Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah Padat (Sludge) Industri Kertas

(1)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah

PENGARUH ADITIF LATEKS DAN KOMPOSISI TERHADAP

KARAKTERISTIK BETON DENGAN MENGGUNAKAN

LIMBAH PADAT (SLUDGE) INDUSTRI KERTAS

TESIS

Oleh

MAIDAYANI

077026014/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PENGARUH ADITIF LATEKS DAN KOMPOSISI TERHADAP KARAKTERISTIK BETON DENGAN MENGGUNAKAN LIMBAH PADAT

(SLUDGE) INDUSTRI KERTAS

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

MAIDAYANI 077026014/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

Judul Tesis : PENGARUH ADITIF LATEKS DAN

KOMPOSISI TERHADAP

KARAKTERISTIK BETON DENGAN MENGGUNAKAN LIMBAH PADAT (SLUDGE) INDUSTRI KERTAS

Nama Mahasiswa : Maidayani

Nomor Pokok : 077026014

Program Studi : Fisika

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Drs. Anwar Dharma S, MS) (Drs. H. Perdamean S, M.Si,APU) Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Direktur,

(Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc)

(4)

Telah diuji pada

Tanggal : 3 Juni 2009

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Drs. Anwar Dharma Sembiring, MS

Anggota : 1. Drs. H. Perdamean Sebayang, M.Si, APU

2. Dra. Justinon, M.Si

3. Prof. Dr. M. Zarlis, M.Sc

(5)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah ABSTRAK

Telah dilakukan pembuatan beton untuk material konstruksi ringan struktural dengan bahan baku berbasis: sludge, pasir, semen, dan resin lateks. Variasi komposisi

sludge antara lain: 0, 25, 50, 75, dan 100 % (dalam % volume) serta penambahan resin lateks: 5, 10, dan 15 % (dalam % volume), sedangkan waktu pengeringan dibuat tetap yaitu selama 28 hari. Dimensi sampel uji yang dibuat dalam dua bentuk, yaitu silinder rigid dan balok. Parameter pengujian yang dilakukan, meliputi: densitas, penyerapan air, penyusutan, konduktivitas termal, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, dan analisa mikrostruktur dengan Scanning Electron Microscope (SEM). Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa beton ringan dengan variasi komposisi terbaik adalah 25 % (volume) sludge dan 10 % (volume) lateks dengan waktu pengeringan selama 28 hari. Pada komposisi tersebut, beton yang dihasilkan memiliki karakteristik material, sebagai berikut: densitas = 2,01 g/cm3, penyerapan air = 21,9 %, penyusutan = 0,102 %, konduktivitas termal = 0,34 w/moK, kuat tekan = 16,53 MPa, kuat patah = 3,60 MPa, dan kuat tarik = 2,99 MPa. Hasil analisa struktur mikro dengan SEM menunjukkan bahwa rongga-ronga (pori) di dalam beton terdistribusi tidak merata dengan ukuran sekitar 2 - 20 μm. Ukuran serat sludge bisa mencapai panjang 10 μm, gumpalan pasir dan resin lateks bisa mencapai berkisar 30 μm.

(6)

ABSTRACT

The making of structural light weight concrete of structural material has been done using various raw materials based on: sludge, sand, cement, and latex resin. The variation compositions of sludge were: 0, 25, 50, 75, and 100 % (in % volume) with the addition of latex resin: 5, 10, and 15 % (in % volume), while the ageing time is made in constant time at 28 days. The dimension sample tests were made in two kind bodies that are rigid cylinder and beam. The test parameter cover: density, water absorption, shrinkage, thermal conductivity, compressive strength, flexural strength, tensile strength, and microstructure analysis by using Scanning Electron Microscope (SEM) method. From the result indicate that the light weight concrete with the composition at variation of 25 % volume sludge and 10 % volume latex, with ageing time at 28 days is the best result (optimum condition). From the best compositions, the concrete have the following material properties, such as: density = 2.01 g/cm3, water absorption = 21.90 %, shrinkage = 0.10 %, thermal conductivity = 0.34 w/moK, compressive strength = 16.53 MPa, flexural strength = 3.60 MPa, and tensile strength = 2.99 MPa. The microstructure analysis by SEM indicates that the pores inside the concrete are not homogen with particle size about 2 - 20 μm. Also the sludge fiber size can reach length until 10 μm, and for other constituents such as sand and latex resin can reach 30 μm.

(7)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tulisan yang berjudul Pengaruh Aditif Lateks dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton dengan Menggunakan Limbah Padat (Sludge) Industri Kertas, yang dilaksanakan di Laboratorium Balai Pengembangan Riset dan Standarisasi Departemen Perindustrian dan Perdagangan Tanjung Morawa sesuai dengan waktu yang ditetapkan.

Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan tesis ini, mulai dari pengajuan proposal peneltian, pelaksanaan penelitian sampai penyusunan tesis, antara lain kepada:

Rektor Universitas Sumatera Utara Bapak Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.A(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Ilmu Fisika Universitas Sumatera Utara.

Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Ibu Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc atas kesempatan yang diberikan untuk menjadi mahasiswa Program Magister pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc dan Seketaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Bapak Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

(8)

Anggota Komisi pembimbing Bapak Drs. H. Perdamean Sebayang, MSi, APU selaku pembimbing lapangan yang sangat banyak membantu dan mengarahkan penulis dalam menyelesaikan tesis ini.

Seluruh rekan Mahasiswa Program Studi Magister Ilmu Fisika Angkatan ’07 Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang senantiasa memberikan motivasi kepada penulis.

Teristimewa buat Ayahanda: H. Muhammad Daud dan Ibunda: Hj. rosmaini Sebayang serta Adinda: Ahmad buchori, SH dan Ramadhani, SE yang telah memberikan dukungan dengan penuh kesabaran dan menyertai penulis dalam do’anya sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh Gelar Magister Sains.

Tersayang buat Suamiku Armada Selian yang selalu memberikan semangat dan motivasi kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan-kekurangan didalam tesis ini. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca. Akhir kata penulis ucapkan banyak terima kasih, semoga Allah SWT memberkati kita semua.

Medan, Juni 2009

Penulis

(9)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah RIWAYAT HIDUP

Nama : Maidayani

Nomor Pokok : 077026014 Program Studi : Ilmu Fisika

Tempat / Tgl Lahir : Medan / 09 Mei 1983 Jenis Kelamin : Perempuan

Agama : Islam

Alamat : Jln. P. Sulawesi No.B 16 Km.20 Pekan Labuhan 20253 e-mail : Maida_yani2000@yahoo.com

Telepon/Hp : 061-6943893/ 081376155133

Pendidikan :

1. SD Swasta HangTuah III Belawan, Tahun Lulus 1995. 2. SMP Negeri 5 Medan, Tahun Lulus 1998.

3. SMU Negeri 16 Medan, Tahun Lulus 2001.

4. FMIPA Program Studi Fisika Universitas Negeri Medan, Tahun Lulus 2006.

(10)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

RIWAYAT HIDUP ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Hipotesis ... 4

1.6 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Beton ... 5

2.1.1 Semen Portland... 7

(11)

2.1.3 Lateks ... 9

2.2 Faktor Air Semen (FAS) ... 10

2.3 Beton Semen polimer (PCC) ... 11

2.4 Karakterisasi Beton ... 12

2.4.1 Densitas Beton ... 12

2.4.2 Penyerapan Air ... 13

2.4.3 Penyusutan Beton... 13

2.4.4 Kuat Tekan ... 14

2.4.5 Kuat Tarik ... 14

2.4.6 Kuat Patah ... 15

2.4.7 Konduktivitas Termal ... 16

2.4.8 Analisa Mikrostruktur Beton ... 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 18

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 18

3.2 Alat dan Bahan ... 18

3.2.1 Peralatan ... 18

3.2.2 Bahan Baku ... 19

3.3 Variabel dan Parameter ... 20

3.3.1 Variabel Penelitian ... 20

3.3.2 Parameter Penelitian... 20

3.4 Preparasi Sampel Beton ... 20

(12)

