3. RANCANGAN PENELITIAN
3.1 Jenis Penelitian.
Pada bab ketiga dijelaskan secara rinci mengenai langkah – langkah yang akan dilakukan selama penelitian. Karakteristik material yang digunakan dijabarkan di dalam bab ketiga yaitu rancangan penelitian, mulai dari jenis material yang digunakan, sumber material, dan hasil pengujian material.
Penelitian ini berjudul “Pemanfaatan Bottom Ashsebagai Agregat Buatan”
merupakan penelitian yang bersifat eksperimental.
3.2 Material
Fly ash yang digunakan adalah fly ash tipe C yang merupakanlimbah dariPLTU Paiton.Dalam penggunaannya pada penelitian ini, fly ash bersifat pozzolan dan sebagai bahan pengisi (filler). Sebagai pozzolan, terjadi reaksi pengikatan yaitu fly ash dan Ca(OH2) hasil proses hidrasi semen membentuk kalsium silikat hidrat. Sedangkan, sebagai filler pada beton karena fly ash sangat halus (ukuran ± kurang 1µm) dapat mengisi rongga dalam beton (Steven, H., Kosmatka, Kerkhoff, B., Panarese, W., C. (2003).Menurut Setyawan. R., Wiratmoko. T., (2007)fly ash yang berasal dari PLTU Paiton mengandung CaO diatas 10%-30% sedangkan fly ash tipe F mengandung CaO lebih kecil dari 10%, sehingga fly ash dalam penelitian ini merupakan fly ash tipe C. Fly ash yang telah diambil disimpan dalam karung plastik seberat 50 Kg dan disimpan dalam tempat yang terlindungi dari sinar matahari langsung dan hujan yang bertujuan untuk menjaga kadar air dan mineral yang terkandung di dalamnya.Kandungan kimia yang terdapat pada fly ash dapat dilihat di Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Karakteristik Fly Ash
Sumber :Setyawan. R., Wiratmoko. T., 2007.
Bottom ash yang digunakan juga berasal dariPLTU Paiton.Perlakuan bottom ashyang telah diperoleh, dimasukkan ke dalam karung plastik seberat 50 Kg dan disimpan dalam tempat yang terlindungi dari sinar matahari langsung dan hujan guna menjaga kadar air dan mineral yang terkandung di dalamnya.Kandungan kimia yang terdapat padabottom ash dapat dilihat di Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Karakteristik Bottom ash Parameter Bottom Ash
%
Si 24,10
Al 6,80
Fe 33,59
Ca 26,30
Sumber : Faridah, 2012.
Agregat kasar yang digunakan pada langkah kedua yaitu pembuatan beton, adalah agregat buatan berbahan bottom ash dan fly ash. Sebelum digunakan terlebih dahulu dilakukan pengujian karakteristik terhadap agregat buatan antara lain, berat jenis, water content, dan kuat tekan (dibentuk kubus ukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm). Setiap saat sebelum melakukan pengecoran, kandungan air dalam agregat kasar (water content dalam kondisi asli) selalu diuji untuk mengetahui jumlah air yang harus ditambahkan atau dikurangkan pada saat pengecoran.Visualisasi agregat buatan dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Parameter Fly Ash Tipe C
%
SiO2 46.39
SO3 2.16
Al2O3 20.08 Fe2O3 13.32
CaO 13.07
MgO 1.09
Na2O 0.17
K2O 0.77
TiO2 1.64
P2O5 1.03
Gambar 3.1.Agregat Buatan.
Agregat halus yang digunakan adalah pasir Lumajang.Seperti halnya agregat kasar, sebelum digunakan, agregat halus yang digunakan terlebih dahulu diuji karakteristiknya.Sebelum diuji, semua pasir yang digunakan dalam penelitian dicampur menjadi satu supaya karakteristiknya merata untuk semua mix design. Untuk kandungan air dalam agregat, pengujian dilakukan setiap akan melakukan pembuatan beton untuk menjamin penggunaan air yang tepat sesuai dengan mix design yang ada.
