Kualitas Papan Semen Dari Kayu Acacia mangium Willd. Dengan Substitusi Fly Ash.

(1)

DENGAN SUBSTITUSI FLY ASH

HECKHEL

DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2007

(2)

Substitusi Fly Ash. Di bawah bimbingan Dr. Ir. Dede Hermawan, MSc.

Papan semen partikel merupakan salah satu produk dari panil kayu yang berpotensi cukup besar untuk dikembangkan. Papan semen partikel adalah papan tiruan yang terbuat dari campuran partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya, semen dan bahan tambahan serta diberi perlakuan kempa dingin. Papan semen ini memiliki kelebihan jika dibandingkan dengan produk biokomposit lainnya, antara lain : tahan terhadap serangan jamur, serangga dan api, serta memiliki stabilitas dimensi yang tinggi.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas papan semen partikel dan mempelajari pengaruh substitusi semen dengan fly ash terhadap sifat fisis dan mekanisnya.

Bahan yang digunakan adalah Acacia mangium Willd., semen Portland tipe I merk Holcim dan fly ash. Adonan pembuatan papan semen partikel terdiri dari semen, air dan partikel dengan perbandingan 2,5 : 1,25 :1,0. Taraf substitusi sebagian semen dalam penelitian adalah 5%, 10%, 20%, 50%.

Suhu hidrasi terjadi akibat reaksi eksotermik antara semen dan air. Nilainya merupakan salah satu indikator kesesuaian kayu sebagai bahan baku papan semen partikel. Suhu dan waktu hidrasi dipengaruhi oleh zat ekstraktif sehingga zat ekstraktif dapat menghambat pengerasan semen.

Pengaruh substitusi fly ash terhadap sifat fisis dan sifat mekanis papan semen partikel dianalisa menggunakan rancangan acak lengkap (RAL) dan dilanjutkan dengan uji Duncan.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa suhu hidrasi semakin naik dengan meningkatnya taraf semen tersubstitusi, kecuali pada taraf substitusi 50%. Tingkat semen tersubstitusi sampai dengan 50% menghasilkan suhu hidrasi yang tergolong sedang (36 - 41°C), berdasarkan penggolongan oleh LPHH Bogor.

Hasil analisis sidik ragam menunjukkan bahwa substitusi semen oleh fly ash berpengaruh nyata terhadap seluruh sifat fisis dan mekanis papan partikel semen yang dihasilkan. Kerapatan papan semen partikel yang dihasilkan dalam penelitian ini telah memenuhi standar JIS A 5417 (1992) dan Bison (1975). Sedangkan untuk kadar air, pengembangan linear, dan pengembangan tebal papan semen partikel yang dihasilkan dalam penelitian ini hanya memenuhi standar JIS A 5417 (1992).

Seluruh sifat mekanis (MOR, MOE, IB, kuat pegang sekrup) papan partikel semen hasil penelitian masih dibawah kualitas yang disyaratkan oleh standar JIS A 5417-1992 maupun Bison (1975), kecuali pada MOE papan semen dengan taraf substitusi 0% sudah mencapai standar yang ditentukan oleh JIS A 5417-1992.

(3)

Quality of Cement Bonded Particle Board From Acacia mangium Willd. Wood

With Substitution of Fly Ash

HECKHEL1)_{, DEDE HERMAWAN}2)

Introduction: _{Cement bonded particle board is one kind of wood composite that has}

large potency to be developed. Cement bonded particle board made from mixture of wood particles or other lignocelluloses materials, cement and additives, and then cold pressed. Cement bonded particle board has many advantages compared to other bio-composite product, which are: resistance to fire, mold and insects, and also has high dimension stability. Hydration temperature happened because of exothermic reaction between cement and water. Hydration temperature is compatibility indicator between wood particle and cement. Hydration time and temperature are affected by extractives, because extractive can barrier cement hydration. The aims of this research was to find out the quality of cement bonded particle board and the effect of cement substitution with fly ash to board physical and mechanical properties. This research was doing during May-August 2006 period at bio-composite laboratory (Faculty of Forestry) and Energy Electrification Laboratory (Faculty of Agricultural Technology) IPB.

Methods: Material that used was Acacia mangium Willd particle, type I Portland cement (with Holcim Brand) and fly ash. Cement bonded particle board was made from cement water and wood particle with comparison 2,5 : 1,0 : 1,25. This blending was matted with woody mat former with actual size 30 x30 cm. It should have covered with plastic and zinc mat all over the mat former. After the mat forming process, it continued with setting process. Setting process is a process with that formed blending and was given a specific pressure 35 Kg/cm2, continues with oven process with 600C for 24 hours. After the setting process, panel was removed from the oven. Plastic and zinc mat that covered the panels are released. Next process of making Cement bonded particle board was curing process. This process refers to panels curing that consist of two stages. The first stage was panel overlayed at room temperature for three weeks. The second stage was re-oven the panels at temperature ± 800C for 10 hours. The last step of board making process was conditioning at room temperature for one week.

Result and Discussion:_{Substituted cement level until 50% produced medium hydration}

temperature (36 - 41°C), based on LPHH Bogor classification. All Physical properties of cement bonded particle board (Density value, water content, linear swelling, thickness swelling) have fulfilled standard of JIS A 5417 (1992). Mechanical properties consisted Internal of Bond (IB) with value range from 1,04 – 2,43 kg/cm², Modulus of Elasticity (MOE) value range from 5928.11 – 25519.40 kg/cm², Modulus of Rupture (MOR) value range from 17,18 – 58,73kg/cm², screw hold strength value range from 14,43 – 25,69kg. All Physical properties of cement bonded particle board was not fulfiled standard of JIS A 5417 (1992).

Conclusion: _{Result of statistical analysis indicated that substitution cement by fly ash}

had an affect on physical and mechanical properties of cement bonded particle board.

Advisor

Dr. Ir. Dede Hermawan, MSc. Department of Forest Product

1) Student of Department of Forest Product, Faculty of Forestry IPB 2) Lecturer of Department of Forest Product, Faculty of Forestry IPB

(4)

DENGAN SUBSTITUSI FLY ASH

HECKHEL

Skripsi

Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Kehutanan pada Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor

DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2007

(5)

NRP : E 24102060 Departemen : Hasil Hutan

Disetujui, Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Dede Hermawan, M.Sc. NIP. 131 950 984

Diketahui,

Dekan Fakultas Kehutanan Insitut Pertanian Bogor

Prof. Dr. Ir. H.Cecep Kusmana, M.S. NIP. 131 430 799

(6)

Syukur alhamdulilah penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T, karena atas segala nikmat dan karunia-Nya, karena hanya dengan pertolongan-Nya lah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini berjudul “Kualitas Papan Semen dari Kayu Acacia mangium Willd. dengan Substitusi Fly Ash ”. Skripsi ini memuat laporan penelitian yang dilakukan penulis untuk mengetahui pengaruh subsitusi semen dengan fly ash terhadap kualitas papan semen yang dihasilkan. Penyusunan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan pada Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor.

Dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapakan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada pihak-pihak yang telah membantu :

1. Keluarga tercinta yang telah memberikan kasih sayang, doa dan restu serta pengorbanan yang terbaik bagi putranya.

2. Bapak Dr. Ir. Dede Hermawan, M.Sc. yang telah memberikan bantuan, arahan, nasihat dan bimbingan dalam penulisan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Suwarno Sutarahardja sebagai dosen penguji wakil dari Departemen Manajemen Hutan yang telah memberikan nasihat, kritik dan saran yang membangun.

4. Bapak Dr. Ir. A. Machmud Thohari, DEA. sebagai dosen penguji wakil dari Departemen Konservasi Sumberdaya Hutan yang telah memberikan kritik dan sarannya.

5. Teman-teman THH’39 (Indra, Chiput, Aconk, Ace, Ieka, dll.), THH’40 (Welly, Pupuy, Ina, Rico, dll.), keluarga besar Fahutan IPB, Teman Seperjuangan saya Sesar, teman-teman saya (Baby, Bonita, Wisnu, Videl, Adam, Dimas, ).

Semoga tulisan ini dapat bermanfaat dan dapat menjadi sumber informasi bagi yang menggunakannya.

Bogor, Januari 2007

(7)

Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 28 Maret 1984. Penulis merupakan anak tungal, buah hati pasangan Jackenad Muthian dan Helmy Rama Yanthie

Jenjang pendidikan formal yang dilalui penulis adalah pendidikan dasar di Sekolah Dasar Negeri Polisi I bogor tahun 1990-1996, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama pada SLTP Negeri V Bogor tahun 1996-1999 dan Sekolah Menengah Umum di SMU Negeri 1 Bogor tahun 1999-2002.

Pada tahun 2002 penulis berhasil lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI), pada Program Studi Teknologi Hasil Hutan, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan. Tahun 2004 penulis mengambil Sub-Program Studi Pengolahan Hasil Hutan dan pada tahun 2005 memilih Biokomposit sebagai bidang keahlian.

Pada tahun 2005 penulis melakukan kegiatan Praktek Pengenalan dan Pengelolaan Hutan (P3H) di Getas (Jawa Timur), Cilacap, dan Batu Raden. Pada bulan Februari - Maret 2006 penulis melakukan Praktek Kerja Lapang di PT. Anditya Furniture, Bogor.

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana kehutanan di Fakultas Kehutanan IPB, penulis menyusun skripsi dengan judul ”Kualitas Papan Semen Dari Kayu Acacia mangium Willd Dengan Subsitusi Fly Ash” di bawah bimbingan Dr. Ir. Dede Hermawan, M.Sc.

(8)

Halaman

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ... iii

DAFTAR GAMBAR ... v

DAFTAR LAMPIRAN ... vi

PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1

Tujuan ... 2

Manfaat ... 2

Hipotesa ... 2

TINJAUAN PUSTAKA Papan Semen Partikel ... 3

Semen ... 5

Abu Terbang (Fly Ash) ... 7

Pembuatan Papan Semen ... 9

Sifat Fisis dan Mekanis Papan Semen ... 10

Suhu Hidrasi ... 12

Kayu Acacia mangium Willd ... 14

METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian ... 15

Bahan dan Alat Penelitian... 15

Metode Penelitian... 15

Standar Pengujian Papan Semen Partikel ... 25

Rancangan Percobaan dan Analisis Data ... 26

HASIL DAN PEMBAHASAN Suhu Hidrasi ... 28

Sifat Fisis Papan Semen Partikel ... 30

Kerapatan ... 30

Kadar Air ... 32

Pengembangan Linear ... 34

Pengembangan Tebal ... 36

Daya Serap Air ... 39

Sifat Mekanis Papan Semen Partikel... 42

Keteguhan Patah atau Modulus of Rupture (MOR) ………….... 42

Keteguhan Lentur atau Modulus of Elasticity (MOE) ……….... 44

(9)

