PERILAKU LUMPUR SIDOARJO (LUSI) SEBAGAI
AGREGAT RINGAN BUATAN UNTUK BAHAN DASAR
BETON RINGAN (AAC)
Rizqi A Perdanawati1, Farid R S Nasir2, Januarti J Ekaputri3, Triwulan4 1Mahasiswa Program Pascasarjana Teknik Struktur FTSP ITS, email: [email protected]
2
Mahasiswa Program Sarjana Teknik Sipil FTSP ITS, email: [email protected]
3
Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP, ITS, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp 031-5946094, email:
4
Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP, ITS, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp 031-5946710, email:
ABSTRAK
Pembuatan beton ringan dilakukan dengan berbagai metode salah satunya adalah dengan perawatan autoclave (Autoclave Aerated Concrete / AAC). Bahan dasar beton AAC yang sering digunakan adalah fly ash. Perkembangan selanjutnya digunakan lumpur sidoarjo (lusi) sebagai bahan dasar beton AAC.
Pada penelitian ini dibuat pasta ringan dengan komposisi OPC (Original Portland Cement), kapur (Ca(OH)2), lusi bakar , dan air dengan pengembang alumunium powder. Pasta tersebut kemudian ditambahkan pasir untuk dijadikan mortar ringan. Pengembangan selanjutnya, mortar dibuat menggunakan agregat ringan buatan sebagai pengganti pasir. Agregat ringan dibuat dari lumpur sidoarjo yang dibakar pada suhu 800°C selama 2 jam. Setelah dibakar selanjutnya dihancurkan sebesar ukuran agregat halus. Uji berat jenis didapatkan hasil 1,538 gram/cm3 dan masih memenuhi syarat agregat halus tetapi besar penyerapan tidak memenuhi karena didapatkan hasil 16%.
Pasta ringan menghasilkan kuat tekan sebesar 2,37 MPa dan berat volume 817 kg/m3 pada benda uji (P10-1(14-6)). Sedangkan jika pasta ditambahkan pasir dengan perbandingan pasta ringan : pasir adalah 1 : 0,5 , kuat tekan yang dihasilkan sebesar 1,84 Mpa dan berat volume 1052 kg/m3. Dari penelitian tentang pasta ringan dan agregat ringan buatan tersebut jika keduanya dicampur dengan komposisi tertentu akan berpotensi baik dijadikan mortar ringan.
Kata kunci: Lusi, fly ash, agregat buatan, alumunium powder
1. PENDAHULUAN
Teknologi pembuatan beton ringan berkembang dengan berbagai metode, salah satunya adalah Autoclaved Aerated Concrete (AAC). Salah satu karakter utama dari AAC adalah memiliki kerapatan tidak lebih dari 1000 kg/m3 (Aroni et al 1993). Karena memiliki kerapatan yang jauh lebih kecil dari beton normal, beton ringan banyak dikembangkan untuk struktur agar mendapatkan berat sendiri yang jauh lebih ringan juga.
AAC yang sudah pernah dibuat menggunakan agregat ringan buatan atau artificial lightweight aggregate (ALWA) dengan bahan dasar lempung bekah (explanded clay). Untuk menjadi agregat ringan lempung harus diberi bahan tambahan batu obsidian dengan komposisi tertentu lalu dibakar sampai kondisi sintering 1150˚C (Husin dan Sugiharto 2008). Pada penelitian ini, AAC dibuat menggunakan bahan dasar lumpur sidoarjo (lusi). Pemanfaatan lusi agar stabil harus dibakar dan diberi bahan tambahan
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui perilaku fisik lumpur Sidoarjo yang digunakan sebagai agregat ringan buatan pada AAC (Autoclave Aerated Concrete). AAC direncanakan menggunakan dengan pasta ringan berbahan dasar lusi dengan
menambahkan OPC, kapur dengan pengembang alumunium powder. Informasi
mengenai perilaku 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.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 AAC (Autoclaved Aerated Concrete)
Menurut ASTM C1693-11, AAC adalah produk yang memiliki komposisi seperti semen yang terbentuk dari hidrasi kalsium dan silica dengan bobot rendah, yang tercapai karena adanya agent yang menghasilkan pori dengan perawatan menggunakan mesin kukus bertekanan tinggi.
