Karakteristik Papan Semen Dari Limbah Kardus Dengan Penambahan Katalis Alumunium Sulfat

KARAKTERISTIK PAPAN SEMEN DARI LIMBAH KARDUS

DENGAN PENAMBAHAN KATALIS ALUMUNIUM SULFAT

SKRIPSI

Oleh: Dedi Saputra

061203015/ Teknologi Hasil Hutan

DEPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

HALAMAN PENGESAHAN

Judul Penelitian : Karakteristik Papan Semen dari Limbah Kardus dengan Penambahan Katalis Alumunium Sulfat

Nama : Dedi Saputra

NIM : 061203015

Departemen : Kehutanan

Program Studi : Teknologi Hasil Hutan

Disetujui oleh Komisi Pembimbing

Ketua Anggota

Luthfi Hakim, S.Hut, M.Si Tito Sucipto, S.Hut, M.Si NIP.19791017 200312 1 002 NIP.19790221 200312 1 001

Mengetahui,

Ketua Departemen Kehutanan

Dr. Ir. Edy Batara Mulya Siregar, MS NIP. 19641228 200012 1 001

ABSTRAK

DEDI SAPUTRA: Karakteristik Papan Semen dari Limbah Kardus dengan Penambahan Katalis Alumunium Sulfat. Dibimbing oleh LUTHFI HAKIM dan TITO SUCIPTO.

Papan semen berbahan dasar limbah kardus masih belum diteliti. Papan semen berpotensi besar sebagai bahan substitusi kayu untuk konstruksi bangunan. Tujuan penelitian adalah mengevaluasi sifat fisis dan mekanis papan semen serta ketahanannya terhadap serangan rayap. Papan dibuat dengan ukuran 30 cm x 30 cm x 1 cm dan kerapatan 1 g/cm3 pada variasi komposisi semen : fiber : air dengan penambahan katalis alumunium sulfat, kemudian dikondisikan selama + 2 minggu.

Sifat fisis dan mekanis papan semen yang memenuhi standar adalah kerapatan, daya serap air dan MOE sedangkan kadar air, pengembangan tebal dan MOR belum memenuhi standar. Nilai papan semen dengan menggunakan katalis alumunium sulfat yang memenuhi standar adalah kerapatan berkisar 1,00 kg/cm3 -1,48 kg/cm3, daya serap air 11,78%-26,68%, dan MOE 183,48 kg/cm2-649,69 kg/cm2 sedangkan pada papan semen tanpa katalis kerapatan berkisar 0,86 kg/cm3-1,32 kg/cm3, daya serap air 20,09%-49,57%, dan MOE 96,64 kg/cm2 -463,62 kg/cm2. Papan semen memiliki keawetan yang cukup tinggi terhadap serangan rayap. Papan semen yang memiliki kualitas terbaik berdasarkan pengujian sifat fisis, mekanis dan ketahanan terhadap serangan rayap terdapat pada komposisi perbandingan semen : fiber : air (2,5 : 1 : 1,25) dengan adanya penambahan katalis alumunium sulfat.

Kata kunci: Papan semen, limbah kardus, alumunium sulfat, sifat fisis dan mekanis, keawetan.

ABSTRACT

DEDI SAPUTRA: Characteristics of Cement Board made from Corrugated Paper Waste with Aluminum Sulfate Catalyst Addition. Supervised by LUTHFI HAKIM and TITO SUCIPTO.

Cement board based of cardboard waste still has not been researched. Cement board holds great potential as a wood substitute materials for building construction. The research objective was to evaluate the physical and mechanical properties of cement board as well as resistance to termite attack. Boards made with size 30 cm x 30 cm x 1 cm and a density of 1 g/cm3 under various composition of cement : fiber : water ratio with addition of aluminum sulfate catalysts, and then conditioned for 2 weeks.

Physical and mechanical properties of cement board that fulfill the standards were the density, water absorption and MOE, while the moisture content, thickness swelling and MOR not fulfill the standards. The value of the cement board using aluminum sulfate catalyst that fulfill the standards is the density ranges from 1,00 kg/cm3-1,48 kg/cm3, water absorption 11.78% -26.68%, and MOE kg/cm2- 183,48 649,69 kg/cm2 while the cement board without catalyst density ranges from 0,86 kg/cm3-1,32 kg/cm3, water absorption 20,09% -49,57%, and 96,64 kg/cm2- MOE 463,62 kg/cm2. The cement board has a relatively high durability against termite attack. Cement board that has the best quality based on the testing of physical properties, mechanical properties and resistance to termite attack there on the composition ratio of cement: fiber: water (2,5 : 1 : 1,25) with an addition of aluminum sulfate catalyst.

Key words: Cement board, waste cardboard, aluminum sulfate, physical and mechanical properties, durability.

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Desa Marihat Bandar Kabupaten Simalungun pada tanggal 18 Januari 1989 dari pasangan yang berbahagia ayahanda Yose Rizal dan ibunda Poniati. Penulis merupakan anak ke-empat dari empat bersaudara.

Pendidikan formal yang ditempuh penulis yaitu pendidikan dasar di SD Al-Washliyah Marihat Bandar lulus tahun 2000, pendidikan lanjutan di MTsN Bandar lulus tahun 2003, pendidikan menengah di SMA N 2 Bandar lulus tahun 2006. Pada tahun yang sama penulis diterima masuk ke PTN USU pada program studi Teknologi Hasil Hutan, Departemen Kehutanan, Fakultas Pertanian melalui jalur Pemanduan Minat dan Prestasi (PMP).

Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Geodesi dan Kartografi, Pengantar Inventarisasi Hutan, Keteknikan Hutan, Dendrologi, Ekologi, Sifat Fisis dan Mekanis Kayu dan Praktik Pengenalan dan Pengelolaan Hutan (P3H). Penulis juga aktif sebagai anggota Himpunan Mahasiswa Sylva (HIMAS), Kelompok Aspirasi Mahasiswa (KAM) RABBANI dan Tim Syuro’ Fakultas (TSF). Pada tahun 2007 penulis juga pernah menjabat posisi strategis sebagai ketua Badan Kenaziran Mushola Baitul Asyjaar Kehutanan USU dan tahun 2009 penulis menjabat sebagai anggota Majelis Mahasiswa Fakultas (MMF) di Fakultas Pertanian USU. Selain itu penulis aktif dalam organisasi eksternal kampus Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI).

Penulis melaksanakan Praktik Pengenalan dan Pengelolaan Hutan (P3H) di hutan mangrove Pulau Sembilan Kecamatan Pangkalan Susu dan hutan pegunungan Tangkahan Kabupaten Langkat Provinsi Sumatera Utara. Penulis juga melaksanakan praktik kerja lapang (PKL) di Kesatuan Pemangkuan Hutan (KPH) Cepu Perum Perhutani Unit I Jawa Tengah. Penulis melaksanakan penelitian dengan judul “Karakteristik Papan Semen dari Limbah Kardus dengan Penambahan Katalis Alumunium Sulfat” dibawah bimbingan Bapak Luthfi Hakim, S.Hut, M.Si selaku ketua komisi pembimbing dan Bapak Tito Sucipto, S.Hut, M.Si sebagai anggota komisi pembimbing.

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul ”Karakteristik Papan Semen dari Limbah Kardus dengan Penambahan Katalis Alumunium Sulfat”. Penelitian inidisusun berdasarkan ide dan pemikiran yang diharapkan dapat menghasilkan produk yang bermanfaat, mempunyai nilai ekonomis yang cukup tinggi dan dapat dikembangkan sebagai alternatif untuk substitusi kayu.

Pada kesempatan ini penulis menghaturkan terima kasih sebesar-besarnya kepada kedua orangtua penulis yang telah membesarkan, memelihara dan mendidik penulis selama ini. Tak lupa penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak Luthfi Hakim, S.Hut, M.Si dan Tito Sucipto, S.Hut, M.Si selaku ketua dan anggota komisi pembimbing yang telah membimbing dan memberikan berbagai arahan dan masukan berharga kepada penulis mulai menetapkan judul, melakukan penelitian, sampai pada penyusunan skripsi.

Disamping itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua staf pengajar dan pegawai program studi Teknologi Hasil Hutan Departemen Kehutanan, serta semua rekan mahasiswa yang turut membantu penulis dalam menyelesaikan hasil penelitian ini. Demikian penulis sampaikan, semoga hasil penelitian ini bermanfaat.

Medan, Maret 2010

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... ii

ABSTRACT ... iii

RIWAYAT HIDUP ... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR LAMPIRAN ... x

PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1

Tujuan Penelitian ... 2

Manfaat Penelitian ... 3

Hipotesis Penelitian ... 3

TINJAUAN PUSTAKA Kertas Karton ... 4

Kelebihan dan kelemahan kardus ... 5

Potensi dan produksi limbah kardus... 6

Semen ... 8

Deskripsi semen ... 8

Jenis-jenis semen ... 9

Proses pembuatan semen ... 10

Komposisi penyusun semen ... 11

Semen Portland ... 12

Pengertian semen portland ... 12

Komposisi kimia semen portland ... 12

Jenis-jenis semen portland ... 13

Alumunium Sulfat ... 14

Papan Semen ... 16

Pengertian papan semen ... 16

Karakteristik papan semen ... 17

Pulp cement board... 19

Kualitas papan semen menurut JIS A 5414-1993 ... 20

METODE PENELITIAN Lokasi dan Waktu ... 21

Alat dan Bahan ... 21

Prosedur Penelitian... 21

Persiapan bahan baku ... 21

Pembentukan lembaran papan ... 25

Pengkondisian ... 25

Pengujian kualitas ... 26

Pengujian sifat fisis ... 27

1. Kerapatan ... 27

2. Kadar air ... 27

3. Daya serap air ... 28

4. Pengembangan tebal ... 28

Pengujian sifat mekanis ... 29

1. Modulus lentur... 29

2. Modulus patah ... 29

3. Keteguhan rekat ... 31

4. Kuat pegang sekrup ... 31

Sifat ketahanan terhadap serangan rayap (biodeteriorasi) ... 32

Uji kubur ... 32

Analisa Data ... 33

HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat Fisis Papan Semen ... 36

Kerapatan ... 36

Kadar air ... 39

Daya serap air ... 42

Pengembangan tebal ... 46

Sifat Mekanis Papan Semen ... 50

Modulus lentur ... 50

Modulus patah ... 52

Keteguhan rekat ... 53

Kuat pegang sekrup ... 55

Sifat Ketahanan terhadap Biodeteriorasi... 57

Uji kubur ... 57

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 60

Saran ... 60

DAFTAR PUSTAKA ... 61

DAFTAR TABEL

No. Halaman

1. Standar uji papan semen menurut JIS A 5414-1993 ... 20 2. Kriteria ketahanan papan semen terhadap serangan rayap ... 20 3. Proporsi bahan baku papan semen (bagian berat) ... 23 4. Rekapitulasi nilai uji sifat fisis, mekanis, dan ketahanan papan

semen terhadap serangan rayap ... 36 5. Rata-rata kehilangan berat papan semen pada uji kubur selama 50 hari ... 58

DAFTAR GAMBAR

No. Halaman

1. Limbah kardus ... 8

2. Semen portland ... 9

3. Alumunium sulfat ... 15

4. Papan semen ... 16

5. Bagan alir proses persiapan bahan baku ... 22

6. Pola pemotongan contoh uji papan semen ... 26

7. Cara pembebanan pengujian MOE dan MOR ... 30

8. Pengujian keteguhan rekat. ... 31

9. Posisi sekrup pada pengujian kuat pegang sekrup ... 32

10. Papan semen pada variasi komposisi S : F : A ... 35

11. Perbedaan nilai kerapatan pada berbagai variasi komposisi S : F : A ... 37

12. Perbedaan nilai kadar air papan semen pada berbagai komposisi S : F : A 40 13. Perbedaan nilai daya serap air setelah perendaman selama 2 jam ... 43

