PERCOBAAN PENDAHULUAN PEMANFAATAN ABU TERBANG LIMBAH PLTU PALABUHANRATU SEBAGAI BAHAN BAKU DALAM PEMBUATAN MATERIAL RINGAN BERPORI

(1)

Pemaparan Hasil Penelitian Geoteknologi 2015

“Meningkatkan Kualitas dan Diseminasi hasil Penelitian Melalui Pemberdayaan Kerjasama Ilmiah”

IV-83

Keta ha na n M iner al d an E ne rgi Keta ha na n M iner al d an E ne rgi

PERCOBAAN PENDAHULUAN PEMANFAATAN ABU TERBANG LIMBAH PLTU

PALABUHANRATU SEBAGAI BAHAN BAKU DALAM PEMBUATAN MATERIAL

RINGAN BERPORI

(PRELIMINARY EXPERIMENT OF FLY ASH UTILIZATION FROM PALABUHANRATU

STEAM POWER PLANT FOR MANUFACTURE LIGHTWEIGHT

POROUS MATERIAL)

Firman Arifianto

1

_{, Danang Nor Arifin}

1

_{, Lyza Primadona}

1 1

_{UPT Loka Uji Teknik Penambangan Jampang Kulon-LIPI}

Jl. Cihaur No. 2 Desa Kertajaya Kec. Simpenan Kab. Sukabumi 43361

Email : firman21@gmail.com

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan pembuatan benda uji material ringan berpori berbahan dasar abu terbang (fly ash) di UPT Loka Uji Teknik Penambangan Jampang Kulon-LIPI. Kegiatan ini merupakan pengembangan lanjutan dari kegiatan yang telah dilakukan di Pusat Penelitian Geoteknologi-LIPI. Komposisi bahan yang digunakan mengacu pada pembuatan AAC (Autoclaved Aerated Concrete) yaitu abu terbang batubara (30-60%) serta bahan lain seperti pasir silika, semen, sodium silikat, kapur, gipsum, dan alumunium pasta (40-70%). Pengujian kandungan senyawa kimia dilakukan untuk mengetahui sifat yang dimiliki oleh abu terbang batubara. Hasil pengujian menunjukkan bahwa abu terbang batubara PLTU Palabuhanratu memiliki sifat pozolonik, sehingga dapat digunakan pada beton. Percobaan pembuatan benda uji difokuskan pada kemungkinan penerapan proses pengeringan alami (tanpa otoklaf) material ringan berpori metode AAC dengan menambahkan sodium silikat (waterglass). Hasil percobaan menunjukkanbahwa material ringan berpori dengan penambahan sodium silikat memiliki densitas sebesar 0,91-0,98 g/cm3_{pada usia 7-12 hari dengan nilai kuat tekan 6,19-9,08 kgf/cm}2_. Sedangkan densitas benda uji tanpa sodium silikat sebesar 1,02 g/cm3_{pada usia 48 hari dengan nilai kuat} tekan 8,02 kgf/cm2_{. Densitas lebih rendah dari 1 g/cm}3_{didapatkan dari benda uji dengan komposisi abu} terbang lebih tinggi dari 50% dengan sodium silikat dan pasir kwarsa pada usia 7 hari dan nilai kuat tekan 7,12 kgf/cm2_{. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan sodium silikat berpengaruh terhadap densitas benda uji} pada usia yang relatif di bawah standar yaitu 28 hari, akan tetapi nilai kuat tekan yang dihasilkan belum memuaskan, sehingga diperlukan kegiatan lanjutan dengan parameter yang berbeda.

Kata kunci : material ringan berpori, AAC, densitas, sodium silikat, abu terbang.