Menurut Aroni et al (1993) AAC adalah material berpori yang ringan, terbentuk dari reaksi kimia antara calcareous (kapur / semen) dan siliceous material (pasir natural / PFA (pulverized fuel ash). Pori pada struktur AAC dihasilkan dari beberapa metode seperti reaksi kimia yang membentuk pori, menambahkan foam kedalam campuran mortar, atau mekanisme pembentukan lainnya.
Baik menurut ASTM C1693-11 maupun Aroni et al (1993), AAC memiliki kerapatan kurang dari 1000 kg/m3 jauh dibawah kerapatan beton normal.
2.2 ALWA (Artificial lightweight Agregate)
Menurut SNI 03-2847-2002, agregat ringan (lightweight Agregate) adalah agregat yang dalam keadaan kering dan gembur memiliki berat isi sebesar 1100 kg/m3 atau kurang. Sedangkan Artificial Lightweight Aggregate atau yang biasa disebut agregat ringan buatan merupakan pengolahan bahan baku menjadi bahan butiran dengan ukuran tertentu, ringan, keras, dan dapat digunakan sebagai agregat pembuatan beton (Lasino 2007).
Agregat ringan buatan yang telah dikembangkan salah satunya dibuat dari lempung bekah (explanded clay). Menurut Arioz et al (2008) agar lempung dapat digunakan sebagai agregat (lightweight expanded clay aggregate/LECA) harus melalui proses pembakaran dengan suhu antara 1000˚C -1200˚C dengan kapur sebagai bahan penstabil. Agregat yang dihasilkan berupa butiran dengan diameter antara 3-8 mm.
2.3 Material Lumpur Sidoarjo dan Pemanfaatannya
Lumpur Sidoarjo merupakan material berbentuk butiran halus, berwarna abu-abu kehitaman, sangat plastis, dan memiliki nilai susut kering yang tinggi (Lasino 2007). Menurut Prasetya, Triwulan, dan Ekaputri (2012) kandungan mineral dominan yang terkandung pada lusi bakar yang didapat dari tes XRD antara lain quartz (SiO2), Anorthite ordered (CaAl2Si2O8), dan Hematite (Fe2O3).
Beberapa penelitian pemanfaatan lumpur sidoarjo yang dapat dijadikan acuan pada penelitian ini antara lain :
1. Lasino (2007) menyatakan lumpur Sidoarjo dapat digunakan sebagai agregat ringan buatan. Butiran Lumpur Sidoarjo sangat halus dan memiliki sifat susut yang tinggi maka ditambahkan limbah batu bara/flyash untuk meningkatkan kuat tekan dan kestabilan. Suhu pembakaran optimum pada 1000 0C dalam waktu 5-10 menit.
2. Sid’qon dan Triwulan (2010) menggunakan lusi sebagai perkerasan jalan (paving block) tetapi belum ringan.
3. Prasetya, Triwulan, dan Ekaputri (2012) melakukan penelitian lanjut tentang penggunaan lusi bakar sebagai beton ringan, tetapi beton yang terbentuk belum kedap terhadap penyerapan air.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Langkah-langkah pengerjaan disajikan dengan diagram alir seperti pada gambar 1 dan gambar 2 dibawah ini.
a. Pembuatan Pasta Ringan Px-y
Material yang perlu disiapkan pada pembuatan pasta ringan ini antara lain: 1) OPC, 2) Lumpur Sidoarjo bakar, 3) Kapur Non Aktif (Ca(OH)2), 4) Bubuk Alumunium (Al. powder).