DAFTAR PUSTAKA ... 51 LAMPIRAN ... 53

(10)

iii

Halaman

1. Persyaratan standar papan semen partikel menurut Bison, 1975 ... 3

2. Persyaratan standar papan semen partikel menurut JIS A5417-1992 .... 4

3. Komposisi bahan kimia semen portland ... 7

4. Komposisi bahan kimia penyusun fly ash ... 8

5. Komposisi bahan untuk pengujian suhu hidrasi ... 16

6. Komposisi bahan adonan dalam pembuatan papan semen partikel ... 18

7. analisis sidik ragam sifat-sifat papan semen ... 27

8. Suhu hidrasi semen pada berbagai macam adonan ... 29

9. Hasil analisis kerapatan panil pada berbagai taraf perlakuan ... 31

10. Uji lanjut Duncan terhadap nilai kerapatan panil pada berbagai... taraf perlakuan... 32

11. Hasil analisis kadar air panil pada berbagai taraf perlakuan ... 33

12. Uji lanjut Duncan terhadap nilai kadar air panil pada berbagai ... taraf perlakuan... 33

13. Hasil analisis pengembangan linear panil setelah perendaman 2 jam ... pada berbagai taraf perlakuan ... 35

14. Hasil analisis pengembangan linear panil setelah perendaman 24 jam ... pada berbagai taraf perlakuan ... 35

15. Uji lanjut Duncan terhadap nilai pengembangan linear panil ... setelah perendaman 2 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 36

16.Uji lanjut Duncan terhadap nilai pengembangan linear panil ... setelah perendaman 24 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 36

17. Hasil analisis pengembangan tebal panil setelah perendaman ... 2 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 38

18. Hasil analisis pengembangan tebal panil setelah perendaman ... 24 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 38

19. Uji lanjut Duncan terhadap nilai pengembangan tebal panil ... setelah perendaman 2 jam pada berbagai taraf perlakuan... 39

(11)

21. Hasil analisis daya serap air perendaman 2 jam ...

pada berbagai taraf perlakuan ... 41 22. Hasil analisis daya serap air perendaman 24 jam ...

pada berbagai taraf perlakuan ... 41 23. Uji lanjut Duncan terhadap nilai daya serap air panil setelah ...

perendaman 2 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 41 24. Uji lanjut Duncan terhadap nilai daya serap air panil setelah ...

perendaman 24 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 42 25. Hasil analisis MOR pada berbagai taraf perlakuan ... 43 26. Uji lanjut Duncan terhadap nilai MOR panil...

pada berbagai taraf perlakuan... 43 27. Hasil analisis MOE pada berbagai taraf perlakuan ... 45 28. Uji lanjut Duncan terhadap nilai MOE panil ...

pada berbagai taraf perlakuan ... 45 29. Hasil analisis IB pada berbagai taraf perlakuan ... 47 30. Uji lanjut Duncan terhadap nilai IB panil ...

pada berbagai taraf perlakuan ... 47 31. Hasil analisis Kuat Pegang Sekrup pada berbagai taraf perlakuan ... 48 32. Uji lanjut Duncan terhadap nilai kuat pegang sekrup panil...

(12)

Halaman

1. Alat ukur suhu hidrasi ... 17

2. Pembuatan lembaran lapik menggunakan cetakan ... 19

3. Pengempaan lapik dan sistem klem ... 19

4. Alur proses pembuatan papan semen ... 20

5. Pola pemotongan contoh uji menurut JIS A 5908 (1994) ... 21

6. Pemberian beban dalam rangka uji MOE dan MOR ... 23

7. Sketsa alat uji Internal Bond ... 25

8. Sketsa pemasangan sekrup pada uji kuat pegang sekrup ... 25

9. Kurva suhu hidrasi semen dalam berbagai taraf perlakuan ... 28

10.Histogram kerapatan panil pada berbagai taraf perlakuan ... 30

11.Histogram kadar air panil pada berbagai taraf perlakuan ... 32

12.Histogram pengembangan linear panil setelah perendaman ... pada berbagai taraf perlakuan ... 34

13.Histogram pengembangan tebal panil setelah perendaman ... pada berbagai taraf perlakuan ... 37

14.Histogram daya serap air setelah perendaman ... pada berbagai taraf perlakuan ... 40

15. Histogram MOR panil pada berbagai taraf perlakuan ... 42

16.Histogram MOE panil pada berbagai taraf perlakuan ... 44

17.Histogram IB panil pada berbagai taraf perlakuan ... 46

(13)

Halaman 1. Pengukuran suhu hidrasi ... 54 2. Nilai rata-rata kerapatan panil pada berbagai taraf perlakuan ... 55 3. Nilai rata-rata kadar air panil pada berbagai taraf perlakuan ... 55 4. Nilai rata-rata pengembangan linear setelah perendaman ...

2 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 55 5. Nilai rata-rata pengembangan linear setelah perendaman ...

24 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 55 6. Nilai rata-rata pengembangan tebal setelah perendaman ...

2 jam pada berbagai taraf perlakuan ... 56 7. Nilai rata-rata pengembangan tebal setelah perendaman ...

jam pada berbagai taraf perlakuan ... 56 8. Nilai rata-rata daya serap air setelah perendaman 2 jam ...

pada berbagai taraf perlakuan ... 56 9. Nilai rata-rata daya serap air setelah perendaman 24 jam ...

pada berbagai taraf perlakuan ... 56 10.Nilai rata-rata keteguhan patah atau Modulus of Rupture ...

(MOR) pada berbagai taraf perlakuan ... 57 11.Nilai rata-rata keteguhan lentur atau Modulus of Elasticity ...

(MOE) pada berbagai taraf perlakuan ... 57 12.Nilai rata-rata Internal Bond (IB) pada berbagai taraf perlakuan ... 57 13.Nilai rata-rata kuat pegang sekrup pada berbagai taraf perlakuan ... 57

(14)

Latar Belakang

Dalam upaya peningkatan pemanfaatan kayu secara efektif dan efisien untuk memenuhi permintaan akan produk kayu yang semakin bertambah dari tahun ke tahun, maka diperlukan terobosan baru dalam pengetahuan di bidang biokomposit. Salah satu produk biokomposit yang berpotensi untuk dikembangkan adalah papan semen partikel. Papan semen partikel adalah papan komposit yang terbuat dari campuran partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya, semen, air, dan bahan tambahan serta diberi perlakuan kempa dingin. Perbandingan antara jumlah partikel : semen adalah sekitar 1 : 2,75 (Bison, 1975)

Kelebihan papan semen dibanding dengan produk biokomposit lainnya antara lain memiliki stabilitas dimensi yang tinggi, tahan terhadap serangan faktor perusak biologis seperti jamur dan serangga, dan tahan terhadap api. Sedangkan kelemahan dari papan semen partikel ini adalah mempunyai kerapatan yang tinggi sehingga sulit untuk dipotong dan dipasang, proses pembuatannya lama (±1 bulan), dan biayanya sangat dipengaruhi oleh harga semen. Kelemahan papan semen yang terakhir ini disebabkan karena semen sebagai bahan pengikat merupakan bagian dominan dari keseluruhan bahan pembuatan papan semen partikel. Kayu hanya menyusun kira-kira 27 % produk berdasarkan berat dan kurang dari 10% biaya pembuatan papan semen partikel.

Salah satu upaya untuk mengurangi biaya pembuatan papan semen partikel adalah dengan menggunakan fly ash (abu terbang) sebagai bahan substitusi semen. Fly ash yang digunakan pada penelitian ini didapat dari Perusahaan Toba Pulp Lestari yang terletak di Provinsi Sumatera Utara. Fly ash atau biasa disebut boiler ash ini merupakan hasil dari proses pembakaran cangkang kelapa sawit. Tiap harinya dihasilkan kurang lebih 90 ton fly ash. Selama ini fly ash hampir tidak digunakan dan menumpuk sebagai limbah.

Hal inilah yang memicu penulis untuk meneliti apakah fly ash ini dapat digunakan sebagai substitusi semen dalam pembuatan papan semen partikel, sehingga dapat mengurangi biaya pembuatan semen dan meningkatkan nilai tambah dari fly ash yang selama ini menjadi limbah di PT. Toba Pulp Lestari.

(15)

Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas papan semen partikel kayu Acacia mangium Willd. dan mempelajari pengaruh substitusi semen dengan fly ash terhadap sifat fisis dan mekanisnya.

Manfaat

Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat dan memberi inspirasi dalam pengembangan dan kemajuan teknologi pembuatan papan semen.

Hipotesa

Substitusi sebagian semen dengan fly ash pada persentase tertentu berpengaruh pada sifat fisis dan mekanis papan semen partikel

(16)

Papan Semen Partikel

Papan semen merupakan papan yang dibuat dari potongan kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya dengan semen sebagai perekatnya. Papan buatan dengan perekat semen mempunyai sifat tertentu yang lebih baik dari papan buatan dengan perekat organik, karena lebih tahan terhadap serangga dan api sehingga tidak perlu lagi ditambahkan bahan pengawet. (Sutigno et al. 1977). Haygreen dan Bowyer (1989), menambahkan bahwa kelebihan papan semen lainnya adalah dapat disambung, disekrup, dipaku, dan dibor. Papan semen ini juga tidak menghasilkan bahan-bahan kimia berbahaya dan tidak berpengaruh pada kualitas udara di dalam ruangan (Pease, 1994).

Standar penelitian ini menggunakan persyaratan standar sifat-sifat fisis dan mekanis papan semen partikel menurut paten (Bison, 1975) yang tercantum pada Tabel 1 dan Persyaratan sifat-sifat fisis dan mekanis papan semen partikel menurut standar JIS tahun 1992 yaitu Japanese Industrial Standard Cement Bonded Particle Board No. A 5417-1992 yang tercantum pada Tabel 2.

Tabel 1. Persyaratan standar papan semen partikel menurut Bison, 1975

Sifat-sifat papan Semen Standar Bison (1975)

Kerapatan (g/cm3) Maks 1,25

Kadar air (%) 12-15

Pengembangan Tebal setelah direndam air

selama 2 jam (%) 0,8-1,3

Pengembangan Tebal setelah direndam air

selama 24 jam (%) 1,2-2,0

Pengembangan Tebal setelah direndam air

selama 48 jam (%) 1,2-2,0

Daya Hantar panas (W/mK) 0.18-0,26

Modulus elastisitas (MOE) (kg/cm2) 30.000-50.000

Modulus patah (MOR) (kg/cm2) 90-150

Keteguhan rekat internal (kg/cm2) 4-6

(17)

Tabel 2. Persyaratan standar papan semen partikel menurut JIS A5417-1992

Sifat Fisis dan Mekanis Papan Semen Nilai

Kerapatan : panil kerapatan tinggi > 0,8 g/cm3

Kadar Air Maks 16%

Pengembangan Tebal untuk panil dengan tebal

12 mm toleransi tebal ± 1 mm (± 8,3%)

Pengembangan Linear untuk panil dengan

tebal 12 mm toleransi linear ± 1 mm (± 8,3%)

Daya Serap Air -

Internal Bonding -

Modulus of Rupture (MOR) > 63 kg/cm2

Modulus of Elastisity (MOE) > 24.000kg/cm2

Sumber : JIS A 5417-1992.

Selain kelebihan-kelebihan papan semen yang telah dijabarkan sebelumnya, Papan komposit yang menggunakan bahan pengikat semen ini memiliki beberapa kekurangan seperti diantaranya memiliki kerapatan yang paling tinggi (1,25 g/cm3) dibandingkan dengan papan partikel kerapatan sedang (0,4-0,8 g/cm3) maupun papan partikel berkerapatan tinggi (0,8-1,05 g/cm3) (Bison, 1975). Kerapatan yang tinggi ini menyebabkan papan semen partikel sulit dipotong dan dipasang sehingga menjadi penghambat dalam perkembangannya (Haygreen dan Bowyer, 1989)

Sifat-sifat papan semen partikel ditentukan oleh dua komponen dasar, yaitu kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya dan semen sebagai bahan pengikatnya. Papan semen partikel ini bisa dilapisi dengan bahan lain yang mempunyai kekuatan yang baik (Bison, 1975).

