PERILAKU FISIK LUMPUR SIDOARJO SEBAGAI BAHAN DASAR ALWA DAN BETON RINGAN DENGAN TAMBAHAN LIMBAH GYPSUM DAN FOAM

(1)

PERILAKU FISIK LUMPUR SIDOARJO

SEBAGAI BAHAN DASAR

ALWA DAN BETON RINGAN

DENGAN TAMBAHAN LIMBAH GYPSUM DAN FOAM

Nanin M.Utami1, Winda A.Septiawardani2, Januarti J.Ekaputri.3, Triwulan4

1

Mahasiswa Program Pascasarjana Teknik Struktur FTSP ITS, email: civil_nanin@yahoo.co.id 2

Mahasiswa Program Sarjana Teknik Sipil FTSP ITS, email: winda_94632@yahoo.com 3

Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP, ITS, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp 031-5946094, email: januarti@ce.its.ac.id

4

Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP, ITS, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp 031-5946710, email: triwulan@ce.its.ac.id

ABSTRAK

Berdasarkan penelitian dan karakteristiknya, lumpur Sidoarjo berpotensi dijadikan sebagai agregat ringan buatan (Alwa). Saat ini penggunaan agregat ringan pada beton ringan dalam industri konstruksi terus meningkat karena menawarkan keuntungan fungsional dan ekonomis untuk proyek terutama bangunan rumah. Rongga dan pori-pori pada agregat meningkatkan sifat isolasi termal dan akustik

Pada penelitian ini lumpur bakar Sidoarjo digunakan sebagai pasta ringan dengan menambahkan OPC, kapur, limbah gypsum dan foam sebagai pengembangnya. Pasta tersebut ditambahkan pasir untuk dijadikan mortar ringan. Selanjutnya, akan dikembangkan lumpur bakar sebagai agregat ringan buatan pengganti pasir pada mortar ringan. Lumpur dibakar pada suhu 800°C selama 120 menit dengan menambahkan 50% fly ash sebagai material penstabil. Metode yang digunakan untuk perawatan beton ringan adalah dengan steam curing.

. Pasta dengan komposisi tambahan 0,5% gypsum menghasilkan kuat tekan 24,7MPa, pasta dengan komposisi tambahan 1,5% gypsum dan 1/40 foam kuat tekannya 1,17 MPa, dan mortar ringan dengan komposisi tambahan 0,5% gypsum, 1/50 foam dan campuran pasir 1: 2 memiliki kuat tekan 0,71 MPa. Berdasarkan hasil TGA agregat ringan buatan (alwa) memiliki suhu bakar optimum antara 800°C-1050°C, dan dari hasil uji berat jenis alwa memiliki nilai berat jenis curah 1,64 gr/cm3.

Kata kunci : Lumpur Sidoarjo, Alwa, gypsum, foam

1. PENDAHULUAN

Beton ringan merupakan salah satu material ringan pembentuk struktur (Giri, dkk, 2008). Beton ringan lebih banyak menggunakan agregat ringan daripada agregat alam karena memiliki banyak keuntungan, seperti sifatnya lebih ringan, konduksi panas yang lebih rendah serta berdurabilitas (Roy, 1995). Berdasarkan penelitian dan karakteristiknya, lumpur Sidoarjo berpotensi dijadikan sebagai agregat ringan buatan (Alwa). Berbagai penelitian juga telah dilakukan oleh para ahli terhadap lumpur Sidoarjo dalam upaya pemanfaatannya. Tujuannya adalah untuk mengurangi volume luapan lumpur Sidoarjo. Penelitian tersebut diantaranya mengenai pemanfataan lumpur Sidoarjo untuk bahan bangunan seperti genteng, paving block, dan grassblock.

Berdasarkan hasil uji coba yang dilakukan dalam skala laboratorium, bahwa Lumpur Sidoarjo dapat dimanfaatkan menjadi beton ringan dengan penambahan bahan seperti pasir, semen, foam polysterin, dan air (Fyzingsa, 2008). Material Lumpur Sidoarjo ini memiliki dua fungsi antara lain sebagai filler bila tidak dicampur dengan bahan kimia lain atau sebagai binder karena memiliki kandungan yang hampir sama

(2)

dengan semen portland bila dicampur dengan kapur atau bahan sejenisnya (Sidqon, 2008).