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan cara coba-coba komposisi. Tujuanya adalah untuk mencari campuran yang paling baik antara pasta dasar Px dengan tambahan alumunium powder. Komposisi yang digunakan disajikan pada tabel 1.
Tabel 1. Komposisi campuran pasta ringan Px-y Pasta
Ringan (Px-y)
Komposisi Material (% terhadap binder) OPC Ca(OH)2 Lusi Bakar Al. Powder Air (Px-1) 10 20 70 1 60 (Px-1) 10 15 75 1 60 (Px-1) 10 10 80 1 60 Keterangan :
(%) * = Prosentase dari berat total binder ; Variabel x = Prosentase kapur non aktif terhadap berat binder. Variabel y = Prosentase alumunium powder terhadap berat semen.
Misal : P10-1 = Pasta dengan campuran 10% kapur non aktif dan ditambah 1% a.l powder.
b. Perawatan Pasta Ringan Px-y Menggunakan Autoclave
Tekanan yang diberikan pada pasta ringan adalah 5, 9, dan 14 Bar sedangkan lama proses perawatan mulai dari 2, 3, 4, 6, 8, dan 10 jam. Selanjutnya dicatat hasil yang paling baik sebagai patokan untuk perawatan mortar ringan pada proses selanjutnya.
c. Pembuatan Mortar Ringan Mx-y-z
Mix design yang digunakan tetap menggunakan metode konvensional dengan mencampur adonan pasta ringan Px-y dengan pasir lumajang sebagai agregat halus. Komposisi yang dicoba disajikan pada tabel 2.
Tabel 2. Komposisi campuran mortar ringan Mx-y-z
(Mx-y-0.25) 10 x 100-10-x 1 0.25 60
(Mx-y-0.5) 10 x 100-10-x 1 0.5 60
(Mx-y-0.75) 10 x 100-10-x 1 0.75 60
(Mx-y-1) 10 x 100-10-x 1 1 60
Keterangan :
* = dari berat binder+filler; Variabel x = Prosentase kapur non aktif terhadap berat binder.; Variabel y = Prosentase alumunium powder terhadap berat semen.; Variabel z = Jumlah total pasir
dari berat binder. Misalnya : M10-1-0.5 = Mortar ringan dengan campuran 10% kapur non aktif
ditambah 1% alumunium powder dan perbandingan binder dan pasir 1:0.5.
d. Perawatan Mortar Ringan Mx-y-z Menggunakan AutoclAve
Tekanan (p) dan lama waktu perawatan (t) yang menghasilkan kuat tekan paling optimum dari pasta ringan digunakan untuk proses perawatan mortar ringan.
e. Pembuatan agregat ringan buatan (Alwa)
Pembuatan agregat ringan buatan / Artificial lightweight aggregate (Alwa) diawali dengan mengayak butiran lumpur sidoarjo (lusi) oven lolos ayakan no. 50. Lusi lolos ayakan no. 50 tersebut kemudian dicampur dengan air dengan takaran tertentu sampai tercampur rata. Selanjutnya masukkan adonan lusi kedalam cetakan dan didiamkan sampai agak kering (±1-2 minggu) lalu dioven. Keluarkan benda uji dari cetakan untuk dibakar pada pada suhu 800˚C selama 2 jam lalu dinginkan selama 24 jam. Hancurkan benda uji tersebut dengan menumbuknya kemudian ayak sampai lolos ayakan no.20 dan tertahan ayakan no.100.
f. Pengetesan Benda Uji
1) Tes Kuat Tekan Hancur (ASTM C39).
2) Tes Berat Volume Pasta Ringan Px-y dan Mortar Ringan Mx-y-z (ASTM C-29/C29M-91)
3) Tes berat jenis agregat buatan, TGA-DSC, XRD.
g. Kesimpulan
Data yang telah didapatkan digunakan untuk menarik kesimpulan. Kesimpulan ini meliputi kelayakan pemanfaatan lumpur sidoarjo sebagai AAC maupun agregat ringan buatan.