14. Perbedaan nilai daya serap air setelah perendaman selama 24 jam ... 44

15. Perbedaan nilai pengembangan tebal setelah perendaman 2 jam ... 47

16. Perbedaan nilai pengembangan tebal setelah perendaman 24 jam. ... 48

17. Perbedaan nilai MOE pada berbagai variasi komposisi S : F : A ... 50

18. Perbandingan nilai rata-rata MOR pada berbagai komposisi S : F : A ... 52

19. Perbandingan nilai rata-rata keteguhan rekat papan semen ... 54

20. Nilai rata-rata kuat pegang sekrup pada berbagai komposisi S : F : A ... 56

DAFTAR LAMPIRAN

No. Halaman

1. Nilai kerapatan papan semen pada berbagai perlakuan ... 64

2. Uji sidik ragam kerapatan papan semen ... 64

3. Uji DMRT kerapatan papan semen ... 64

4. Nilai kadar air papan semen pada berbagai perlakuan ... 65

5. Uji sidik ragam kadar air papan semen ... 65

6. Nilai daya serap air setelah perendaman selama 2 jam ... 65

7. Uji sidik ragam daya serap air setelah perendaman selama 2 jam... 66

8. Nilai daya serap air setelah perendaman selama 24 jam ... 66

9. Uji sidik ragam daya serap air setelah perendaman selama 24 jam ... 66

10. Uji DMRT daya serap air setelah perendaman selama 2 jam... 66

11. Uji DMRT daya serap air setelah perendaman selama 24 jam ... 67

12. Nilai pengembangan tebal setelah perendaman selama 2 jam ... 67

13. Nilai pengembangan tebal setelah perendaman selama 24 jam ... 67

14. Uji sidik ragam pengembangan tebal setelah perendaman 2 jam ... 67

15. Uji sidik ragam pengembangan tebal setelah perendaman 24 jam ... 68

16. Uji DMRT pengembangan tebal setelah perendaman 2 jam ... 68

17. Uji DMRT pengembangan tebal setelah perendaman 24 jam ... 68

18. Nilai pengujian MOE pada berbagai perlakuan ... 68

19. Uji sidik ragam MOE papan semen ... 69

20. Uji DMRT MOE papan semen ... 69

22. Uji sidik ragam MOR papan semen ... 69

23. Nilai keteguhan rekat papan semen pada berbagai perlakuan ... 70

24. Uji sidik ragam keteguhan rekat papan semen ... 70

25. Uji DMRT keteguhan rekat papan semen ... 70

26. Nilai kuat pegang sekrup papan semen pada berbagai perlakuan ... 70

27. Uji sidik ragam kuat pegang sekrup papan semen ... 71

28. Nilai kehilangan berat papan semen pada berbagai perlakuan ... 71

29. Uji sidik ragam kehilangan berat uji kubur ... 71

30. Uji DMRT kehilangan berat uji kubur papan semen ... 71

ABSTRAK

DEDI SAPUTRA: Karakteristik Papan Semen dari Limbah Kardus dengan Penambahan Katalis Alumunium Sulfat. Dibimbing oleh LUTHFI HAKIM dan TITO SUCIPTO.

Papan semen berbahan dasar limbah kardus masih belum diteliti. Papan semen berpotensi besar sebagai bahan substitusi kayu untuk konstruksi bangunan. Tujuan penelitian adalah mengevaluasi sifat fisis dan mekanis papan semen serta ketahanannya terhadap serangan rayap. Papan dibuat dengan ukuran 30 cm x 30 cm x 1 cm dan kerapatan 1 g/cm3 pada variasi komposisi semen : fiber : air dengan penambahan katalis alumunium sulfat, kemudian dikondisikan selama + 2 minggu.

Sifat fisis dan mekanis papan semen yang memenuhi standar adalah kerapatan, daya serap air dan MOE sedangkan kadar air, pengembangan tebal dan MOR belum memenuhi standar. Nilai papan semen dengan menggunakan katalis alumunium sulfat yang memenuhi standar adalah kerapatan berkisar 1,00 kg/cm3 -1,48 kg/cm3, daya serap air 11,78%-26,68%, dan MOE 183,48 kg/cm2-649,69 kg/cm2 sedangkan pada papan semen tanpa katalis kerapatan berkisar 0,86 kg/cm3-1,32 kg/cm3, daya serap air 20,09%-49,57%, dan MOE 96,64 kg/cm2 -463,62 kg/cm2. Papan semen memiliki keawetan yang cukup tinggi terhadap serangan rayap. Papan semen yang memiliki kualitas terbaik berdasarkan pengujian sifat fisis, mekanis dan ketahanan terhadap serangan rayap terdapat pada komposisi perbandingan semen : fiber : air (2,5 : 1 : 1,25) dengan adanya penambahan katalis alumunium sulfat.

Kata kunci: Papan semen, limbah kardus, alumunium sulfat, sifat fisis dan mekanis, keawetan.

ABSTRACT

DEDI SAPUTRA: Characteristics of Cement Board made from Corrugated Paper Waste with Aluminum Sulfate Catalyst Addition. Supervised by LUTHFI HAKIM and TITO SUCIPTO.

Cement board based of cardboard waste still has not been researched. Cement board holds great potential as a wood substitute materials for building construction. The research objective was to evaluate the physical and mechanical properties of cement board as well as resistance to termite attack. Boards made with size 30 cm x 30 cm x 1 cm and a density of 1 g/cm3 under various composition of cement : fiber : water ratio with addition of aluminum sulfate catalysts, and then conditioned for 2 weeks.

Physical and mechanical properties of cement board that fulfill the standards were the density, water absorption and MOE, while the moisture content, thickness swelling and MOR not fulfill the standards. The value of the cement board using aluminum sulfate catalyst that fulfill the standards is the density ranges from 1,00 kg/cm3-1,48 kg/cm3, water absorption 11.78% -26.68%, and MOE kg/cm2- 183,48 649,69 kg/cm2 while the cement board without catalyst density ranges from 0,86 kg/cm3-1,32 kg/cm3, water absorption 20,09% -49,57%, and 96,64 kg/cm2- MOE 463,62 kg/cm2. The cement board has a relatively high durability against termite attack. Cement board that has the best quality based on the testing of physical properties, mechanical properties and resistance to termite attack there on the composition ratio of cement: fiber: water (2,5 : 1 : 1,25) with an addition of aluminum sulfate catalyst.

Key words: Cement board, waste cardboard, aluminum sulfate, physical and mechanical properties, durability.

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Beberapa dekade terakhir, kebutuhan kayu mengalami peningkatan yang cukup signifikan, sementara persediaan kayu terbatas. Hal ini disebabkan ketidakseimbangan antara persediaan kayu sebagai bahan baku dengan pemakaiannya dalam kehidupan masyarakat baik untuk konstruksi, perabot rumah tangga, furniture dan lain-lain. Seiring dengan perkembangannya, kini banyak masyarakat yang beralih ke produk lain yang mempunyai ketersediaan lebih banyak dan berkesinambungan.

Kondisi tersebut tentu menimbulkan permasalahan yang harus diselesaikan bersama. Salah satu solusinya adalah alternatif bahan baku yang dapat mensubstitusi kayu yang persediaannya semakin berkurang dan terbatas. Tentunya dengan tetap mengedepankan aspek ekonomis yang harganya terjangkau oleh masyarakat dan aspek ekologis yang bersifat ramah lingkungan dengan cara mendaur ulang.

Salah satu alternatif bahan baku pengganti kayu yang bersifat ekonomis dan ramah lingkungan adalah limbah karton (kardus). Pada saat ini limbah kardus masih jarang dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai bahan baku produk yang lebih bersifat ekonomis. Tak jarang masyarakat pun hanya membuangnya atau membakarnya. Pemanfaatan yang sudah dilakukan oleh sebagian industri kecil adalah mendaur ulang kardus sebagai wadah/kemasan barang.

Pemanfaatan limbah kardus menjadi produk yang lebih bersifat ekonomis dan menjadi alternatif pengganti kayu perlu dilakukan. Salah satu caranya adalah

pemanfaatan limbah kardus menjadi bahan baku papan semen yang dapat digunakan sebagai bahan konstruksi bangunan.

Papan semen adalah papan tiruan yang menggunakan semen sebagai perekatnya, sedangkan bahan bakunya berupa partikel kayu atau partikel bahan berlignoselulosa lainnya (Maloney, 1977). Pembuatan papan semen dari bahan-bahan berlignoselulosa memerlukan bahan-bahan tambahan-bahan/aditif untuk peningkatan kualitasnya. Salah satu bahan aditif yang dapat digunakan adalah katalis untuk mempercepat proses pengeringan dan pengerasan papan semen. Adapun katalis yang dapat berfungsi untuk mempercepat proses pengeringan dan pengerasan papan semen berdasarkan penelitian-penelitian sebelumnya diantaranya adalah alumunium sulfat (Al2(SO4)3).

Atas dasar pemikiran tersebut maka perlu dilakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah kardus menjadi papan semen dengan penambahan katalis alumunium sulfat. Penelitian diharapkan dapat memperoleh papan semen yang dapat digunakan sebagai alternatif dalam memenuhi kebutuhan kayu sebagai bahan konstruksi bangunan.

Tujuan Penelitian

Penelitian bertujuan untuk mengevaluasi sifat fisis dan mekanis papan semen dari limbah kardus dengan penambahan katalis alumunium sulfat pada variasi komposisi semen : fiber (kardus) : air serta sifat ketahanannya terhadap serangan rayap (biodeteriorasi).

Manfaat Penelitian

Penelitian berguna untuk memberikan alternatif pemanfaatan limbah kardus menjadi produk yang lebih bernilai ekonomis, ramah lingkungan dan mempunyai nilai tambah serta dapat menjadi sumber informasi bagi pihak-pihak yang membutuhkan.

Hipotesis Penelitian

Katalis alumunium sulfat dan variasi komposisi bahan (semen : fiber : air) serta interaksi keduanya berpengaruh terhadap sifat fisis (kerapatan, kadar air, daya serap air, pengembangan tebal), mekanis (MOE, MOR, keteguhan rekat, kuat pegang sekrup), dan ketahanan terhadap serangan rayap (uji kubur).

TINJAUAN PUSTAKA

Kertas Karton

Kardus atau corrugated paper merupakan bahan dasar kemasan yang memiliki daur hidup sangat singkat dan berharga ketika berlangsungnya proses distribusi produk dari produsen ke konsumen. Material kardus saat ini dipandang sebagai kebutuhan sekunder dalam suatu proses produksi industri. Bahan dasar utama kertas kardus berasal dari limbah industri pemotongan kayu (sisa potongan, serutan, serbuk gergaji). Sifat kardus mudah untuk diolah kembali atau didaur ulang beberapa kali, baik untuk bahan pembuatan kardus baru atau papan daur ulang (MDF/medium density fibreboard). Bahan bakunya sangat berlimpah dan didukung oleh sifatnya yang ramah lingkungan sehingga kardus menjadi material yang sangat ekonomis untuk dimanfaatkan (Ervasti, 1996).

Kardus sebagai bahan baku berbiaya murah memiliki karakteristik yang cukup unik untuk dijadikan sebagai produk furniture. Selain ekonomis dan fleksibilitas tinggi, dalam hal estetika juga memiliki design yang kuat. Design bentuk kardus juga amat baik dan sulit ditiru bahan umum lainnya seperti kayu atau metal. Kekuatan dan durabilitas produk furniture kardus yang terdiri dari kertas sebagai bahan utama pembentuknya begitu rentan terhadap kelembaban atau air. Meskipun demikian konsumen menyadari bahwa aspek ekonomis tetap menjadi pilihan utama untuk membeli produk dengan biaya murah, walaupun tidak memiliki kekuatan yang sama seperti kayu (Willy dan Yahya, 2001).

Karton dupleks adalah karton yang terdiri dari dua lapisan atau lebih. Lapisan atas berwarna putih dan mempunyai sifat cetak yang baik. Beberapa

perubahan spesifikasi karton dupleks dilakukan untuk mengantisipasi kemajuan dan perkembangan baru di bidang industri kertas dan karton serta untuk memenuhi berbagai tuntutan dari konsumen. Spesifikasi karton dupleks dibuat berdasarkan hasil studi literatur, pengujian contoh karton dupleks yang ada di pasaran, spesifikasi yang diusulkan oleh pabrik kertas, dan keinginan pengguna karton dupleks (BSN, 2008).

