penambahan kasein sebanyak 1% dalam lateks, ketika dicampur dengan semen, campuran akan menggumpal atau tidak stabil dengan waktu
mempertahankan waktu setting selama 19,53 menit. Campuran semen lateks dengan menggunakan kasein 5% juga tidak stabil dengan waktu setting
hanya 117,67 menit. Dosis kasein 7% merupakan dosis yang paling lama mempertahankan waktu setting sebesar 208,67 menit. Campuran semen lateks ini stabil lebih lama dibandingkan dengan yang lainnya. Seperti Emal dan Emulgen, semakin banyak dosis kasein yang ditambahkan pada lateks, maka campuran semen lateks lebih encer dibandingkan dengan dosis 1, 3 dan 5% dan semakin lama campuran tersebut mempertahankan waktu
setting. Dengan penambahan kasein ke dalam lateks, maka lateks semakin lengket, karena kasein juga biasa digunakan sebagai perekat. Gambar campuran semen lateks yang ditambahkan dengan kasein dapat dilihat pada Lampiran 9.
Dari ketiga jenis bahan penstabil yang digunakan, maka Kasein merupakan bahan penstabil yang dapat mempertahankan waktu setting
paling lama dibandingkan dengan bahan penstabil lainnya. Dosis yang paling bagus mempertahankan waktu setting adalah 7% dibandingkan dengan dosis 1, 3 dan 5%. Histogram waktu setting dapat dilihat pada Gambar 22. Nilai yang tertera merupakan rata-rata dari tiga kali ulangan.
Dari Gambar 22 ini dapat dilihat bahwa yang paling lama waktu
settingnya adalah kasein, yang kedua adalah emal dan yang terakhir adalah emulgen. Emal lebih lama waktu settingnya dibandingkan dengan emulgen dikarenakan emal merupakan surfaktan anionik yang mempunyai muatan negatif yang sama dengan partikel karet yang mempunyai muatan negatif pula. Hal tersebut mengakibatkan gaya tolak-menolak antar partikel karet. Emulgen merupakan surfaktan nonionik yang tidak bermuatan, sehingga kurang mempertahankan kestabilan karet di dalam campuran semen lateks. Tetapi penambahan emal dan emulgen tersebut tidak mempertahankan kestabilan campuran semen lateks. Hal tersebut dikarenakan tidak semua partikel karet dilindungi oleh emal dan emulgen, sehingga terdapat partikel karet yang bebas dan tidak cocok dengan semen yang berbeda derajat kepolarannya. Selain itu, juga dapat disebabkan jumlah surfaktan yang kurang banyak untuk melindungi karet terhadap semen.
Gambar 22. Histogram hubungan dosis dan jenis bahan penstabil terhadap waktu setting
Semula partikel karet dalam keadaan diam, tetapi pada waktu penambahan surfaktan ke dalam lateks, maka lateks mengalami gangguan sehingga partikel karet menjadi bergerak saling berikatan dengan surfaktan. Gugus hidrofobik surfaktan berikatan dengan permukaan partikel karet, sedangkan gugus hidrofiliknya berikatan dengan air membentuk pelindung partikel karet. Penambahan surfaktan dalam dosis yang rendah tidak dapat melindungi seluruh partikel karet yang ada, sehingga masih ada partikel karet yang bebas bergerak. Ketika lateks ditambahkan ke dalam semen yang bersifat polar, maka molekul semen berikatan dengan gugus hidrofilik surfaktan. Oleh karena terdapat partikel karet yang bebas bergerak, maka akan mengakibatkan adanya tumbukan antar molekul karet dan terjadi penggumpalan, selain itu juga karena terdapat perbedaan kepolaran antara karet yang bebas dengan semen.
