Efek Komposisi Dan Aging Terhadap Sifat Mekanik Dan Fisis Pada Pembuatan Aerated Concrete(Beton Berpori)

(1)

EFEK KOMPOSISI DAN AGING TERHADAP SIFAT MEKANIK

DAN FISIS PADA PEMBUATAN AERATED CONCRETE

(BETON BERPORI)

TESIS

Oleh

SUARNI NASUTION

077026028/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2009

(2)

EFEK KOMPOSISI DAN AGING TERHADAP SIFAT MEKANIK

DAN FISIS PADA PEMBUATAN AERATED CONCRETE

(BETON BERPORI)

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar Magister Sains Dalam Program Studi Magister Fisika pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

SUARNI NASUTION

077026028/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2009

(3)

Judul Tesis : EFEK KOMPOSISI DAN AGING

TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIS PADA PAMBUATAN AERATED CONCRETE

(BETON BERPORI) Nama Mahasiswa : Suarni Nasution Nomor Pokok : 077026028 Program Studi : Fisika

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) (Prof. Drs. Muhammad Syukur, MS)

Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Direktur,

(Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) (Prof.Dr.Ir.T.Chairun Nisa,B,M.Sc)

(4)

Tanggal : 08 Juni 2009

PANITIA PENGUJI TESIS :

Ketua : Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Anggota : 1. Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.S

2. Dra. Justinon, M.Si

3. Dr. Ir. Reza Fadhila, M.I.M 4. Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc

(5)

ABSTRAK

Telah dibuat beton ringan berpori dari campuran semen, pasir dan atau fly ash, CaCO3 dan menggunakan katalis aluminium. Pada pembuatan beton ringan berpori terdapat dua variabel penelitian, yaitu: a. variasi komposisi bahan baku pasir -

fly ash dan b. proses pengeringan dengan menggunakan autoclave bertekanan 1,5 bar dan secara alami (konvensional). Variasi komposisi bahan baku pasir dan fly ash

masing-masing dibuat: 60 : 0, 50 : 10, 40 : 20, 30 : 30, 20 : 40, 10 : 50 dan 0 : 60 (% berat). Pengeringan beton ringan berpori menggunakan autoclave bertekanan 1,5 bar, dibuat dengan variasi waktu: 20, 40 dan 60 menit. Sedangkan variasi waktu pada pengeringan secara alami (suhu kamar) adalah: 7, 14, 21 dan 28 hari.

Adapun prosedur pembuatan beton ringan berpori adalah melalui tahapan: penimbangan bahan baku, pencampuran, pencetakan, pengeringan dan pengerasan (ageing) serta pengujiannya. Besaran yang diuji meliputi: densitas, penyerapan air, kuat tekan, kuat patah, penyusutan, konduktivitas termal, daya serap suara dan analisa mikrostruktur dengan menggunakan SEM dan XRD.

Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa pada komposisi 50 % pasir dan 10 % fly ash, melalui proses pengeringan secara alami (konvensional) dengan waktu pengerasan selama 14 hari merupakan kondisi optimum. Pada kondisi ini, karakteristiknya adalah sebagai berikut: densitas = 0,91 g/cm3, penyerapan air = 54 %, kuat tekan = 2,07 MPa, kuat patah = 1 MPa, penyusutan = 0,115 %, konduktivitas termal = 0,237 W/m.K, tingkat penyerapan suara optimum sebesar 12,62 % (pada frekuensi 125 Hz), fasa dominan quartz (Q) dan calcite (C), serta ukuran pori sekitar 100 – 600 μm.

Pada proses pengeringan cepat menggunakan autoclave bertekanan 1,5 bar, kondisi optimum diperoleh dengan waktu pengerasan selama 40 menit, komposisi: 30 % pasir dan 30 % fly ash. Pada kondisi ini menghasilkan karakteristik beton ringan berpori sebagai berikut: densitas = 0,87 g/cm3, penyerapan air = 59,45%, kuat tekan = 4,33 MPa, kuat patah = 2,28 MPa, penyusutan = 0,012 %, konduktivitas termal = 0,314 W/m.K, tingkat penyerapan optimum sebesar 39,17 % (pada frekuensi 125 Hz), mempunyai fasa dominan quartz (Q) dan tobermorite (T), serta ukuran pori sekitar 1 - 200 μm.

Kata-kata Kunci : Beton berpori, penuaan alami, penuaan autoclave, susunan bertahap, semen, beton, katalis, berpori.

(6)

ABSTRACT

The aerated light weight concrete have been made from mixture of cement, sand and or fly ash, CaCO3 and aluminium catalyst. On the making of light weight

aerated concrete, there are two observation variables, there are: a. variation of raw sand - fly ash material composition and b. The drying process are: autoclave (pressure 1.5 bar) and naturally (conventional). The variation of raw sand material composition and fly ash are: 60 : 0, 50 : 10, 40 : 20, 30 : 30, 20 : 40, 10 : 50 and 0 : 60 (% weight). The light weight aerated concrete that was dried using autoclave pressure 1.5 bar, made with the variation time: 20, 40 and 60 minute. While variations of natural drying time at room temperature are: 7, 14, 21 and 28 days.

The preparation procedures of light weight aerated concrete have several steps: raw material compositioning, mixing, forming, drying, hardening (ageing), and its characterization. The characterizations are density, water absorption, compressive strength, flexural strength, shrinkage, thermal conductivity, coefficient of sound absorption, and microstructural analysis using SEM and XRD.

From the research that using naturally (conventional) with 14 days ageing time, shows that at the composition of 50 % sand and 10 % fly ash is the optimum condition. At that condition, the characteristic are: density = 0.91 g/cm3, water absorption = 54 %, compressive strength = 2.07 MPa, flexural strength = 1 MPa, shrinkage = 0.115 %, thermal conductivity = 0.237 W / m.K, optimum coefficient of sound absorption = 12.62 % (at frequency of 125 Hz), and the dominant phases are quartz (Q) and calcite (C), and have average pore size about 100 - 600 μm.

On the quick drying process condition that using autoclave at pressure 1.5 bar, the optimum condition was obtained with ageing time during 40 minute, composition of 30 % sand and 30 % fly ash. At this condition, the aerated light weight concrete have the characteristics: density = 0.87 g/cm3, water absorption = 59.45 %, compressive strength = 4.33 MPa, flexural strength = 2.28 MPa, shrinkage = 0.012 %, thermal conductivity = 0.314 W/m. K, optimum coefficient of sound absorption = 39.17 % (at frequency of 125 Hz), and the dominant phase are quartz (Q) and tobermorite (T), and has average pore size about 1 - 200 μm.

Key words : aerated concrete, normal aging, autoclave aging,

(7)

KATA PENGANTAR

Pertama-tama penulis mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT, atas kurnia dan rahmat – Nya serta telah berkanan memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis sehingga penulisan tesis ini dapat terselesaikan.

Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik Indonesia c.q. Pemerintah Provinsi Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dana sehingga penulis dapat menyelesaikan program Magister Sains pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Dengan selesainya tesis ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

ど Prof.Chairuddin P.Lubis DTM & H,Sp.A(K) selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Prof.Dr.Ir.T.Chairun Nisa B.M.Sc selaku Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.

ど Prof.Dr.Eddy Marlianto,M.Sc selaku Ketua Program Studi dan Ketua Komisi Pembimbing.

ど Prof.Drs.H.Muhammad Syukur, MS selaku Komisi Pembimbing.

ど Drs.Nasir Saleh,M.Eng.Sc.selaku Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

(8)

ど Bapak dan Ibu seluruh staff edukasi dan administrasi Program Studi Magister Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.

ど Drs.Muhammad Daud Lubis,MM. Selaku Kepala Sekolah SMA Negeri 2 Medan yang telah memberikan izin dan kesempatan untuk mengikuti perkuliahan S2 di Universitas Sumatera Utara.

ど Rekan-rekan sependidikan, mahasiswa angkatan 2007 Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan, khususnya adinda Nelli Susanti, Jauharah Cut Ali dan Khairul Sakti Nasution.

ど Adinda Arsyad Nasution, S.Pd. M.Si dan Eva Susanti yang telah membantu dengan ikhlas dalam pengetikan thesis ini.

ど Secara khusus penulis sampaikan kepada ayah ibuku yang kusayangi, H.Mangaraja Pinayungan Nasution (alm) dan Hj. Masdewi Lubis dengan

kesederhanaannya telah mendidik dan membesarkan penulis dalam suka dan duka.

ど Akhirnya kepada suamiku tercinta Azhar Lubis yang penuh kasih sayang serta rasa cinta yang mendalam dan kesabaran yang tinggi telah mendampingi penulis dalam penyelesaian studi ini. Khususnya kepada anak-anakku tersayang Muhammad Adli Azhar Lubis ST, Lisanuddin Azhar Lubis S.Ked, Ihsanuddin Azhar Lubis ST dan si bungsu yang manja Rizki Wiharni Azhar Lubis yang selalu memberi dorongan dengan penuh kesabaran dan pengorbanan serta selalu mendoakan penulis dalam menyelesaikan studi hingga selesai.

(9)

Akhirnya Alhamdulillah, segala puji hanya untuk Allah. Semoga Allah senantiasa melimpahkan Rahmat taufik dan hidayahnya kepada kita semua, Amin Ya Robbal Alamin.

Medan, Juni 2009

Penulis

(10)

RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI

Nama : Suarni Nasution

Tempat/Tanggal Lahir : Gn. Baringin, 10 Desember 1958

Alamat Rumah : Jln. Karya Kasih Gg Pipa No 12B Medan Telepon/HP : (061) 7876971/081534778701 e-mail : suarni_azhar@yahoo.co.id

Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 2 Medan

Alamat Kantor : Jln. Karangsari No 435 Polonia – Medan Telepon : (061) 7862140

DATA PRIBADI

SD : SD Negeri 7 Panyabungan Tamat : 1970 SMP : SMP Negeri Panyabungan Tamat : 1973 SMA : SMA Negeri Panyabungan Tamat : 1976 Sar-Mud : IKIP Medan Cab. P. Sidempuan Tamat : 1980 Strata-1 : IKIP Al-Waslyah Medan Tamat : 1995 Strata-2 : Universitas Sumatera Utara Medan Tamat : 2009

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... ... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR... iii

RIWAYAT HIDUP... iv

DAFTAR ISI... .. v

DAFTAR TABEL... ... .. viii

DAFTAR GAMBAR... .. ix

DAFTAR LAMPIRAN... xii

BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan Penelitian... 3

1.3 Perumusan Masalah... 4

1.4 Batasan Masalah... 4

1.5 Manfaat Penelitian... 5

1.6 Hipotesa... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6

2.1 Beton Berpori (Aerated Concrete)... .. 6

2.2 Semen... 8

2.3 Karakterisasi Beton... .. 11

BAB III METODOLOGI... 16

(12)