4. HASIL PENELITIAN
a. Kuat Tekan Pasta Ringan Px-y
Tes kuat tekan hancur pasta ringan dengan curing Autoclave (Px-y(pt)) mendapatkan hasil seperti tertera pada grafik Gambar 1.
Gambar 1. Grafik hubungan kuat tekan pasta ringan
Px-y dengan variasi tekanan selama 4 jam
Dari gambar 1 dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi tekanan autoclave, kuat tekan yang dihasilkan juga lebih tinggi (P10-1 , tekanan 14 Bar, 4 jam sebesar 1.3 Mpa). Selain itu penambahan kapur non aktif (Ca(OH)2) yang lebih banyak menyebabkan menurunnya kuat tekan.
Selanjutnya dicoba variasi lama penekanan dengan autoclave bertekanan 14 Bar. Hasilnya tersaji pada gambar 2.
Gambar 2. Grafik Peningkatan Kuat Tekan Pasta Ringan
Akibat Lama Waktu Perawatan
Dari gambar 2 dapat disimpulkan bahwa kuat tekan tertinggi pasta ringan adalah saat perawatan autoclave bertekanan 14 bar selama 6 jam (P10-1(14,6)) yaitu sebesar 2.4 Mpa. Setelah melewati lama perawatan 6 jam, ternyata kuat tekan mengalami penurunan yaitu saat 8 dan 10 jam.
b. Tes Berat Volume Pasta Ringan Px-y
Tes berat volume pasta ringan Px-y(p,t) dapat dilihat hasilnya pada Tabel 3.
Tabel 3. Berat volume pasta ringan Px-y Kode Px-y(p,t) Umur (hari) Rata-rata Berat Volume (kg/m3) Kode Px-y(p,t) Umur (hari) Rata-rata Berat Volume (kg/m3) P20-1(14,2) 7 719 P20-1(9,4) 7 775 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 5% 10% 15% 20% 25% K u a t T ek a n ( M P a ) % Ca(OH)2
Kuat Tekan Pasta Ringan Px-y Umur 7 Hari
5 Bar 9 Bar 14 Bar 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 2 4 6 8 10 12 K u a t T ek a n ( M P a )
Lama Acv (Jam)(t)
Kuat Tekan Pasta Ringan Px-y(pt)
P20-1(14,t) P15-1(14,t) P10-1(14,t)
P20-1(14,3) 7 772 P20-1 14 663 P15-1(14,3) 7 735 P15-1 14 687 P10-1(14,3) 7 654 P10-1 14 718 P20-1(14,4) 7 740 P20-1 28 715 P15-1(14,4) 7 702 P15-1 28 726 P10-1(14,4) 7 776 P10-1 28 753 P20-1(5,4) 7 749 P20-1 56 674 P15-1(5,4) 7 773 P15-1 56 706 P10-1(5,4) 7 794 P10-1 56 718
Berat volume pasta ringan Px-y sebagian besar dibawah 800 kg/m3 yang merupakan batas maksimal berat jenis beton yang direncanakan. Pasta yang dirawat dengan autoclave memiliki berat volume dibawah 1000 kg/m3 sesuai dengan persyaratan beton AAC.
c. Kuat Tekan Mortar Ringan dengan Pasir Mx-y-z
Tes kuat tekan hancur mortar ringan mendapatkan hasil seperti tertera pada grafik Gambar 3.
