PENGARUH FLY ASH SEBAGAI MINERAL FILLER PADA BETON ASPAL
Fransiscus Mintar Ferry Sihotang, Ryan SilfanusJurusan Teknik Sipil, Universitas Pelita Harapan, Lippo Karawaci. Tangerang, Banten. E-mail: fmintarfs@yahoo.com
ABSTRACT
Many industries in Indonesia use coal as power fuel, which consequently produce pollutant waste named fly ash. Fly ash is industrial waste resulted from the burning process of coal and consisted of delicate particles. The gradation and delicateness of fly ash also fulfill gradation requirement AASHTO M17 for mineral filler. Nowadays fly ash is mostly used as concrete mix, or as mineral filler in asphalt concrete mix. In this research, fly ash function as mineral filler used to fill void in mixture, improve asphalt concrete stability and bonding power, for then to be compared with asphalt concrete mix without fly ash. In this research, asphalts which are used both Iran Asphalt and Pertamina Asphalt on both Maximum Traffic Condition and Specific Gradations (course and fine aggregate). Based on Marshall Method, the optimum scale of Iran Asphalt is 5,2 % and Pertamina Asphalt is 5,3 %. Marshall Quotient (MQ) Value for Iran Asphalt 177,209 kg/mm and Pertamina Asphalt 174,173 kg/mm. By using Iran Asphalt 5,2 %, the content of fly ash in the highest Marshall Quotient is 5 % with MQ Value 266,999 kg/mm. Whereas by using Pertamina Asphalt 5,3 %, the content fly ash in the highest Marshall Quotient is 4,5 % with MQ value 323,091 kg/mm. This paper is aim to create the impact model of fly ash’s content into specific asphalt. By using the model, the behavior of the asphalt will be known which is useful to create the maximum asphalt mixtures on flexible pavement.
Keywords : Pavement, Asphalt Concrete (Beton Aspal), Volumetrics of Asphalt Concrete (Sifat
Volumetrik dari Beton Aspal), Filler, Fly Ash, Marshall Method, Aggregate.
1. PENDAHULUAN.
Pembuatan struktur jalan ditujukan untuk mengurangi tegangan atau tekanan akibat beban roda, sehingga mencapai tingkat nilai yang dapat diterima oleh permukaan tanah yang menyokong struktur tersebut. Intensitas tegangan statis dan dinamis terbesar terjadi di permukaan perkerasan dan terdistribusi dengan bentuk pyramid dalam arah vertical pada seluruh ketebalan struktur perkerasan. Peningkatan distribusi tegangan tersebut mengakibatkan tegangan semakin kecil sampai permukaan lapis tanah dasar, tegangan itu cukup kecil sehingga tidak akan mengakibatkan lapis tanah dasar mengalami distorsi atau rusak.
2. PERKERASAN JALAN.
Perkerasan Jalan merupakan lapisan perkerasan yang terletak di antara lapisan tanah dasar dan roda kendaraan, yang berfungsi untuk memberikan pelayanan kepada sarana transportasi (Wignall, 1999). Dan selama masa pelayanannya diharapkan tidak terjadi kerusakan yang berarti. Supaya perkerasan mempunyai daya dukung dan keawetan yang memadai, maka perkerasan jalan dibuat berlapis-lapis. Lapisan paling atas, dinamakan lapisan permukaan, merupakan lapisan yang paling baik mutunya. Di bawahnya terdapat lapisan pondasi, yang diletakkan di atas tanah dasar yang telah dipadatkan.
Untuk mendapatkan perkerasan jalan yang memenuhi mutu yang diharapkan, maka perlu pengetahuan tentang sifat, pengadaan dan pengolahan agregat. Disamping itu, pengetahuan tentang sifat bahan pengikat, seperti: aspal menjadi dasar untuk merancang campuran sesuai jenis perkerasan yang diinginkan.
3. BETON ASPAL.
Beton aspal adalah jenis perkerasan yang terdiri dari campuran agregat dan aspal, dengan atau tanpa bahan tambahan (Sukirman, 2003). Tujuh karakteristik campuran yang harus dimiliki oleh beton aspal adalah: Stabilitas, Keawetan atau Durabilitas, Kelenturan atau Fleksibilitas, Ketahanan terhadap Kelelahan (Fatique Resistance), Kekesatan Permukaan atau Ketahanan Geser, Kedap Air dan Kemudahan Pelaksanaan.
membutuhkan perkerasan jalan dengan stabilitas tinggi. Durabilitas beton aspal dipengaruhi oleh tebalnya film atau selimut aspal, banyaknya pori dalam campuran, kepadatan dan kedap airnya campuran
Keawetan atau durabilitas adalah kemampuan beton aspal menerima repetisi beban lalu-lintas, seperti: berat berat kendaran dan gesekan antara roda kendaraan dengan permukaan jalan. Selimut aspal yang tebal akan membuat beton aspal lebih kedap air, sehingga kemampuannya menahan keausan semakin baik. Semakin besar pori yang tersisa dalam campuran setelah pemadatan, mengakibatkan durabilitas beton aspal menurun.
