F-1
ANALISIS PROPORSI BUBUR KERTAS DAN PASIR TERHADAP
KUAT TEKAN BETON KERTAS
1)
, Surya Bermansyah1Huzaim2), dan Sanneti Hevianis3)
1,2,3)Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Telp/Fax:0651-7555444
([email protected];[email protected];[email protected])
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
pengaruh penambahan bubur kertas terhadap kuat tekan dan untuk mengetahui komposisi campuran yang optimum pada beton kertas agar menghasilkan kuat tekan yang optimal dengan penggunaan superplasticizer. Pada penelitian ini dilakukan pengujian kuat tekan beton kertas dengan 5 (lima) variasi campuran dengan persentase bubur kertas terhadap pasir sebesar 30%, 40%, 50%, 60%, dan 70%. Selain itu juga dilakukan pengujian kuat tekan benda uji pembanding dengan persentase bubur kertas terhadap pasir sebesar 0%. Perencanaan komposisi campuran beton (mix design) menggunakan metode trial dengan faktor air semen (FAS) yang direncanakan adalah 0,25. Campuran dasar yang digunakan adalah 1:2 (semen : agregat) dan superplasticizer yang digunakan adalah jenis Sikament-NN. Benda uji yang digunakan pada penelitian ini adalah silinder berdiameter 15 cm dengan tinggi 30 cm sebanyak 15 buah dan silinder berdiameter 10 cm dengan tinggi 20 cm sebanyak 25 buah, dimana pengujian kuat tekan dilakukan pada umur 28 hari dengan perawatan yang digunakan adalah pada suhu ruangan. Hasil analisis data pengujian kuat tekan beton kertas menunjukkan adanya pengaruh pada penambahan bubur kertas terhadap kuat tekan beton jika dibandingkan terhadap beton normal. Dari 5 (lima) variasi campuran tersebut, kuat tekan yang paling maksimum terjadi pada penambahan bubur kertas terhadap pasir sebesar 30%, yaitu sebesar 50,827% (175 kg/cm2) jika dibandingkan dengan kuat tekan beton normal sebesar 355,888 kg/cm2. Dan berat jenis yang didapat adalah 1,941 gr/cm2. Pada perhitungan modulus elastisitas dan poisson’s ratio persentase bubur kertas terhadap pasir sebesar 30% juga menghasilkan nilai yang maksimum yaitu sebesar 8852,678 kg/cm2 dan 0,357. Berdasarkan kekuatannya beton kertas dengan proporsi bubur kertas sebesar 40%-50% dapat dikategorikan sebagai beton ringan dengan kekuatan menengah (moderate strength concretes).
Kata kunci: beton kertas, kuat tekan, modulus elastisitas, poisson’s ratio
I. PENDAHULUAN
Perkembangan pembangunan di Indonesia sangat pesat baik dalam bidang perumahan maupun sarana lain semakin meningkat seiring dengan bertambahnya penduduk. Beton adalah salah satu bahan yang paling banyak pemakaiannya di seluruh dunia selain baja dan kayu. Hal ini disebabkan oleh kesederhanaan pembuatan struktur beton. Beton merupakan suatu bahan material yang terdiri dari kerikil, pasir dan semen. Pasir, kerikil, dan batu pecah adalah material alami yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu dengan adanya eksploitasi yang berlebihan terhadap material-material tersebut maka akan mengancam pelestarian lingkungan hidup dan juga menyebabkan langkanya material tersebut di masa yang akan datang. Selain itu, material pembentuk beton tersebut memiliki
nilai berat yang besar dan seiring dengan perkembangan zaman dibutuhkan elemen konstruksi yang lebih ringan. Inovasi teknologi beton selalu dituntut guna menjawab tantangan akan kebutuhan, beton yang dihasilkan diharapkan mempunyai kualitas tinggi meliputi kekuatan dan daya tahan tanpa mengabaikan nilai ekonomis. Pemanfaatan limbah kertas sebagai bahan campuran (mix design) dalam beton diharapkan dapat memberikan konstribusi yang berarti terhadap elemen strukstural dan beton dapat lebih ringan dan memiliki kekuatan yang optimal.
