SKRIPSI PENGARUH PENAMBAHAN FLY ASH TERHADAP KUALITAS FISIKA DAN KIMIA PADA PRODUKSI PORTLAND COMPOSITE CEMENT (PCC)
SKRIPSI
PENGARUH PENAMBAHAN FLY ASH
TERHADAP KUALITAS FISIKA DAN KIMIA
PADA PRODUKSI PORTLAND COMPOSITE CEMENT
(PCC)
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Syarat
Mencapai Derajat Sarjana
Oleh :
Ikhsan Sefri Priambodo
NIM 1203020013
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO
2016
HALAMAN PERSETUJUAN
Skripsi dengan judul :
PENGARUH PENAMBAHAN FLY ASH
TERHADAP KUALITAS FISIKA DAN KIMIA
PADA PRODUKSI PORTLAND COMPOSITE CEMENT (PCC)
Yang ditulis oleh : Nama : Ikhsan Sefri Priambodo NIM : 1203020013 Telah disetujui pada : Hari : Tanggal :
Pembimbing I, Pembimbing II, Neni Damajanti, ST., MT. Abdul Haris M., ST., MT.
NIDN. 0609027001 NIDN. 0615106601
PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini saya : Nama : IKHSAN SEFRI PRIAMBODO NIM : 1203020013 Fakultas /Program Studi : Teknik / Teknik Kimia Universitas : Universitas Muhammadiyah Purwokerto Menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa Skripsi ini adalah hasil karya saya dan bukan hasil penjiplakan dari hasil karya orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Demikian pernyataan ini dan apabila kelak di kemudian hari terbukti ada unsur penjiplakan, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku.
Purwokerto, 18 Februari 2016 Yang menyatakan,
Ikhsan Sefri Priambodo
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH PENAMBAHAN FLY ASH
TERHADAP KUALITAS FISIKA DAN KIMIA
PADA PRODUKSI PORTLAND COMPOSITE CEMENT (PCC)
Ikhsan Sefri Priambodo
1203020013
Telah dipertahankan di depan Panitia Ujian Skripsi
pada hari Sabtu, 20 Februari 2016
Susunan Panitia Ujian
Ketua, M. Taufiq Tamam, S.T., M.T. NIK. 2160223 Sekretaris, Anwar Ma’ruf, S.T., MT. NIDN. 0604027501 Penguji I, Anwar Ma’ruf, S.T., MT. NIDN. 0604027501
Penguji II,
Endar P., S.T., M.T.
NIDN. 0605117801
Penguji II, Ir. Regawa Bayu P.,M.T. NIK. 21160118
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik
M. Taufiq Tamam, S.T., M.T.
NIK. 2160223
KATA PENGANTAR
Penulis senantiasa memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT yang selalu memberi rahmat, hidayah serta kekuatan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi berjudul “Pengaruh Penambahan Fly Ash Terhadap Kualitas Fisika dan Kimia Pada Produksi Portland Composite Cement (PCC) ”.
Penulisan skripsi ini adalah salah satu persyaratan kurikulum untuk menyelesaikan pendidikan gelar sarjana pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universits Muhammadiyah Purwokerto.
Penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih dengan segala ketulusan dan kerendahan hati atas terlaksanannya penelitian dan penulisan laporan skripsi ini kepada :
1. Bapak Dr.H. Syamsuhadi Irsyad, M.H. selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Purwokerto
2. Bapak Muhamad Taufiq Tamam, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto 3. Bapak Anwar Ma‟ruf, S.T., M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto
4. Ibu Neni Damajanti, S.T., M.T. selaku Pembimbing I atas kesabaran dan perhatian yang dicurahkan dalam membimbing penulis selama menyusun skripsi
5. Bapak Abdul Haris Mulyadi, S.T., M.T. selaku Pembimbing II atas bantuan bimbingan, motivasi dan dukungannya
6. Seluruh dosen (Pak Alwani Hamad, S.T., M.Sc.; Pak Teguh Wibowo S.T.; Pak Ir. Regawa Bayu P., M.T.; Pak Haryanto S.T., M.T. dan Bu Endar Puspawiningtyas, S.T., M.T.) dan laboran (Mas Rochmat) Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto atas bimbingan, bantuan, motivasi dan rasa kekeluargaan yang telah diberikan kepada penulis
7. Seluruh Tata Usaha dan Civitas Akademika Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto
8. Rekan - rekan ekstensi yang satu angkatan dengan penulis: Wahid Putra P., Putut Hardi Suseno, Rendo Tidy, Rewol Pratowo, Firman Hamdani, Hastin Makhfudoh, dan Septi Wijayanti serta rekan
- – rekan mahasiswa reguler
9. Keluarga di Cilacap, Bapak Sukendar, Ibu Amsiyah, istriku Anita Susmawati serta putraku Rasyid Lathif Priambodo tercinta dan semua keluarga yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu, yang telah mendampingi dan selalu memotivasi dengan kasih sayang dalam menyusun skripsi ini