3.5.1 Densitas ... 23

3.5.3 Penyusutan ... 25

3.5.4 Kuat Tekan ... 25

3.5.5 Kuat Tarik ... 26

3.5.6 Kuat Patah ... 27

3.5.7 Konduktivitas Termal... 28

3.5.8 Analisa Mikrostruktur dengan SEM ... 29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31

4.1 Hasil Penelitian ... 31

4.1.1 Densitas ... 31

4.1.3 Penyusutan ... 35

4.1.5 Kuat Tekan ... 40

4.1.6 Kuat Tarik ... 41

4.1.7 Kuat Patah ... 43

4.2 Pembahasan ... 45

4.2.1 Densitas ... 45

(13)

4.2.5 Kuat Tekan ... 50

4.2.6 Kuat Tarik ... 51

4.2.7 Kuat Patah ... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 55

5.1 Kesimpulan ... 55

5.2 Saran ... 56

(14)

DAFTAR TABEL

Kandungan atau Komponen Kimia Yang Teedapat didalam Sludge ...

Karakteristik dari Polymer Modified

Concrete... Komposisi Pencampuran Bahan Baku Beton... Data pengukuran Densitas (pada umur 28 hari)... Data pengukuran Penyerapan Air (pada umur 28 hari)...

(15)

Struktur mikro dari beton normal ... Spesimen Uji Tarik ... Skema Prinsip Dasar SEM ... Diagram Alir Preparasi Sampel Beton ... Hubungan Antara Densitas Terhadap Penambahan Sludge (% Volume) dan Resin Lateks Setelah Melalui Proses Pengeringan Selama 28 Hari.. Hubungan Antara Penyerapan Air Terhadap Penambahan Sludge (% Volume) Setelah Melalui Proses Pengeringan Selama 28 Hari... Hubungan Antara Penyusutan Terhadap Penambahan Sludge (% Volume) Setelah Melalui Proses Pengeringan Selama 28 Hari... Hubungan Antara Temperatur Terhadap Waktu Untuk Menentukan T1, T2, dan dT/dt Dari Beton

Dengan Komposisi 25 % Sampah dan 12 % Lateks (Dalam % Volume) Yang Dikeringkan Selama 28 Hari ... Hubungan Antara Kuat Tekan Terhadap Penambahan Sludge (% Volume) Melalui Proses Pengeringan Selama 28 Hari ... Hubungan Kuat Tarik Terhadap Penambahan

(16)

4.8 Foto SEM Dari Beton Yang Dikeringkan Selama 28 Hari dengan Komposisi: 25 % (Volume) Sludge

(17)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah DAFTAR LAMPIRAN

Nomor J u d u l Halaman

A

B

C

D

E F G

Perhitungan Untuk Menentukan Nilai Densitas dan Nilai Penyerapan Air ... Perhitungan Untuk Menentukan Nilai Penyusutan dan Nilai Kuat Tekan ... Perhitungan Untuk Menentukan Nilai Kuat Patah dan Nilai Kuat Tarik ...

Perhitungan Untuk Menentukan Nilai Konduktivitas Termal ... Gambar Alat-alat Uji Fisis dan Mekanik ... Surat Keterangan... Laporan Analisa...

60

61

62

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Beton terdiri dari bahan semen hidrolik (portland cement), agregat kasar, agregat halus, air, dan bahan tambah (admixture atau additive). Untuk mengetahui dan mempelajari prilaku elemen gabungan (bahan-bahan penyusun beton), perlu diketahui karakteristik masing-masing komponen tersebut (Mulyono,2005).

(19)

(sludge) Industri kertas untuk menggantikan agregat yang biasa digunakan dalam pembuatan beton normal.Untuk mempercepat waktu pengerasan beton dan sekaligus mampu menutup lebih rapat rongga – rongga pada beton agar tahan kelembaban tinggi maka perlu menambahkan material polimer pada pembuatan beton. Polimer memiliki beberapa keunggulan, yaitu: cepat pengerasannya, kekuatan tariknya lebih tinggi dan memiliki daya lentur yang lebih baik. Melihat masing-masing keunggulan tersebut maka perlu dilakukan perekayasaan material yaitu membuat material beton yang kuat, ringan dan proses pengerasan yang cepat. Material beton yang memiliki kualifikasi seperti tersebut dibuat melalui penambahan polimer dengan agregat yang berasal dari sludge Industri kertas ke dalam campuran beton. Selama ini pemanfaatan limbah padat tersebut belum optimal, seperti yang terjadi di PT. Toba Pulp Lestari. Jenis bahan polimer yang digunakan adalah berupa lateks. Tujuan penelitian yang akan dilakukan adalah untuk mengetahui pengaruh komposisi sludge Industri kertas dan komposisi perekat polimer terhadap karakteristiknya. Pada penelitian ini besaran–besaran fisis yang diukur antara lain: densitas, penyerapan air, penyusutan, kuat tekan, kuat tarik, kuat patah, konduktivitas termal, serta mikrostrukturnya.

1.2. Perumusan Masalah

(20)

menggunakan perekat semen. Komposisi lateks dan sludge merupakan variabel yang menentukan karakteristik dari beton semen polimer.

1.3. Tujuan Penelitian

Memahami teknik pembuatan beton semen polimer (polymer cement concrete) dengan menggunakan agregat sludge dan perekat lateks. Mengetahui pengaruh komposisi sludge dan komposisi perekat polimer dalam pembuatan beton semen polimer terhadap karakteristiknya, seperti: densitas, penyerapan air, penyusutan, kuat tekan, kuat tarik, kuat patah, konduktivitas termal, serta mikrostrukturnya.

1.4. Batasan Masalah

(21)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah 1.5. Hipotesa

Memanfaatkan sludge sebagai agregat dan penggunaan lateks sebagai perekat dalam pembuatan beton semen polimer sehingga dapat menghasilkan beton ringan struktural. Variasi komposisi sludge dan penambahan perekat polimer akan memberikan pengaruh terhadap karakteristik beton yang cukup signifikan.

1.6. Manfaat Penelitian

(22)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Beton

Beton merupakan fungsi dari bahan penyusunnya yang terdiri dari bahan semen hidrolik (portland cement), agregat kasar, agregat halus, air, dan bahan tambah (admixture atau additive). Untuk mengetahui dan mempelajari perilaku elemen gabungan (bahan-bahan penyusun beton), kita memerlukan pengetahuan mengenai karakteristik masing-masing komponen.

Parameter-parameter yang paling mempengaruhi kekuatan beton adalah kualitas semen, proporsi semen terhadap campuran, kekuatan dan kebersihan agregat, pencampuran yang cukup dari bahan-bahan pembentuk beton, penempatan yang benar, penyelesaian dan pemadatan beton, perawatan beton, dan kandungan klorida tidak melebihi 0,15 % dalam beton yang diekspos dan 1% bagi beton yang tidak diekspos (Mulyono, 2005).