Kelebihan dan kelemahan kardus

Kardus sebagai bahan dasar kemasan yang memiliki daur hidup singkat, memiliki kelebihan dan kelemahan, diantaranya yaitu:

1. Struktur kardus olahan atau hasil recycle (daur ulang) tidak jauh berbeda dengan kardus baru, perbedaan utamanya adalah ketebalan yang terjadi karena penambahan lapisan gelombang.

2. Proses cetak dilakukan dengan sistem cetak sablon (silk-screen printing). Teknik pencetakan sablon cukup sulit untuk diterapkan karena permukaan material ini tidak begitu rata, disebabkan alur gelombang atau flute sehingga bagian yang cekung tidak dapat tercapai oleh screen sablon dan tinta tidak dapat tercetak secara merata.

3. Kertas sebagai bahan dasarnya tidak tahan terhadap air dan kelembaban, baik yang disebabkan oleh zat cair atau kelembaban udara. Sehingga harus dilakukan penjemuran atau pemanasan dengan plat lain (misalnya lampu sorot, oven, dan lain-lain) untuk mengembalikan kekuatan struktur material. 4. Dalam keadaan kadar air tinggi, sangat mudah terjadi perubahan permukaan

5. Ketebalan material yang tersusun dari lapisan-lapisan kardus berdampak langsung terhadap kekuatan struktur material. Semakin banyak lapisan atau semakin tebal material maka semakin kuat pula struktur material tersebut. 6. Penyusunan lapisan dengan sistem modul pada saat perekatan mempermudah

proses pembuatan material untuk suatu produk. Hal ini dapat menekan banyaknya material yang terbuang pada saat proses produksi.

7. Berasal dari bahan baku yang dapat didaur ulang dan bersifat bio-degradable (dapat diurai oleh tanah).

8. Proses produksi tidak membutuhkan peralatan khusus yang mahal dan tidak membutuhkan keahlian khusus sehingga kardus olahan dapat diproduksi dalam skala pribadi, rumah tangga, industri kecil hingga industri besar untuk menanggulangi kardus bekas yang umumnya hanya menjadi limbah.

9. Pengolahan dapat dilakukan dengan mudah untuk menghasilkan produk dengan sistem bongkar pasang.

(Willy dan Yahya, 2001).

Potensi dan produksi limbah kardus

Rahmat (2010) mengatakan bahwa setiap harinya di salah satu tempat penampungan besar kardus bekas di kota Makasar terdapat sekitar 1,9-2 ton per harinya yang dapat menghidupi ribuan orang banyak di daerah tersebut. Kardus-kardus bekas dalam jumlah yang besar ini biasanya diperoleh dari tempat-tempat penampungan kecil yang disetorkan setiap hari dengan kapasitas 50-100 kg. Di kota Makasar terdapat tempat penampungan kecil kardus-kardus bekas yang cukup banyak. Kardus-kardus bekas di setiap tempat penampungan kecil ini diperoleh dari para pemulung yang biasanya menjadikan kardus bekas sebagai

sumber mata pencaharian mereka. Sehingga setiap harinya dapat diperkirakan bahwa kardus bekas dapat menghidupi sekitar 1000 orang pemulung setiap harinya. Potensi limbah kardus ini tergolong sangat besar untuk dimanfaatkan. Survei ini masih di kota Makasar saja, bukan satu provinsi atau bahkan seluruh provinsi di Indonesia. Jadi dapat diperkirakan setiap harinya terdapat ribuan ton limbah kardus di Indonesia yang dapat dimanfaatkan kembali menjadi produk-produk tertentu seperti kardus daur ulang yang dilakukan di kota Makasar. Sedangkan per tahunnya diperkirakan berkisar jutaan ton limbah kardus di Indonesia berpotensi untuk dimanfaatkan menjadi produk-produk yang lebih bernilai ekonomis.

Kajian tentang potensi dan produksi limbah kardus memiliki arti penting. Hal ini mengingat tingkat kebutuhan/keperluan kertas dan kardus setiap tahunnya mengalami peningkatan sangat besar seiring dengan kemajuan teknologi dan jumlah penduduk. Pada tahun 1995 keperluan kertas dan karton mencapai 280 juta ton dan pada tahun 2010 diprediksi akan mencapai 418 juta ton. Pemanfaatan kertas dan karton bekas pada tahun 1995 mencapai 42% dari bahan baku asli dan pada tahun 2010 diprediksi mencapai 50%. Sebagian besar material berserat yang berasal dari limbah dan dimanfaatkan kembali berasal dari kertas bekas, karton dan kardus (Gambar 1). Kardus dan kertas bekas dapat didaur ulang menjadi kertas artistik dengan harga yang mahal, apalagi teknologi yang dipakai dalam proses produksinya relatif sangat sederhana dan tidak banyak memakan biaya, baik dalam hal investasi alat maupun proses produksinya. Usaha ini telah dilakukan oleh Lembaga Swadaya Masyarakat (LSM) Suhuf Kertaseni Bandung (Muladi, 2002).

Sumber: Gambar 1. Limbah kardus

Semen

Deskripsi semen

Semen (cement) adalah hasil industri dari paduan batu kapur/gamping sebagai bahan utamanya dan lempung/tanah liat atau bahan pengganti lainnya sebagai bahan campuran, dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk/bulk. Batu kapur/gamping adalah bahan alam yang mengandung senyawa kalsium oksida (CaO), sedangkan lempung/tanah liat adalah bahan alam yang mengandung senyawa silika oksida (SiO2), alumunium oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3 ) dan magnesium oksida (MgO). Dalam proses produksi semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh. Sebagian bahan digunakan untuk membentuk clinkernya (bahan setengah jadi yang dibutuhkan untuk pembuatan semen) kemudian dihancurkan dan ditambah dengan gips (gipsum) dalam jumlah yang sesuai. Hasil akhir dari proses produksi dikemas dalam kantong/zak dengan berat rata-rata 40 kg atau 50 kg (Ditjen Bea Cukai, 2000).

Jenis-jenis semen

Jenis-jenis semen menurut Badan Pusat Statistik (2000) adalah:

1. Semen abu (portland cement) adalah bubuk berwarna abu kebiru-biruan (Gambar 2), 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 persentase kandungan penyusunannya terdiri dari 5 tipe, yaitu tipe I sampai V.

Sumber

Gambar 2. Semen portland

2. 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 batu kapur kalsit (calcite

limestone) murni.

3. 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.

4. Campuran semen abu dan pozzolan buatan (mixed and fly ash cement).

mengandung silika yang amorf, alumunium oksida, besi oksida dan oksida lainnya dalam berbagai variasi jumlah. Semen ini digunakan sebagai campuran untuk membuat beton agar menjadi lebih keras.

Semakin baik mutu semen maka semakin lama mengeras atau membatu jika dicampur dengan air, dengan angka-angka hidrolitas yang dapat dihitung dengan rumus :

(%SiO2 + %Al2O3 + %Fe2O3) : (%CaO + %MgO)

Angka hidrolitas ini berkisar antara <1 atau <1,5 (lemah) hingga >2 (keras sekali). Namun demikian dalam industri semen angka hidrolitas ini harus dijaga secara teliti untuk mendapatkan mutu yang baik dan tetap, yaitu antara 1-1,9 dan 1-2,15 (Ditjen Bea Cukai, 2000).

Proses pembuatan semen

Proses pembuatan semen dapat dibedakan menjadi dua yaitu:

1. Proses basah yaitu dengan mencampur semua bahan baku yang ada dengan air, dihancurkan dan diuapkan kemudian dibakar dengan menggunakan bahan bakar minyak (bunker crude oil). Proses ini jarang digunakan karena keterbatasan energi bahan bakar minyak.

2. Proses kering yaitu dengan menggunakan teknik penggilingan dan pencampuran, kemudian dibakar dengan bahan bakar batubara. Proses ini meliputi lima tahap pengelolaan yaitu:

a. Proses pengeringan dan penggilingan bahan baku di mesin pengering (rotary dryer) dan mesin penggiling bahan (roller mea)l.

b. Proses pencampuran (homogenizing raw meal) untuk mendapatkan campuran yang homogen.

c. Proses pembakaran bahan mentah (raw meal) untuk menghasilkan terak. d. Proses pendinginan terak.

e. Proses penggilingan akhir antara clinker dan gipsum yang digiling dengan

cement mill.

Berdasarkan proses pembuatan semen di atas maka akan terjadi proses penguapan akibat pembakaran dengan suhu mencapai 900 oC sehingga menghasilkan residu (sisa) yang tak larut seperti sulfur trioksida, silika, besi dan alumunium oksida, oksida besi, kalsium, magnesium, alkali, fosfor, dan kapur bebas (Ditjen Bea Cukai, 2000).

Komposisi penyusun semen

Semen terdiri dari mineral penyusun C3S, C2S, C3A, C4AF, MgO dan CaO bebas. Dengan C=CaO, S=SiO2, A=Al2O3, F=Fe2O3. Apabila semen dicampur dengan air, maka terbentuk massa kolodial tipis dan plastis. Plastisitas semen semakin lama semakin hilang menjadi massa yang kaku dan keras (Withey dan Washa ,1954 dalam Fatimah, 1989). Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut: bila C3S terkena air, terbentuk massa kolodial dari kalsium hidrosilikat dan massa kristal dari Ca(OH)2. Kolodial ini akan mengembang dengan adanya air, selanjutnya menyusut membentuk gel. Gel ini menyelubungi partikel-partikel semen dan secara bertahap terdehidrasi menjadi padat dan mengeras. Hal ini berlangsung selama 24 jam dan sesudah 7 hari menjadi sangat keras. C2S terhidrolisa menjadi gel dengan kecepatan reaksi lebih kecil dari C3S. Pengaruh kekerasan dari C2S lebih kecil dibanding C3S. Tetapi dalam waktu +1 tahun pengaruh C2S terhadap C3S hampir sama kekuatannya. Sifat kekerasan

semen bila diberi air biasanya dipakai untuk membuat atap ijuk-semen-pasir (Dian Desa, 1981).

Semen Portland

Pengertian semen portland

Semen portland menurut SII 0013-1981 adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan clinker (bahan setengah jadi yang dibutuhkan untuk pembuatan semen) yang terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidrolis bersama bahan tambahan seperti gipsum. Semen portland dihasilkan dengan cara menghaluskan portland clinker yang banyak mengandung silikat kalsium dengan cara pemberian panas kepada material-material dasar sehingga terbentuk clinker yang mengandung sebagian besar silika dan kalsium dengan sedikit alumina dan oksida besi (Petra Christian University Library, 2003).

Komposisi kimia semen portland

Komposisi utama semen portland adalah oksida kapur (CaO), oksida silika (SiO2), oksida alumina (Al2O3) dan oksida besi (FeO), yang akan membentuk senyawa-senyawa berikut:

1. Tri kalsium silikat (C3S) bersifat hampir sama dengan sifat semen yaitu apabila ditambahkan air akan menjadi kaku dan dalam beberapa jam saja pasta akan mengeras. C3S memberikan kekuatan awal semen dan menimbulkan panas hidrasi +58 cal/gram setelah 3 hari.

2. Di kalsium silikat (C2S) bereaksi dengan penambahan air dan menyebabkan pasta mengeras serta menimbulkan panas hidrasi 12 cal/gram setelah 3 hari.

Pasta yang mengeras perkembangan kekuatannya akan stabil, selanjutnya beberapa minggu kemudian kekuatan tekan akhir hampir sama dengan C3S. 3. Tri kalsium aluminat (C3A) bereaksi dengan air menimbulkan panas hidrasi

yang tinggi yaitu 212 cal/gram setelah 3 hari. Perkembangan kekuatan terjadi pada 1-2 hari tetapi sangat rendah.