3.3 Variabel dan Parameter... 17

3.4 Preparasi Sampel Beton Ringan Berpori... .. 17

3.5 Karakterisasi... .. 20

3.5.1 Densitas... .. 20

3.5.2 Penyerapan Air(Water Absorption)... .. 21

3.5.3 Kuat Tekan (Compressive Strength)... .. 22

3.5.4 Kuat Patah (Flexural Strength)... .. 23

3.5.5 Penyusutan (Shrinkage)... .. 24

3.5.6 Konduktivitas Termal (Thermal Conductivity)... 25

3.5.7 Daya Redam Suara... .. 26

3.5.8 Analisa Mikrostruktur... .. 28

3.5.8.1 Analisa Mikrostruktur dengan Scanning electron Microscope (SEM)... ... 28

3.5.8.2 Analisa Mikrostruktur dengan Difraksi Sinar- X(XRD)... ... 29

BAB IV HASIL dan PEMBAHASAN... 31

4.1 Densitas... .. 31

4.2 Penyerapan Air... .. 34

4.3 Kuat Tekan... .. 37

4.4 Kuat Patah... .. 40

4.5 Penyusutan... ... 42

4.6 Konduktivitas Panas... .. 45

4.7 Daya Redam Suara... .. 48

4.8 Analisa Mikrostruktur... .. 52

4.8.1 Analisa Mikrostruktur dengan SEM... 53

(13)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 56

5.1 Kesimpulan... ... 57

5.2 Saran... .. 58

(14)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Sifat fisis dan mekanik beton berpori melalui proses aging

dengan autoclave 12 bar dan tanpa autoclave... 8

2.2 Komposisi dari semen (portland cement)... 9

2.3 Karakteristik dari semen... 10

3.1 Komposisi pencampuran bahan baku... 18

4.1 Data hasil pengukuran besaran-besaran untuk menentukan daya hantar panas dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami selama 14 hari... 45

4.2 Data hasil pengukuran besaran-besaran untuk menentukan daya hantar panas dari beton ringan berpori yang dikeringkan dengan autoclave selama 40 menit... 47

(15)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Mekanisme reaksi CaO dengan SiO2... 8

2.2 Model Difraksi Bragg... ... 14

2.3 Skema Prinsip Dasar SEM... ... 15

3.1 Diagram alir preparasi beton ringan berpori... 18

3.2 Skema Peralatan Difraksi Sinar-X.(XRD)... 29

4.1 Hubungan antara densitas terhadap penambahan fly ash ( % massa) melalui proses pengeringan alami selama 7, 14, 21, 28 hari... 32

4.2 Hubungan antara densitas terhadap penambahan fly ash (% massa ) melalui proses pengeringan autoclave selama 20, 40, dan 60 menit... ... 34

4.3 Hubungan antara penyerapan air terhadapa penambahan fly ash ( %massa ) melalui proses pengeringan alami selama 7, 14, 21, dan 28 hari... 35

4.4 Hubungan antara penyerapan air terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan autoclave selama 20, 40, dan 60 menit... ... 37

4.5 Hubungan antara kuat tekan terhadap penambahan fly ash( % massa ) melalui proses pengeringan alami selama 7, 14, 21, dan 28 hari... 38

4.6 Hubungan antara kuat tekan terhadap penambahn fly ash (% massa ) melalui Proses pengeringan autoclave selama 20, 40, dan 60 menit.... 39

4.7 Hubungan antara kuat patah terhadap penambahan fly ash( % massa) melalui proses pengeringan alami selama 7, 14, 21, dan 28 hari... ... 41

4.8 Hubungan antara kuat patah terhadap penambahan fly ash(%massa) Melalui proses pengeringan autoclave selama 20, 40, dan 60 menit... ... 42

(16)

melalui proses pengeringan alami selama

7, 14, 21, dan 28 hari... ... 43 4.10 Hubungan antara penyusutan terhadap penambahan fly ash( % massa )

melalui proses pengeringan autoclave selama

20, 40, dan 60 menit... ... 44 4.11 Hubungan antara temperatur terhadap waktu untuk menentukan

T1, T2, dan dT/dt dari beton ringan berpori dengan komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir dikeringkan secara alami

selama 14 hari... ... 46 4.12 Hubungan antara temperatur terhadap waktu untuk menentukan

T1, T2, dan dT/dt dari beton ringan berpori dengan komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir dikeringkan menggunakan

autoclave selama 40 menit... .. 47 4.13 Hubungan sound level terhadap frekuensi untuk beton ringan

berpori, pada komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir dikeringkan secara alami dengan waktu pengerasan

selama 14 hari... 48 4.14 Hubungan koefisien absorbsi terhadap frekuensi untuk beton

ringan berpori pada komposisi 50 % fly ash dan

10 % pasir dikeringkan secara alami dengan waktu pengerasan

selama 14 hari... 49 4.15 Hubungan sound level terhadap frekuensi untuk beton

ringan berpori, pada komposisi 30 % fly ash dan

30 % pasir dikeringkan dengan menggunakan autoclave

1,5 bar selama 40 menit... . 50 4.16 Hubungan koefisien absorbsi terhadap frekuensi untuk

beton ringan berpori, pada komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir dikeringkan dengan menggunakan autoclave

1,5 bar selama 40 menit... . 51 4.17 Foto SEM dari beton ringan berpori yang dikeringkan

secara alami selama 14 hari dengan komposisi 50 % fly ash

dan 10 % pasir... . 53 4.18 Foto SEM beton ringan berpori dikeringkan secara cepat menggunakan

autoclave 1,5 bar selama 40 menit dengan komposisi

30 % fly ash dan 30 % pasir... . 54 4.19 Pola difraksi sinar X dari beton ringan berpori yang dikeringkan

(17)

dan 10 % pasir... . 55 4.20 Pola difraksi sinar X dari beton ringan berpori yang dikeringkan

secara cepat menggunakan autoclave 1,5 bar selama 40 menit dengan komposisi 30 % fly ash

(18)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

A Contoh Perhitungan Densitas secara Alami... 62

B Contoh Perhitungan Densitas dengan Autoclave... 64

C Contoh Perhitungan Penyerapan Air secara Alami... 66

D Contoh Perhitungan Kuat Tekan secara Alami... 69

E Contoh Perhitungan Kuat Patah secara Alami... 72

F Contoh Perhitungan Penyusutan secara Alami... 75

G Contoh Perhitungan Konduktivitas Termal... 78

H Contoh Perhitungan Koefisien Penyerapan Suara... 83

I Kurva XRD... 86

(19)

BAB I PENDAHULUAN

1. 1. Latar Belakang

Beton secara umum memiliki kualifikasi bobot yang berat dengan densitas umumnya sekitar 2,24 – 2,40 g/cm3 (Properties of normal strength portland cement concrete). Pengerjaan konstruksi bangunan memiliki faktor kesulitan dalam handling dan pemasangan, untuk itu perlu dikembangkan jenis beton yang mudah dalam handling dan pemasangan, sehingga membutuhkan waktu yang cepat untuk menyelesaikan suatu konstruksi. Pada kondisi sekarang mulai bermunculan jenis beton yang memiliki bobot yang lebih ringan. Dilihat dari nilai densitasnya, beton ringan sangat banyak sekali macamnya mulai dari berbentuk monolitik, beton berpori, beton berkombinasi dengan serat atau bahkan berbentuk berlubang (beton berlubang).

Ditinjau dari densitasnya cukup bervariasi, suatu beton yang dikatakan kualifikasi beton ringan adalah beton yang memiliki densitas < 1,450 g/cm3 (Lightweight concrete or foamed concrete). Pada umumnya jenis beton ringan memiliki densitas dalam rentang 0,48 – 1,45 g/cm3 (Lightweight concrete or foamed concrete). Beton berpori merupakan salah satu jenis beton ringan yang dalam struktur beton terdapat banyak pori, dalam orde 50 – 70 % adalah berupa rongga, sehingga

(20)

keunggulan dari penggunaan beton ringan yang memiliki densitas yang sangat rendah dibandingkan dengan beton pada umumnya antara lain: mudah dalam handling dan pemasangan, sangat bagus dalam peredaman panas dan suara, serta waktu konstruksi akan berlangsung dengan cepat. Pada gambar I. 1, terlihat bahwa sangat mudah dan ringan dalam pemasangan beton berpori. Dengan semakin cepat proyek konstruksi selesai tentunya dapat menghemat biaya konstruksi secara keseluruhan (Paul Downton, 1993).

Dengan adanya keunggulan tersebut maka beton ringan khususnya beton berpori sangat cocok sekali dipergunakan untuk pembangunan perumahan, dan perkantoran.

Beton ringan yang memiliki densitas kurang dari 1,0 g/cm3 hanya beton berpori, beton ringan lainnya yang dibuat dengan agregat ringan ataupun serat sintetis maupun alami masih memiliki densitas >1,0 g/cm3. Cara produksi beton berpori dan jenis bahan baku utamanya sama dengan pembuatan beton ringan atau beton umum lainnya. Mekanisme pembentukkan pori dalam pembuatan beton berpori sangat tergantung pada bahan aditif yang digunakan. Jenis bahan aditif untuk pembentukan pori pada beton antara lain: dengan menginjeksikan gas oksigen atau nitrogen, menggunakan foaming agent, atau menambahakan bahan katalis Al (Siporex Oy, 2000).

Banyaknya pori serta ukuran pori sangat tergantung pada kondisi lamanya proses aging (pengerasan) ,kondisi tekanan selama proses aging, dan tingkat kehalusan dari SiO2 (silika) yang digunakan (Siporex Oy, 2000). Dari ketiga macam

(21)

cara tersebut yang paling ekonomis adalah penggunaan katalis Al, dengan adanya katalis Al maka akan terjadi reaksi eksotermal antara CaO dengan SiO2. Akibat reaksi tersebut akan timbul panas sehingga pada saat panas timbul gelembung-gelembus gas H2O dan CO2 akan menghasilkan pori-pori dalam struktur beton (Siporex Oy, 2000).

Teknologi pembuatan beton ringan berpori sudah dikembangkan oleh perusahaan Perancis dan Hebel dalam skala besar. Tentu saja teknologi yang digunakan cocok sekali untuk kapasitas produksi yang sangat besar. Dalam proses agingnya menggunakan tekanan uap yang sangat tinggi 12 bar sehingga memerlukan

steam generator (boiler) dan investasinya sangat besar (Aerated autoclaved concrete). Teknologi ini tidak memungkinkan untuk dilakukan pada industri skala menengah kebawah. Oleh karena itu pada penelitian ini akan dicoba untuk membuat beton berpori menggunakan bahan limbah fly ash sebagai sumber silika. Kemudian dilanjutkan dengan proses aging dengan tekanan uap rendah (< 2 bar) dan atau dengan proses aging alami (tanpa tekanan uap). Melalui proses aging dengan tekanan uap rendah dan atau proses aging alami (tanpa tekanan uap) akan dapat mereduksi biaya produksi yang cukup besar, tetapi tetap kualitas beton berpori masih sama. Dengan demikian industri menengah kebawah mampu memproduksi beton berpori dengan biaya produksi yang lebih murah.

