PENGARUH COPPER SLAG SEBAGAI CEMENTITIOUS
TERHADAP KUAT TEKAN BETON
Wahyu Kartini
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jatim
email : wahyukartini@yahoo.com
ABSTRAK
Limbah industri peleburan tembaga adalah copper slag, sebagian besar mengandung oksida besi dan silikat, berbentuk pipih dan runcing (tajam). Dapat digunakan sebagai pengganti agregat halus karena mempunyai sifat kimia yang stabil dan sifat fisik yang hampir sama dengan pasir. Dalam penelitian ini akan diteliti apakah copper slag dapat memberikan dampak yang positif sebagai pengganti sebagian semen (cementitious).
Sebagai cementitious, material dari copper slag harus dihaluskan terlebih dahulu karena semakin halus terak tembaga semakin bagus kontribusinya bagi peningkatan mutu beton. Variasi penambahan copper slag adalah 0%,10%,20%, dan 30% dari kebutuhan semen dengan menggunakan FAS 0,55 untuk beton mutu normal dan FAS 0,35 untuk beton mutu tinggi. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa copper slag sebagai cementitious dapat memberikan dampak yang positif pada beton mutu tinggi, yaitu dengan variasi 20% copper slag terjadi peningkatan kuat tekan yang optimum (10,48%) dibandingkan beton tanpa menggunakan variasi copper slag, namun pada beton mutu normal mengalami penurunan kuat tekan rata-rata sebesar 29,6% apabila menggunakan variasi copper slag.
Kata kunci: copper slag (CS), cementitious, faktor air semen (FAS), kuat tekan
PENDAHULUAN
Semakin meluasnya penggunaan beton dan makin meningkatnya skala pembangunan menunjukkan juga semakin banyak kebutuhan beton di masa yang akan datang, sehingga mempengaruhi perkembangan teknologi beton dimana akan menuntut inovasi-inovasi baru mengenai beton itu sendiri.
Melihat fenomena di atas, banyak orang mencoba memanfaatkan limbah-limbah industri untuk digunakan dalam campuran beton. Salah satunya adalah copper slag, yaitu limbah industri peleburan tembaga, berbentuk butiran runcing (tajam) dan sebagian besar mengandung oksida besi dan silikat serta memiliki sifat kimia yang stabil dan sifat
diselimuti akan semakin besar. Dengan porositas yang kecil, kekerasan, dan kekedapan yang tinggi dapat menjadi alasan bahwa copper slag dapat digunakan untuk meningkatkan mutu beton.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui prosentase maksimum penambahan copper slag sebagai cementitious terhadap kuat tekan yang optimum pada beton. Selain itu, untuk mengetahui pengaruh copper slag sebagai cementitious terhadap kuat tekan pada beton mutu normal dan beton mutu tinggi.
TINJAUAN PUSTAKA
Kardyono Tjokrodimuljo (1991) menyatakan bahwa kekuatan, keawetan, dan sifat beton yang lain tergantung pada sifat-sifat bahan dasar, nilai perbandingan bahan-bahannya, cara pengadukan maupun cara pengerjaan selama penuangan adukan beton, cara pemadatan dan cara perawatan selama proses pengerasan. koefisien gesek yang tinggi sehingga akan menghasilkan kekuatan yang tinggi. Gradasi bahan batuan yang heterogen mengurangi volume pori yang ada dan menghasilkan beton yang padat serta berkekuatan tinggi (Sudarmoko, 1998). Dari penelitian yang sudah dilakukan oleh
Aulia (1999) mengenai pemakaian copper slag sebagai pengganti agregat halus pada komposisi 40% dari kebutuhan pasir yang dipakai terjadi peningkatan kuat tekan sebesar 10%. Copper slag sebagai cementitous maka copper slag sebelum dipakai sebagai pengganti semen dihaluskan terlebih dahulu, hingga butirannya menyerupai semen. Semakin halus terak tembaga maka semakin bagus kontribusinya bagi peningkatan mutu beton karena luas permukaan agregat yang Aluminoferit) yang bersifat sebagai bahan perekat juga menghasilkan kapur yang bersifat basa. Dengan adanya FeO dan SiO2
yang cukup tinggi pada copper slag maka kapur yang timbul akan bereaksi membentuk CSH, CAH dan CFH yang mempunyai sifat sebagai bahan perekat, semakin banyak jumlah perekat maka semakin tinggi kuat tekan beton.