Sifat fisis dan mekanis papan semen yang terpenting adalah kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, daya serap air, modulus patah, modulus elastisitas, dan keteguhan rekat internal. Sifat ini penting terutama untuk pemakaian struktural, seperti pelapisan atas lantai, dinding sisi dan bagian-bagian industri yang memerlukan kekuatan dan ketegaran (Haygreen dan Bowyer, 1989). Penggunaan akhir papan semen partikel antara lain untuk dinding bangunan pabrik, konstruksi bangunan tanpa tiang, peredam suara, dinding dan pagar taman, sebagai pengganti papan asbes dan pengganti kayu lapis.

(18)

Semen

Semen (cement) adalah hasil industri dari paduan batu kapur/gamping sebagai bahan utama dan lempung/tanah liat atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk/bulk, tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Batu kapur/gamping adalah bahan alam yang mengandung senyawa Calcium Oksida (CaO), sedangkan lempung/tanah liat adalah bahan alam yang mengandung senyawa : Silika Oksida (SiO2), Aluminium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3)

dan Magnesium Oksida (MgO). Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh, lalu terbentuk clinker, yang kemudian dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Hasil akhir dari proses produksi dikemas dalam kantong/zak dengan berat rata-rata 40 kg atau 50 kg.

Semen sebagai bahan pengikat partikel mempunyai ketahanan yang istimewa terhadap perusakan dan pembusukan, serangga dan api, sehingga papan semen cocok untuk permukaan dinding-dinding eksterior dan interior (Haygreen dan Bowyer, 1989).

Jenis-jenis semen menurut BPS adalah :

• Semen abu (portland cement) adalah bubuk/bulk berwarna abu kebiru-biruan, dibentuk dari bahan utama batu kapur/gamping berkadar kalsium tinggi yang diolah dalam tanur yang bersuhu dan bertekanan tinggi. Semen ini biasa digunakan sebagai perekat untuk memplester. Semen ini berdasarkan prosentase kandungan penyusunannya terdiri dari 5 (lima) tipe, yaitu tipe I sampai dengan tipe V.

• Semen putih (gray cement) adalah semen yang lebih murni dari semen abu dan digunakan untuk pekerjaan penyelesaian (finishing), seperti sebagai filler atau pengisi. Semen jenis ini dibuat dari bahan utama kalsit (calcite) limestone murni.

• Semen sumur minyak (oil well cement) adalah semen khusus yang digunakan dalam proses pengeboran minyak bumi atau gas alam, baik di darat maupun di lepas pantai.

(19)

• Mixed & fly ash cement adalah campuran semen abu dengan Pozzolan buatan (fly ash). Pozzolan buatan (fly ash) merupakan hasil sampingan dari pembakaran batubara yang mengandung amorphous silika, aluminium oksida, besi oksida dan oksida lainnya dalam berbagai variasi jumlah. Semen ini digunakan sebagai campuran untuk membuat beton, sehingga menjadi lebih keras.

Badan Standar Nasional (1994) mengolongkan semen Portland menjadi lima jenis, yaitu:

• Semen portland jenis I, yaitu semen portland untuk penggunaan umum yang tidak membutuhkan persyaratan-persyaratan khusus seperti pada jenis-jenis yang lain

• Semen portland jenis II, yaitu semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahan terhadap sulfat atau kalor hidrasi sedang

• Semen portland jenis III, yaitu semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan kekuatan tinggi pada tahap permulaan setelah pengikatan terjadi

• Semen portland jenis IV, yaitu semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan kalor hidrasi rendah

• Semen portland jenis V, yaitu semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan yang tinggi terhadap sulfat.

Semen portland sebagai perekat hidrolisis dapat mengeras apabila bersenyawa dengan air dan akan membentuk benda padat yang tidak larut dalam air. Jumlah air yang digunakan untuk sejumlah semen menentukan kualitas adukan campuran yang dihasilkan (Purwoko, 1980).

Simatupang (1974) mengemukakan bahwa semen selain sebagai pengikat hidrolisis juga dapat berfungsi sebagai pengawet dan dapat mengurangi sifat mudah terbakar dari papan semen partikel. Secara umum komposisi bahan kimia yang terdapat dalam semen portland menurut Moslemi (1994) dapat dilihat pada Tabel 3.

(20)

Tabel 3. Komposisi bahan kimia semen portland

Komposi bahan kimia Jumlah (%)

Kapur (CaO) 60-80

Silikat (SiO2) 19-24

Alumina (Al2O3) 3,0-7,0

Besi oksida (Fe2O3) 0,7-3,0

Magnesia (MgO) 1,5-7,2

Sulfur Trioksida (SO3) 0,0-1,0

Soda (Na2O) 0,1-1,5

Potasium (K2O) 0,3-0,6

Sumber : Moslemi (1994)

Mutu semen sebagai bahan pengikat sangat ditentukan oleh mutu ikatannya, sedangkan mutu ikatan semen ditentukan oleh jenis semen (Shreve dan Brink, 1977). Semen portland cenderung lebih tahan terhadap air dan sifat mengeras lebih cepat dibandingkan dengan jenis semen yang lain, sehingga umum dipakai dalam pembuatan papan semen partikel.

Abu Terbang (Fly Ash)

Abu terbang adalah abu sisa pembakaran batu bara yang dipakai dalam banyak industri. Komposisi bahan-bahan penyusunnya terdiri dari material-material oksida anorganik yang mengandung silika dan alumina aktif,kuarsa, juga besi dan kapur yang cukup tinggi. Abu terbang sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan ukuran partikelnya yang halus, oksida silika yang dikandung oleh abu terbang akan bereaksi secara kimia dengan kalsium hidroksida yang terbentuk dari proses hidrasi semen dan menghasilkan zat yang memiliki kemampuan mengikat.

Tahun 1989, total abu yang dihasilkan dari pembakaran batu bara di seluruh dunia mencapai 440 miliar ton, sekitar 75 persen adalah abu terbang. Produsen utama adalah negara-negara bekas Uni Soviet (99 miliar ton), diikuti Cina (55 miliar ton), Amerika Serikat (53 miliar ton) dan India (40 miliar ton). Produksi abu ini terus meningkat dari tahun ke tahun. Cina sendiri menghasilkan lebih dari 110 miliar ton abu di tahun 2000, dengan total produksi abu dunia tahun 2000 mencapai angka 661 miliar ton.

Selama ini abu terbang tidak dimanfaatkan dan dibuang begitu saja, sehingga memiliki potensi mencemari lingkungan. Tingkat pemanfaatan abu

(21)

terbang dalam produksi semen saat ini masih tergolong amat rendah. Cina memanfaatkan sekitar 15 persen, India kurang dari lima persen, untuk memanfaatkan abu terbang dalam pembuatan beton. Abu terbang ini sendiri, kalau tidak dimanfaatkan juga bisa menjadi ancaman bagi lingkungan. Pemanfaatan abu terbang akan mendatangkan efek ganda pada tindak penyelamatan lingkungan, yaitu penggunaan abu terbang akan memangkas dampak negatif kalau bahan sisa ini dibuang begitu saja dan sekaligus mengurangi penggunaan semen portland dalam pembuatan beton. Selain lebih ramah lingkungan, mengurangi jumlah energi yang diperlukan karena berkurangnya pemakaian semen, lebih awet dan lebih murah, bahan ini juga tetap menunjukan perilaku mekanik yang memuaskan. Komposisi bahan kimia penyusun fly ash dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Komposisi bahan kimia penyusun fly ash

Komposisi Bahan Kimia Jumlah

Nitrogen (%) 0,12

Carbon organic (%) 0,65

Kalium(%) 36,17

Calsium (%) 5,95

Clorin (%) 0,15

Minyak (%) 0,014

Fosforus (ppm) 2357

Magnesium (ppm) 3619

Boron (ppm) 0,006

Cuprum (ppm) 34,48

Zincum (ppm) 57,39

Mangan (ppm) 6,5

Besi (ppm) 70,83

Fly ash yang digunakan dalam penelitian ini adalah fly ash (boiler ash) yang berasal dari PT. Toba Pulp Lestari. Fly ash ini merupakan hasil pembakaran cangkang kelapa sawit berupa partikel-partikel halus berwarna hitam. Setiap harinya boiler ash diproduksi dalam jumlah yang sangat banyak di PT.Toba Pulp Lestari dan hanya sedikit yang digunakan sebagai pupuk dan media persemaian bagi tanaman Eucalyptus.

(22)

Pembuatan Papan Semen Partikel

Tahap-tahap pembuatan papan semen partikel menurut paten (Bison, 1975) adalah sebagai berikut :

1. Persiapan flake (Flake Preparation)

Sebelum dibuat flake, kayu dibersihkan dari kulit dan disimpan selama beberapa bulan untuk menyesuaikan kadar air sekaligus mengurangi zat-zat penghambat ikatan antara semen dengan partikel-partikel kayu

2. Pembuatan partikel

Kayu dipotong-potong menjadi ukuran 50 cm dengan chain saw, kemudian dimasukkan dalam flaker. Hasilnya berupa partikel berukuran panjang 30-40 mm dengan tebal 0,2-0,3 mm. Partikel yang ukurannya lebih besar dari ukuran ini secara otomatis dipisahkan dan kemudian digiling kembali lalu disimpan dalam storage bin.

3. Pengendalian kadar air

Pengukuran kadar air dilakukan di storage bin secara kontinyu. Variasi kadar air dikompensasi dengan cara penambahan air pada tahap pengolahan selanjutnya.

4. Penimbangan dan pembuatan adonan (proportion and mixing)

Bahan-bahan dalam pembuatan papan semen partikel seperti semen, kayu, air, dan zat kimia tambahan dicampur dalam satu tangki pencampuran (mixing station). Semua bahan yang digunakan dalam pembuatan adonan ditimbang secara seksama.

5. Pembuatan lembaran (mats forming)

Kualitas lapik dipengaruhi oleh toleransi ukuran tebal akhir panil, sehingga diperlukan toleransi penyebaran adonan secara merata diatas plat cetakan. Penyebaran adonan yang homogen dalam cetakan sangat berpengaruh terhadap kerapatan lapik.

6. Pembuatan (pressing)

Tekanan yang dibutuhkan pada proses pengempaan sampai dengan 25 kg/cm3. Tingkat tekanan tergantung pada ukuran dan ketebalan papan serta jumlah papan. Proses ini membutuhkan waktu yang cukup lama.

(23)

7. Pengerasan awal, pematangan, dan pengkondisian (hardening, maturing, and conditioning)

Pada pengerasan awal panil diberi tekanan dan panas yang dikontrol. Pemberian panas dilakukan selama 6-8 jam. Pematangan ikatan semen dengan partikel kayu memerlukan waktu minimal 18 hari. Setelah itu panil mencapai kekuatan yang optimal. Lembaran-lembaran panil ditumpuk di gudang atau diletakkan berdiri tegak dan diberi celah supaya sirkulasi udara baik, sehingga kadar air panil dengan lingkungan sesuai.