10. Manajer, superintendent dan rekan kerja karyawan maupun kontraktor di PT.
Holcim Indonesia Tbk. Pabrik Cilacap, khususnya Departemen Produksi dan Teknikal atas dukungannya berupa ijin pemakaian alat
- – alat laboratorium
11. Semua pihak lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu penulis menyelesaikan laporan skripsi ini; Sebagai manusia biasa yang tak luput dari kesalahan, penulis sadar bahwa laporan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan masih banyak kekurangan di sana
- – sini, oleh sebab itu penulis senantiasa mengharapkan saran dan kritik yang membangun agar dapat menjadi pedoman dalam perbaikan. Akhir kata semoga skripsi ini dapat berguna serta memberikan manfaat yang berarti bagi pembacanya dan bisa digunakan semestinya.
Purwokerto, Februari 2016 Penulis
ABSTRAK
merupakan abu sisa pembakaran batubara yang tertangkap oleh
Fly ash
penyaring debu Electrostatic Precipitator dari gas buang dan bersifat pozzolanic yaitu dapat bereaksi dengan kapur pada suhu kamar sehingga bila ditambahkan dalam produksi semen PCC bersama bahan bahan lain seperti klinker (clinker/terak semen), gypsum, dan pozzolan akan memberi pengaruh pada kualitas semen PCC yang dihasilkan antara lain kualitas fisika berupa kehalusan
blaine dan kuat tekan mortar semen serta kualitas kimia berupa kandungan
senyawa. Besarnya pengaruh tersebut bergantung pada presentase jumlah fly ash yang ditambahkan. Penambahan fly ash dalam produksi semen PCC akan menurunkan clinker factor (presentase klinker / terak semen dalam bahan
- – bahan penyusun semen PCC) sehingga dapat menurunkan biaya produksi semen dan akan mendatangkan keuntungan finansial. Fly ash yang digunakan sebagai konstituen dalam semen PCC juga akan mengurangi pencemaran lingkungan karena tidak dibuang secara langsung. Hasil yang diperoleh setelah dilakukan percobaan pencampuran semen PPC dengan fly ash untuk memproduksi semen PCC dalam hal kualitas fisika yaitu kenaikan kehalusan semen yang dinyatakan
2
dengan nilai blaine dari 4313 cm /g (semen PPC tanpa tambahan fly ash) sampai
2
4657 cm /g (semen PCC dengan penambahan fly ash 28 % w/w), sedangkan untuk kualitas kuat tekan mortar terjadi penurunan pada kuat tekan mortar 3 hari
2
2
dari 281 kg/cm (semen PPC tanpa fly ash) menjadi 244 kg/cm (semen PCC dengan penambahan fly ash 28 % w/w) dan kuat tekan mortar 7 hari dari 350
2
2
kg/cm (semen PPC tanpa tambahan fly ash) menjadi 302 kg/cm (semen PCC dengan penambahan fly ash 28 % w/w). Namun begitu, hasil yang diperoleh untuk
2
kuat tekan akhir 28 hari menunjukan kenaikan dari 423 kg/cm (semen PPC tanpa
2
tambahan fly ash) menjadi 440 kg/cm (semen PCC dengan penambahan fly ash 7
2
% w/w) dan kemudian turun menjadi 407 kg/cm pada sampel semen PCC dengan penambahan fly ash 21 % w/w. Dari segi kualitas kimia terlihat adanya kenaikan kandungan SiO
2 dari 27,2 % (semen PPC tanpa fly ash) menjadi 32,28 % (semen
PCC dengan penambahan fly ash 28 % w/w) dan Al
2 O 3 dalam semen dari 5,86
%(semen PPC tanpa tambahan fly ash) menjadi 10,81 % (semen PCC dengan penambahan fly ash 28 % w/w) serta penurunan kandungan CaO dari 59,74 % (semen PPC tanpa fly ash) menjadi 50,85 % (semen PCC dengan penambahan fly
ash 28 % w/w) dan kandungan SO3 dari 1,98 % (semen PPC tanpa fly ash) menjadi 1,55 % (semen PCC dengan penambahan fly ash 28 % w/w).