Kelenturan atau fleksibilitas adalah kemampuan beton aspal untuk menyesuaikan diri akibat penurunan (konsolidasi/settlement) dan pergerakan dari pondasi atau tanah dasar. Fleksibilitas dapat ditingkatkan dengan mempergunakan agregat bergradasi terbuka dengan kadar aspal yang tinggi.
Ketahanan terhadap kelehan (fatigue resistance) adalah kemampuan beton aspal menerima lendutan berulang akibat repetisi beban, tanpa terjadinya kelelahan berupa alur dan retak. Hal ini dapat tercapai jika mempergunakan kadar aspal yang tinggi.
Kekesatan (skid resistance) adalah kemampuan permukaan beton aspal terutama pada kondisi basah, memberikan gaya gesek pada roda kendaraan sehingga kendaraan tidak tergelincir atau slip. Faktor-faktor untuk mendapatkan kekesatan jalan sama dengan untuk mendapatkan stabilitas yang tinggi, yaitu: kekasaran permukaan dari butir-butir agregat, luas bidang kontak antar butir atau bentuk butir, gradasi agregat, kepadatan campuran dan tebal film aspal. Kedap air (impermeabilitas) adalah kemampuan beton aspal untuk tidak dapat dimasuki air ataupun udara ke dalam lapisan beton aspal. Air dan udara dapat mengakibatkan percepatan proses penuaan aspal. Tingkat impermeabilitas beton aspal berbanding terbalik dengan tingkat durabilitasnya.
Kemudahan pelaksanaan (workability) adalah kemampuan campuran beton aspal untuk mudah dihamparkan dan dipadatkan. Fktor yang mempengaruhi tingkat kemudahan dalam proses penghamparan dan pemadatan adalah viskositas aspal, kepekaan aspal terhadap perubahan temperature, gradasi serta kondisi agregat.
4. SIFAT VOLUMETRIK DARI BETON ASPAL.
Menurut Sukirman (2003), parameter yang umumnya dipergunakan untuk menentukan sifat volumetric dari beton aspal padat, baik yang dipadatkan di laboratorium maupun di lapangan, adalah:
1. VMA = volume pori di antara butir agregat campuran, dalam beton aspal, termasuk yang terisi oleh aspal. 2. VIM = volume pori beton aspal padat.
3. VFA = volume pori beton aspal padat yang terisi oleh aspal.
VIM (void in mix) adalah volume pori yang masih tersisa setelah campuran beton aspal dipadatkan. VIM ini dibutuhkan untuk tempat bergesernya butir-butir agregat, akibat pemadatan tambahan yang terjadi oleh repetisi beban lalu-lintas. Selain itu, VIM dapat dikatakan sebagai tempat jika aspal menjadi lunak akibat meningkatnya temperatur. Nilai VIM yang besar, mengakibatkan berkurangnya kekedapan terhadap air. Sedangkan nilai VIM yang terlalu kecil, akan mengakibatkan perkerasan mengalami bleeding jika temperature meningkat.
VMA (void in the mineral aggregate) adalah volume pori di dalam beton aspal padat jika seluruh selimut aspal ditiadakan. Tidak termasuk di dalam VMA adalah volume pori di dalam masing-masing butir agregat. VMA akan meningkat, jika selimut aspal lebih tebal, atau agregat yang digunakan bergradasi terbuka. Sedangkan VFA adalah volume pori beton aspal padat yang terisi oleh aspal atau volume film atau selimut aspal.
