PERBAIKAN SIFAT FLY ASH SEBAGAI BAHAN
ALTERNATIF PENGGANTI SEBAGIAN MATERIAL SEMEN
PADA BETON NORMAL
( Study Penelitian )
TUGAS AKHIR
Disusun oleh :
ARMAN PUTRA PRADIBTA 08520100
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
LEMBAR PENGESAHAN
Judul : Perbaikan sifat fly ash sebagai bahan alternatif pengganti sebagian
material semen pada beton normal
Nama : Arman Putra Pradibta
Nim : 08520100
Pada hari Rabu, 31 Oktober 2012 telah diujikan oleh Tim Penguji
1. Ir. Yusuf Wahyudi, MT Dosen Penguji I : ...
2. Zamzami Septiropa, ST, MT Dosen Penguji II : ...
Disetujui :
Pembimbing I Pembimbing II
Ir. Erwin Rommel, MT DR. Dra. Rr. Eko Susetyorini, Msi
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Sipil
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmay dan karunia-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan
penyusunan Tugas Akhir yang berjudul “Perbaikan Sifat Fly Ash Sebagai Bahan Alternatif Pengganti Sebagian Material Semen Pada Beton Normal”.
Berkat bimbingan dan bantuan yang diberikan dari berbagai pihak sehingga
Tugas Akhir ini dapat selesai, penyusun mengucapkan terima kasih
sebanyak-banyaknya kepada :
1. Ir. Erwin Rommel, MT selaku Dosen Pembimbing I Tugas Akhir.
2. DR. Rr. Eko Susetyorini, M.Si selaku Dosen Pembimbing II Tugas Akhir.
3. Ir. Khoirul Abadi, MT selaku Ketua Jurusan Sipil Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Ir. Rofikatul Karimah, MT selaku Kepala Laboratorium Teknik Sipil
Universitas Muhammadiyah Malang.
5. Drs. Abdulloh Fuad, M.Si selaku Kepala Laboratorium Sentral FMIPA UM
serta DR. Nandang Mufti, M.Si selaku analis kimia Tugas Akhir.
6. Orang tua saya, Ayahanda Drs. Sungadiman, MM dan Ibunda Tutik
Subyandini, S.Sos yang selalu menyayangi dengan doa dan restu yang tak
pernah putus.
7. Adinda Lala, yang senantiasa membantu dan menemani dalam suka maupun
duka.
8. Teman – teman sipil angkatan 2008, keluarga besar Tirto 55 dan Gang 6.
9. Semua pihak yang membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penyusun mengharapkan semoga Tugas Akhir ini dapat berguna bagi
pembaca pada umumnya dan bagi Mahasiswa Teknik Sipil pada khususnya.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb.
Malang, November 2012
DAFTAR ISI
Halaman
JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN... i
SURAT PERNYATAAN... ii
KATA PENGANTAR... iii
ABSTRAKSI... iv
DAFTAR ISI... vi
DAFTAR TABEL... ix
DAFTAR GAMBAR... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang... 1
1.2Rumusan Masalah... 3
1.3Batasan Masalah... 4
1.4Tujuan Penelitian ... 4
1.5Manfaat Penelitian... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Referensi Penelitian... 6
2.2 Landasan Teori... 8
2.2.1 Semen... 8
2.2.1.1 Sejarah Semen... 8
2.2.1.2 Susunan Kimia Semen... 8
2.2.2 Fly ash... 12
2.2.2.1 Definisi fly ash... 12
2.2.2.2 Sifat fly ash... 14
2.2.2.3 Spesifikasi fly ash... 15
2.2.2.4 Kandungan fly ash... 15
2.2.2.5 Pengelompokan fly ash... 16
2.2.2.6 Sifat Kimia dan Fisika fly ash... 17
2.2.3 Sintesis... 19
2.2.3.1 Konsep Sintesis... 19
2.2.3.2 Metode Sintesis Untuk Material Anorganik... 21
2.2.3.3 Sintesis Bahan Anorganik... 23
2.2.4 Struktur Amorf dan Kristalin... 25
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian... 28
3.2 Bahan Penelitian... 30
3.3 Instrumen Penelitian... 30
3.3.1 Alat Pemeriksaan Bahan... 30