8. Penyelesaian (finishing)

Penyelesaian dilakukan dengan cara pengamplasan panil pada satu sisi atau dua sisi sesuai dengan permintaan konsumen. Pengampelasan pada satu atau dua sisi harus memperhatikan tingkat ketebalan. Pada umumnya untuk meratakan tepi papan mengunakan, mesin pemotongan manual yang digunakan pada industri papan partikel.

Terdapat terdapat dua alternatif ukuran panil yaitu 1.220 x 2.440 mm dan 1.250 x 2.800 mm. Ukuran ketebalan berkisar 8-40 mm dan kerapatan maksimum 1,250 kg/cm3 untuk perbandingan partikel : semen adalah 1 : 2,75. (Bison, 1975). Hermawan (2001) menyatakan untuk memperbaiki kesesuaian kayu sebagai bahan baku papan papan semen dapat dilakukan melalui penyimpanan dan penggunaan mineral. Hasil penelitian Hermawan (2001) menyatakan bahwa pemberian gas CO2 dan supercritical CO2 setelah pengempaan ke dalam papan

semen partikel mampu mempercepat proses pengerasan semen dan meningkatkan kualitas panil.

Sifat Fisis dan Mekanis Papan Semen

Sifat fisis dan mekanis papan partikel yang terpenting adalah kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, daya serap air, modulus patah, modulus elastisitas dan keteguhan rekat internal. Sifat ini penting terutama untuk pemakaian struktural seperti pelapisan, alas lantai, dinding sisi dan bagian-bagian industri yang memerlukan kekuatan dan ketegaran (Haygreen dan Bowyer, 1989).

(24)

• Kerapatan

Kerapatan merupakan sifat fisik yang menunjukan kekompakan ikatan partikel dalam suatu panel (Haygreen dan Bowyer, 1989). Kerapatan rata-rata akhir papan lebih ditentukan oleh jenis bahan baku, jenis adonan, persiapan awal, pengeringan, kadar perekat dan katalisator (Sutini, 2003)

• Kadar air

Kadar air merupakan sifat fisik yang menunjukan banyaknya air yang terdapat dalam panil (Haygreen dan Bowyer, 1989). Kadar air papan dipengaruhi oleh partikel, kerapatan, konfigurasi partikel, kadar perekatan dan katalisator (Sutini, 2003)

• Pengembangan tebal

Perubahan dimensi papan partikel dalam hal ini ketebalan dapat menjadi penting dalam banyak pemakaiannya. Stabilitas dimensi papan akan rendah apabila pengembangan tebal papan tinggi. Pengembangan tebal seperti itu bukanlah suatu proses yang seketika tetapi membutuhkan waktu setelah papan menjadi basah (Haygreen dan Bowyer, 1989).

• Daya serap air

Daya serap air merupakan sifat fisik yang mencerminkan kemampuan papan semen untuk menyerap air. Perbedaan daya serap papan terhadap air berhubungan dengan kerapatan papan yang berbanding terbalik dengan daya serap air. Semakin besar kerapatan papan maka makin kecil daya serapnya terhadap air (Haygreen dan Bowyer, 1989).

• Modulus patah

Sifat ini adalah tingkat keteguhan papan semen dalam menerima beban tegak lurus terhadap permukaan papan. (Haygreen dan Bowyer, 1989). menyatakan semakin tinggi kerapatan partikel penyusunnya, maka akan semakin tinggi sifat keteguhan dari papan partikel yang dihasilkan.

• Modulus lentur

Modulus lentur merupakan ukuran ketahanan terhadap pembengkokan. Berhubungan langsung dengan kekakuan gelagar yang juga merupakan suatu faktor untuk kekuatan atau tiang yang panjang (Haygreen dan Bowyer, 1989).

(25)

• Keteguhan rekat internal

Keteguhan rekat internal yaitu kekuatan tarik tegak lurus bidang panil. Keteguhan rekat merupakan ukuran tunggal terbaik tentang kualitas pembuatan suatu papan karena menunjukan kekuatan ikatan antara partikel-partikel (Haygreen dan Bowyer, 1989).

Suhu Hidrasi

Menurut Moslemi (1989), hardwood secara umum lebih menghambat hidrasi semen dibandingkan softwood. Hal ini diakibatkan besarnya jumlah kandungan hemisellulosa yang dapat larut dalam hardwood.

Pengukuran suhu hidrasi mengacu pada metode Hermawan (2001) dilakukan dengan menggunakan kotak styrene foam yang kedap udara dimana kedalamnya dimasukkan suatu wadah (gelas plastik) berisikan adonan partikel, bahan pengikat (semen dan fly ash) dan air dengan tingkat perbandingan 1 : 13,3 : 6,65. Adonan yang telah diaduk sampai homogen didalam gelas plastik dihubungkan dengan recorder menggunakan termokopel, lalu kotak styrene foam ditutup rapat agar tidak ada panas yang keluar. Kenaikan suhu dicatat setiap jam terus menerus selama 24 jam dalam periode tertentu suhu maksimum akan tercapai dan setelah itu suhu akan turun kembali, suhu maksimum itulah yang dipakai sebagai ukuran suatu bahan bisa dipakai.

Menurut Sandermann (1956) dalam Kamil (1970) suhu hidrasi lebih dari 60oC adalah baik, 55 - 60oC sedang dan kurang dari 55oC tidak baik. Akan tetapi menurut standar Puslitbang Hasil Hutan suhu hidrasi yang lebih dari 41oC termasuk baik, 36 – 41oC sedang dan kurang dari 36oC tidak baik (Kamil, 1970).

Sandermann dan Kohler (1964) dalam Ernawati (1996) menyatakan bahwa perbedaan waktu hidrasi campuran semen dan kayu dengan waktu hidrasi semen menunjukan tingkat penghambat. Apabila nilai indeks penghambat untuk adonan semen saja nol, maka dengan semakin kecil nilai indeks penghambat suatu

(26)

bahan yang dicampurkan dengan semen maka semakin tinggi nilai kesesuaian bahan baku tersebut dan sebaliknya semakin besar nilai indeks penghambat maka semakin rendah nilai kesesuaian bahan baku tersebut.

Kesesuaian kayu sebagai bahan baku papan partikel dapat dilihat dari nilai indeks penghambat (inhibitor index). Indeks penghambat dapat dihitung berdasarkan perbedaan waktu atau suhu hidrasi campuran semen dan partikel kayu dengan waktu atau suhu hidrasi semen yang menunjukan tingkat pengerasan semen (Hachmi et al. 1988). Rumus indeks penghambat adalah sebagai berikut :

X100% S S S T T T t t t I _' ' ' ' ' ' ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = Keterangan :

I = Indeks penghambat

t = Waktu untuk mencapai suhu maksimum adonan partikel + semen t’ = Waktu untuk mencapai adonan semen

T = Suhu hidrasi maksimum adonan partikel + semen T’= Suhu hidrasi maksimum adonan semen

S = Kemiringan suhu hidrasi maksimum adonan partikel + semen

Cara lain yang digunakan untuk menentukan kesesuaian suatu jenis kayu sebagai bahan baku papan semen partikel adalah berdasarkan faktor kesesuaian (Ca-faktor), dengan rumus :

% x100 Anc Awc faktor

Ca− =

Keterangan :

Ca-faktor = Faktor kesesuaian

Awc = Luas daerah dibawah kurva hidrasi campuran semen, partikel dan katalis

Anc = Luas daerah dibawah kurva hidrasi semen dan air

Apabila Ca-faktor lebih dari 68% tergolong baik, sedang bila berkisar antara 28 – 68%, dan tidak baik bila kurang dari 28% (Hachmi et al. 1988). Perbandingan antara semen dengan kayu dalam pengukuran suhu hidrasi sangat mempengaruhi suhu hidrasi maksimum yang dihasilkan. Semakin tinggi

(27)

kandungan semen akan menghasilkan suhu hidrasi maksimum yang tinggi, dan begitu pula sebaliknya (Hermawan, 2001).

Kayu Acacia mangium Willd.

Acacia mangium Willd. termasuk ke dalam famili Leguminoceae, sub-famili Mimosoidae, dan ordo Rosales. Kayu ini mulai dikenal secara luas di Indonesia setelah jenis ini banyak digunakan dalam kegiatan reboisasi dan rehabilitasi lahan.

Secara alami, jenis ini tumbuh di daerah tropis terutama di dataran rendah dan beriklim basah, dengan curah hujan tahunan bervariasi antara 1000 mm/th sampai lebih dari 4500 mm/th dan mempunyai suhu rata-rata pada bulan dingin 12 – 16oC (Dursalam, 1987 dalam Susilowati, 1998).

Di Indonesia daerah sebaran alaminya meliputi Irian Jaya bagian Selatan, Kepulauan Aru (Maluku Selatan) dan Pulau Seram. Pada tanah yang cukup subur, jenis ini dapat mencapai tinggi 23 meter dengan diameter lebih dari 20 cm pada umur 9 tahun.

Pemanfaatan kayu jenis pohon ini terutama ditujukan untuk penyediaan bahan baku industri pulp dan kertas serta produk biokomposit. Acacia mangium Willd. menghasilkan kayu padat berwarna coklat muda sampai coklat tua pada teras dan berwarna krem sampai kuning pada tebal gubal kecil. Di Jerman berhasil dicoba sebagai bahan baku papan partikel (Priasukmana dan Silitonga, 1972).

Tidak semua jenis kayu dapat digunakan sebagai bahan baku dalam produksi papan semen partikel hal ini terkait dengan kandungan zat ekstraktif yang dapat mengganggu pengerasan semen. Syarat bahan baku kayu untuk papan semen partikel adalah memilki kandungan gula maksimum 1%, tannin maksimum 2%, senyawa minyak atau lemak maksimum 3%, serat lurus dan plastis (Kliwon,1990).

Uzair et. al. (1991) menyatakan bahwa kayu Acacia mangium Willd. yang berumur 5 tahun mengandung zat ekstraktif sebesar 3,00%; kelarutan zat-zat ekstraktif kayu Acacia mangium Willd. berumur 7 tahun dalam air dingin sebesar 3,35%; dalam air panas sebesar 4,67% dan dalam larutan NaOH 1% sebesar 14,49%.

(28)

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan mulai bulan Mei 2006 sampai Agustus 2006, bertempat di Laboratorium Biokomposit, Laboratorium Keteknikan Kayu, Laboratorium Kimia Kayu (Fakultas Kehutanan) dan Laboratorium Energi dan Elektrifikasi (Fakultas Teknologi Pertanian) Institut Pertanian Bogor.

Bahan dan Alat Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah partikel kayu

Acacia mangium Willd., semen Portland tipe I merk Holcim, fly ash (abu

terbang), dan air.

Alat-alat yang digunakan antara lain: disk refiner, flaker, saringan 10 mesh, 80 mesh dan 100 mesh, sarung tangan, ember plastik, oven, desikator, timbangan, kaliper, sprayer, mikrometer sekrup, plat besi dan murnya, plat seng, gelas ukur, pengaduk, plastik transparan, lakban, kertas cor, cetakan kayu (30x30)

cm, wadah uji suhu hidrasi, termokopel, recorder, UTM (Universal Testing

Machine) merk Instron, dan alat tulis.