Copper Slag
slag dalam campuaran beton, adalah sebagai berikut : (Lewis, 1982)
- Meningkatkan kekuatan beton. - Meningkatkan ketahanan terhadap
sulfat dalam air laut.
- Mengurangi panas hidrasi dan memperkecil porositas.
Adapun kelemahan dari copper slag adalah beton yang dihasilkan akann berwarna kehitam-hitaman dan tidak semua daerah mempunyai copper slag sehingga sulit didapat. Copper slag dapat digunakan sebagai cementitious tetapi butirannya harus dihaluskan seperti semen karena semakin halus terak tembaga, semakin bagus kontribusinya untuk peningkatan mutu beton (Harmonis, 2000) Sebelum digunakan sebagai campuran beton, copper slag harus dihaluskan terlebih menyerupai butiran semen. Semakin halus butiran copper slag akan semakin besar survace area atau luasan permukaan sehingga copper slag akan semakin reaktif. Pengaruh copper slag sebagai cementitious pada beton, antara lain : (ACI Commiteee 233) Meningkatkan workabilitas, beton yang mengandung copper slag menghasilkan sifat yang lebih baik daripada beton tanpa copper slag hasil permukaan beton lebih halus atau rata pada campuran awal (Wood, 1981). Mengurangi tingkat bleeding pada campuran beton, bila butiran copper slag yang digunakan halus menyerupai semen, maka bleeding dapat tereduksi. Namun, bila butiran copper slag lebih kasar dari semen,
maka bleeding meningkat (R.Tixier, A.M. Arimo and B. Mobasher, 2001).
Sifat Fisik Copper Slag
Copper slag berbentuk butiran yang pipih dan runcing ( tajam ), mempunyai sifat kimia yang stabil dan sifat fisik yang hamper sama dengan pasir alami. Oleh karena itu, copper slag lebih banyak digunakan sebagai pengganti agregat halus. Namun, copper slag juga bias dimanfaatkan sebagai pengganti sebagian semen ( Smelting, Gresik, Jawa Timur, copper slag mempunayai susunan kimia dari prosentase terhadap massanya, adalah sebagai berikut :
Tabel 1. Komposisi Kimia Copper Slag
dihitung pada umur 28 hari. Secara umum diketahui bahwa semakin tinggi nilai faktor air semennya, maka semakin rendah mutu beton.
Kuat tekan beton dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain kekuatan agregat, kekuatan semen dan kekuatan lekatan antara semen dengan agregat.
METODE PENELITIAN
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini dibatasi, untuk Semen Portland type 1 yang diproduksi PT. Semen Gresik, Copper slag, produksi PT. Smelting Gresik. Pasir yang dipakai adalah Pasir
Lumajang & batu pecah Pasuruan dengan ukuran 5-15 ; 10-25 ( mm ). Untuk campuran beton, digunakan metode ACI dengan pemakaian faktor air semen 0,35 untuk beton mutu tinggi direncanakan kuat
Mix Design (Metode ACI) FAS : 0.35 ; 0.55
Kadar Copper slag : 0%, 10%, 20%, 30% dari berat semen Pasir Lumajang
Batu pecah Pasuruan
Trial Mix
Pembuatan Benda Uji Beton Silinder (15 cm x 30 cm)
Test Kuat Tekan Beton Umur : 7, 28, dan 56 hari
End
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian Persiapan Bahan Campuran Beton
Analisa Bahan Campuran Beton
tekan ( fc’ = 400 Kg/cm2 ) dan FAS 0,55
untuk beton mutu normal, direncanakan kuat tekan ( fc’ = 300 Kg/cm2 ). Adapun
variasi copper slag adalah 0%, 10%, 20%, dan 30% dari kebutuhan semen, penambahan superplesticier LN sebesar 1% untuk beton mutu tinggi. Benda uji yang
dipakai adalah silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm. perawatan benda uji dengan perendaman pada air tawar. Pengetesan kuat tekan pada umur 7, 28, dan 56 hari dengan masing – masing 5 buah benda uji.