Pada perencanaan awal, pada beton kertas menggunakan kerikil dan pasir dimana substitusi bubur kertas sebesar 50% dari seluruh agregat diperoleh berat jenis beton sebesar 1,680 sehingga telah dapat dikelompokkan sebagai beton ringan. Kuat tekan yang dihasilkan dari komposisi tersebut adalah 9,05 MPa pada umur 28 hari (Bermansyah, Huzaim, Irvan:2011). Tetapi bila nilai tersebut dibandingkan dengan kuat tekan beton normal, beton kertas memiliki kekuatan yang masih di bawah beton normal. Hal ini disebabkan bubur kertas dalam campuran beton merupakan bahan yang mempunyai daya resap air yang tinggi yang menyebabkan proses hidrasi beton lebih lama. Beton kertas juga memiliki kepadatan massa yang lebih kecil dibandingkan beton normal. Hal ini disebabkan oleh air yang terikat secara fisik dalam massa bubur kertas lambat laun menguap akibat panas di sekitar, sehingga terbentuk rongga. Rongga inilah yang menyebabkan kepadatan berkurang dan mengakibatkan menurunnya kekuatan pada beton. Untuk itulah dibutuhkan bahan lain yang dapat memperbaiki kekurangan-kekurangan tersebut.
Pada penelitian ini digunakan kertas jenis HVS yang didapat dari limbah aktifitas perkantoran. Penelitian dilakukan dengan mengabaikan efek tinta yang ada pada kertas. Kertas awalnya dihancurkan menjadi bubur kertas dan kemudian digunakan sebagai substitusi agregat pada beton. Dilihat dari masalah yang timbul pada penggunaan limbah kertas pada campuran beton, maka salah satu aditif yang layak digunakan adalah superplasticizer yang dapat meningkatkan workability dan dapat mengurangi terjadinya rongga pada beton.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Konstruksi dan Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh. Hasil yang diharapkan pada penelitian ini adalah memperoleh suatu komposisi campuran yang optimum untuk bubur kertas dan pasir pada campuran beton kertas agar menghasilkan kuat tekan yang optimal.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Beton Ringan (Lightweight Concrete)
Menurut Nawy (1998 : 32), beton ringan adalah beton yang mempunyai kekuatan tekan pada umur 28 hari lebih dari 200 psi (1,38 Mpa) dan berat volume kurang dari 115 lb/ft3 (1843 kg/m3). Menurut Murdock dan Brook (1999 : 395), berat volume sebesar 1850 kg/cm3 dapat dianggap sebagai batasan dari beton ringan.
F-2 ISBN : 978-979-18342-3-0 Menurut Neville (1999 : 689) beberapa pembagian
penggunaan beton ringan berdasarkan berat jenis dan kuat tekan minimum yang harus dipenuhi. Secara garis besar pembagian penggunaan beton ringan dapat dibagi tiga yaitu :
a. Beton ringan dengan berat volume rendah (Low Density Concretes) untuk non struktur dengan berat jenis antara 300 kg/m3 sampai 800 kg/m3 dan kuat tekan antara 0,35 MPa sampai 7 MPa yang umumnya digunakan seperti untuk dinding pemisah atau dinding isolasi.
b. Beton ringan dengan kekuatan menengah (Moderate Strength Concretes) untuk struktur ringan dengan berat jenis 800 kg/m3 sampai 1350 kg/m3 dan kuat tekan antara 7 MPa sampai 17 MPa yang umumnya digunakan seperti untuk dinding yang juga memikul beban. c. Beton ringan struktur (Structural lightweight Concretes)
untuk struktur dengan berat jenis antara 1350 kg/m3 sampai 1900 kg/m3dan kuat tekan lebih dari 17 MPa yang dapat digunakan sebagai beton normal.
2.2 Beton Kertas (Papercrete)
Menurut Rahmadhon (2009:1), beton kertas merupakan suatu material yang terbuat dari campuran kertas dengan semen Portland. Kertas yang digunakan adalah kertas bekas yang diolah menjadi bubur kertas dengan tujuan mempermudah proses pengadukan campuran. Beton kertas digunakan sebagai salah satu bahan alternatif seperti dinding partisi, blok, panel, plesteran, dan lain-lain.