4. Tetra kalsium aluminat ferrit (C4AF) bereaksi cepat dengan air dan pasta terbentuk dalam beberapa menit hingga menimbulkan panas hidrasi 69 cal/gram. Warna abu-abu pada semen pada umumnya disebabkan oleh C4AF. (Petra Christian University Library, 2003).

Jenis-jenis semen portland

Ada lima jenis semen portland yang diproduksi di seluruh dunia yaitu: 1. Semen portland jenis I

Semen portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan khusus. Semen portland jenis ini biasa disebut semen portland biasa (ordinary

portland cement).

2. Semen portland jenis II

Semen portland yang memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang dalam penggunaannya. Semen ini dipergunakan untuk pembetonan di tepi pantai, laut dan tempat dengan kadar garam tanah sedang.

3. Semen portland jenis III

Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan kekuatan tinggi pada fase permulaan yaitu setelah terjadi pengikatan. Semen ini dipergunakan untuk pembetonan yang memerlukan kekuatan awal yang tinggi, antara lain untuk jembatan, pondasi dan lain-lain.

4. Semen portland jenis IV

Semen jenis IV dipakai untuk bangunan di tepi laut, untuk pembetonan yang besar dan luas seperti dam dan irigasi.

5. Semen portland jenis V

Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan yang tinggi terhadap sulfat. Semen jenis ini dipergunakan untuk pembetonan di tepi pantai dan lokasi dengan kandungan garam sulfat tinggi.

(Petra Christian University Library, 2003).

Alumunium Sulfat

Alumunium terdapat di bumi dalam bentuk mineral, batuan dan dalam tanah. Secara alamiah alumunium terdapat di dalam air dalam bentuk garam terlarut, koloidal, ataupun garam yang tidak terlarut. Selain itu, ion alumunium juga dapat berasal dari buangan dan limbah dari pengolahan air yang menggunakan garam alumunium sebagai koagulan. Berdasarkan penelitian diketahui bahwa air dari bangunan pengolahan air minum yang menggunakan sistem koagulasi dan saringan pasir mengandung kadar alumunium tidak lebih dari 50 μg/L (APHA, AWWA, WPCF, 1989).

Kelarutan alumunium sangat bergantung pada pH lingkungan. Pada kondisi pH yang netral, konsentrasi ion alumunium ditemukan cukup rendah dalam air sungai, danau, dan air laut. Sedangkan pada pH yang lebih tinggi atau lebih rendah, kelarutan alumunium meningkat cukup besar, hal ini sangat dipengaruhi oleh kehadiran senyawa-senyawa pengkompleks. Pada interval pH 4-5, kelarutan alumunium dapat berubah dengan sangat cepat sehingga sejumlah besar alumunium dapat terlarut pada kisaran tersebut (Stoeppler, 1992).

Alumunium sulfat adalah bahan kimia dengan komponen utama Al2(SO4)3 dan H2O, berbentuk padatan atau cairan yang larut dalam air. Alumunium sulfat sering digunakan untuk industri atau kebutuhan lainnya terutama dalam proses pengolahan air dan limbah. Sifat utama dari alumunium sulfat adalah mudah larut dalam air, tidak beracun dan tidak berbau. Bentuk fisik alumunium sulfat dapat dilihat pada Gambar 3 (Styowati dan Ulfin, 2007).

Sumber: Gambar 3. Alumunium sulfat

γ-alumina banyak dipakai sebagai katalis maupun pendukung katalis dalam reaksi dehidrasi dan dehidrogenasi alkohol. Keaktifan dan kereaktifan katalis heterogen ditentukan oleh beberapa faktor, antara lain luas permukaan katalis padatan, volum dan besarnya pori serta distribusi sisi aktif. Alumina dan terutama γ-alumina banyak digunakan sebagai katalis dan pendukung katalis, karena selain memiliki luas permukaan yang besar (150-300 m2/g) juga memiliki sisi aktif yang bersifat asam dan basa (Wibowo et al., 2007).

Bahan-bahan kimia seperti kalsium klorida, sodium silikat dan alumunium sulfat dapat digunakan untuk mempercepat pengeringan semen. Bahan kimia aditif ini meminimalkan pengaruh dari senyawa organik yang terdapat pada batang padi pada saat hidrasi semen. Bahan aditif yang paling efektif adalah

kalsium klorida, karena dapat mengurangi waktu hidrasi dari papan semen kayu (wood-cement boards) menjadi 3 jam dibandingkan hidrasi untuk pembuatan papan tanpa bahan aditif yang memerlukan waktu sekitar 9 jam. Namun kalsium klorida memiliki harga jual yang lebih mahal dibanding sodium silikat dan alumunium sulfat. Alumunium sulfat sering digunakan sebagai bahan aditif untuk pengeringan semen karena harganya lebih terjangkau dibanding kalsium klorida (Eusebio and Cabangon, 1997).

Papan Semen

Pengertian papan semen

Papan semen merupakan papan tiruan yang menggunakan semen sebagai perekat (matriks) sedangkan bahan bakunya dapat berupa partikel kayu atau partikel bahan berlignoselulosa lainnya (Gambar 4). Seperti halnya dengan papan partikel maka bentuk partikel untuk papan semen antara lain dapat berupa selumbar (flake), serutan (shaving), untai (strand), suban (splinter) atau wol kayu (excelsior). Papan semen mempunyai sifat yang lebih baik dibanding papan partikel yaitu lebih tahan terhadap jamur, tahan air dan tahan api (Maloney, 1977).

Sumber

Karakteristik papan semen

Papan semen lebih tahan terhadap serangan rayap tanah dibanding bahan baku kayunya. Dengan demikian papan semen merupakan salah satu bahan bangunan yang tahan lama dalam penggunaannya sehingga biaya pemeliharaan rumah yang terbuat dari papan semen akan lebih murah. Disamping itu, industri papan semen dapat memanfaatkan kayu dengan ukuran yang kecil seperti limbah industri kayu, limbah eksploitasi, kayu hasil penjarangan dan kayu diameter kecil dari hutan tanaman sehingga pemanfaatan kayu dapat ditingkatkan. Industri papan semen sudah lama dikenal di Indonesia, tetapi perkembangannya lambat (Sukartana et al., 2000).

Papan semen di samping memiliki kelebihan juga memiliki kelemahan dibanding papan tiruan lainnya, yaitu berat dan penggunaannya lebih terbatas. Menurut Moslemi dan Pfister (1987) dalam Sulastiningsih dan Sutigno (2008) diperlukan waktu yang lama bagi papan semen untuk benar-benar mengeras sebelum mencapai kekuatan yang cukup. Kelemahan lainnya adalah tidak semua jenis kayu atau bahan berlignoselulosa dapat digunakan sebagai bahan baku papan semen karena adanya zat ekstraktif seperti gula, tanin dan minyak yang dapat menghambat pengerasan semen.

Dewasa ini terjadi perkembangan pabrik komposit wol semen di seluruh dunia, khususnya di wilayah Asia Pasifik. Keberhasilan substitusi serat asbes dengan serat kayu yang dilapisi semen merupakan hasil penelitian awal di Australia, yang memimpin perkembangan industri serat kayu semen secara cepat di Australia dan Amerika Utara. Seiring dengan perkembangan industri tersebut, telah terjadi diversifikasi produk yang dihasilkan industri. Saat ini komposit serat

wol semen digunakan untuk penerapan bahan perumahan seperti buffet, sirap, lantai, pipa dan kolom. Perkembangan teknologi pabrik komposit wol semen turut mendukung pengembangan industri pada negara-negara berkembang, kecuali pada perusahaan multinasional yang memilih mengembangkan kegiatan tersebut di beberapa negara maju karena akses pemasaran atau keuntungan harga produksi lebih tinggi (Evans, 2002).

Berdasarkan kesesuaian jenis kayu sebagai bahan papan semen dikenal tiga macam mutu yaitu baik, sedang dan jelek. Pengujiannya dilakukan berdasarkan uji hidratasi, yaitu mengukur suhu maksimum yang terjadi pada saat reaksi antara semen, kayu dan air. Bila suhu maksimum lebih dari 41°C termasuk baik, 36°C–41°C termasuk sedang dan kurang dari 36°C termasuk jelek. Berdasarkan pengalaman dalam pembuatan papan semen wol kayu ternyata tidak selalu penggolongan tersebut sesuai dengan sifat papan semen wol kayu yang dihasilkannya. Sifat papan semen wol kayu yang diuji menurut standar Jerman adalah kerapatan, keteguhan lentur dan pengurangan tebal akibat tekanan 3 kg/cm2 (Sulastiningsih dan Sutigno, 2008).

Komposit serat kayu papan partikel semen dan papan wol semen dapat dibuat dalam pabrik yang kecil dengan pengeluaran yang rendah. Ketahanannya terhadap kelembaban dan biodeteriorasi khususnya serangan rayap menjadikan komposit serat kayu papan partikel semen dan papan wol semen sesuai untuk bangunan di daerah tropis dan sub-tropis. Sehingga pabrik papan wol semen saat ini mulai dikembangkan di banyak negara berkembang. Contohnya, sekarang ini di Filipina ada industri papan wol semen yang menggunakan jenis-jenis asli cepat tumbuh (atau limbah pertanian). Industri ini menghasilkan variasi produk panel

yang disesuaikan dengan pasar lokal. Produk-produk ini pun harus bersaing dengan produk panel yang berasal dari serat kayu. Ketika perkembangan industri papan wol semen di negara berkembang lainnya tidak sesuai dengan Filipina, permintaan produk komposit kayu semen pun tetap tinggi. Oleh sebab itu, program penelitian untuk pengembangan produk komposit serat kayu papan partikel dan papan wol semen tetap berjalan untuk mendukung industri negara-negara berkembang di wilayah Asia Pasifik (Evans, 2002).

Pulp cement board

Pulp cement board (PCB) adalah papan buatan yang terbuat dari campuran

kertas bekas pakai, semen portland, bubuk batu kapur dan sejumlah kecil asbes putih dengan atau tanpa aditif, dengan proporsi sebagai berikut:

1. 15% kertas bekas pakai 2. 50% berat semen portland 3. 30% berat bubuk batu kapur 4. 5% berat asbes putih

PCB dibuat melalui proses basah dengan jalan menghancurkan kertas bekas pakai hingga menjadi bubur kertas, yang kemudian dicampurkan dengan semen portland, asbes dan bubuk batu kapur. Luluhan dengan kekentalan tertentu ini kemudian dibentuk menjadi lembaran-lembaran berupa papan buatan. Setelah melalui proses pengkondisian dan pengeringan, papan buatan lalu dipotong-potong menjadi lembaran-lembaran menurut ukuran yang dikehendaki. Adapun sifat-sifat PCB sebagai bahan bangunan adalah sebagai berikut :

1. Tidak mudah terbakar api (termasuk kelas semi-combustible) 2. Ringan, dapat dipotong dan dipaku tanpa cacat

3. Cukup kuat (memenuhi syarat JIS maupun PUBI-82) 4. Dapat dilabur atau dicat

5. Dapat dilapisi dengan lembaran-lembaran vinir atau kertas tembok 6. Dengan perlakuan khusus, dapat dipakai untuk tujuan akustik (Ritonga, 1987).

Kualitas papan semen menurut JIS A 5414-1993

Penentuan kelayakan papan semen sebagai bahan konstruksi bangunan meliputi beberapa kriteria pengujian. Kualitas papan semen yang dihasilkan dapat dilihat dari hasil pengujian sifat fisis, mekanis dan ketahanannya terhadap serangan rayap (biodeteriorasi). Standar uji sifat fisis dan mekanis papan semen berdasarkan JIS A 5414-1993 disajikan pada Tabel 1, sedangkan kriteria uji ketahanan papan semen terhadap serangan rayap disajikan pada Tabel 2.