ABSTRACT

Has conducted trials of the test specimen manufacture lightweight porous material made from fly ash in Technical Implementation Unit For Mine's Technology Assessment,Jampang Kulon-LIPI. This activity is the continued development of activities that have been carried out at the Research Center for Geotechnology LIPI. The composition of the materials used refers to the manufacture of AAC (Autoclaved Aerated Concrete) that coal fly ash (30-60%) as well as other materials such as silica sand, cement, sodium silicate, chalk, gypsum, and aluminum pastes (40-70%). Testing chemical compounds carried out to determine the properties owned by the coal fly ash. The test results showed coal power plant fly ash pozolonik Palabuhanratu have properties, so it can be used in concrete. Trial manufacture of the test object is focused on the possibility of applying natural drying process (without autoclave) lightweight porous material AAC method by adding sodium silicate (waterglass). The experimental results showed a porous lightweight material with the addition of sodium silicate has a density of 0.91 to 0.98 g/cm3_{at the age of 7-12 days with compressive strength value from 6.19 to 9.08}

kgf/cm2_{. While the density of the test specimen without sodium silicate of 1.02 g/cm}3_{at 48 days with the}

compressive strength of 8.02 kgf/cm2_{. Density lower than 1 g/cm}3_{was obtained from specimens with fly ash}

composition is higher than 50% with sodium silicate and quartz sand at the age of 7 days and the compressive strength of 7.12 kgf/cm2_{. This shows the addition of sodium silicate affect the density of the specimen at the}

(2)

IV-84

“Meningkatkan Kualitas dan Diseminasi Hasil Penelitian Melalui Pemberdayaan Kerjasama Ilmiah”

age of relatively below the standard of 28 days, but the compressive strength is not yet satisfactory, so that the necessary follow-up activities with different parameters.

Keywords : lightweight porous material, AAC, density, sodium silicate, fly ash.

PENDAHULUAN

Kebutuhan batubara di Indonesia semakin meningkat dengan adanya program pemerintah untuk menghemat bahan bakar minyak sebagai pasokan energi. Selain itu, program listrik 35.000 MW membutuhkan pasokan batubara dengan kapasitas besar. PembangkitListrik Tenaga Uap (PLTU) 2 Jabar yang kemudian disebut PLTU Palabuhanratu diresmikan pada bulan Agustus 2014 memiliki kapasitas 3x350 MW, merupakan salah satu realisasi proyek percepatan pembangunan pembangkit listrik tenaga uap dengan kebutuhan pasokan batubara sebesar 5.000.000 ton/tahun berkalori rendah (4200 kcal/kg). Menurut perhitungan empiris yang dilakukan Kementerian Negara Lingkungan Hidup (KLH) menyebutkan dari batubara yang dibakar tiap satu ton akan menghasilkan abu batubara (fly ash) sekitar 15% -17 % atau sekitar 850.000 ton/tahun.

Bata berpori dapat dibuat dengan berbagai cara antara lain dengan menggunakan agregat ringan (fly ash, batu apung, expanded polystyrene/EPS dan lain – lain ), campuran antara semen, silika, pozzolan dan lain – lain yang dikenal dengan nama aerated concrete atau semen dengan cairan kimia penghasil gelembung udara (dikenal dengan nama foamed concrete atau cellular concrete). Penggunaan sebanyak 1 ton semen portland tidak hanya dibutuhkan energi yang besar tetapi juga menghasilkan 1 ton gas CO2 yang dapat mencemari lingkungan (Phoanajaya, K., 2014).Material ringan berpori atau beton ringan bergelembung udara yaitu beton ringan yang dibuat dengan cara menciptakan gelembung-gelembung gas hidrogen atau udara dalam suatu luluh campuran bahan perekat hidrolis, air, sejenis agregat halus dan suatu bahan tambah yang sesudah mengeras memberikan suatu struktur seperti bunga karang (SNI 03-2156-1991). Dikutip dari Lee, Abe. (2005) bata ringan AAC adalah beton selular dimana gelembung udara yang ada disebabkan oleh reaksi kimia, yaitu ketika bubuk aluminium atau aluminium pasta mengembang seperti pada proses pembuatan roti saat penambahan ragi untuk mengembangkan adonan.Sedangkan menurut Kristanti, N., Tansajaya, A. (2008)bata ringan CLC adalah beton selular yang mengalami proses curing secara alami, CLC adalah beton konvensional yang mana agregat kasar (kerikil) digantikan oleh udara, dalam prosesnya mengunakan busa organik yang sangat stabil dan tidak ada reaksi kimia ketika proses pencampuran adonan, foam/busa berfungsi sebagai media untuk membungkus udara. Material ringan berpori AAC, memiliki keunggulan dibandingkan dengan CLC diantaranya dimensi lebih presisi, produktifitas pemasangan dan biaya pemasangan lebih murah, serta kekuatan lebih tinggi (Goritman, 2012). Penggunaan bahan baku abu terbang batubara untuk membuat material ringan AAC harus menggunakan proses pengeringan dengan temperatur dan tekanan yang tinggi menggunakan otoklaf (Soetjijo, H., 2013).