Gambar 3. Grafik kuat tekan mortar ringan Mx-y-z
terhadap prosentase penambahan pasir
Dari Gambar 3 dapat disimpulkan bahwa semakin besar penambahan pasir (z) pada adonan pasta ringan Px-y untuk membuat mortar ringan Mx-y-z mengakibatkan penurunan kuat tekan pada mortar. Dari grafik tersebut dapat dilihat komposisi mortar ringan M10-1-0.5 dengan perbandingan pasta ringan (Px-y) dengan pasir (z) sebesar 1:0.5 memiliki kuat tekan tertinggi yaitu sebesar 1.8 MPa.
d. Tes Berat Volume
Tes berat volume mortar ringan Mx-y-z dilakukan terhadap benda uji pada umur 7 hari. 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 K u a t T ek a n ( M P a )
Perbandingan dengan Binder
Gambar 4. Grafik rata-rata berat volume mortar ringan Mx-y-z
terhadap prosentase penambahan pasir
Mortar ringan M10-1-1 memiliki berat volume yang paling tinggi yaitu 1052 kg/m3 sedangkan mortar ringan M10-1-0.25 memiliki berat volume yang paling rendah
sebesar 840 kg/m3. Semakin banyak penambahan pasir maka semakin berat mortar
ringan yang dihasilkan. Berat volume yang berada di kisaran 1000 kg/m3 masih dapat digolongkan sebagai beton ringan.
e. Hasil Pengujian Agregat Buatan
Pengujian yang dilakukan terhadap agregat buatan dengan komposisi 100% lumpur ini adalah uji TGA/DSC, XRD, dan berat jenis.
1) Thermogravimetry analysis (TGA) - DSC
Pengujian ini digunakan untuk mengukur perubahan massa lumpur kering terhadap temperatur. Hasil uji TGA dapat dilihat pada gambar 4 berikut ini.
Gambar 4. TGA-DSC lumpur kering
Dari gambar 4 dapat disimpulkan bahwa kondisi lumpur stabil pada kisaran suhu 600-850°C, ditandai dengan heat flow yang optimal tetapi perubahan berat
800 850 900 950 1000 1050 1100 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 R a ta -r a ta B e ra t V o lu m e k g /m 3
Perbandingan Dengan Binder Rata-rata Berat Volume Mortar Mx-y-z
2) XRD
Pengujian XRD digunakan untuk mengetahui mineral yang terkandung didalam lusi bakar. Pada Gambar 5 dan Gambar 6 berikut ini disajikan hasil XRD lumpur setelah di oven (suhu 100°C, 48 jam) dan setelah dibakar (suhu 800°C, 2 jam).
Gambar 5. Grafik analisa hasil XRD lusi kering oven
Gambar 6. Grafik analisa hasil XRD lusi bakar
Selanjutnya komposisi mineral masing-masing hasil analisa XRD akan
dijelaskan dalam bentuk tabel. Berikut adalah komposisi mineral lusi oven pada Tabel 4 dan lusi bakar pada Tabel 5.
Tabel 4. Kandungan Mineral Lusi Oven
Kode Nama Mineral Rumus Kimia
q Quartz SiO2
fm Fayalite Magnesian = Iron Silicate Fe2SiO4
c Cuprite = Copper Oxide Cu2O
s Sarcopside = Iron Phosphate Fe3(PO4)2
b Berlinite = Aluminium Phosphate AlPO4
z Zinc Oxide ZnO
d Dalyte = Potassium Titanium Zirconium Silicate K2(Zr, Ti)Si6.O15 k Kalsilite = Potasssium Aluminium Silicate KAlSiO4
q,b d,s,fm q,d fb p,z,fm,h s q,z,fm q,fbc h q d p,z,hq z q,k k k k,c k,c z,h 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 In te n s it y °2 Theta Lumpur Oven Lumpur Oven a a,m q aa,h a q a c,s h a,h,c mq q a a,m h q,s h,s c q a,h h s q h h a 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 In te n s it y °2 Theta Lumpur Bakar Lumpur Bakar
p Potasssium Aluminium Phosphate K3Al2(PO4)3 fb Ferrobustamite = Calcium Iron, Manganese Silicate (Ca,Fe,Mn)3Si3O9
h Halite = Sodium Chloride NaCl
Tabel 5. Kandungan Mineral Lusi Bakar
Kode Nama Mineral Rumus Kimia
q Quartz = Silicon Oxide SiO2
h Hematite = Iron Oxide Fe2O3
c Copper Iron Oxide CuFeO2
a Anorthite = Calcium Aluminium Silicate CaAl2Si2O8
m Manganese Oxide MnO2
s Sillimanite = Aluminium Silicate Al2SiO5
Berdasarkan hasil analisa XRD diketahui bahwa kandungan Quartz (SiO2) sangat tinggi, lebih tinggi dibandingkan dengan kandungan mineral yang lainnya. Pada grafik hasil analisa XRD lusi bakar dapat dilihat bahwa terdapat banyak Peaks(puncak) mineral dibandingkan dengan lusi oven. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa lusi bakar lebih reaktif dibandingkan dengan lusi oven.