Tabel 1. Standar uji papan semen menurut JIS A 5414-1993

No. Macam pengujian Satuan Standard JIS A 5414-1993 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Kerapatan (densitas) Kuat lentur (MOE) Kuat patah (MOR) Penyerapan air Penyusutan Pengembangan Kadar air Uji bakar: - Kelas

- Densitas asap - Nilai kalori

g/cm3 kg/cm2 kg/cm2 % % % % - - kkal/kg minimal 1,0 minimal 94 minimal 57 maksimal 50 maksimal 0,025 maksimal 0,25 maksimal 8 semi combustible - - Tabel 2. Kriteria ketahanan papan semen terhadap serangan rayap

No. Kehilangan berat (%) Kelas ketahanan* 1. 2. 3. 4. 5. 0 1-3 4-8 9-15 >15 Sangat tahan Tahan Cukup tahan Rentan Sangat rentan

METODE PENELITIAN

Lokasi dan Waktu

Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Departemen Kehutanan, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara serta Laboratorium Biokomposit dan Keteknikan Kayu, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilaksanakan pada bulan Juli-September 2009.

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada penelitian adalah mesin kempa, oven, mixer

repulping (pendaur ulang kardus), Universal Testing Machine (UTM), timbangan

elektrik, plat besi berukuran 30 cm x 30 cm x 1 cm, kotak kayu pencetak papan semen, saringan ukuran 40 mesh, terpal plastik, ember plastik kapasitas 40 kg dan 80 kg, kaliper, kamera digital, kalkulator, dan alat tulis. Sedangkan bahan yang digunakan adalah fiber kertas karton (kardus), semen portland, alumunium sulfat, alumunium foil, dan air.

Prosedur Penelitian Persiapan bahan baku

Kertas karton (kardus) direndam dalam air selama 2-3 hari sampai kertas menjadi lunak, kemudian disobek-sobek menjadi lembaran-lembaran kecil. Sobekan kertas kardus dan air dimasukkan ke dalam wadah mixer untuk

di-repulping selama +2 jam sampai menjadi bubur kertas. Kertas kardus yang telah

mesh. Selanjutnya bubur kertas (fiber) dijemur dan dikeringkan sampai kadar air kesetimbangan (10-18%). Proses persiapan bahan baku disajikan pada Gambar 5.

Gambar 5. Bagan alir proses persiapan bahan baku

Pengadonan

Papan semen yang dibentuk berukuran 30 cm x 30 cm x 1 cm dengan spilasi 10% dan kerapatan 1 g/cm3. Kertas kardus dan semen dicampur kemudian diaduk secara merata di dalam wadah (ember). Papan semen dibuat dengan variasi komposisi semen : fiber : air, dengan penambahan 2% katalis alumunium sulfat yang bertujuan untuk mempercepat proses pengeringan dan pengerasan papan semen.

Proporsi bahan baku pembuatan papan semen disajikan pada Tabel 3. Kardus bekas

Direndam

dalam air selama 2-3 hari

Repulping selama +2 jam

Penyaringan fiber

Pengeringan fiber Penyobekan Air

Tabel 3. Proporsi bahan baku papan semen (bagian berat)

No. Semen (S) Fiber (F) Air (A) Total

1. 1 2,5 1,25 4,75

2. 1,75 1,75 1,25 4,75

3. 2,5 1 1,25 4,75

Perhitungan untuk mendapatkan masing-masing bahan baku yang digunakan adalah:

1. Proporsi bahan baku untuk perbandingan S : F : A = 1 : 2,5 : 1,25

Ukuran papan yang dibentuk adalah 30 cm x 30 cm x 1 cm dengan spilasi 10% dan kerapatan 1 gr/cm3. Kebutuhan bahan baku untuk membuat satu buah papan semen adalah:

= (30 30 1) 1

100 110

× × ×

× = 990 g

Untuk memperoleh berat semen, maka perhitungannya adalah:

990 75

, 4

1

× = 208,42 g

Berat fiber yang diperlukan adalah:

990 75

, 4

5 , 2

× = 521,05 g

Berat air yang diperlukan adalah:

990 75

, 4

25 , 1

× = 260,53 g

Berat bahan baku fiber di atas belum merupakan berat bahan baku sebenarnya yang akan digunakan. Berat bahan baku di atas adalah berat bahan sebelum kadar air bahan baku diketahui. Untuk menentukan berat fiber sebenarnya yang digunakan, maka terlebih dahulu contoh uji ditentukan kadar

airnya dengan pengovenan pada suhu 103+2 oC selama 1 jam. Kadar air ini berpengaruh terhadap proporsi fiber yang akan digunakan. Adapun berat bahan baku sebenarnya yang digunakan dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

Untuk mempercepat proses pengerasan dan pengeringan pada pembuatan papan semen, dilakukan penambahan katalis alumunium sulfat sebanyak 2% dari berat semen pada saat pengadonan semen dan fiber. Maka berat katalis yang digunakan adalah:

2 % x 208,42 g = 4,17 g

2. Proporsi bahan baku untuk perbandingan S : F : A = 1,75 : 1,75 : 1 25 Untuk memperoleh berat semen, maka perhitungannya adalah:

990 75

, 4

75 , 1

× = 364,74 g

Berat fiber yang diperlukan adalah:

990 75

, 4

75 , 1

× = 364,74 g

Berat air yang diperlukan adalah:

990 75

, 4

25 , 1

× = 260,53 g

Sedangkan berat katalis yang digunakan adalah : 2 % x 364,74 g = 7,29 g

Bahan baku (g) =

KA fiber awal Berat

% 1−

3. Proporsi bahan baku untuk perbandingan S : F : A = 2,5 : 1 : 1,25 Untuk memperoleh berat semen, maka perhitungannya adalah:

990 75

, 4

5 , 2

× = 521,05 g

Berat fiber yang diperlukan adalah:

990 75

, 4

1

× = 208,42 g

Berat air yang diperlukan adalah:

990 75

, 4

25 , 1

× = 260,53 g

Berat katalis yang digunakan adalah : 2 % x 521,05 g = 10,42 g

Pembentukan lembaran papan

Pembentukan lembaran papan dilakukan dengan pengorientasian secara manual. Bahan baku kardus yang telah siap dalam pengadonan kemudian dimasukkan ke dalam plat pencetak lembaran berukuran 30 cm x 30 cm x 1 cm. Pembentukan lembaran papan semen dilakukan dengan sistem pengempaan dingin (tanpa suhu kempa) dengan tekanan 50-75 kg/cm2 selama 15 menit. Kemudian plat pencetak lembaran dibaut dengan menggunakan mur sampai mencapai ketebalan 1 cm.

Pengkondisian

Papan semen yang telah dibentuk menjadi lembaran papan pada plat pencetak lembaran kemudian dikondisikan selama 2-3 hari hingga papan semen kering dan bersifat kaku. Selanjutnya papan semen tersebut dikeluarkan dari plat

pencetak dan dimasukkan ke dalam oven selama 48 jam pada suhu 50 oC sampai kekerasan papan semen merata. Papan semen yang telah dioven dibiarkan selama +2 minggu dengan tujuan agar kadar airnya seragam dan memiliki kekerasan yang cukup tinggi.

Pengujian kualitas

Pengujian kualitas papan semen meliputi pengujian sifat fisis, mekanis dan sifat ketahanan papan semen terhadap serangan rayap (biodeteriorasi), yang mengacu pada standar pengujian JIS A 5414-1993. Hasil pengujian dikoreksi dengan kerapatan masing-masing contoh uji dan dicocokkan dengan standar JIS A 5414-1993. Parameter kualitas papan semen yang diuji untuk sifat fisis adalah kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, dan daya serap air. Sedangkan untuk sifat mekanis adalah modulus elastisitas (MOE), modulus patah (MOR), keteguhan rekat (internal bond), dan kuat pegang sekrup (screw holding power). Sifat ketahanan papan semen terhadap serangan rayap (biodeteriorasi) dilakukan dengan uji kubur di lapangan (grave yard test). Ukuran contoh uji sifat fisis, mekanis dan ketahanan papan terhadap biodeteriorasi disajikan pada Gambar 6.

Gambar 6. Pola pemotongan contoh uji papan semen

10 cm 10 cm

5 cm 5 cm 5 cm 5 cm

F

A

E

B C D

30 cm

30 cm

2

0 c

m

1

0 c

m

1

0 c

m

5 c

Keterangan :

A = Contoh uji untuk kadar air dan kerapatan (10 cm x 10 cm) B = Contoh uji untuk untuk kuat pegang sekrup (10 cm x 5 cm) C = Contoh uji daya serap air dan pengembangan tebal (5 cm x 5 cm) D = Contoh uji internal bond (5 cm x 5 cm)

E = Contoh uji untuk MOE dan MOR (20 cm x 5 cm) F = Contoh uji untuk uji kubur (5 cm x 5 cm)

Pengujian sifat fisis 1. Kerapatan

Kerapatan menunjukkan perbandingan antara massa atau berat benda terhadap volumenya. Pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara. Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm x 1 cm ditimbang beratnya, lalu diukur rata-rata panjang, lebar dan tebalnya untuk menentukan volume contoh uji. Nilai kerapatan contoh uji dihitung dengan rumus:

Keterangan:

ρ = kerapatan (g/cm³)

B = berat contoh uji kering udara (g) V = volume contoh uji kering udara (cm³)

2. Kadar air

Kadar air menunjukkan besarnya kandungan air di dalam bahan yang dinyatakan dalam persen. Penetapan kadar air papan semen dilakukan dengan menghitung selisih berat awal (B0) dan berat kering (B1) setelah diovenkan selama 24 jam pada suhu (103±2)ºC. Pengukuran berat kering papan semen dilakukan sampai beratnya konstan. Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm x 1 cm. Nilai kadar air papan semen dihitung dengan rumus:

=

ρ

V B

Keterangan:

KA = kadar air (%)

B₀ = berat awal contoh uji (g)

B₁ = berat kering oven contoh uji (g)

3. Daya serap air

Daya serap air merupakan kemampuan papan untuk menyerap air dalam jangka waktu tertentu. Daya serap air papan dilakukan dengan mengukur selisih berat contoh uji sebelum dan setelah perendaman dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm x 1 cm. Nilai daya serap air tersebut dihitung dengan rumus:

Keterangan:

DSA = daya serap air (%)

B₁ = berat contoh uji sebelum perendaman (g) B₂ = berat contoh uji setelah perendaman (g)

4. Pengembangan tebal

Pengembangan tebal merupakan besarnya nilai pertambahan tebal papan setelah direndam dalam air. Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm x 1 cm. Pengembangan tebal didasarkan pada tebal papan rata-rata pada keempat sudut sebelum perendaman (T1) dalam kondisi kering udara dan tebal papan setelah perendaman (T2) dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Nilai Pengembangan tebal dihitung dengan rumus:

KA (%) = 100

1 1

0 − ×

B B B

DSA (%) = 100

1 1 2− ×

B B B

Keterangan:

T₁ = tebal contoh uji sebelum perendaman (cm) T₂ = tebal contoh uji setelah perendaman (cm)

Pengujian sifat mekanis 1. Modulus lentur

Modulus lentur (MOE) menunjukkan ukuran ketahanan papan menahan beban dalam batas proporsi (sebelum patah) (Gambar 7). Sifat ini sangat penting jika papan digunakan sebagai bahan konstruksi. Contoh uji berukuran 20 cm x 5 cm x 1 cm. Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu contoh uji diukur dimensinya agar hasil yang diperoleh lebih akurat. Besarnya defleksi yang terjadi pada saat pengujian dicatat pada setiap selang beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan rumus:

Keterangan:

MOE = modulus of elasticity (kg/cm2)

ΔP = beban sebelum proporsi (kg) L = jarak sangga (cm)

ΔY = lenturan pada beban sebelum batas proporsi (cm) b = lebar contoh uji (cm)

h = tebal contoh uji (cm)

2. Modulus patah

Pengujian modulus patah (MOR) dilaksanakan bersamaan dengan pengujian MOE. Contoh uji berukuran 20 cm x 5 cm x 1 cm. Pengujian keteguhan patah (MOR) dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine dengan

TS (%) = 100

1 1 2 − ×

T T T

Y bh

PL MOE

∆ ∆

= 3

3

lebar bentang (jarak penyangga) 15 kali tebal nominal, tetapi tidak kurang dari 15 cm. Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengukuran terhadap dimensi contoh uji agar hasil yang diperoleh lebih akurat. Skema pengujian MOE dan MOR disajikan pada Gambar 7.