Abu terbang batubara (fly ash) adalah residu halus yang dihasilkan dari pembakaran atau pembubukan batubara dan ditransportasikan oleh aliran udara (SNI 2460:2014). Pada proses pembuatan beton, reaksi sementius atau pozolonik atau keduanya diinginkan dengan cara menambahkan abu terbang batubara. Klasifikasi abu terbang batubara menurut SNI tersebut untuk digunakan dalam beton terbagi atas 2 yaitu Kelas F dan C, sedangkan pozzolan alam mentah atau telah dikalsinasi masuk kategori Kelas N. Kelas F yaitu abu terbang dari batubara memenuhi persyaratan yang berlaku untuk Kelas F, abu terbang ini mempunyai sifat pozolonik. Abu terbang Kelas F biasanya dihasilkan dari pembakaran antrasit atau batubara bituminous, tetapi dapat juga dihasilkan dari batubara subbituminous dan lignite. Abu terbang batubara Kelas C yaitu abu terbang dari batubara memenuhi persyaratan yang berlaku untuk Kelas C, abu terbang ini memiliki sifat pozolonik dan sementisius. Kelas ini biasanya dihasilkan dari pembakaran lignite atau batubara subbituminous, dan dapat juga dihasilkan dari antrasit atau batubara bituminous. Mengandung kadar kalsium total yang dinyatakan sebagai kalsium oksida (CaO) lebih dari 10%.

(3)

IV-85

Tabel 1. Persyaratan kimia abu terbang digunakan dalam beton (SNI 2460:2014)

Tabel 2. Persyaratan fisik abu terbang digunakan dalam beton (SNI 2460:2014)

Uraian

Kelas

N F C

Kehalusan :

Jumlah yang tertinggal di atas ayakan 45 µm (No. 325), diayak secara basah, maks, %

34 34 34

Indeks aktivitas kekuatan :

dengan semen portland, pada umur 7 hari, min,% kontrol dengan semen portland, pada umur 28 hari, min % kontrol

kebutuhan air, maks, % kontrol

75 75 115 75 75 105 75 75 105 Kekekalan bentuk (Soundness) : Ekspansi atau

penyusutan dengan autoclave, maks % 0,8 0,8 0,8

Persyaratan keseragaman : Densitas dan kehalusan dari sampel individu tidak boleh bervariasi dari rata -rata 10 sampel jika jumlahnya kurang dari 10, lebih dari : densitas, variasi maksimal dari rata - rata, %

Persentase bahan yang tertinggal pada ayakan 4 5 µm (No. 325), variasi maksimal, persentase dari rata -rata

5 5 5 5 5 5

Dengan tujuan mengurangi dampak lingkungan dengan penerapan teknologi sederhana, dilakukan usaha pemanfaatan abu terbang batubara sebagai bahan baku material ringan berpori. Kegiatan ini merupakan lanjutan dari kegiatan yang telah dilakukan oleh Pusat Penelitian Geoteknologi-LIPI. UPT Loka Uji Teknik Penambangan Jampang Kulon melakukan pengembangan dengan tujuan kemungkinan penerapan proses pengeringan alami (temperatur kamar) dengan penambahan sodium silikat (waterglass). Sodium silikat berfungsi sebagai bahan perekat sehingga mampu mengurangi penggunaan jumlah semen.

N

F

C

SiO₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃, min, %

70

50 SO₃, maks, %

4

5

5 Kadar air, maks, %

3

3 Hilang pijar, maks, %

10

6

(4)

IV-86

LOKASI PENGAMBILAN SAMPEL

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Palabuhanratu secara administratif berada dalam wilayah Kabupaten Sukabumi. Terletak di pesisir Samudera Hindia dan berdekatan dengan muara sungai Cimandiri.