(22)

1. Menguasai teknik pembuatan beton ringan berpori (aerated concrete) dengan densitas < 1g/cm3 melalui suatu penggunaan katalis Al dan pemakaian bahan limbah fly ash.

2. Mengetahui pengaruh komposisi silika (fly ash) serta pengaruh proses aging

(tekanan uap rendah < 2 bar dan proses aging secara alami) terhadap karakteristik beton berpori.

1. 3. Perumusan Masalah

Bagaimana membuat beton ringan yang berpori (aerated concrete) menggunakan campuran semen, pasir atau fly ash, CaCO3 dan katalis Al, serta melalui proses pengeringan secara alami (28 hari) maupun dengan cara pengeringan cepat (menggunakan Autoclave), sehingga diharapkan diperolehnya beton berpori dengan densitas < 1g/cm3. Pada topik ini bahwa variasi komposisi akan menentukan sekali sifat fisis, mekanis dan termal dari beton berpori. Oleh karena itu perlu dilakukan variasi komposisi bahan baku yang dipergunakan.

1. 4. Batasan Masalah

Penelitian ini menggunakan fly ash yang berasal dari pembakaran batu bara pada PLTU Suralaya Banten. Variabel yang mempengaruhi karakteristik beton berpori adalah komposisi dari pasir silika maupun komposisi fly ash serta variasi proses pengeringan. Ada dua macam proses pengeringan yang digunakan antara lain:

(23)

pengeringan alami, yaitu: 7, 14, 21 dan 28 hari. Pengeringan cepat menggunakan

Autoclave bertekanan 1,5 bar dalam waktu: 20, 40 dan 60 menit.

1. 5. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat penelitian adalah untuk menambah ilmu pengetahuan tentang cara pembuatan beton berpori atau aerated concrete dan teknik karakterisasinya sebagai komponen bahan bangunan. Dengan dilakukan penelitian ini, tentu akan diketahui sejauh mana material ini dapat diterapkan.

1. 6. Hipotesa

Melalui penggunaan katalis Al dan pemakaian fly ash sebagai sumber silika, proses aging tekanan uap rendah < 2 bar dan proses aging secara alami maka dapat diharapkan diperolehnya produk beton berpori dengan densitas mencapai < 1g/cm3.

(24)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2. 1. Beton Berpori (Aerated Concrete)

Beton tergolong suatu komposit dengan matrik yang berfungsi perekat (semen) dan bahan pengisi (filler) yang berupa agregat (batu kecil atau pasir), (Yothin Ungkoon, 2007). Pada beton, proses penguatan ikatan antar agregat melalui proses hidratasi semen. Dalam proses reaksi hidratasi tersebut akan terbentuk calsium silikat hidrat (CS fasa), calcium aluminat hidrat (CA fasa) dan calcium alumina silikat hidrat (CAS). Proses penguatan atau pengerasan pada beton sangat tergantung pada perbandingan (ratio berat) air terhadap semen, normalnya bervariasi dari 0,8 – 1,2 (Tri Mulyono, 2005).

Beton dikualifikasikan menjadi dua golongan yaitu beton normal dan beton ringan. Beton normal tergolong beton yang memiliki densitas sekitar 2240 – 2400 kg/m3 dan kekuatannya tergantung komposisi campuran beton (mix design), (concrete properties d 1223). Beton ringan adalah suatu beton yang memiliki densitas < 1,450 g/cm3 begitu juga kekuatannya bisa disesuaikan pada penggunaan dan pencampuran bahan bakunya (Lightweight concrete or foamed concrete).

Jenis dari beton ringan (Siporex Oy, 2000) ada dua golongan yaitu: (a) beton ringan berpori (aerated concrete) dan (b) beton ringan non aerated. Beton ringan berpori (aerated) adalah beton yang dibuat sehingga strukturnya banyak terdapat

(25)

pori-pori. Beton semacam ini diproduksi dengan bahan baku dari campuran semen, dan agregat (pasir), gypsum, CaCO3 dan katalis aluminium. Dengan adanya katalis Al selama terjadi reaksi hidratasi semen akan menimbulkan panas (reaksi eksotermal) sehingga timbul gelembung-gelembus gas H2O dan CO2. Dari reaksi tersebut, akhirnya gelembung tersebut akan menimbulkan jejak pori dalam badan beton yang sudah mengeras. Semakin banyak gas yang dihasilkan akan semakin banyak pori-pori terbentuk dan beton akan semakin ringan.

Pembuatan beton berpori umumnya menggunakan bahan baku dasar yaitu: semen jenis Portland cement (20 - 30 % berat), pasir silika (50 – 60 % berat), dan CaCO3 (10 – 20 %) sebagai sumber CaO. Bahan katalis Al yang digunakan adalah sekitar 0,5 – 1 %, (Siporex Oy, 2000 dan Yothin Ungkoon, 2007). Mekanisme pembentukan pori dalam pembuatan beton berpori dapat terjadi melalui beberapa cara antara lain (Yothin Ungkoon, 2007):

1. Cara injeksi gas (oksigen atau nitrogen atau udara) kedalam pasta adaonan beton.

2. Cara memberikan foam kedalam pasta adaonan beton.

3. Melalui mekanisme reaksi antara CaCO3 dengan SiO2 dengan katalis Al, sehingga terjadi reaksi antara CaO dan SiO2 yang bersifat eksotermal. Akibat reaksi tersebut gelembung-gelembung gas (CO2 dan H2O) terlepas dan menimbulkan jejak pori.

(26)

Reaksi antara CaO dan SiO2 membentuk fasa baru Tobermorite diperlihatkan pada Gambar 2. 1 sebagai berikut.

Gambar 2. 1. Mekanisme Reaksi CaO dengan SiO2 (Yothin Ungkoon, 2007). Sifat-sifat fisis dan mekanik beton berpori yang diproduksi melalui proses aging

dengan Autoclave 12 bar (AAC) dan tanpa Autoclave (non AAC), seperti diperlihatkan pada tabel 2. 1.

Tabel 2. 1. Sifat fisis dan mekanik beton berpori melalui proses aging dengan

Autoclave 12 bar (AAC) dan tanpa Autoclave (Non AAC) (Yothin Ungkoon, 2007)

2. 2. Semen

Semen merupakan bahan perekat anorganik yang banyak digunakan dalam bidang bangunan. Banyak sekali tipe-tipe semen dan yang paling banyak digunakan

(27)

adalah semen tipe I atau disebut dengan portland cement. Bahan baku portland

semen adalah kapur sebagai sumber CaO, tanah liat sebagai sumber silika (SiO2), aluminium oksida (Al2O3), dan besi oksida. Material ini bereaksi di dalam suatu dapur atau tungku membentuk klinker, kemudian melalui penghalusan dengan ball mill dan dicampurkan bahan gipsum dan terbentuklah semen (Andrew R. Barron, 2008).

Kandungan senyawa-senyawa di dalam semen antara lain: C3S (Tricalcium

silicate), C2S (Dicalcium silicate), C3A (Tricalcium aluminate), dan C4AF (Tetracalcium aluminoferrite), dimana C = CaO, S = SiO2, A = Al2O3, dan F = Fe2O3, dan bahan ikutan lainnya antara lain: MgO, TiO2, Mn2O3, K2O, dan Na2O (Diefenderf, 1998,). Semen dapat berfungsi sebagai perekat bila terjadi pengerasan, proses pengerasan pada semen akibat adanya reaksi antara komponen-komponen di dalam semen dengan air yang disebut reaksi hidratasi semen. Komposisi dari semen pada umumnya ditunjukkan pada tabel 2. 2 sebagai berikut.

Tabel 2. 2. Komposisi dari semen (portland cement) (http://training.ce. washington.edu/WSDOT/Modules/03_materials/03-

4_body.htm)

Komponen Formula Simbol % berat

Tricalcium Silicate 3CaO.SiO2 C3S 50

Dicalcium Silicate 2CaO.SiO2 C2S 25

Tricalcium Aluminate

3CaO.Al2O3 C3A 12 Tetracalcium

Aluminoferrite

4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 8 Gypsum CaSO4.2H2O CSH2 3.5

(28)

Lamanya proses pengerasan berlangsung cukup lama dan umumnya berlangsung maksimum selama 28 hari (Haque N. I, 1999). Reaksi-reaksi yang terjadi selama proses pengerasan antara lain:

2C3S+ 6H → C3S2H3+ 3CH 2C2S+ 4H → C3S2H3+ CH C3A+ 3CSH2+ 26H → C6As3H32 2C3A+ C6As3H32+ 4H → 3C4ASH12

C4Af+ 3CSH2+ 21H → C6(A,F)S3H32+ (A,F)H3 C4Af+ C6(A,F)S3H32+ 7H → 3C4(A,F)SH12+ (A,F)H3 dimana:

H = Air ( H2O);

C3S2H3 = Zat kapur silikat hidrat ( C-S-H); CH = Zat kapur Hidroksida (Ca[OH]2) CSH2 = Gipsum (CaSO4 hidrat)

C6As3H32 = 6-calcium aluminat trisulfate-32-hydrate(Ettringite); 3C4ASH12 = Tetracalcium aluminat monosulfate-12-

hydrate(monosulfoaluinate)

3C4ASH12 = Tetracalcium aluminat monosulfate-12-hydrate.

Karakteristik dari semen ditinjau dari sifat fisis dan mekanik diperlihatkan pada tabel 2. 3 berikut ini.