Bubur kertas memiliki beberapa senyawa oksida seperti Silikon Dioksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Magnesium Oksida (MgO), Kalsium Oksida (CaO), Ferri Oksida (Fe2O3), dimana oksida-oksida tersebut merupakan bahan dasar untuk membuat produk klinker semen seperti Tricalsium Silicate = C3S (3CaO.AL2O3) dan Tetracalsium Aluminate Ferrit = C4AF (4CaO.Al2.Fe2O3). Senyawa yang paling dominan di dalam limbah adalah Kalsium Oksida (CaO) sebesar 56,38%, air (H2O) 16,11%, Sulfur Trioksida (SO3) 11,26%, serta beberapa unsur lain (Ray, dkk, 2009 : 2).
Pemeriksaan berat jenis bubur kertas dalam keadaan jenuh kering permukaan menunjukkan hasil sebesar 1,24 gram/cm3, sedangkan dalam keadaan kering oven sebesar 0,47 gram/cm3. Analisis ayakan bubur kertas yang diambil dari tempat penampungan pabrik dalam kondisi basah, menunjukkan bahwa modulus kehalusan butir sebesar 3,98. Jumlah terbanyak dari butiran tertinggal di ayakan sebesar 74,69% dari keseluruhan berat berdiameter lebih dari 19,0 mm. Semakin banyak bubur kertas yang dicampurkan pada papan beton maka semakin kecil nilai berat/volume, jadi papan beton semakin ringan. Penambahan bubur kertas yang disertai pengurangan pasir dalam papan beton menunjukkan nilai berat panel yang semakin kecil. (Widjaja, 2008 : 3).
Bertambahnya kadar kertas (pulp) dalam beton pada umur 28 hari mengakibatkan turunnya kuat tekan dari 318,47 kg/cm2 (beton normal kadar kertas 0%) menjadi 178,34 kg/cm2 (kadar kertas 15%). Penambahan pulp di atas 5% ke dalam campuran beton memberikan dampak kurang menguntungkan terhadap kuat tekan karena silinder beton mempunyai kecenderungan menurunnya kuat tekan pada semua umur namun demikian tegangan tekan beton dengan kadar pulp kurang dari 5 % memiliki potensi memiliki tegangan di atas minimal yang masih diijinkan (f’c = 25 Mpa = 250 kg/cm2) yaitu sebesar 267,52 kg/cm2 (Ray, dkk, 2009 : 5).
2.3 Superplasticizer
Superplasticizer merupakan bahan tambahan yang berfungsi untuk meningkatkan faktor kemudahan pengerjaan
tanpa penambahan kadar air. Superplasticizer bila ditambahkan pada beton, mempunyai pengaruh dalam meningkatkan workabilitas beton sampai pada tingkat yang cukup besar. Bahan ini menghasilkan beton mengalir tanpa terjadinya pemisahan yang tak diinginkan, dan umumnya terjadi pada beton dengan jumlah air yang banyak. Bahan ini juga dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan beton karena memungkinkan pengurangan kadar air guna mempertahankan workabilitas yang sama (Murdock dan Brook, 1999 : 93).
Prinsip mekanisme kerja pada superplasticizer, yaitu dengan menghasilkan gaya tolak-menolak (dispersion) yang cukup antarpartikel semen agar tidak terjadi penggumpalan partikel semen (flocculate) yang dapat menyebabkan terjadinya rongga udara di dalam beton, yang akhirnya akan mengurangi kekuatan atau mutu beton (Nugraha dan Antoni, 2007 : 90).
Subakti (1995:253) menyatakan bahwa berdasarkan pengamatan dengan Scanning Electronic Microscope (SEM) menunjukkan bahwa peranan superplasticizer pada beton adalah mendispersi partikel semen menjadi merata dan memisahkannya menjadi partikel-partikel yang halus. Dengan lebih merata dan lebih halusnya partikel semen, maka reaksi pembentukan CSH akan lebih merata dan lebih aktif, serta beton menjadi lebih padat dan kedap air.
III. METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini komposisi beton kertas terdiri dari semen, air, bubur kertas, pasir, dan superplasticizer. Cam-puran komposisi volume awal semen dan agregat adalah 1 : 2, dimana 2 bagian agregat terdiri 50% pasir dan 50% bubur kertas dengan faktor air semen 0,25. Komposisi volume bubur kertas terhadap pasir selanjutnya adalah 30%, 40%, 50%, 60%, dan 70%. Benda uji yang digunakan pada penelitian ini adalah silinder berdiameter 15 cm dengan tinggi 30 cm sebanyak 15 buah silinder berdiameter 10 cm dengan tinggi 20 cm sebanyak 25.
Material yang digunakan adalah semen Portland tipe I, bubur kertas, agregat halus, superplasticizer, dan air. Agregat halus yang digunakan terdiri dari butiran lolos saringan 4,76 mm. Bubur kertas yang digunakan sebagai pengisi adalah bubur kertas dari kertas HVS bekas yang dibuat oleh peneliti dengan menggunakan blender. Bubur kertas yang digunakan juga butiran lolos saringan 4,76 mm.
Proses pembuatan bubur kertas diawali dengan perendaman dalam air selama 1 jam. Kertas yang telah basah tersebut dihancurkan menggunakan blender selama 1-2menit. Bubur kertas kemudian diperas dan dijemur/dikeringkan. Pengeringan dilakukan dengan penjemuran pada panas matahari selama 8 sampai 12 jam pada cuaca yang terik ataupun menggunakan oven selama 1-2jam pada suhu 70–80o C hingga tercapai keadaan kering oven. Berat jenis bubuk kertas adalah 1,194. Bubuk kertas tersebut ketika digunakan akan ditambahkan air untuk mencapai kandungan air 78% menjadi bubur kertas sehingga nantinya tidak menyerap air FAS pada saat proses hidrasi beton berlangsung.
Perencanaan campuran beton (concrete mix design) berdasarkan metode coba-coba (trial). Komposisi semen : agregat = 1: 2 dimana 2 bagian agregat terdiri 50% pasir dan 50% bubur kertas. Faktor Air Semen (fas) yang digunakan adalah 0,25. Selain air untuk kebutuhan fas, pada perencanaan ini juga ditambahkan air untuk kebutuhan bubur kertas untuk mencapai keadaan kadar air optimum sebesar 78%.
Pencampuran material dilakukan dengan menggunakan molen. Secara bertahap dimasukkan bubuk kertas kering, pasir, dan semen diaduk terlebih dahulu di dalam molen agar bahan-bahan tersebut teraduk merata, setelah itu dimasukkan superplasticizer dan air sesuai kebutuhan perencananaan (air
F-3 untuk kebutuhan kertas dan air dari FAS) ke dalam molen dan
di aduk selama 3 - 5 menit.
Setelah proses pengadukan selesai, dilakukan pengujian terhadap fresh concrete (beton segar) yang meliputi pengujian slump dan berat volume. Untuk pengujian slump menggunakan kerucut Abram’s sesuai dengan ketentuan ASTM C.143-78 (Anonim, 2004). Pengukuran berat volume mortar dilakukan dengan menimbang mortar yang dimasukkan dalam wadah dengan volume 1 liter.
Gambar 1. Pengujian Kuat Tekan
Beton segar dimasukan ke dalam cetakan sesuai dengan benda uji. Pemasukan/mengisi mortar ke dalam cetakan secara bertahap dalam 3 lapisan dan kira-kira tiap lapisan mempunyai volume yang sama. Selanjutnya setiap lapisan dipadatkan dengan menggunakan tongkat pemadatan sebanyak 25 kali tusukan. Karena workabilitas mortar beton yang rendah maka dilakukan pula pemadatan tambahan dengan pemadat kayu ukuran 5cm x 5cm dengan tinggi 60cm. Hal ini dilakukan agar tercapainya pemadatan yang sempurna. Pembukaan cetakan benda uji dilakukan setelah berumur 24 jam. Beton dirawat pada suhu ruangan selama 28 hari terhitung saat beton selesai dicetak.