(23)

bahan bakunya (mix design). Jenis dari beton ringan ada dua golongan yaitu: beton ringan berpori (aerated concrete) dan beton ringan tidak berpori (non aerated conrete). Beton ringan berpori adalah beton yang dibuat agar strukturnya banyak terdapat pori, beton semacam ini diproduksi dengan bahan baku dari campuran semen, pasir, gypsum, CaCO3 dan katalis aluminium. Dengan adanya katalis Al

selama terjadi reaksi hidratasi, semen akan menimbulkan panas (reaksi eksotermal) sehingga timbul gelembung-gelembung gas H2O, CO2 dari reaksi tersebut. Akhirnya

gelembung tersebut akan menimbulkan jejak pori dalam beton yang sudah mengeras. Semakin banyak gas yang dihasilkan akan semakin banyak pori yang terbentuk, dan beton akan semakin ringan. Berbeda dengan beton non aerated, pada beton ini agar menjadi ringan dalam pembuatannya ditambahkan agregat ringan. Agregat ringan yang digunakan antara lain: batu apung (pumice), perlite, serat sintesis dan alami,

slag baja, dan lain-lain. Pembuatan beton ringan berpori (aerated concrete) tentunya jauh lebih mahal karena menggunakan bahan-bahan kimia tambahan, dan mekanisme pengontrolan reaksi yang cukup sulit. Mikrostruktur dari beton normal yang berupa campuran portland cement dengan agregat alami yang dibuat secara konvensional diperlihatkan pada Gambar 2.1.

Agregat

semen

(24)

2.1.1. Semen Portland

Semen Portland adalah bahan konstruksi yang paling banyak digunakan dalam pekerjaan beton. Menurut ASTM C-150,1985, semen portland didefenisikan sebagai semen hidrolik yang dihasilkan dengan menggiling klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik yang umumnya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan yang digiling bersama-sama deng bahan utamanya.

Semen portland yang digunakan di Indonesia harus memenuhi syarat SII.0013-81 atau standar Uji Bahan Bangunan Indonesia 1986, dan harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam standar tersebut.

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 agragat 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).

Fungsi utama semen adalah mengikat butir-butir agregat hingga membentuk suatu massa padat dan mengisi rongga-rongga udara di antara butir-butir agregat. Walaupun komposisi semen dalam beton hanya sekitar 10%, namun karena fungsinya sebagai bahan pengikat maka peranan semen menjadi penting.

2.1.2. Agregat

(25)

hal komposisi kimianya dapat mempengaruhi sifat-sifat beton ringan dalam keadaan plastis maupun keadaan telah mengeras dengan hasil-hasil yang berbeda.

a. Sludge

Industri kertas menghasilkan limbah padat berapa sludge (lumpur) yang berasal dari Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) dalam jumlah yang cukup besar. Selama ini pemanfaatan sludge tersebut belum optimal, seperti yang terjadi di PT. Toba Pulp Lestari. Sebagian kecil limbah hanya dimanfaatkan sebagai tanah urugan pada area di sekitar pabrik, sedangkan sisanya ditimbun begitu saja. Apabila keadaan ini dibiarkan terus menerus, maka semakin lama pabrik akan kekurangan lahan untuk penimbunan limbah sehingga dimungkinkan terjadinya pencemaran lingkungan. Dengan demikian diperlukan upaya untuk mengatasi permasalahan tersebut, salah satu alternatif adalah dengan melakukan daur ulang limbah menjadi bahan bangunan seperti bata beton (batako). Adapun kandungan atau komponen kimia yang terdapat didalam Sludge diperlihatkan seperti pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1.Kandungan Atau Komponen Kimia Yang Terdapat Didalam Sludge

Parameter Komposisi (%)

Al2O3 28,97

SiO2 51,70

Na2O -

K2O -

MgO 9,46 CaO 2,04

Fe2O3 3,57

TiO2 3,35

(26)

b. Pasir

Agregat yang digunakan untuk pembuatan batako ringan ini adalah pasir yang lolos ayakan (Standard ASTM E 11-70) yang diameternya lebih kecil 5mm. adapun kegunaan pasir ini adalah untuk mencegah keretakan pada beton apabila sudah mengering. Karena dengan adanya pasir akan mengurangi penyusutan yang terjadi mulai dari percetakan hingga pengeringan.

Pasir ini memang sangat penting dalam pembuatan beton ringan, tapi apabila kadarnya terlalu besar akan mengakibatkan kerapuhan jika sudah mengering. Ini disebabkan daya rekat antara partikel-partikel berkurang dengan adanya pasir dalam jumlah yang besar, sebab pasir tersebut tidak bersifat merekat akan tetapi hanya sebagai pengisi (Filler).

Pasir yang baik digunakan untuk pembuatan beton ringan berasal dari sungai dan untuk pasir dari laut harus dihindarkan karena dapat mengakibatkan perkaratan dan masih mengandung tanah lempung yang dapat membuat batako menjadi retak-retak.

2.1.3. Lateks

(27)

Lateks adalah cairan berwarna putih yang menyerupai susu yang dihasilkan dari tanaman karet bila disadap atau dilukai. Lateks mempunyai bagian-bagian yang kecil dengan diameter antara (0,0001-0,001) mm yang terdiri dari :

1. Air (55-80)%

2. Karet (25-40)%

3. Bahan bukan karet 5 %

Lateks merupakan sistem koloid yang kompleks, yang terdiri dari partikel karet dan bahan-bahan karet yang terdispersi dalam cairan yang disebut serum. Bahan bukan karet jumlahnya relatif kecil, sebagian besar terlarut dalam serum, lainnya teradsorbsi dalam permukaan partikel karet (Soenardjian, et al, 1982). Lateks pekat mempunyai kadar kering minimum 60%.

2.2. Faktor Air Semen (FAS)

(28)

2.3.Beton Semen Polimer (PCC)

Rekayasa beton dengan polimer atau disebut sebagai polymer modified concrete merupakan suatu perekayasaan material beton dengan menggunakan material organic rantai panjang atau polimer. Polymer modified concrete ada dua macam yaitu polymer impregnated concrete (PIC) dan polymer cement concrete

(PCC) . Polymer impregnated concrete adalah suatu material yang dibuat melalui impregnasi bahan polimer ke dalam beton jadi yang sudah mengeras , agar dapat menutup pori-pori permukaan beton agar lebih tahan terhadap kelembaban atau penyerapan air. Sedangkan polymer cement concrete adalah suatu material beton yang dibuat dengan menggantikan sebagian perekat semen dengan bahan polimer. Beberapa karakteristik dari polymer modified concrete diperlihatkan pada Tabel 2.2 sebagai berikut.

Tabel 2.2. Karakteristik dari Polymer Modified Concrete

(29)

Jenis polimer yang digunakan dalam pembuatan PCC adalah thermoplastic polymer

dan thermosetting polymer. Jenis thermoplastic polymer yang umumnya digunakan adalah poly latex (methyl methacylate) disebut juga dengan akrilik lateks.. Sedangkan jenis thermosetting yang sering digunakan adalah epoxy resin, polimer ini dapat dicampurkan langsung pada campuran semen-air .

2.4. Karakterisasi Beton

Beton dibuat dari campuran: semen, pasir, sludge kertas, dan latex. Bahan baku tersebut kemudian dicampur, dicetak, dan dikeringkan secara alami (suhu kamar) dengan waktu pengeringan (ageing time) selama 28 hari. Adapun karakteristik beton yang telah diuji meliputi: densitas, penyerapan air, konduktivitas termal, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, dan analisa mikrostruktur dengan menggunakan metode

Scanning Electron Microscope (SEM).

2.4.1. Densitas Beton

Untuk pengukuran densitas beton semen polimer menggunakan metoda Archimedes, besarnya nilai densitas beton semen polimer dapat dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut: (Tetuko : 2008).