Semen yang digunakan dalam penelitian adalah semen tipe PPC yang diproduksi PT. Semen Gresik. Semen Gresik didapat dari toko bangunan setempat dalam kemasan zak 40 kg. Semen yang digunakan adalah tipe PPC, dimana dalam campuran semen tersebut sudah terdapat kandungan fly ashwalaupun dalam jumlah kecil, namun karena ketidak tersedia informasi mengenai jumlah fly ash dalam semen tipe PPC, dan tidak tersedianya semen tipe OPC di pasaran, maka dalam penelitian ini kandungan fly ash dalam semen diabaikan. Visualisasi semen dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2.Semen Gresik.
Pasir yang digunakan dalam penelitian didapat dari toko bangunan setempat dengan informasi bahwa pasir berasal dari Lumajang.Air yang digunakan dalam membuat agregat buatan dan beton dalam penelitian merupakan air PDAM yang diambil dari laboratorium UK. Petra, sehingga tidak diperlukan pemeriksaan lebih lanjut. Secara umum air PDAM mempunyai kualitas yang disyaratkan dalam pembuatan beton, diantaranya tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, dan dapat diminum.
Gambar 3.3.Pasir Lumajang.
3.3 Lokasi Penelitian
Proses pembuatan agregat buatan dan beton dilakukan pada laboratorium beton dan konstruksi Universitas Kristen Petra Surabaya.
3.4 Komposisi dan Proses Pembuatan Agregat Buatan
Pengambilan data awal penelitian dapat digunakan untuk mengetahui benda uji yang digunakan sebagai obyek penelitian.Perihal ini dapat digunakan sebagai data pembanding terhadap hasil akhir percobaan.Dalam penelitian ini, data awal yang digunakan sebagai referensi diambil dari SNI 03-0349-1989 bata beton dan beberapa data telah diperoleh dari studi literatur.
Penelitian menggunakan metode trial mix komposisi yang bertujuan untuk mengetahui nilai perbandingan agregat yang optimum. Perbandingan prosentase antara bottom ash, fly ash, dan semen yang digunakan pada tiap seri adalah sebagai berikut:
Tahapan awal penelitianadalah persiapan alat dan bahanyang akan digunakan, cetakan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cetakan manual, sedangkan bahan-bahan dasar yang digunakan meliputifly ash, bottom ash, semen, pasir, dan air. Metode pembuatan agregat buatan adalah sebagai berikut :
a. Tahapan penelitian
Berdasarkan konteks umum pencampuran kering ke basah adalah mencampurkan satu per satu material menjadi satu hingga menjadi satu kesatuan dalam bentuk baru. Alat yang digunakan pada pembuatan agregat buatan adalah mixer standar dengan carablade dilepas guna membentuk gumpalan yang diinginkan. Visualisasi alat mixer standar dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4.Mixer Standar
Agregat buatan yang terdiri bottom ash dan fly ash adalah agregat yang didapat dari hasil limbah industri yang beragam baik dari segi jenis, ukuran, dan warna.Bottom ash cenderung memiliki sifat menyerap air sedangkan fly ash memiliki sifat dengan daya lekat yang tinggi menyerupai semen, makabottom ashyang digunakan berbentuk menyerupai serbuk pasir dan fly ash yang digunakan menyerupai berbentuk debu.Tahapan pembuatan agregat buatan terdiri dari 3 tahapan,seperti dinyatakan dalam Tabel 3.3.
Pembuatan agregat buatan terdiri dari 3 tahap dikarenakan untuk memperoleh campuran yang paling optimal dari segi kadar air, berat jenis, dan kuat tekan untuk bahan pembuatan beton. Agregat buatan tahap I dibuat dengan cara mencampurkan bottom ash dengan fly ash ke dalam mixer, disertai semen sebagai selimut agregat buatan. Perbandingan komposisi campuran dengan 2 (dua) variabel dibatasi sampai 7 (tujuh) jenis perbandingan berat, yang terbesar adalah 3 (tiga) dan yang terkecil adalah 1 (satu).Perbandingan dibatasi sampai dengan 3 angka terbesar dikarenakan pertimbangan dari segi ekonomis, waktu, dan efisiensi.Hal ini juga disebabkan oleh karena sulitnya memperoleh material bottom ash.