Pengujian dilakukan berdasakan metode ASTM C 39 untuk kuat tekan beton. Gambar penempatan benda uji pada pengujian kuat tekan dapat dilihat pada Gambar 1. Pengujian kuat tekan silinder ini dilakukan dengan memberikan beban sejajar dengan tinggi silinder secara perlahan-lahan hingga benda uji hancur. Selama proses pembebanan, dicatat lendutan uji setiap penambahan beban dan saat benda uji hancur. Data lendutan yang timbul dibaca oleh data logger dan diprint untuk setiap interval 0,5 ton atau disesuaikan dengan pembebanan hingga mencapai beban maksimum (retak atau hancurnya benda uji).
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Slump dan Berat Jenis Beton Kertas
Pengujian slump yang dilakukan pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemudahan pengerjaan (workabilitas) pengecoran beton. Persentase penambahan bubur kertas terhadap nilai slump digambarkan pada Gambar
2. Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa workabilitas paling rendah terjadi pada campuran beton kertas dengan bubur kertas sebesar 70% hal ini dikarenakan penambahan bubur kertas merupakan material yang memiliki daya serap air yang tinggi jika dibandingkan dengan pasir. Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin banyak komposisi bubur kertas dalam beton kertas maka semakin rendah nilai slump yang dihasilkan, sehingga semakin rendah pula workabilitas yang dihasilkan.
Berdasarkan hasil pengukuran berat benda uji, penggunaan bubur kertas dapat menurunkan berat volume beton kertas. Pada pengukuran berat benda uji berumur 28 hari diketahui bahwa berat benda uji untuk setiap variasi pada peningkatan penambahan bubur kertas menyebabkan penurunan berat benda uji.
Gambar 2. Hubungan Persentase Penggunaan Bubur Kertas Terhadap Nilai Slump
Berat jenis benda uji yang dihitung dari pengukuran berat benda uji silinder pada setiap variasi persentase perbandingan penambahan bubur kertas terhadap pasir digambarkan pada Gambar 3. Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin banyak komposisi bubur kertas dalam beton kertas maka semakin rendah berat jenis beton kertas yang dihasilkan.
Gambar 3. Grafik Perbandingan Persentase Penggunaan Bubur Kertas Terhadap Berat Jenis
4.2 Kuat Tekan Beton Kertas
Gambar 4 menerangkan bahwa penambahan bubur kertas menunjukkan adanya penurunan nilai kuat tekan jika dibandingkan dengan beton kertas normal, dengan kuat tekan maksimum yang diperoleh adalah pada penambahan bubur kertas sebesar 30% yaitu 175 kg/cm2 dan penurunan yang terjadi adalah sebesar 50,827%.
F-4 ISBN : 978-979-18342-3-0 Gambar 4. Grafik Hubungan Persentase Bubur Kertas
Terhadap Kuat Tekan Beton Kertas
Penambahan bubur kertas terhadap pasir yang lebih besar dari 30% akan semakin menurunkan nilai kuat tekan beton kertas. Nilai kuat tekan maksimum pada persentase optimal tersebut menghasilkan nilai slump sebesar 8 cm. Nilai ini lebih tinggi dibandingkan nilai slump pada variasi penambahan bubur kertas lainnya. Semakin tinggi workabilitasnya maka semakin tinggi pula nilai kuat tekan beton kertas.
Proporsi 40% dan 50% bubur kertas juga mampu menunjukkan workabilitas yang relatif mudah dengan nilai slump terukur sebesar 6,5 cm untuk proporsi 40% dan 5 cm untuk proporsi 50%. Dan menghasilkan beton kertas dengan berat jenis 1,865 dan 1,678 dengan kuat tekan 135,469 kg/cm2 dan 95,051 kg/cm2. Kekuatan seperti yang telah dibahas di atas maka beton kertas dengan proporsi sebesar 40%-50% dapat dikategorikan sebagai beton ringan dengan kekuatan menengah (moderate strength concretes) dan dapat diaplikasikan pada bangunan sederhana (non engineering building).