(

)

air

(30)

Wg : Berat sampel digantung didalam air (gram) Wk : Berat kawat penggantung (gram)

2.4.2. Penyerapan air

Penyerapan air dalam beton adalah untuk mengetahui sampai dimana batas air pada sampel beton dapat terserap. Untuk mengetahui besarnya nilai penyerapan air dari sampel beton semen polimer dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

%

2.4.3. Penyusutan Beton

Untuk menentukan besarnya penyusutan dilakukan pengukuran dimensi atau panjang awal (Lo) dan panjang setelah mengalami pengeringan 28 hari, disebut sebagai Lt. Besarnya penyusutan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

%

(31)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah 2.4.4. Kuat Tekan

Kuat tekan beton adalah besarnya beban persatuan luas yang menyebabkan benda uji beton hancur bila dibebani dengan gaya tekan tertentu, yang dihasilkan dari alat Universal Testing Machine (UTM). Besarnya nilai kuat tekan sampel beton semen polimer dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

A P tekan

Kuat = (2.4)

dimana:

P : gaya penekan (kgf)

A : luas penampang yang terkena penekanan gaya (m2)

2.4.5. Kuat Tarik

pengujian tarik adalah pengujian mekanis secara statis dengan cara sampel (benda uji) ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya, dimana gaya tarik yang diberikan adalah sebesar P (Newton). tujuannya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik tarik ( kuat tarik) dari beton semen polimer. pengujian ini dilakukan dengan kecepatan perpanjangan tetap yang rendah sekali, dan mesin tarik mencatat beban yang diberikan.

Pengukuran kuat tarik dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

A P tarik

Kuat = (2.5)

dimana:

P : Gaya tarik (kgf)

(32)

2.4.6. Kuat Patah

Pengujian kekuatan patah dimaksudkan untuk mengetahui ketahan beton terhadap pembebanan pada tiga titik. Pada pengujian ini terhadap sampel uji (beton) diberikan pembebanan yang arahnya tegak lurus terhadap letak beton tersebut.

Pengukuran kuat patah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

2 2

3

h b

PL f =

σ (2.6)

Dengan :

P = Beban maksimum yang diberikan (kgf) L = jarak kedua titik tumpu (cm)

b, h = lebar dan tinggi benda uji (cm).

2.4.7. Konduktivitas Termal

Pengukuran konduktivitas termal adalah untuk mengetahui peristiwa perpindahan panas secara konduksi, sehingga dengan mengetahui besarnya

Gambar 2.2. Spesimen Uji Tarik

25.4 mm

(33)

konduktivitas termal dari suatu bahan (material) maka dapat diperkirakan aplikasi material tersebut untuk selanjutnya.

Pengujian konduktivitas termal dari sampel beton semen polimer dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: (ASTM C 177 – 97).

K = {(m . c . dT/dt . X)/(A . (T1-T2) (2.7)

dengan:

K = Konduktivitas panas, kal/cm oC detik m = Massa pelat alas (kuningan), gram

c = Panas jenis pelat alas kuningan, kal/g oC X = Tebal sampel, cm

A = Luas permukaan kontak, cm2

T1 = Temperatur pelat alat ketel air panas pada stedy state, oC

T2 = Temperatur pelat alas kuningan pada stedy state, oC

2.4.8. Analisa Mikrostruktur Beton

Pengujian mikrostruktur dari beton sludge dilakukan dengan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk melihat bentuk dan ukuran partikel penyusunnya.

(34)

SEM menggunakan prinsip scanning, maksudnya berkas elektron di arahkan dari titik ke titik pada objek. Gerakan berkas elektron dari satu titik ke titik yang lain pada suatu daerah objek menyerupai gerakan membaca. Gerakan membaca ini disebut dengan scanning. Komponen utama SEM terdiri dari dua unit, electron column (B) dan display console (A).

Electron column merupakan model electron beam scanning. Sedangkan

display console merupakan elektron skunder yang di dalamnya terdapat CRT. Pancaran elektron energi tinggi dihasilkan oleh electron gun yang kedua tipenya berdasar pada pemanfaatan arus.

(35)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan, dan di Laboratorium Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Serpong.

3.2. Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan dalam penelitian ini:

3.2.1. Peralatan

Peralatan yang dipergunakan untuk pembuatan beton semen polimer antara lain: 1. Timbangan digital (weight balance digital)

2. Alat-alat gelas

3. Cetakan beton (mould steel)

4. Universal Testing Machine (UTM) 5. Scanning Electron Microscope (SEM) 6. Ayakan screen 100 mesh

7. Thermal conductivity meter

(36)

11.Oven pemanas (drying oven)

3.2.2. Bahan baku

Bahan baku yang dipergunakan untuk pembuatan sampel beton antara lain: 1. Semen typeI (Portland cement)

Merupakan semen yang berasal dari PT. Semen Andalas Padang. 2. Bio Sludge dari Industri Kertas

Merupakan sludge yang berasal dai limbah padat Industri kertas PT. Toba Pulp Lestari

3. Pasir silika

Merupakan pasir yang berasal dari daerah pinggiran sungai. 4. Lateks

Merupakan getah yang diperoleh dari sayatan pohon karet. 5. Air

Merupakan katalis, untuk melarutkan semen.

3.3. Variabel dan Parameter

Adapun variabel dan parameter dalam penelitian ini:

3.3.1. Varibel penelitian

1. Variasi komposisi sludge: 0, 25, 50, 75, dan 100 % dari prosentase volume. 2. Variasi penambahan aditif resin epoksi latex: 5, 10, dan 15 % dari total

(37)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah 3.3.2. Parameter penelitian

Parameter pengujian yang dilakukan meliputi: densitas, penyerapan air, , konduktivitas termal, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, dan analisa mikrostruktur dengan Scanning Electron Microscope (SEM).

3.4. Preparasi Sampel Beton

Bahan baku yang digunakan pada pembuatan beton terdiri dari: semen portland tipe I, pasir silika, limbah padat (sludge) kertas, dan lateks. Untuk menentukan komposisi bahan baku mengacu pada proporsi beton konvensional, seperti untuk campuran agregat (penguat) di dalam beton yaitu sekitar 70 – 80 % volume total atau perbandingan matriks terhadap agregat (M/A) = 1 : 5 (Tri Mulyono, 2005). Jadi untuk memudahkan dalam proses pencampuran (fabrikasi) maka semua komposisi bahan baku ditentukan dalam prosentase volume.

(38)

hydratation atau muncul retak-retak di permukaan atau di dalam beton. Andaikan untuk satu kali adukan adonan, jumlah semen yang digunakan adalah 8 cm3, maka banyaknya air yang dibutuhkan adalah 0,5 x 8 cm3 = 4 cm3.

Jumlah variasi lateks yang ditambahkan dalam campuran beton adalah 5, 10, dan 15 % terhadap jumlah semen (binder agent), yaitu ekivalen dengan 0,4; 0,8; dan 1,2 cm3. adapun komposisi bahan baku pembuatan beton, seperti diperlihatkan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Komposisi Pencampuran Bahan Baku Beton Pasir Silika Sludge

Kode

Sampel _(cm3

) (% volume) (cm3) (% volume)

Keterangan

A 0 0 40 100

B 10 25 30 75

C 20 50 20 50

D 30 75 10 25

E 40 100 0 0

S/A = 1 : 5 FAS = 0,5 Semen = 8 cm3

Air = 4 cm3

(39)

Selanjutnya adonan (pasta) yang dihasilkan dituangkan dalam cetakan yang terbuat dari besi baja dengan ukuran: 16 x 4 x 4 cm. Bentuk sampel uji lainnya adalah berupa selinder berukuran: diameter 5,25 cm dan tinggi 5,25 cm. Kemudian adonan dicetak dan dikeringkan untuk proses pengerasan (ageing) dengan waktu yang telah ditetapkan juga yaitu selama 28 hari.

Setelah benda uji mengalami proses ageing, kemudian dilakukan pengujian yang meliputi: densitas, penyerapan air, penyusutan, konduktivitas termal, kuat tekan,

Gambar 3.1. Diagram Alir Preparasi Sampel Beton Penimbangan

Pasir 100 mesh

Sludge _Semen

Pencampuran

lateks

(5, 10, 15 % )

Pencetakan

Pengerasan Ageing Alami

Pengujian Faktor Air Semen

(40)

kuat patah, kuat tarik, dan analisa mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).