Kata kunci : Semen PCC, fly ash, kuat tekan mortar semen, kehalusan blaine, kandungan kima, lingkungan, clinker factor, biaya produksi.
ABSTRACT Fly ash, the residual material of coal combustion caught by Electrostatic Precipitator has pozzolanic properties that makes it reacts with lime in room temperature. For that reason, it will influences properties of PCC when added to PPC constituents (clinker, gypsum and pozzolan). PCC properties that may be influenced by fly ash addition are physical properties such as blaine fineness and mortar compressive strength and also chemical property. The significance of those influence will vary on the percentage of fly ash addition to PCC ingredients. Fly ash addition will decrease clinker factor (clinker percentage of all constituents) and lower the production cost of PCC to make financial benefit. Fly ash addition also could reduce environmental contamination since it is a dangerous waste and direct disposal will pollute the environmet. In this paper, subject to be studied is the influence of different level fly ash addition to physical and chemical properties of PCC to obtain optimal values of fly ash addition that will produce PCC with good quality according to SNI Standard in lower production cost. The result of experiment at physical properties aspect shows
2 increment of blaine fineness from 4313 cm /g (PPC without fly ash) till 4657
2 cm /g (PCC with 28 % w/w fly ash addition), degradation of early strength (3 and
2
2
2 7 days) from 281 kg/cm and 350 kg/cm (PPC without fly ash) to 244 kg/cm and
2 302 kg/cm (PCC with 28 % w/w fly ash addition), it also shows increment of final
2
compressive strength (28 days) from 423 kg/cm (PPC without fly ash) to 440
2
2
kg/cm at 7 % w/w fly ash addition then decreased to 407 kg/cm at 21 % w/w fly
ash addition. Meanwhile at chemical property aspect, it shows fly ash addition increases SiO content from 27,2 % (no fly ash added) to 32,28 % (28 % w/w fly2 ash addition) and Al O content from 5,86 % (no fly ash addition) to 10,8 % (28%
2
3 w/w fly ash addition), observation also shows fly ash addition decreases CaO content from 59,74 % (no fly ash addition) to 50,85 % (28 % w/w fly ash addition) and SO3 content from 1,98 % (no fly ash addition) to 1,55 % (28 % w/w fly ash addition).