Komposisicampuran selimut agregat buatan, ditetapkansama pada setiap perbandingan yaitu sebesar 1/6 berat campuran bottom ash dan fly ash.Campuran semen yang digunakan sebagai selimut akan dicampurkan setelah kedua material yaitu fly ash dan bottom ashbercampur dan membentuk gumpalan terlebih dahulu.
Tabel 3.3.Tahapan Penelitian.
No Tahapan Penelitian
Bottom Ash
(*)
Fly Ash (*)
Semen (*)
Air (%
berat)
Selimut Agregat Buatan
1 Tahap I 1
1 1 2 2 3 3
1 2 3 1 3 1 2
--
23,5 26,0 28,5 31,0 32,5 34,0 36,0
Semen dalam kondisi kering, sekitar 1/6 berat campuran termasuk air.
2 Tahap II 3 1 -- 34,0 Komposisi W/C
bervariasi 0,3;0,4;0,5;0,6;
0,7 dengan 1 kali pencelupan.
3 Tahap III 3 3
1 1
0,5 1,0
34,0 34,0
Selimut terdiri dari: 70%
semen dan 30%
fly ash dengan W/C 0,3 dan 1- 3 kali
pencelupan, Keterangan:
(*) Perbandingan Berat.
Agregat buatan tahap II dibuat dengan cara mencampurkan bottom ash dan fly ash ke dalam mixer, disertai penambahan semen yang telah dilarutkan dalam air dengan W/C bervariasi antara 0,3 – 0,7.
rongga yang timbul dipermukaan agregat buatan dan juga menekan penggunaan material semen pada agregat buatan.
Pada pembuatan agregat buatan, perlu dilakukan penelitian kebutuhan air mengingat sifat bottom ash yang menyerap air.Kebutuhan air pada pembuatan beton adalah 14% - 21%, hal ini digunakan acuan untuk kebutuhan air pada pembuatan agregat buatan.Praktek terlebih dahulu dilakukandisertai pengamatan visual guna menetapkan campuran air yang ideal untuk agregat buatan. Percobaan penelitian kebutuhan air dari sejumlah kecil (1/4) campuran diawali dengan kadar air sebesar 21% dari total berat campuran yang merupakan acuan. Setelah dilakukan pencampuran, ternyata campuran masih terlalu kering dan belum menggumpal, maka ditambahkan 10% air dari total berat campuran, dan terakhir 5% air dari total berat campuran. Adapun analisa pengamatan secara visual campuran dengan perbandingan 3Ba : 1Fa dan selimut semen yang telah menggumpal pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Agregat Buatan dengan Perbandingan Berat Campuran 3 Bottom Ashdan 1 Fly Ash.
b. Proses Mixing, Casting, dan Curing
Sebelum proses pencampuran beton berbahan agregat buatan dilakukan, maka pembuatan agregat buatan harus dilaksanakan terlebih dahulu.Semua material yang meliputi fly ash, bottom ash, dan semen dihitung berat masing- masing.Setelah proses penimbangan selesai material yang digunakan dimasukkan ke dalam mixer standar (seperti pada Gambar 3.4.), dicampur selama beberapa menit dengan disemprotkan air sedikit demi sedikit sesuaidengan range21% -
36% dari total berat campuran.Setelah menggumpal sempurna, semen (berfungsi sebagai selimut agregat buatan) dimasukkan dan mixer masih dalam keadaan berputar, hal ini dilakukan hingga campuran menggumpal dan tercampur rata.
Agregat buatan yang sudah menggumpal ditaruh didalam box kecil guna memudahkanproses perawatan yang dilakukan setelah 24 jam agregat terbentuk dan diletakkan pada tempat dengan temperatur suhu kamar.Agregat buatan mendapatkan perawatan selama 7 hari kemudian dapat diuji dan dapat digunakan sebagai agregat kasar pada beton.Mixer sebagai alat pencampuran dan cetakan kubus dengan ukuran 10x10x10 cm dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6.Cetakan Kubus 10x10x10 Cm.