Secara umum Kabupaten Sukabumi merupakan kabupaten di Provinsi Jawa Barat dengan Ibukotanya adalah Palabuhanratu. Kabupaten ini berbatasan dengan Kabupaten Bogor di utara, Kabupaten Cianjur di timur, Samudra Hindia di selatan, serta Kabupaten Lebak di barat. Dengan luas wilayah 3.934,47 km, Kabupaten Sukabumi merupakan Kabupaten terluas di Jawa Barat. Batas wilayah Kabupaten Sukabumi 40% berbatasan dengan lautan dan 60% merupakan daratan. Sampel diambil dari tempat penampungan limbah hasil pembakaran batubara (flyash).

METODE

Pengambilan Data

Metode penelitian dilakukan melalui pengambilan conto abu terbang batubara di lokasi PLTU Palabuhanratu dan percobaan laboratorium dengan membuat benda uji dengan komposisi tertentu.Bahan baku pembuatan benda uji yaitu :

- Abu batubara dari PLTU Palabuhanratu

- Semen dari PT. Indocement Tunggal Prakarsa TBK. - Pasir silika dari Bandung

- Alumina pasta teknis - Gipsum teknis - Batu kapur teknis - Sodium silikat teknis - Air dari sumber setempat Peralatan yang digunakan :

1. Ayakan getar 2. Cetakan benda uji 3. Timbangan digital

Langkah awal pembuatan benda uji diawali dengan melakukan pengayakan menggunakan ayakan getar guna mendapatkan keseragaman butir bahan seperti abu terbang, pasir silika, gipsum dan kapur lebih kecil dari 20 mesh. Dengan komposisi berdasarkan persen berat seperti tabel 3 di bawah.

Tabel 3. Komposisi rata-rata bahan berdasarkan persen berat

MB1

33,67

13,47 33,67

16,83

1,68

0,67

MB2

45,40

12,49 22,70

17,03

1,70

0,68

MB3

57,40

11,48 11,48

17,22

1,72

0,69

MB4

56,02

14,01 14,01

14,01

1,40

0,56

Notasi

Abu

terbang

Semen

Pasir

silika

Kapur Gipsum

Alumina

pasta

(5)

IV-87

Bahan-bahan tersebut kemudian dicampur dan diaduk. Proses selanjutnya dicampurkan dengan sodium silikat (waterglass) yang telah dilarutkan dengan air, kemudian dituangkan ke dalam alat cetak.Sehingga diperoleh material berpori sesuai sasaran yang ingin dicapai yaitu benda uji sesuai dengan standar (SNI 03-0349-1989), dimana densitas lebih rendah dari 1 g/cm3_{dan kuat tekan lebih tinggi dari 25 kgf/cm}2_{. Tiap-tiap benda uji} dikeluarkan dari alat cetak setelah 24 jam dan dikering anginkan selama 7-48 hari dan dilakukan uji densitas dan kuat tekan di laboratorium pengujian Balai Besar Keramik berupa analisa komposisi dan analisa kuat tekan dengan metode uji sesuai SNI 15-6699-2002. Diagram alir kegiatan percobaan ini seperti digambarkan pada gambar 1.

Gambar 1. Diagram Alir Kegiatan Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Reaksi sementius atau pozolonik atau keduanya sangat diperlukan dalam proses pembuatan beton. Oleh karena itu, abu terbang batubara ditambahkan dalam proses pembuatan beton guna mereaksikan proses tersebut. Reaksi tersebut dipengaruhi oleh besarnya kandungan senyawa dalam abu terbang batubara seperti SiO2, Al2O3, dan Fe2O3.