3) Analisa berat jenis agregat halus buatan.
Hasil perhitungan berat jenis agregat halus buatan dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Perhitungan berat jenis agregat halus buatan
Perhitungan nilai
W1 = Berat volume + pasir + air (gram) 780
Berat pasir SSD (gram) 250
W2 = berat labu + air 660
Berat jenis pasir = (250/((250+W2)-W1) x 0,8 (gram/cm3) 1,538 W3 = berat kering oven
Penyerapan air 16 %
5. KESIMPULAN
Dari hasil analisa diatas, pasta ringan Px-y dan mortar ringan Mx-y-z memenuhi persyaratan beton ringan kerena memiliki berat volume lebih rendah dari 1800 kg/m3 yaitu 819 kg/m3 dan 1052 kg/m3. Jika dilihat dari hasil uji tekan, kuat tekan maksimal pasta Px-y sebesar 2,4 MPa, menurut SNI 03-0349-1989 pasta dapat digolongkan pada mutu IV bata beton berlubang dengan kuat tekan rata-rata 2,41 MPa. Sedangkan untuk mortar ringan, kuat tekan maksimum yang didapatkan sebesar 1,84 MPa belum memenuhi syarat. Hasil analisa berat jenis agregat halus buatan memnuhi syarat agregat ringan buatan dengan nilai 1,538 gram/cm3 (syarat 1,0 – 1,8 gram/cm3) dan besar penyerapan 16% tidak memenuhi persyaratan (syarat maks. 2%).
6. DAFTAR PUSTAKA
1. Arioz, O. et.al. (2008), “A Preliminary Research On The Properties of Lightweight Explanded Clay Aggregate”, J. Aust. Ceram. Soc, Vol. 44, No. 1, hal. 23-30.
2. Aroni, S. et.al., (2005), Autoclaved Aerated Concrete Properties, Testing and Design, Taylor and Francis, London and Newyork.
3. ASTM C1693-11. (2011), Standard Specification for Autoclaved Aerated
Concrete. ASTM International, United States.
4. Husin, A.A. dan Sugiharto, B. (2008), “Peningkatan Mutu Agregat Ringan Buatan
Untuk Beton Ringan Struktural”, Jurnal Permukiman, Vol. 3, No. 1, hal. 1-14.
5. Lasino (2007), “Penelitian Pemanfaatan Lumpur Sidoarjo Untuk Agregat
Buatan”, jurnal Permukiman, Vol.2, no.1
6. Prasetya, W.C., Triwulan, Ekaputri, J.J. (2012), Pemanfaatan Material Lumpur Sidoarjo Sebagai Beton Ringan, Jurusan Teknik Sipil, FTSP, ITS, Surabaya. 7. Sid’qon, H. dan Triwulan, (2008), Pemanfaatan Material Lumpur Porong,
Sidoarjo Sebagai Interblok Perkerasan Lentur Jalan, Jurusan Teknik Sipil, FTSP,
ITS, Surabaya.
8. SNI 03-2847-2002 (2002), Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk