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui perilaku fisik lumpur Sidoarjo yang digunakan sebagai agregat ringan buatan dan pada mortar ringan dengan pasta berbahan dasar lumpur Sidoarjo dengan menambahkan OPC, kapur, limbah gypsum dan foam. Informasi mengenai perilaku fisik dari lumpur Sidoarjo sangat berguna bagi masyarakat luas yang akan menggunakan beton ringan berbahan dasar lumpur Sidoarjo. Selanjutnya, akan dikembangkan lumpur bakar sebagai agregat ringan buatan pengganti pasir pada mortar ringan. Lumpur dibakar pada suhu 800°C selama 120 menit dengan menambahkan 50% fly ash sebagai material penstabil.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. LUMPUR SIDOARJO

Lumpur Sidoarjo (LUSI), merupakan bahan material yang dikeluarkan dari dalam bumi akibat kegagalan teknis dalam pengeboran (eksplorasi) migas di Porong Sidoarjo. Material tersebut dapat dikategorikan sebagai produk erupsi mud volcano yang bisa terjadi di suatu kegiatan pengeboran khususnya di wilayah tatanan geologi yang kompleks. Bahan ini berbentuk butiran halus, berwarna abu-abu kehitaman, sangat plastis, dan memiliki nilai susut kering yang tinggi. Unsur kimia yang terkandung didominasi oleh silika (>50%), alumina (26%), dan beberapa unsur lain seperti besi, kalsium dan magnesium dengan jumlah yang relatif kecil (Lasino, 2007). Untuk mengembangkan lumpur sebagai agregat buatan maka perlu adanya pemeriksaan mengenai sifat-sifat dasar yang dimaksudkan untuk mengetahui sifat-sifat fisis, mekanis dan kimia. Menurut Lasino (2007) secara fisis, lumpur sidoarjo sangat halus, plastis dan memiliki penyusutan yang tinggi, dalam pemanfaatan lumpur sebagai agregat buatan kondisi ini menyebabkan hasil yang diperoleh dalam produksi agregat akan mengalami kerusakan baik dalam tahap pengeringan maupun pembakaran sehingga tidak memenuhi persyaratan. Oleh karenanya perlu bahan tambahan sebagai penstabil dari bahan yang memiliki kadar silika tinggi misalnya fly ash untuk mendapatkan produk yang stabil, kuat dan presisi. Selain menguji sifat fisis, Lasino juga meninjau kandungan kimia yang terdapat dalam Lumpur Sidoarjo. Unsur-unsur yang terkandung seperti tercantum pada tabel 2.1.

Tabel 1: Kandungan Lumpur Sidoarjo

No Unsur Hasil Uji (%)

1 SiO2 52.79 2 Al2O3 26.35 3 Fe2O3 8.51 4 CaO 1.97 5 MgO 2.53 6 K2O 2.86 7 Ne2O3 2.06 8 SO3 0.98 9 HP 1.92

(Sumber: Penelitian pemanfaatan Lumpur Sidoarjo untuk Agregat Ringan Buatan; Lasino, 2007)

(3)

komposisi kimia pozolan. Karakteristik alaminya mengandung SiO2 yang dapat

dikategorikan sebagai material pengganti semen. Pada hasil penelitiannya menunjukkan bahwa lumpur dapat digunakan sebagai material yang bersifat semen dengan menggantikan Ordinary Pozzoland Cement (OPC) 10%. Bubuk pozolan dihasilkan dengan cara dibakar pada suhu 6000 C selama 1 jam menggunakan alat furnis elektris. Lumpur Sidoarjo dapat meningkatkan kuat tekan, integritas, dan mampu mengurangi porositas dari mortar. Meskipun demikian, pengaruh porositas dan integritas kecil bila dibandingkan dengan kuat tekannya (Nuruddin, 2010).

2.2. TEKNOLOGI PERAWATAN BETON

Perawatan dilakukan minimal 7 hari agar beton tidak mengalami gangguan seperti keretakan karena kehilangan air yang terlalu cepat (Tri Mulyono, 2004). Berbagai metode yang dapat dilakukan untuk perawatan beton (Taylor, 1977):

1. Perawatan dengan pembasahan 2. Perawatan dengan membran

3. Perawatan dengan penguapan (steam) a. Penguapan bertekanan rendah b. Penguapan dengan suhu tinggi

4. Perawatan uap bertekanan tinggi (High-Pressure Steam Curing)

Dilakukan dengan meletakkan beton pada mesin silinder baja autoclave.

2.3. AGREGAT RINGAN BUATAN

Terminologi ASTM C.125 mendefinisikan bahwa agregat ringan adalah agregat yang digunakan untuk menghasilkan beton ringan meliputi batu apung, scoria, vulkanik ciinder, tuff, diatome, shele, perlite, vermicullite, atau slag atau batu bara dan hasil residu pembakarannya. (Trimulyono, 2004)

Agregat ringan dapat berasal dari alam dapat juga buatan atau yang biasa dikenal dengan ALWA (Artificial Lightweight Aggregates). Agregat ringan buatan merupakan hasil pengolahan bahan baku menjadi bahan buatan dengan ukuran tertentu, ringan, keras, dan dapat digunakan sebagai agregat dalam pembuatan beton ringan (Lasino,2007). Pada sekitar akhir abad 19, seiring denngan berkembangnya beton bertulang, dan mulai jarangnya ketersediaan agregat alam, maka penelitian mengenai agregat ringan buatan mulai berkembang. Agregat dengan kepadatan partikel kurang dari 2000 kg/m3 merupakan agregat ringan (Clarke, 1993).

3. METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian yang digunakan adalah eksperimental dengan melakukan percobaan di laboratorium dari berbagai variabel dan benda uji. Percobaan laboratorium terdapat dua tahapan, tahap pertama percobaan mendapatkan komposisi limbah gypsum optimum (Px), pasta ringan (Px-y) untuk mendapatkan foam optimum, dan mortar ringan (Mx-y-z) untuk mendapatkan komposisi pasir optimum. Setelah mendapatkan kondisi optimum, maka percobaan tahap kedua dicoba menggantikan pasir dengan agregat ringan buatan (ALWA) berbahan dasar lumpur Sidoarjo dengan menambahkan fly ash sebagai material penstabil 50% dari berat total.

(4)

Gambar 1: Bagan Alir Penelitian

Uraian kegiatan laboratorium ini meliputi: 1. Pembuatan Pasta Px (ASTM C109/C 109M-02)

Pasta Px adalah pasta dasar yang terdiri dari campuran lumpur bakar Sidoarjo, semen, limbah gypsum, dan kapur non aktif. Pembuatannya menggunakan metode konvensional dengan berbagai proporsi yang berbeda sehinga didapatkan hasil yang optimum, dalam hal ini untuk menentukan campuran yang sesuai antara bahan dasar lusi bakar dengan limbah gypsum.Variabel x merupakan prosentase limbah gypsum dari berat total binder. Pengujian kuat

(5)

2. Pembuatan Pasta Ringan Px-y (ASTM C 109/C 109M-02)

Pasta ringan Px-y adalah pasta ringan yang terdiri dari campuran pasta Px dan

foam.Pembuatan pasta ringan Px-y dilakukan untuk mendapatkan campuran

yang cocok antara pasta Px dan foam. Tes kuat tekan dilakukan setelah pasta ringan berumur 7 hari.

3. Pembuatan Mortar Ringan Mx-y-z

Setelah mendapatkan campuran yang optimum dari pasta Px-y, selanjutnya dibuat mortar ringan dengan menambahkan pasir dengan perbandingan yang digunakan antara binder : pasir adalah 1:1 dengan 70% air dari total binder; 1:2 dengan 80% air dari total binder ; dan 1:3 dengan 90% air dari total berat binder. Kemudian dilakukan steam curing dengan suhu 80°C selama 3 jam sebagai perawatan mortar. Setelah berumur 7 hari dilakukan pengujian kuat tekan mortar sebanyak 3 buah benda uji.

