Tanah lempung merupakan bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan batu bata, dimana tanah liat mudah didapat karena banyak ditemukan di areal pertanian terutama persawahan. Tanah lempung dan mineral lempung adalah tanah yang memiliki partikel-partikel mineral tertentu yang “menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila dicampur dengan air” (Grim, 1953). Untuk menentukan jenis lempung tidak cukup hanya dilihat dari ukuran butirannya saja tetapi perlu diketahui mineral yang terkandung didalamnya. ASTM D- 653 memberikan batasan bahwa secara fisik ukuran lempung adalah partikel yang berukuran antara 0,002 mm sampai 0,005 mm. Tanah liat memiliki karakteristik tersendiri yaitu bila dalam keadaan basah akan mempunyai sifat plastis tetapi bila dalam keadaan kering akan menjadi keras. Sedangkan bila di bakar akan menjadi padat dan kuat. Pada umumnya masyarakat memanfaatkan tanah liat atau lempung ini sebagai bahan baku pembuatan batu bata dan gerabah.
Tanah lempung lunak merupakan tanah kohesif yang terdiri dari tanah yang sebagian besar terdiri dari butir-butir yang sangat kecil. Sifat lapisan tanah ini adalah gaya gesernya yang kecil, kemampatan yang besar, koefisien permeabilitas yang kecil dan memiliki daya dukung rendah.
18
Das (1994), menerangkan bahwa tanah lempung merupakan tanah dengan ukuran mikronis sampai dengan sub-mikronis yang dari pelapukan unsur– unsur kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering dan bersifat plastis pada kadar air sedang. Pada kadar air lebih tinggi lempung bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak.
Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung adalah sebagai berikut (Hardiyatmo, 2003) :
a. Ukuran butiran halus, kurang dari 0,002 mm. b. Permeabilitas rendah.
c. Kenaikan air kapiler tinggi. d. Bersifat sangat kohesif
e. Kadar kembang susut yang tinggi. f. Proses konsolidasi lambat.
Menurut Bowles (1991), mineral-mineral pada tanah lempung umumnya memiliki sifat-sifat sebagai berikut :
a. Hidrasi
Partikel mineral lempung biasanya bermuatan negatif sehingga partikel lempung hampir selalu mengalami hidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan- lapisan molekul air yang disebut sebagai air terabsorpsi. lapisan ini akan hilang pada temperatur yang lebih tinggi dari 600 sampai 1000C dan akan mengurangi plastisitas alamiah, tetapi sebagian air juga dapat menghilang cukup dengan pengeringan udara saja.
b. Flokulasi dan Dispersi
Apabila mineral lempung terkontaminasi dengan substansi yang tidak mempunyai bentuk tertentu atau tidak berkristal maka daya negatif netto, ion-ion H+ dari air dan partikel berukuran kecil akan bersama-sama tertarik dan bersinggungan atau bertabrakan di dalam larutan tanah dan air. Beberapa partikel yang tertarik akan membentuk flok (flock) yang berorientasi secara acak atau struktur yang berukuran lebih besar akan turun dari larutan itu dengan cepatnya membentuk sedimen yang lepas. Flokulasi adalah peristiwa penggumpalan partikel lempung di dalam larutan air akibat mineral lempung umumnya memiliki pH > 7. Flokulasi larutan dapat dinetralisir dengan menambahkan bahan-bahan yang mengandung asam (ion H+), sedangkan penambahan bahan-bahan alkali akan mempercepat flokulasi.
c. Pengaruh zat cair
Fase air yang berada di dalam struktur tanah lempung adalah air yang tidak murni secara kimiawi. Pada pengujian di laboratorium untuk batas
Atterberg, ASTM menentukan bahwa air suling ditambahkan sesuai dengan keperluan. Pemakaian air suling yang relatif bebas ion dapat membuat hasil yang cukup berbeda dari apa yang didapatkan dari tanah di lapangan dengan air yang telah terkontaminasi.