3.5. Karakterisasi

Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi: densitas, penyerapan air, penyusutan, konduktivitas termal, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, dan analisa mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).

3.5.1. Densitas

Pengukuran densitas (bulk density) dari masing-masing komposisi beton yang telah dibuat, diamati dengan menggunakan prinsip Archimedes dan mengacu pada standar ASTM C 134 – 95. Pada proses awal dilakukan penimbangan massa benda di udara (massa sampel kering) seperti halnya pada penimbangan biasa, sedangkan penimbangan massa benda di dalam air seperti diperlihatkan pada Gambar 1. (dapat dilihat pada lampiran E).

Metoda pengukuran densitas, antara lain :

(41)

direndam di dalam air, Wb. Gantung sampel, pastikan tepat pada posisi tengah dan tidak menyentuh alas beker gelas yang berisi air, dimana massa sampel berikut penggantung di dalam air adalah Wg. Selanjutnya sampel dilepas dari tali penggantung dan catat massa tali penggantung yaitu Wk.

Dengan mengetahui besaran-besaran tersebut diatas, maka nilai densitas beton

sludge dapat ditentukan sesuai dengan persamaan (2.1).

3.5.2. Penyerapan Air

Untuk mengetahui besarnya penyerapan air dari beton sludge yang telah dibuat, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 20 – 00.

Prosedur pengukuran penyerapan air adalah sebagai berikut:

Sampel yang telah dikeringkan di dalam drying oven dengan suhu 100oC selama 1 jam, ditimbang massanya dengan menggunakan neraca digital, disebut massa sampel kering. Kemudian sampel direndam di dalam air selama 1 jam sampai massa sampel jenuh dan catat massanya.

Dengan menggunakan persamaan (2.2) maka nilai penyerapan air dari beton

(42)

3.5.3. Penyusutan

Pengukuran penyusutan (shrinkage) dari beton dilakukan berdasarkan perubahan dimensi, sesuai dengan persamaan (2.3) (K. Ramamurthyand and N.

Narayanan, 2000; ASTM C-1407, 1998). Mula-mula ukur panjang sampel yang

baru dikeluarkan dari cetakan, disebut panjang awal (Lo). Setelah sampel mengalami proses pengeringan atau pengerasan (ageing) selama 28 hari, kemudian diukur panjangnya, disebut sebagai panjang akhir, Lt. Dengan menggunakan persamaan pada persamaan (2.3), maka nilai penyusutan dapat diperoleh.

3.5.4. Kuat tekan

Untuk mengetahui besarnya nilai kuat tekan dari beton, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standarASTM C 1386 – 98 dan ASTM C 39/C 39M - 01. Alat yang digunakan untuk menguji kuat tekan adalah Universal Testing Mechine

(UTM).Model uji kuat tekan dengan benda uji berupa selinder, seperti diperlihatkan pada lampiran E.

Prosedur pengujian kuat tekan adalah sebagai berikut:

(43)

Kemudian tempatkan sampel tepat berada di tengah pada posisi pemberian gaya (lihat gambar), dan arahkan switch ON/OFF ke arah ON, maka pembebanan secara otomatis akan bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 4 mm/menit. Apabila sampel telah pecah, arahkan switch kearah OF maka motor penggerak akan berhenti. Kemudian catat besarnya gaya yang ditampilkan pada panel display, saat beton polimer tersebut rusak.

Dengan menggunakan persamaan (2.4) maka nilai kuat tekan dari beton dapat ditentukan.

Untuk mengetahui besarnya kuat tarik dari beton, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar dan ASTM C 469 - 94. Alat yang digunakan untuk menguji kuat tarik adalah Universal Testing Mechine (UTM). Sedangkan model penjepit sampel dan teknik pengujiannya, diperlihatkan pada lampiran E.

Adapun prosedur pengujian kuat tarik yaitu:

(44)

pembebanan secara otomatis akan bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 4 mm/menit. Dan apabila sampel telah putus, diarahkan switch kearah OFF maka motor penggerak akan berhenti. Lalu dicatat besarnya gaya yang ditampilkan pada panel display, saat beton polimer tersebut putus.

Dengan menggunakan persamaan (2.5) maka nilai kuat tarik dari beton dapat ditentukan.

Untuk mengetahui besarnya kuat patah dari beton, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 133 – 97 dan ASTM C 348 – 97. Alat yang digunakan untuk menguji kuat patah adalah Universal Testing Mechine

(UTM). Pengujian kuat patah dengan Universal Testing Mechine (UTM) dan benda uji untuk kuat patah benda berbentuk balok, seperti diperlihatkan pada lampiran H.

Adapun prosedur pengujian kuat patah yaitu:

(45)

mm/menit. Dan apabila sampel telah patah, diarahkan switch kearah OF maka motor penggerak akan berhenti. Kemudian dicatat besarnya gaya yang ditampilkan pada panel display, saat beton tersebut patah.

Dengan menggunakan persamaan (2.6) maka nilai kuat patah dari beton dapat diperoleh.

Untuk menentukan besarnya konduktivitas termal dari beton, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 177 – 1997. Metoda yang digunakan untuk menguji konduktivitas panas dari beton dihitung menggunakan less method, seperti diperlihatkan pada lampiran H.

Adapun prosedur pengujian konduktivitas termal dari beton yaitu:

Sampel beton dibuat berbentuk selinder (koin) dengan diameter 10 cm, dan tebal 3 - 5 mm, untuk memastikan dimensinya digunakan mikrometer dan jangka sorong dan diukur dimensinya minimal tiga kali pengulangan. Kemudian ditimbang pelat alas kuningan, C dan dicatat massanya (m), kemudian digantungkan dengan tali penggantung, X pada statip penggantung. Lalu letakkan benda uji, B (beton ringan berpori) di atas pelat alas tersebut, dan olesin permukaan benda uji tersebut dengan bahan pelumas agar kontak panasnya menjadi lebih baik. Kemudian ketel uap, S diletakkan diatas benda uji dan hubungkan dengan ketel air panas dengan menggunakan selang. Selanjutnya dimasukkan termometer T1 pada lubang ketel uap

(46)

T2 setiap dua menit sampai kondisi kesetimbangan (stady state) tercapai. Keadaan

setimbang dinyatakan apabila kenaikan temperatur ± 0,1 oC selama 10 menit. Apabila T1 dan T2 sudah mencapai setimbang, diangkat ketel uap dan panaskan pelat alas

beserta benda uji dengan alat pemanas, hingga temperatur T2 naik sekitar 10 oC.

Setelah temperaturnya tercapai, dimatikan alat pemanas dan dicatat penurunan temperatur T2 untuk setiap dua menit, sehingga selisih suhunya mencapai sekitar 20 o

C. Kemudian plot kurva kenaikan temperatur selama pemanasan dan penurunan temperatur sewaktu pendinginan terhadap waktu.

Dengan menggunakan persamaan (2.7) maka nilai konduktivitas termal dari beton semen polimer dapat ditentukan.

3.5.8. Analisa Mikrostruktur dengan SEM

Bentuk dan ukuran partikel penyusun secara mikroskopik dari beton dapat diidentifikasikan berdasarkan micrograph data yang diperoleh dari pengujian

Scanning Electron Microscope (SEM),diperlihatkan pada gambar 3.6 (pada lampiran E).

Adapun mekanisme alat ukur SEM dapat dijelaskan sebagai berikut:

(47)

terpantul (back scattered electron) yang dapat dideteksi dengan detector scintilator

(48)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian

Beton yang dibuat dari campuran semen, pasir, sludge, dan lateks, dilakukan proses pengeringan (ageing) secara alami yaitu selama 28 hari, kemudian dilakukan pengujian sifat-sifat fisika, mekanika, dan mirostruktur. Karakteristik beton ternyata sangat ditentukan oleh komposisi bahan baku penyusun, yaitu pasir silika : sludge : semen : lateks, dan proses pengeringan. Untuk mengetahui karakteristik beton tersebut maka perlu diukur besaran-besaran fisis, mekanis, dan mikrostruktur, antara lain: densitas, penyerapan air, penyusutan, konduktivitas termal, kuat tekan, kuat patah, kuat tarik, dan analisa mikrostruktur dengan menggunakan SEM.