Tabel. 2. 3. Karakteristik dari semen (Aggrawal, 2007)

Parameter Nilai

Spesifik gravitasi 3,15

Waktu pengerasan awal > 30 menit Waktu pengerasan akhir < 600 menit

Kehalusan 10 %

Kuat Tekan umur 3 hari 23 N/mm2

(29)

2. 3. Karakterisasi Beton

Untuk pengukuran densitas dan penyerapan air digunakan metoda Archimedes

dan dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Birkeland P.W,1984) ms

Densitas = --- x ρ air ………(2.1) mb – ( mg – mk)

dengan:

ms = Massa sampel kering, g

mb = Massa sampel setelah direndam air, g mg = Massa sampel digantung di dalam air, g mk = Massa kawat penggantung, g

air = 1 gr/cm3

Untuk mengetahui besarnya penyerapan air diukur dengan mengacu pada standar ASTM C 20 – 93 dan dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:

Mj – Mk

Penyerapan air = --- x 100 %...(2.2) Mk

dimana:

Mk = Massa sampel kering, g

Mj = Massa sampel setelah direndam di dalam air, g

Pengukuran kuat tekan (compressive strength) mengacu pada (Satoshi M, Chiaki M, 1997) dan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

Kuat Tekan = --- ...(2.3) A

(30)

dimana:

F = Gaya penekan, kgf

A = Luas penampang yang terkena penekanan gaya, cm2

Pengukuran kuat patah (bending strength) mengacu pada ASTM C 133 – 97 dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

3 x P x l

Kuat Patah = --- ...(2.4) 2 x b x h2

dimana:

P = Gaya penekan, kgf l = Panjang span, cm b = Lebar penampang, cm h = Tinggi penampang, cm

Untuk menentukan besarnya penyusutan dilakukan pengukuran dimensi atau panjang awal (Lo) dan panjang setelah mengalami pengeringan 7, 14, 21 dan 28 hari, disebut sebagai Lt. Besarnya penyusutan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : (New Land M.D, Painet KA.2008)

Lo - Lt

Penyusutan = --- x 100 % ………...(2.5) Lo

Pengujian konduktivitas panas dari beton ringan digunakan standar ASTM C-177 dengan persamaan sebagai berikut:

K = {(m . c . dT/dt . X)/(A . (T1-T2)} ………(2.6) dengan:

K = Konduktivitas panas, kal/cm oC detik m = Massa pelat alas (kuningan), gram

(31)

X = Tebal sampel, cm

A = Luas permukaan kontak, cm2

T1 = Temperatur pelat alat ketel air panas pada steady state, oC T2 = Temperatur pelat alas kuningan pada steady state, oC

Besarnya penyerapan suara atau daya redam suara dari beton ringan berpori perlu diukur, guna mengetahui sejauh mana aplikasi material tersebut dapat diterapkan. Untuk menentukan level intensitas suara atau tingkat kenyaringan suatu material diukur dalam desible (db). Uji penyerapan suara mengacu pada (accoustic sound absoption d 68)yang memenuhi persamaan berikut :

Koefisien penyerapan suara, α = --- ... (2.7) Ii

dengan:

Ia = intensitas suara yang diserap, db. Ii = intensitas sumber suara yang datang, db.

Pengujian mikrostruktur dari beton ringan berpori dilakukan dengan 2 cara, yaitu: menggunakan X-ray Diffraction (XRD) untuk mengidentifikasi struktur kristal atau fasa yang terbentuk. Sedangkan dengan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk melihat bentuk dan ukuran partikel penyusunnya.

X-ray Diffraction (XRD) adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek sekitar 0,5 – 2,5 Amstrong dan mendekati jarak antara atom kristal serta mempunyai energi yang besar. Berkas sinar X yang sejajar dan monokromatik ditembakkan pada permukaan material, maka atom-atom dalam kristal

(32)

Setiap atom merupakan sumber untuk difraksi. Syarat terjadinya pemantulan pada sudut θ adalah apabila gelombang A’ sefasa dengan B’ dan juga C’ demikian seterusnya, maka terjadilah penguatan atau interferensi konstruktif. Berkas A’ dan B’ sefasa jika beda lintasan antara AA’ dengan BB’ sama dengan kelipatan bulat panjang gelombang λ (1λ,2λ,....,nλ). Beda lintasan dinyatakan dengan jarak 2y, menurut trigonometri yang selanjutnya dikenal dengan persamaan Bragg (Eddy Marlianto, 2004),

y = d sin θ

nλ = 2 d sin θ...(2.8)

sinar pantul

bidang-1

y y

d θ

θ B

B’

A’

bidang-2 sinar datang

Gambar 2.2 Model Difraksi Bragg

Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan mikroskop elekteron yang banyak digunakan untuk analisa permukaan material. SEM juga dapat digunakan untuk menganalisa data kristalografi, sehingga dapat dikembangkan untuk menentukan elemen atau senyawa. Prinsip kerja SEM dapat dilihat pada gambar 2.3, dimana dua sinar elektron digunakan secara simultan. Satu strike specimen digunakan

(33)

untuk menguji dan strike yang lain adalah CRT (Cathode Ray Tube) memberi tampilan gambar.

Gambar 2.3. Skema Prinsip Dasar SEM (Cahn, 1993)

SEM menggunakan prinsip scanning, maksudnya berkas elektron di arahkan dari titik ke titik pada objek. Gerakan berkas elektron dari satu titik ke titik yang lain pada suatu daerah objek menyerupai gerakan membaca. Gerakan membaca ini disebut dengan scanning. Komponen utama SEM terdiri dari dua unit, electron column (B) dan display console (A).

Electron column merupakan model electron beam scanning. Sedangkan

display console merupakan elektron skunder yang di dalamnya terdapat CRT. Pancaran elektron energi tinggi dihasilkan oleh electron gun yang kedua tipenya berdasar pada pemanfaatan arus.

(34)

BAB III METODOLOGI

3. 1. Bahan baku

Bahan baku yang dipergunakan untuk pembuatan panel beton berpori antara lain: 1. Semen type I (Portland cement)

2. Fly ash dari PLTU Suralaya 3. Pasir Bangka

4. CaCO3 5. Al powder

6. Air

3. 2. Peralatan

1. Timbangan 2. Alat-alat gelas

3. Cetakan beton ( mould steel)

4. Universal Testing Machine (UTM) 5. X-Ray Diffractometer (XRD)

6. Scanning Electron Microscope (SEM) 7. Ayakan screen 8 mm dan 200 mesh

8. Autoclave 9. Sinyal generator

(35)

10.Osiloscope 11.Sound level meter

3. 3. Variabel dan Parameter

Varibel penelitian ini antara lain:

1. Variasi komposisi fly ash: 0, 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 % (berat).

2. Variasi waktu pengerasan beton (ageing time): 7, 14, 21 dan 28 hari, dilakukan pada kondisi normal atau alami.

3. Variasi waktu pengerasan beton (ageing time) masing-masing selama: 20, 40, dan 60 menit, dengan menggunakan autoclave pada tekanan 1,5 bar.

Parameter pengujian yang dilakukan meliputi: densitas, penyerapan air, penyusutan, kuat tekan, kuat patah, konduktivitas panas, daya redam suara, analisa mikrostruktur dengan Scanning Electron Microscope (SEM) dan X-Ray Diffractometer (XRD).

3. 4. Preparasi Sampel Beton Ringan Berpori

Bahan baku yang digunakan pada pembuatan beton ringan berpori terdiri dari: semen, pasir silika, fly ash, CaCO3, dan katalis Al powder. Preparasi pembuatan sampel beton ringan berpori diperlihatkan pada diagram alir pada gambar 3. 1, sedangkan komposisi campuran bahan baku seperti terlihat pada tabel 3. 1.

(36)

Tabel 3. 1. Komposisi Pencampuran Bahan Baku Kode

Sampel

Semen (% massa)

Pasir Silika (% massa)

Fly Ash (% massa)

CaCO3 (% massa)

Katalis Al powder

(% massa dari total bahan baku)

A 25 60 0 15 1

B 25 50 10 15 1

C 25 40 20 15 1

D 25 30 30 15 1

E 25 20 40 15 1

F 25 10 50 15 1

G 25 0 60 15 1

Pasir -200 mesh

CaCO3, Fly Ash, Katalis Al

Semen

Penimbangan

Air Pencampuran

(air : semen = 0,8)

Pencetakan

Pengerasan Ageing Alami dan

dengan Autoclave.

Pengujian

(37)

Untuk pembuatan beton berpori, masing-masing bahan baku ditimbang sesuai dengan komposisi seperti tabel 3. 1. Setelah ditimbang, ketiga bahan baku tersebut dicampur dalam suatu wadah plastik, dan diaduk hingga rata menggunakan sendok semen. Tambahkan air, dimana jumlah air yang digunakan sesuai dengan perbandingan berat air : semen = 0,8 (fas = 0,8). Misalkan semen yang digunakan pada beton ringan berpori sebanyak 50 gram, maka air yang diperlukan adalah = 0,8 x 50 gram = 40 gram.

Kemudian adonan diaduk hingga merata dan homogen, Selanjutnya adonan yang dihasilkan dituangkan dalam cetakan yang terbuat dari besi dengan ukuran: 16 x 4 x 4 cm. Bentuk sampel uji lainnya adalah berupa selinder berukuran: diameter 2,5 cm dan tinggi 7 cm. Kemudian adonan dicetak,dan dikeringkan untuk proses pengerasan (ageing).

Ada 2 metoda yang dilakukan pada proses pengerasan (ageing), yaitu: secara alami dan dipercepat. Variasi waktu pada proses pengerasan (ageing) secara alami adalah: 7, 14, 21 dan 28 hari, sedangkan dipercepat menggunakan autoclave bertekanan 1,5 bar adalah: 20, 40, dan 60 menit.

Setelah benda uji mengalami proses ageing, kemudian dilakukan pengujian yang meliputi: densitas, penyerapan air, kuat tekan, kuat patah, penyusutan, konduktivitas panas, daya redam suara, dan analisa mikrostrukturnya dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) dan X-Ray Diffractometer

(38)

3. 5. Karakterisasi

Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi: densitas, penyerapan air, kuat tekan, kuat patah, penyusutan, konduktifitas panas, daya redam suara, dan analisa mikrostrukturnya dengan menggunakan Scanning Electron Microscope

(SEM) dan X-Ray Diffractometer (XRD).

3. 5. 1. Densitas

Pengukuran densitas (bulk density) dari masing-masing komposisi beton berpori yang telah dibuat, diamati dengan menggunakan prinsip Archimedes dan mengacu pada standar ASTM C 134 – 95. Pada proses awal dilakukan penimbangan massa benda di udara (massa sampel kering) seperti halnya pada penimbangan biasa, sedangkan penimbangan massa benda di dalam air.

Metoda pengukuran densitas.

1. Sampel yang telah mengalami pengerasan (ageing), dikeringkan di dalam

dryingoven dengan suhu 100oC, selama 1 jam.

2. Kemudian timbang massa sampel kering (beton berpori), ms dengan menggunakan neraca digital.

3. Sampel yang telah ditimbang, kemudian direndam di dalam air selama 1 jam, bertujuan untuk mengoptimalkan penetrasi air terhadap sampel uji. Setelah waktu penetrasi terpenuhi, seluruh permukaan sampel dilap dengan kain flanel dan dicatat massa sampel setelah direndam di dalam air, mb.

(39)

4. Gantung sampel, pastikan tepat pada posisi tengah dan tidak menyentuh alas beker gelas yang berisi air, dimana massa sampel berikut penggantung di dalam air adalah mg.

5. Selanjutnya sampel dilepas dari tali penggantung, dan catat massa tali penggantung, mk.

Dengan mengetahui besaran-besaran tersebut diatas, maka nilai densitas beton berpori dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (2. 1).

3. 5. 2. Penyerapan Air (Water absoption)

Untuk mengetahui besarnya penyerapan air dari beton berpori yang telah

dibuat, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 20 – 93.

Prosedur pengukuran penyerapan air adalah sebagai berikut:

1. Sampel yang telah dikeringkan di dalam drying oven dengan suhu 100oC selama 1 jam, ditimbang massanya dengan menggunakan neraca digital, disebut massa sampel kering.