Gambar 1. Skematis Volume Beton Aspal. Gambar 2. Detail VIM, Selimut Aspal dan Aspal Terabsorbsi
Gambar 3. Penggambaran dan Hubungan dari VMA dan VIM
Dari Gambar 1. dan Gambar 2., dapat tergambarkan secara skematis dan ilustratistif akan VMA, VIM dan VFA; pada campuran beton aspal yang telah mengalamiu pemadatan. Dimana besar nilai dari VMA, VIM dan VFA di dalam campuran beton aspal dipengaruhi oleh gradasi agregat kasar, gradasi agregat halur, proses pemadatan, karakteristik aspal dan karakeristik agregat pengisi (filler). Hubungan empiris antara variabel yang mempengaruhi nilai VMA, VIM dan VFA di dalam campuran beton aspal dalam dinyatakan dalam formulasi berikut ini:
Padat Aspal Beton Bulk Volume dari % 100) Pal 100 100 x Gsb Gmb ( 100 VMA ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − = ...(1) Padat Aspal Beton Bulk Volume dari % Gmm Gmb Gmm x 100 VIM ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = ...(2) VMA dari % VMA ) VIM VMA ( 100 VFA= − ...(3) Ba Bssd Bk Gmb= − ...(4) Ga Pa Gse Ps 100 Gmm + = ...(5)
Dengan Gmb = berat jenis bulk dari beton aspal padat, Gsb = berat jenis bulk dari agregat pembentuk beton aspal padat, Pal = kadar aspal (%) terhadap berat agregat, Gmm = berat jenis maksimum dari beton aspal yang belum
aspal padat, Pa = kadar aspal (%) terhadap berat beton aspal padat, Gse = berat jenis efektif dari agregat pembentuk beton aspal padat, Ga = berat jenis aspal.
5. MINERAL FILLER
Bahan-bahan yang memenuhi persyaratan sebagai mineral filler adalah mineral halus yang tidak kurang dari 65 % melalui saringan No. 200 (Binamarga, 1972). Bagian yang melalui saringan No. 200 dinamakan debu mineral. Mineral filler dalam campuran beton aspal padat, mempunyai fungsi antara lain untuk: pengisi rongga (void), meningkatkan daya ikat (kohesi) pada aspal beton, memperbaiki stabilitas campuran dan memperbaiki kelelehan plastis (flow).
6. FLY ASH.
Fly ash atau tebu terbang batubara adalah partikel halus yang merupakan endapan dari tumbukan bubuk hasil
batubara yang dikumpulkan dengan mnggunakan Electrostatic Respirator (TFHRC, 2007). Fly ash telah lama digunakan sebagai mineral filler pengganti dalam pembuatan campuran aspal selama bertahun-tahun.
Ukuran partikel fly ash pada umumnya hamper mirip dengan partikel Lumpur (kurang dari 0,075 mm atau lolos ayakan No. 200). Berdasarkan ukuran fly ash tersebut, maka fly ash dapat mengisi rongga dalam campuran aspal dan berguna bagi kekuatan ikatan aspal dan kestabilan dari campuran tersebut.
Karakteristik fly ash adalah sebagai berikut:
1. Gradasi fly ash yang lolos saringan No. 200 berkisar antara 60 – 90 %.
2. Warna dari fly ash bervariasi, mulai dari coklat, abu-abu hingga hitam; hal terkandung pada kandungan karbon. Semakin terang warnya, maka kandungan karbonnya semakin sedikit.
3. Unsur penyusun utama dari fly ash adalah silica (Si), aluminium (Al), besi (Fe) dan kalsium (Ca), dengan jumlah unsure carbon ( C ) yang bervariasi.
4. Fly Ash bersifat hydrophobic. 7. METODA MARSHALL
Metoda Marshall adalah metoda pemeriksaan campuran aspal dengan agregat, untuk menentukan ketahanan (stabilitas) terhadap kelehan plastis (flow). Stabilitas adalah nilai tahanan maksimum yang dimiliki oleh campuran aspal pada suhu 140’F (Gerber, 2002). Sedangkan flow adalah total pergerakan dari campuran aspal, selama proses pengujian stabilitas. Marshall Quotation adalah nilai perbandingan antara stabilitas dengan flow. Alat Marshall merupakan alat tekan yang memiliki proving ring yang dilengkapi dengan pengukur stabilitas, serta memiliki pengukur kelelehan plastis, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 4. Peralatan Marshall. 8. AGREGAT
Menurut Asphalt Institut (1993) membedakan agregat menjadi:
1. Agregat kasar, adalah agregat dengan ukuran butiran lebih besar dari saringan No.8. 2. Agregat halus, adalah agregat dengan ukuran butir lebih halus dari saringan No.8.
Sifat agregat yang menentukan kualitasnya sebagai material perkerasan jalan adalah gradasi, kebersihan, kekerasan, bentuk butir, tekstur permukaan, porositas, kemampuan untuk menyerap air, berat jenis dan daya pelekatan dengan aspal. Gradasi agregat merupakan sifat yang sangat luas pengaruhnya terhadap kualitas perkerasan secara keseluruhan.