Menurut Ambar Astuti (1997), berdasarkan badan (body) tanah liat dapat dibagi menurut struktur dan macam suhu pembakarannya, antara lain :
20
a. Earthenware (Gerabah)
Earthenware dibuat dari tanah liat yang menyerap air, dibakar pada suhu rendah dari 900-1060 0C. Dalam pembentukan mempunyai kekuatan cukup karena plastis, namun setelah dibakar kekuatannya berkurang dan sangat berpori. Karena itu kemampuan absorpsi air lebih dari 3%.
b. Terracotta
Terracotta adalah jenis bahan tanah liat merah juga. Dengan penambahan pasir atau grog/chamotte (tepung tanah liat bakar), badan ini dapat dibakar sampai suhu stoneware (1200-1300 0C).
c. Gerabah putih
Merupakan jenis gerabah berwarna putih, cukup plastis, badan kuat dan dapat dibakar pada suhu tinggi (12500C).
d. Stoneware (benda batu)
Stoneware dikatakan demikian karena komposisi mineralnya sama dengan batu. Penyerapan airnya 1 – 5%, jenis ini dapat dibakar medium (11500C) yaitu stoneware merah dan dapat dibakar suhu tinggi (12500C) yaitu jenis
stoneware abu-abu. e. Porcelain (porselen)
Porcelain adalah suatu jenis badan yang terstruktur halus, putih dan keras bila dibakar. Kemampuan absorpsinya 0 – 2%, sedangkan suhu bakar
tinggi (12500C) untuk jenis porselen lunak dan suhu bakar tinggi sekali (>14000C) untuk porselen keras.
Menurut Daryanto (1994), tanah liat (lempung) mempunyai sifat-sifat dan unsur kimia yang penting, antara lain :
a. Plastisitas
Plastisitas atau keliatan tanah ditentukan oleh kehalusan partikel-partikel didalamnya. Kandungan plastisitas tanah liat bervariasi, plastisitas berfungsi sebagai pengikat dalam proses pembentukan sehingga batu bata yang dibentuk tidak mengalami keretakan atau berubah bentuk. Tanah liat dengan plastisitas tinggi juga akan sukar dibentuk sehingga perlu ditambahkan bahan lain.
b. Kemampuan bentuk
Tanah liat yang digunakan untuk membuat keramik, batu bata dan genteng harus memiliki kemampuan bentuk agar dapat berdiri tanpa mengalami perubahan bentuk baik pada waktu proses maupun setelah pembentukan serta dapat mempertahankan bentuknya.
c. Daya Suspensi
Daya suspensi adalah sifat yang memungkinkan suatu bahan tetap dalam cairan. Flokulan merupakan suatu zat yang akan menyebabkan butiran- butiran tanah liat berkumpul menjadi butiran yang lebih besar dan cepat mengendap.
22
d. Penyusutan
Tanah liat akan mengalami dua kali penyusutan, yakni susut kering (setelah mengalami proses pengeringan) dan susut bakar (setelah mengalami proses pembakaran). Penyusutan terjadi karena menguapnya air selaput pada permukaan dan air pembentuk atau air mekanis sehingga butiran-butiran tanah liat menjadi rapat. Pada dasarnya susut bakar dapat dianggap sebagai susut keseluruhan dari tanah liat sejak dibentuk, dikeringkan sampai dibakar. Tanah liat yang terlalu plastis pada umumnya memiliki persentase penyusutan lebih dari 15% sehingga mengalami resiko retak/pecah yang tinggi. Untuk mengatasinya dapat ditambahkan pasir halus.
e. Suhu bakar
Suhu bakar berkaitan langsung dengan suhu kematangan, yaitu kondisi benda yang telah mencapai kematangan pada suhu tertentu secara tepat tanpa mengalami perubahan bentuk, sehingga dapat dikatakan tanah liat tersebut memiliki kualitas kemampuan bakar. Dalam proses pembakaran tanah liat akan mengalami proses perubahan (ceramic change) pada suhu sekitar 6000C, dengan hilangnya air pembentuk.
f. Warna bakar
Warna bakar tanah liat dipengaruhi oleh zat/bahan yang terikat secara kimiawi pada kandungan tanah. Warna pada tanah liat disebabkan oleh zat yang mengotorinya. Warna abu-abu sampai hitam mengandung zat
arang dan sisa-sisa tumbuhan, warna merah disebabkan oleh oksida besi (Fe). Perubahan warna batu bata merah dari keadaan mentah sampai setelah dibakar biasanya sulit dipastikan.