Hasil pengujian karakteristik beton sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan tertera pada tabel dibawah ini.

4.1.1. Densitas

(49)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah Tabel 4.1. Data Pengukuran Densitas (pada umur 28 hari)

(50)

Data hasil pengukuran beton pada pengujian penyerapan air untuk beton dengan menggunakan lateks dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.2. Data Pengukuran Penyerapan Air (pada umur 28 hari)

5 % Lateks

25 127.620 160.929 26.10 50 125.423 161.796 29.00 75 123.600 165.871 34.20 100 122.400 173.196 41.50

Gambar 4.1. Hubungan antara densitas terhadap penambahan sludge (% volume) dan resin lateks setelah melalui proses pengeringan selama 28 hari.

1.6

Densitas beton ringan = 1,75 g/cm3

(51)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah Tabel 4.2. Lanjutan

10 % Lateks

25 128.400 156.520 21.90 50 126.520 157.517 24.50 75 124.305 160.602 29.20 100 123.205 164.602 33.60

15 % Lateks

25 130.410 156.101 19.70 50 128.550 156.960 22.10 75 126.250 159.201 26.10 100 124.023 161.974 30.60

10

Gambar 4.2. Hubungan antara penyerapan air terhadap penambahan sludge (% volume) melalui proses pengeringan alami selama 28 hari.

(52)

Data hasil pengukuran beton pada pengujian penyusutan untuk beton dengan menggunakan lateks dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.3. Data Pengukuran Penyusutan (pada umur 28 hari)

(53)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah 4.1.4. Konduktivitas Termal (Thermal Conductivity)

Data hasil pengujian beton pada pengujian konduktivitas termal untuk beton dengan menggunakan lateks dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Gambar 4.3. Hubungan antara penyusutan terhadap penambahan sludge (% volume) setelah melalui proses pengeringan selama 28 hari

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

0 25 50 75 100

Sludge (% volume)

Pe

ny

us

ut

a

n

(

%

)

5 % lateks

(54)

Tabel 4.4a. Data hasil pengukuran untuk menentukan daya hantar panas dari beton yang dikeringkan secara alami selama 28 hari

Pada kondisi steady state

(55)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah Pada kondisi penurunan temperatur (T2)

(56)

Tabel 4.4b. Data hasil pengukuran Besaran-besaran untuk menentukan daya hantar panas dari beton yang dikeringkan secara alami selama 28 hari

Besaran yang diukur Nilai Satuan

Massa pelat alas kuningan, m 1,8 kg

Panas jenis pelat alas kuningan, Cp 0,09 k.kal/kgoC

Slope, dT/dt 0,0119 oC/detik

Tebal beton ringan berpori, X 0,005 m Diameter beton ringan berpori, d 0,1 m Luas penampang beton ringan berpori, A 0,00785 m2 Temperatur pelat alas ketel uap (steady state),

T1

81 oC Temperatur pelat alas kuningan (steady state),

T2

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Waktu (detik)

Gambar 4.4. Hubungan antara temperatur terhadap waktu untuk menentukan T1, T2, dan

dT/dt dari beton dengan komposisi 25 % sludge dan 10 % latek (dalam % volume) yang dikeringkan selama 28 hari

(57)

Data hasil pengujian beton pada pengujian kuat tekan untuk beton dengan menggunakan lateks dapat dilihat pada Tabel dibawah ini.

Tabel 4.5 Data Pengukuran dan Pengujian Kuat Tekan (pada umur 28 hari)

(58)

Data hasil pengujian beton pada pengujian kuat tarik untuk beton dengan menggunakan lateks dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.6. Data Pengukuran dan Pengujian Kuat Tarik (pada umur 28 hari)

5 % Lateks

4 10 16 22

0 25 50 75 100

Sludge (% Volume)

K

u

at

t

ekan

(M

P

a)

5 % lateks 10 % lateks 15 % lateks

Gambar 4.5. Hubungan antara kuat tekan terhadap penambahan sludge

(% volume) melalui proses pengeringan selama 28 hari

Batas maksimum beton ringan = 17 MPa

(59)

Tabel 4.6. Lanjutan

(60)

Data hasil pengujian beton pada pengujian kuat patah untuk beton dengan menggunakan lateks dapat dilihat pada Tabel dibawah ini.

Tabel 4.7. Data Pengukuran dan Pengujian Kuat Patah (pada umur 28 hari)

5 % Lateks

Gambar 4.6. Hubungan kuat tarik terhadap penambahan sludge (% volume) pada pembuatan beton ringan, setelah melalui proses pengeringan 28 hari

Kuat tarik beton : 5 Mpa (batas atas)

(61)

(62)

4.1.8. Analisa Mikrostruktur dengan SEM

Foto hasil pengujian beton pada pengujian analisa mikrostruktur dengan SEM untuk beton dengan menggunakan lateks dapat dilihat pada Gambar dibawah ini.

Gambar 4.8. Foto SEM dari beton yang dikeringkan selama 28 10μm

(63)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah 4.2. Pembahasan

Hasil analisa dari setiap perlakuan penambahan aditif lateks terhadap sifat karakterisasi beton yang meliputi densitas, penyerapan air, penyusutan, konduktivitas termal, kuat tekan, kuat tarik, kuat patah, dan SEM telah disusun dalam bentuk tabel dan grafik yang diperlihatkan dari Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.7 dan Gambar Grafik 4.1 sampai dengan Gambar Grafik 4.7.

4.2.1. Densitas

Hasil pengukuran densitas beton yang berbasis campuran semen, pasir,

sludge, dan lateks setelah dikeringkan selama 28 hari, diperlihatkan seperti pada Gambar 4.1. Dari Gambar 4.1, terlihat bahwa variasi komposisi: 0 - 100 % (volume)

sludge dan penambahan lateks 5, 10, dan 15 % volume dari total semen, serta dikeringkan secara alami 28 hari diperoleh nilai densitas beton antara 1,72 – 2,37 g/cm3. Sebagai contoh nilai densitas beton dengan variasi komposisi sludge yang sama dan penambahan resin lateks sebayak 5 % volume, serta dikeringkan selama 28 hari adalah sekitar 1,72 – 2,11 g/cm3. Kemudian dengan komposisi yang sama dan penambahan resin lateks masing-masing sebesar 10 dan 15 % dari volume semen, maka nilai densitas cenderung mengalami peningkatan menjadi: 1,78 – 2,25, dan 1,84 – 2,37 g/cm3. Dari hasil yang diperoleh dapat dinyatakan bahwa penambahan sludge

(64)

dalam sludge akan terurai (terlepas) pada saat proses pengeringan. Sebaliknya untuk penambahan komposisi resin lateks terhadap beton maka nilai densitas cenderung mengalami peningkatan,

artinya penambahan lateks sangat mempengaruhi kualitas beton tersebut. Penambahan lateks selain berperan untuk menutupi rongga/pori beton juga berfungsi sebagai perekat dan dapat meningkatkan kekuatan beton khususnya kuat tekan.