Gradasi agregat diperoleh dari hasil analisis pemeriksaan dengan menggunakan satu set saringan. Gradasi agregat menentukan rongga atau pori yang mungkin terjadi dalam agregat campuran. Menurut Sukirman (1993), gradasi agregat dapat dikelompokkan menjadi agregat bergradasi baik dan agregat bergradasi buruk. Agregat bergradasi baik adalah agregat yang ukuran butirnya terdistribusi merata dalam satu rentang ukuran butir. Agregat bergradasi baik dinamakan pula agregat bergradasi rapat. Sedangkan agregat bergradasi buruk adalah agregat yang tidak memenuhi persyaratan gradasi baik.
9. DATA PENELITIAN.
Dalam penelitian yang telah dilakukan, data penelitian tersusun atas: 1. Gradasi agregat kasar dan agregat halus.
Gradasi agregat kasar dan agregat halus dinyatakan dalam persentase tertahan di setiap saringan dan persentase kumulatif yang terbentuk, seperti yang terlihat pada gambar berikut ini:
0 50 100
1" 3/4 " 1/2 " 3/8 " No. 4 No. 8 Pan
No. Saringan / Ayakan
% T e rt a h a n Kumulatif Tertahan Tertahan di Saringan. 0 50 100 No. 12 No. 16 No. 20 No. 30 No. 40 No. 50 No. 60 No. 80 No. 100 No. 200 Pan.
No. Saringan / Ayakan
% T e rt ah an Kumulatif Tertahan Tertahan di Saringan.
Gambar 5. Gradasi Agregat Kasar. Gambar 6. Gradasi Agregat Halus. 2. Kadar Aspal Optimum.
Aspal yang dipergunakan pada penelitian ini adalah Aspal Iran dan Aspal Pertamina. Di dalam penelitian pendahuluan terhadap kadar aspal optimum di dalam campuran beton aspal, diketahui kadar aspal optimum diperkirakan berada di kisaran 5 hingga 5,4 %. Di tahap selanjutnya, untuk mendapatkan kadar aspal optimum secara tepat untuk aspal Iran dan aspal Pertamina, maka dilakukan pembuatan benda uji (campuran beton aspal) sebanyak 3 (tiga) buah di setiap kadar aspal 5,1%; 5,2%; 5,3%; dan 5,4%.
Berdasarkan hasil mengujian dengan Alat Marshall, diketahui bahwa:
1. Kadar Aspal Optimum di Campuran Beton Aspal untuk Aspal Iran adalah 5,2 % dan 2. Kadar Aspal Optimum di Campuran Beton Aspal untuk Aspal Pertamina adalah 5,3 %. Kadar aspal optimum yang diperoleh, dapat dilihat pada di bawah ini:
168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 M Q ( k g / m m ) 0 10 20 V o lu m e P o ri ( % ) VIM VMA VFB
160 162 164 166 168 170 172 174 176 5.1 5.2 5.3 5.4 Kadar Aspal ( % ) M Q ( k g / m m ) 0 10 20 5.1 5.2 5.3 5.4
Kadar Aspal ( % ) - Aspal Pertamina
Vo lu m e Po ri ( % ) VIM VMA VFB
Gambar 9. Kadar Aspal Optimum dari Aspal Iran. Gambar 10. Hubungan Volume Pori dengan Kadar Aspal Iran. 3. Beton Aspal Iran dengan Fly Ash.
Campuran Beton Aspal Iran dengan fly ash dilakukan dengan menambahkan kadar fly ash ke campuran beton aspal yang sudah memiliki kadar aspal optimum @ 1%; 1,5%; 2%; 2,5%; 3%; 3,5%; 4%; 4,5% dan 5%. Pengaruh fly ash pada campuran aspal Iran, dapat dilihat pada gambar berikut ini:
0 150 300
0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Kadar Fly Ash ( % )
M Q ( K g / m m ) 0 15 30 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Kadar Fly Ash ( % )
Vo lu m e Po ri ( % ) VIM VMA VFB Gambar 11. Hubungan MQ dengan Kadar Fly Ash. Gambar 12. Hubungan Volume Pori dengan Kadar Fly Ash.
0 600 1200
0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Kadar Fly Ash (%)
S ta b il it a s ( K g ) 0 3 6 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Kadar Fly Ash (%)
Fl ow ( m m )
Gambar 13. Hubungan Stabilitas dengan Kadar Fly Ash. Gambar 14. Hubungan Flow dengan Kadar Fly Ash. 4. Beton Aspal Pertamina dengan Fly Ash.