Gambar 7. Cara pembebanan pengujian MOE dan MOR Keterangan:

L = panjang contoh uji (cm) l = jarak sangga (15 cm) h = tebal contoh uji (cm) b = lebar contoh uji (cm)

Modulus patah (MOR) adalah suatu sifat mekanis papan yang menunjukkan kekuatan dalam menahan beban. Untuk memperoleh nilai MOR, maka pengujian pembebanan dilakukan sampai contoh uji patah.

Rumus yang digunakan adalah:

Keterangan:

MOR = modulus of rupture (kg/cm2) P = beban maksimum (kg) L = jarak sangga (cm) b = lebar contoh uji (cm) h = tebal contoh uji (cm)

2

2 3

bh PL

MOR=

Contoh Uji L

Penyangga Beban

l

3. Keteguhan rekat

Keteguhan rekat (internal bond) diperoleh dengan cara merekatkan kedua permukaan contoh uji pada balok besi kemudian balok besi tersebut ditarik secara berlawanan sampai pada beban maksimum. Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm x 1 cm. Cara pengujian internal bond disajikan pada Gambar 8.

Arah beban

Balok besi

Contoh uji

Arah beban

Gambar 8. Pengujian keteguhan rekat (internal bond)

Keteguhan rekat contoh uji dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

Keterangan:

IB = internal bond (kg/cm2)

Pmax = gaya maksimum yang bekerja (kg) A = luas permukaan contoh uji (cm2)

4. Kuat pegang sekrup

Pengujian kuat pegang sekrup (screw holding power) dilakukan pada sisi permukaan papan semen seperti disajikan pada Gambar 9. Sekrup yang digunakan berdiameter 2,7 mm dan panjang 16 mm, kemudian dimasukkan hingga mencapai kedalaman 8 mm. Contoh uji berukuran 10 cm x 5 cm x 1 cm. Nilai kuat pegang sekrup dinyatakan oleh besarnya beban maksimum yang dicapai dalam kilogram.

A P

Gambar 9. Posisi sekrup pada pengujian kuat pegang sekrup

Sifat ketahanan terhadap serangan rayap (biodeteriorasi) Uji kubur

Uji kubur dilakukan untuk mengetahui sifat ketahanan papan semen terhadap serangan rayap dan organisme lain. Contoh uji yang digunakan pada uji kubur berukuran 5 cm x 5 cm x 1 cm. Sebelum dilakukan penguburan di lapangan contoh uji terlebih dahulu dioven selama 24 jam pada suhu 103+2 oC, kemudian ditimbang berat awal kering oven contoh uji tersebut (BKO1). Selanjutnya contoh uji dikubur di Hutan Tri Dharma USU yang diketahui terdapat sarang rayap, dengan jarak kubur antar contoh uji 0,5–1 m. Contoh uji dikubur di dalam tanah dengan kedalaman 3 cm dari permukaan papan semen selama 50 hari. Setelah itu, contoh uji diangkat, dibersihkan dan dioven kembali pada suhu 103+2 oC selama 24 jam dan ditimbang kembali beratnya (BKO2). Pengukuran berat kering oven dilakukan sampai beratnya konstan. Nilai kehilangan berat contoh uji dihitung dengan rumus:

Keterangan:

BKO1 = berat kering oven awal (g) BKO2 = berat kering oven akhir (g)

100 (%)

1 2

1− ×

=

BKO BKO BKO

berat Kehilangan

100 mm

50 mm 10 mm

Analisa Data

Analisa data penelitian menggunakan rancangan petak terpisah (Split Plot

Design) yang terdiri dari petak utama dan anak petak dengan tiga ulangan. Faktor

yang menjadi petak utama adalah katalis (0% dan 2%) sedangkan anak petak adalah variasi komposisi bahan (semen : fiber : air).

Model statistik rancangan percobaan yang digunakan adalah :

Keterangan:

= nilai pengamatan pada faktor katalis taraf ke-i dan faktor variasi komposisi bahan taraf ke-j pada ulangan ke-k

= nilai rataan umum/nilai tengah = pengaruh utama katalis taraf ke-i = komponen acak dari petak utama

= pengaruh utama variasi komposisi bahan taraf ke-j

= interaksi antara faktor katalis taraf ke-i dan faktor variasi komposisi bahan taraf ke-j

= pengaruh acak (galat) percobaan pada faktor katalis taraf ke-i dan faktor variasi komposisi bahan taraf ke-j pada ulangan ke-j

Hipotesis yang akan digunakan adalah:

Pengaruh katalis

H0 : Penambahan katalis tidak berpengaruh nyata terhadap sifat fisis dan mekanis papan semen.

H1 : Penambahan katalis berpengaruh nyata terhadap sifat fisis dan mekanis papan semen.

Pengaruh variasi komposisi bahan

H0 : Variasi komposisi bahan tidak berpengaruh nyata terhadap sifat fisis dan mekanis papan semen.

H1 : Variasi komposisi bahan berpengaruh nyata terhadap sifat fisis dan mekanis papan semen.

Pengaruh interaksi katalis dan variasi komposisi bahan

H0 : Interaksi antara katalis dan variasi komposisi bahan tidak berpengaruh nyata terhadap sifat fisis dan mekanis papan semen.

H1 : Interaksi antara katalis dan variasi komposisi bahan berpengaruh nyata terhadap sifat fisis dan mekanis papan semen.

Untuk mengetahui pengaruh dari faktor perlakuan yang dicoba, dilakukan analisis keragaman dengan kriteria uji:

1. F hitung ≤ F tabel, maka H0 diterima dan H1 ditolak yang berarti bahwa faktor katalis dan variasi komposisi bahan serta interaksi keduanya tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap sifat fisis, mekanis, dan ketahanan papan semen terhadap serangan rayap.

2. F hitung > F tabel, maka H0 ditolak dan H1 diterima yang berarti bahwa faktor katalis dan variasi komposisi bahan serta interaksi keduanya memberikan pengaruh yang nyata terhadap sifat fisis, mekanis, dan ketahanan papan semen terhadap serangan rayap.

Untuk mengetahui taraf perlakuan yang berbeda nyata diantara faktor perlakuan, maka pengujian dilanjutkan dengan menggunakan uji wilayah berganda Duncan (Duncan Multi Range Test) dengan tingkat kepercayaan 95 %.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Papan semen bentukan berbahan dasar limbah kardus dengan penambahan katalis alumunium sulfat (Al2(SO4)3) pada variasi komposisi semen (S), fiber (F) dan air (A) dapat dilihat pada Gambar 10.

(a) S : F : A= 1 : 2,5 : 1,25 (b) S : F : A = 1,75 : 1,75 : 1,25

(c) S : F : A = 2,5 : 1 : 1,25

Gambar 10. Papan semen pada variasi komposisi S : F : A

Kelayakan papan semen sebagai bahan konstruksi bangunan dapat dilihat dari hasil pengujian sifat fisis, mekanis, dan ketahanannya terhadap serangan rayap (biodeteriorasi) yang disesuaikan dengan standar JIS A 5414-1993. Hasil pengujian sifat fisis, mekanis, dan ketahanan papan semen terhadap serangan rayap disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Rekapitulasi nilai uji sifat fisis, mekanis, dan ketahanan papan semen terhadap serangan rayap

Karakteristik kualitas

Besaran JIS A 5414-1993

Tanpa katalis (Kontrol) Dengan katalis (Al2(SO4)3)

Komposisi S : F : A Komposisi S : F : A

1:2,5:1,25 1,75:1,75:1,25 2,5:1:1,25 1:2,5:1,25 1,75:1,75:1,25 2,5:1:1,25 Sifat Fisis

Kerapatan KA DSA - 2 jam - 24 jam P.tebal - 2 jam - 24 jam Sifat Mekanis MOE MOR IB KPS Uji Kubur

(g/cm3₎

(%) (%)

(%)

(kg/cm2) (kg/cm2₎

(kg/cm2) (kg) (%) min 1 maks 8 maks 50 maks 0,25 min 94 min 57 - - - 0,86 26,07 45,49* 49,57* 6,13 8,55 96,64* 21,65 0,23 23,35 2,93 1,13* 20,54 22,45* 25,05* 4,73 6,53 150,89* 32,64 0,48 32,21 1,65 1,32* 14,78 17,18* 20,09* 1,97 2,37 463,62* 36,47 0,58 33,03 1,02 1,00* 17,90 21,25* 26,68* 5,50 6,89 183,48* 49,57 0,76 31,25 2,81 1,15* 14,33 20,81* 23,38* 2,00 3,97 285,57* 53,21 1,40 36,56 1,17 1,48* 11,89 9,76* 11,78* 1,89 2,25 649,69* 56,93 1,76 49,98 0,76

Keterangan: * = Nilai yang memenuhi standar JIS A 5414-1993

Sifat Fisis Papan Semen Kerapatan

Kerapatan merupakan salah satu sifat fisis yang menunjukkan perbandingan antara massa benda terhadap volumenya atau dengan kata lain menunjukkan banyaknya massa zat per satuan volume. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai kerapatan papan semen berbeda pada setiap variasi komposisi bahan (semen : fiber : air), baik tanpa menggunakan katalis maupun dengan penambahan katalis.

Nilai rata-rata kerapatan yang diperoleh untuk papan semen tanpa katalis dan dengan menggunakan katalis masing-masing berkisar antara 0,86 g/cm3-1,32 g/cm3 dan 1,00 g/cm3-1,48 g/cm3. Kerapatan tertinggi papan semen terdapat pada perlakuan C (2,5 : 1 : 1,25) dengan nilai masing-masing sebesar 1,32 g/cm3 untuk papan semen tanpa katalis dan 1,48 g/cm3 untuk papan semen dengan menggunakan katalis, sedangkan kerapatan papan semen terendah terdapat pada perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25) dengan nilai masing-masing sebesar 0,86 g/cm3 untuk papan semen tanpa katalis dan 1,00 g/cm3 untuk papan semen dengan

penambahan katalis. Untuk perlakuan B (1,75 : 1,75 : 1,25) rata-rata kerapatan papan semen tanpa katalis dan dengan katalis masing-masing adalah 1,13 g/cm3 dan 1,15 g/cm3. Perbedaan nilai rata-rata kerapatan papan semen pada masing-masing perlakuan dapat dilihat pada Gambar 11.

Keterangan notasi dalam grafik batang: huruf-huruf yang berbeda menunjukkan bahwa perlakuan berbeda nyata pada tarafα = 0,05

Gambar 11. Perbedaan nilai kerapatan pada berbagai variasi komposisi S : F : A

Gambar 11 menunjukkan nilai kerapatan tertinggi terdapat pada perlakuan C (2,5 : 1 : 1,25). Hal ini menandakan bahwa tinggi rendahnya kerapatan papan semen tergantung pada komposisi semen dan fiber yang digunakan. Semakin tinggi komposisi semen maka semakin tinggi pula nilai kerapatan dan sebaliknya. Semen yang berfungsi sebagai perekat, dalam hal ini akan menyebabkan terjadinya ikatan yang kuat antar fiber atau aksi bersikunci antar fiber sehingga meningkatkan kerapatan papan semen. Berdasarkan penelitian Fernandez and Vanessa (1996), kerapatan papan kayu komposit sangat dipengaruhi sifat

0,86 1 1,13 1,15 1,32 1,48 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 K er ap at an ( g /c m 3 )

A B C

Perlakuan

Tanpa katalis Dengan katalis

A = 1 : 2,5 : 1,25 B = 1,75 : 1,75 : 1,25 C = 2,5 : 1 : 1,25 JIS A 5414-1993

a

b

kekuatan ikatan semen dengan komposit kayu. Pada kadar air konstan, semakin tinggi kerapatan papan semen maka semakin besar kekuatannya.