4.3 Modulus Elastisitas dan Poisson’s Ratio
Gambar 5 menerangkan bahwa penambahan bubur kertas menunjukkan adanya penurunan nilai modulus elastisitas. Dapat dilihat bahwa semakin besar penambahan bubur kertas, semakin menurunkan nilai modulus elastisitas Nilai modulus elastisitas diperoleh pada penggunaan bubur kertas terkecil yaitu sebesar 30% yaitu 8852,678 kg/cm2.
Gambar 5. Diagram Perbandingan Nilai Modulus Elastisitas dan Poisson’s Ratio
Gambar 6 menerangkan bahwa penambahan bubur kertas menunjukkan adanya penurunan nilai Poisson’s Ratio. Dapat dilihat bahwa semakin besar penambahan bubur kertas, selain semakin menurunkan nilai modulus elastisitas, juga dapat menurunkan nilai Poisson’s Ratio. Nilai Poisson’s Ratio diperoleh pada penggunaan bubur kertas terkecil yaitu sebesar 30% yaitu 0,357.
Secara umum dapat dilihat bahwa, penambahan proporsi bubur kertas semakin mempengaruhi menurunnya nilai modulus elastisitas dan poisson’s ratio pada beton kertas secara linear.
Gambar 6. Diagram Perbandingan Nilai Modulus Elastisitas dan Poisson’s Ratio
V. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Semakin besar penambahan proporsi bubur kertas semakin menurunkan kekuatan beton kertas. Penurunan minimal sebesar 50% dari kuat tekan beton pembanding pada proporsi bubur kertas 30%.
2. Proporsi bubur kertas yang optimal terhadap kuat tekan beton kertas adalah 30% yaitu sebesar 175 kg/cm2. 3. Penggunaan bubur kertas pada proporsi 30% juga
menghasilkan angka modulus elastisitas dan poisson’s ratio yang maksimum yaitu sebesar 8852,678 Kg/cm2 untuk modulus elastisitas dan 0,357 unutuk poisson’s ratio
.
4. Berdasarkan kekuatannya beton kertas dengan proporsi bubur kertas sebesar 40%-50% dapat dikategorikan sebagai beton ringan dengan kekuatan menengah (moderate strength concretes) dan dapat diaplikasikan pada bangunan sederhana (non engineering building).
F-5
DAFTAR KEPUSTAKAAN
1. Anonim, 2004, Annual Book of American Society for Testing and Materials Standard (ASTM Standard), New York, USA.
2. Bermansyah, S., Huzaim, dan Irvan, 2011, Pengaruh Subtitusi Bubur Kertas Sebagai Campuran Agregat Terhadap Kuat Tekan Beton, Proceeding Seminar Asesi Pembangunan Aceh-2011, 26 Mei 2011, Banda Aceh. 3. Bermansyah, S., Hayati, Y., dan Oktaviana, M,. Analisis
Kuat Tarik Belah dan Kuat Tarik Lentur Papercrete Menggunakan Pozzolan Alam, Teras Jurnal Vol I no.2 PP: 75-84, ISSN 2088-0561, Juni 2011, Unimal, Lhokseumawe-Aceh.
4. Neville, A.M., 1999, Properties of Concrete, Fourth Edition Longman, England.
5. Rahmadhon, Andri., 2009, Susut Beton Kertas Pada Variasi Campuran, Surabaya.
6. Ray, Norman, dkk., 2009, Alternatif Penggunaan Limbah Pabrik Kertas Sebagai Pengganti Semen (Cementitous) Dalam Pembuatan Beton, Dinamika Teknik Sipil, Volume 9, Nomor 1, PP: 48–55, Januari 2009, Surabaya.
7. Widjaja, Andang., 2008, Limbah Bubur Kertas Untuk Papan Beton, Media Teknik Sipil, PP: 1-8, Januari 2008, Surabaya.
8. Gunarto, Arif., Satyarno, Iman., dan Tjokrodimuljo, Kardiyono., 2008, Pemanfaatan Limbah Kertas Koran Untuk Pembuatan Panel Papercrete, Forum Teknik Sipil No. XVIII/2-Mei 2008, PP: 788-798, Yogyakarta.
F-6 ISBN : 978-979-18342-3-0 Halaman ini sengaja dikosongkan