Seperti halnya dengan beton aspal Iran, campuran Beton Aspal Iran dengan fly ash juga dilakukan dengan menambahkan kadar fly ash ke campuran beton aspal yang sudah memiliki kadar aspal optimum @ 1%; 1,5%; 2%; 2,5%; 3%; 3,5%; 4%; 4,5% dan 5%. Pengaruh fly ash pada campuran aspal Pertamina, dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
0 150 300 450
0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Kadar Fly Ash ( % )
MQ ( K g / m m ) 0 15 30 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Kadar Fly Ash ( % )
V o lu me P o ri ( % ) VIM VMA VFB
Gambar 15. Hubungan MQ dengan Kadar Fly Ash. Gambar 16. Hubungan Volume Pori dengan Kadar Fly Ash.
0 600 1200
0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Kadar Fly Ash (%)
S tab il it as ( K g ) 0 3 6 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Kadar Fly Ash (%)
Fl ow ( m m )
Gambar 17. Hubungan Stabilitas dengan Kadar Fly Ash. Gambar 18. Hubungan Flow dengan Kadar Fly Ash. 10. ANALISA DATA
Berdasarkan data penelitian, dapat ketahui:
1. Agregat kasar dan agregat halus yang dipergunakan termasuk ke dalam agregat bergradasi baik (berdasarkan Gambar 5. dan Gambar 6.).
2. Kadar optimum dalam campuran agregat dengan aspal Iran adalah 5,2 %; dan kadar optimum dalam campuran agregat dengan aspal Pertamina adalah 5,3 % (berdasarkan Gambar 7. dan Gambar 9.)
3. Semakin besar kadar aspal (aspal Iran atau aspal Pertamina), maka volume pori (%) dalam campuran semakin mengecil (berdasarkan Gambar 8. dan Gambar 10.).
4. Pada kadar fly ash sebesar 1%, untuk semua campuran agregat dengan aspal optimum, didapatkan Nilai Terendah untuk: MQ dan Stabilitas; dan Nilai Tertinggi untuk: Volume Pori dan Flow.
5. Penambahan persentase fly ash ke dalam campuran agregat dengan aspal optimum, dapat meningkatkan nilai MQ dan Stabilitas; dan menurunkan Volume Pori dan Flow.
6. Nilai MQ dan Stabilitas, terlebih dahulu mengalami ”Kestabilan Relatif” tertentu dahulu, sebelum mengalami kenaikan dengan penambahan kadar fly ash.
7. Pada penambahan kadar fly ash > 3,5 %, nilai VFB dalam campuran agregat dengan aspal optimum (Iran dan Pertamina) maka meningkat, dan nilai VIM akan mengalami penurunan (berdasarkan Gambar 12.)
8. Pada kadar fly ash sebesar 5 %, MQ mencapai nilai tertinggi untuk campuran agregat dengan aspal Iran optimum dan fly ash, sebesar 266,999 kg/mm.
9. Pada kadar fly ash sebesar 4,5 %, MQ mencapai nilai tertinggi untuk campuran agregat dengan aspal Pertamina optimum dan fly ash, sebesar 323,091 kg/mm.
11. KESIMPULAN
Dari analisa data penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan beberapa hal, yang dapat dipergunakan untuk merencanakan campuran agregat dengan aspal Iran dan aspal Pertamina, sebagai berikut:
1. Aspal Pertamina memiliki nilai MQ (323,091 kg/mm) tertinggi pada campuran agregat dengan aspal dan fly ash, bila: kadar aspal yang dipergunakan sebesar 5,3 % dan kadar fly ash sebesar 4,5 %.
2. Aspal Iran memiliki nilai MQ (266,999 kg/mm kg/mm) tertinggi pada campuran agregat dengan aspal dan fly
ash, bila: kadar aspal yang dipergunakan sebesar 5,2 % dan kadar fly ash sebesar 5 %.
3. Penambahan fly ash > 3,5 % ke dalam campuran agregat aspal, dapat meningkatkan volume pori yang terisi aspal (VFB) semakin meningkat, sehingga memperkecil volume pori dalam beton aspal (VIM).
4. Penambahan fly ash, dapat menurunkan persentase volume pori secara keseluruhan (VMA). DAFTAR BACAAN
Garber, Nicholas J. and Lester A. Hoel. (2002). Traffic and Highway Engineering – Third Edition. Brook/Cole, USA.
http://www.tfhrc.gov/hnr20/recycle/waste/cfa51.htm.
Sukirman, Silvia. (2003). Beton Aspal Campuran Panas. Granit, Jakarta.
The Asphalt Institute. (1993). Mix Design Methods for Asphalt Concrete and other Hot Mix Types – Sixth Edition. Asphalt Instiutte, Kentucky, USA.
Wignall, Arthur; Peter S. Kendrick; Roy Ancil and Malcolm Copson. (1999). Proyek Jalan – Teori dan Praktek –