2. Kemudian sampel direndam di dalam air selama 1 jam sampai massa

sampel jenuh dan catat massanya.

Dengan menggunakan persamaan (2. 2) maka nilai penyerapan air dari beton berpori dapat ditentukan.

(40)

3. 5. 3. Kuat tekan (Compressive strength)

Untuk mengetahui besarnya kuat tekan dari beton ringan berpori yang telah dibuat, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 39 – 2005. Alat yang digunakan untuk menguji kuat tekan adalah Universal Testing Mechine (UTM). Model cetakan untuk benda uji dan dimensi benda uji berupa selinder, seperti diperlihatkan pada gambar J5 (lampiran).

Sedangkan pada gambar J6 (lampiran) ditunjukkan foto pengujian kuat tekan dengan menggunakan Universal Testing Mechine (UTM).

Prosedur pengujian kuat tekan adalah sebagai berikut:

1. Sampel berbentuk selinder diukur diameternya, minimal dilakukan tiga kali pengulangan. Dengan mengetahui diameternya maka luas penampang dapat dihitung, A = π(d2/4).

2. Atur tegangan supply sebesar 40 volt, untuk menggerakkan motor penggerak kearah atas maupun bawah. Sebelum pengujian berlangsung, alat ukur (gaya) terlebih dahulu dikalibrasi dengan jarum penunjuk tepat pada angka nol.

3. Kemudian tempatkan sampel tepat berada di tengah pada posisi pemberian gaya (lihat gambar), dan arahkan switch ON/OFF ke arah ON, maka pembebanan secara otomatis akan bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 4 mm/menit.

(41)

4. Apabila sampel telah pecah, arahkan switch kearah OF maka motor penggerak akan berhenti. Kemudian catat besarnya gaya yang ditampilkan pada panel display, saat beton polimer tersebut rusak.

Dengan menggunakan persamaan (2. 3) maka nilai kuat tekan dari beton berpori dapat ditentukan.

3. 5. 4. Kuat Patah (Flexural Strength)

Untuk mengetahui besarnya kuat patah dari beton berpori yang telah dibuat, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 348 – 2002. Alat yang digunakan untuk menguji kuat patah adalah Universal Testing Mechine

(UTM). Model cetakan dan dimensi benda uji untuk kuat patahbenda berbentu balok, seperti diperlihatkan pada gambar J7 (lampiran). Sedangkan pengujian kuat patah dengan Universal Testing Mechine (UTM), seperti diperlihatkan pada gambar J8 (lampiran)

Prosedur pengujian kuat patah adalah sebagai berikut:

1. Sampel berbentuk balok diukur lebar dan tingginya, minimal dilakukan tiga kali pengulangan, kemudian atur jarak titik tumpu (span) sebesar 10 cm sebagai dudukan sampel (lihat gambar III. 5).

(42)

4. Apabila sampel telah patah, arahkan switch kearah OF maka motor penggerak akan berhenti. Kemudian catat besarnya gaya yang ditampilkan pada panel display, saat beton ringan berpori tersebut patah.

Dengan menggunakan persamaan (2. 4) maka nilai kuat patah dari beton berpori dapat ditentukan.

3. 5. 5. Penyusutan (Shrinkage)

Pengukuran penyusutan (shrinkage) dari beton ringan berpori dilakukan berdasarkan perubahan dimensi, sesuai dengan persamaan 5 (K. Ramamurthyand N. Narayanan, 2000, dan ASTMC-1386-98). Mula-mula ukur panjang sampel yang baru dikeluarkan dari cetakan, disebut panjang awal (Lo). Setelah sampel mengalami proses pengeringan atau pengerasan (ageing) untuk masing-masing waktu pengeringan selama 7, 14, 21 dan 28 hari, kemudian diukur panjangnya, disebut sebagai panjang akhir, Lt.

Dengan menggunakan formula pada persamaan 2. 5, maka nilai penyusutan dapat dicari. Dengan cara yang sama dapat dilakukan untuk beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan autoclave bertekanan 1,5 bar, dimana variasi waktunya adalah 20, 40 dan 60 menit.

(43)

3. 5. 6. Konduktivitas Termal (Thermal Conductivity)

Untuk menentukan besarnya konduktivitas termal dari beton ringan berpori yang telah dibuat, maka perlu dilakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM C 177 –1997. Metoda yang digunakan untuk menguji konduktivitas termal dari beton ringan berpori adalah metoda Lees, seperti diperlihatkan pada gambar 3. 6. Pengukuran ini bertujuan untuk memahami peristiwa perpindahan panas melalui konduksi, sehingga dengan mengetahui besarnya konduktivitas termal dari suatu bahan maka dapat diperkirakan aplikasi material tersebut selanjutnya.

Prosedur pengujian konduktivitas termal dari beton ringan berpori adalah sebagai berikut:

1. Sampel beton ringan berpori dibuat berbentuk selinder (koin) dengan diameter 10 cm, dan tebal 5 mm, untuk memastikan dimensinya gunakan mikrometer dan jangka sorong dan diukur dimensinya minimal tiga kali pengulangan.

2. Timbang pelat alas kuningan, C dan catat massanya (m), kemudian gantungkan dengan tali penggantung, X pada statip penggantung.

3. Letakkan benda uji, B (beton ringan berpori) di atas pelat alas tersebut, dan olesin permukaan benda uji tersebut dengan bahan pelumas agar kontak panasnya menjadi lebih baik

4. Ketel uap, S diletakkan diatas benda uji dan hubungkan dengan ketel air panas dengan menggunakan selang.

(44)

5. Masuk kan termometer T1 pada lubang ketel uap dan termometer T2 pada pelat alas kuningan.

6. Catat kenaikan temperatur T1 dan T2 setiap dua menit sampai kondisi kesetimbangan (stady state) tercapai. Keadaan setimbang dinyatakan apabila kenaikan temperatur ± 0,1 oC selama 10 menit.

7. Apabila T1 dan T2 sudah mencapai setimbang angkat ketel uap dan panaskan pelat alas beserta benda uji dengan alat pemanas, hingga temperatur T2 naik sekitar 10 oC.

8. Setelah temperaturnya tercapai, matikan alat pemanas dan catat penurunan temperatur T2 untuk setiap dua menit, sehingga selisih suhunya mencapai sekitar 20 oC. Kemudian buat kurva kenaikan temperatur sewaktu pemanasan dan penurunan temperatur sewaktu pendinginan masing-masing terhadap waktu.

Dengan menggunakan persamaan (2. 6) maka nilai konduktivitas termal dari beton ringan berpori dapat ditentukan.

3. 5. 7. Daya Redam Suara

Pengukuran daya redam suara (daya serap suara) dari beton ringan berpori perlu dilakukan agar dapat diketahui sejauh mana pemakaian dari material tersebut dapat diterapkan tentunya. Perangkat peralatan yang digunakan untuk mengukur daya redam suara, pada gambar J10 (lampiran). Level intensitas suara atau disebut juga kenyaringan diukur dalam desible (db).

(45)

Prosedur pengukuran intensitas suara membutuhkan peralatan: sinyal generator sebagai sumber sinyal sinus yang dapat diatur frekuensinya, speaker aktif sebagai sumber suara, osiloskop untuk mengukur frekuensi sinyal generator, dan

sound level meter untuk mengukur level suara. Hal yang pertama dilakukan adalah mengukur level sumber suara. Sound level meter diletakkan pada posisi tetap atau jarak tertentu terhadap speaker aktif. Atur frekuensi sinyal generator mulai dari frekuensi rendah hingga frekuensi 1600 Hz dan ukur level intensitas (db) dari masing-masing frekuensi tersebut dengan menggunakan sound level meter.

Kemudian lakukan pengukuran level suara didalam kotak berukuran 24 x 24 x 24 cm3 terbuat dari beton ringan berpori, untuk mengukur tingkat intensitas yang ditransmisikan. Tempatkan speaker aktif di dalam kotak tersebut. Dengan cara yang sama seperti mengukur level sumber suara, dan level intensitas (db) dari masing-masing frekuensi tersebut. Artinya besar tingkat intensitas yang terukur merupakan besaran yang ditransmisikan oleh bahan tersebut.

Tingkat intensitas suara yang terserap dapat diukur dari selisih antara tingkat intensitas sumber suara dengan tingkat intensitas suara yang ditransmisikan Dengan mengetahui besarnya intensitas suara yang diserap (Ia) dan intensitas sumber suara yang datang (Ii) maka koefisien absorpsi, α dari beton ringan berpori dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 2. 7.

(46)

3. 5. 8. Analisa Mikrostruktur

Analisa mikrostruktur dari beton ringan berpori dilakukan dengan 2 cara, yaitu: menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk melihat bentuk dan ukuran partikel penyusunnya dan X-ray Diffraction (XRD) untuk mengidentifikasi struktur kristal atau fasa yang terbentuk.

3. 5. 8. 1. Analisa Mikrostruktur dengan Scanning Electron Microscope (SEM)

Bentuk dan ukuran partikel penyusun dari beton ringan berpori dapat diidentifikasikan berdasarkan data yang diperoleh dari alat Scanning Electron Microscope (SEM), seperti diperlihatkan pada gambar J11 (lampiran).

Mekanisme alat ukur SEM dapat dijabarkan sebagai berikut:

1. Sampel diletakkan di dalam cawan, kemudian sampel tersebut dilapisi emas.

2. Sampel disinari dengan pancaran elektron bertenaga kurang lebih 20 kV sehingga sampel memancarkan elektron turunan (secondary electron) dan elektron terpantul (back scattered electron) yang dapat dideteksi dengan

detector scintilator yang diperkuat sehingga timbul gambar pada layar CRT.

3. Pemotretan dilakukan setelah dilakukan pengesetan pada bagian tertentu, dari objek dan perbesaran yang diinginkan sehingga diperoleh foto yang dapat diidentifikasi.

(47)

3. 5. 8. 2. Analisa Mikrostruktur dengan Difraksi Sinar –X (XRD)

Struktur kristal atau fasa yang terbentuk dari beton ringan berpori dapat diidentifikasikan berdasarkan data yang diperoleh dari alat X-ray Diffraction (XRD), seperti pada gambar 3. 9.

θ θ

Gambar 3. 2 Skema peralatan Difraksi Sinar-X (XRD)

Hasil ang diperoleh adalah berupa pola difraksi yang menyatakan hubungan antara intensitas (I) terhadap sudut difraksi (2θ), kemudian pola ini dicocokkan nilai jarak kisi (d) dengan data dari JCPDS card untuk mengetahui fasa yang terbentuk.

Pada gambar 3. 9, peralatan X-ray Diffraction (XRD) terdiri dari:

1. Generator tegangan tinggi (A) yang berfungsi sebagai catu daya pada sumber sinar - X (B)

2. Sampel (C) diletaakan di atas tatakan (D) yang sudutnya dapat diatur. 3. Sinar-X dari sumber (B) didifraksi oleh sampel menjadi berks sinar

(48)

4. D dan F dihubungkan secara mekanis, jika (F) berputar 2 maka D berputar sebesar .

5. Intensitas difraksi sinar-X yang masuk dalam pelat pencacah (F), dikonversikan dengan alat kalibrasi (G) dalam signal tegangan yang disesuaikan dan direkam oleh recorder atau alat perekam (H) dalam bentuk kurva.