4. Pembuatan agregat ringan buatan berbahan dasar lumpur Sidoarjo

Penggantian pasir oleh agregat ringan buatan bertujuan mendapatkan mortar yang benar-benar ringan. Bahan dasar pembuatnya adalah lumpur sidoarjo yang telah dikeringkan oven dan lolos ayakan no.50 dengan mencampurkan fly ash 50% dari berat totalnya. Kemudian dua material tersebut dicampur dengan air selanjutnya dituang ke dalam cetakan silinder 5/10. Cetakan dibuka setelah dua hari dan dikeringkan udara. Selanjutnya benda uji dibakar pada suhu 800°C selama ± 2 jam. Untuk mendapatkan agregat seperti halnya pasir, maka benda uji dihaluskan dan diayak dengan ayakan No. 50 dan tertahan ayakan No.100. Kemudian dilakukan pengujian berat jenis, uji TGA-DSC dan uji XRF terhadap butiran alwa.

4. HASIL PENELITIAN

A. HASIL PENGUJIAN PASTA Px

Tes kuat tekan hancur yang dilakukan terhadap 5 buah benda uji silinder ukuran 2cmx4cm pada umur 7,14, dan 28 hari dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 2: Grafik kuat tekan Pasta Px terhadap prosentase limbah Gypsum 0 5 10 15 20 25 30 35 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 K u a t T e k a n ( M P a )

Limbah Gypsum terhadap Berat Binder (%) Kuat Tekan Pasta Px

(6)

Setelah dilakukan pengetesan kuat tekan hancur pasta Px, diambil 3 campuran teroptimum untuk digunakan sebagai campuran pasta ringan Px-y dengan menambahkan foam. Penambahan Gypsum pada pasta Px cenderung menghasilkan kuat tekan yang seragam karena dengan penambahan limbah gypsum 0.5%-5% kuat tekan yang didapat tidak jauh berbeda.

B. HASIL PENGUJIAN PASTA Px-y

Tes kuat tekan hancur yang dilakukan terhadap 3 buah benda uji silinder ukuran 5cm x 5cm x 5cm pada umur 7 hari dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 3 Grafik kuat tekan Pasta Px-y terhadap prosentase Foam

Analisa: Gambar tersebut menunjukkan bahwa penambahan foam ke dalam

campuran pasta Px membuat kuat tekan pasta ringan Px-y menjadi lebih rendah daripada kuat tekan pasta Px. Kuat tekan terendah pada campuran pasta ringan 1/30 sebesar 0,07 Mpa, sedangkan kuat tekan tetinggi pada campuran pasta ringan P1,5-1/40 sebesar 1,17 Mpa.

C. HASIL PENGUJIAN MORTAR RINGAN Mx-y-z

Tes kuat tekan hancur yang dilakukan terhadap 3 buah benda uji silinder ukuran 5cm x 5cm x 5cm pada umur 7 hari dapat dilihat pada grafik berikut:

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1/30 1/40 1/50 K u a t T e k a n ( M P a )

Foam (terhadap total berat binder)

Kuat Tekan Pasta Ringan Px-y

Pasta P0.5 Pasta P1 Pasta P1.5

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 3 K u a t T e k a n ( M P a )

Pasir (terhadap total berat binder) Kuat Tekan Mortar Ringan Mx-y-z

Mortar M0.5-1/50 Mortar M1-1/40 Mortar M1.5-1/40

(7)

Analisa: Gambar tersebut menunjukkan bahwa penambahan pasir ke dalam

campuran pasta ringan Px-y membuat kuat tekan mortar ringan Mx-y-z menjadi lebih rendah daripada kuat tekan pasta ringan Px-y. Penurunan kuat tekan pada mortar ringan ini dikarenakan filler yang terbentuk terlalu sedikit, sehingga tidak mengikat agregat dengan sempurna serta adanya partikel lumpur yang tidak ikut bereaksi menempel pada permukaan agregat sehingga pengikatan binder dan agregat menjadi tidak sempurna.

D. HASIL PENGUJIAN AGREGAT RINGAN BUATAN

Hasil pengujian TGA-DSC dari agregat ringan yang dibuat dari campuran lumpur Sidoarjo dengan menambahkan fly ash 50% dari berat total adalah sebagai berikut:

`

Gambar 5 Hasil Pengujian TGA-DSC lumpur:fly ash 50:50

Analisa: perubahan suhu tampak pada heat flow pada suhu terendah 800°C dan

suhu tertinggi 1050°C. Interval suhu tersebut menunjukkan suhu optimum pembakaran alwa. Seiring dengan meningkatnya suhu, terjadi perubahan berat alwa relatif tidak besar.