Metode penelitian 1. Persiapan Bahan

Bahan untuk pembuatan papan: Bahan yang digunakan untuk pembuatan

papan berasal dari jenis kayu Acacia mangium Willd. Kayu diproses menjadi

wafer berukuran (2x3) cm menggunakan mesin flaker. Kemudian wafer tersebut

digiling menjadi partikel menggunakan mesin disk refiner lalu disaring, partikel

yang dipakai adalah partikel yang tertahan pada saringan 10 mesh. Sebelum digunakan partikel terlebih dahulu direndam dalam air dingin selama 48 jam dan setiap 24 jam air diganti. Hal ini bertujuan untuk menghilangkan zat ekstraktif yang ada pada kayu. Setelah direndam partikel dikering udarakan sampai mencapai kadar air kayu 30-35% setelah proses pengeringan ini partikel siap digunakan untuk bahan pembuatan papan.

(29)

Bahan untuk pengujian suhu hidrasi adalah Partikel kayu mangium yang dioven pada suhu 60º selama 24 jam. Setelah kering tanur partikel tersebut

digiling sampai menjadi serbuk menggunakan mesin willey mill kemudian serbuk

tersebut disaring menggunakan hammer mill. Serbuk kayu yang dipakai untuk

pengujian suhu hidrasi adalah serbuk yang lolos pada saringan 80 mesh dan tertahan pada saringan 100 mesh.

2. Pengujian Suhu Hidrasi

Bahan yang dipakai adalah serbuk kayu mangium, semen, fly ash, dan air.

Adonan dibuat menjadi enam macam, yaitu:

1. Semen + air

2. Semen + air + serbuk kayu

3. Semen + air + serbuk kayu + fly ash tingkat substitusi 5%

4. Semen + air + serbuk kayu + fly ash tingkat substitusi 10%

5. Semen + air + serbuk kayu + fly ash tingkat substitusi 20%

6. Semen + air + serbuk kayu + fly ash tingkat substitusi 50%

Perbandingan antara campuran (semen + fly ash) dengan serbuk kayu

adalah 13,3 : 1,0. Sedangkan perbandingan antara campuran (semen + fly ash)

dengan air adalah 2 : 1 (Hermawan, 2001). Adonan diaduk sampai homogen didalam gelas plastik, kemudian adonan dihubungkan dengan recorder menggunakan termokopel. Gelas plastik yang berisi adonan dimasukkan kedalam

kotak styrene foam yang kedap udara. Suhu hidrasi tercatat secara otomatis

selama 24 jam dengan interval waktu setiap menit. komposisi bahan untuk pengujian suhu hidrasi dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Komposisi bahan untuk pengujian suhu hidrasi Taraf Semen

Tersubstitusi (%)

Bahan substitusi (g)

Semen (g)

Serbuk kayu (g)

Air (g)

0 0 133 10 66,5

5 6,7 126,3 10 66,5

10 13,3 119,7 10 66,5

20 26,6 106,4 10 66,5

(30)

Gambar 1. Alat ukur suhu hidrasi Keterangan :

a.Styrene foam

b. Adonan

c. Termokopel yang dihubungkan dengan recorder

d. Ruang kedap udara

e. Wadah plastik

3. Pembuatan Papan Semen

Papan semen partikel dibuat dengan perbandingan partikel kayu, semen dan air adalah 1,0 : 2,5 : 1,25. Bahan yang digunakan untuk substitusi semen

adalah fly ash. Total berat adonan yang digunakan untuk membuat satu lembar

panil ukuran 30 cm x 30 cm x 1,2 cm, dengan kerapatan sasaran papan semen sebesar 1,2 g/cm³ adalah 1296 g. Salah satu hal yang penting dalam pembuatan papan semen adalah kandungan air yang terdapat dalam partikel kayu karena akan mempengaruhi jumlah air yang ditambahkan pada campuran adonan. Kandungan air partikel mangium sebesar 25,47 %.

Tahapan pembuatan adonan adalah sebagai berikut : Air disemprotkan secara merata pada partikel kayu, kemudian ditambahkan campuran bahan

pengikat (semen + fly ash) lalu diaduk sampai seluruh bagian partikel kayu

terlapisi oleh bahan pengikat. Komposisi bahan dalam pembuatan papan semen partikel dapat dilihat pada Tabel 6.

d e

(31)

Tabel 6. Komposisi bahan adonan dalam pembuatan papan semen partikel Taraf Semen

Tersubstitusi (%)

Bahan substitusi (g)

Semen (g)

Serbuk kayu (g)

Air (g)

0 0 682,10 342,28 254,20

5 34,11 647,99 342,28 254,20

10 68,21 613,89 342,28 254,20

20 136,42 545,68 342,28 254,20

50 341,05 341,05 342,28 254,20

Dalam pengukuran berat bahan adonan ditambahkan spilasi sebesar 10 %, hal ini dilakukan untuk mengantisipasi bahan adonan yang jatuh, menempel pada wadah, dan lain-lain.

Pembuatan lembaran lapik dilakukan diatas plat besi yang dilapisi dengan kertas cor. Kegunaan kertas cor ini adalah agar papan semen mudah untuk diangkat dari plat besi. Pembuatan lembaran dilakukan dengan menggunakan bantuan cetakan berukuran 30 cm x 30 cm (dapat dilihat pada Gambar 2). Setelah

itu lapik diberi tekanan awal (pre press) bersamaan dengan diangkatnya cetakan.

Bagian atas lapik dilapisi kertas coran lalu ditaruh plat besi pasangannya. Lapik yang ada pada plat besi dimasukkan kedalam mesin kempa dingin dengan tekanan spesifik 35 kg/cm² sampai ketebalan 1,2 cm, sementara itu baut dikencangkan atau biasa disebut pengkleman (lihat Gambar 3).

Setelah diklem plat besi yang berisi lapik dioven dengan suhu 60ºC selama 24 jam. Kemudian lapik dikeluarkan dari plat besi dan panil diletakkan di suatu

ruangan untuk pengerasan lanjutan (curing) pada suhu ruangan selama tiga

minggu. Setelah itu panil dikeringkan didalam oven pada suhu 80ºC selama 10 jam. Tahap akhir dalam proses pembuatan papan semen partikel yaitu pengkondisian pada suhu ruangan selama satu minggu, tujuannya adalah untuk menyamakan suhu panil dengan suhu ruangan. Proses pembuatan papan semen partikel secara garis besar dapat dilihat pada Gambar 4.

Papan semen partikel yang telah melewati fase pengkondisian dipotong-potong untuk dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanis papan yang dibuat. Pola pemotongan contoh uji standar JIS A 5908-1994 dapat dilihat pada Gambar 5.

(32)

Gambar 2. Pembuatan lembaran lapik menggunakan cetakan Keterangan :

a. Adonan dimasukkan

b. Cetakan berukuran 30 cm x 30 cm

c. Plastik cor

d. Plat besi

Gambar 3. Pengempaan lapik dan sistem klem a

c b

e f h

g d

(33)

Keterangan :

a. Arah tekanan

b. Plat besi bagian atas

c. Lubang sekrup

d. Adonan

e. Ganjal I dengan tebal 1,2 cm

f. Plastik cor

g. Ganjal II dengan tebal 1,2 cm

h. Plat besi bagian bawah

Gambar 4. Alur proses pembuatan papan semen Semen : Partikel : Air

2,5 : 1,0 : 1,25

Kempa Dingin

Tekanan 35 Kg/cm2

Pengerasan Awal

(Setting ± 600C, 24 Jam)

Pengerasan Lanjutan

(Curing 3 Minggu, Suhu Kamar)

Pengeringan

(Suhu ± 800C, 10 Jam)

Pengkondisian 1 Minggu

(34)

Gambar 5. Pola pemotongan contoh uji menurut JIS A 5908-1994

Keterangan Gambar :

1. Contoh uji kerapatan dan kadar air, berukuran 10 cm x 10 cm.

2. Contoh uji pengembangan linear, tebal dan daya serap air, berukuran

5 cm x 5 cm.

3. Contoh uji modulus patah dan modulus elastisitas, berukuran

5 cm x 20 cm.

4. Contoh uji keteguhan rekat internal, berukuran 5 cm x 5 cm.

5. Contoh uji kuat pegang sekrup, berukuran 4 cm x 7,5 cm.

4. Pengujian Papan Semen Partikel a. Sifat Fisis Papan Semen Partikel a.1. Kerapatan

Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya, lalu diukur rata-rata panjang, lebar dan tebalnya untuk menentukan volumenya. Jumlah contoh uji kerapatan tiap papan adalah 2 buah. Kerapatan papan semen dihitung menggunakan rumus:

)

(

)

(

tan

₃

cm

Volume

gr

Berat

Kerapa

=

2 2 4 4

1 1 5

(35)

a.2. Kadar Air

Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm. Contoh uji ditimbang kemudian

dioven dengan suhu 103 ± 20 C selama 24 jam sampai beratnya konstan. Nilai

kadar air papan dapat dihitung dengan rumus :

%

100 x

BKO

BA

air

Kadar

=

−

Keterangan :

BA : Berat Awal (g)

BKO : Berat Kering Oven (g)

a.3. Pengembangan Linear Dan Tebal

Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm diukur dimensinya pada kondisi kering udara. Dimensi lebar diukur pada kedua sisinya kemudian dirata-ratakan, sedangkan tebal diukur pada pusat contoh uji, selanjutnya contoh uji direndam dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam, kemudian diukur kembali dimensinya. Nilai pengembangan tebal dan linear papan dapat dihitung dengan rumus:

%

100 _x

D

an

Pengembang

=

−

keterangan :

D0 : Dimensi awal (cm) D1 : Dimensi akhir (cm)

a.4. Daya Serap Air

Pengujian daya serap air dilakukan bersamaan dengan pengujian pengembangan linear dan tebal. Contoh uji ditimbang kemudian direndam dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam, kemudian contoh uji ditimbang kembali. Nilai daya serap air dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

(36)

%

100

1 2

x

B

Air

Serap

Daya

=

−

keterangan :

B1 : Berat Awal (g) B2 : Berat Akhir (g)

b. Sifat Mekanis Papan Semen Partikel

b.1. Keteguhan Patah Atau Modulus of Rupture (MOR)

Pengujian dilakukan dngan menggunakan alat universal testing machine (UTM). Contoh uji berukuran 5 cm x 20 cm pada kondisi kering udara dibentangkan dengan jarak sangga 15 kali tebal nominal, tetapi tidak kurang dari 15 cm (seperti tertera pada Gambar 6) dan kemudian pembebanan dilakukan di tengah-tengah jarak sangga. Nilai MOR dihitung dengan menggunakan rumus:

2

3 bh

PL

MOR

=

Keterangan :

MOR : Modulus patah (kg/cm2)

P : Beban sampai patah (kg)

L : Panjang Bentang (cm)

L1 = L2 : Setengah jarak sangga

b : Lebar contoh uji (cm)

h : Tebal contoh uji (cm)

Gambar 6. Pemberian beban dalam rangka uji MOE dan MOR

b L2

(37)

b.2. Keteguhan Lentur Atau Modulus Of Elastisity (MOE)

Pengujian MOE dilakukan bersamaan dengan pengujian MOR (lihat Gambar 6), pada saat pengujian besarnya defleksi dicatat pada setiap selang beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

3 3

4 ybh

PL

MOE

Δ

=

Keterangan :

MOE : Modulus lentur (kg/cm2)

ΔP : Perubahan beban yang digunakan (kg)

L : Jarak sangga (cm)

b : Lebar contoh uji (cm)

h : Tebal contoh uji (cm)

Δy : Perubahan defleksi pada setiap perubahan beban (cm)

b.3. Ikatan Dalam Atau Internal Bond (IB)

Contoh uji 5 cm x 5 cm direkatkan pada dua blok besi dengan perekat epoxy dan dibiarkan mengering selama 24 jam (Gambar 7). Kedua blok besi ditarik tegak lurus permukaan contoh uji sampai beban maksimum (contoh uji rusak). Nilai keteguhan rekat internal dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

A

P

IB

=

Keterangan:

IB : Keteguhan rekat internal (kg/cm2)

P : Beban maksimum saat ikatan partikel lepas (kg)

(38)

Gambar 7. Sketsa alat uji internal Bond

b.4. Kuat Pegang Sekrup

Contoh uji yang digunakan adalah 4 cm x 7,5 cm, sekrup berdiameter 3,1 mm dan panjang 13 mm dimasukkan di pusat contoh uji hingga kedalaman 8 mm (lihat Gambar 8). Nilai kuat pegang sekrup merupakan beban maksimum saat sekrup tercabut dari contoh uji dalam kg.

4 cm

7,5 cm

Gambar 8. Sketsa pemasangan sekrup pada uji kuat pegang sekrup

Standar Pengujian Papan Semen Partikel

Standar untuk pembuatan contoh uji adalah Japanese Industrial Standard

Particle Board no. A 5908-1994 dan standar pengujian sifat fisis dan mekanis

adalah Japanese Industrial Standard Cement Bonded Particle Board no. A

5417-Sekrup

5cm 1cm

Blok Kayu

(39)

1992. selain JIS A 5417-1992 digunakan standar menurut paten Bison (1975). Suhu hidrasi dibandingkan dengan penggolongan menurut Sandermann (1956)

dan LPHH Bogor, diacu dalam Kamil (1970).

Rancangan Percobaan Dan Analisis Data

Analisis data menggunakan rancangan percobaan acak lengkap dengan 3 ulangan. Banyaknya perlakuan adalah 5 perlakuan berdasarkan banyaknya

substitusi fly ash terhadap semen dalam pembuatan papan semen partikel Acacia

mangium Willd. Adapun model umum dari rancangan tersebut adalah sebagai

berikut :

Yij =

μ

+ Ai + Cij

Keterangan :

Y

ij : Hasil pengamatan pengaruh perlakuan ke-i dan ulangan ke-j

μ

: Nilai rata-rata umum

Ai

: Pengaruh perlakuan ke-i

Cij

: Pengaruh galat percobaan akibat perlakuan ke-i dan ulangan ke-j

Komposisi masing-masing perlakuan adalah sebagai berikut:

A0 : fly ash 0 % + Semen 100 %

A1 : fly ash 5 % + Semen 95 %

A2 : fly ash 10 % + Semen 90 %

A3 : fly ash 20 % + Semen 80 %

A4 : fly ash 50 % + Semen 50 %

Pengaruh persentase fly ash dapat diketauhi dengan melakukan analisis keragaman ANOVA. Tabel ANOVA terlihat pada Tabel 6. Jika F hitung > F Tabel pada pada taraf nyata 5 % atau 10 % berarti bahwa faktor tersebut berpengaruh nyata atau sangat nyata pada selang kepercayaan 95% terhadap sifat papan semen partikel yang diuji.

(40)

Tabel 7. Analisis sidik ragam sifat-sifat papan semen.

Sumber Keragaman db JK KT F Hitung

Perlakuan a-1 JKP JKP/db

KTP/KTS

Sisa a(n-1) JKS JKS/db

Total a.n-1 JKT JKT/db

Keterangan :

Db : Derajat bebas JK : Jumlah Kuadrat KT : Kuadrat Tengah

a : Jumlah Perlakuan

n : Jumlah ulangan

Uji lanjut Duncan akan dilakukan apabila perlakuan tersebut berpengaruh nyata atau sangat nyata. Uji lanjut ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan antar perlakuan.

(41)

Pengujian-pengujian papan semen partikel ini meliputi pengujian suhu hidrasi, pengujian sifat fisis, dan pengujian sifat mekanis. Sifat fisis papan semen partikel yang diuji meliputi kerapatan, kadar air, pengembangan linear, pengembangan tebal, dan daya serap air. Sedangkan sifat mekanis yang diukur meliputi Modulus of Rupture (MOR), Modulus of Elasticity (MOE), Internal Bond (IB), dan kuat pegang sekrup.

Suhu Hidrasi

Suhu hidrasi adalah suhu yang terjadi akibat reaksi eksotermik antara semen dan air. Suhu hidrasi campuran semen dan kayu merupakan indikator kesesuaian kayu sebagai bahan baku papan semen partikel. Semakin tinggi suhu hidrasi dan semakin cepat waktu pencapaian maksimum, maka jenis kayu tersebut semakin cocok digunakan sebagai bahan baku papan semen partikel. Pengujian suhu hidrasi kali ini dilakukan untuk mengetahui variasi suhu hidrasi dan waktu hidrasi kayu Acacia mangium Willd jika dicampur dengan semen fly ash pada berbagai taraf perlakukan. Hubungan antara suhu hidrasi dengan waktu pengukuran dapat dilihat pada Gambar 9, sedangkan data hasil pengukurannya dapat dilihat pada Lampiran 1.

Suhu Hidrasi

0 10 20 30 40 50 60

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

waktu (jam)

uhu H

i (

)

semen + air

semen + air + serbuk kayu

semen + air + serbuk kayu + fly ash 5% semen + air + serbuk kayu + fly ash 10% semen + air + serbuk kayu + fly ash 20% semen + air + serbuk kayu + fly ash 50%

(42)

Suhu hidrasi maksimum yang dihasilkan dari penelitian berkisar antara 36,2 – 47,8ºC. Nilai tertinggi 47,8ºC didapat pada campuran semen + air, sedangkan nilai terendah 36,2ºC didapat pada campuran Semen + air + serbuk kayu dan campuran Semen + air + fly ash 5% + serbuk kayu. Nilai suhu hidrasi maksimum hasil penelitian cenderung naik dengan meningkatnya semen tersubstitusi, kecuali pada taraf substitusi semen 50% yang suhu hidrasinya menurun. Sedangkan untuk pencapaian suhu maksimumnya terjadi pada 600 - 1080 menit, waktu ini tergolong lebih lama dibandingkan dengan waktu hidrasi semen yang membutuhkan waktu 420 menit untuk mencapai suhu maksimal yang mencapai 47,8ºC. Nilai suhu hidrasi semen pada berbagai taraf perlakuan dapat dilihat pada Tabel 8.

Tabel 8. Suhu hidrasi semen pada berbagai macam adonan

Taraf Perlakuan

Suhu Hidrasi Maksimum

(oC)

Waktu Pencapaian

(Menit)

Semen + air 47,8 420

Semen + air + serbuk kayu 36,2 600

Semen + air + fly ash 5% + serbuk kayu 36,2 1080 Semen + air + fly ash 10% + serbuk kayu 36,6 960 Semen + air + fly ash 20% + serbuk kayu 38,2 720 Semen + air + fly ash 50% + serbuk kayu 36,4 600 Menurut Lembaga Penelitian Hasil Hutan Bogor (LPHH-Bogor) dalam Kamil (1970), mengklasifikasikan kesesuaian suatu jenis kayu sebagai bahan baku papan semen partikel yaitu : tergolong baik bila suhu hidrasi lebih dari 41oC, sedang bila suhu hidrasi berkisar antara 36 - 41oC dan tidak baik bila suhu hidrasi kurang dari 36oC. Berdasarkan hasil pengujian, hanya adonan semen + air yang masuk pada kategori baik, sedangkan yang lainnya masuk pada kategori sedang.

Waktu pengerasan dan suhu hidrasi ini dipengaruhi oleh kandungan air, bahan kimia maupun zat ekstraktif yang terdapat pada kayu, dan bahan tambahan lain yang akan mempercepat waktu pengerasan semen (Hachmi et al. 1988 dalam Dewi, 2003).

(43)

1.2377 1.1862 1.1574

1.1010

1.0291

0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.2000 1.4000

2 )

0 5 10 20 50

Penambahan fly ash(%)

Kerapatan

Sifat Fisis Papan Semen Partikel Kerapatan

Kerapatan menunjukan banyaknya massa per satuan volume (Haygreen dan Bowyer 1996). Sifat-sifat papan yang dihasilkan akan sangat dipengaruhi oleh kerapatan. Selain itu kerapatan juga akan menjadi dasar pertimbangan penggunaan suatu produk. Nilai kerapatan papan semen partikel hasil pengujian dapat dilihat pada histogram Gambar 10 sedangkan nilai rata-rata kerapatan papan semen partikel pada berbagai taraf perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 2.

Gambar 10. Histogram kerapatan panil pada berbagai taraf perlakuan Rata-rata kerapatan papan semen partikel yang dihasilkan dari penelitian berkisar antara 1.03 – 1.24 g/cm3. Nilai tertinggi 1.24 g/cm3 didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 0% atau papan kontrol, sedangkan nilai terendah 1.03 g/cm3 didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 50%. Nilai rata-rata kerapatan papan semen partikel hasil penelitian menurun dengan meningkatnya semen tersubstitusi.

Kerapatan papan semen partikel yang terbentuk ada yang sudah memenuhi target yang telah ditentukan yaitu 1,2 g/cm3 dan ada juga yang belum memenuhi target. Papan semen partikel yang sudah mencapai atau mendekati target density adalah papan semen partikel dengan taraf substitusi 0%, 5%,dan 10%, sedangkan yang belum mendekati target density adalah papan semen partikel dengan taraf substitusi 20% dan 50%.

Kerapatan panil yang tidak mencapai target density disebabkan oleh tebal panil yang tidak merata berkisar antara 1,1 - 1,3 cm sehingga kerapatannya juga

(44)

tidak merata. Yang menyebabkan hal ini adalah kondisi plat besi yang tidak tahan terhadap tekanan dan pemuaian panas, sehingga mengembang atau cembung. Hal lain yang menyebabkan kerapatan panil tidak mencapai target density adalah pemasangan klem yang tidak kuat menyebabkan panil mengalami pengembangan dimensi, pengembangan ini terjadi karena adanya kadar air di dalam panil.

Kerapatan papan yang tidak sesuai dengan kerapatan sasaran juga dapat dipengaruhi oleh bentuk partikel yang bervariasi dalam hal panjang dan tebalnya, sehingga kerapatan papan yang dihasilkan bervariasi. Haygreen dan Bowyer (1996) menjelaskan bahwa tekanan yang lebih besar diperlukan untuk memampatkan partikel-partikel yang ramping tebal daripada partikel-partikel yang lebar tipis.

Papan semen partikel yang dihasilkan dalam penelitian ini telah memenuhi standar JIS A 5417-1992 yang mensyaratkan kerapatan lebih dari 0,8 g/cm3 dan Bison (1975) yang mensyaratkan kerapatan maksimum 1,2 g/cm3.

Hasil analisis keragaman menunjukan bahwa substitusi semen oleh fly ash berbeda nyata terhadap nilai kerapatan papan semen partikel hasil penelitian pada selang kepercayaan 95%, seperti terlihat pada Tabel 9, dimana nilai F-hitung lebih besar dari nilai F-Tabel pada taraf nyata 5%. Kerapatan papan semen partikel berubah dengan meningkatnya semen tersubstitusi sampai taraf 50%.