(6)

IV-88

Tabel 4. Hasil uji kimia laboratorium abu terbang batubara PLTU Palabuhanratu dan PLTU Suralaya (Laboratorium Pengujian Balai Besar Keramik Bandung)

Pada tabel di atas, menunjukan kandungan senyawa kimia abu terbang batubara PLTU Palabuhanratu dan PLTU Suralaya. Kandungan SiO₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃ PLTU Palabuhanratu yaitu 85,34%. Dari hasil tersebut, sifat pozolonik dominan pada abu terbang batubara tersebut atau dapat dikategorikan sebagai Kelas F. Sifat pozolonik juga di perlihatkan oleh kandungan SO3, CaO, air dan hilang pijar. Namun, kandungan CaO pada abu terbang batubara yang berasal dari PLTU Suralayalebih dari 10% yaitu 12,03%, sehingga abu terbang tersebut selain memiliki sifat pozolonik, juga memiliki sifat sementius (Kelas C). Hasil pengujian kandungan senyawa kimia tersebut di atas, baik abu terbang batubara PLTU Palabuhanratu maupun PLTU Suralaya dapat digunakan dalam pembuatan beton karena memiliki sifat pozolonik dan sementius.

Pengujian densitas yang dilakukan mulai usia 7 hari pada benda uji berukuran 60x10x20 cm, penambahan sodium silikat dan jumlah abu terbang mampu mempengaruhi nilai densitas benda uji tersebut.Perbandingan penambahan sodium silikat untuk masing-masing benda uji dapat dilihat pada tabel di bawah.

Tabel 5. Perbandingan rata-rata sodium silikat, air dan usia benda uji terhadap densitas dan kuat tekan

FA SL

FA PR

SiO₂

%

57,69

53,08

Al

₂O₃

%

28,48

30,12

Fe₂O₃

%

1,53

2,14

CaO

%

4,22

12,03

MgO

%

1,11

0,75

Na₂O

%

0,71

0,23

K₂O

%

0,60

0,32

TiO₂

%

0,91

0,89

MnO

%

0,01

0,12

P₂O₅

%

0,36

0,01

SO₃

%

0,00

0,01 ASTM C-25-2006

Cu

ppm

41,00

43,00

Pb

ppm

79,00

104,00

Zn

ppm

217,00

133,00

Cd

ppm

62,00

70,00

Cr

ppm

5,00

7,00

H2O⁻

%

0,51

0,10

HD

%

4,30

0,41

AAS

SNI 7574-2010

Parameter

Kode conto

Metoda

KF.III-32-20 IKLN

Notasi Air (ml) WG (ml) Usia (hr)

Densitas

(g/cmᶟ)

Kuat tekan

(kgf/cm²)

MB1

2767

300

12 0,98

6,19

MB2

3167

400

8 0,91

9,08

MB3

3000

500

7 0,94

7,12

MB4

3350

0

48 1,02

8,02

(7)

IV-89

Gambar 2. Pencetakan benda uji

Tabel 5 di atas menunjukan nilai densitas benda uji dengan penambahan sodium silikat (waterglass) lebih rendah dari 1 g/cm3_{(MB1, MB2, MB3), sedangkan tanpa penambahan sodium silikat, nilai densitas benda uji} lebih tinggi dari 1 g/cm3_{(MB4). Kuat tekan 9,08 kgf/cm}2_{dihasilkan sesuai tabel 4 dan 5 di atas menunjukan} nilai optimal pada komposisi abu terbang kurang dari 50% dengan penambahan sodium silikat. Namun nilai yang didapatkan di atas belum memuaskan karena tidak sesuai dengan SNI 03-0349-1989 tentang bata beton untuk pasangan dinding. Hal ini bisa diakibatkan tidak sempurnanya reaksi kimia pembentukan mineral tobermorit. Pembentukan mineral tobermorit dipengaruhi oleh perbandingan unsur kalsium dan silika dari total bahan baku serta parameter proses selama proses hidrasi (Soetjijo, H., 2013). Mineral tobermorit terbentuk pada kondisi parameter temperatur dan tekanan tertentu di dalam alat otoklaf. Penambahan sodium silikat mampu mengurangi penggunan jumlah semen dalam bahan baku sehingga berat benda uji lebih ringan. Beberapa perlakuan terhadap benda uji serta analisa masih diperlukan seperti analisa XRD untuk memastikan pembentukan mineral tobermorit dengan penambahan sodium silikat pada temperatur kamar. Selain itu, penambahan sodium silikat dengan menambahkan parameter temperatur dan tekanan pada alat otoklaf juga diperlukan. Rekomposisi bahan baku seperti penggunaan abu terbang batubara yang bersifat pozolonik, atau sementius, atau yang memiliki sifat keduanya, sehingga didapatkan hasil yang lebih optimal.