3.3.2 Alat Pensintesisan Bahan... 31
3.3.3 Alat Uji Komposisi dan Reaktifitas Bahan... 32
3.3.4 Prosedur Kerja... 32
3.3.5 Pensintesisan Bahan... 35
4.2 Pemeriksaan Kimia... 41
4.3 Pemeriksaan Reaktifitas... 49
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan... 53
5.2 Saran... 54
DAFTAR PUSTAKA... 55
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Susunan Unsur Semen biasa... 9
Tabel 2.2 Spesifikasi Kimia Abu Terbang... 15
Tabel 2.3 Komposisi Kimia Abu Terbang Batubara... 18
Tabel 4.1 Hasil Pemeriksaan Fisik... 37
Tabel 4.2 Kandungan Unsur Bahan Uji... 43
Tabel 4.3 Kandungan Senyawa Bahan Uji ... 45
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Definisi Sel Satuan... 26
Gambar 3.1 Gambar Alur Penelitian... 29
Gambar 4.1 Kehalusan Bahan Uji Tertahan Saringan No.200... 37
Gambar 4.2 Berat Jenis Bahan Uji... 39
Gambar 4.3 Konsistensi Bahan Uji... 40
Gambar 4.4 Output Grafik XRD (Portland Cement)... 42
Gambar 4.5 Output Grafik XRD (Fly Ash)... 42
Gambar 4.6 Output Grafik XRD (Fly Ash Treatment)... 42
Gambar 4.7 Empat Unsur yang Dominan... 43
Gambar 4.8 Senyawa Penyusun Portland Cement... 46
Gambar 4.9 Senyawa Penyusun Fly Ash... 46
Gambar 4.10 Senyawa Penyusun Fly Ash Treatment... 46
Gambar 4.11 Perbandingan Komposisi Senyawa Fly Ash Konvensional dan Fly Ash Treatment... 48
Gambar 4.12 Integrasi Total Difraksi (fasa Kristalin)... 50
Gambar 4.13 Integrasi Luas Area fasa Amorf... 50
DAFTAR PUSTAKA
Adhityo Bimantoro,D.,2008, Pemanfaatan Nanosilika sebagai Beton Kuat Tekan Tinggi (Tanpa Additive), Tugas Akhir Tidak Dipublikasikan Jurusan Teknik Sipil FTSP, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya
Amrhein C, Haghnia GH, Kim TS, Mosher PA, Gagajena RC, Amanios T, Torre, TDL. 1996, “Synthesis and Properties of Zeolites from Coal Fly Ash”, Environment Science Technology Journal Vol 30 No.3 : 735-742.
Badan Standardisasi Nasional, 2002, SNI 03-6863-2002, Metode pengambilan contoh dan pengujian abu terbang atau pozolan alam sebagai mineral pencampur dalam beton semen portland.
Grolier International, Inc, 2004, Ilmu Pengetahuan Populer Jilid 4 Ilmu Pengetahuan Lingkungan, Kimia dan Fisika, PT Ikrar Mandiriabadi, Jakarta.
Hardjito D ,DR, 2010, Pembangunan Berkelanjutan, Material Beton Ramah lingkungan dan Edukasi Mahasiswa, Seminar Nasional Lingkungan Hidup, Jurusan Teknik Sipil Universitas Kristen Petra, Surabaya
Hopcroft, et al., 2010, “What is the Young’s modulus of Silicon?”, IEEE journal of Microelectromechanichal Systems, Vol. 19, No. 2 (229 – 238) April, University of California at Berkeley.
Ismunandar, 2006, Padatan Oksida Logam Struktur, sintesis, dan sifat-sifatnya, ISBN 979-3507-74-8, Penerbit ITB, Bandung
Karyawan, I Made Alit, 2007, Perbandingan Kuat Tekan dan Permeabilitas Beton yang menggunakan Semen Portland Pozzolan dengan yang menggunakan Semen Portland Tipe-1, Jurusan Teknik Sipil Universitas Udayana Bali, Seminar “Konstruksi Tahan Gempa di Indonesia” dan Pameran HAKI, Jakarta
Laboratorium Teknologi Beton, 2009, Buku Petunjuk Praktikum Teknologi Beton, Laboratorium Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Malang
Mardiono, 2011, Pengaruh Pemanfaatan Abu Terbang (Fly ash) Dalam Beton Mutu Tinggi, Tugas Akhir Tidak Dipublikasikan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik dan Perencanaan Universitas Gunadarma, Jakarta.