Berdasarkan referensi, klasifikasi beton dapat dibagi berdasakan nilai densitas, antara lain: beton ringan dengan densitas < 1,75 g/cm3, beton medium dengan densitas 1,75 - 2,016 g/cm3,dan beton normal (beton berat) dengan densitas > 2,016 g/cm3 (Carolyn Schierhorn, 2008).Ternyata dari klasifikasi tersebut, dapat dinyatakan bahwa penambahan 75 dan 100 % volume sludge dengan 5 % volume lateks adalah termasuk dalam kategori beton ringan. Beton yang dibuat tanpa sludge

(65)

2400 kg/m3 ( http://www.engineeringtoolbox.com/concrete-properties-d_1223.html,2009). Sedangkan menurut referensi (Satyarno, 2004), penggunaan atau aplikasi beton ringan dengan berat jenis 240 – 800 kg/m3 dapat diaplikasikan sebagai dinding pemisah (partisi) atau dinding isolasi, sedangkan untuk berat jenis 800 – 1400 kg/m3 dapat digunakan sebagai dinding pemikul beban, dan berat jenis 1400 – 1800 kg/m3 dapat digunakan sebagai beton normal struktur. Sebenarnya kualifikasi dari jenis beton ringan struktur adalah memiliki densitas dalam rentang 1,44 – 1,84 g/cm3 (NRMCA, 2000). Pada referensi lain, beton berpori yang diklasifikasikan sebagai beton ringan adalah yang memiliki densitas < 1 g/cm3 (Siporex Oy, 2000).

(66)

Nilai penyerapan air dari beton dengan variasi komposisi: 0 - 100 % volume

sludge, penambahan resin lateks 5 % volume lateks dan dikeringkan selama 28 hari adalah antara: 23,9 – 41,5 %. Kemudian pada komposisi dan watu pengeringan yang sama, tetapi jumlah resin lateks ditambah menjadi 10 dan 15 % volume, maka diperoleh nilai penyerapan air, yaitu: 20,7 – 33,6 % dan 18,3 – 30,6 %. Hasil penelitian lain pada foam concrete setelah dilakukan perendaman selama 10 hari, menghasilkan nilai penyerapan air hanya sebesar 13 %, sedangkan pada dense concrete block dengan perendaman waktu yang sama adalah 50 % (http://.ibeton.ru/english/intro.php, 2009). Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa semua komposisi sludge, baik kandungan resin lateks 5, 10, 15 % volume berada dalam rentang tersebut. Adanya air yang terperangkap di dalam beton, secara gradual akan terlepas secara bertahap sebagai fungsi waktu pada saat proses pengerasan. Pengaruh penambahan sludge menunjukkan besarnya nilai penyerapan air cenderung meningkat. Hal ini dapat disebabkan oleh adanya reaksi eksotermal antara CaO dan SiO2, yang akan menimbulkan panas, serta gelembung-gelembung

gas CO2 maupun H2O yang terbentuk selama proses pencetakan dan akan terurai pada

(67)

akan terlepas ke atmosfer dan posisinya langsung disubstitusi oleh udara, sehingga menimbulkan rongga (pori) sehingga beton menjadi ringan (Wijoseno, 2008).

Hasil pengukuran penyusutan pada beton yang berbasis campuran semen, pasir, sludge, dan lateks setelah dikeringkan selama 28 hari, diperlihatkan seperti pada Gambar 4.3. Pada gambar, terlihat bahwa nilai penyusutan dari beton dengan variasi komposisi: 0 - 100 % volume sludge, penambahan resin lateks 5, 10 dan 15 % volume total semen dan dikeringkan selama 28 hari diperoleh nilai penyusutan antara 0,08 – 0,22 %.

(68)

beton ringan berpori berdasarkan standar ASTM C 1386 - 98 bahwa batas nilai rata-rata penyusutan adalah < 0,02 % (Ramamurthy, 2000).

Daya hantar panas (thermal conductivity) beton ringan diukur dengan menggunakan thermal conductivity meter yang mengacu pada ASTM C 177 – 1997. Pengujian konduktivitas panas atau daya hantar panas beton yang dilakukan adalah pada komposisi 25 % volume sludge dan 10 % volume lateks yang dikeringkan selama 28 hari. Pada Gambar 4.4, ditunjukkan hubungan antara temperatur terhadap waktu, untuk menentukan T1, T2, dan dT/dt dari beton yang dikeringkan secara alami

selama 28 hari. Berdasarkan data pengamatan dan kurva maka dapat diperoleh besaran fisis, seperti diperlihatkan pada Tabel 4.4b.

Dengan mensubsitusi besaran yang diukur (seperti terlihat pada Tabel 4.4b) ke dalam persamaan 2.4, maka nilai konduktivitas termal beton adalah sekitar, K =

(69)

Pada Gambar 4.5, terlihat bahwa kuat tekan dari beton dengan variasi komposisi: 0 - 100 % volume sludge dan dikeringkan selama 28 hari, serta penambahan lateks sebesar 5, 10 dan 15 % volume dari total semen adalah berkisar antara 5,20 – 21,19 MPa. Nilai kuat tekan dari beton dengan variasi komposisi: 0 - 100 % volume sludge, penambahan resin lateks 5 % volume lateks dan dikeringkan selama 28 hari adalah berkisar antara: 5,20 – 18,62 MPa. Kemudian pada komposisi dan watu pengeringan yang sama, tetapi jumlah resin lateks ditambah menjadi 10 dan 15 % volume, maka diperoleh nilai kuat tekan: 6,81 – 19,98 dan 8,18 – 21,19 MPa. Dilihat dari fungsi waktu pengeringan optimal adalah selama 28 hari dan apabila waktu pengeringan diperpanjang maka pengaruh terhadap nilai kuat tekan tidak terlalu signifikan. Pernyataan ini dikuatkan dari hasil penelitian (Smita Badur and

Rubina Chaudhary, 2008) yang menunjukkan hubungan antara compressive

(70)

termasuk dalam kategori beton ringan. Beton yang dibuat tanpa sludge dengan variasi 5, 10, dan 15 % resin, serta 25 % volume sludge dengan 15 % volume lateks adalah termasuk beton normal. Sedangkan komposisi lainnya adalah termasuk dalam kategori beton medium, dengan densitas berkisar antara 7 – 17 MPa. Referensi lain

(Yothin Ungkoon, 2007), nilai kuat tekan dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami adalah sebesar 1,6 MPa. Nilai kuat tekan beton ringan struktural adalah berkisar 1900 psi atau 13,1 MPa (Carolyn Schierhorn, 2008). Dari hasil pengamatan memperlihatkan bahwa penambahan sludge cenderung menurunkan kuat tekan pada beton tersebut. Jadi penambahan sludge optimum (diperkenankan) adalah sebanyak 25 % volume dan resin lateks 10 % volume sebagai beton ringan pemikul beban. Artinya penggunaan sludge sebanyak mungkin dan resin epoksi sekecil mungkin akan dapat mengurangi biaya untuk pembuatan beton tersebut. Disamping itu dengan bobot beton yang ringan maka handling dan pemasangannya akan jauh lebih mudah dan relatif lebih efisien dalam hal waktu pengerjaan.

(71)

berkisar antara 0,70 – 3,92 MPa. Nilai kuat tarik dari beton dengan variasi komposisi: 0 - 100 % volume sludge, penambahan resin lateks 5% volume dan dikeringkan selama 28 hari adalah berkisar antara: 0,70 – 3,29 MPa.