Berikut tabel perkiraan perubahaan warna tanah liat mentah setelah proses pembakaran.
Tabel 5. Perkiraan Perubahaan Warna Tanah Liat Setelah Proses Pembakaran
Warna Tanah Liat Mentah Kemungkinan perubahan warna setelah dibakar
Merah Merah atau coklat
Kuning tua Kuning tua, coklat atau merah
Coklat Merah atau coklat
Putih Putih atau putih kekuningan
Abu-abu atau hitam Merah, kuning tua atau putih
Hijau Merah
Merah, kuning, abu-abu tua Pertama merah lalu krem, kuning tua atau kuning kehijauan pada saat melebur.
g. Porositas
Porositas atau absorpsi adalah persentase penyerapan air oleh badan keramik atau batu bata. Persentase porositas ditentukan oleh jenis badan, kehalusan unsur badan, penambahan pasir, kepadatan dinding bahan, serta suhu bakarnya. Tanah liat poros biasanya fragile, artinya pada bentuk tertentu bila mendapatkan sentakan agak keras akan mudah patah/pecah.
24
h. Kekuatan Kering
Merupakan sifat tanah liat yang setelah dibentuk dan kondisinya cukup kering mempunyai kekuatan yang stabil, tidak berubah bila diangkat untuk keperluan finishing, pengeringan serta penyusunan dalam pembakaran. Kekuatan kering dipengaruhi oleh kehalusan butiran, jumlah air pembentuk, pencampuran dengan bahan lain dan teknik pembentukan. i. Struktur Tanah
Merupakan perbandingan besar butiran-butiran tanah dengan bentuk butiran-butiran tersebut. Sifat liat, susut kering dan kekuatan kering sangat tergantung dari struktur tanah liatnya. Stuktur tanah liat dibedakan dalam dua golongan yaitu tanah liat sebagai struktur halus dan pasir sebagai struktur kasar.
j. Slaking
Merupakan sifat tanah liat yaitu dapat hancur dalam air menjadi butiran- butiran halus dalam waktu tertentu pada suhu udara biasa. Makin kurang daya ikat tanah liat semakin cepat hancurnya. Sifat slaking ini berhubungan dengan pelunakan tanah liat dan penyimpanannya. Tanah liat yang keras membutuhkan waktu lama untuk hancur, sedangkan tanah liat yang lunak membutuhkan waktu yang lebih cepat.
Perubahan yang akan terjadi pada tanah lempung pada saat proses pembakaran, antara lain :
a. Pada temperatur ± 1500C, terjadi penguapan air pembentuk yang ditambahkan dalam tanah lempung pada pembentukan paving block
mentah.
b. Pada temperatur antara 4000C – 6000C, air yang terikat secara kimia dan zat-zat lain yang terdapat dalam tanah lempung akan menguap.
c. Tahap oksidasi, terjadi pembakaran sisa-sisa tumbuhan (karbon) yang terdapat di dalam tanah liat. Proses ini berlangsung pada suhu 650 – 8000C.
d. Pada temperatur diatas 8000C, terjadi perubahan-perubahan kristal dari tanah lempung dan mulai terbentuk bahan gelas yang akan mengisi pori- pori sehingga paving block menjadi padat dan keras.
e. Tahap pembakaran penuh. Bata dibakar hingga matang dan menjadi bata padat.
f. Senyawa-senyawa besi akan berubah menjadi senyawa yang lebih stabil dan umumnya mempengaruhi warna paving block.
g. Tanah lempung yang mengalami susut kering kembali mengalami susut yaitu susut bakar. Susut bakar diharapkan tidak menimbulkan cacat seperti perubahan bentuk (melengkung), pecah-pecah dan retak. Tanah lempung yang sudah dibakar tidak dapat kembali lagi menjadi tanah lempung atau liat oleh pengaruh udara maupun air.