Analisa Material
Tabel 2. Standar untuk Analisa Bahan
ANALISA STANDAR
Analisa saringan pasir /agregat kasar (ASTM C 136 – 93) Analisa berat jenis pasir (ASTM C 128 – 93) Analisa Air Resapan Pasir (ASTM C 128 – 93) Analisa Kebersihan Pasir terhadap
Bahan Organik
(ASTM C 40– 92)
Analisa Kelembaban Pasir (ASTM C 566 – 89) Analisa Saringan Batu Pecah (ASTM C 136 – 93) Analisa Berat Jenis Batu Pecah /
Analisa Air Resapan Batu Pecah
(ASTM C 127 – 88)
Analisa Kelembaban Batu Pecah (ASTM C 566 – 89)
Analisa Kebersihan Batu Pecah
Terhadap Lumpur
(ASTM C 117-95)
Pembuatan Adukan Beton
Adapun urutan dalam pembuatan campuran beton adalah sebagai berikut:
1. Menyiapkan semua bahan yang diperlukan dengan jumlah sesuai mix design dengan koreksi terhadap kelembaban masing-masing agregat. 2. Mesin aduk (molen) diisi dengan air
secukupnya (sekedar membasahi mesin aduk tersebut) lalu airnya dibuang. 3. Agregat kasar dan halus dimasukkan
ke dalam mesin aduk agar tercampur dengan rata.
4. Masukkan semen dan copper slag lalu masukkan air sesuai ukuran yang tercantum dalam mix design yang sudah disesuaikan dengan kelembaban yang terjadi.
5. Pengadukan beton dilakukan
1,5 menit atau sampai diperoleh campuran beton yang seragam.6. Setelah campuran beton sudah seragam, tuangkan campuran tersebut kedalam silinder ukuran 15 cm X 30cm.
Setelah dilakukan pengujian tekan pada masing-masing benda uji pada umur 7, 28 dan 56 hari untuk berbagai variasi yang sudah ditentukan, maka hasilnya dapat dibuat grafiknya sebagai berikut :
Beton Mutu Normal
Gambar 2. Hasil Kuat Tekan Beton (FAS 0.55)
Gambar 3. Hasil Kuat Tekan Beton (FAS 0.55 )
Kuat Tekan Beton Normal ( FAS 0.55 ) Semakin tua umur beton yang menggunakan copper slag sebagai cementitous, maka beton mengalami penurunan kuat tekan demikian juga semakin banyak variasi copper slag yang digunakan. Penurunan kuat tekan yang terbesar pada umur 7 hari dengan variasi copper slag 30 %, penurunan yang terjadi sampai 64,78% dibandingkan beton tanpa CS. penjelasan ini bisa dilihat pada gambar 2 dan gambar 3.
Reaksi semen dengan
air (C3S + H2O) menghasilkan CSH +
Ca(OH)2 dan apabila ditambahkan copper
slag akan bereaksi dengan kapur sisa reaksi antara semen dengan air (SiO2 + Ca(OH)2)
sehingga menghasilkan CSH baru. Gambar 3 menunjukkan bahwa beton tanpa variasi CS dapat mencapai kuat tekan yang paling optimum yaitu 400,47 kg/cm2 dikarenakan
kemungkinan kadar besi yang terkandung dalam semen dari hasil reaksi antara semen dengan air sudah mencapai kadar yang optimum. Beton yang menggunakan copper slag akan bereaksi dengan kapur sisa reaksi antara semen dengan air (SiO2 + Ca(OH)2)
sehingga menambah kadar besi yang mengakibatkan senyawa C4AF yang terkandung dalam semen menjadi tinggi sehingga memperlambat setting time. Dengan keterlambatan tersebut, pori-pori yang dibentuk oleh air yang tidak ikut bereaksi akan semakin besar dan meninggalkan rongga-rongga yang dapat menurunkan kuat tekan beton.