Keywords : PCC, Fly Ash, compressive strength of cement mortar, blaine fineness, chemical content, environment, clinker factor, production cost
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................. i Halaman Persetujuan ....................................................................................... ii Pernyataan ....................................................................................................... iii Halaman Pengesahan ...................................................................................... iv Kata Pengantar ................................................................................................ v Abstrak ............................................................................................................ vii Daftar Isi .......................................................................................................... ix Daftar Tabel .................................................................................................... xi Daftar Grafik ................................................................................................... xii Daftar Gambar ................................................................................................. xiii Daftar Lampiran .............................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah ........................................................................ 4
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................ 4
1.4 Manfaat Penelitian .......................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Semen ............................................................................................. 6
2.1.1 Jenis Semen Berdasarkan Aplikasinya ................................ 6
2.1.2. Jenis Semen Berdasarkan Proses Produksinya ................... 9
2.1.3. Semen PCC (Portland Composite Cement) ........................ 11
2.1.4. Bahan Baku Semen ............................................................. 13
2.1.5. Fungsi Senyawa Kimia Dalam Bahan Baku ....................... 15
2.1.6. Proses Produksi Semen ....................................................... 19
2.2 Fly Ash ............................................................................................ 30
2.3 Kehalusan Semen ........................................................................... 34
2.4 Kuat Tekan Semen .......................................................................... 36
2.5 Hidrasi Semen ................................................................................ 37
2.6 Penelitian Terdahulu ....................................................................... 38
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian ..................................................................... 42
3.2 Variabel Penelitian dan Kondisi Percobaan ................................... 44
3.3 Alat dan Bahan Percobaan .............................................................. 47
3.4 Prosedur Percobaan ......................................................................... 51
3.5 Pengolahan Data .............................................................................. 51
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 52 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 63
5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 63
5.2 Saran ................................................................................................... 64 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 66 LAMPIRAN .................................................................................................... 68
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Senyawa Utama Semen Portland ................................... 7Tabel 2.2 Standar kualitas semen PCC Tipe 1 (SNI 15-7064-2004) .............. 12Tabel 2.3 Kategori fly ash dan sifat-sifat kimianya ......................................... 34Tabel 3.1 Konfigurasi urutan run dari hasil randomisasi ................................ 44Tabel 3.2 Komposisi material PPC dan fly ash yang ditambahkan ................ 46Tabel 3.3 Komposisi semen PCC untuk tiap run ............................................ 46Tabel 4.1 Hasil uji homogenitas sampel campuran fly ash dan semen PPC ........................................................................ 53Tabel 4.2 Hasil uji kuat tekan mortar semen untuk semua run ....................... 54Tabel 4.3 Komposisi kimia fly ash dan semen PCC dengan variasi persentase fly ash ..................................................................... 61DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Hubungan Kuat tekan 3, 7 dan 28 hari dan Persentase Fly Ash yang ditambahkan ........................................... 54 Grafik 4.2 Hubungan nilai kehalusan blaine dan Persentase Fly Ash yang ditambahkan ............................................ 55
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Senyawa dan oksida dalam partikel semen ................................. 18Gambar 2.2 Skema proses produksi semen ..................................................... 21Gambar 2.3 Bagan alat hammer crusher.......................................................... 21Gambar 2.4 Vertical roller mill dan bagian - bagiannya ................................. 22Gambar 2.5 Bagan proses di pre-heater, kiln dan cooler ............................... 24Gambar 2.6 Skema proses tahap penggilingan akhir semen ........................... 25Gambar 2.7 Detail ball mill dan unit ball mill di PT Holcim Indonesia Tbk. Pabrik Cilacap ........................................ 26Gambar 2.8 Proses penggilingan material di dalam ball mill ......................... 27Gambar 2.9 Layar pada sistem kendali ball mill di Central Control Room ....................................................................... 28Gambar 2.10 Layar pada sistem kendali ball mill yang menunjukan titik pencampuran fly ash dengan semen .................. 28Gambar 2.11 Proses bongkar fly ash dari truk pengangkut ............................ 29Gambar 2.12 Weight feeder untuk menakar fly ash sebelum dicampur dengan semen ........................................................... 29Gambar 2.13 Layar kendali weight feeder fly ash .......................................... 30Gambar 2.14 Fly Ash ....................................................................................... 30Gambar 2.15 Diagram proses di system furnace yang menghasilkan fly ash ..................................................................... 31Gambar 2.16 Tampilan mikrografi partikel fly ash ......................................... 32Gambar 3.1 Diagram alur proses kerja penelitian ........................................... 42Gambar 3.2 Ball mill skala laboratorium ........................................................ 48Gambar 3.3 Jaw crusher ................................................................................. 48Gambar 3.4 Alat pengaduk otomatis ............................................................... 48Gambar 3.5 Set alat uji kehalusan blaine ........................................................ 48Gambar 3.6 Alat uji kuat tekan mortar semen jenis slinder hidraulik ............ 48Gambar 3.7 Meja leleh dan cetakan kubus benda uji kuat tekan mortar ........ 49Gambar 3.8 XRF untuk pengecekan kandungan kimia sampel ....................... 49Gambar 3.9 Material bahan- – bahan semen PCC (klinker, gypsum, pozzolan dan fly ash) ................................................ 50