Proses pembuatan beton berbahan agregat buatan dilakukan sesuai dengan volume pada benda uji kubus 10x10x10 cm. Sebelum beton segar dimasukkan ke dalam cetakan, terlebih dahulu dilakukan pemeriksaan beton segar, denganslump test. Beton dimasukkan kedalam cetakan secara bertahap bersamaan dilakukan pemadatan dengan cara dirojok dan digetar dengan palu karet. Setelah beton selesai dicetak, permukaan beton dirapikan dan cetakan beton dilepas setelah beton berumur 24 jam dan beton dimasukkan ke dalam kolam air dengan suhu ruangan untuk dilakukan perawatan hingga beton diuji tekan.
3.5 Pengujian Agregat Buatan
Pengujian bahan digunakan pula untuk mengetahui karakteristik bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan benda uji. Pengujian dilakukan di laboratorium Universitas Kristen Petra dan akan diuji setelah agregat buatan berumur 7 hari. Beberapa pengujian yang dilakukan adalah sebgai berikut:
a. Pengujian Berat Jenis.
Berat jenis adalah suatu besaran yang spesifik untuk jenis benda dan zat.Berat jenis diperoleh dari berat zat dibagi isi zat.Pemeriksaan ini juga dapat menentukan berat jenis (bulk), berat jenis kering permukaan jenuh (Saturated Surface Dry= SSD), berat jenis semu (apparent) dari agregat kasar.Pengujian berat jenis dilakukan sesuai dengan SNI 03-1969-1990.
b. Pengujian Kadar Air.
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kadar air resapan yang dikandung oleh agregat kasar dan agregat halus yang digunakan untuk perencanaan mix design. Pengujian berat jenis dilakukan sesuai dengan Sk SNI M-11-1989-F
c. Pengujian Kuat Tekan.
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan agregat buatan berbahan bottom ash dan fly ash.
3.6 Beton Berbahan Agregat Buatan
Setelah agregat buatan berbahan bottom ash dan fly ash sudah terbentuk, maka agregat buatan yang menyerupai agregat kasar akan digunakan sebagai bahan campuran beton. Adapun pengujian beton sebagai berikut:
a. Pengujian Kuat Tekan Beton.
Metode dalam pengujian ini digunakan untuk menentukan kuat tekan (compressive strength) beton dengan benda uji berbentuk kubus yang dibuat dan curing dilakukan di laboratorium UK.Petra, sesuai dengan SNI 03-1974-1990.
b. Penyerapan Air.
Cara uji penyerapan air dimaksudkan sebagai acuan dan pegangan pelaksanaan di laboratorium dalam melakukan pengujian penyerapan air.
Cara uji ini digunakan untuk menentukan setelah (24+4) jam di dalam air berapa nilai berat jenis curah kering, berat jenis semu, berat jenis curah
dalam kondisi jenuh kering permukaan, dan penyerapan air. Metode yang digunakan dalam pengujian penyerapan air dapat dilaksanakan sesuai dengan SNI 03-1970-1990.
c. Bidang Hancur.
Benda uji dikeluarkan dari cetakan, berikan kaping sesuai dengan Tata Cara SNI 03-4168-1996, dan uji sesuai metode pengujian SNI 03-1974- 1990.Metode bidang hancur pada beton sesuai dengan SNI 03-6429-2000.
3.7 Analisa Data
Data yang didapatkan dari penelitian ini, disajikan ke dalam bentuk tabel dan grafik guna mengetahui pengaruh dari variabel yang digunakan, antara lain :
a. Analisa presentase optimum antara pencampuran bottom ash dan fly ash guna pembuatan agregat buatan.
b. Hubungan antara kekuatan beton dengan penambahan agregat buatan berbahan fly ash dan bottom ash.
c. Evaluasi penyerapan air pada beton.
Berdasarkan seluruh rancangan kerja penelitian, maka alur penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Alur Penelitian.
Permasalahan
Studi pustaka
Pengumpulan data dan bahan
Pembuatan agregat Uji Kuat Tekan
agregat Ya
Tidak Pembuatan beton
Hasil dan pembahasan
Laporan
Selesai Agregat mudah
pecah