Nurudin M.F and MS Darmawan, 2010, Compressive Strength and Microstructure Properties of Polymer Concrete Incorporating Pulverized Fuel Ash (PFA) and Microwave Incenerated Rice Husk Ash (MIRHA), Proceeding of International Seminar on Applied technology, Sience and Arts (2nd APTECS), Desember, Surabaya
Pengthamkeerati et al, 2008, Sorption of reactive dye from aqueous solution on biomass fly ash, Journal of Hazardous Materials No. 153 (1149 -156) Department of Environmental Science, Faculty of Science, Kasetsart University, Bangkok, Thailand.
Pratama Y, dan Putranto H.T., 2007, Coal fly ash conversion to zeolite for removal of chromium and nickel from wastewaters, Thesis Jurusan Teknik Kimia, ICT Library ITB, Institut Teknologi Bandung.
Saiful, M, 2010., Pemanfaatan limbah debu batubara, batu apung dan abu sekam padi sebagai bahan substitusi semen dan pasir dalam pembuatan batako, Tesis Magister Fisika, FMIPA - USU Medan.
Sibilia, 1996, A Materials Characterization and Chemical Analysis, ISBN 9780471186335, John Wiley and Sons, Inc, UK.
Sutarno1), Yateman A1), dan Arief B2). 2009, Kajian Pengaruh Rasio Berat NaOH/Abu Layang Batubara terhadap Kristalinitas dalam Sintesis Faujasit, Jurnal Ilmu Dasar Vol.10 No. 1 : (1 – 5), 1)Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Gajah Mada, 2)Departemen MIPA Universitas Surabaya.
Tjokrodimuljo.K,1996.Teknologi Beton.NAFIRI.Yogyakarta.
Trisunaryanti, 2006, Kimia Zat Padat, Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Gajah Mada, Yogyakarta.
Wang, S and Wu, H, 2006, Environmental – benign utilisation of fly ash as low cost adsorbents, Journal of Hazardous Materials, August, 482 – 501.
Wardani S.P.R. 2008, Pemanfaatan Limbah Batubara (fly ash) Untuk Stabilisasi Tanah Maupun Keperluan Teknik Sipil Lainnya Dalam Mengurangi Pencemaran Lingkungan, Pidato Pengukuhan Disampaikan pada Upacara Penerimaan Jabatan Guru Besar Pada Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, 6 Desember 2008, Semarang.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan ekonomi dunia yang semakin pesat saat ini
membuat bangunan berbahan beton tumbuh di banyak tempat sehingga
produksi beton pun meningkat jumlahnya secara signifikan. Produksi beton
identik dengan 'merusak' lingkungan semata mulai dari proses menggali batu
kapur, proses pembakarannya, emisinya, dsb. Produksi semen pun dinyatakan
sebagai penyumbang karbon dioksida terbesar urutan dua dunia dan
menyumbang tujuh persen setelah pembangkit listrik. Oleh sebab itu, perlu
senantiasa dikembangkan beton ramah lingkungan sehingga pembangunan
tidak perlu berhenti demi lingkungan (Hardjito, 2010).
Abu terbang atau fly ash adalah produk sampingan atau sisa pembakaran batubara dari industri Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
yang menggunakan batubara sebagai bahan bakar, berupa butiran halus
ringan, bundar, tidak porous serta bersifat pozzolanik. Penambahan fly ash pada campuran beton bersifat pozzolanik, sehingga bisa menjadi additive yang baik untuk beton. Pozzolan adalah bahan yang mengandung silika dan aluminium yang bereaksi secara kimia dengan kalsium hidroksida, pada
temperatur biasa membentuk senyawa bersifat cementitious (Wang & Wu, 2006).
Produksi abu terbang batubara (fly ash) di dunia pada tahun 2000
produksi abu terbang batubara terbesar adalah sektor pembangkit listrik.
Produksi abu terbang dari pembangkit listrik di Indonesia terus meningkat.
Pada tahun 2000 jumlahnya mencapai 1,66 milyar ton dan diperkirakan
mencapai 2 milyar ton pada tahun 2006 (Wardani, 2008).