Pada perlakuan kontrol (tanpa katalis) terlihat bahwa kerapatan papan semen yang diperoleh lebih rendah dibanding papan semen dengan menggunakan katalis (Gambar 11). Hal ini menandakan bahwa katalis diduga dapat meningkatkan kerapatan papan semen melalui proses pengeringan dan pengerasan dalam proses pembuatannya.

Papan semen yang diberi katalis memiliki kerapatan lebih tinggi karena pada proses pembuatannya lebih cepat menurunkan kadar air, sehingga nilai kerapatan yang diperoleh pada saat pembentukannya lebih tinggi. Berdasarkan penelitian Wibowo et al. (2007) mengemukakan bahwa γ-alumina banyak dipakai sebagai katalis maupun pendukung katalis dalam reaksi dehidrasi dan dehidrogenasi alkohol. Keaktifan dan kereaktifan katalis heterogen ditentukan oleh beberapa faktor, antara lain luas permukaan katalis padatan, volum dan besarnya pori serta distribusi sisi aktif.

Berdasarkan standar JIS A 5414-1993, papan semen dengan penambahan katalis semuanya dinyatakan lulus syarat uji. Sedangkan papan semen tanpa katalis untuk perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25) dinyatakan tidak lulus syarat uji, yang mensyaratkan nilai kerapatan minimal 1 gr/cm3.

Hasil uji sidik ragam (Lampiran 2) menunjukkan bahwa kerapatan papan semen berpengaruh nyata pada variasi komposisi semen : fiber : air. Hal ini juga dibuktikan uji lanjutan Duncan Multiple Range Test (Lampiran 3) yang menunjukkan bahwa kerapatan papan semen berbeda nyata pada perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25), B (1,75 : 1,75 : 1,25) dan C (2,5 : 1 : 1,25). Kerapatan

berpengaruh nyata pada uji sidik ragam karena kerapatan merupakan sifat fisis penting yang menunjukkan kualitas papan semen. Semakin tinggi kerapatan, biasanya semakin tinggi pula kekuatan papan semen. Hal ini didukung dengan pernyataan Maskar (1996) yang mengemukakan bahwa kerapatan erat hubungannya dengan kekuatan, makin tinggi kerapatan makin tinggi pula kekuatan papan. Semakin tinggi kerapatan lembaran papan akan menyebabkan semakin luas pula kontak antar partikel dengan perekatnya, sehingga akan dihasilkan kekuatan papan yang lebih tinggi pula.

Kadar air

Kadar air merupakan salah satu sifat fisis dari bahan struktural yang menunjukkan besarnya kandungan air di dalam bahan yang dinyatakan dalam persen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rata-rata kadar air papan semen tanpa katalis dan dengan menggunakan katalis, masing-masing berkisar antara 14,78%-26,07% dan 11,89%-17,90%.

Kadar air tertinggi terdapat pada papan semen dengan perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25) yaitu 26,07% untuk papan semen tanpa katalis dan 17,90% untuk papan semen dengan menggunakan katalis. Sedangkan kadar air terendah terdapat pada papan semen dengan perlakuan C (2,5 : 1 : 1,25) dengan nilai masing-masing yaitu 14,78% dan 11,89%. Pada perlakuan B (1,75 : 1,75 : 1,25) rata-rata kadar air yang diperoleh untuk papan semen tanpa katalis (kontrol) dan dengan menggunakan katalis masing-masing adalah 20,54% dan 14,33%. Perbedaan rata-rata kadar air papan semen dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12. Perbedaan nilai kadar air papan semen pada variasi komposisi S:F:A

Gambar 12 menunjukkan kadar air tertinggi terletak pada perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25). Hal ini disebabkan variasi komposisi bahan yang digunakan dalam pembuatan papan semen. Pada perlakuan A, komposisi fiber yang digunakan lebih tinggi dibanding dengan perlakuan B (1,75 : 1,75 : 1,25) dan C (2,5 : 1 : 1,25). Hal ini menunjukkan bahwa semakin banyak fiber yang digunakan maka akan semakin tinggi pula kadar air papan semen dan sebaliknya. Disamping itu, tinggi rendahnya kadar air papan semen pada penelitian ini juga disebabkan oleh sifat higroskopis kardus (fiber) yang mudah untuk menyerap air, sehingga kadar air cenderung akan lebih tinggi pada komposisi fiber yang tinggi pula.

Menurut Willy dan Yahya (2001), kelemahan kardus diantaranya adalah kertas sebagai bahan dasarnya tidak tahan terhadap air dan kelembaban (hidrofilik), baik yang disebabkan oleh zat cair atau kelembaban udara. Dalam keadaan kadar air tinggi, kardus sangat mudah terjadi perubahan permukaan atau

JIS A 5414-1993

kekuatan struktur gelombang dan yang paling parah terbukanya rekatan antar lapisan.

Kadar air papan semen tanpa menggunakan katalis diketahui lebih tinggi daripada papan semen dengan penambahan katalis (Gambar 12). Hal ini menunjukkan bahwa katalis alumunium sulfat (Al2(SO4)3) dalam hal ini sangat berperan untuk menurunkan kadar air papan semen. Pemberian katalis pada papan semen bertujuan untuk mempercepat proses pengeringan dan pengerasan papan semen sehingga dapat meningkatkan kualitasnya. Katalis yang ditambahkan pada papan semen diduga menyebar ke seluruh pori-pori atau rongga yang biasanya ditempati air dan menurunkan air yang dikandung papan semen baik itu air yang terdapat pada permukaan, air yang berada dalam rongga atau pori dan tempat lainnya.

Menurut Maskar (1996), papan semen mengandung air hidrat, air gel, air kapiler dan air permukaan. Air hidrat merupakan air yang terikat pada senyawa hidrat, air gel ialah air yang mengisi pori-pori semen, air kapiler merupakan air yang mengisi pori-pori kapiler yang tersebar di seluruh pasta dan air permukaan adalah air yang terdapat dipermukaan pasta semen.

Hasil uji sidik ragam (Lampiran 5) menunjukkan bahwa kadar air papan semen tidak berpengaruh nyata pada berbagai variasi komposisi semen : fiber : air. Berdasarkan standar JIS A 5414-1993, nilai kadar air papan semen yang diperoleh pada masing-masing perlakuan seluruhnya tidak lulus syarat uji, yang mensyaratkan kadar air maksimal yaitu 8%. Hasil ini berbanding terbalik dengan penelitian Subyakto dan Prasetya (1996) tentang sifat fisik dan mekanik papan pulp semen dari bahan lignoselulosa yang menunjukkan bahwa kadar air yang

dihasilkan papan pulp semen yang dibuat dari kertas koran bekas maupun bambu telah memenuhi standar yaitu lebih kecil dari 10%.

Daya serap air

Daya serap air merupakan kemampuan papan untuk menyerap air dalam jangka waktu tertentu. Pengujian daya serap air dilakukan setelah contoh uji direndam dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Hasil pengujian daya serap air pada papan semen menunjukkan bahwa nilai daya serap air pada 2 kondisi tersebut berbeda.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai daya serap air papan semen setelah perendaman selama 2 jam untuk papan semen tanpa katalis maupun dengan menggunakan katalis masing-masing berkisar 17,18%-45,49% dan 9,76%-21,25%, sedangkan daya serap air papan semen setelah perendaman selama 24 jam masing-masing berkisar 20,09%-49,57% dan 11,78%-26,68%. Nilai daya serap air tertinggi papan semen setelah perendaman selama 2 jam dan 24 jam terdapat pada perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25) sedangkan terendah terdapat pada perlakuan C (2,5 : 1 : 1,25).

Hal ini menunjukkan bahwa papan semen berbahan dasar limbah kardus bersifat higroskopis, sehingga mudah untuk menyerap air. Semakin tinggi komposisi fiber maka akan semakin tinggi pula daya serap air papan semen tersebut. Berdasarkan standard JIS A 5414-1993, seluruh nilai daya serap air papan semen pada setiap perlakuan dinyatakan telah memenuhi standar uji dengan nilai penyerapan air maksimal 50%.

Pada penelitian Subyakto dan Prasetya (1996), papan pulp semen yang terbuat dari kertas karton tidak semuanya dinyatakan memenuhi standar. Hal

tersebut berhubungan dengan jenis serat yang digunakan. Serat kertas koran diduga memberikan penyerapan air yang lebih tinggi daripada kertas kardus.

Nilai daya serap air papan semen setelah perendaman selama 2 jam dan 24 jam pada papan semen tanpa katalis (kontrol) lebih tinggi dibandingkan papan semen dengan menggunakan katalis pada setiap variasi komposisi semen : fiber : air. Hal ini disebabkan papan semen pada perlakuan kontrol proses pengeringannya berjalan lambat sehingga menyebabkan ikatan antar fiber dan semen tidak maksimal. Perbedaan hasil uji fisis daya serap air papan semen setelah perendaman selama 2 jam dan 24 jam dapat dilihat pada Gambar 13 dan 14.

Keterangan notasi dalam grafik batang: huruf-huruf yang sama menunjukkan bahwa perlakuan tidak berbeda nyata pada tarafα = 0,05

Gambar 13. Perbedaan nilai daya serap air setelah perendaman selama 2 jam

A = 1 : 2,5 : 1,25 B = 1,75 : 1,75 : 1,25 C = 2,5 : 1 : 1,25 JIS A 5414-1993

Keterangan notasi dalam grafik batang: huruf-huruf yang sama menunjukkan bahwa perlakuan tidak berbeda nyata pada tarafα = 0,05

Gambar 14. Perbedaan nilai daya serap air setelah perendaman selama 24 jam

Gambar 13 dan 14 menunjukkan bahwa papan semen dengan menggunakan katalis cenderung memiliki daya serap air lebih rendah dibanding papan semen tanpa katalis. Hal ini disebabkan katalis yang ditambahkan pada papan semen diduga dapat meningkatkan ikatan antara semen dan fiber dalam proses pembuatannya. Disamping itu, penambahan katalis diduga mempercepat reaksi hidratasi semen, fiber dan air sehingga meningkatkan ikatan yang kuat pada ruang atau rongga-rongga kosong yang terdapat pada papan semen.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai daya serap air tertinggi selama 2 jam dan 24 jam terdapat pada perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25), sedangkan nilai daya serap air terendah terdapat pada perlakuan C (2,5 : 1 : 1,25). Sama halnya dengan kadar air, nilai daya serap air juga berhubungan dengan komposisi semen dan fiber yang digunakan. Semakin banyak kandungan semen maka semakin rendah

A = 1 : 2,5 : 1,25 B = 1,75 : 1,75 : 1,25 C = 2,5 : 1 : 1,25 JIS A 5414-1993

a

daya serap air dan sebaliknya.

Semen yang berfungsi sebagai perekat cenderung akan menyebabkan ikatan yang kuat antara semen dan fiber sehingga menyempitkan rongga atau pori pada papan semen dan menghambat masuknya air ke dalam pori atau rongga-rongga papan semen. Massijaya (2001) menyatakan bahwa air yang masuk ke dalam papan komposit dapat dibedakan atas 2 macam, yaitu air yang langsung dapat masuk ke dalam papan komposit dan mengisi rongga-rongga kosong di dalam papan serta air yang masuk ke dalam partikel atau serat pembentuk papan komposit.

Kandungan semen yang tinggi juga akan menyebabkan lapisan permukaan pada papan semen semakin tebal sehingga lebih sulit untuk ditembus air, sehingga dapat mengurangi intensitas serapan air pada papan semen. Menurut Fernandez and Vanessa (1996) kandungan semen yang tinggi akan menyebabkan pengembangan kristal-kristal semen dari partikel semen selama proses hidrasi sehingga mempenetrasi permukaan serat dan menembus ruang-ruang kosong yang tersedia dan mengisi tempat tersebut. Oleh karena itu, semakin besar kandungan semen maka akan semakin kuat ikatan antar kristal semen dan fiber, sehingga akan menghasilkan produk komposit semen dan fiber yang kuat.