Beton Mutu Tinggi
Gambar 5. Kuat Tekan Beton Mutu Tinggi
Kuat tekan beton umur 7 hari dengan variasi copper slag 10 % mengalami kenaikan sebesar 2.92 %, sedangkan dengan variasi 20 % mengalami penurunan kuat tekan sebesar 13.29 % dan variasi 30 % penurunan kuat tekan mencapai 37.5 %.
Pada umur 28 hari kuat tekan beton yang menggunakan variasi copper slag 10 % mengalami kenaikan sebesar 9.32 %, untuk penggunaan variasi copper slag 20 % kuat tekan naik sebesar 6.2 % dan variasi copper slag 30 % kuat tekan turun sampai 7.2 %.
Pada umur 56 hari kuat tekan beton yang menggunakan variasi copper slag 10 % mengalami kenaikan sebesar 1.47 %, sedangkan penggunaan variasi copper slag 20 % kuat tekan naik sampai 10.48% dan variasi copper slag 30 % kuat tekan turun sebesar 18.9 %.
Semakin banyak penggunaan copper slag kuat tekan semakin turun, penurunan terbesar dengan variasi copper slag 30 % pada umur 7 hari. Penggunaan
copper slag yang paling efektif dengan variasi 20 % beton mutu tinggi akan mengalami kenaikan kuat tekan hingga 10,48 % pada umur 56 hari, terlihat pada gambar 4 dan 5.
KESIMPULAN
Semakin banyak penggunaan copper slag kuat tekan semakin turun baik pada beton mutu normal maupun beton mutu tinggi, penurunan terbesar dengan variasi copper slag 30 % pada umur 7 hari dengan FAS 0.55 dengan penurunan kuat
tekan sebesar
45,38% dibandingkan
beton tanpa
copper slag
.
Penggunaan copper slag yang paling efektif dengan variasi 20 % beton mutu tinggi akan mengalami kenaikan kuat tekan hingga 10,48 % dibandingkan beton tanpa copper slag pada umur 56 hari, terlihat pada gambar 4 dan 5. Penggunaan copper slag lebih efektif digunakan untuk beton mutu tinggi dikarenakan beton dengan variasi copper slag 20% dapat mencapai kuat tekan yang paling optimum yaitu 622,6 kg/cm2 dengan kenaikan
10,48% dibandingkan beton mutu normal yang mengalami penurunan kuat tekan rata-rata sebesar 29,6% apabila menggunakan copper slag.
DAFTAR PUSTAKA
ACI Materials Journal, “Ground Granulated Blast – Furnace Slag as a Cementitious Constituent in Concrete”, Vol. 84 No. 4, July – August 1981.
ACI Materials Journal, “Guide for Selecting Proportions for High – Strength Concrete with Portland Cement and Fly Ash”, Vol. 90 No. 3 – 5, May – June 1993.
Annual Book of ASTM Standart, Destignation C 39a – 93, “Standart Specification for Concrete Agregat”.
Annual Book of ASTM Standart, Destignation C 78 – 94, “Standart Practice for Making and Curing Concrete Test Specimen in Laboratory”.
Astana D. Yulius, 2000, “Pengaruh Kombinasi Copper Slag dan Pasir Lumajang dalam Campuran Beton
yang mengandung Fly Ash terhadap Kuat Tekan dan Berat Volume”, Tugas Akhir Sarjana FTSP – UPN “Veteran” Jawa Timur. Aulia Hamzah, “Sifat Fisik dan Mekanik
Beton Mutu Tinggi dengan Campuran Copper slag”, Tugas Akhir S - 1, FTSP, ITS, 1999.
Tjokrodimulyo Kardyono, 1992, “Teknologi Beton”, Alfiri, Yogyakarta.
Samekto Wuryati dan Rahmadiyanto Candra, 2001, “Teknologi Beton”, Kanisius, Yogyakarta.