Tabel 9. Hasil analisis kerapatan panil pada berbagai taraf perlakuan Sumber

Keragaman

Derajat Bebas

(Db)

Jumlah Kuadrat

(Jk)

Kuadrat Tengah

(Kt)

F-hitung F-Tabel 0,05 0,01 Perlakuan

Error Total

4 15 19

0,10317 0,08671 0,18988

0,02579 0,00578

4,46190* 3,05557 4,89321

Keterangan : * = Berbeda nyata pada selang kepercayaan 95%

Hasil uji lanjut Duncan pada selang kepercayaan 95% seperti yang terlihat pada Tabel 10, menunjukan bahwa nilai kerapatan pada semen tersubstitusi 0% tidak berbeda nyata dengan 5% namun berbeda nyata dengan 10%, 20%, 50%. Sedangkan semen tersubstitusi 5% tidak berbeda nyata dengan 10% dan 20% namun berbeda nyata dengan 50%. Dan semen tersubstitusi 10%, 20%, dan 50% tidak berbeda nyata.

(45)

Tabel 10. Uji lanjut Duncan terhadap nilai kerapatan panil pada berbagai taraf perlakuan

Perlakuan Rata-rata Uji Duncan

0% 1,24 A 5% 1,19 AB 10% 1,16 BC 20% 1,10 BC 50% 1,03 C

Keterangan : Huruf yang berbeda menandakan berpengaruh nyata pada taraf uji F0,05.

Kadar Air

Haygreen dan Bowyer (1989) mendefinisikan kadar air sebagai banyaknya air di dalam kayu. Kadar air merupakan salah satu sifat fisis papan semen partikel yang menunjukan kandungan air papan semen partikel dalam keadaan kesetimbangan dengan lingkungan sekitarnya. Hasil pengujian kadar air papan partikel disajikan dalam histogram Gambar 11 sedangkan nilai rata-rata kadar air papan semen partikel pada berbagai taraf perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 3.

12.0206

10.9483 _10.4686

9.8727

9.4205

0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 12.0000 14.0000

r a

(

)

0 5 10 20 50

Penambahan fly ash (%) Kadar air

Gambar 11. Histogram kadar air panil pada berbagai taraf perlakuan

Berdasarkan hasil pengujian kadar air papan semen partikel berkisar antara 9,42% – 12,02%. Nilai tertinggi 12,02% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 0% atau papan kontrol, sedangkan nilai terendah 9,42% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 50%. Nilai rata-rata kadar air papan semen partikel hasil penelitian semakin menurun dengan bertambahnya semen tersubstitusi. Hal ini disebabkan sifat semen yang dapat berikatan dengan air, sehingga air yang diikat semakin berkurang dengan

(46)

bertambahnya kadar semen tersubstitusi. Nilai rata-rata kadar air papan semen partikel pada berbagai taraf perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 3.

Jika dibandingkan dengan standar JIS A 5417–1992 yang mensyaratkan kadar air maksimal panil sebesar 16%, maka semua papan hasil penelitian telah memenuhi standar tersebut.

Hasil analisis sidik ragam menunjukan bahwa substitusi semen oleh fly ash berpengaruh sangat nyata terhadap nilai kadar air papan semen partikel hasil penelitian pada selang kepercayaan 95%, seperti terlihat pada Tabel 11 dimana nilai F-hitung lebih besar dari nilai F-Tabel pada taraf nyata 5% maupun pada taraf nyata 1%. Kadar air papan semen partikel berubah dengan meningkatnya semen tersubstitusi sampai taraf 50%.

Tabel 11. Hasil analisis kadar air panil pada berbagai taraf perlakuan . Sumber Keragaman Derajat Bebas (Db) Jumlah Kuadrat (Jk) Kuadrat Tengah (Kt)

F-hitung F- Tabel

0,05 0,01 Perlakuan Error Total 4 15 19 16,2492 2,4914 18,7406 4,0623 0,1661

24,4581** 3,05557 4,89321

Keterangan : ** = Berbeda sangat nyata pada selang kepecayaan 95%

Hasil uji lanjut Duncan pada selang kepercayaan 95% seperti yang terlihat pada Tabel 12, menunjukan bahwa nilai kadar air pada semen tersubstitusi 0% tidak berbeda nyata dengan 5% namun berbeda nyata dengan 10%, 20%, 50%. Semen tersubstitusi 5% tidak berbeda nyata dengan 10% namun berbeda nyata dengan 20% dan 50%. Semen tersubstitusi 10% tidak berbeda nyata dengan 20% namun berbeda nyata dengan 50%. Dan semen tersubstitusi 20% berbeda nyata dengan 50%.

Tabel 12. Uji lanjut Duncan terhadap nilai kadar air panil pada berbagai taraf perlakuan

Perlakuan Rata-rata Uji Duncan

0% 12,02 A 5% 10,95 AB 10% 10,47 BC 20% 9,87 C 50% 9,42 D

(47)

Pengembangan Linear

Pengembangan linear merupakan penambahan dimensi panjang contoh uji yang dinyatakan dalam persen terhadap panjang awalnya. Sebelum dihitung, contoh uji terlebih dahulu direndam dalam air pada suhu kamar. Hasil pengujian pengembangan linear dapat dilihat pada histogram Gambar 12 sedangkan nilai rata-rata pengembangan linear papan semen partikel setelah perendaman 2 dan 24 jam pada berbagai taraf perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 4 dan Lampiran 5.

Pengembangan linear 0. 12 49 8 0. 199 2 5 0 .2789 5 0. 402 5 0. 5 212 8 0. 30 1 4 0. 3488 3 0. 50 73 3 0. 603 7 5 1. 365 8 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 5 10 20 50

Pe nambahan fly ash (%)

Pe n g e m bang an l in ea r ( % ) 2 jam 24 jam

Gambar 12. Histogram pengembangan linear panil pada berbagai taraf perlakuan

Berdasarkan hasil pengujian pengembangan linear papan semen partikel setelah perendaman dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam masing-masing berkisar antara 0,12% – 0,52% dan 0,30% – 1,37%. Pada pengembangan linear setelah perendaman 2 jam, nilai tertinggi 0,52% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 50%, sedangkan nilai terendah 0,12% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 0% atau papan kontrol. Sedangkan pada pengembangan linear setelah perendaman 24 jam, nilai tertinggi 1,37% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 50%, sedangkan nilai terendah 0,30% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 0% atau papan kontrol. Hasil penelitian pengembangan linear setelah perendaman 2 jam dan 24 jam semakin meningkat dengan bertambahnya semen tersubstitusi. Hal ini karena air yang masuk kedalam panil semakin meningkat dengan bertambahnya semen tersubstitusi sehingga mempengaruhi terhadap dimensi papan semen partikel.

(48)

Jika dibandingkan dengan standar JIS A 5417-1992 yang mensyaratkan toleransi pengembangan linear sebesar 8,3%, maka semua papan hasil penelitian telah memenuhi standar tersebut.

Hasil analisis sidik ragam menunjukan bahwa substitusi semen oleh fly ash berpengaruh sangat nyata terhadap nilai pengembangan linear papan semen partikel pada perendaman selama 2 jam dan 24 jam pada selang kepercayaan 95%, seperti terlihat pada Tabel 13 dan Tabel 14, dimana nilai F-hitung lebih besar dari nilai F-Tabel pada taraf nyata 5% maupun pada taraf nyata 1%. Pengembangan linear papan semen partikel pada perendaman 2 jam maupun 24 jam berubah dengan meningkatnya semen tersubstitusi sampai taraf 50%.

Tabel 13. Hasil analisis pengembangan linear panil pada perendaman 2 jam pada berbagai taraf perlakuan.

Sumber Keragaman Derajat Bebas (Db) Jumlah Kuadrat (Jk) Kuadrat Tengah (Kt)

F-hitung F- Tabel

0,05 0,01 Perlakuan Error Total 4 15 19 0,402204 0,128991 0,531195 0,100551 0,008599

11,69281** 3,05557 4,89321

Keterangan : ** = Berbeda sangat nyata pada selang kepecayaan 95%

Tabel 14. Hasil analisis pengembangan linear panil pada perendaman 24 jam pada berbagai taraf perlakuan.

Sumber Keragaman Derajat Bebas (Db) Jumlah Kuadrat (Jk) Kuadrat Tengah (Kt)

F-hitung F- Tabel

0,05 0,01 Perlakuan Error Total 4 15 19 2,9766 0,6945 3,6711 0,7441 0,0463

16,0716 3,05557 4,89321

Keterangan : ** = Berbeda sangat nyata pada selang kepecayaan 95%

Hasil uji lanjut Duncan pada selang kepercayaan 95% seperti yang terlihat pada Tabel 15, menunjukan bahwa nilai pengembangan linear setelah perendaman air dingin 2 jam pada semen tersubstitusi 0% tidak berbeda nyata dengan 5% namun berbeda nyata dengan 10%, 20%, dan 50%. Semen tersubstitusi 5% tidak berbeda nyata dengan 10% namun berbeda nyata dengan 20% dan 50%. Semen tersubstitusi 10% tidak berbeda nyata dengan 20% namun berbeda nyata dengan 50%. Sedangkan semen tersubstitusi 20% tidak berbeda nyata dengan 50%. Pada Tabel 16 menunjukan bahwa nilai pengembangan linear setelah perendaman air

(49)

dingin selama 24 jam pada semen tersubstitusi 0%, 5%, 10%, dan 20% tidak berbeda nyata, namun berbeda nyata dengan 50%.

Tabel 15. Uji lanjut Duncan terhadap nilai pengembangan linear panil setelah perendaman 2 jam pada berbagai taraf perlakuan

Perlakuan Rata-rata Uji Duncan

0% 0,12 A 5% 0,20 AB 10% 0,28 BC 20% 0,40 CD 50% 0,52 D

Keterangan : Huruf yang berbeda menandakan berpengaruh nyata pada taraf uji F0,05.

Tabel 16. Uji lanjut Duncan terhadap nilai pengembangan linear panil setelah perendaman 24 jam pada berbagai taraf perlakuan

Perlakuan Rata-rata Uji Duncan

0% 0,30 A 5% 0,35 A 10% 0,51 A 20% 0,60 A 50% 1,37 B

Keterangan : Huruf yang berbeda menandakan berpengaruh nyata pada taraf uji F0,05.

Pengembangan tebal

Pengembangan tebal merupakan penambahan tebal contoh uji yang dinyatakan dalam persen terhadap tebal awalnya. Sebelum dihitung, contoh uji terlebih dahulu direndam dalam air pada suhu kamar. Hasil pengujian pengembangan tebal dapat dilihat pada histogram Gambar 13 sedangkan nilai rata-rata pengembangan tebal papan semen partikel setelah perendaman 2 dan 24 jam pada berbagai taraf perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 4 dan Lampiran 5.

(50)

Pengembangan tebal 0 .38 36 0. 68 23 0. 810 1 1. 24

04 1.693

2 0. 67 3 2 1. 0

782 _1.291

8 1.91

52 3. 08 20 0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.5000 3.0000 3.5000

0 5 10 20 50

Penambahan fly ash (% )

P e nge m ba nga n t e ba l (% ) 2 jam 24 jam

Gambar 13. Histogram pengembangan tebal panil pada berbagai taraf perlakuan Berdasarkan hasil pengujian pengembangan tebal papan semen partikel setelah perendaman dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam masing-masing berkisar antara 0,38% – 1,69% dan 0,67% – 3,08%. Pada pengembangan tebal setelah perendaman 2 jam, nilai tertinggi 1,69% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 50%, sedangkan nilai terendah 0,38% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 0% atau papan kontrol. Sedangkan pada pengembangan tebal setelah perendaman 24 jam, nilai tertinggi 3,08% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 50%, sedangkan nilai terendah 0,67% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 0% atau papan kontrol. Hasil penelitian pengembangan tebal setelah perendaman 2 jam dan 24 jam semakin meningkat dengan bertambahnya semen tersubstitusi. Hal ini karena air yang masuk kedalam panil semakin meningkat dengan bertambahnya semen tersubstitusi sehingga mempengaruhi terhadap dimensi papan semen partikel.