E. HASIL PENGUJIAN BERAT JENIS

Dari hasil pengujian berat jenis agregat ringan buatan (alwa) lumpur:fly ash 50%:50% yang dilakukan di laboratorium didapatkan data sebagai berikut:

Tabel 2 : Data pengujian berat jenis

Keterangan Berat (gram)

Berat labu+air+agregat (Bt) 785

Berat labu 165

Berat agregat ringan 250

Agregat kering oven (Bk) 205

(8)

Analisa:

Berat jenis curah = Bk/(B+250-Bt) = 1,64 gr/cm3 Berat jenis SSD = 250/(B+250-Bt) = 2 gr/cm3 Berat jenis semu = Bk/(B+Bk-Bt) = 2,33 gr/cm3 Penyerapan = (250-Bk/Bk)x100% = 18%

F. HASIL PENGUJIAN XRD

Gambar berikut ini merupakan hasil pengujian XRD agregat ringan buatan (alwa) lumpur:fly ash 50%:50%:

Gambar 6: Hasil Pengujian XRD lumpur:fly ash 50:50

5. KESIMPULAN DAN REKOMENDASI

5.1. KESIMPULAN

1. Kuat tekan optimum pasta Px terdapat pada komposisi pasta P0,5 dengan prosentase semen : kapur non aktif : lusi bakar : limbah gypsum 10% : 25% : 64,5% : 0,5% sebesar 24,70 Mpa. Penambahan limbah gypsum pada campuran pasta Px cenderung memiliki hasil kuat tekan dan berat jenis yang seragam. 2. Kuat tekan optimum pasta Px-y terdapat pada komposisi pasta ringan P1,5-1/40

dengan prosentase semen : kapur non aktif : lusi bakar : limbah gypsum : foam 10% : 25% : 63,5% : 1,5% : 1/40 sebesar 1,17Mpa. Hasil ini berbeda sangat jauh dengan kuat tekan pasta Px dikarenakan adanya penambahan foam, sehingga terdapat rongga udara di dalam pasta yang menjadikan kuat tekan rendah. Penggunaan foam mengakibatkan penurunan kuat tekan dan berat jenis pasta ringan Px-y.

(9)

3. Kuat tekan optimum mortar Mx-y-z terdapat pada komposisi mortar ringan M0,5-1/50-2 dengan prosentase P0,5-1/50 : pasir 1 : 2 sebesar 0,71 Mpa. Kuat tekan yang rendah dikarenakan adanya penambahan pasir yang mengakibatkan jumlah pori terbuka yang meningkat sehingga kuat tekan menjadi rendah.

4. Seluruh sampel pada pasta Px, pasta ringan Px-y, dan mortar ringan Mx-y-z telah memenuhi syarat sebagai beton ringan, dengan berat jenis lebih rendah dari 1800kg/cm. Berat jenis dari P0,5, P1,5-1/40, dan M0,5-1/50-2 berturut-turut adalah 1738,62 kg/m3 , 1032,00 , dan 1358,93.

5. Berdasarkan uji TGA, suhu optimum pembakaran alwa berkisar antara 800°C - 1050°C. Namun pada penelitian ini baru dicoba dilakukan pembakaran dengan suhu 800°C.

6. Dari hasil pengujian berat jenis dari alwa lumpur:fly ash 50%:50% , berat jenis curah 1,64 gr/cm3, Berat jenis SSD 2 gr/cm3, Berat jenis semu 2,33 gr/cm3 dan daya serap alwa 18%.

5.2. REKOMENDASI

1. Perlu adanya kontrol dalam penggunaan foam dan juga perlu dilakukan trial terhadap komposisi foam pada beton ringan berbahan dasar lumpur bakar Sidoarjo agar didapat kuat tekan yang lebih tinggi.

2. Penelitian selanjutnya sangat penting dilakukan guna mengembangkan penelitian ini, mengingat hasil pada penelitian ini telah memenuhi syarat sebagai beton ringan.

3. Perlu dilakukan penelitian selanjutnya mengenai alwa dengan menggunakan suhu pembakaran 800°C - 1050°C.

6.