Kasein paling baik dibandingkan dengan Emal dan Emulgen. Kasein terdiri dari tiga komponen dasar, yaitu α-kasein (55%), β-kasein (25%) dan k-kasein (15%) dan beberapa komponen kecil τ-kasein (5%) (Fennema, 1976). Komponen kasein yang bertindak sebagai penstabil adalah kappa- kasein. Komponen inilah yang menjaga kestabilan lateks ketika dicampur dengan semen. Selain itu, kasein merupakan protein yang dapat terkonsentrasi pada lapisan antar muka antara partikel karet dengan air dan
semen sehingga kestabilan dapat bertahan. Dengan penambahan kasein, protein yang melindungi karet bertambah banyak karena partikel karet juga mempunyai lapisan protein. Protein merupakan polimer asam amino yang terdapat gugus amina dan gugus karboksilat sehingga bersifat amfoter dan merupakan ion dipolar (Goutara et al., 1985). Sifat tersebut membuat protein mempunyai dua muatan listrik yaitu positif dan negatif serta dapat bereaksi dengan asam ataupun basa.
Rantai polipeptida protein memiliki konfigurasi memanjang dengan sisi non polar yang menghadap ke partikel karet dan sisi polarnya menghadap ke fase cair (Tangpakdee, 1998). Campuran semen lateks dengan penambahan kasein akan lebih stabil dikarenakan kasein merupakan protein yang sisi non polarnya menghadap ke partikel karet, sedangkan polarnya ke fase cair. Molekul semen akan bergabung dengan fase cair yang sama derajat kepolarannya yaitu bersifat polar.
Titik isoelektrik kasein hampir sama dengan lateks yaitu sekitar pH 4,7 (Array, 2008). Pada lateks pekat mempunyai pH 10,81 sehingga protein bermuatan negatif. Dengan adanya kasein yang merupakan protein dan bersifat hidrofilik (menarik air); oleh karena itu, terdapat selubung tambahan pada bagian luarnya berupa molekul air. Semen yang bersifat hidrofilik juga, akan bergabung dengan selubung tambahan tersebut dan partikel karet tetap stabil karena terdapat protein dari lateks sendiri dan kasein, sehingga campuran semen lateks tersebut akan tetap stabil dan dapat mempertahankan waktu setting hingga hampir 210 menit.
Berdasarkan analisis ragam, jenis bahan penstabil, dosis, dan interaksi antara jenis bahan penstabil dan dosisnya berpengaruh nyata terhadap waktu
setting. Hal ini bisa dilihat dari nilai p (< 0,0001) < α 5%. Dikarenakan interaksi nyata maka pengaruh dari masing-masing faktor utama tidak bisa dijelaskan secara terpisah. Hasil analisis ragam dapat dilihat pada Lampiran 10.1. Interaksi antara bahan penstabil dengan dosisnya berpengaruh nyata maka dilakukan uji lanjut Duncan. Hasil uji lanjut Duncan ini dapat dilihat pada Lampiran 10.1.1.
Dari hasil uji lanjut interaksi dapat disimpulkan bahwa kombinasi bahan penstabil dan dosis yang menghasilkan waktu setting terbaik adalah kasein dengan dosis 7% sebesar 208,67 menit, karena selain paling beda nyata juga memiliki rata-rata waktu paling tinggi. Kombinasi kedua tertinggi adalah kasein 5% sebesar 117,67 menit yang berbeda nyata dengan semua kombinasi yang ada. Pada emal 7% tidak berbeda nyata dengan kasein 3% tetapi berbeda nyata dengan semua kombinasi yang ada. Emulgen 1, 3, 5 dan 7%, Emal 1% dan 3%, serta Kasein 1% saling tidak berbeda nyata satu dengan yang lainnya tetapi dengan sisa kombinasi lainnya saling berbeda nyata.
Kombinasi paling rendah terdapat pada emal 1%. Pada emal 1% ini, campuran lateks dengan semen langsung menggumpal. Hal ini menandakan bahwa surfaktan belum cukup melindungi semua partikel karet yang ada di dalam campuran semen lateks. Hasil ini juga dapat menyimpulkan bahwa semakin banyak dosis bahan penstabil yang digunakan dalam lateks, maka semakin lama campuran lateks semen dapat mempertahankan waktu setting
tersebut.
Jenis dan dosis bahan penstabil di dalam lateks mempengaruhi waktu
setting sebesar 99,66%, sedangkan sisanya 0,34% dijelaskan oleh faktor lain diluar model. Dari hasil analisis ragam juga disebutkan nilai CV atau yang disebut koefisien keragaman. Nilai CV yang ada sebesar 13,84 yang lebih kecil daripada 30, maka dapat disimpulkan bahwa data relatif homogen.