Hasil analisis sidik ragam menunjukkan bahwa daya serap air papan semen selama 2 jam dan 24 jam (Lampiran 7 dan 9) berpengaruh nyata pada berbagai variasi komposisi semen dan fiber. Uji lanjutan Duncan Multiple Range

Test (DMRT) daya serap air papan semen setelah perendaman selama 2 jam

(Lampiran 10) menunjukkan bahwa daya serap air tidak berbeda nyata pada perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25), B (1,75 : 1,75 : 1,25) dan C (2,5 : 1 : 1,75).

Sedangkan uji lanjutan DMRT daya serap air setelah perendaman selama 24 jam (Lampiran 11) menunjukkan bahwa perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25) berbeda nyata dengan perlakuan B (1,75 : 1,75 : 1,25) dan perlakuan B tidak berbeda nyata dengan perlakuan C (2,5 : 1 : 1,75).

Pengembangan tebal

Pengembangan tebal papan semen merupakan sifat fisis untuk mengukur kemampuan papan menjaga stabilitas dimensinya selama direndam dalam air pada selang waktu 2 jam dan 24 jam. Semakin tinggi nilai pengembangan tebal maka semakin rendah kestabilan dimensinya, demikian juga sebaliknya. Pengukuran pengembangan tebal papan semen dilakukan setelah perendaman selama 2 jam dan 24 jam setelah mengalami perendaman dengan air.

Hasil pengujian pengembangan tebal papan semen menunjukkan bahwa nilai pengembangan tebal pada selang waktu 2 jam dan 24 jam berbeda. Nilai pengembangan tebal papan semen tanpa katalis (kontrol) dan dengan menggunakan katalis setelah perendaman selama 2 jam masing-masing berkisar antara 1,97%-6,13% dan 1,89%-5,50%, sedangkan setelah perendaman selama 24 jam nilai yang diperoleh masing-masing berkisar antara 2,37%-8,55% dan 2,25%-6,89%. Nilai pengembangan tebal tertinggi pada selang waktu 2 jam dan 24 jam terdapat pada papan semen dengan perlakuan A (1 : 2,5 : 1,25), sedangkan terendah terdapat pada perlakuan C (2,5 : 1 : 1,25).

Nilai pengembangan tebal pada papan semen tanpa katalis (kontrol) lebih tinggi dibandingkan papan semen dengan menggunakan katalis. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat kestabilan dimensi papan semen dengan katalis lebih baik daripada tanpa menggunakan katalis. Berdasarkan standar JIS A 5414-1993,

Lampiran 11. Uji DMRT daya serap air setelah perendaman selama 24 jam

Perlakuan Rata-rata Rp Notasi

1 : 2,5 : 1,25 26,68 a

1, 75 : 1,75 : 1,25 23,38 13,77 ab

2,5 : 1 : 1,25 11,78 13,25 ab

Keterangan : Huruf yang sama pada kolom yang sama menunjukkan bahwa perlakuan tidak berbeda nyata pada α = 0,05

Lampiran 12. Nilai pengembangan tebal setelah perendaman selama 2 jam Anak petak

Ulangan Petak utama

(S : F : A) Tanpa katalis (%) Katalis (%)

1:2,5:1,25 1 4,51306 7,24802

2 7,44526 2,66667

3 7,22892 6,59341

1,75:1,75:1,75 1 5,34216 1,98216

2 4,19048 1,45833

3 4,66667 2,56410

2,5:1:1,25 1 2,21239 1,07143

2 1,04167 2,31317

3 2,66160 2,30088

Lampiran 13. Nilai pengembangan tebal setelah perendaman selama 24 jam Anak petak

Ulangan Petak utama

(S : F : A) Tanpa katalis (%) Katalis (%)

1:2,5:1,25 1 4,98812 8,72027

2 9,48905 4,00000

3 11,17220 7,94591

1,75:1,75:1,75 1 8,43373 5,45094

2 6,09524 2,29167

3 5,06667 4,16667

2,5:1:1,25 1 2,83186 1,25000

2 1,25000 2,84698

3 3,04183 2,65487

Lampiran 14. Uji sidik ragam pengembangan tebal selama 2 jam

Source DF SS MS F P

Lampiran 15. Uji sidik ragam pengembangan tebal selama 24 jam

Source DF SS MS F P

Katalis (a) Galat (a) Variasi komposisi (b) Katalis*Variasi komposisi

Galat (b) Total

1 4 2 2 8 17

9,449 9,674 87,917 4,560 38,030 149,629

9,449 2,419 43,958 2,280 4,754

1,99 0,51 9,25 0,48

0,196 0,732 0,008** 0,636

Keterangan : ** = Perlakuan berpengaruh sangat nyata

Lampiran 16. Uji DMRT pengembangan tebal setelah perendaman 2 jam

Perlakuan Rata-rata rp Notasi

1 : 2,5 : 1,25 5,50 a

1, 75 : 1,75 : 1,25 2,00 2,73 b

2,5 : 1 : 1,25 1,89 2,63 b

Keterangan : Huruf yang sama pada kolom yang sama menunjukkan bahwa perlakuan tidak berbeda nyata pada α = 0,05

Lampiran 17. Uji DMRT pengembangan tebal setelah perendaman 24 jam

Perlakuan Rata-rata rp Notasi

1 : 2,5 : 1,25 6,88 a

1, 75 : 1,75 : 1,25 3,97 4,27 ab

2,5 : 1 : 1,25 2,25 4,10 ab

Keterangan : Huruf yang sama pada kolom yang sama menunjukkan bahwa perlakuan tidak berbeda nyata pada α = 0,05

Lampiran 18. Nilai pengujian MOE pada berbagai perlakuan Anak petak

Ulangan Petak utama

(S : F : A) Tanpa katalis (kg/cm2) Katalis (kg/cm2)

1:2,5:1,25 1 99,2300 124,8750

2 123,1875 156,7800

3 67,5000 268,7800

1,75:1,75:1,75 1 187,3100 180,5625

2 99,5625 389,2700

3 165,7900 286,8750

2,5:1:1,25 1 577,1250 1118,8125

2 345,7600 583,8750

Lampiran 19. Uji sidik ragam MOE papan semen

Source DF SS MS F P

Katalis (a) Galat (a) Variasi komposisi (b) Katalis*Variasi komposisi

Galat (b) Total

1 4 2 2 8 17

83063 79157 588390 7388 373656 1131654

83063 19789 294195 3694 46707

1,78 0,42 6,30 0,08

0,219 0,788 0,023* 0,925

Keterangan : * = Perlakuan berpengaruh nyata

Lampiran 20. Uji DMRT MOE papan semen

Perlakuan Rata-rata Rp Notasi

2,5 : 1 : 1,25 649,69 a

1, 75 : 1,75 : 1,25 285,57 422,99 ab

1 : 2,5 : 1,25 183,48 406,77 ab

Keterangan : Huruf yang sama pada kolom yang sama menunjukkan bahwa perlakuan tidak berbeda nyata pada α = 0,05

Lampiran 21. Nilai pengujian MOR pada berbagai perlakuan Anak petak

Ulangan Petak utama

(S : F : A) Tanpa katalis ((kg/cm2) Katalis (kg/cm2)

1:2,5:1,25 1 19,85 40,68

2 28,80 50,06

3 16,30 57,98

1,75:1,75:1,75 1 38,43 48,98

2 26,86 58,90

3 32,39 51,76

2,5:1:1,25 1 40,77 66,88

2 32,74 53,97

3 35,89 49,93

Lampiran 22. Uji sidik ragam MOR papan semen

Source DF SS MS F P

Katalis (a) Galat (a) Variasi komposisi (b)

1 4 2

2383,03 44,29 380,64

2383,03 11,07 190,32

38,32 0,18 3,06

0,000 0,943 0,103ns

Lampiran 23. Nilai keteguhan rekat papan semen pada berbagai perlakuan Anak petak

Ulangan Petak utama

(S : F : A) Tanpa katalis (kg/cm2) Katalis (kg/cm2)

1:2,5:1,25 1 0,36525 0,75121

2 0,16318 0,76912

3 0,17902 0,77457

1,75:1,75:1,75 1 1,29719 1,52021

2 0,07670 1,26275

3 0,06299 1,41078

2,5:1:1,25 1 1,08023 2,63088

2 0,51255 1,26526

3 0,14067 1,39532

Lampiran 24. Uji sidik ragam keteguhan rekat papan semen

Source DF SS MS F P

Katalis (a) Galat (a) Variasi komposisi (b) Katalis*Variasi komposisi

Galat (b) Total

1 4 2 2 8 17

3,4692 1,5635 1,3907 0,3274 1,0838 7,8346

3,4692 0,3909 0,6954 0,1637 0,1355

25,61 2,89 5,13 1,21

0,001 0,094 0,037* 0,348

Keterangan : *= Perlakuan berpengaruh nyata

Lampiran 25. Uji DMRT keteguhan rekat papan semen

Perlakuan Rata-rata rp Notasi

2,5 : 1 : 1,25 0,58 a

1, 75 : 1,75 : 1,25 0,48 0,72 a

1 : 2,5 : 1,25 0,23 0,69 a

Keterangan : Huruf yang sama pada kolom yang sama menunjukkan bahwa perlakuan tidak berbeda nyata pada α = 0,05

Lampiran 26. Nilai kuat pegang sekrup papan semen pada berbagai perlakuan Anak petak

Ulangan Petak utama

(S : F : A) Tanpa katalis (kg) Katalis (kg)

1:2,5:1,25 1 24,26278 37,32125

2 15,28542 27,63332

3 30,51000 28,80245

1,75:1,75:1,75 1 34,38659 42,48016

2 36,81286 38,13811

3 25,43106 29,06994

2,5:1:1,25 1 18,91640 60,91640

2 41,26359 32,99807

Lampiran 27. Uji sidik ragam kuat pegang sekrup papan semen

Source DF SS MS F P

Katalis (a) Galat (a) Variasi komposisi (b) Katalis*Variasi komposisi

Galat (b) Total

1 4 2 2 8 17

426,38 362,04 605,18 126,59 722,68 2242,88

426,38 90,51 302,59 63,30 90,34

4,72 1,00 3,35 0,70

0,062 0,460 0,088ns 0,524

Keterangan : ns = non signifikan (perlakuan tidak berpengaruh nyata)

Lampiran 28. Nilai kehilangan berat papan semen pada berbagai perlakuan Anak petak

Ulangan Petak utama

(S : F : A) Tanpa katalis (%) Katalis (%)

1:2,5:1,25 1 2,36842 2,59067

2 2,67558 1,43369

3 3,73444 4,41767

1,75:1,75:1,75 1 1,01010 0,92593

2 1,76767 0,57142

3 2,18068 2,01005

2,5:1:1,25 1 1,24688 1,31004

2 1,54798 0,25000

3 0,25316 0,72115

Lampiran 29. Uji sidik ragam kehilangan berat uji kubur

Source DF SS MS F P

Katalis (a) Galat (a) Variasi komposisi (b) Katalis*Variasi komposisi

Galat (b) Total

1 4 2 2 8 17

0,3625 4,4702 12,6602

0,1053 4,3947 21,9929

0,3625 1,1175 6,3301 0,0527 0,5493

0,66 2,03 11,52 0,10

0,440 0,182 0,004** 0,910

Keterangan : ** = Perlakuan berpengaruh sangat nyata

Lampiran 30. Uji DMRT kehilangan berat uji kubur papan semen

Perlakuan Rata-rata Rp Notasi

1 : 2,5 : 1,25 2,81 a

1, 75 : 1,75 : 1,25 1,17 1,45 b

Lampiran 31. Kriteria uji Japanese Industrial Standar (JIS) A 5414-1993 No. Macam pengujian Satuan Standard JIS A 5414-1993

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Kerapatan (densitas) Kuat lentur (MOE) Kuat patah (MOR) Penyerapan air Penyusutan Pengembangan Kadar air Uji bakar: - Kelas

- Densitas asap - Nilai kalori

g/cm3 kg/cm2 kg/cm2

% % % %

- - kkal/kg

minimal 1,0 minimal 94 minimal 57 maksimal 50 maksimal 0,025

maksimal 0,25 maksimal 8

semi combustible

- -