6. Dari pengujin ini diperoleh grafik hubungan sudut 2 dengan intensitas pola struktur dari berbagai puncak.

Dengan menggunakan persamaan 2.8, maka besarnya jarak kisi (d) dapat ditentukan, kemudian nilai ini (d yang telah dihitung) dicocokan dengan nilai d dari JCPDS card

(49)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Beton ringan berpori (aerated concrete) telah dibuat dari campuran semen, pasir atau fly ash, CaCO3 dan katalis Al, kemudian dikeringkan secara alami (7, 14, 21 dan 28 hari) maupun dengan menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar (20, 40 dan 60 menit). Karakteristik beton berpori sangat ditentukan oleh komposisi pasir silika maupun fly ash (dari pembakaran batu bara pada PLTU Suralaya – Banten), dan proses pengeringannya. Untuk mengetahui karakteristik beton tersebut maka perlu diukur besaran-besaran fisisnya antara lain: densitas, penyerapan air, kuat tekan, kuat patah, konduktivitas termal, daya redam suara dan analisa mikrostrukturnya dengan menggunakan SEM dan XRD.

4.1. Densitas

Hasil pengukuran densitas beton ringan berpori (aerated concrete) yang berbasis campuran semen, pasir atau fly ash, CaCO3 dan katalis Al, melalui proses pengeringan secara alami selama waktu: 7, 14, 21 dan 28 hari diperlihatkan pada gambar 4.1.

(50)

0.6 0.9 1.2

0 10 20 30 40 50 6

nsi

tas (

1.5

3 )

Batas maksimum

Referensi beton berpori 7 hari

28 hari

14 hari 21 hari

Fly Ash (%massa)

Gambar 4. 1. Hubungan antara densitas terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan alami: 7, 14, 21 dan 28 hari

Data Gambar 4.1, diperoleh dari tabel pada lampiran 1 yaitu: data pengukuran densitas.

Dari Gambar 4.1, terlihat bahwa densitas beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami diperoleh berkisar antara 0,728 – 1,414 g/cm3. Sedangkan nilai densitas beton ringan berpori yang dikeringkan tanpa menggunakan Autoclave

(Non AAC) adalah berkisar 0,741 g/cm3 (William V. Abbate, 2005). Menurut Siporex Oy, (2000), beton berpori yang diklasifikasikan sebagai beton ringan adalah yang memiliki densitas < 1 g/cm3. Apabila batas atas dari nilai densitas yang diinginkan < 1 g/cm3, maka nilai yang memenuhi adalah pada komposisi: > 40 % fly ash dengan waktu pengeringan 7 hari, > 50 % fly ash dengan waktu pengeringan 14, 21dan 28 hari. Ternyata dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa, apabila waktu pengeringan atau pengerasan (aging) diperpanjang maka nilai densitas cenderung meningkat. Artinya proses pengeringan sangat mempengaruhi kualitas beton tersebut. Perubahan nilai densitas yang diperoleh antara hari ke 14, 21 dan hari ke 28 pada komposisi > 50 % fly ash relatif kecil, maka untuk penghematan disarankan waktu

(51)

pengeringan cukup dilakukan selama 14 hari, dimana nilai densitasnya masih < 1 g/cm3. Sebaliknya pada penambahan fly ash cenderung menurunkan nilai densitas pada beton ringan berpori. Peristiwa ini merupakan terjadinya reaksi antara CaO dan SiO2 yang terdapat pada fly ash dan membentuk komponen Tobermerite.

Pada gambar 4. 2, ditunjukkan hasil pengukuran densitas dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat dengan variasi waktu 20, 40 dan 60 menit yang menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar. Dari gambar 4.2, terlihat bahwa densitas beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan Autoclave masing-masing selama 20, 40 dan 60 menit, diperoleh berkisar antara 0,740 – 1,280 g/cm3. Sedangkan nilai densitas beton ringan berpori yang dikeringkan menggunakan

Autoclave (AAC) pada tekanan 12 bar adalah berkisar 0,575 g/cm3 (William V. Abbate, 2005). Sebenarnya kualifikasi dari jenis beton ringan struktur adalah memiliki densitas dalam rentang 1,44 – 1,84 g/cm3 (NRMCA, 2000). Pada referensi lain, beton berpori yang diklasifikasikan sebagai beton ringan adalah yang memiliki densitas < 1 g/cm3 (Siporex Oy, 2000). Kecenderungan pola yang diperoleh mirip dengan yang ditampilkan pada gambar 4. 1. Perbedaannya hanya pada waktu pengeringan atau pengerasan (aging) yang relatif lebih cepat dibanding dengan cara alami (konvensional) dan peristiwa atau reaksi yang terjadi adalah sama saja. Sesuai dengan tujuan penelitian, diharapkan nilai densitas yang diperoleh < 1 g/cm3, maka nilai yang memenuhi adalah pada komposisi: > 35 % fly ash dengan waktu pengeringan 20 menit, > 20 % fly ash dengan waktu pengeringan 40 dan 60 menit.

(52)

Batas maksimum

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

0 10 20 30 40 50 60

Fly Ash (% berat)

Densitas (g/cm

3 )

Gambar 4.2. Hubungan antara densitas terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan Autoclave: 20, 40 dan 60 menit

20 menit

40 menit

Referensi beton berpori

60 menit

1.4

Fly Ash (% massa)

Perbedaan nilai densitas beton ringan berpori yang diperoleh dengan pengeringan cepat antara 40 dan 60 menit dengan komposisi > 20 % fly ash adalah relatif kecil, maka disarankan waktu pengeringan cukup dilakukan selama 40 menit. Pemikiran ini berdasarkan azas penghematan, karena nilai densitas target < 1 g/cm3 telah terpenuhi.

4. 2. Penyerapan Air

Pada gambar 4. 3, terlihat bahwa penyerapan air dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami diperoleh berkisar antara 48,76 – 54,8 %. Hasil pengamatan peneliti lain (Siporex Oy, 2000), menunjukkan bahwa beton berpori untuk jenis beton ringan terdapat banyak pori sampai 50 - 70 %.

(53)

Gambar 4. 3. Hubungan antara penyerapan air terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan alami: 7, 14, 21 dan 28 hari

48 50 52 54

0 10 20 30 40 50 60

P

e

n

y

er

apan A

ir

(

%

)

Batas bawah

7 hari

14 hari 28 hari

21 hari

Fly Ash (% massa)

Dari kurva yang diperoleh menunjukkan bahwa fungsi waktu pengerasan (aging) sangat menentukan, karena penyerapan air masih berlangsung sampai hari ke 28. Pembuatan beton ringan berpori dengan pengeringan secara alami menghasilkan nilai penyerapan air yang tertinggi pada hari ke 28, yaitu: 50,2 – 54,8 %. Apabila batas minimum (bawah) penyerapan air sebesar 50 %, maka komposisi yang memenuhi adalah > 20 % fly ash dengan waktu pengeringan 7 hari, > 10 % fly ash untuk waktu pengeringan 14, 21 dan 28 hari. Pada komposisi tersebut, perubahan nilai penyerapan air antara hari ke 14, 21 dan hari ke 28 pengaruhnya tidak begitu signifikan, sehingga disarankan waktu pengeringan cukup dilakukan 14 hari saja. Adanya air yang terperangkap di dalam beton ringan berpori lambat laun akan terlepas secara bertahap sebagai fungsi waktu pada saat pengerasan. Pengaruh penambahan fly ash

(54)

menimbulkan panas, serta gelembung-gelembung gas (CO2) maupun H2O yang terbentuk selama proses pencetakan dan pada saat pengerasannya justru akan terurai. Gelembung-gelembung udara ini menjadikan volumenya menjadi dua kali lebih besar dari volume awal. Pada akhir proses pengembangan hidrogen akan terlepas ke atmosfer dan posisinya langsung digantikan oleh udara, sehingga menimbulkan rongga dan membuat beton menjadi ringan (Wijoseno, 2008).

Pada gambar 4. 4, terlihat bahwa penyerapan air dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat dengan menggunakan Autoclave (AAC) diperoleh berkisar antara 55,27 – 60,35 %. Hasil ini relatif lebih tinggi (lebih baik) dibanding dengan pengeringan secara alami. Nilai penyerapan air berbanding lurus terhadap waktu dan jumlah fly ash yang ditambahkan. Artinya semakin lama proses pengeringannya dan semakin banyak fly ash yang ditambahkan maka nilai penyerapan air dari beton ringan berpori akan meningkat.

54 56 58 60 62

0 10 20 30 40 50 60

Penyer

apan Ai

r (

)

Gambar 4. 4. Hubungan antara penyerapan air terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan Autoclave: 20, 40 dan 60 menit

20 menit 40 menit 60 menit

(55)

Perubahan nilai penyerapan air dari beton ringan berpori pada proses pengeringan dengan menggunakan Autoclave antara 40 menit dan 60 menit menjadi tidak signifikan. Oleh karena besarnya penyerapan air sudah > 50 %, untuk itu disarankan cukup dilakukan selama 40 menit saja, agar penghematan dilakukan.

4. 3. Kuat Tekan

Pada gambar 4. 5, terlihat bahwa kuat tekan dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami: 7, 14, 21 dan 28 hari, adalah berkisar antara 0,60 – 6,42 MPa. Berdasarkan referensi (Yothin Ungkoon, 2007), nilai kuat tekan dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami adalah sebesar 1,6 MPa. Nilai kuat tekan beton ringan struktural adalah berkisar 1900 psi atau 13,1 MPa (Carolyn Schierhorn, 2008).

0 2 3 5 6 8

0 10 20 30 40 50 60

Kuat

Tekan (

M

pa

)

28 hari

7 hari

14 hari

Referensi beton berpori

21 hari

(56)

Dari hasil pengukuran memperlihatkan bahwa penambahan fly ash cenderung menurunkan kuat tekan pada beton ringan berpori. Pada waktu pengeringan selama 7 hari jumlah fly ash yang boleh ditambahkan maksimal 40%, apabila melebihi maka kekuatannya berada dibawah standar. Sedangkan untuk waktu pengeringan 14, 21 dan 28 hari jumlah fly ash dapat ditambahkan sampai komposisi maksimum. Demikian pula sebaliknya penambahan waktu pengerasan cenderung dapat meningkatkan kekuatan tekannya. Apabila dilihat dari hasil kuat tekan untuk beton ringan berpori dengan proses pengeringan alami antara 14, 21 dan 28 hari relatif tidak signifikan, oleh karena itu disarankan cukup dilakukan selama 14 hari saja.