Kemudian dengan komposisi yang sama, tetapi jumlah resin lateks ditambah menjadi 10 dan 15 % volume, maka diperoleh nilai kuat tarik: 1,04 – 3,70 MPa dan 1,32 – 3,92 MPa. Beton yang dibuat tanpa pasir (100 % volume sludge) adalah termasuk dalam klasifikasi beton ringan struktural (http://www.foamconcrete.co.uk/properties_of_foam_concrete.html, 2009). Nilai

(72)

Pada Gambar 4.7, terlihat bahwa nilai kuat patah dari beton dengan variasi komposisi: 0 - 100 % volume sludge dan penambahan resin lateks 5, 10 dan 15 % volume dari total semen yang dikeringkan secara alami selama 28 hari, adalah berkisar antara 1,30 – 4,79 MPa. Nilai kuat patah dari beton dengan variasi komposisi: 0 - 100 % volume sludge, penambahan resin lateks 5% volume, dan dikeringkan selama 28 hari adalah berkisar antara: 1,30 – 3,74 MPa. Kemudian dengan komposisi yang sama, tetapi jumlah resin lateks ditambah menjadi 10 dan 15 % volume, maka diperoleh nilai kuat tekan: 1,72 – 4,50 MPa dan 1,97 – 4,79 MPa. Proses pengeringan optimum adalah selama 28 hari dan bila waktu pengeringan diperpanjang lagi tidak memberikan pengaruh yang cukup signifikan. Dari kurva yang diperoleh menunjukkan bahwa kuat patah beton sludge berbanding terbalik terhadap penambahan sludge dan berbanding lurus terhadap penambahan resin lateks. Kondisi optimum yang memenuhi kategori beton ringan pemikul beban, apabila penggunaan sludge sebanyak 25 % volume dan resin lateks 10 % volume. Kekuatan patah dari beton dengan penggunaan paper sludge sebanyak 15 % dan dikeringkan 28 hari adalah sebasar 2,42 MPa (Ng Khung Loon, 2008).

(73)

flexural strength dari beton semen portland pada umumnya adalah berkisar antara: 3 – 5 MPa ( http://www.engineeringtoolbox.com/concrete-properties-d_1223.html,2009). Sumber referensi lain menunjukkan bahwa nilai flexuralstrength

dari foam concrete dengan densitas sekitar 1 g/cm3 adalah 0,70 MPa dan untuk

densitas 1,8 g/cm3 adalah 1,85 MPa

(http://www.foamconcrete.co.uk/properties_of_foam_concrete.htm, 2009).

4.2.8. Analisa Mikrostruktur dengan SEM

(74)

(75)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Kualitas beton optimum diperoleh pada komposisi 25 % volume

sludge dan 10 % volume lateks dengan waktu pengeringan selama 28 hari.

2. Karakteristik dari beton yang dihasilkan pada kondisi tersebut adalah densitas = 2,01 g/cm3, penyerapan air = 21,9 %, penyusutan = 0,102 %, konduktivitas termal = 0,34 w/moK, kuat tekan = 16,53 MPa, kuat patah = 3,60 MPa, dan kuat tarik = 2,99 MPa.

(76)

5.1. Saran

(77)

Maidayani : Pengaruh Aditif Lateks Dan Komposisi Terhadap Karakteristik Beton Dengan Menggunakan Limbah DAFTAR PUSTAKA

_____, Concrete Properties.

_____,

_____, Stroy-Beton Inc.

A. Blaga. J. J. Beaudoin. CBD 241, Polymer Modified Concrete.

ASTM C 134-95. (1995). Standard Test Methods for Size, Dimensional Measurement and Bulk density of refractory Brick and Insulating Firebrick. ASTM. USA. ASTM C 20-00. (2000). Standard Test Methods for Apparent Porosity, Water

absorption, Apparent Specific Gravity and Bulk Density of Burned Refractory Brick and Shapes by Boiling Water. ASTM. USA.

ASTM C 177-97. (1997). Standard Test Method for Stesdy-State Haet Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of The Guarded-Hot-Plate Apparatus. ASTM. USA.

ASTM C 1386-96. (1996). Standard Specification for Precast Autoclaved Aerated Concrete (PAAC), ASTM. USA.

ASTM C 39/C 39M–01. (2001). Standard Test Method for Compressive Strength and Modulus of Cylindrical Concrete Speciment. ASTM. USA.

ASTM C 469-94. (1994). Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and poisson’s Ratio of concrete in Compression. ASTM. USA.

(78)

ASTM C 348-97. (1997). Standard Test Method for Flexural Strength of Hydraulic Cement Mortars. ASTM. USA.

Badur Smita, Chaudhary Rubina. (2008). Utilization of Hazardous Wastes and By-Products As A Green Concrete Material Through S/S Process : A Review. Devi Ahilya University. India.

Bekir Ilker Topcu. (2006). Properties of Autoclaved Lightweight Aggregate Concrete. Afyon Kocatepe University. Turkey.

Chan. (1993). Material Science and Technology, A Comprehensive Treatment, Vol 2A, Characterisation of Material Part 1. Erick Liftshin. V. H. Newyork. Gemert Van. (2004). L. Czarnecki , P. Łukowski , and E. Knapen. Cement concrete

and concrete-polymer composites. Katholieke Universiteit Leuven. Belgium. H+H Siporex Oy. Autoclaved Aerated Concrete Blok.

oy/autoclaved aerated concrete Blok. 15/04/2009. 10:25. Holman, J. P. (1997). Perpindahan Kalor.

Khung NG Loon. (2008). Waste Paper Sludge As A fine Aggregatr Replacemen In Concrete. Universiti Teknologi Malaysia.

Marito Shinta. (2006). Pemanfaatan Kaolin Sebagai Filler Pada Pembuatan Benang Karet. Skripsi Strata Satu. Universitas Sumatera Utara.

Maryam Siti. (2006). Pengaruh Serbuk Cangkang Kerang sebagai Filler Terhadap Sifat-Sifat Dari Mortar. Skripsi. FMIPA. USU.

Me and Mine. Beton Spesial.

(79)

Riset dan Teknologi di Bidang Industri Ke-14. Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta. 17 Juni 2008. ISBN: 978-979-95620-4-3.

Mulyono T. (2005). Teknologi Beton. Penerbit Andi Yogyakarta. NRMCA. (2000). CIP 36 – Structural lightweight Concrete.

Ramamurthyand K. N. Narayanan. (2000). Influence of Composition And Curing on Drying Shrinkage of Aerated Concrete.

Satyarno Iman. (2005). Lighweight Styrofoam Concrete for Lighter and More Ductile Wall. Department of Civil Engineering. Gadjah Mada University. Indonesia. Schierhorn Carolyn. (2008). Producing Structural lightweight Concrete Block.

Sebayang Perdamean, dkk.. (1995). Teknologi Pengolahan Limbah Padat Berwawasan Lingkungan. Seminar Lustrum FMIPA – USU. Medan.

Sebayang P, Deni S. Khaerudini, Anggito P. Tetuko, dan Muljadi. (2008).

Pemanfaatan Sludge dari Industri Pengolahan Kertas sebagai Bahan Baku Pembuatan Beton Ringan. Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri Ke-14. Fakultas Teknik UGM. Yogyakarta. 17 Juni 2008, ISBN: 978-979-95620-4-3.

Smita Badur and Rubina Chaudhary. (2008). Utilization Of Hazardaous Wastes And By-Products As A Green Concrete Material Through S/S Process: A Review. India.

Surdia Tata, dkk. (1984). Pengetahuan Bahan Teknik. Bandung.

Ungkoon Yothin. (2007). Analysis of Microstructure and properties of Autoclaved Aerated Concrete Wall Construction Material. Thailand.

Wijoseno. Beton Ringan.

(80)

LAMPIRAN A. Perhitungan Untuk Menentukan Nilai Densitas dan Nilai Penyerapan Air.

Perhitungan untuk menentukan densitas (Archimedes method) pada sampel 5 % lateks dan 0 % sludge sebagai berikut:

mg = Massa sample digantung di dalam air (g) mk = Massa kawat penggantung (g)

perhitungan untuk menentukan penyerapan air pada sampel 5 % lateks dan 0 %

(81)

LAMPIRAN B. Perhitungan Untuk Menentukan Nilai Penyusutan dan Nilai Kuat Tekan.

Perhitungan untuk menentukan penyusutan pada 28 hari

Penyusutan = ⎟×100%