Pengembangan tebal dipengaruhi oleh faktor banyaknya pemampatan yang diberikan kepada produk selama proses pembuatan papan. Haygreen dan Bowyer (1989) menyatakan bahwa kayu yang dimampatkan cenderung untuk kembali ke dimensi awal apabila dibasahi kembali. Oleh karena itu, produk panel yang berasal dari kayu memperlihatkan pengembangan tebal yang lebih besar dari kayu normal.

(51)

Jika dibandingkan dengan standar JIS A 5417 – 1992 yang mensyaratkan toleransi pengembangan tebal sebesar 8,3%, maka semua papan hasil penelitian telah memenuhi standar tersebut. Akan tetapi menurut paten Bison yang mensyaratkan pengembangan tebal panil setelah perendaman 2 jam yaitu 0,8 – 1,3% dan 24 jam yaitu 1,2 – 2,0% tidak semua papan semen partikel yang memenuhi standar. Untuk pengembangan tebal setelah perendaman 2 jam dan 24 jam hanya papan dengan taraf semen tersubstitusi 0%, 5%, 10%, dan 20% yang memenuhi standar tersebut.

Hasil analisis sidik ragam menunjukan bahwa substitusi semen oleh fly ash berpengaruh nyata terhadap nilai pengembangan tebal papan semen partikel pada perendaman selama 2 jam dan 24 jam pada selang kepercayaan 95%, seperti terlihat pada Tabel 17 dan 18, dimana nilai F-hitung lebih besar dari nilai F-Tabel pada taraf nyata 5% maupun pada taraf nyata 1%. Pengembangan tebal papan semen partikel pada perendaman 2 jam maupun 24 jam berubah dengan meningkatnya semen tersubstitusi sampai taraf 50%.

Tabel 17. Hasil analisis pengembangan tebal panil pada perendaman 2 jam pada berbagai taraf perlakuan.

Sumber Keragaman Derajat Bebas (Db) Jumlah Kuadrat (Jk) Kuadrat Tengah (Kt)

F-hitung F- Tabel

0,05 0,01 Perlakuan Error Total 4 15 19 4,1924 0,4407 4,6331 1,0481 0,0294

35,6720 3,05557 4,89321

Keterangan : ** = Berbeda sangat nyata pada selang kepecayaan 95%

Tabel 18. Hasil analisis pengembangan tebal panil pada perendaman 24 jam pada berbagai taraf perlakuan.

Sumber Keragaman Derajat Bebas (Db) Jumlah Kuadrat (Jk) Kuadrat Tengah (Kt)

F-hitung F- Tabel

0,05 0,01 Perlakuan Error Total 4 15 19 14,0866 3,0767 17,1633 3,5216 0,2051

17,1691 3,05557 4,89321

Keterangan : ** = Berbeda sangat nyata pada selang kepecayaan 95%

Hasil uji lanjut Duncan pada selang kepercayaan 95% seperti yang terlihat pada Tabel 19, menunjukan bahwa nilai pengembangan tebal setelah perendaman air dingin 2 jam pada semen tersubstitusi 0% berbeda nyata dengan 5%, 10%,

(52)

20%, dan 50%. Semen tersubstitusi 5% tidak berbeda nyata dengan 10% namun berbeda nyata dengan 20% dan 50%. Semen tersubstitusi 20% berbeda nyata dengan 50%. Pada Tabel 20 menunjukan bahwa nilai pengembangan tebal setelah perendaman air dingin selama 24 jam pada semen tersubstitusi 0%, 5%, dan 10% tidak berbeda nyata, namun berbeda nyata dengan semen tersubstitusi 20% dan 50%. Semen tersubstitusi 20% berbeda nyata dengan 50%.

Tabel 19. Uji lanjut Duncan terhadap nilai pengembangan tebal panil setelah perendaman 2 jam pada berbagai taraf perlakuan

Perlakuan Rata-rata Uji Duncan

0% 0,38 A 5% 0,68 B 10% 0,81 B 20% 1,24 C 50% 1,69 D

Keterangan : Huruf yang berbeda menandakan berpengaruh nyata pada taraf uji F0,05.

Tabel 20. Uji lanjut Duncan terhadap nilai pengembangan tebal panil setelah perendaman 24 jam pada berbagai taraf perlakuan

Perlakuan Rata-rata Uji Duncan

0% 0,67 A 5% 1,09 A 10% 1,29 A 20% 1,91 B 50% 3,08 C

Keterangan : Huruf yang berbeda menandakan berpengaruh nyata pada taraf uji F0,05.

Daya serap air

Daya serap air merupakan banyaknya air yang terserap oleh produk terhadap massa awalnya setelah dilakukan perendaman yang dinyatakan dalam persen. Penyerapan air terjadi karena adanya gaya adsorbsi yang merupakan gaya tarik molekul air pada tempat ikatan hidrogen yang terdapat dalam selulosa, hemiselulosa, dan lignin (Haygreen dan Bowyer 1989). Hasil pengujian daya serap air dapat dilihat pada histogram Gambar 14 sedangkan nilai rata-rata daya serap air papan semen partikel setelah perendaman 2 dan 24 jam pada berbagai taraf perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 8 dan Lampiran 9.

(53)

Daya serap air 1 4. 9565 16. 0854 16. 8018 17. 84 75 27. 0510 18. 3953 19. 618 4 20. 27 23 21 .6446 31. 1828 0.0000 5.0000 10.0000 15.0000 20.0000 25.0000 30.0000 35.0000

0 5 10 20 50

Pe nambahan fly ash (%)

D aya serap ai r ( % ) 2 jam 24 jam . Gambar 14. Histogram daya serap air panil pada berbagai taraf perlakuan

Berdasarkan hasil pengujian daya serap air papan semen partikel setelah perendaman dalam air dingin selama 2 dan 24 jam masing-masing berkisar antara 14.95% – 27.05% dan 18.39% – 31.18%. Nilai daya serap air tertinggi 27,05% untuk perendaman 2 jam didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 50%, sedangkan nilai terendah 14,96% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 0% atau papan kontrol. Selanjutnya nilai rata-rata daya serap air papan semen partikel untuk perendaman 24 jam nilai tertinggi 31.18% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 50%, sedangkan nilai terendah 18.39% didapat pada panil yang memiliki kadar semen tersubstitusi 0%. Hasil penelitian daya serap air setelah perendaman 2 jam dan 24 jam semakin meningkat dengan bertambahnya semen tersubstitusi. Hal ini disebabkan oleh pengaruh kerapatan yang semakin rendah dengan meningkatnya taraf semen tersubstitusi. Semakin besar kerapatan papan maka makin kecil daya serapnya terhadap air (Haygreen dan Bowyer, 1989).

Standar JIS A 5417 (1992) maupun Bison (1975) tidak mensyaratkan nilai daya serap air papan semen partikel. Sehingga daya serap air papan semen partikel yang dihasilkan tidak dapat dibandingkan dengan kedua standar tersebut.

Hasil analisis sidik ragam menunjukan bahwa substitusi semen oleh fly ash berpengaruh nyata terhadap nilai daya serap air papan semen partikel pada perendaman selama 2 jam dan 24 jam pada selang kepercayaan 95%, seperti terlihat pada Tabel 21 dan Tabel 22, dimana nilai F-hitung lebih besar dari nilai F-Tabel pada taraf nyata 5% maupun pada taraf nyata 1%. Daya serap air papan

(1)

Judul Skripsi : Kualitas Papan Semen dari Kayu Acacia mangium Willd. dengan Substitusi Fly Ash Nama Mahasiswa : Heckhel

NRP : E 24102060

Departemen : Hasil Hutan

Disetujui, Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Dede Hermawan, M.Sc. NIP. 131 950 984

Diketahui,

Dekan Fakultas Kehutanan Insitut Pertanian Bogor

Prof. Dr. Ir. H.Cecep Kusmana, M.S. NIP. 131 430 799

(2)

PRAKATA

Syukur alhamdulilah penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T, karena atas segala nikmat dan karunia-Nya, karena hanya dengan pertolongan-Nya lah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapakan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada pihak-pihak yang telah membantu :

1. Keluarga tercinta yang telah memberikan kasih sayang, doa dan restu serta pengorbanan yang terbaik bagi putranya.

2. Bapak Dr. Ir. Dede Hermawan, M.Sc. yang telah memberikan bantuan, arahan, nasihat dan bimbingan dalam penulisan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Suwarno Sutarahardja sebagai dosen penguji wakil dari Departemen Manajemen Hutan yang telah memberikan nasihat, kritik dan saran yang membangun.

4. Bapak Dr. Ir. A. Machmud Thohari, DEA. sebagai dosen penguji wakil dari Departemen Konservasi Sumberdaya Hutan yang telah memberikan kritik dan sarannya.

Semoga tulisan ini dapat bermanfaat dan dapat menjadi sumber informasi bagi yang menggunakannya.

Bogor, Januari 2007

(3)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 28 Maret 1984. Penulis merupakan anak tungal, buah hati pasangan Jackenad Muthian dan Helmy Rama Yanthie

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana kehutanan di Fakultas Kehutanan IPB, penulis menyusun skripsi dengan judul ”Kualitas Papan Semen Dari Kayu Acacia mangium Willd Dengan Subsitusi Fly Ash” di bawah bimbingan Dr. Ir. Dede Hermawan, M.Sc.

(4)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ... iii

DAFTAR GAMBAR ... v

DAFTAR LAMPIRAN ... vi

PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1

Tujuan ... 2

Manfaat ... 2

Hipotesa ... 2

TINJAUAN PUSTAKA Papan Semen Partikel ... 3

Semen ... 5

Abu Terbang (Fly Ash) ... 7

Pembuatan Papan Semen ... 9

Sifat Fisis dan Mekanis Papan Semen ... 10

Suhu Hidrasi ... 12

Kayu Acacia mangium Willd ... 14

METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian ... 15

Bahan dan Alat Penelitian... 15

Metode Penelitian... 15

Standar Pengujian Papan Semen Partikel ... 25

Rancangan Percobaan dan Analisis Data ... 26

HASIL DAN PEMBAHASAN Suhu Hidrasi ... 28

Sifat Fisis Papan Semen Partikel ... 30

Kerapatan ... 30

Kadar Air ... 32

Pengembangan Linear ... 34

Pengembangan Tebal ... 36

Daya Serap Air ... 39

Sifat Mekanis Papan Semen Partikel... 42

Keteguhan Patah atau Modulus of Rupture (MOR) ………….... 42

Keteguhan Lentur atau Modulus of Elasticity (MOE) ……….... 44

(5)

Kuat Pegang Sekrup ... 47

KESIMPULAN DAN SARAN ... 50

DAFTAR PUSTAKA ... 51

(6)

iii

DAFTAR TABEL