Pada gambar 4. 6, ditunjukkan hasil pengukuran kuat tekan dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat dengan variasi waktu: 20, 40 dan 60 menit, dengan menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai kuat tekan yang diperoleh sekitar 1,67 – 6,57 MPa. Sedangkan berdasarkan referensi untuk beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat dengan menggunakan Autoclave bertekanan sebesar 12 bar adalah sekitar 4,3 MPa (Yothin Ungkoon, 2007).

(57)

mbar 4. 6. Hubungan antara kuat tekan terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan Autoclave: 20, 40 dan 60 menit

1

3

5

7

0

10

20

30

40

50

60 K

u

at

T

ekan

(

M

P

a

)

Referensi beton berpori

20 menit 40 menit

60 menit

Fly Ash (% massa)

Hasil pengujian untuk beton ringan berpori dengan proses pengeringan cepat menggunakan Autoclave, masing-masing untuk 40 dan 60 menit, nilai kuat tekannya relatif hampir sama, oleh karena itu cukup dilakukan selama 40 menit saja. Pada proses pengeringan selama 20 menit, jumlah fly ash yang boleh ditambahkan sebesar < 20%, apabila melebihi maka kekuatannya berada dibawah standar. Kecuali pada 40 dan 60 menit, jumlah fly ash yang dapat ditambahkan sebaiknya tidak lebih dari 30 % (berat).

Berdasarkan dari hasil diatas, dapat dinyatakan bahwa pada proses produksi (mass product) dari beton ringan berpori dapat dipercepat dari 28 hari (alami) menjadi 40 menit dengan bantuan Autoclave yang diberi tekanan tertentu. Kemudian

(58)

pembuatan beton ringan berpori, sehingga dapat menekan biaya produksinya. Disamping itu dengan bobot beton yang ringan maka handling dan pemasangannya akan jauh lebih mudah dan relatif lebih cepat.

4. 4. Kuat Patah

Pada gambar 4. 7, terlihat bahwa nilai kuat patah dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami: 7, 14, 21 dan 28 hari, adalah berkisar antara 0,116 – 3,78 MPa. Sedangkan menurut literatur (Yothin Ungkoon, 2007), kuat patah dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami adalah sekitar 0,59 MPa.

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0

10

20

30

40

50

60 K

u

at

P

a

tah (

M

pa)

Referensi beton berpori 7 hari

14 hari 28 hari

21 hari

Fly Ash (% massa)

Gambar 4. 7. Hubungan antara kuat patah terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan alami: 7, 14, 21 dan 28 hari

(59)

Ternyata dari kurva yang diperoleh menunjukkan bahwa kuat patah beton ringan berpori berbanding terbalik terhadap penambahan fly ash dan berbanding lurus terhadap waktu pengerasan. Untuk waktu pengerasan selama 7 hari, jumlah fly ash

yang dapat ditambahkan maksimal sebanyak 30%, dan apabila fly ash > 30% maka nilai kuat patahnya berada dibawah nilai standar. Kecuali pada waktu pengerasan 14, 21 dan 28 hari jumlah fly ash yang dapat ditambahkan bisa mencapai maksimum (60% berat).

Sedangkan pada gambar 4. 8, ditunjukkan hasil pengukuran kuat patah dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan Autoclave

bertekanan 1,5 bar dengan variasi waktu: 20, 40 dan 60 menit. Dari gambar 4. 8, menunjukkan bahwa beton ringan berpori melalui pengeringan dengan autoclave

selama 20, 40 dan 60 menit, menghasilkan kuat patah berkisar antara 0,53 – 4,63 MPa. Nilai kuat patah dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat dengan menggunakan autoclave pada tekanan 12 bar adalah sebesar 1,06 MPa (Yothin Ungkoon, 2007). Nilai kuat patah beton ringan berpori yang diperoleh berbanding terbalik terhadap penambahan fly ash dan berbanding lurus terhadap waktu pengerasan.

(60)

0 1 2 3 4 5

0 10 20 30 40 50 60

Fly Ash (% berat)

K

u

a

t P

a

ta

h

(M

P

a

)

Gambar 4. 8. Hubungan antara kuat patah terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan Autoclave: 20, 40 dan 60 menit

Referensi beton berpori 60 menit

40 menit 20 menit

Fly Ash ( % massa)

Dari hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa adanya kesamaan antara kuat tekan dan kuat patah dari beton ringan berpori. Kesamaannya adalah penambahan fly ash diperkenankan hanya sebesar 30 %, untuk waktu pengerasan 20 menit dengan menggunakan autoclave pada tekanan 1,5 bar. Kecuali pada waktu pengerasan 40 dan 60 menit, relatif aman karena kekuatannya berada di atas batas kuat patah beton ringan berpori (standar). Untuk waktu pengeringan 40 dan 60 menit, perubahannya tidak begitu signifikan, karena besarnya nilai kuat patah beton ringan jauh di atas kurva standar. Oleh karena itu untuk penghematan, disarankan watu pengeringan cukup dilakukan selama 40 menit saja dengan menggunakan Autoclave

(61)

4. 5. Penyusutan

Pada gambar 4. 9, terlihat bahwa nilai penyusutan dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami: 7, 14, 21dan 28 hari, adalah berkisar antara 0,086 – 0,164 MPa.

Gambar 4. 9. Hubungan antara penyusutan terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan alami: 7, 14, 21 dan 28 hari

0.06 0.09 0.12 0.15 0.18

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

Penyusutan (%

)

28 hari

7 hari

Batas atas penyusutan untuk beton berpori

14 hari

21 hari

Fly Ash (% massa)

Nilai penyusutan untuk beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami atau tanpa menggunakan Autoclave (Non AAC) adalah berkisar: 0,05 – 0,15 %. Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa penyusutan beton ringan berpori berbanding lurus dengan waktu pengerasan dan berbanding terbalik terhadap penambahan jumlah fly ash. Ternyata untuk waktu pengerasan selama 14 hari hanya diperkenankan minimum penambahan 10 % fly ash dan untuk 28 hari diperkenankan minimum sebanyak 20 %

(62)

fly ash yang memenuhi nilai standar. Sedangkan komposisi lainnya masih termasuk dalam batas yang diperkenankan.

Pada gambar 4.10, ditunjukkan hasil pengukuran penyusutan dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar dengan variasi waktu: 20, 40 dan 60 menit. Dari gambar 4. 10, memperlihatkan bahwa penyusutan dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan Autoclave: 20, 40 dan 60 menit adalah berkisar antara :

(4,83 – 16) x 10-3 %.

0 006 0.012 0.018 0.024 0.03

0 10 20 30 40 50 60

e

ny

us

ut

a

n (

%

)

Gambar 4.10. Hubungan antara penyusutan terhadap penambahan fly ash (% massa) melalui proses pengeringan Autoclave: 20, 40 dan 60 menit

40 menit 20 menit

60 menit Referensi beton berpori (batas atas)

Referensi beton berpori (batas bawah)

P

Fly Ash (% massa)

Nilai penyusutan untuk beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat dengan menggunakan Autoclave adalah berkisar: (10 – 25) x 10-3 %, menurut tandar ASTM C 1386-98 bahwa nilai rata-rta penyusutan rata-rata adalah < 0,02 %. Ternyata untuk waktu pengerasan selama 7 hari, hanya diperkenankan maksimum penambahan

(63)

10 % fly ash dan apabila > dari 10 % fly ash maka penyusutannya berada dibawah nilai standar. Sedangkan untuk waktu pengerasan selama 14, 21 dan 28 hari, penambahan fly ash dapat mencapai maksimum (60 % berat).

4. 6. Konduktivitas Panas

Pengujian daya hantar panas (thermal conductivity) beton ringan berpori dilakukan dengan menggunakan Kalorimeter dan mengacu pada ASTM C 177 – 1997. Pengujian konduktivitas panas atau daya hantar panas beton ringan berpori hanya dilakukan pada komposisi tertentu saja (terbaik), yaitu:

1. 50 % fly ash dan 10 % pasir, dikeringkan secara alami dengan waktu pengerasan selama 14 hari.

2. 30 % fly ash dan 30 % pasir, dikeringkan secara cepat dengan menggunakan

Autoclave, waktu pengerasan selama 40 menit.

Pada gambar 4.11, ditunjukkan hubungan antara temperatur terhadap waktu, untuk menentukan T1, T2 dan dT/dt dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami selama 14 hari. Dari data pengukuran dan kurva tersebut diperoleh besaran fisis, seperti diperlihatkan pada tabel 4. 1.

(64)

Tabel 4.1. Data hasil pengukuran besaran-besaran untuk menentukan daya hantar panas dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami selama 14 hari

Besaran yang diukur Nilai Satuan

Massa pelat alas kuningan, m 1,8 Kg

Panas jenis pelat alas kuningan, Cp 0,09 k.kal/kgoC Slope, dT/dt 0,011 oC/detik Tebal beton ringan berpori, X 0,005 M Diameter beton ringan berpori, d 0,1 M Luas penampang beton ringan berpori, A 0,00785 m2 Temperatur pelat alas ketel uap (steady state), T1 81 oC Temperatur pelat alas kuningan (steady state), T2 61 oC

Dengan mensubsitusi besaran yang diukur (seperti terlihat pada tabel 4. 1) ke dalam persamaan 2. 9, maka diperoleh nilai konduktivitas termal, K = 0,237 W/m.oK.

Gambar 4.11. Hubungan antara temperatur terhadap waktu untuk menentukan T1, T2, dan dT/dt dari beton ringan berpori dengan komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir, dikeringkan secara alami selama 14 hari

20 40 60 80 100

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Waktu (detik)

erat

r (

0 C)

dT/dt = 0,011 T1

(65)

Pada gambar 4.12, ditunjukkan hubungan antara temperatur terhadap waktu, untuk menentukan T1, T2 dan dT/dt dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar selama 40 menit. Dari data pengukuran dan kurva tersebut diperoleh besaran fisis, seperti diperlihatkan pada tabel 4. 2.

Tabel 4.2. Data hasil pengukuran besaran-besaran untuk menentukan daya hantar panas dari beton ringan berpori yang dikeringkan menggunakan autoclave selama 40 menit

Besaran yang diukur Nilai Satuan

Massa pelat alas kuningan, m 1,8 kg

Panas jenis pelat alas kuningan, Cp 0,09 k.kal/kgoC Slope, dT/dt 0,0117 oC/detik Tebal beton ringan berpori, X 0,005 m Diameter beton ringan berpori, d 0,1 m Luas penampang beton ringan berpori, A 0,00785 m2 Temperatur pelat alas ketel uap (steady state), T1 81 oC Temperatur pelat alas kuningan (steady state), T2 65 oC

Dengan cara yang sama dengan mensubsitusi besaran – besaran pada pada tabel 4. 2 ke dalam persamaan 2. 9, maka diperoleh nilai konduktivitas termal, K = 0,314 W/m.oK. Sedangkan nilai konduktivitas untuk bahan bangunan, jenis bata biasa adalah berkisar 0,69 W/moK (Holman, J. P., 1997).