Pembuatan beton dengan komposisi bahan pengganti sebagian
semen yang makin besar akan memberikan pengurangan efek rumah kaca
(pelepasan gas CO ke udara bebas makin berkurang) (Nashir, 2009).
Pemberian bahan pozzolan sebagai salah satu material yang bisa menggantikan sebagian semen akan berpengaruh untuk mengatasi
permasalahan lingkungan yakni pemanasan global. Pozzolan yang baik harus memiliki sifat yang mirip dengan material semen dengan unsur silika amorf yang dominan. Untuk itu perlu dilakukan proses perbaikan dari bahan
pozzolan, salah satunya dengan cara melakukan polimerisasi silika pada bahan pozzolan tersebut.
Perubahan mikrostruktur dari bahan pozzolan akan mempengaruhi
sifat kimia dan fisik dari bahan pozzolan tersebut (Pengthamkeerati, et al, 2008). Penelitian ini menjadi penting agar diperoleh bahan pengganti
sebagian semen yang tepat tanpa mengurangi kualitas dan fungsi dari material
semen yang akan digantikan, sehingga pemakaian semen dapat dikurangi dan
efek kerusakan lingkungan akibat proses pembuatan semen menjadi dapat
dikendalikan dan dikurangi. Pemberian komposisi yang tepat pada material
Perkembangan pemanfaatan pozzolan yang lebih progresif juga telah dimulai dengan dilakukannya beberapa penelitian terkini. Pemanfaatan
limbah fly ash telah dikembangkan dengan melakukan perbaikan secara mikrostruktur pada fly ash, seperti; perubahan fly ash menjadi nanosilika (Adhityo, 2008), pembuatan beton polimer dari gabungan RHA (rice husk
ash) atau abu sekam padi dengan PVA (Pulverized Fuel Ash) (Nurudin dan
Darmawan, 2010)
Penelitian kali ini akan melakukan upaya perbaikan terhadap
material pozzolan dengan melakukan sintesis silika dengan menguji perubahan dan sifat reaktifitas bahan pozzolan tersebut. Bahan pozzolan yang
akan diteliti dan diperbaiki dalam penelitian ini yaitu bahan pozzolan buatan (dipakai fly ash tipe-F dari limbah sisa pembakaran batu bara pada PLTU Tanjung Jati, Jepara).
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam studi penelitian ini adalah :
1. Bagaimana pengaruh dari sifat fisik bahan pozzolan (fly ash) sebelum dan
sesudah melalui proses treatment?
2. Bagaimana pengaruh dari sifat kimia, baik dari segi komposisi unsur dan
senyawa penyusun bahan pozzolan sebelum dan sesudah melalui proses treatment?
3. Bagaimana pengaruh proses treatment pada bahan pozzolan terhadap sifat
1.3 Batasan Masalah
Agar dalam pembahasan tugas akhir ini tidak menyimpang dari tujuan akhir maka penulis membatasi pembahasan hanya pada:
1. Sintesis Silika bahan pozzolan hanya dengan larutan Natrium Hidroksida
(NaOH).
2. Proses sintesis silika menggunakan metode Inkubasi ( heat treatment )
pada suhu 100
˚
C.3. Material fly ash yang digunakan berasal dari hasil pembakaran batubara
pada PLTU Tanjung Jati B Jepara.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui bagaimana
upaya untuk perbaikan sifat fisik dan kimia dari abu terbang (fly ash) sebagai
material pengganti sebagian semen dalam komposisi beton. Serta untuk
mengetahui pengaruh sifat reaktifitas (tingkat amorphus) dari material fly ash
yang telah diperbaiki dengan proses sintesis silika, serta memperdalam
pengetahuan tentang material bahan dan dapat memberi masukan tentang
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari studi penelitian ini dilihat dari beberapa aspek adalah
sebagai berikut :
1. Bagi perkembangan teknologi beton, dapat memberi alternatif material
bar u pengganti sebagian semen yang lebih ramah lingkungan (beton
geopolimer).
2. Bagi institusi (Jurusan Teknik Sipil UMM), penelitian ini dapat
memberi masukan tentang kajian alternatif dalam studi material dan
bahan.
3. Bagi masyarakat, dapat memberi pengetahuan tentang bagaimana