KESIMPULAN

Dari uraian dan hasil uji laboratorium di atas, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

Abu terbang batubara PLTU Palabuhanratu dan PLTU Suralaya dapat digunakan dalam beton sesuai dengan spesifikasi yang dipersyaratkan.

Densitas benda uji dengan penambahan sodium silikat memiliki nilai lebih kecil dari 1 g/cm3_{yaitu 0,91-0,98} g/cm3_{, artinya penambahan sodium silikat mampu mempengaruhi besarnya nilai densitas benda uji.}

Komposisi abu terbang batubara kurang dari 50% dengan penambahan sodium silikat pada usia 8 hari menghasilkan nilai kuat tekan optimal yaitu 9,08 kgf/cm2_.

Nilai kuat tekan dihasilkan dari benda uji belum memuaskan sesuai standar diharapkan yaitu 25 kgf/cm2_, sehingga diperlukan beberapa perlakuan seperti rekomposisi bahan dan proses pembuatannya.

(8)

IV-90

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Kepala UPT Loka Uji Teknik Penambangan Jampang Kulon-LIPI atas kesempatan, kepercayaan, serta dukungan dalam kegiatan penelitian ini. Pendanaan kegiatan penelitian ini bersumber dari DIPA UPT Loka Uji Teknik Penambangan Jampang Kulon-LIPI TA. 2015.

DAFTAR PUSTAKA

Badan Standardisasi Nasional, 1989. SNI 03-0349-1989, Bata Beton Untuk Pasangan Dinding.

Badan Standardisasi Nasional, 1991. SNI 03-2156-1991, Blok Beton Ringan Bergelembung Udara (Aerated) Dengan Proses Otoklaf.

Badan Standardisasi Nasional, 2014. SNI 2460:2014, Spesifikasi Abu Terbang Batubara dan Pozzolan Alam Mentah atau Yang Telah Dikalsinasi Untuk Digunakan Dalam Beton.

Faisal, Hendri., 2011. Pemanfaatan Limbah Abu Terbang (fly Ash), Abu Dasar (Bottom Ash) Batubara dan Limbah Padat (Sludge) Industri Karet Sebagai Bahan Campuran Pada Pembuatan Batako. Tesis, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/31408/5/Chapter%20I.pdf. Diunduh pada tanggal 6 November 2015.

Goritman, Birdyant., Irwangsa, Robby., Kusuma, J. H., 2012. StudiKasusPerbandinganBerbagai Bata RingandariSegi Material, Biaya, danProduktifitas. http://studentjournal.petra.ac.id/index.php/teknik-sipil/article/viewFile/389/328. Diunduh pada tanggal 6 November 2015.

Kristanti, N., Tansajaya, A. (2008). Studi Pembuatan Cellular Lightweight Concrete (CLC) denganMenggunakan Beberapa Foaming Agent. Tugas Akhir No. 11011592/SIP/2008. UnpublishedUndergraduate Thesis. Universitas Kristen Petra. Surabaya

Kurniawan, A. R., Adenan, D. D., Untung, S. R., Hadijah, N. R., Alimano, M., 2010. Laporan Penelitian Pemanfaatan Abu Batubara PLTU Untuk Penimbunan Pada Pra Reklamasi Tambang Batubara, Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara, Badan Litbang Energi dan Sumber Daya Mineral. Lee, Abe. (2005), AAC (autoclaved aerated concrete).

Phoanajaya, K., Hardjito, D., Antoni, 2014. Studi Awal Pengaruh Penambahan Foam Pada Pembuatan Bata Beton Geopolimer Berbahan Dasar Lumpur Sidoarjo. Jurnal Dimensi Pratama Teknik Sipil, Vol. 3, No. 1, Hal 1-7.

Soetjijo, H., Gurharyanto, Fatimah, D., Estiati, L. M., Mursito, A. T., 2013, Material Ringan Berpori Berbahan Dasar Abu Terbang. Prosiding Pemaparan Hasil Penelitian Puslit Geoteknologi LIPI-2013, 5 Desember 2013, hal 143-153. Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI, Bandung.