(66)

4. 7. Daya Redam Suara

Pengujian daya redam suara dari beton ringan berpori dilakukan dengan menggunakan sinyal generator sebagai pembangkit suara dan mengunakan dicible meter untuk mengukur penyerapan suara, pengujian ini mengacu pada JIS A 1405. Ada 2 sampel yang diuji (terbaik), yaitu:

1. 50 % fly ash dan 10 % pasir, dikeringkan secara alami dengan waktu pengerasan selama 14 hari.

2. 30 % fly ash dan 30 % pasir, dikeringkan secara cepat dengan menggunakan

Autoclave, waktu pengerasan selama 40 menit.

Pada gambar 4.13, ditunjukkan hasil pengukuran level intensitas suara dari beton ringan berpori dengan komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir yang dikeringkan secara alami selama 14 hari. Pada pengukuran uji penyerapan suara yang dilakukan adalah pada rentang frekuensi 100 – 1600 Hz.

Gam

bar 4.12. Hubungan antara temperatur terhadap waktu untuk menentukan T1, T2, dan dT/dt dari beton ringan berpori dengan komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir, dikeringkan menggunakan Autoclave selama 40 menit

20 40 60

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Waktu (detik)

r (

dT/dt = 0,0117

80 100

(67)

20 40 60

10 100 1000 10000

Frekuensi (Hz)

nd Le

l (

80 100

Secara alami, 14 hari

Gambar 4.13. Hubungan sound level terhadap frekuensi untuk beton ringan berpori, pada komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir, dikeringkan secara alami dengan waktu pengerasan selama 14 hari

Dari gambar 4. 13, tenyata level intensitas suara dari sumber yang datang adalah berkisar antara 53,07 – 92,87 db dan level intensitas suara yang terserap sekitar 30,13 – 79,3 db.

Pada gambar 4. 14, ditunjukkan hubungan koefisien penyerapan suara terhadap frekuensi dari beton ringan berpori dengan komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir yang dikeringkan secara alami selama 14 hari. Dari gambar 4. 14, terlihat bahwa beton ringan berpori dengan komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir yang dikeringkan secara alami selama 14 hari memiliki sifat penyerapan suara yang baik sebesar 0,044 atau 4,40 % pada frekuensi 500 Hz. Tingkat penyerapan yang optimum adalah sebesar 0,126 atau 12,62 %, yaitu pada frekuensi 125 Hz.

(68)

12.02

4.40

0.51 0.35 0.36

0.28

0 4 8 12

10 100 1000 10000

Frekuensi (Hz)

K

o

fis

ie

n

A

b

s

o

rp

s

i (

%

)

Gambar 4.14. Hubungan koefisien absorpsi terhadap frekuensi untuk beton ringan berpori, pada komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir, dikeringkan secara alami dengan waktu pengerasan selama 14 hari

Secara alami, 14 hari

Pada gambar 4. 15, ditunjukkan hubungan koefisien penyerapan suara terhadap frekuensi dari beton ringan berpori, komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir yang dikeringkan menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar dan dikeringkan selama 40 menit.

(69)

30 50 70 90

10 100 1000 10000

Frekuensi (Hz)

S

ou

nd L

e

v

e

l (

d

b)

110

Autoclave, 40 menit

Gambar 4.15. Hubungan sound level terhadap frekuensi untuk beton ringan berpori, pada komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir, dikeringkan dengan menggunakan Autoclave 1,5 bar selama 40 menit

Tenyata level intensitas suara dari sumber yang datang dari beton ringan berpori, dengan komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir yang dikeringkan menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar dan dikeringkan selama 40 menit adalah berkisar antara 58,63 – 96,91 db dan level intensitas suara yang terserap sekitar 40,15 – 89,26 db.

Pada gambar 4. 16, diperlihatkan hubungan antara koefisien absopsi terhadap frekuensi dari beton ringan berpori, dengan komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir yang dikeringkan menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar dan dikeringkan selama 40 menit

(70)

39.17

17.18

1.42 1.05 1.16

0.89

0 8 16 24 32

10 100 1000 10000

Frekuensi (Hz)

oof

n A

i (

) Autoclave, 40 menit

Gambar 4.16. Hubungan koefisien absorpsi terhadap frekuensi untuk beton ringan berpori, pada komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir, dikeringkan dengan menggunakan Autoclave 1,5 bar selama 40 menit Dari gambar 4. 16, terlihat bahwa beton ringan berpori dengan komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir yang dikeringkan menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar selama 40 menit memiliki sifat penyerapan suara yang baik sebesar 0,1718 atau 17,18 % pada frekuensi 500 Hz. Tingkat penyerapan optimum dari beton ringan berpori adalah sebesar 0,3917 atau 39,17 %, yaitu pada frekuensi 125 Hz.

Apabila dilihat dari kedua bahan beton ringan berpori yang mempunyai komposisi 30 % fly ash dan 30 % pasir yang dikeringkan menggunakan Autoclave

bertekanan 1,5 bar dan dikeringkan selama 40 menit relatif lebih baik meredam suara dibanding beton ringan berpori dengan komposisi 50 % fly ash dan 10 % pasir yang dikeringkan secara alami selama 14 hari. Sedangkan menurut referensi (Wilbert F. Stoecker, 1982), bahwa orde besaran koefisien penyerapan, α untuk beton berkisar antara 0,01 – 0,05 dan untuk bahan akustik sekitar 0,2 – 0,8. Pada hal peneliti lain

(71)

(W.F Stoecker),menyatakan bahwa koefisien apsorpsi suara dari beton ringan berpori pada frekuensi 125 Hz adalah sebesar 0,36 dan pada frekuensi 500 Hz sebesar 0,31.

4. 8. Analisa Mikrostruktur

4. 8. 1. Analisa Mikrostruktur dengan SEM

Pada gambar 4.17, ditunjukkan foto SEM dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami selama 14 hari.

8000 x 400 μm

Fly ash

Pasir

Pori

Gambar 4. 17. Foto SEM dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami selama 14 hari dengan komposisi: 50 % fly ash dan 10 % pasir

(72)

Dari gambar 4. 17, terlihat bahwa pada beton ringan berpori terdapat rongga-ronga (pori) warna hitam (gelap), warna putih (terang) merupakan butiran pasir dan warna abu-abu merupakan gumpalan fly ash. Rongga-ronga (pori) belum terdistribusi merata dan ukurannya dari yang paling kecil 100 μm dan yang paling besar bisa mencapai bisa mencapai 600 μm. Ukuran partikel paling kecil sekitar 10 μm dan partikulat dalam bentuk gumpalan (agglomerate) bisa mencapai 100 kalinya.

Pada gambar 4.18, ditunjukkan foto SEM dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar dengan waktu pengerasan selama 40 menit.

8000 x 400 μm

Gambar 4.18. Foto SEM dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan autoclave 1,5 bar, selama 40 menit dengan komposisi: 30 %

(73)

Dari gambar 4. 18, terlihat bahwa pada beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan Autoclave relatif lebih banyak porinya dibanding dengan pengeringan secara alami. Disamping itu, adonannya kelihatan lebih merata dan ukuran rongganya relatif lebih kecil, mulai dari 1 μm hingga mencapai berkisar 200 μm. Begitu pula ukuran partikelnya lebih halus dibanding dengan pengeringan secara alami.

Menurut referensi (Yothin Ungkoon, 2007), menyatakan bahwa beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami (Non AAC) mempunyai permukaan yang lebih kasar dan ukuran pori lebih besar dengan jumlah lebih sedikit dan terdistribusi tidak merata. Sedangkan untuk beton ringan berpori yang dikeringkan dengan menggunakan Autoclave, 12 bar (AAC) mempunyai permukaan yang lebih halus dan ukuran pori lebih kecil dengan jumlah lebih banyak dan terdistribusi merata. Adanya cacat mikro (micro crack) pada permukaan Non AAC menyebabkan kekuatan mekanik turun, karena memudahkan terjadinya keretakan. Pada beton ringan berpori (AAC) permukaannya lebih halus, ukuran partikelnya kecil, umumnya tanpa cacat dan relatif lebih padat, maka cenderung memiliki kekuatan mekanik lebih tinggi.

4. 8. 2. Analisa Mikrostruktur dengan XRD

Pada gambar 4.19, ditunjukkan pola difraksi sinar – X dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami selama 14 hari dengan komposisi: 50 % fly ash

(74)

T = Tobermorite C = Calcite Q = Quartz

Gambar 4. 19. Pola difraksi sinar - X dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara alami selama 14 hari dengan komposisi: 50 % fly ash dan 10 % pasir

Hasil pengamatan peneliti lain (Yothin Ungkoon, 2007), pola difraksi dari beton ringan berpori (Non AAC) umumnya mempunyai fasa quartz (Q) dan calcite (C).

Pada gambar 4. 20, ditunjukkan pola difraksi sinar – X dari beton ringan berpori yang dikeringkan secara cepat menggunakan Autoclave bertekanan 1,5 bar, waktu pengerasan selama 40 menit dengan komposisi: 30 % fly ash dan 30 % pasir. Dari gambar IV. 20, terlihat bahwa komponen dominan adalah quartz (Q) dan

(1)

Data Eksperimen

Data Hanawalt

Non

AAC

Calcite

Quartz (L)

Tobermorite

Peak

No

2 Theta

d

Angstrom

I/Io d Angstrom

d Angstrom

1 21.000

4.2603 9

4.26 2 27.140

3.3426 49

3.343

3

29.108 3.0760

100

3.076

4

32.060 2.7978

26

2.798 5 35.996

2.4947 20

2.495 6 39.440

2.2851 24

2.285 7 43.130

2.1279 24

2.128 8 45.836

1.9795 26

1.98 9 47.312

1.9128 44

1.913 10 48.591 1.8750 30

1.875 11 50.264 1.8173 38

1.817 12 60.104 1.5405 27

1.541

(2)

Lampiran J.

Gambar J.1. Contih Produk

Aereated Concrete

dan Pemasangannya

Timbangan

Beaker Glass

Sampel digantung di dalam air Aquades

0, 01560

Gambar J.2. Prinsip Penimbangan Massa Benda di dalam Air

(3)

Gambar J.3. Kuat tekan (a) Model cekatan dan (b) benda uji

(b)

(a)

(4)

(a) (b)

Gambar J.5. Kuat patah (a) Model cekatan dan (b) Benda Uji

Gambar J.6. Pengujian kuat patah menggunakan

Universal Testing Mechine

(UTM)

Ketel uap

(5)

c).

a).

b).

d).

Gambar J.8. Perangkat pengukuran daya redam suara : a) speaker, b) sinyal

generator, c) osiloskop, d) sound level meter

Gambar J.9. Foto alat ukur

Scanning Electron Microscope

(SEM)

(6)